DE102004063035A1

DE102004063035A1 - Vorrichtung und Verfahren für eine niederohmige Polymermatrix-Sicherung

Info

Publication number: DE102004063035A1
Application number: DE102004063035A
Authority: DE
Inventors: Joan Leslie Winnett Bender; Daniel Minas San Ramon Manoukian
Original assignee: Cooper Technologies Co
Current assignee: Cooper Technologies Co
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2005-08-18
Also published as: GB2410627A; CN1649065A; KR20050077728A; GB2410627B8; HK1075130A1; JP2005243621A; US7436284B2; CN1649065B; TW200537539A; US20040184211A1; FR2869157A1; GB2410627B; ITTO20050034A1; GB2410627A8; GB0501603D0

Abstract

Eine niederohmige Sicherung enthält eine Polymermembrane, eine auf der Polymermembrane ausgebildete Sicherungselementschicht sowie eine erste und eine zweite Zwischenisolationsschicht, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht erstrecken und mit derselben verbunden sind. Die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht umfassen eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung, und die Polymermembrane stützt die Sicherungselementschicht in der Öffnung. Eine Wärmesenke, Heizelemente und ein Lichtbogenlöschmedium können in Kombination mit der Sicherung verwendet werden, und die Sicherung kann mittels eines klebenden Laminierprozesses hergestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Sicherungen und insbesondere Sicherungen, die Foliensicherungselemente verwenden.

Sicherungen werden in weiter Verbreitung als Überstrom-Schutzvorrichtungen verwendet, um kostenintensive Schäden an elektrischen Schaltungen zu verhindern. Gewöhnlich sehen die Anschlüsse oder Kontakte der Sicherung eine elektrische Verbindung zwischen einer Stromquelle und einer Komponente bzw. einer Kombination von Komponenten in einer elektrischen Schaltung vor. Eine oder mehrere Sicherungsverbindungen oder elemente (oder eine Sicherungselement-Anordnung) sind zwischen den Anschlüssen oder Kontakten der Sicherung verbunden, sodass wenn ein durch die Sicherung fließender elektrischer Strom einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, die Sicherungselemente schmelzen, getrennt werden oder auf andere Weise die mit der Sicherung assoziierte Schaltung öffnen, um eine Beschädigung der Komponente(n) zu verhindern.

Die zunehmende Verbreitung von elektronischen Geräten hat steigende Ansprüche an die Sicherungstechnologie zur Folge. Zum Beispiel enthält eine herkömmliche Sicherung ein Drahtsicherungselement (oder alternativ dazu ein gestanztes und/oder geformtes Metallsicherungselement), das in einem Glaszylinder oder Rohr eingeschlossen ist und innerhalb des Rohrs in der Luft hängt. Das Sicherungselement erstreckt sich zwischen leitenden Endkappen, die mit dem Rohr verbunden sind, um eine Verbindung zu einer elektrischen Schaltung zu ermöglichen. Wenn die Sicherungen jedoch in Verbindung mit Leiterplatten in elektronischen Einrichtungen verwendet werden, müssen die Sicherungen gewöhnlich ziemlich klein sein, was zu Schwierigkeiten bei der Herstellung und Installation von derartigen Sicherungen führt, wodurch die Herstellungs- und Montagekosten für mit Sicherungen versehene Produkte erhöht werden.

Andere Typen von Sicherungen umfassen eine Metallisierung auf einem Hochtemperatur-organischen, dielektrischen Substrat (z.B. FR-4, Phenol oder andere Polymer-basierte Materialien), um ein Sicherungselement für elektronische Einrichtungen zu bilden. Das Sicherungselement kann aufgedampft, siebgedruckt, galvanisiert oder auf andere Weise unter Verwendung von bekannten Techniken aufgebracht werden, wobei die Sicherungsgeometrie durch chemisches Ätzen oder Lasertrimmen der Metallisierungsschicht für das Sicherungselement variiert werden kann. Während einer Überstrombedingung neigen diese Typen von Sicherungen jedoch dazu, Wärme von dem Sicherungselement in das Substrat zu leiten, wodurch sich der Stromwert des Sicherungselements erhöht, aber auch der elektrische Widerstand der Sicherung erhöht wird, was unerwünschte Folgen für die Niederspannungs-Elektronikschaltungen haben kann. Außerdem kann ein Kohlenstoffkriechen auftreten, wenn sich das Sicherungselement in unmittelbarer Nähe befindet oder direkt auf einem dielektrischen Substrat aufgebracht wird. Das Kohlenstoffkriechen verhindert ein vollständiges Öffnen der Schaltung durch die Sicherung.

Andere Sicherungen verwenden ein keramisches Substrat mit einem gedruckten Dickfilm-Leitermaterial wie etwa einer leitenden Tinte, um ein geformtes Sicherungselement und Leitungskontakte für die Verbindung zu einer elektrischen Schaltung zu bilden. Weil jedoch die Druckdicke und die Geometrie nicht genau kontrolliert werden kann, führt dies zu unannehmbaren Variationen für die gesicherten Einrichtungen. Außerdem wird das leitende Material des Sicherungselements gewöhnlich mit hohen Temperaturen gezündet, sodass ein keramisches Substrat für hohe Temperaturen verwendet werden muss. Diese Substrate bilden jedoch in einer Überstrombedingung Wärmesenken, wodurch Wärme weg von dem Sicherungselement gezogen wird, sodass sich der elektrische Widerstand der Sicherung erhöht.

Bei vielen Schaltungen wirkt ein hoher Sicherungswiderstand diametral der Funktion von aktiven Schaltungskomponenten entgegen, und bei bestimmten Anwendungen können die Spannungseffekte eines Sicherungswiderstands aktive Schaltungskomponenten außer Betrieb setzen.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird eine niederohmige Sicherung angegeben. Die Sicherung umfasst eine Polymermembrane, eine Sicherungselementschicht auf der Polymermembrane sowie eine erste und eine zweite Zwischenisolationsschicht, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht erstrecken und mit dieser verbunden sind. Die erste und/oder zweite Zwischenisolationsschicht umfassen eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung, wobei die Polymermembrane die Sicherungselementschicht in der Öffnung stützt.

In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Verfahren zum Herstellen einer niederohmigen Sicherung angegeben. Das Verfahren umfasst Schritte zum Vorsehen einer ersten Zwischenisolationsschicht, zum Ausbilden einer Sicherungselementschicht mit einer schmelzbaren Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Kontaktinsel und zum haftenden Laminieren einer zweiten Zwischenisolationsschicht mit der ersten Zwischenisolationsschicht über der Sicherungselementschicht.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist eine niederohmige Sicherung angegeben. Die Sicherung umfasst eine Dünnfolien-Elementschicht sowie eine erste und eine zweite Zwischenisolationsschicht, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht erstrecken und mit dieser verbunden sind. Die Sicherungselementschicht ist auf der ersten Zwischenisolationsschicht ausgebildet, und die zweite Zwischenisolationsschicht ist mit der Sicherungselementschicht laminiert. Die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht umfassen eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung, wobei ein Lichtbogenlöschmedium in der Öffnung vorgesehen ist und die Sicherungselementschicht in der Öffnung umgibt.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst eine niederohmige Sicherung eine Dünnfolien-Sicherungselementschicht sowie eine erste und eine zweite Zwischenisolationsschicht, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des Sicherungselements erstrecken und mit diesem verbunden sind. Die Sicherungselementschicht ist auf der ersten Zwischenisolationsschicht ausgebildet, und die zweite Zwischenisolationsschicht ist mit der Sicherungselementschicht laminiert. Die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht umfassen eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung, und eine Wärmesenke ist mit der ersten oder der zweiten Zwischenisolationsschicht verbunden.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist eine niederohmige Sicherung angegeben. Die Sicherung umfasst eine Dünnfilm-Sicherungselementschicht sowie eine erste und eine zweite Zwischenisolationsschicht, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht erstrecken und mit dieser verbunden sind. Die Sicherungselementschicht ist auf der ersten Zwischenisolationsschicht ausgebildet, und die zweite Zwischenisolationsschicht ist mit der Sicherungselementschicht laminiert. Die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht umfassen eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung, und eine Wärmesenke ist mit der ersten oder der zweiten Zwischenisolationsschicht verbunden.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine niederohmige Sicherung angegeben. Die Sicherung umfasst eine Dünnfolien-Sicherungselementschicht sowie eine erste und eine zweite Zwischenisolationsschicht, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht erstrecken und mit dieser verbunden sind. Die Sicherungselementschicht ist auf der ersten Zwischenisolationsschicht ausgebildet, und die zweite Zwischenisolationsschicht ist mit der Sicherungselementschicht laminiert, wobei die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht eine Durchgangsöffnung aufweisen. Eine erste und eine zweite Außenisolationsschicht sind mit der ersten und zweiten Zwischenisolationsschicht laminiert, wobei die Sicherungselementschicht und die Öffnung derart konfiguriert sind, dass sie eine adiabatische Hülle um einen Teil der Sicherungselementschicht in einer Nachbarschaft zu der Öffnung modellieren.

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Foliensicherung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Sicherung von 1.
3 ist ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Sicherung von 1 und 2.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Foliensicherung.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform einer Foliensicherung.
6-10 sind Draufsichten auf die Sicherungselement-Geometrien für die Sicherungen von 1-5.
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer vierten Ausführungsform einer Sicherung.
12 ist ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen der Sicherung von 11.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer fünften Ausführungsform einer Sicherung.
14 ist eine Explosionsansicht der Sicherung von 12.
15 ist eine Explosionsansicht einer sechsten Ausführungsform einer Sicherung.
16 ist eine Explosionsansicht einer siebten Ausführungsform einer Sicherung.
17 ist eine schematische Ansicht einer achten Ausführungsform einer Sicherung.
18 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Sicherungselements.
20 ist eine Explosionsansicht zur Herstellung einer Sicherung.
In 1 ist eine Foliensicherung 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Aus den unten genannten Grünen wird davon ausgegangen, dass die Sicherung 10 kostengünstiger als herkömmliche Sicherungen hergestellt werden kann, wobei bemerkenswerte Leistungsvorteile vorgesehen werden. Zum Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Sicherung 10 einen geringeren Widerstand aufweist als bekannte vergleichbare Sicherungen sowie einen höheren Isolationswiderstand nach der Betätigung. Diese Vorteile werden wenigstens zum Teil durch die Verwendung von dünnen Metallfolienmaterialien zur Ausbildung einer schmelzbaren Verbindung und von Kontaktanschlüssen auf Polymerfilmen erreicht. In der vorliegenden Beschreibung weisen die dünnen Metallfolienmaterialien eine Dicke im Bereich von 1 bis 100 Mikrometer, insbesondere von ungefähr 1 bis ungefähr 20 Mikrometer und in einer besonderen Ausführungsform von ungefähr 3 bis ungefähr 12 Mikrometer auf.
Es wurde wenigstens eine Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft befunden, wenn sie mit dünnen Metallfolienmaterialien hergestellt wird, wobei jedoch auch andere Metallisierungstechniken vorteilhaft sein können. Zum Beispiel können für niedrigere Sicherungswerte, die eine Metallisierung von weniger als 3 bis 5 Mikrometer für die Ausbildung des Sicherungselements erfordern, Dünnfilmmaterialien in Übereinstimmung mit aus dem Stand der Technik bekannten Techniken wie unter anderem ausgesprühte Metallfilme verwendet werden. Weiterhin ist zu beachten, dass Aspekte der vorliegenden Erfindung auch auf elektrofreie Metallplattierungen und auf Dickfilm-Siebdrucke angewendet werden können. Die Sicherung 10 wird deshalb nur beispielhaft beschrieben, wobei die Beschreibung der Sicherung 10 nicht dazu dient, die Aspekte der Erfindung auf die besonderen Details der Sicherung 10 zu beschränken.
Die Sicherung 10 weist einen geschichteten Aufbau auf, der unten im Detail beschrieben ist, und umfasst ein Foliensicherungselement (nicht in 1 gezeigt), das sich elektrisch zwischen und in einer leitenden Beziehung zu Lötkontakten 12 (manchmal als Lötkontakthügel bezeichnet) erstreckt. Die Lötkontakte 12 werden mit Anschlüssen, Kontaktinseln oder Schaltungsanschlüssen einer Leiterplatte (nicht gezeigt) verbunden, um einen Stromkreis durch die Sicherung 10 oder genauer durch das Sicherungselement vorzusehen. Wenn der durch die Sicherung 10 fließende Strom eine unannehmbare Höhe erreicht, was von den Eigenschaften des Sicherungselements und von den bei der Herstellung der Sicherung 10 verwendeten besonderen Materialien abhängt, schmilzt, verdampft oder öffnet sich das Sicherungselement auf andere Weise und unterbricht dadurch den Stromkreis durch die Sicherung, um eine kostenintensive Beschädigung der elektrischen Komponenten in der mit der Sicherung 10 assoziierten Schaltung zu verhindern.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Sicherung 10 allgemein eine rechteckige Form mit einer Breite W, einer Länge L und einer Höhe H auf, die für die kleinflächige Oberflächenmontage der Sicherung 10 auf einer Leiterplatte geeignet sind. Zum Beispiel betragen in einer besonderen Ausführungsform L ungefähr 0,060 Zoll und W ungefähr 0,030 Zoll, während H wesentlich kleiner als L oder W ist, um ein niedriges Profil für die Sicherung 10 vorzusehen. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird, ist H ungefähr gleich der kombinierten Dicke der verschiedenen zur Herstellung der Sicherung 10 verwendeten Schichten. Es ist jedoch zu beachten, dass die tatsächlichen Abmessungen der Sicherung 10 von den hier genannten beispielhaften Abmessungen abweichen können, wobei die Abmessungen auch größer als 1 Zoll sein können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
Es ist weiterhin zu beachten, dass wenigstens einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, indem andere Sicherungsanschlüsse als die gezeigten Lötkontakte 12 für die Verbindung der Sicherung 10 mit einer elektrischen Schaltung verwendet werden können. Zum Beispiel können Kontaktleitungen (d.h. Drahtanschlüsse), Wickelanschlüsse, Tauchmetallisierungsanschlüsse, plattierte Anschlüsse, gegossene Anschlüsse und andere bekannte Verbindungsschemata bei Bedarf oder Wunsch als Alternative für die Lötkontakte 12 verwendet werden.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Sicherung 10, wobei die verschiedenen bei der Herstellung der Sicherung 10 verwendeten Schichten gezeigt sind. Insbesondere wird die Sicherung 10 in einer beispielhaften Ausführungsform im wesentlichen durch fünf Schichten gebildet, wobei eine Foliensicherungsschicht 20 zwischen einer oberen und einer unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 eingeschlossen ist, die wiederum zwischen einer oberen und einer unteren Außenisolationsschicht 26, 28 eingeschlossen.
Die Foliensicherungselementschicht 20 ist in einer Ausführungsform eine 3-5 Mikrometer dicke Kupferfolie, die auf einer unteren Zwischensicht 24 in Übereinstimmung mit bekannten Techniken elektrisch aufgebracht wurde. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Folie eine CopperBond^® Extra Thin Foil vom Olin, Inc., wobei eine dünne Sicherungselementschicht 20 in der Form des Großbuchstabens I mit einer schmäleren schmelzbaren Verbindung 30 zwischen rechteckigen Kontaktinseln 32, 34 vorgesehen ist. Die schmelzbare Verbindung 30 wird geöffnet, wenn der durch die schmelzbare Verbindung 30 fließende Strom eine spezifische Höhe erreicht. Zum Beispiel ist die schmelzbare Verbindung 30 in einer beispielhaften Ausführungsform ungefähr 0,003 Zoll breit, sodass die Sicherung mit weniger als 1 Ampere betrieben wird. Es ist jedoch zu beachten, dass in alternativen Ausführungsformen andere Abmessungen der schmelzbaren Verbindung verwendet werden können, und dass eine dünne Sicherungselementschicht 20 aus anderen Metallfolien wie etwa Nickel, Zink, Zinn, Aluminium und Silber sowie Legierungen derselben (z.B. Kupfer/Zinn, Silber/Zinn und Kupfer/Silber) oder anderen leitenden Folien anstelle der Kupferfolie ausgebildet werden kann. In alternativen Ausführungsformen können 9 oder 12 Mikrometer dicke Folienmaterialien verwendet werden, die chemisch geätzt werden, um die Dicke der schmelzbaren Verbindung zu reduzieren. In weiteren Ausführungsformen kann eine bekannte M-Effekt-Sicherungstechnik verwendet werden, um die Funktion der schmelzbaren Verbindung zu verbessern.
Wie dem Fachmann bekannt sein dürfte, ist die Funktion der schmelzbaren Verbindung (z.B. die Kurzschlussleistung und die Unterbrechungsspannungsfähigkeit) primär von der Schmelztemperatur der verwendeten Materialien und der Geometrie der schmelzbaren Verbindung abhängig, wobei durch die Verwendung von einer virtuell unbegrenzten Anzahl von verschiedenen schmelzbaren Verbindungen unterschiedliche Leistungseigenschaften erhalten werden können. Außerdem können mehr als eine schmelzbare Verbindung parallel vorgesehen werden, um die Sicherungsleistung weiter zu variieren. In einer derartigen Ausführungsform können sich mehrere schmelzbare Verbindungen parallel zwischen Kontaktinseln in einer einzelnen Sicherungselementschicht erstrecken, oder es können mehrere Sicherungselementschichten mit jeweils eigenen schmelzbaren Verbindungen verwendet werden, die sich parallel zueinander in einer vertikal übereinander gelagerten Anordnung erstrecken.
Bei der Auswahl von Materialien für die Herstellung einer Sicherungselementschicht 20 mit einem gewünschten Sicherungselementwert hat sich herausgestellt, dass die Sicherungsleistung primär von drei Parametern abhängt, nämlich von der Geometrie des Sicherungselements, von der Wärmeleitung der Materialien um das Sicherungselement herum und von der Schmelztemperatur des Sicherungsmaterials. Es hat sich herausgestellt, dass jeder dieser Parameter direkt proportional zu der Lichtbogenzeit bei der Betätigung der Sicherung ist, wobei die Parameter in ihrer Kombination die Zeit/Srom-Kennlinie der Sicherung bestimmen. Durch eine sorgfältige Auswahl der Materialien für die Sicherungselementschicht, der Materialien um die Sicherungselementschicht herum sowie der Geometrie der Sicherungselementschicht können also niederohmige Sicherungen hergestellt werden.
Es soll zuerst die Geometrie des Sicherungselements 20 betrachtet werden, um die Eigenschaften einer beispielhaften Sicherungselementschicht zu analysieren. Zum Beispiel zeigt 6 eine Draufsicht auf eine relativ einfache Sicherungselementgeometrie mit beispielhaften Abmessungen.
Wie in 6 gezeigt, ist eine Sicherungselementschicht in der allgemeinen Form des Großbuchstabens I auf einer Isolationsschicht ausgebildet. Die Sicherungseigenschaften der Sicherungselementschicht werden durch die elektrische Leitfähigkeit (ρ) des für die Ausbildung der Sicherungselementschicht verwendeten Metalls, die Abmessungen der Sicherungselementschicht (d.h. Länge und Breite des Sicherungselements) und die Dicke der Sicherungselementschicht bestimmt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Sicherungselementschicht 20 aus einer 3 Mikrometer dicken Kupferfolie ausgebildet, die einen bekannten Schichtwiderstand (gemessen für eine Dicke von 1 Mikrometer) von 1/ρ·cm oder ungefähr 0,16779Ω/☐ aufweist, wobei ☐ ein dimensionales Verhältnis des Sicherungselementteils in „Quadraten" ist.
Wenn man zum Beispiel das Sicherungselement von 6 betrachtet, umfasst das Sicherungselement drei distinkte Segmente, die durch die Abmessungen l₁ und w₁ für das erste Segment, l₂ und w₂ für das zweite Segment und l₃ und w₃ für das dritte Segment identifiziert werden können. Indem die Quadrate in den Segmenten summiert werden, kann der Widerstand der Sicherungselementschicht auf direkte Weise annähernd bestimmt werden. Für das Sicherungselement von 6 gilt also:
Dann kann der elektrische Widerstand (R) der Sicherungselementschicht anhand der folgenden Beziehung bestimmt werden: Sicherungselement R = (Schichtwiderstand)·(Anzahl ☐)/T (2)wobei T die Dicke der Sicherungselementschicht ist. Weiterhin ergibt sich durch Anwendung der Gleichung (2) auf das vorstehende Beispiel: Sicherungselement-Widerstand = (0,16779Ω/☐)·(8,5 ☐)/3 = 0,0475 Ω
Natürlich kann auch der Sicherungselement-Widerstand einer komplexeren Geometrie auf ähnliche Weise bestimmt werden.
Im Folgenden soll die Wärmeleitung der Materialien um die Sicherungselementschicht herum betrachtet werden, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass der Wärmefluss (H) zwischen Teilvolumen aus unterschiedlichen Materialien durch die folgende Beziehung bestimmt wird:
wobei K_m,n die Wärmeleitung eines ersten Teilvolumens des Materials ist, K_m+1,n die Wärmeleitung eines zweiten Teilvolumens des Materials ist, Z die Dicke des betreffenden Materials ist, θ die Temperatur des Teilvolumens m,n an dem gewählten Bezugspunkt ist, X_m,n eine erste Koordinatenposition des ersten Teilvolumenmaßes von dem Bezugspunkt ist, Y_n ein zweites Koordinatenpositionsmaß von dem Bezugspunkt ist und Δt ein Zeitwert von Interesse ist.
Mit der Gleichung (3) können die Wärmeflusseigenschaften eines geschichteten Sicherungsaufbaus präzise bestimmt werden, wobei die Gleichung aber hier primär angegeben wird, um zu zeigen, dass der Wärmefluss in der Sicherung proportional zu der Wärmeleitung der verwendeten Materialien ist. Die Wärmeleitung von einigen beispielhaften Materialien ist in der folgenden Tabelle angegeben, wobei deutlich ist, dass durch eine Reduktion der Leitfähigkeit der Isolationsschichten in der Sicherung um das Sicherungselement herum der Wärmeverlust in der Sicherung beträchtlich vermindert werden kann. Zu beachten ist insbesondere die wesentlich niedrigere Leitfähigkeit von Polyimid, das in den beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung als Isolationsmaterial über und unter der Sicherungselementschicht verwendet wird.
Wärmeleitung (W/mK) des Substrats
Im Folgenden wird die Betriebstemperatur des bei der Herstellung der Sicherungselementsschicht verwendeten Sicherungsmetalls betrachtet, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass die Betriebstemperatur θ_t der Sicherungselementschicht zu einem gegebenen Zeitpunkt durch die folgende Beziehung bestimmt wird:
wobei m die Masse der Sicherungselementschicht ist, s die spezifische Wärme des Materials der Sicherungselementschicht ist, R_am der Widerstand der Sicherungselementschicht bei einer Umgebungstemperatur θ ist, i ein durch die Sicherungselementsschicht fließender Strom ist und α ein Widerstandstemperaturkoeffizient für das Sicherungselementmaterial ist. Natürlich muss die Sicherungselementschicht einen Stromkreis durch die Sicherung bis zu der Schmelztemperatur des Sicherungselementmaterials schließen können. Beispielhafte Schmelzpunkte von gewöhnlich verwendeten Sicherungselementmaterialien sind in der folgenden Tabelle enthalten, wobei zu beachten ist, dass Sicherungselementschichten aus Kupfer besonders vorteilhaft für die vorliegende Erfindung sind, weil die wesentlich höhere Schmelztemperatur des Kupfers einen höheren Stromwert für das Sicherungselement gestattet.
Schmelztemperaturen (°C) von Metallen und Metalllegierungen
Es sollte deutlich sein, dass durch die kombinierten Effekte der Schmelztemperatur der Materialien für die Sicherungselementschicht, der Wärmeleitung der Materialien um die Sicherungselementschicht herum und des Widerstands der Sicherungselementschicht annehmbare niederohmige Sicherungen mit verschiedenen Leistungskennlinien hergestellt werden können.
Wie in 2 gezeigt, ist die obere Zwischenisolationsschicht 22 über der Foliensicherungselementschicht 20 angeordnet und enthält rechteckige Anschlussöffnungen 36, 38 bzw. sich durch die Schicht erstreckende Fenster, um die elektrische Verbindung zu entsprechenden Kontaktinseln 32, 34 der Foliensicherungselementschicht 20 zu erleichtern. Eine kreisförmige Schmelzverbindungsöffnung 40 erstreckt sich zwischen den Anschlussöffnungen 36, 38 und ist über der schmelzbaren Verbindung 30 der Foliensicherungselementschicht 20 angeordnet.
Eine untere Zwischenisolationsschicht 24 ist unter der Foliensicherungselementschicht 20 angeordnet und umfasst eine kreisförmige Schmelzverbindungsöffnung 42, die unter der schmelzbaren Verbindung 30 der Foliensicherungselementschicht 20 angeordnet ist. Die schmelzbare Verbindung 30 erstreckt sich entlang von entsprechenden Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 in den oberen und unteren Zwischenisolationsschichten 22, 24, sodass die schmelzbare Verbindung 30 die Oberflächen der Zwischenisolationsschichten 22, 24 nicht kontaktiert, wenn sich die schmelzbare Verbindung 30 zwischen den Kontaktinseln 32, 34 der Foliensicherungselementschicht 20 erstreckt. Wenn mit anderen Worten die Sicherung 10 vollständig montiert ist, hängt die schmelzbare Verbindung 30 dank der Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 in den entsprechenden Zwischenisolationsschichten 22, 24 effektiv in einer Lufttasche.
Als solche verhindern die Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 eine Wärmeübertragung zu den Zwischenisolationsschichten 22, 24, die bei herkömmlichen Sicherungen zu einem erhöhten Widerstand der Sicherung beiträgt. Die Sicherung 10 wird also mit einem niedrigeren Widerstand als bekannte Sicherungen betrieben und stört die Schaltung weniger als bekannte vergleichbare Sicherungen. Im Unterschied zu bekannten Sicherungen verhindert die durch die Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 geschaffene Lufttasche eine Lichtbogenspur und vereinfacht eine vollständige Unterbrechung des Stromkreises durch die Schmelzverbindung 30. In einer weiteren Ausführungsform kann eine entsprechend geformte Lufttasche das Lüften von Gasen unterstützen, wobei die schmelzbare Verbindung eine unerwünschte Gasansammlung und einen Druckaufbau in der Sicherung reduziert. Während die Öffnungen 40, 42 in der beispielhaften Ausführungsform als im wesentlichen kreisförmig sind, können auch nicht kreisförmige Öffnungen 40, 42 verwendet werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem ist zu beachten, dass asymmetrische Öffnungen als Schmelzverbindungsöffnungen in den Zwischenisolationsschichten 22, 24 verwendet werden können. Weiterhin können die Schmelzverbindungsöffnungen anstelle von Luft oder zusätzlich auch mit einem Festkörper oder einem Gas gefüllt sein, um eine Lichtbogenspur zu verhindern.
In der beispielhaften Ausführungsform werden die obere und die untere Zwischenisolationsschicht jeweils aus einem dielektrischen Film wie etwa einem 0,002 Zoll dicken Polyimid hergestellt, das von E.I. du Pont de Nemours and Company in Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung KAPTON^® erhältlich ist. Dabei ist zu beachten, dass in einer alternativen Ausführungsform auch andere geeignete elektrisch isolierende Materialien (Polyimid und nicht-Polyimid) wie etwa CIRLEX^® (Polyimidlaminatmaterialien ohne Kleber), UPILEX^® (Polyimidmaterialien von Ube Industries), Pyrolux, Polyethylennaphthalindicarboxylat (manchmal als PEN bezeichnet), Zyvrex (Flüssigkristallpolymermaterial von Rogers Corporation) und ähnliches anstelle von KAPTON^® verwendet werden kann.
Die obere Außenisolationsschicht 26 ist über der oberen Zwischenisolationsschicht 22 angeordnet und umfasst rechteckige Anschlussöffnungen 46, 48, die im wesentlichen den Anschlussöffnungen 36, 38 der oberen Zwischenisolationsschicht 22 entsprechen. Die Anschlussöffnungen 46, 48 in der oberen Außenisolationsschicht 26 bilden zusammen mit den Anschlussöffnungen 36, 38 in der oberen Zwischenisolationsschicht 22 entsprechende Hohlräume über den Dünnfolienelement-Kontaktinseln 32, 34. Wenn die Öffnungen 36, 38, 46, 48 mit Lot gefüllt sind (nicht in 2 gezeigt), werden die Lotkontaktinseln 12 (in 1 gezeigt) in einer leitenden Beziehung zu den Sicherungselement-Kontaktinseln 32, 34 für die Verbindung zu einer externen Schaltung zum Beispiel auf einer Leiterplatte ausgebildet. Eine kontinuierliche Fläche 50 erstreckt sich zwischen den Anschlussöffnungen 46, 48 der oberen Außenisolationsschicht 26, die über der Schmelzverbindungsöffnung 40 der oberen Zwischenisolationsschicht 22 liegt, sodass die schmelzbare Verbindung 30 eingeschlossen und angemessen isoliert wird.
In einer weiteren Ausführungsform sind die obere Außenisolationsschicht 26 und/oder die untere Außenisolationsschicht 28 aus durchscheinenden oder durchsichtigen Materialien ausgebildet, um eine visuelle Prüfung einer unterbrochenen Sicherung durch die Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 zu erleichtern.
Die untere Außenisolationsschicht 28 liegt unter der unteren Zwischenisolationsschicht 24 und ist solide, d.h. sie hat keine Öffnungen. Die kontinuierliche solide Fläche der untere Außenisolationsschicht 24 isoliert die schmelzbare Verbindung 30 unter der Schmelzverbindungsöffnung 42 der unteren Zwischenisolationsschicht 28 also angemessen.
In einer beispielhaften Ausführungsform sind die obere und untere Außenisolationsschicht jeweils aus einem dielektrischen Film wie etwa einem 0,005 Zoll dicken Polyimidfilm ausgebildet, der von E.I du Pont de Nemours and Company in Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung KAPTON^® erhältlich ist. Es ist jedoch zu beachten, dass in alternativen Ausführungsformen auch andere geeignete elektrisch isolierende Materialien wie etwa CIRLEX^® (Polyimidlaminatmaterialien ohne Kleber), Pyrolux, Polyethlylennaphthalindicarboxylat und ähnliches verwendet werden können.
Im Folgenden wird ein beispielhafter Herstellungsprozess für die Sicherung 10 beschrieben, wobei die Schichten der Sicherung 10 in Übereinstimmung mit der folgenden Tabelle gewählt sind.
3 ist ein Flussdiagramm zu einem beispielhaften Verfahren 60 zum Herstellen einer Sicherung 10 (in 1 und 2 gezeigt). Eine Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) wird auf eine untere Zwischenisolationsschicht 24 (Schicht 4) in Übereinstimmung mit bekannten Laminierungstechniken laminiert (Schritt 62). Die Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) wird dann unter Verwendung von bekannten Techniken zu einer gewünschten Form auf der unteren Zwischenisolationsschicht 24 (Schicht 4) geätzt (Schritt 64), wobei etwa eine Eisenchloridlösung verwendet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) derart in Übereinstimmung mit einem bekannten Ätzprozess ausgebildet, dass ein Foliensicherungselement in der Form eines Großbuchstabens I zurückbleibt, wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben. In alternativen Ausführungsformen können Schneideoperationen anstelle von Ätzoperationen verwendet werden, um die schmelzbare Verbindung 30 und die Kontaktinseln 32, 34 auszubilden.
Nachdem die Foliensicherungselementschicht (Schicht 3) auf der unteren Zwischenisolationsschicht (Schicht 4) gebildet wurde, wird eine obere Zwischenisolationsschicht 22 (Schicht 2) auf der zuvor in Schritt 62 mit der unteren Zwischenisolationsschicht (Schicht 4) laminierten Foliensicherungselementschicht 20 in Übereinstimmung mit bekannten Laminierungstechniken laminiert (Schritt 66). Es wird also ein Laminat mit drei Schichten vorgesehen, wobei die Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) zwischen den Zwischenisolationsschichten 22, 24 (Schichten 2 und 4) eingeschlossen ist.
Anschlussöffnungen 36, 38 und Schmelzverbindungsöffnungen 40 (alle in 2 gezeigt) werden dann in Übereinstimmung mit bekannten Ätz-, Stanz- oder Bohrtechniken in der oberen Zwischenisolationsschicht 22 (Schicht 2) ausgebildet 68. Eine Schmelzverbindungsöffnung 42 (in 2 gezeigt) wird in der unteren Zwischenisolationsschicht 28 in Übereinstimmung mit einem bekannten Prozess ausgebildet, wobei etwa ein Ätz-, Stanz- oder Bohrprozess verwendet werden kann. Die Sicherungselementkontaktinseln 32, 34 (in 2 gezeigt) sind deshalb durch die Anschlussöffnungen 36, 38 in der oberen Zwischenisolationsschicht 22 (Schicht 2) zugänglich. Die schmelzbare Verbindung 30 (in 2 gezeigt) liegt deshalb in den Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 von entsprechenden Zwischenisolationsschichten 22, 24 (Schichten 2 und 4) frei. In alternativen Ausführungsformen können Formschnitt-, Bohr-, Stanzoperationen oder ähnliches anstelle von Ätzoperationen verwendet werden, um die Schmelzverbindungsöffnung 40 und die Anschlussöffnungen 36, 38 auszubilden.
Nach dem Ausbilden (Schritt 68) der Öffnungen oder Fenster in den Zwischenisolationsschichten 22, 24 (Schichten 2 und 4), werden Außenisolationsschichten 26, 28 (Schichten 1 und 5) auf die aus den Schritten 66 und 68 resultierende dreischichtige Kombination (Schichten 2, 3 und 4) laminiert. Die Außenisolationsschichten 26, 28 (Schichten 1 und 5) werden unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Prozessen und Techniken auf die dreischichtige Kombination laminiert.
Nachdem die Außenisolationsschichten 26, 28 (Schichten 1 und 5) laminiert wurden (Schritt 70), um eine fünfschichtige Kombination zu bilden, werden Anschlussöffnungen 46, 48 (in 2 gezeigt) in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren und Techniken in der oberen Außenisolationsschicht 26 (Schicht 1) derart ausgebildet (Schritt 72), dass Sicherungselement-Kontaktinseln 32, 34 (in 2 gezeigt) über entsprechende Anschlussöffnungen 36, 38 und 46, 48 durch die obere Außenisolationsschicht 26 (Schicht 1) frei liegen. Die untere Außenisolationsschicht 28 (Schicht 5) wird dann mit Markierungen zu den Betriebseigenschaften der Sicherung 10 (in 1 und 2 gezeigt) wie etwa dem Stromwert, einem Sicherungsklassifikationscode usw. versehen (Schritt 74). Das Markieren (Schritt 74) kann in Übereinstimmung mit bekannten Prozessen wie etwa einer Lasermarkierung, einer chemischen Ätzung oder einer Plasmaätzung durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass andere bekannte leitende Kontaktinseln aus etwa Nickel/Gold, Nickel/Zinn, Nickel/Zinn/Blei und verzinnte Inseln in alternativen Ausführungsformen anstelle der Lotkontakte 12 verwendet werden können.
Dann wird Lot aufgetragen 76, um die Lotkontakte 12 (in 1 gezeigt) in leitender Verbindung mit den Sicherungselement-Kontaktinseln 32, 34 (in 2 gezeigt) vorzusehen. Es kann also eine elektrische Verbindung über die schmelzbare Verbindung 30 (in 2 gezeigt) hergestellt werden, wenn Lotkontakte 12 mit den elektrischen Anschlüssen einer unter Strom stehenden Schaltung verbunden werden.
Die Sicherungen 10 können einzeln in Übereinstimmung mit dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Sicherungen 10 jedoch gemeinsam in einer Anordnung hergestellt und anschließend zu einzelnen Sicherungen 10 getrennt (Schritt 78). Bei gemeinsamen Herstellung können verschiedene Formen und Abmessungen der schmelzbaren Verbindungen 30 gleichzeitig mit präziser Kontrolle durch Ätz- und Formschnittprozesse erhalten werden. Außerdem können Rollenlaminierprozesse in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess verwendet werden, um eine große Anzahl von Sicherungen in minimaler Zeit herzustellen.
Weiterhin können unter Verwendung des oben beschriebenen Ansatzes auch Sicherungen mit zusätzlichen Schichten hergestellt werden. Auf diese Weise können mehrere Sicherungselementschichten und/oder zusätzliche Isolationsschichten genutzt werden, um Sicherungen mit anderen Leistungseigenschaften und verschiedenen Packungsgrößen herzustellen.
Sicherungen können deshalb effizient und unter Verwendung von kostengünstigen, einfach verfügbaren Materialien in einem Massenprozess durch kostengünstige bekannte Techniken und Prozesse hergestellt werden. Photochemische Ätzprozesse erlauben eine präzise Ausbildung der schmelzbaren Verbindung 30 und der Kontaktinseln 32, 34 der dünnen Sicherungselementschicht 20 auch für sehr kleine Sicherungen, wobei eine gleichmäßige Dicke und Leitfähigkeit vorgesehen werden kann, um Variationen in der Endleistung der Sicherungen 10 zu minimieren. Außerdem ermöglicht die Verwendung von dünnen Metallfolienmaterialien bei der Ausbildung der Sicherungselementschicht 20 die Herstellung von Sicherungen mit sehr niedrigem Widerstand im Vergleich zu herkömmlichen vergleichbaren Sicherungen.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Foliensicherung 90, die im wesentlichen identisch mit der Sicherung 10 (oben mit Bezug auf 1-3 beschrieben) ist, mit Ausnahme des Aufbaus der unteren Zwischenisolationsschicht 24. Bei der Sicherung 90 ist keine Schmelzverbindungsöffnung 42 (in 2 gezeigt) in der unteren Zwischenisolationsschicht 24 vorgesehen, wobei sich die schmelzbare Verbindung 30 direkt über die Oberfläche der unteren Zwischenisolationsschicht 24 erstreckt. Dieser Aufbau ist zufriedenstellend für einen Sicherungsbetrieb bei Zwischentemperaturen, wobei die Schmelzverbindungsöffnung 40 die Wärmeübertragung von der schmelzbaren Verbindung 30 zu den Zwischenisolationsschichten 22, 24 verhindert oder zumindest reduziert. Der Widerstand der Sicherung 90 ist dementsprechend während des Sicherungsbetriebs reduziert, wobei die Schmelzverbindungsöffnung 40 in der oberen Zwischenisolationsschicht 40 eine Lichtbogenspur verhindert und eine vollständige Unterbrechung des Stromkreises durch die Sicherung erleichtert.
Die Sicherung 90 wird im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Verfahren 60 (oben mit Bezug auf 3 beschrieben) ausgebildet, wobei jedoch keine Schmelzverbindungsöffnung 42 (in 2 gezeigt) in der unteren Zwischenisolationsschicht 24 vorgesehen wird.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform einer Foliensicherung 100, die im wesentlichen ähnlich zu der Sicherung 90 (oben mit Bezug auf 4 beschrieben) ist, mit Ausnahme des Aufbaus der oberen Zwischenisolationsschicht 22. Bei der Sicherung 100 ist keine Schmelzverbindungsöffnung 40 (in 2 gezeigt) in der oberen Zwischenisolationsschicht 22 vorgesehen, wobei sich die schmelzbare Verbindung 30 direkt über die Oberfläche der oberen und unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 erstreckt.
Die Sicherung 100 wird im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Verfahren 60 (oben mit Bezug auf 3 beschrieben) ausgebildet, wobei jedoch keine Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 (in 2 gezeigt) in den Zwischenisolationsschichten 22, 24 vorgesehen sind.
Es ist zu beachten, dass in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen dünne Keramiksubstrate anstelle der Polymerfilme verwendet werden können, wobei dies insbesondere bei der Sicherung 100 ratsam ist, um einen korrekten Betrieb der Sicherung sicherzustellen. Zum Beispiel können in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bei niedriger Temperatur gleichzeitig brennbare Keramikmaterialien oder ähnliches verwendet werden.
Unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Ätz- und Formschnittprozesse an dünnen metallisierten Folienmaterialien für die Ausbildung von schmelzbaren Verbindungen können verschieden geformte Schmelzverbindungen aus einer Metallfolie ausgebildet werden, um besondere Leistungsziele zu erreichen. Zum Beispiel zeigen 6-10 eine Vielzahl von Geometrien für Sicherungselemente zusammen mit beispielhaften Abmessungen, die für die Sicherung 10 (in 1 und 2 gezeigt), Sicherung 90 (in 4 gezeigt) und Sicherung 100 (in 5 gezeigt) verwendet werden können. Es ist jedoch zu beachten, dass die hier beschriebenen und gezeigten Geometrien für die Sicherungsverbindung lediglich beispielhaft sind und die Erfindung in keiner Weise auf eine besondere Form der Folie oder eine besondere Konfiguration der schmelzbaren Verbindung beschränkt ist.
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer vierten Ausführungsform einer Sicherung 120. Wie die zuvor beschriebenen Sicherungen ist auch die Sicherung 120 eine niederohmige Sicherung mit einem geschichteten Aufbau, der in 11 gezeigt ist. Insbesondere besteht die Sicherung 120 in einer beispielhaften Ausführungsform im wesentlichen aus fünf Schichten, wobei eine Foliensicherungselementschicht 20 zwischen einer oberen und einer unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 eingeschlossen ist, die wiederum zwischen einer oberen und einer unteren Außenisolationsschicht 122, 124 eingeschlossen sind.
Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist die Sicherungselementschicht 20 eine 3-5 Mikrometer dicke Kupferfolie, die in Übereinstimmung mit bekannten Techniken auf der unteren Zwischenisolationsschicht 24 elektrisch aufgebracht wurde. Die dünne Sicherungselementschicht 20 ist in der Form eines Großbuchstabens I ausgebildet, wobei sich eine schmälere schmelzbare Verbindung 30 zwischen rechteckigen Kontaktinseln 32, 34 erstreckt und derart dimensioniert ist, dass sie sich öffnet, wenn der durch die schmelzbare Verbindung 30 fließende Strom größer als ungefähr 7 Ampere ist. Es ist jedoch zu beachten, dass verschiedene Abmessungen der schmelzbaren Verbindung verwendet werden können, und dass die dünne Sicherungselementschicht 20 aus verschiedenen Folienmaterialien aus Metallen und Legierungen anstelle der Kupferfolie ausgebildet werden kann.
Die obere Zwischenisolationsschicht 22 liegt über der Foliensicherungselementschicht 20 und umfasst eine kreisförmige Schmelzverbindungsöffnung 40, die über der schmelzbaren Verbindung 30 der Foliensicherungselementschicht 20 angeordnet ist. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Sicherungen 10, 90 und 100 umfasst die obere Zwischenisolationsschicht 22 in der Sicherung 120 keine Anschlussöffnungen 36, 38 (in 2-5 gezeigt), sondern ist mit Ausnahme der Schmelzverbindungsöffnungen 40 solide.
Die untere Zwischenisolationsschicht 24 liegt unter der Foliensicherungselementschicht 20 und umfasst eine kreisförmige Schmelzverbindungsöffnung 42, die unter der schmelzbaren Verbindung 30 der Foliensicherungselementschicht 20 liegt. Dabei erstreckt sich die schmelzbare Verbindung 30 entlang der entsprechenden Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 in der oberen und unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 derart, dass die schmelzbare Verbindung 30 keine der Flächen der Zwischenisolationsschichten 20, 24 kontaktiert, wenn sich die schmelzbare Verbindung 30 zwischen den Kontaktinseln 32, 34 des Foliensicherungselements 20 erstreckt. Wenn mit anderen Worten die Sicherung 10 vollständig montiert ist, hängt die schmelzbare Verbindung 30 dank der Schmelzverbindungsöffnungen 42. 42 in den entsprechenden Zwischenisolationsschichten 22, 24 effektiv in einer Lufttasche.
Als solche verhindern die Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 eine Wärmeübertragung zu den Zwischenisolationsschichten 22, 24, die in herkömmlichen Sicherungen zu einem erhöhten elektrischen Widerstand der Sicherung beiträgt. Die Sicherung 120 wird also mit einem niedrigeren Widerstand als bekannte Sicherungen betrieben und stört folglich die Schaltung weniger als vergleichbare bekannte Sicherungen. Außerdem verhindert die durch die Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 geschaffene Lufttasche im Gegensatz zu bekannten Sicherungen eine Lichtbogenspur und unterstützt eine vollständige Unterbrechung des Stromkreises durch die schmelzbare Verbindung 30. Weiterhin sorgt die Lufttasche für eine Lüftung von Gasen, wenn die schmelzbare Verbindung betrieben wird und reduziert eine unerwünschte Gasansammlung und einen Druckaufbau in der Sicherung.
Wie weiter oben bemerkt, werden die obere und die untere Zwischenisolationsschichten in einer beispielhaften Ausführungsform jeweils aus einem dielektrischen Film wie etwa einem 0,002 Zoll dicken Polyimidfilm hergestellt, der von E.I. du Pont de Nemours and Company in Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnung KAPTON^® erhältlich ist. In alternativen Ausführungsformen können andere geeignete elektrisch isolierende Materialien wie etwa CIRLEX^® (Polyimidlaminatmaterial ohne Kleber), Pyrolux, Polyethylennaphthalindiacarboxylat (manchmal als PEN bezeichnet), Zyvrex (Flüssigkristallpolymermaterial von Rogers Corporation) und ähnliches verwendet werden.
Die obere Außenisolationsschicht 26 liegt über der oberen Zwischenisolationsschicht 22 und umfasst eine kontinuierliche Fläche 50, die sich über der oberen Außenisolationsschicht 26 und über der Schmelzverbindungsöffnung 40 der oberen Zwischenisolationsschicht 22 erstreckt, sodass die schmelzbare Verbindung 30 bedeckt und angemessen isoliert wird. Dabei ist zu beachten, dass die obere Zwischenisolationsschicht 122 wie in 11 gezeigt keine Anschlussöffnungen 46, 48 (in 2-5 gezeigt) umfasst.
In einer weiteren Ausführungsform werden die obere Außenisolationsschicht 122 und/oder die untere Außenisolationsschicht 124 aus durchscheinenden oder durchsichtigen Materialien hergestellt, die eine visuelle Prüfung einer unterbrochenen Sicherung durch die Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 erleichtern.
Die untere Außenisolationsschicht 124 liegt unter der unteren Zwischenisolationsschicht 24 und ist solide, d.h. sie weist keine Öffnungen auf. Die kontinuierliche solide Fläche der unteren Außenisolationsschicht 24 isoliert deshalb die schmelzbare Verbindung 30 unter der Schmelzverbindungsöffnung 42 der unteren Zwischenisolationsschicht 28 angemessen.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden die obere und die untere Außenisolationsschichten jeweils aus einem dielektrischen Film wie etwa einem 0,005 Zoll dicken Polyimidfilm hergestellt, der von E.I. du Pont de Nemours in Wilmington, Delaware, unter der Handelsbezeichnet KAPTON^® erhältlich ist. Es ist jedoch zu beachten, das in alternativen Ausführungsformen auch andere geeignete elektrisch isolierende Materialien wie etwa CIRLEX^® (Polyimidlaminatmaterialien ohne Kleber), Pyrolux, Polyethylennaphtalindicarboxylat und ähnliches verwendet werden können.
Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Sicherungen in 2-5, die Lötkontakthügel umfassen, umfassen die obere Außenisolationsschicht 122 und die untere Außenisolationsschicht 124 jeweils längliche Anschlussschlitze 126, 128, die an einer Seite derselben ausgebildet sind und sich über und unter den Sicherungselement-Kontaktinseln 32, 34 erstrecken. Wenn die Schichten der Sicherung montiert werden, werden die Schlitze 126, 128 auf einer vertikalen Fläche metallisiert, um einen Kontaktanschluss auf jedem lateralen Ende der Sicherung 120 zusammen mit den metallisierten vertikalen Seitenflächen 130, 132 der oberen und unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 und den metallisierten Streifen 134, 136, die sich über den Außenflächen der oberen und unteren Außenisolationsschicht 122, 124 erstrecken, vorzusehen. Die Sicherung 120 kann deshalb auf einer Leiterplatte oberflächenmontiert werden, wobei eine elektrische Verbindung zu den Sicherungselement-Kontaktinseln 32, 34 hergestellt wird.
Im Folgenden wird ein beispielhafter Herstellungsprozess für die Sicherung 120 beschrieben, wobei die Schichten der Sicherung 120 in Übereinstimmung mit der folgenden Tabelle gewählt sind.
12 ist ein Flussdiagramm zu einem beispielhaften Verfahren 150 zum Herstellen einer Sicherung 120 (in 11 gezeigt). Eine Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) wird auf eine untere Zwischenisolationsschicht 24 (Schicht 4) in Übereinstimmung mit bekannten Laminierungstechniken laminiert 152, um einen metallisierten Aufbau vorzusehen. Die Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) wird dann unter Verwendung von bekannten Techniken zu einer gewünschten Form auf der unteren Zwischenisolationsschicht 24 (Schicht 4) gebracht 154, wobei etwa eine Eisenchloridlösungs-Ätzprozess verwendet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) derart ausgebildet, dass wie oben beschrieben ein Foliensicherungselement in der Form eines Großbuchstabens I zurückbleibt. In alternativen Ausführungsformen können Schneideoperationen anstelle von Ätzoperationen verwendet werden, um die schmelzbare Verbindung 30 und die Kontaktinseln 32, 34 auszubilden. Es ist zu beachten, dass in weiteren und/oder alternativen Ausführungsformen der Erfindung viele verschiedene Formen für die schmelzbaren Elemente verwendet werden können, einschließlich den in 6-10 gezeigten. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass in weiteren und/oder alternativen Ausführungsformen die Sicherungselementschicht unter Verwendung eines Aufsprühprozesses, eines Plattierungsprozesses, eines Siebdruckprozesses und ähnlichem metallisiert und geformt werden kann.
Nachdem die Foliensicherungselementschicht 154 (Schicht 3) auf der unteren Zwischenisolationsschicht (Schicht 4) gebildet wurde, wird eine obere Zwischenisolationsschicht 22 (Schicht 2) auf der zuvor in Schritt 152 mit der unteren Zwischenisolationsschicht 24 (Schicht 4) laminierten Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) in Übereinstimmung mit bekannten Laminierungstechniken laminiert 156. Es wird also ein Laminat mit drei Schichten vorgesehen, wobei die Foliensicherungselementschicht 20 (Schicht 3) zwischen den Zwischenisolationsschichten 22, 24 (Schichten 2 und 4) eingeschlossen ist.
Dann werden Schmelzverbindungsöffnungen 40 (in 1 gezeigt) in der oberen Zwischenisolationsschicht 22 (Schicht 2) ausgebildet und wird eine Schmelzverbindungsöffnung 42 (in 11 gezeigt) in der unteren Zwischenisolationsschicht 28 ausgebildet (Schritt 158). Die schmelzbare Verbindung 30 (in 11 gezeigt) liegt in den Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 der entsprechenden Zwischenisolationsschichten 22, 24 (Schichten 2 und 4) frei. In beispielhaften Ausführungsformen werden die Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 in Übereinstimmung mit bekannten Ätz-, Stanz-, Bohr- und Formschnittoperationen ausgebildet.
Nach dem Ätzen 158 der Öffnungen in den Zwischenisolationsschichten 22, 24 (Schichten 2 und 4) werden Außenisolationsschichten 122, 124 (Schichten 1 und 5) mit der dreischichtigen Kombination (Schichen 2, 3 und 4) aus den Schritten 156 und 158 laminiert. Die Außenisolationsschichten 122, 124 (Schichten 1 und 5) werden unter Verwendung von Prozessen und Techniken aus dem Stand der Technik mit der dreischichtigen Kombination laminiert 160.
Eine unter Umständen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhafte Laminierung verwendet vorimprägnierte Polyimidmaterialien ohne Fluss, wie sie etwa von Arlon Materials for Electronics in Bear, Delaware, erhältlich sind. Derartige Materialien weisen Ausdehnungseigenschaften auf, die unter denjenigen von Acrylklebern liegen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Durchgangslöchern reduziert wird und eine bessere Beständigkeit gegenüber thermischen Zyklen ohne Ablösung vorgesehen wird als bei anderen Laminierungs-Verbindungsmitteln. Es ist jedoch zu beachten, dass die Anforderungen an das Verbindungsmittel je nach den gewünschten Eigenschaften der herzustellenden Sicherung variieren können, sodass Verbindungsmittel, die für einen Typ von Sicherung bzw. einen Sicherungswert ungeeignet sind, für einen anderen Typ von Sicherung bzw. einen Sicherungswert annehmbar sind.
Im Gegensatz zu den Außenisolationsschichten 26, 28 (in 2 gezeigt) werden die Außenisolationsschichten 122, 124 (in 11 gezeigt) mit einer Kupferfolie auf einer Außenfläche gegenüber den Zwischenisolationsschichten metallisiert. In einer beispielhaften Ausführungsform kann dies durch die CIRLEX^®-Polyimidtechnologie bewerkstelligt werden, wobei eine Polyimidschicht ohne Kleber mit einer Kupferfolie laminiert wird, weil ansonsten der korrekte Betrieb der Sicherung beeinträchtigt werden könnte. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann dies durch Espanex-Polyimidschichtmaterialien bewerkstelligt werden, die mit einem aufgesprühten Metallfilm ohne Kleber laminiert werden. Es ist zu beachten, dass auch andere leitende Materialien und Legierungen anstelle der Kupferfolie verwendet werden können, wobei die Außenisolationsschichten 122, 124 in alternativen Ausführungsformen außerdem auch durch andere Prozesse und Techniken anstelle der CIRLEX^®-Materialien metallisiert werden können.
Nachdem die Außenisolationsschichten 26, 28 (Schichten 1 und 5) laminiert wurden (Schritt 160), um eine fünfschichtige Kombination zu bilden, werden längliche Durchgangslöcher in der Form von Schlitzen 126, 128 durch die in Schritt 160 ausgebildete fünfschichtige Kombination hindurch ausgebildet. In verschiedenen Ausführungsformen werden die Schlitze 126, 128 in Schritt 164 durch eine Laser geschnitten, chemisch geätzt, plasmageätzt, gestanzt oder gebohrt. Dann werden Schlitzanschlussstreifen 134, 136 (in 11 gezeigt) auf den metallisierten Außenflächen der Außenisolationsschichten 122, 124 mithilfe eines Ätzprozesses ausgebildet (Schritt 166), wobei eine Sicherungselementschicht 20 geätzt wird (Schritt 166), um die Sicherungselementschicht-Kontaktinseln 32, 34 (in 11 gezeigt) in den Anschlussschlitzen 126, 128 freizulegen. Nach dem Ätzen (Schritt 166) der geschichteten Kombination zum Ausbilden der Anschlussstreifen 134, 136 und dem Ätzen der Sicherungselementschicht 20 zum Freilegen der Sicherungselementschicht-Kontaktinseln 32, 34 werden die Anschlussschlitze 126, 128 in Übereinstimmung mit einem Plattierungsprozess metallisiert (Schritt 168), um die metallisierten Kontaktanschlüsse in den Schlitzen 126, 128 fertig zu stellen. In beispielhaften Ausführungsformen kann Nickel/Gold, Nickel/Zinn, Nickel/Zinn/Blei und Zinn in bekannten Plattierungsprozessen verwendet werden, um die Anschlüsse in den Schlitzen 126, 128 fertig zu stellen. Es können Sicherungen 120 hergestellt werden, die insbesondere für die Oberflächenmontage auf zum Beispiel einer Leiterplatte geeignet sind, wobei aber in anderen Anwendungen aber auch andere Verbindungsschemata anstelle der Oberflächenmontage verwendet werden können.
In einer alternativen Ausführungsform können gegossene Kontaktanschlüsse mit zylindrischen Durchgangslöchern anstelle der oben beschriebenen Durchgangsloch-Metallisierung in den Schlitzen 126, 128 verwendet werden.
Nachdem die Kontaktanschlüsse in den Schlitzen 126, 128 fertiggestellt sind, wird die untere Außenisolationsschicht 124 (Schicht 5) mit Markierungen zu den Betriebseigenschaften der Sicherung 120 (in 12 gezeigt) wie etwa den Spannungs- oder Stromwerten, einem Sicherungsklassifizierungscode usw. versehen. Die Markierung 170 kann in Übereinstimmung mit bekannten Prozessen wie etwa einer Lasermarkierung, einem chemischen Ätzen oder einem Plasmaätzen durchgeführt werden.
Die Sicherungen 120 können einzeln in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Sicherungen 120 jedoch gemeinsam in einer Anordnung hergestellt und anschließend zu einzelnen Sicherungen 120 getrennt (Schritt 78). Bei der gemeinsamen Herstellung können verschiedene Formen und Abmessungen der schmelzbaren Verbindungen 30 (in 11 gezeigt) gleichzeitig mit präziser Kontrolle durch Ätz- und Formschnittprozesse erhalten werden. Außerdem können Rollenlaminierprozesse in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess verwendet werden, um eine große Anzahl von Sicherungen in minimaler Zeit herzustellen. Es können auch zusätzliche Sicherungselementschichten und/oder Isolationsschichten verwendet werden, um Sicherungen mit höheren Sicherungswerten und größeren Größen vorzusehen.
Nachdem die Herstellung abgeschlossen ist, kann eine elektrische Verbindung durch die schmelzbare Verbindung 30 (in 11 gezeigt) hergestellt werden, wenn die Kontaktanschlüsse mit den elektrischen Anschlüssen einer mit Strom versorgten Schaltung verbunden werden.
Es ist zu beachten, dass die Sicherung 120 weiterhin wie oben mit Bezug auf 4 und 5 beschrieben modifiziert werden kann, indem eine oder beide Schmelzverbindungsöffnungen 40, 42 in den Zwischenisolationsschichten 22, 24 weggelassen werden. Der Widerstand der Sicherung 120 kann dementsprechend für verschiedene Anwendungen und verschiedene Betriebstemperaturen der Sicherung 120 variiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform können eine oder beide Außenisolationsschichten 122, 124 aus einem durchscheinenden Material hergestellt werden, um eine visuelle Prüfung des Sicherungszustands durch die Außenisolationsschichten 122, 124 zu ermöglichen. Wenn also die schmelzbare Verbindung 30 betätigt wurde, kann schnell festgestellt werden, dass die Sicherung 120 ausgewechselt werden muss. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn eine große Anzahl von Sicherungen in einem elektrischen System verwendet wird.
In Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Ansatz können also Sicherungen effizient unter Verwendung von kostengünstigen und einfach erhältlichen Materialien in einem Massenprozess durch kostengünstige bekannte Techniken und Prozesse hergestellt werden. Photochemische Ätzprozesse erlauben eine präzise Ausbildung der schmelzbaren Verbindung 30 und der Kontaktinseln 32, 34 der dünnen Sicherungselementschicht 20, auch für sehr kleine Sicherungen, wobei eine gleichmäßige Dicke und Leitfähigkeit vorgesehen werden kann, um Variationen in der Endleistung der Sicherungen 10 zu minimieren. Außerdem ermöglicht die Verwendung von dünnen Metallfolienmaterialien bei der Ausbildung der Sicherungselementschicht 20 die Herstellung von Sicherungen mit sehr niedrigem Widerstand im Vergleich zu herkömmlichen vergleichbaren Sicherungen.
13 und 14 sind perspektivische Explosionsansichten, die jeweils eine fünfte Ausführungsform einer Sicherung 200 gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie die oben beschriebenen Sicherungen, ist die Sicherung 200 eine niederohmige Sicherung mit einem geschichteten Aufbau. Die Sicherung 200 ist im wesentlichen ähnlich wie die Sicherung 120 (in 11 gezeigt) aufgebaut, mit Ausnahme der nachfolgend beschriebenen Unterschiede, wobei entsprechende Teile durch ähnliche Bezugszeichen in 13 und 14 angegeben werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Sicherung 200 eine Foliensicherungselementschicht 20, die zwischen einer oberen und einer unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 eingeschlossen ist, die wiederum zwischen einer oberen und einer unteren Außenisolationsschicht 122, 124 eingeschlossen sind. Die Sicherungselementschicht 20 sowie die Schichten 22, 24, 122 und 124 werden wie oben mit Bezug auf 11 uns 12 beschrieben hergestellt und montiert.
Im Gegensatz zu den vorausgehenden Ausführungsformen, in denen die Sicherungselementschicht 20 entweder in Nachbarschaft zu den Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 aufgehängt ist oder in direktem Kontakt zu der oberen oder unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 steht, wird die Sicherungselementschicht 20 hier auf einer Polymermembrane 202 gehalten. Die Polymermembrane 202 dient dazu, das Sicherungselement 20 zu halten und eine Fläche vorzusehen, auf der die Sicherungselementschicht 20 ausgebildet werden kann. Während des Betriebs schmilzt die schmelzbare Verbindung 30 aus Metall der Sicherungselementschicht 20 und unterbricht den Stromkreis durch die Sicherung 200, ohne dass die Polymermembrane 202 geschwärzt wird oder eine Bogenspur auf der Oberfläche der Membrane 202 auftritt.
Bestimmte Geometrien und Längen der schmelzbaren Verbindungen in der Sicherungselementschicht 20 machen die Polymermembrane 202 besonders vorteilhaft. Wenn zum Beispiel eine schlangenförmige oder eingebuchtete Verbindung in der Sicherungselementschicht 20 verwendet wird, hält die Polymermembrane 202 die schmelzbare Verbindung, sodass die Sicherungselementschicht 20 keine Oberfläche der Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 über und unter der schmelzbaren Verbindung kontaktiert, bevor der Stromkreis unterbrochen wird. Wenn es sich um Sicherungen für größere Spannungen und/oder für Zeitverzögerungs-Sicherungselemente mit schmelzbaren Elementen größerer Länge handelt oder wenn schmelzbare Verbindungen in verschiedenen Formen und/oder Geometrien verwendet werden, kann davon ausgegangen werden, dass die Polymermembrane 202 eine wesentliche Rolle dabei spielt, einen annehmbaren Sicherungsbetrieb zu erreichen. Bei langen Elementen und Zeitverzögerungssicherungen dehnt sich die Sicherungselementschicht 20 während Überlastungsbedingungen in Übereinstimmung mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des für die Ausbildung der Sicherungselementschicht 20 verwendeten Metalls aus. Die Aufheizung der Sicherungselementschicht 20 wird fortgesetzt, bis wenigstens ein Teil der Sicherungselementschicht 20 schmilzt und in den flüssigen Zustand übergeht. Eine Wärmeableitung durch die Polymermembrane 202 während der Erwärmung der Sicherungselementschicht 20 kann eine wesentliche und auch vorteilhafte Änderung der Zeit/Strom-Eigenschafen der Sicherung 200 zur Folge haben.
Die Polymermembrane 202 bietet weitere Vorteile für die Sicherung 200. Zum Beispiel bietet die Polymermembrane 202 eine Strukturstärke für die schmelzbare Verbindung, indem sie die Sicherungselementschicht 20 während des Herstellungsprozesses hält, wodurch die schmelzbare Verbindung versteift wird, um ein mögliches Brechen während der sequentiellen Laminierungsprozesse unter den dabei gegebenen hohen Temperaturen und Drücken zu vermeiden. Außerdem stärkt die Polymermembrane 202 die Sicherungselementschicht, um ein mögliches Brechen der schmelzbaren Verbindung zu verhindern, wenn die Sicherung gehandhabt und installiert wird. Weiterhin reduziert die Polymermembrane 202 die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der schmelzbaren Verbindung aufgrund von thermischen Spannungen während der Stromzyklen im Betrieb, die eine thermische Ausdehnung und Kontraktion der Sicherungselementschicht veranlassen. Eine Ermüdung der schmelzbaren Verbindung aufgrund eines Ausfalls während der Stromzyklen wird also durch die strukturelle Stärke der Polymermembrane 202 reduziert.
Indem also die Polymermembrane 202 oder eine andere Haltestruktur für die Sicherungselementschicht 20 vorgesehen wird, ist die Sicherung 200 besser gegenüber mechanischen Erschütterungen, thermischen Schocks, Stößen und Schwingungen geschützt und weist unter Umständen sogar eine bessere Leistung auf als zum Beispiel die Sicherung 120 (in 11 gezeigt), bei der die schmelzbare Verbindung 30 in der Luft hängt.
Während die Polymermembrane 202 wie oben genannt für bestimmte Typen oder Anwendungen von Sicherungen vorteilhaft ist, können die schmelzbaren Verbindungen bei schnell reagierenden Sicherungen und Sicherungen mit vergleichsweise kürzeren schmelzbaren Verbindungen eine ausreichende strukturelle Stärke und eine annehmbare Leistung aufweisen, sodass die Polymermembrane 202 nicht erforderlich ist. Bei kurzen schmelzbaren Verbindungen und schnell reagierenden Sicherungen wird durch die Polymermembrane 202 mit wenig Wahrscheinlichkeit ein wesentlicher Effekt für die Zeit/Strom-Eigenschaften der Sicherung 200 vorgesehen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Polymermembrane 202 eine dünne Membrane mit einer Dicke von ungefähr 0,0005 Zoll oder weniger, wobei jedoch zu beachten ist, dass in alternativen Ausführungsformen dickere Membranen verwendet werden können. Eine dünne Polymermembrane schmilzt, verdampft oder wird auf andere Weise unterbrochen, wenn die Sicherung betätigt wird. Beispielhafte Materialien für die Polymermembrane 202 sind unter anderen Flüssigkristallpolymermaterialien (LCP-Materialien) und Polyimidfilmmaterialien wie die oben beschriebenen. Es kann auch ein flüssiges Polyimidmaterial verwendet werden, um eine Haltemembrane 202 für die Sicherungselementschicht 20 in Übereinstimmung mit einem bekannten Prozess oder einer bekannten Technik auszubilden, wobei das Material zum Beispiel aufgeschleudert werden kann oder eine Rakel verwendet werden kann. Die Polymermembran 202 kann in verschiedenen Formen ausgebildet werden, um eine Sicherung mit einer besonderen Sicherungseigenschaft vorzusehen.
Die Sicherung 200 kann in Übereinstimmung mit dem Verfahren 150 von 12 hergestellt werden, das entsprechend modifiziert ist, um die Sicherungselementschicht 20 auf der Polymermembran 202 auszubilden oder auf derselben zu halten.
15 ist eine Explosionsansicht einer sechsten Ausführungsform einer Sicherung 210, die gemäß einem beispielhaften Aspekt der Erfindung ausgebildet wurde. Wie die zuvor beschriebenen Sicherungen ist die Sicherung 210 eine niederohmige Sicherung mit einem geschichteten Aufbau. Die Sicherung 210 ist im wesentlichen ähnlich wie die Sicherung 120 (in 11 gezeigt) aufgebaut, mit Ausnahme der nachfolgend erläuterten Unterschiede. In 15 werden ähnliche Bezugszeichen für Teile verwendet, die denjenigen der Sicherung 120 entsprechen.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Sicherung 210 eine Foliensicherungselementschicht 20, die zwischen einer oberen und einer unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 eingeschlossen ist, die wiederum zwischen einer oberen und unteren Außenisolationsschicht 122, 124 eingeschlossen sind. Die Sicherungselementschicht 20 sowie die Schichten 22, 24, 122 und 124 sind wie oben mit Bezug auf 11 und 12 beschrieben hergestellt und montiert.
Im Gegensatz zu den zuvor erläuterten Ausführungsformen ist ein Lichtbogenlöschmedium 212 in den Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 der oberen oder unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 vorgesehen. Dadurch wird die Ableitung der Lichtbogenenergie beim Öffnen der Sicherungselementschicht 20 unterstützt, was vorteilhaft ist, wenn der Spannungswert der Sicherung erhöht wird. Wenn die Lichtbogenenergie die Sicherung zerreißt und in die Umgebung austritt, können empfindliche elektrische Einrichtungen und elektronische Komponenten in der Umgebung der Sicherung gefährdet werden, wobei außerdem gefährliche Bedingungen für in der Umgebung befindliche Personen geschaffen werden und Verletzungen verursacht werden können. Wenn ein Lichtbogen auftritt, erhitzt sich das umgebende Lichtbogenlöschmedium 121 und durchläuft einen Phasenübergang, wobei aufgrund der Entropie eine Lichtbogenenergie durch das Lichtbogenlöschmedium absorbiert wird. Die Lichtbogenenergie wird also effektiv innerhalb der Grenzen der Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 an einer Position in der Sicherung 210 gehalten. Dadurch wird eine Beschädigung von elektrischen Einrichtungen und Komponenten verhindert, wobei außerdem eine sichere Betriebsumgebung geschaffen wird.
Zum Beispiel können Keramik, Silikon und Keramik/Silikon-Verbundmaterialien mit bekannten Lichtbogen-Unterdrückungseigenschaften als Lichtbogenlöschmedium 212 verwendet werden. Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass Keramikprodukte in Pulver-, Schlemm- oder Kleberform in Übereinstimmung mit bekannten Prozessen und Techniken an den Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 aufgetragen werden können. Insbesondere können Silikone wie etwa RTV und modifiziertes Alkoxisilikon als Lichtbogenlöschmedium 212 verwendet werden. Es können Keramikmaterialien wie etwa Aluminiumoxid (Al₂O₃·3H₂O), Siliziumoxid (SiO₂), Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxidtrihydrat (Al₂O₃·3H₂O) und/oder eine Verbindung innerhalb des Al₂O₃·MgO·SiO₂-Ternärsystem als Lichtbogenlöschmedium 212 verwendet werden. MgO·ZrO₂-Verbindungen und Spinelle wie etwa Al₂O₃·MgO und andere Lichtbogenlöschmedien mit einer großen Wärmeumwandlung wie etwa Natriumnitrat (NaNO₂, NaNO₃) sind ebenfalls für die Verwendung als Lichtbogenlöschmedium 210 geeignet.
Wie in 15 gezeigt können eine oder mehrere zusätzliche Schichten aus einem Isolationsmaterial 214 in der Nähe der Sicherungselementschicht 20 vorgesehen werden, wobei eine Schmelzverbindungsöffnung 216 in denselben vorgesehen werden kann. Die Isolationsschicht 214 kann aus demselben oder aus einem ähnlichem Material wie die weiter oben beschriebene obere und untere Isolationsschicht 22, 24 hergestellt werden. Das Lichtbogenlöschmedium 212 füllt die Öffnung 216 in der Isolationsschicht 214. Es wird also eine zusätzliche Isolation und Lichtbogenlöschfähigkeit vorgesehen, um die gewünschten Sicherungseigenschaften für Sicherungen für größere Spannungen zu erreichen.
Es ist zu beachten, dass die Polymermembrane 202 (in 14 gezeigt) in Kombination mit der Sicherung 210 verwendet werden kann. Weiterhin ist zu beachten, dass die Sicherung 210 in Übereinstimmung mit dem in 12 gezeigten Verfahren hergestellt werden kann, wobei eine entsprechende Modifikation verwendet wird, um das Lichtbogenlöschmedium 212 und eine oder mehrere zusätzliche Isolationsschichten 214 vorzusehen.
16 ist eine Explosionsansicht einer siebten Ausführungsform einer Sicherung 220, die gemäß einem beispielhaften Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Wie die weiter oben beschriebenen Sicherungen ist die Sicherung 220 eine niederohmige Sicherung mit einem geschichteten Aufbau. Da die Sicherung 220 identische Elemente enthält wie die Sicherung 120 (in 11 gezeigt), werden diese in 16 mit gleichen Bezugszeichen wie bei der Sicherung 120 angegeben.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Sicherung 220 eine Foliensicherungselementschicht 20, die zwischen einer oberen und einer unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 eingeschlossen ist, die wiederum zwischen einer oberen und unteren Außenisolationsschicht 122, 124 eingeschlossen sind. Die Sicherungselementschicht 20 sowie die Schichten 22, 24, 122 und 124 wurden oben mit Bezug auf 11 und 12 beschrieben.
Im Gegensatz zu den zuvor erläuterten kleberlosen Ausführungsformen umfasst die Sicherung 220 Klebeelemente 222 (durch Strichlinien in 16 angegeben), die die Sicherungselementschicht 20 an der oberen und unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 befestigen und die weiterhin die obere und untere Zwischenisolationsschicht 22, 24 an den Außenisolationsschichten 122 und 124 befestigen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Klebern schwärzen die Klebeelemente 222 in einer beispielhaften Ausführungsform nicht und erzeugen keinen Lichtbogen, wenn sich die Sicherungselementschicht 20 öffnet und den Stromkreis durch die Sicherung 220 unterbricht. Außerdem erlauben die Klebeelemente 222 niedrigere Laminierungstemperaturen und -drücke beim Laminieren während der Herstellung der Sicherung 220, während die oben beschriebenen kleberlosen Ausführungsformen vergleichsweise hohe Laminierungstemperaturen und -drücke erfordern. Die reduzierten Laminierungstemperaturen und -drücke bei der Herstellung der Sicherung 220 bieten eine Reihe von Vorteilen, wie etwa einen reduzierten Energieverbrauch bei der Herstellung der Sicherungen 220 und vereinfachte Herstellungsprozeduren, wodurch die Kosten für die Sicherungen 220 reduziert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen können die Klebeelemente 222 zum Beispiel ein Polyimid-Flüssigkleber, ein Polyimid-Klebefilm oder ein Silikonkleber sein. Insbesondere können Materialien wie etwa Espanex SPI und Expanex SPC-Bondfilme verwendet werden. Alternativ hierzu kann ein flüssiges Polymer siebgedruckt oder gegossen und anschließend ausgehärtet werden, um ein Klebeelement 222 zu bilden.
Wenn Klebefilme als Klebeelemente 222 verwendet werden, kann der Klebefilm vorgestanzt werden, um die Schmelzverbindungsöffnungen 40 und 42 in der oberen und unteren Zwischenisolationsschicht 22 und 24 zu bilden. Sobald die Öffnungen 40 und 42 ausgebildet sind, werden die Klebeelemente 222 mit den entsprechenden Zwischenisolationsschichten 22 und 24 und Außenschichten 122 und 124 laminiert. Es können Polyimid-Vorstufen in der Form eines Films oder in der Form von Tinten für den Laminierungsprozess verwendet werden, wobei nach dem Aushärten alle elektrischen, mechanischen und dimensionalen Eigenschaften des Polyimids zusammen mit den weiter oben genannten Vorteilen von Polyimid zur Verfügung stehen.
In einer weiteren Ausführungsform können die Klebelemente 222 die Metallfolien-Sicherungselementschicht 20 einkapseln. Es kann ein Kapselungsmittel mit einer niedrigeren Aushärtungstemperatur verwendet werden, wenn zum Beispiel entweder eine Sicherungslegierung bzw. ein Sicherungsmetall mit einer niedrigeren Schmelztemperatur verwendet wird oder wenn ein Legierungssystem des Metcalf-Typs verwendet wird.
In 16 sind vier Klebeelemente 222 gezeigt, wobei jedoch zu beachten ist, dass eine größere oder kleiner Anzahl von Klebeelementen 222 in alternativen Ausführungsformen verwendet werden kann und wenigstens einige der Vorteile der Sicherung 220 erhalten werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
Es ist zu beachten, dass die Polymermembrane 202 (in 14 gezeigt) in Kombination mit der Sicherung 220 verwendet werden kann. Außerdem kann die Sicherung 202 in Übereinstimmung mit dem Verfahren 150 von 12 hergestellt werden, wobei eine entsprechende Modifikation verwendet wird, um die Klebelemente 222 vorzusehen. Außerdem können das Lichtbogenlöschmedium 212 (in 15 gezeigt) und eine oder mehrere zusätzliche Isolationsschichten 214 (ebenfalls in 15 gezeigt) in der Sicherung 220 verwendet werden.
17 ist eine schematische Ansicht einer achten Ausführungsform einer Sicherung 230, die gemäß einem beispielhaften Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Wie die zuvor erläuterten Sicherungen ist die Sicherung 230 eine niederohmige Sicherung mit einem geschichteten Aufbau. Die Sicherung 230 enthält identische Komponenten wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, die in 17 mit gleichen Bezugszeichen angegeben werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Sicherung 230 eine Foliensicherungselementschicht 20, die zwischen einer oberen und einer unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 eingeschlossen ist, die wiederum zwischen einer. oberen und unteren Außenisolationsschicht 122, 124 eingeschlossen sind. Die Sicherungselementschicht 20 sowie die Schichten 22, 24, 122 und 124 wurden oben mit Bezug auf 11 und 12 beschrieben.
Im Gegensatz zu den vorausgehenden Ausführungsformen umfasst die Sicherung 230 eine Wärmesenke 232 und eine zusätzliche Isolationsschicht 214 (auch in 15 gezeigt). Die Wärmesenke 232 ist in nächster Nähe zu der schmelzbaren Verbindung 30 der Sicherungselementschicht angeordnet und verbessert die Zeitverzögerungseigenschaften für bestimmte Sicherungsanwendungen. Weil eine lokalisierte Erwärmung gewöhnlich in dem Zentrum der Sicherungselementschicht 20 auftritt (d.h. an der Position der schmelzbaren Verbindung 30 in 17), leitete die Wärmesenke 232 die Wärme von der Sicherungselementschicht 20 weg, wenn Strom durch diese fließt. Folglich ist eine längere Zeitperiode für das Erhitzen der Sicherungselementschicht 20 bis zum Schmelzpunkt erforderlich, um die Sicherung 230 bei einer spezifizierten Stromüberlastbedingung zu öffnen bzw. zu betreiben.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Wärmesenke 232 ein Element aus Keramik oder Metall, das in nächster Nähe zu dem Sicherungselement entweder über oder unter der Sicherungselementschicht 20 angeordnet ist, wobei jedoch zu beachten ist, dass in anderen Ausführungsformen andere Materialien und andere relative Positionen für die Wärmesenke 232 verwendet werden können. In einer Ausführungsform ist die Wärmesenke 232 wie in 17 gezeigt in einer Entfernung zu dem während des Betriebs wärmsten Teil der Sicherungselementschicht 20 angeordnet. Das heißt, die Wärmesenke 232 ist mit einem Abstand zu dem Zentrum der Elementschicht 20 oder der schmelzbaren Verbindung 30 in der Ausführungsform von 17 angeordnet. Indem die Wärmesenke 232 mit einem Abstand zu der schmelzbaren Verbindung 30 angeordnet wird, stört die Wärmesenke 231 das Öffnen und Unterbrechen des Stromkreises durch die Sicherungselementschicht 20 nicht.
Es ist zu beachten, dass die Polymermembrane 202 (in 14 gezeigt) in Kombination mit der Sicherung 230 verwendet werden kann. Weiterhin ist zu beachten, dass das Lichtbogenlöschmedium 212 (in 15 gezeigt) und eine oder mehrere zusätzliche Isolationsschichten 214 (ebenfalls in 15 gezeigt) in der Sicherung 230 verwendet werden können. Außerdem können Klebeelemente 222 (in 16 gezeigt) in der Sicherung 230 verwendet werden. Es ist weiterhin zu beachten, dass die Sicherung 230 in Übereinstimmung mit dem Verfahren 150 von 12 hergestellt werden kann, wobei entsprechende Modifikationen verwendet werden, um die oben genannten Merkmale vorzusehen.
18 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform einer Sicherungselementschicht 20, die in Verbindung mit einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann. Wie in 18 gezeigt, umfasst das Sicherungselement 20 Heizelemente 240. Insbesondere wenn Materialien mit einer niedrigeren Schmelztemperatur für die Ausbildung der Sicherungselementschicht 20 verwendet werden, können die zusätzlich vorgesehenen Heizelemente 240 eine Sicherung mit schnell reagierenden und gegenüber Spannungsstößen beständigen Eigenschaften ermöglichen. Gewöhnlich widersteht eine Sicherung mit einer sehr schnellen Reaktion keinen Einschaltstoßströmen wie sie zum Beispiel bei Anwendungen für LCD-Flachbildschirme auftreten. Die Heizelemente 240 ermöglichen, dass die Sicherungselementschicht 20 derartigen Einschaltstoßströmen widersteht, ohne dass die Sicherung geöffnet wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden Heizlegierungen wie etwa Nickel, Balco, Platin, Kanthal oder Nichrom als Heizelemente 240 verwendet und in Übereinstimmung mit bekannten Prozessen und Techniken auf der Sicherungselementschicht 20 aufgetragen. Diese und andere alternative Materialien und Metalle können für die Heizelemente 240 auf der Basis von Materialeigenschaften wie etwa dem spezifischen Volumenwiderstand, dem Widerstandtemperaturkoeffizienten, der Stabilität, der Linearität und den Kosten ausgewählt werden.
In 18 sind zwei Heizelemente 240 auf einer bestimmten Sicherungselementschicht 20 in der Form eines Großbuchstabens I dargestellt, wobei zu beachten ist, das die Sicherungselementschicht in verschiedenen geometrischen Formen einschließlich der in 6-10 gezeigten Formen ausgebildet werden kann, ohne dass dadurch der Erfindungsumfang verlassen wird, wobei auch eine größere oder kleinere Anzahl von Heizelementen 240 in Entsprechung zu den Geometrien oder den Spezifikationen für bestimmte Leistungsparameter verwendet werden kann.
19 ist eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform für einen Teil einer Sicherungselementschicht 250, die auf einer Isolationsschicht 252 ausgebildet ist. Die Sicherungselementschicht 250 ist wie oben in Bezug auf die Sicherungselementschicht 20 mit der schlangenförmigen Geometrie von 10 beschrieben geformt. Die Isolationsschicht 252 ist wie oben in Bezug auf die untere Zwischenisolationsschicht 24 beschrieben geformt. Die Sicherungselementschicht kann in einer der zuvor erläuterten Ausführungsformen in Kombination mit einem der Merkmale von 14-18 (d.h. der Polymermembrane 202, dem Lichtbogenlöschmedium 212, den Klebeelementen 222, der Wärmesenke 232 oder den Heizelementen 240) verwendet werden.
Eine schmelzbare Verbindung 254 erstreckt sich über die Schmelzverbindungsöffnung 256 in der Isolationsschicht 252, und die schmelzbare Verbindung weist im Vergleich zu dem Rest der schlangenförmigen Sicherungselementschicht 250 eine reduzierte Breite auf. Die schlangenförmige Sicherungselementschicht 250 und die schmelzbare Verbindung 254 bilden einen relativ langen Leiterpfad auf der Isolationsschicht 252 und sind deshalb gut für eine Zeitverzögerungssicherung geeignet.
Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass der Schmelzpunkt der Sicherungselementschicht 250 in der Zeit bestimmt werden kann, indem die maximale Energieabsorptionskapazität (Q) der Sicherungselementschicht 250 berechnet wird. Insbesondere kann die maximale Energieabsorptionskapazität in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung berechnet werden: Q = ∫i2Rdt = Cp∆Tδν = CpΔTδAl (5)wobei ν das Materialvolumen der Geometrie des Sicherungselements ist, i der Wert des durch das Sicherungselement fließenden Augenblicksstroms ist, t der Zeitwert für den durch das Sicherungselement fließenden Strom ist, ΔT die Differenz zwischen der Schmelztemperatur des für die Ausbildung der Sicherungselementschicht verwendeten Materials und einer Umgebungstemperatur des Materials zum Zeitpunkt t ist, C_p die spezifische Wärmekapazität des Materials der Sicherungselementschicht ist, δ die Dichte des Materials der Sicherungselementschicht ist, A die Querschnittfläche des Sicherungselements ist und L die Länge des Sicherungselements ist.
Die Querschnittfläche, die Länge und der Typ des Materials für die Sicherungselementschicht beeinflussen den Widerstand (R) der Sicherungselementschicht in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung: R = ρl/A (6)wobei ρ der Materialwiderstand der Sicherungselementschicht ist, 1 die Länge des Sicherungselements ist und A die Querschnittfläche des Sicherungselements ist.
Unter Verwendung der Gleichungen (4) und (5) kann eine Sicherungselementschicht mit einer entsprechenden Querschnittfläche und Länge für spezifizierte Sicherungseigenschaften bei oder unter einem vorbestimmten elektrischen Widerstand für die Sicherung entworfen werden. Es können also niederohmige Sicherungen vorgesehen werden, die bestimmte Zielsetzungen erfüllen.
Zum Beispiel können ein oder mehrere Heizelemente 240 (in 18 gezeigt) in Reihe mit einer Sicherungselementschicht 250 aus einer bei niedriger Temperatur verdampfenden Legierung in Kombination mit Schmelzverbindungsöffnungen 256 in Isolationsschichten über und unter der Sicherungselementschicht 250 hergestellt werden, um optimale adiabatische Bedingungen für den Sicherungsbetrieb zu schaffen.
Ideale Sicherungsbedingungen sind adiabatisch, d.h. es treten keine Verstärkung und kein Verlust während einer Stromüberlastbedingung auf. Bei einer adiabatichen Bedingung wird der Stromkreis unterbrochen, ohne dass Wärme mit umgebenden Elementen ausgetauscht wird. In der Realität lassen sich adiabatische Bedingungen nur während sehr schnellen Öffnungen erreichen, sodass keine oder wenig Zeit für die Wärmeableitung an den Anschlüssen der Sicherung oder an den Schichten der Sicherung zur Verfügung steht. Annähernd adiabatische Bedingungen lassen sich jedoch herstellen, indem eine adiabatische Modellhülle um die schmelzbare Verbindung herum vorgesehen wird, um die schmelzbare Verbindung in einem thermodynamischen System einzuschließen, in dem keine Verstärkung und kein Verlust der Wärme auftritt.
Eine adiabatische Modellhülle kann wenigstens teilweise dadurch erreicht werden, dass die schmelzbare Verbindung durch ein Material mit einem geringen Wärmeleitwert umgeben wird.
Zum Beispiel isoliert eine Lufttasche um das Sicherungselement herum über die Schmelzverbindungsöffnungen in der oberen und unteren Isolationsschicht auf beiden Seiten der Sicherungselementschicht die schmelzbare Verbindung und verhindert eine Wärmeableitung durch die Schichten der Sicherung hindurch. Indem außerdem die Geometrie des Sicherungselements mit einem minimalen Seitenverhältnis (Elementbreite/Elementdicke) vorgesehen wird, wird die Fläche der Sicherungselementschicht für die Wärmeübertragung zu beispielsweise der oberen und unteren Zwischenisolationsschicht reduziert. Indem weiterhin ein Heizelement wie etwa das oben beschriebene Heizelement 240 in Reihe mit dem Sicherungselement platziert wird, wird die Wärmeübertragung von dem Sicherungselement zu den Schichten der Sicherung und zu den Sicherungsanschlüssen verhindert.
Indem eine adiabatische Hülle wie oben beschrieben modelliert wird, wird beim Auftreten eines Überstroms keine Joule-Wärme absorbiert, sodass das Sicherungselement schnell schmelzen kann. Auch wenn nach dem Schmelzen des Sicherungselements ein Lichtbogen erzeugt wird, wird der durch den metallischen Dampf gebildete Lichtbogen auf die Hülle begrenzt.
Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen der Sicherungen können die elektrischen Eigenschaften der Sicherung vorausgesagt werden, indem die Wärmeleitfähigkeit der Sicherungsmatrix in Kombination mit der maximalen Energieabsorptionskapazität des Sicherungselements wie oben beschrieben betrachtet wird. Die Wärmeleitfähigkeit in der Wärmeleitungsgleichung entspricht der Konstante
Diese Konstante beschreibt die Rate, mit der Wärme durch ein Medium geleitet wird, und steht in der folgenden Beziehung zu der Wärmeleitfähigkeit k, der spezifischen Wärme C_p und der Dichte ρ:
20 ist eine Explosionsansicht einer Sicherung 260, die gemäß einem beispielhaften Aspekt der Erfindung hergestellt wurde. Wie die zuvor beschriebenen Sicherungen ist die Sicherung 260 eine niederohmige Sicherung mit einem geschichteten Aufbau. Die Sicherung 260 enthält Komponenten, die mit denjenigen der vorausgehenden Ausführungsformen identisch sind und durch gleiche Bezugszeichen wie in 17 angegeben werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Sicherung 260 eine Foliensicherungselementschicht 20, die zwischen einer oberen und einer unteren Zwischenisolationsschicht 22, 24 eingeschlossen ist, die wiederum zwischen einer oberen und unteren Außenisolationsschicht 122, 124 eingeschlossen sind. Die Sicherungselementschicht 20 sowie die Schichten 22, 24, 122 und 124 wurden oben mit Bezug auf 11 und 12 beschrieben. Eine zusätzliche Isolationsschicht 214 ist wie oben mit Bezug auf 15 beschrieben vorgesehen.
Im Gegensatz zu den vorstehenden Ausführungsformen ist eine Maske 262 vorgesehen, um die Ausbildung von einer oder mehreren der Schichten zu vereinfachen. Die Maske 262 definiert eine Öffnung 264 in Entsprechung zu einer Schmelzverbindungsöffnung in einer der Schichten sowie gerundete Anschlussrillen 266 für die Schicht. Die Maske 262 wird verwendet, um die Ausbildung von Schmelzverbindungsöffnungen und Anschlüssen in den entsprechenden Schichten der Sicherung während des Herstellungsprozesses zu vereinfachen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Maske 262 eine Kupferfolienmaske, die in Verbindung mit einem Plasmaätzprozess verwendet wird, wobei jedoch auch andere Materialien und Techniken verwendet werden können, um die Öffnungen und Anschlüsse der Schichten der Sicherung auszubilden.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Maske 262 physikalisch entfernt, bevor die Schichten der Sicherung laminiert werden. In einer anderen Ausführungsform kann die Maske in eine Schicht des Endprodukts integriert werden.
Die Erfindung wurde anhand von verschiedenen spezifischen Ausführungsformen beschrieben, wobei dem Fachmann jedoch deutlich sein sollte, dass die Erfindung mit vielen verschiedenen Modifikationen innerhalb des Erfindungsumfangs realisiert werden kann.

Claims

Niederohmige Sicherung, mit: einer Polymermembrane (202), einer Sicherungselementschicht (20), die auf der Polymermembrane (202) ausgebildet ist, und einer ersten und einer zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24), die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht (20) erstrecken und mit derselben verbunden sind, wobei die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung (40, 42) aufweisen, wobei die Polymermembrane (202) die Sicherungselementschicht (20) in der Öffnung (40, 42) hält.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembrane (202) einen Polyimidfilm umfasst.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermembrane (202) ein Flüssigkristallpolymer umfasst.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die niederohmige Sicherung eine Dicke von ungefähr 0,0005 Zoll oder weniger aufweist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch ein Lichtbogenlöschmedium (121), das in der Öffnung (40, 42) vorgesehen ist, wobei das Lichtbogenlöschmedium (121) einen Teil der Sicherungselementschicht (20) in der Öffnung (42, 44) umgibt.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselementschicht (20) eine Dünnfilmfolie umfasst.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselementschicht (20) eine Dicke zwischen ungefähr 1 und ungefähr 20 Mikrometer aufweist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselementschicht (20) eine Dicke zwischen ungefähr 3 und ungefähr 9 Mikrometer aufweist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselementschicht (20) eine erste und eine zweite Kontaktinsel (32, 34) und wenigstens eine sich zwischen denselben erstreckende schmelzbare Verbindung (30) umfasst.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 9, weiterhin gekennzeichnet durch wenigstens ein Heizelement (240), das in Reihe mit der schmelzbaren Sicherung (30) verbunden ist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Wärmesenke (232), die in der Nähe der Sicherungselementschicht (20) angeordnet ist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Außenisolationsschicht (26, 28), die jeweils mit der ersten und der zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24) laminiert sind.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Außenisolationsschicht (26, 28) und die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) ein Flüssigkristallpolymer umfassen.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Außenisolationsschicht (26, 28) und die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) ein Polyimidmaterial umfassen.
Verfahren zum Herstellen einer niederohmigen Sicherung, mit folgenden Schritten: Vorsehen einer ersten Zwischenisolationsschicht, Ausbilden einer Sicherungselementschicht mit einer schmelzbaren Verbindung, die sich zwischen einer ersten und einer zweiten Kontaktinsel erstreckt, und klebendes Laminieren einer zweiten Zwischenisolationsschicht mit der ersten Zwischenisolationsschicht über der Sicherungselementschicht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum klebenden Laminieren das Laminieren eines Polyimidklebefilms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das klebende Laminieren das Auftragen eines flüssigen Polyimidfilms auf einer der Isolationsschichten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das klebende Laminieren das Auftragen eines Silikonklebers auf einer der Isolationsschichten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das klebende Laminieren des Einkapseln der Sicherungselementschicht mit einem Klebeelement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Vorsehen einer Polymermembrane. Metallisieren der Polymermembrane, um die Sicherungselementschicht auszubilden, Ausbilden einer schmelzbaren Verbindung, die sich zwischen der ersten und der zweiten Kontaktinsel der Sicherungselementschicht erstreckt, und Verbinden der Polymermembrane mit der ersten Zwischenisolationsschicht.
Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin gekennzeichnet durch Schritte zum Ausbilden einer Öffnung in der Isolationsschicht und zum Stützen der schmelzbaren Verbindung in der Öffnung durch die Polymermembrane umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Laminieren der Polymermembrane mit einem Polyimidmaterial.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch Schritte zum Maskieren der ersten oder der zweiten Zwischenisolationsschicht und zum Ätzen einer Öffnung in derselben.
Verfahren nach Anspruch 23, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Entfernen der Maske.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet dass der Schritt zum Metallisieren eine Metallisierung mit einer Dicke von zwischen ungefähr 1 und ungefähr 20 Mikrometer vorsieht.
Niederohmige Sicherung, mit: einer Dünnfolien-Sicherungselementschicht (20), einer ersten und einer zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24), die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht (20) erstrecken und mit derselben verbunden sind, wobei die Sicherungselementschicht (20) auf der ersten Zwischenisolationsschicht (22) ausgebildet ist und die zweite Zwischenisolationsschicht (24) mit der Sicherungselementschicht (20) laminiert ist, wobei die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung (40, 42) aufweisen, und ein Lichtbogenlöschmedium (121) in der Öffnung (40, 42) vorgesehen ist und die Sicherungselementschicht (20) in der Öffnung (40, 42) umgibt.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungselementschicht (20) eine Dicke von zwischen ungefähr 1 und ungefähr 20 Mikrometer aufweist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) ein Polyimidmaterial umfasst.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) ein Flüssigkristallpolymer umfasst.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 26, weiterhin gekennzeichnet durch eine Wärmesenke (232), die in der Nähe der Sicherungselementschicht (20) angeordnet ist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 26, weiterhin gekennzeichnet durch wenigstens ein Heizelement (240), das in Reihe mit der Sicherungselementschicht (20) angeordnet ist.
Niederohmige Sicherung, mit: einer Dünnfolien-Sicherungselementschicht (20), einer ersten und einer zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24), die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht (20) erstrecken und mit derselben verbunden sind, wobei die Sicherungselementschicht (20) auf der ersten Zwischenisolationsschicht (22) ausgebildet ist und die zweite Zwischenisolationsschicht (24) mit der Sicherungselementschicht (20) laminiert ist, wobei die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung (40, 42) aufweist, und eine Wärmesenke (232) mit der ersten oder der zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24) verbunden ist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnfolien-Sicherungselementschicht (20) eine Dicke von zwischen ungefähr 1 und ungefähr 20 Mikrometer aufweist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 32, weiterhin gekennzeichnet durch ein Lichtbogenlöschmedium (212), das in der Öffnung (40, 42) angeordnet ist und die Sicherungselementschicht (20) in der Öffnung (40, 42) umgibt.
Niederohmige Sicherung, mit: einer Dünnfolien-Sicherungselementschicht (20), einer ersten und einer zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24), die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht (20) erstrecken und mit derselben verbunden sind, wobei die Sicherungselementschicht (20) mit einer schmelzbaren Verbindung (30) ausgebildet ist und die erste Zwischenisolationsschicht (22) und die zweite Zwischenisolationsschicht (24) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht (20) laminiert sind, und wenigstens ein Heizelement (240) in Reihe mit der schmelzbaren Verbindung (30) der Sicherungselementschicht (20) angeordnet ist.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnfolien-Sicherungselementschicht (20) eine Dicke von zwischen ungefähr 1 und ungefähr 20 Mikrometer aufweist.
Niederohmige Sicherung, mit: einer Dünnfolien-Sicherungselementschicht (20), einer ersten und einer zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24), die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselementschicht (20) erstrecken und mit derselben verbunden sind, wobei die Sicherungselementschicht (20) auf der ersten Zwischenisolationsschicht (22) ausgebildet ist und die zweite Zwischenisolationsschicht (24) mit der Sicherungselementschicht (20) laminiert ist, wobei die erste und/oder die zweite Zwischenisolationsschicht (22, 24) eine sich durch dieselbe erstreckende Öffnung (40, 42) aufweisen, einer ersten und einer zweiten Außenisolationsschicht (26, 28), die jeweils mit der ersten und zweiten Zwischenisolationsschicht (22, 24) laminiert sind, wobei die Sicherungselementschicht (20) und die Öffnung (40, 42) derart konfiguriert sind, dass sie eine adiabatische Hülle um einen Teil der Sicherungselementschicht (20) herum in der Nachbarschaft zu der Öffnung (40, 42) modellieren.
Niederohmige Sicherung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnfolien-Sicherungselementschicht (20) eine Dicke von zwischen ungefähr 1 und ungefähr 20 Mikrometer aufweist.