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Hintergrund
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Gebiet
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Die Ausführungsformen beziehen sich auf das Gebiet von Überspannungsschutzvorrichtungen, und insbesondere auf Überspannungsschutzgeräte und rückstellbare Sicherungen.
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Diskussion von verwandtem Stand der Technik
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Überspannungsschutzvorrichtungen umfassen Überspannungsschutzgeräte, die Komponenten, Geräte oder Systeme vor Schäden durch Überspannungsfehlerzustände schützen, sowie Sicherungen, die Komponenten, Geräte oder Systeme vor zu hohem Stromfluss schützen. Im Bereich der Überspannungsschutzgeräte sind Dioden wie Zenerdioden, Thyristoren und SIDACtoren® bekannt (® SIDACtor ist eine Marke von Littelfuse, Inc.). Ein Vorteil von Überspannungsschutzvorrichtungen wie silikongesteuerten Gleichrichtern (SCR) und SIDACtors ist die Fähigkeit, schnell auf ein Überspannungsereignis zu reagieren und die Spannung auf ein akzeptables Niveau zu klemmen. Insbesondere wenn der durch den SIDACtor fließende Strom einen Schaltstrom überschreitet, wirkt der SIDACtor wie ein „Überspannungsschutz“ („Crowbar“) und simuliert einen Kurzschlusszustand. Im Gegensatz zu herkömmlichen TVS-Klemmvorrichtungen (Transient Voltage Suppression) wie Dioden hat eine crowbarartige Vorrichtung den Vorteil, dass die Crowbar- bzw. Überspannungsschutzvorrichtung nicht durch Überspannung beschädigt wird. Wenn der fließende Strom jedoch den maximalen Einschaltstrom überschreitet, kann eine Crowbarvorrichtung wie ein SIDACtor in einen permanenten Kurzschlusszustand übergehen, wodurch geschützte Komponenten potenziellen Schäden ausgesetzt sind.
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Im Hinblick auf diese und andere Überlegungen ist die vorliegende Offenbarung bereitgestellt.
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Zusammenfassung
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Beispielhafte Ausführungsformen sind auf verbesserte Überspannungsschutzvorrichtungen ausgerichtet. In einer Ausführungsform kann eine Überspannungsschutzvorrichtung einen Eingangsanschluss; einen Ausgangsanschluss, wobei der Ausgangsanschluss elektrisch mit dem Eingangsanschluss gekoppelt ist; einen Erdungsanschluss, wobei der Erdungsanschluss elektrisch mit dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss gekoppelt ist; eine Sicherung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC), wobei die PTC-Sicherung in elektrischer Reihe zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss geschaltet ist; eine Crowbarvorrichtung, wobei die Crowbarvorrichtung elektrisch mit dem Erdungsanschluss und dem Ausgangsanschluss verbunden ist, wobei die Crowbarvorrichtung in elektrischer Reihe mit der PTC-Sicherung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Erdungsanschluss steht; und einen zentralen Rahmenabschnitt enthalten, wobei der zentrale Rahmenabschnitt elektrisch mit dem Eingangsanschluss, dem Ausgangsanschluss und dem Erdungsanschluss gekoppelt ist, wobei die Crowbarvorrichtung auf einer ersten Seite des zentralen Rahmenabschnitts angeordnet ist und die PTC-Sicherung auf einer zweiten Seite des zentralen Rahmenabschnitts gegenüber der ersten Seite angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren zum Bilden einer Überspannungsschutzvorrichtung enthalten, Bereitstellen eines Eingangsanschlusses, eines Ausgangsanschlusses und eines zentralen Rahmenabschnitts; Löten einer ersten Seite eines Halbleiterchips, der eine Crowbarvorrichtung umfasst, auf eine erste Seite des zentralen Rahmenabschnitts; Löten eines ersten Abschnitts einer ersten Klemme auf eine zweite Seite des Halbleiterchips, wobei die zweite Seite der ersten Seite des Halbleiterchips gegenüberliegt, und Löten eines zweiten Abschnitts der ersten Klemme auf den Erdanschluss; Befestigen einer ersten Seite einer Sicherung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) an einer zweiten Seite des zentralen Rahmenabschnitts, wobei die zweite Seite des zentralen Rahmenabschnitts der ersten Seite des zentralen Rahmenabschnitts gegenüberliegt, unter Verwendung eines leitfähigen Mediums; Befestigen eines ersten Abschnitts einer zweiten Klemme an einer zweiten Seite der PTC-Sicherung, wobei die zweite Seite der ersten Seite der PTC-Sicherung gegenüberliegt, und Befestigen eines zweiten Abschnitts der zweiten Klemme an dem Eingangsanschluss.
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In einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren zum Bilden einer Überspannungsschutzvorrichtung enthalten, Bereitstellen eines Eingangsanschlusses, eines Ausgangsanschlusses und eines zentralen Rahmenabschnitts; Löten einer ersten Seite eines Halbleiterchips, der eine Crowbarvorrichtung umfasst, an eine erste Seite des zentralen Rahmenabschnitts; Löten eines ersten Abschnitts einer ersten Klammer mit einer zweiten Seite des Halbleiterchips, wobei die zweite Seite der ersten Seite des Halbleiterchips gegenüberliegt, und Löten eines zweiten Abschnitts der ersten Klammer mit dem Erdungsanschluss; Befestigen einer ersten Seite eines Keramikkörpers mit einer zweiten Seite des zentralen Rahmenabschnitts unter Verwendung eines Klebstoffs, wobei die zweite Seite des zentralen Rahmenabschnitts der ersten Seite des zentralen Rahmenabschnitts gegenüberliegt; Befestigen eines ersten Abschnitts einer ersten Seite einer Sicherung mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) an einer zweiten Seite des Keramikkörpers unter Verwendung eines Klebstoffs, wobei die zweite Seite des Keramikkörpers der ersten Seite des Keramikkörpers gegenüberliegt; Befestigen eines ersten Abschnitts einer zweiten Klemme an einer zweiten Seite der PTC-Sicherung, wobei die zweite Seite der ersten Seite der PTC-Sicherung gegenüberliegt, und Befestigen eines zweiten Abschnitts der zweiten Klemme an einer zweiten Seite des zentralen Rahmenabschnitts, wobei die zweite Seite der ersten Seite des zentralen Rahmenabschnitts gegenüberliegt.
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Figurenliste
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- 1A stellt eine Seitenansicht dar, während 1B eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung darstellt;
- 1C liefert eine Schaltungsdarstellung der Vorrichtung von 1A;
- 2A stellt eine Seitenansicht dar, während 2B eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 200 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung darstellt;
- 3 zeigt eine Variante der in 1A dargestellten PTC-Sicherung;
- 4 zeigt eine Variante der in 2A dargestellten PTC-Sicherung;
- 5A bis 5J veranschaulichen einen Ablauf für die Montage der Vorrichtung von 1A gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung; und
- 6A bis 6L veranschaulichen einen Ablauf für die Montage der Vorrichtung von 2A gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Beschreibung der Ausführungsformen
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Die vorliegenden Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen dargestellt sind, näher beschrieben. Die Ausführungsformen sind nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt auszulegen. Vielmehr sind diese Ausführungsformen so vorgesehen, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und ihren Umfang den Fachleuten vollständig vermittelt. In den Zeichnungen beziehen sich ähnliche Zahlen auf ähnliche Elemente.
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In der folgenden Beschreibung und/oder den folgenden Ansprüchen können die Begriffe „auf“, „darüberliegend“, „angeordnet auf“ und „darüber“ in der folgenden Beschreibung und den folgenden Ansprüchen verwendet werden. „Auf“, „darüberliegend“, „angeordnet auf“ und „darüber“ können verwendet werden, um anzuzeigen, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physischen Kontakt miteinander stehen. Auch kann der Begriff „auf“, „darüberliegend“, „angeordnet auf“ und „darüber“ bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. So kann beispielsweise „darüber“ bedeuten, dass sich ein Element über einem anderen Element befindet, ohne sich gegenseitig zu berühren, und dass sich ein anderes Element oder andere Elemente zwischen den beiden Elementen befinden können. Darüber hinaus kann der Begriff „und/oder“ „und“ bedeuten, er kann „oder“ bedeuten, er kann „exklusiv- oder“ bedeuten, er kann „eins“ bedeuten, er kann „einige, aber nicht alle“ bedeuten, er kann „weder“ bedeuten, und/oder er kann „beide“ bedeuten, obwohl der Umfang des beanspruchten Gegenstands in dieser Hinsicht nicht eingeschränkt ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist eine Hybridvorrichtung mit einer rückstellbaren Sicherung und einer Crowbarvorrichtung vorgesehen. Wie hierin verwendet, kann der Begriff „Crowbarvorrichtung“ eine bekannte Art von elektrischer Schaltung beinhalten, die als Überspannungsschutz wirkt, wie beispielsweise einen SIDACtor. Wie bekannt, ähnelt ein SIDACTor einem siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), wobei ein SCR aus einer Schichtstruktur mit einer Anordnung von Halbleiterbereichen oder -schichten vom N-Typ sowie Halbleiterschichten oder - bereichen vom P-Typ in einer Vier-Schichten-Sequenz von beispielsweise P-N-P-N besteht. Bei einem SCR ist ein Gate mit einer inneren Schicht der Vierschichtvorrichtung verbunden, während einem SIDACtor ein solches Gate fehlt. In verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung sind eine Crowbarvorrichtung und ein positiver Temperaturkoeffizient (PTC-Sicherung) in eine 3-polige Vorrichtung (bzw. eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen) integriert, wobei die Vorrichtung in einem vergossenen Gehäuse oder alternativ in einem hohlgeformten Gehäuse untergebracht sein kann. Im Betrieb kann der erste Anschluss der Vorrichtung, der als Eingangsanschluss gilt, mit einem Leistungs- oder Signaleingang verbunden sein, kann der zweite Anschluss, der als Ausgangsanschluss gilt, mit einer Last oder einem Ausgang verbunden sein, während der dritte Anschluss, ein Erdungsanschluss, mit einem Erdpotenzial verbunden ist.
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Wie nachstehend ausgeführt, ist eine PTC-Sicherung in Reihe zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss eines Gerätes gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung angeordnet. Eine Elektrode einer Vorrichtung, wie beispielsweise eines SIDACtors, kann mit der Masse verbunden sein, während eine andere Elektrode mit einem Patch von der PTC-Sicherung zum Ausgangsanschluss verbunden ist. Diese Konfiguration ermöglicht eine schnelle Reaktion auf eine Überspannungsbedingung mit einem Thyristor, SIDACtor oder einer ähnlichen Vorrichtung und verhindert gleichzeitig, dass der kontinuierliche Überstrom durch den SIDACtor oder eine andere Vorrichtung fortbesteht. Wenn beispielsweise ein SIDACtor bei transienten Ereignissen in den Einschaltzustand versetzt wird, kann der Überstrom, der auch durch eine PTC-Sicherung in der Vorrichtung fließt, die PTC-Sicherung allmählich erwärmen, was zu einer Erhöhung des Widerstands der PTC-Sicherung führt. Der durch das Gerät fließende Überstrom wird dann durch den hohen Widerstand der PTC-Sicherung auf ein konstantes, sicheres Stromniveau begrenzt. Dieser Mechanismus verhindert, dass SIDACtors durch kontinuierlichen Überstrom beschädigt werden, wenn sonst ein permanenter Kurzschluss auftreten kann. Sobald die Spannungstransienten durchlaufen sind, kann der Überstrom entfernt werden, was dazu führt, dass die Temperatur der PTC-Sicherung wieder auf ein sicheres Niveau steigt und die PTC-Sicherung automatisch zurückgesetzt wird. Ein SIDACtor kann auch in einen Sperrzustand zurückkehren, um Störungen des normalen Anwendungsbetriebs zu vermeiden.
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1A stellt eine Seitenansicht dar, während 1B eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 100 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung darstellt. 1C zeigt eine Darstellung der elektrischen Schaltung der Vorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 kann ein Gehäuse 102, wie beispielsweise ein geformtes bzw. vergossenes Gehäuse, beinhalten, wobei das Gehäuse 102 eine Hybridvorrichtung umschließt. Die Vorrichtung 100 kann einen Eingangsanschluss bzw. eine Eingangsklemme 104 und einen Ausgangsanschluss bzw. eine Ausgangsklemme 118 beinhalten, wobei der Ausgangsanschluss 118 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 104 gekoppelt ist. Die Vorrichtung 100 kann ferner einen Erdungsanschluss bzw. eine Erdungsklemme 106 beinhalten, wobei der Erdungsanschluss 106 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 104 und dem Ausgangsanschluss 118 gekoppelt ist. Während im dargestellten Beispiel der Erdungsanschluss 106, der Eingangsanschluss 104 und der Ausgangsanschluss 118 koplanar angeordnet sind, sind die Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt. Die Vorrichtung 100 kann ferner eine PTC-Sicherung 110 beinhalten, wobei die PTC-Sicherung 110 in elektrischer Reihe zwischen dem Eingangsanschluss 104 und dem Ausgangsanschluss 118 geschaltet ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die PTC-Sicherung 110 eine bekannte Sicherung wie beispielsweise eine Littelfuse POLY-FUSE®-Vorrichtung sein. Littelfuse POLY-FUSE®-Geräte sind polymere PPTC-Geräte (Positive Temperature Coefficient) mit rückstellbarem Überstromschutz (POLY-FUSE® ist eine Marke von Littelfuse, Inc.). Die Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang nicht eingeschränkt.
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Die Vorrichtung 100 kann ferner eine Crowbarvorrichtung beinhalten, wobei die Crowbarvorrichtung direkt elektrisch mit dem Erdungsanschluss 106 und dem Ausgangsanschluss 118 verbunden ist, worin die Crowbarvorrichtung auch in elektrischer Reihe mit der PTC-Sicherung 110 zwischen dem Eingangsanschluss 104 und dem Erdungsanschluss 106 steht. In verschiedenen Ausführungsformen kann die thryistorartige Vorrichtung in einem Halbleiterchip verkörpert sein, der als Vorrichtungschip 112 dargestellt ist. Sofern nicht anders angegeben, bezeichnet der Begriff „Vorrichtungschip“ in der hierin verwendeten Form einen Halbleiterchip, der eine Crowbarvorrichtung enthält oder verkörpert. Wie weiter in 1A und 1B dargestellt, kann die Vorrichtung 100 einen zentralen Rahmenabschnitt 108, wie beispielsweise eine Metallstruktur, beinhalten, wobei der zentrale Rahmenabschnitt 108 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 104, dem Ausgangsanschluss 118 und dem Erdungsanschluss 106 gekoppelt ist. In dem dargestellten Beispiel kann der zentrale Rahmenabschnitt 108 einstückig mit dem Ausgangsanschluss 118 ausgebildet sein. Die Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang nicht eingeschränkt. Wie weiter in 1A dargestellt, ist der Halbleiterchip auf einer ersten Seite 130 des zentralen Rahmenabschnitts 108 und die PTC-Sicherung 110 auf einer zweiten Seite 132 des zentralen Rahmenabschnitts 108 gegenüber der ersten Seite angeordnet.
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Die Vorrichtung 100 beinhaltet ferner eine erste Klemme bzw. einen ersten Clip 114, wobei die erste Klemme 114 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 104 und der PTC-Sicherung 110 verbunden ist, sowie eine zweite Klemme bzw. einen zweiten Clip 116, wobei die zweite Klemme 116 elektrisch mit dem Vorrichtungschip 112 verbunden ist, und den Ausgangsanschluss 118, wobei der Vorrichtungschip 112 eine Crowbarvorrichtung enthält. Die erste Klemme 114 und die zweite Klemme 116 können ein Metall wie Kupfer, eine Kupferlegierung oder ein anderer Leiter sein und eine gebogene Struktur aufweisen, wie dargestellt. Diese gebogene Struktur kann nützlich sein, um die Bewegungsausdehnung von Komponenten aufzunehmen, z.B. wenn die Erwärmung während einer Überspannungsbedingung auftritt.
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Im Betrieb, während eines Überspannungsereignisses, wenn sich eine hohe Spannung zwischen dem Eingangsanschluss 104 und dem Erdungsanschluss 106 entwickelt, kann die Vorrichtung im Vorrichtungschip 112 so wirken, dass sie die Spannung basierend auf der jeweiligen Crowbarvorrichtung, wie beispielsweise einem im Vorrichtungschip 112 gebildeten SIDACtor, schnell auf ein Sollspannungsniveau klemmt. Jeder Überstrom, der durch die Vorrichtung 100 fließt, einschließlich durch die PTC-Sicherung 110, kann die PTC-Sicherung 110 gemäß den Eigenschaften der PTC-Sicherung 110 allmählich erwärmen, was zu einer Erhöhung des Widerstands der PTC-Sicherung 110 führt. Dieser erhöhte Widerstand hat den Effekt, dass der durch die PTC-Sicherung 110 fließende Strom begrenzt und damit der Strom durch den Vorrichtungschip 112 begrenzt wird. Dadurch kann die Überspannungsschutzvorrichtung im Vorrichtungschip 112 automatisch zurückgesetzt werden, wenn der Überstromzustand entfernt wird.
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2A stellt eine Seitenansicht dar, während 2B eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 200 gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung darstellt. 1C zeigt auch eine Darstellung der elektrischen Schaltung der Vorrichtung 200. Die Vorrichtung 200 kann ein Gehäuse 102 beinhalten, wie im Allgemeinen vorstehend beschrieben. Die Vorrichtung 200 kann einen Eingangsanschluss 204 und einen Ausgangsanschluss 118 beinhalten, wobei der Ausgangsanschluss 118 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 204 gekoppelt ist. Die Vorrichtung 200 kann ferner einen Erdungsanschluss 106 beinhalten, wobei der Erdungsanschluss 106 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 204 und dem Ausgangsanschluss 118 gekoppelt ist. Im dargestellten Beispiel ist der Eingangsanschluss gebogen und nicht vollständig koplanar mit dem Erdungsanschluss 106 und dem Ausgangsanschluss 118. Die Vorrichtung 200 kann ferner eine PTC-Sicherung 210 mit einem PTC-Material, wie im Allgemeinen vorstehend beschrieben, beinhalten, wobei die PTC-Sicherung 210 in elektrischer Reihe zwischen dem Eingangsanschluss 204 und dem Ausgangsanschluss geschaltet ist. In bestimmten Ausführungsformen können sich die äußeren Schichten der PTC-Sicherung 210 von denen der PTC-Sicherung 110 unterscheiden, wie nachfolgend beschrieben.
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Die Vorrichtung 200 kann ferner den Vorrichtungschip 112 wie vorstehend beschrieben beinhalten, wobei der Vorrichtungschip 112 direkt elektrisch mit dem Erdungsanschluss 106 und dem Ausgangsanschluss 118 verbunden ist, wobei der Vorrichtungschip auch in elektrischer Reihe mit der PTC-Sicherung 210 zwischen dem Eingangsanschluss 204 und dem Erdungsanschluss 106 steht. Wie weiter in 2A und 2B dargestellt, kann die Vorrichtung 200 einen zentralen Rahmenabschnitt 108 beinhalten, wobei der zentrale Rahmenabschnitt 108 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 204, dem Ausgangsanschluss 118 und dem Erdungsanschluss 106 gekoppelt ist. In dem dargestellten Beispiel kann der zentrale Rahmenabschnitt 108 einstückig mit dem Ausgangsanschluss 118 ausgebildet sein. Die Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang nicht eingeschränkt. Wie weiter in 2A dargestellt, ist der Vorrichtungschip 112 auf einer zweiten Seite 232 des zentralen Rahmenabschnitts 108 und die PTC-Sicherung 210 auf einer ersten Seite 230 des zentralen Rahmenabschnitts 108 gegenüber der ersten Seite angeordnet.
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Die Vorrichtung 200 kann sich von der Vorrichtung 100 unterscheiden, indem sie ferner einen Keramikeinsatz 220 beinhaltet, der zwischen der PTC-Sicherung 210 und dem zentralen Rahmenabschnitt 108 angeordnet ist. Insbesondere kann der Keramikeinsatz 220 ein elektrischer Isolator und ein thermischer Isolator sein, wobei der Keramikeinsatz eine Crowbarvorrichtung des Vorrichtungschips 112 thermisch von der PTC-Sicherung 210 isoliert.
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Die Vorrichtung 200 kann auch eine obere Klemme bzw. einen oberen Clip 214, die auf einer ersten Seite 230 des zentralen Rahmenabschnitts 108 und eine untere Klemme bzw. einen unteren Clip 216, die auf einer zweiten Seite 232 des zentralen Rahmenabschnitts 108 gegenüber der ersten Seite 230 angeordnet ist, beinhalten. Auf diese Weise kann der Eingangsanschluss 204 an einer Unterseite 234 der PTC-Sicherung befestigt werden, wobei die Unterseite 234 dem zentralen Rahmenabschnitt 108 zugewandt ist. Zusätzlich wird die obere Klemme 214 an einer Oberseite 236 der PTC-Sicherung gegenüber der Unterseite 234 befestigt. Die obere Klemme 214 und die untere Klemme 216 können ein Metall wie Kupfer, Kupferlegierung oder ein anderer Leiter sein und eine gebogene Struktur aufweisen, wie dargestellt. Diese gebogene Struktur kann nützlich sein, um die Bewegungsausdehnung von Komponenten aufzunehmen, z.B. wenn eine Erwärmung während einer Überspannungsbedingung auftritt.
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Nun zu 3 kommend, ist eine Variante der PTC-Sicherung 110 dargestellt. In dieser Ausführungsform beinhaltet die PTC-Sicherung 110 einen PTC-Körper 302, wobei der PTC-Körper 302 aus einem bekannten polymerbasierten PTC-Sicherungsmaterial hergestellt werden kann, wie vorstehend erläutert. Die PTC-Sicherung 110 von 3 beinhaltet auch eine erste Kontaktelektrode 304 und eine zweite Kontaktelektrode 306, wobei die zweite Kontaktelektrode 306 gegenüber der ersten Kontaktelektrode 304 angeordnet ist. Zurückkommend auf 1A, kann die erste Kontaktelektrode 304 dementsprechend über die erste Klemme 114 elektrisch mit dem Eingangsanschluss 104 und die zweite Kontaktelektrode mit dem zentralen Rahmenabschnitt 108 verbunden werden.
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Betrachtet man nun 4, so ist eine Variante der PTC-Sicherung 210 dargestellt. In dieser Ausführungsform beinhaltet die PTC-Sicherung 210 einen PTC-Körper 402, wobei der PTC-Körper 402 aus einem bekannten polymerbasierten PTC-Sicherungsmaterial hergestellt werden kann, wie vorstehend erläutert. Die PTC-Sicherung 210 von 4 beinhaltet auch eine erste Kontaktelektrode 404 und eine zweite Kontaktelektrode 406. Wie in 4 dargestellt, sind wesentliche Teile der ersten Kontaktelektrode 404 und der zweiten Kontaktelektrode 406 entlang der Oberseite 236 bzw. der Unterseite 234 einander gegenüberliegend angeordnet. Zusätzlich erstrecken sich andere Abschnitte der ersten Kontaktelektrode 404 und der zweiten Kontaktelektrode 406 wie dargestellt umlaufend zu den jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der PTC-Sicherung. Unter Bezugnahme auf 2A unter Verwendung der Ausführungsform der PTC-Sicherung 210 in 4 ermöglicht die Wrap-Around-Struktur bzw. Rundumstruktur der ersten Kontaktelektrode 404 und der zweiten Kontaktelektrode 406 eine komfortable Kontaktanordnung, bei der der Eingangsanschluss 204 an der Unterseite 234 der PTC-Sicherung 210 befestigt ist, und bei der die obere Klemme 214 an der Oberseite 236 der PTC-Sicherung befestigt ist, wobei die Oberseite 236 der Unterseite 234 gegenüberliegt.
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Wie weiter in 4 dargestellt, kann die PTC-Sicherung 210 eine Leiterplatte 410 (PCB) auf der Oberseite 236 und eine Leiterplatte 412 auf der Unterseite 234 beinhalten, wobei die erste Kontaktelektrode 404 einstückig mit der Leiterplatte 410 und die zweite Kontaktelektrode 406 einstückig mit der Leiterplatte 412 ausgebildet ist.
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Im Betrieb können sowohl die Vorrichtung 100 als auch die Vorrichtung 200 ähnlich wie eine Schnellklemmspannung bei einem Überspannungs-/Überstromereignis arbeiten und eine ordnungsgemäße Rückstellung von thryistorartigen Vorrichtungen gewährleisten. Ein Unterschied zwischen den beiden Vorrichtungen ist die zusätzliche thermische Isolierung, die zwischen dem Vorrichtungschip 112 und der PTC-Sicherung 210 in der Vorrichtung 200 durch den Keramikeinsatz 220 vorgesehen ist.
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Die Anordnung der Vorrichtung 100 und der Vorrichtung 200 stellt eine kompakte Vorrichtung zum Schutz vor Energieüberspannungen dar und kann entsprechend verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung bequem montiert werden.
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5A bis 5J veranschaulichen einen Ablauf für die Montage der Vorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. In 5A ist eine erste Anordnung von Eingangsanschluss 104, Ausgangsanschluss 118 und zentralem Rahmenabschnitt 108 vor der Montage dargestellt. Die Anordnung wird in der unteren Draufsicht dargestellt, d.h. die Ansicht ist nach unten gerichtet, wie z.B. in 1A dargestellt. In dieser Ausführungsform sind der zentrale Rahmenabschnitt 108 und der Ausgangsanschluss 118 in einem gemeinsamen Metallstück ausgebildet. 5B zeigt einen Vorgang des Dosierens von Lotpaste für Verbindungen mit dem zentralen Rahmenabschnitt 108 und mit dem Erdungsanschluss 106. Wie dargestellt, ist am zentralen Rahmenabschnitt ein Lotpastenhubbel bzw. -erhebung 502 und am Erdungsanschluss 106 ein Lotpastenhubbel bzw. -erhebung 504 vorgesehen. In 5C wird ein nachfolgender Vorgang zum Befestigen des Vorrichtungschips 112 am zentralen Rahmenabschnitt 108 durchgeführt. In 5D wird ein nachfolgender Vorgang durchgeführt, bei dem ein Lötpastenhubbel 506 auf der freiliegenden Oberfläche des Vorrichtungschips 112 bereitgestellt wird.
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Wendet man sich nun 5E zu, so ist ein Vorgang zum Verbinden der zweiten Klemme 116 (untere Klemme) mit dem Vorrichtungschip 112 und dem Erdungsanschluss 106 dargestellt. In diesem Vorgang wird der Lötpastenhubbel 502 auf die entsprechende Temperatur erwärmt, um eine Lötverbindung zwischen dem zentralen Rahmenabschnitt 108 und dem Vorrichtungschip 112 herzustellen. Darüber hinaus werden in diesem Vorgang der Lotpastenhubbel 506 und der Lotpastenhubbel 504 auf eine angemessene Temperatur erwärmt, um eine Lötverbindung zwischen dem Vorrichtungschip 112 und der zweiten Klemme 116 in einem Hauptabschnitt der zweiten Klemme 116 zu bilden und eine weitere Lötverbindung zwischen dem Erdungsanschluss 106 und dem Armabschnitt der zweiten Klemme 116 herzustellen. So kann beispielsweise der Lötrückfluss in einem bestimmten Profil mit der Spitzentemperatur bei 350 °C durchgeführt werden. Die Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang nicht eingeschränkt.
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Nun zu 5F kommend, ist eine Draufsicht mit der gleichen Struktur wie in 5E dargestellt, wobei die Perspektive umgedreht ist. Beim Vorgang kann die Struktur von 5E umgedreht werden, so dass leitfähiger Klebstoff bequem auf die in 5F dargestellten Oberflächen aufgebracht werden kann. In 5G ist ein nachfolgender Vorgang dargestellt, bei dem eine leitende Epoxidverbindung, dargestellt als leitende Epoxiderhebung bzw. ein Epoxidhubbel 510, wie beispielsweise Silberepoxid, am zentralen Rahmenabschnitt 108 vorgesehen ist, während an dem Eingangsanschluss 104 eine leitende Epoxiderhebung bzw. ein Epoxidhubbel 508 vorgesehen ist. In 5H wird ein nachfolgender Vorgang durchgeführt, bei dem die PTC-Sicherung 110 auf oder neben dem zentralen Rahmenabschnitt 108 platziert wird. In 5I wird ein nachfolgender Vorgang durchgeführt, bei dem ein leitender Epoxyhubbel 512 auf der freiliegenden Oberfläche der PTC-Sicherung 110 bereitgestellt wird. In 5J wird der Vorgang des Verbindens der ersten Klemme 114 mit der PTC-Sicherung 110 und dem Eingangsanschluss 104 durchgeführt. In diesem Vorgang wird der leitende Epoxyhubbel 510 auf eine angemessene Temperatur erwärmt, um eine elektrisch leitende Verbindung, insbesondere eine leitende Epoxyverbindung, zwischen der PTC-Sicherung 110 und dem zentralen Rahmenabschnitt 108 zu bilden. Darüber hinaus werden in diesem Vorgang der leitende Epoxyhubbel 512 und der leitende Epoxyhubbel 508 auf eine angemessene Temperatur erwärmt, um eine Verbindung zwischen der PTC-Sicherung 110 und der ersten Klemme 114 (obere Klemme) in einem Hauptabschnitt des oberen ersten 114 zu bilden und eine weitere elektrisch leitende Verbindung zwischen der Eingangsklemme 104 und dem Armabschnitt der ersten Klemme 114 herzustellen. So kann beispielsweise eine Aushärtungsglühung bei 175 °C durchgeführt werden. Die Ausführungsformen der Vorrichtungsstruktur und des Montageablaufs zur Bildung solcher Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang nicht beschränkt.
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6A bis 6L veranschaulichen einen Fluss für die Montage der Vorrichtung 200 gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung. In 6A ist eine erste Anordnung von Eingangsanschluss 204, Ausgangsanschluss 118 und zentralem Rahmenabschnitt 108 vor der Montage dargestellt. Die Anordnung wird in der unteren Draufsicht dargestellt, d.h. die Ansicht ist nach unten gerichtet, wie z.B. in 2A dargestellt. In dieser Ausführungsform sind der zentrale Rahmenabschnitt 108 und der Ausgangsanschluss 118 in einem gemeinsamen Metallstück ausgebildet. 6B zeigt die Funktionsweise der Lotpastendosierung für die Verbindungen mit dem zentralen Rahmenabschnitt 108 und mit dem Erdungsanschluss 106. Wie dargestellt, ist am zentralen Rahmenabschnitt ein Lotpastenhubbel bzw. eine Lotpastenerhebung 602 und am Erdungsanschluss 106 ein Lotpastenhubbel bzw. eine Lotpastenerhebung 604 vorgesehen. In 6C wird ein nachfolgender Vorgang durchgeführt, bei dem der Vorrichtungschip 112 auf oder neben dem zentralen Rahmenabschnitt 108 zusammengebunden wird.
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In 6D wird ein nachfolgender Vorgang durchgeführt, bei dem ein Löthubbel 606 auf der freiliegenden Oberfläche des Vorrichtungschips 112 bereitgestellt wird. Nun zu 6E kommend, ist ein Vorgang zum Verbinden der unteren Klemme 216 mit dem Vorrichtungschip 112 und dem Erdungsanschluss 106 dargestellt. In diesem Vorgang wird der Lötpastenhubbel 602 auf eine angemessene Temperatur erwärmt, um eine Lötverbindung zwischen dem zentralen Rahmenabschnitt 108 und dem Vorrichtungschip 112 herzustellen. Darüber hinaus werden in diesem Vorgang der Löthubbel 606 und der Lötpastenhubbel 604 auf eine angemessene Temperatur erwärmt, um eine Lötverbindung zwischen dem Vorrichtungschip 112 und der unteren Klemme 216 in einem Hauptabschnitt der unteren Klemme 216 zu bilden und eine weitere Lötverbindung zwischen dem Erdungsanschluss 106 und dem Armabschnitt der unteren Klemme 216 herzustellen.
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Nun zu 6F kommend, ist eine Draufsicht mit der gleichen Struktur wie in 6E dargestellt, wobei die Perspektive umgedreht wird. Beim Vorgang kann die Struktur von 6E umgedreht werden, so dass das Lot bequem auf die in 6F dargestellten Oberflächen aufgebracht werden kann. In 6G ist ein nachfolgender Vorgang dargestellt, bei dem ein klebender Epoxyhubbel 610 auf einem ersten Bereich des zentralen Rahmenabschnitts 108 und ein leitender Epoxyhubbel 612 auf einem zweiten Bereich des zentralen Rahmenabschnitts 108 vorgesehen ist. Zusätzlich ist an dem Eingangsanschluss 204 ein leitfähiger Epoxyhubbel 608 vorgesehen. In 6H wird der Vorgang der Befestigung eines Keramikeinsatzes 220 durchgeführt, wobei der Epoxyhubbel 610 und der zentrale Rahmenabschnitt 108 mit dem Keramikeinsatz 220 verbunden sind. Mit Blick auf 6I ist der Vorgang des Dosierens eines Epoxyhubbels 614 auf die freiliegende Oberfläche des Keramikeinsatzes 220 dargestellt.
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In einem nachfolgenden Vorgang, der in 6J dargestellt ist, wird die PTC-Sicherung 210 unter Verwendung des Epoxidhubbels 614 und dem leitenden Epoxidhubbels 608 am Keramikeinsatz 220 und an dem Eingangsanschluss 204 befestigt. In 6K wird ein leitfähiger Epoxyhubbel 616 auf die freiliegende Oberfläche der PTC-Sicherung 210 in einem Bereich über einem metallisierten Abschnitt der PTC-Sicherung 210, der über dem Keramikeinsatz 220 liegt, aufgebracht.
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In 6L wird der Vorgang des Verbindens der oberen Klemme 214 mit der PTC-Sicherung 210 und einem Randbereich des zentralen Rahmenabschnitts 108 durchgeführt. In diesem Arbeitsgang wird eine Aushärtungsglühung durchgeführt, um die feste Verbindung jedes Abschnitts durch den Klebstoff und/oder leitende Epoxidhubbel zu bilden. Der leitende Epoxyhubbel 616 und der leitende Epoxyhubbel 612 werden auf eine angemessene Temperatur erwärmt, um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der PTC-Sicherung 210 und der oberen Klemme 214 in einem Hauptabschnitt der oberen Klemme 214 zu bilden und eine weitere elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zentralen Rahmenabschnitt 108 und dem gebogenen Abschnitt der oberen Klemme 214 herzustellen. In einigen Ausführungsformen kann dieser Vorgang bei 200 °C durchgeführt werden.
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In jedem der in den 5A-5J und 6A-6L gezeigten Abläufe kann ein abschließender Vorgang durchgeführt werden, bei dem ein Gehäuse 102 gebildet wird, um alle anderen Komponenten mit Ausnahme der äußeren Enden der Eingangsanschlüsse, Ausgangsanschlüsse und Erdungsanschlüsse zu umschließen, um eine fertige Vorrichtung zu bilden, wie in den 1A und 2A. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 102 ein bei einer Temperatur von 175 °C ausgebildetes Formmaterial sein. Die Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang nicht beschränkt.
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Während die vorliegenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen offenbart wurden, sind zahlreiche Modifikationen, Änderungen und Ergänzungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen definierten Bereich und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die vorliegenden Ausführungsformen nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt bleiben und dass sie den vollen Umfang haben, der durch die Sprache der folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
