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Die Erfindung betrifft eine Mikrominiatur- bzw.
Kleinst-Schmelzsicherung
(für elektrischen Strom),
die entsprechend der Mikrominiaturisierungstechnik einer Schaltung
für Elektronikgeräte und einer
hohen Dichte von auf der Schaltung montierten elektronischen Bau-Elementen
auf der Oberfläche
eines (einer) gedruckten Schaltungssubstrats bzw. Leiterplatte montierbar
ist.
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Es sind bereits die im folgenden
angegebenen oberflächenmontierbaren,
Mikroabmessungen besitzenden elektrischen Strom-Schmelzsicherungen
gemäß dem Stand
der Technik entwickelt worden. Ein Beispiel einer solchen, zum Zweck
der Mikrominiaturisierung entwickelten Schmelzsicherung ist eine
solche, bei der ein aus einem (einer) Metallfilm bzw. -folie bestehender
Schmelzteil bzw. -leiter auf einem isolierenden Substrat geformt
und anschließend
die diesen Schmelzleiter bildende Metallfolie in ein Glasmaterial
eines niedrigen Schmelzpunkts oder einen Kunststoff eingebettet
wird. Ein anderes Beispiel einer Mikroabmessungen besitzenden Schmelzsicherung,
die im Hinblick auf niedrige Kosten entwickelt worden ist, ist so
ausgestaltet, daß nach
dem Verbinden des Schmelzdrahts zwischen Metall-Elektroden durch
Bonden o.dgl. der Schmelzdraht einstückig mit einem Sicherungskörper in
der Weise vergossen (molded) wird, daß er in den Kunststoff eingebettet
ist. Da jedoch eine oberflächenmontierbare
elektrische Mikro-Schmelzsicherung der beschriebenen Ausgestaltung
lediglich im Hinblick auf Miniaturisierung und Kostensenkung entwickelt
worden ist, gelangt der im folgenden als "Schmelzleiter" bezeichnete Schmelzteil oder -draht
in unmittelbare Berührung
mit einem Isolierelement, wie Kunststoff, Glas eines niedrigen Schmelzpunkts
o.dgl., was dazu führt,
daß der
Schmelzleiter keine thermische Neutralität und mangelhafte Ansprechdauer/Strom-Charakteristika
oder -Kennlinien aufweist.
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Insbesondere bedingt eine Konstruktion,
bei welcher der Schmelzleiter in unmittelbare(n) Berührung oder
Kontakt mit dem Isoliermaterial gelangt, eine große energie-
bzw.
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wärmeabgebende
(exoergic) Wirkung, weil bei Erzeugung von Joulescher Wärme am Schmelzleiter
aufgrund des Fließens
eines anomalen Stroms infolge eines Schaltungsausfalls o.dgl. bei
einem elektronischen Gerät
diese Joulesche Wärme
unmittelbar vom Isoliermaterial absorbiert wird, was zu einer Verzögerung im
Abschalten eines solchen anomalen Stroms und zu einem Erwärmen des
Isoliermaterials selbst, mit dem der Schmelzleiter in Kontakt steht,
führt.
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Infolgedessen ist eine größere wärmeabgebende
Wirkung, als sie für
das Erwärmen
des Schmelzleiters nötig
ist, erforderlich, so daß der
Innen- bzw. Eigenwiderstand des Schmelzleiters selbst erhöht werden
muß und
infolgedessen unter normalen Gebrauchs- oder Betriebsbedingungen
der durch den Schmelzleiter allein hervorgerufene elektrische Verlust
beträchtlich
ist und eine wärmeabgebende Wirkung
des Schmelzleiters groß sein
muß.
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Ein anderes Beispiel einer mit dem
Ziel einer höheren
Zuverlässigkeit
entwickelten Mikrominiatur- bzw. Kleinst-Schmelzsicherung ist so ausgestaltet, daß nach dem
Anordnen und Festlegen von Elektroden im Gehäuse ein Schmelzdraht bzw. Schmelzleiter
zwischen den Elektroden gespannt und mit ihnen verlötet wird,
worauf der Öffnungsabschnitt
mittels eines Deckels dicht verschlossen wird. Es ist jedoch darauf
hinzuweisen, daß beim
Anlöten
des Schmelzleiters an den Elektroden die unterschiedliche Ausbauchung
des Lots beim Erstarren desselben eine Änderung des Abstands zwischen
den Elektroden oder der Länge
des Schmelzleiters herbeiführen kann.
Dieses Problem bleibt noch zu lösen.
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Da ferner bei der beschriebenen Miniatur- oder
Mikrominiatur-Schmelzsicherung nach dem Stand der Technik jedes
Bauteil einzeln in einem chargenweise arbeitenden Prozeß (maschinell)
gefertigt und zusammengesetzt werden muß und diese maschinelle Fertigung
sowie die Zusammensetzarbeit schwierig sind, weil solche Bauteile
sehr klein sind, und demzufolge die Herstellung schwierig durchzuführen ist,
blieben die Kosten für
solche Schmelzsicherungen vergleichsweise hoch.
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Eine weitere oberflächenmontierbare
elektrische Miniatursicherung ist aus der
US 4 608 548 bekannt. Diese Schmelzsicherung
umfaßt
einen kastenförmigen
Körper
aus einem wärmebeständigen, elektrisch
isolierenden Werkstoff, in den an entgegengesetzten Enden Anschlusselektroden
in Form eines sattelförmig
gebogenen Blechteils eingesetzt sind. Ein Schmelzleiter ist an den
beiden Anschlusselektroden angelötet
und ist über
Stützen
in dem Körper
geführt.
An diesen Stützen
ist der Schmelzleiter zusätzlich
durch ein isolierendes Deckelteil, das in eine Öffnung des Körpers eingesetzt
ist und auf Planflächen
im Inneren des Körpers
aufliegt festgeklemmt.
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Bei einer aus der
DE 94 07 550 U1 bekannten
elektrischen Schmelzsicherung ist der Schmelzleiter rein mechanisch
an der Sicherung befestigt, indem er an gegenüberliegenden Seiten nach Austritt aus
einer durch sich ergänzende
Nuten in Stirnseiten von isolierenden Halbschalen, die zusammen
ein Gehäuse
bilden, geformten Bohrung am Rand der Halbschalen abgeknickt ist
und mittel U-förmiger
Metallklammern, die als Anschlusselektroden dienen, zwischen dem
isolierenden Gehäuse
und den Metallklammern eingeklemmt wird. Da der elektrische Kontakt
zwischen dem Schmelzleiter und den Metallklammern bei dieser Lösung nicht
immer zuverlässig ist
wird zusätzlich
das Verlöten
von Schmelzleiter und Elektroden angeregt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung
einer oberflächenmontierbaren
elektrischen Mikrominiatur- oder Kleinst-Schmelzsicherung einer
Konstruktion, die eine einfache Herstellung erlaubt, bei der eine
Schwankung der Ansprechdauer minimiert ist und die höchst zuverlässig arbeitet.
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Gegenstand der Erfindung ist eine
oberflächenmontierbare
elektrische Mikrominiatur-Schmelzsicherung mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1.
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Aufgrund der oben umrissenen Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Kleinst-Schmelzsicherung
können
die Fertigungs- und
Zusammensetzprozesse kontinuierlich durchgeführt werden, so daß eine wirtschaftliche
Herstellung möglich
ist. Demzufolge läßt sich
eine beträchtliche
Senkung der Herstellungskosten realisieren.
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Ziel der Erfindung war es, eine oberflächenmontierbare
Kleinst-Schmelzsicherung bereitzustellen, welche den Anforderungen
nach den weltweiten Standards auf dem Gebiet entsprechender Kleinst-Schmelzsicherungen
genügt.
Die erfindungsgemäße Kleinst-Schmelzsicherung
vermag thermische Neutralität
des Schmelzdrahts bzw. -leiters zu gewährleisten, so daß ihre Änderung
in der Ansprechdauer/Strom-Kennlinie kleiner sein kann als bei allen
anderen derartigen Kleinst-Schmelzsicherungen
nach dem Stand der Technik. Außerdem
kann die Abschaltleistung zweimal so groß sein wie bei herkömmlichen
Kleinst-Schmelzsicherungen, so daß Kleinst-Schmelzsicherungen
sowohl für
mit Gleichstrom als auch für
mit Wechselstrom arbeitende Schaltungen eingesetzt werden können. Im
Vergleich zu einer herkömmlichen
Schmelzsicherung, die thermische Neutralität aufrechtzuerhalten vermag,
kann zudem eine erfindungsgemäße Schmelzsicherung vollkommen
eingekapselt sein, so daß sie
einem Warmwasserwaschen anstelle eines Flon-Waschens eines Schaltungssubstrats
unter Vermeidung einer (Umwelt-)Verschmutzung zu widerstehen vermag.
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Die Metall-Elektroden können durch
Anlöten an
Anschlußflecken
(pads) eines Schaltungsmusters auf einem Schaltungssubstrat bzw.
einer Leiterplatte mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen werden.
Weiterhin kann die Länge
des Schmelzleiters genau eingehalten werden, und der Schmelzleiter
kann einfach und genau in einem freiliegenden oder "schwebenden" (floating) Zustand
zwischen der Unterseite des Körpers
und der Rückseite
des Deckelteils gehalten werden. Infolgedessen kann eine etwaige Änderung
der Ansprechdauer/Strom-Kennlinie auf einem Mindestmaß gehalten
werden.
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Die erfindungsgemäße oberflächenmontierbare Kleinst-Schmelzsicherung
vermag den in den einschlägigen
japanischen Standarts vorgegebenen Bedingungen, daß nämlich der
Abstand zwischen den Elektroden einer in einer Wechselstromstrecke eingesetzten
Schmelzsicherung mehr als 1,5 mm betragen soll, zu genügen. Eine
erfindungsgemäße mikrominiaturisierte,
aber höchst
zuverlässige Schmelzsicherung
ist somit beliebig bei Wechselstrom- und Gleichstrom-Schaltungen
einsetzbar.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer oberflächenmontierbaren Mikrominiatur-
bzw. Kleinst-Schmelzsicherung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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2A einen
Schnitt längs
der Linie A-A in 1,
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2B einen
Schnitt längs
der Linie B-B in 1,
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3 in
perspektivischer Darstellung zwei Metall-Elektroden und einen Schmelzdraht bzw.
-leiter als Bauteile der Kleinst-Schmelzsicherung gemäß 1, wobei die gegenüberliegenden
Enden des Schmelzleiters durch die beiden Metall-Elektroden verklemmt
sind,
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4 eine
perspektivische Darstellung eines Körpers als Bauteil der Kleinst-Schmelzsicherung
gemäß 1,
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5 eine
perspektivische Darstellung eines Deckelteils als Bauteil der Kleinst-Schmelzsicherung
gemäß 1,
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6 eine
perspektivische Darstellung der Art und Weise des Zusammensetzens
der Kleinst-Schmelzsicherung gemäß 1,
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7 eine
perspektivische Darstellung der Art und Weise der Befestigung und
elektrischen Verbindung der Kleinst-Schmelzsicherung gemäß 1 für den Betrieb durch Anlöten an Anschlußflecken
eines auf einem (einer) gedruckten Schaltungssubstrat bzw. Leiterplatte
geformten Musters,
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8 eine
perspektivische Darstellung einer oberflächenmontierbaren Mikrominiatur-
bzw. Kleinst-Schmelzsicherung gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erf indung,
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9 in
perspektivischer Darstellung zwei Metall-Elektroden und einen Schmelzleiter
als Bauteile der Kleinst-Schmelzsicherung gemäß 8, wobei die gegenüberliegenden Endabschnitte
des Schmelzleiters durch die beiden Metall-Elektroden verklemmt
sind, und
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10 eine
perspektivische Darstellung der Art und Weise der Befestigung und
elektrischen Verbindung der Kleinst-Schmelzsicherung gemäß 8 für den Betrieb durch Anlöten an Anschlußflecken
eines auf einem (einer) gedruckten Schaltungssubstrat bzw. Leiterplatte
geformten Musters.
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Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In den einzelnen Figuren
stehen gleiche Bezugsziffern für
jeweils identische oder einander ähnliche Bauteile.
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Gemäß den 1 und 2 umfaßt die oberflächenmontierbare
Kleinst-Schmelzsicherung einen Körper
(ein Gehäuse) 1 aus
einem wärmebeständigen und
elektrisch isolierenden Werkstoff, wie Keramik-, einer rechteckig
kastenförmigen
Parallelepiped- oder Quaderkonfiguration, zwei an den jeweiligen
kürzeren
Seitenwänden
des Körpers 1 angebrachten
Metall-Elektroden 2 aus geformtem Metallblech, ein aus
einem wärmebeständigen und
elektrisch isolierenden Werkstoff, wie Keramik, bestehendes und
in die Öffnung
des Körpers 1 einsetzbares Deckelteil 3,
ein Klebmittel 4 zum Verkleben (Vergießen) und Befestigen des Deckelteils 3 am
Körper 1 und
zum luftdichten Verschließen
des Inneren des Körpers 1 sowie
einen im Innenraum 6 des Körpers 1 gespannten
Schmelzdraht bzw. -leiter 5, dessen beiden Endabschnitte
durch die Metall-Elektroden 2 verspannt sind.
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Gemäß 4 weist der Körper 1 zwei einander
gegenüberliegende
kürzere
Seitenwände 11, zwei
einander gegenüberliegende
längere
Seitenwände 12 und
ein Bodenteil 13 auf. Die Innenflächen der jeweiligen längeren Seitenwände 12 weisen
Auflageteile 14 auf, die zum Innenraum 6 des Körpers 1 verlaufen
und gegenüber
den Oberseiten der längeren
Seitenwände 12 abgestufte
Abschnitte bilden.
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Gemäß 3 und den 2A und 2B bestehen die Metall-Elektroden 2 jeweils
aus einem einstückigen
Metallblechteil. Jede Elektrode 2 weist ein auf die Oberseite
und die gegenüberliegenden
Seitenflächen
der (jeweiligen) kürzeren
Seitenwand 11 (4)
des Körpers 1 aufsetzbares
oder aufsteckbares Sattelteil 21 einer sattelartigen Form
und ein Schmelzleiter-Klemmteil 22, das den (betreffenden) Endabschnitt
des Schmelzleiters 5 zu verklemmen vermag, auf. Die Breite
des auf die Oberseite der kürzeren
Seitenwand 11 des Körpers 1 aufzusetzenden ersten
Abschnitts des Sattelteils 21 entspricht der Breite des
mit der Außenfläche oder
-seite der kürzeren
Seitenwand 11 in Berührung
zu bringenden zweiten Abschnitts des Sattelteils 21; die
Breite des mit der Innenfläche
der kürzeren
Seitenwand 11 in Berührung
zu bringenden dritten Abschnitts des Sattelteils 21 ist
dagegen kleiner als die Breite des genannten zweiten Abschnitts.
Der dritte Abschnitt des Sattelteils 21 ist relativ zu
seinem zweiten Abschnitt so angeordnet, daß er im Mittelbereich der kürzeren Seitenwand 11 positioniert
ist, wenn das Sattelteil 21 an der kürzeren Seitenwand 11 des
Körpers 1 angebracht
ist. Der dritte Abschnitt des Sattelteils 21 ist mit einem
ersten Blechteil 221 versehen, das praktisch senkrecht
zum zweiten Abschnitt des Sattelteils 21 von dem gegenüberliegenden
Ende dieses zweiten Abschnitts abgebogen ist und in der gleichen Richtung
wie der zweite Abschnitt des Sattelteils 21 verläuft. Die
Breite des ersten Blechteils 221 entspricht derjenigen
des dritten Abschnitts. Ein zweites Blechteil 222 geht
vom einen Ende des ersten Blechteils 221 in der Breitenrichtung
ab, bevor das zweite Blechteil zum Verklemmen des Schmelzleiters 5 verformt
wird. Das zweite Blechteil 222 wird vom Endabschnitt des
ersten Blechteils 221 aus umgebogen, um das auf dem ersten
Blechteil 221 plazierte Ende des Schmelzleiters 5 (daran)
zu verklemmen. Durch diesen Verformungsvorgang wird das Ende des
Schmelzleiters 5 zwischen erstem und zweitem Blechteil 221 bzw. 222 verklemmt
und an der betreffenden Metall-Elektrode 2 befestigt. Die
Größe des zweiten
Blechteils 222 entspricht praktisch derjenigen des ersten
Blechteils 221.
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Gemäß 5 weist das Deckelteil 3 einen konvexen
Querschnitt auf, und es besitzt eine solche Größe, daß es bei am Körper 1 angebrachten
Metall-Elektroden 2 in die Öffnung des Körpers 1 einsetzbar
ist. Gemäß 5 weist das Deckelteil 3 an den
gegenüberliegenden
Seiten des vorspringenden (protruded) Abschnitts Planflächen 31 auf,
die auf den Oberseiten der Auflageteile 14 des Körpers 1 aufliegen,
wenn das Deckelteil 3 in die Öffnung des Körpers 1 eingesetzt
ist.
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Im folgenden ist anhand der 3 und 6 ein Beispiel eines Herstellungs- und
Zusammensetzverfahrens für
die oberflächenmontierbare Kleinst-Schmelzsicherung
gemäß der ersten
Ausführungsform
beschrieben. Paare von Metall-Elektroden 2 werden
kontinuierlich in Form eines Rahmens preßgeformt. Dabei wird der Abstand
zwischen zwei Metall-Elektroden 2 entsprechend
dem Abstand zwischen den gegenüberliegenden
kürzeren
Seitenwänden 11 des
Körpers 1 eingestellt.
In diesem Zustand werden die betreffenden Endabschnitte des Schmelzleiters 5 auf
die jeweiligen ersten Blechteile 221 der betreffenden Metall-Elektroden 2 aufgelegt und
die zweiten Blechteile 222 gegen die ersten Blechteile 221 umgebogen,
um die Endabschnitte des Schmelzleiters 5 zu verklemmen.
Dieser Schritt wird in einem kontinuierlichen Vorgang durchgeführt. Mehrere
Körper 1 werden
so (nebeneinander) angeordnet, daß ihre längeren Seitenwände 12 jeweils
nebeneinander liegen und die Abstände zwischen den nebeneinander
liegenden Körpern 1 den
Abständen zwischen
je zwei benachbarten Sätzen
von Metall-Elektroden 2 mit jeweils dazwischen verklemmten
Schmelzleitern 5 entsprechen. Die Sattelteile von je zwei
Metall-Elektroden 2 mit in diesen verklemmtem Schmelzleiter 5 werden
dann auf die gegenüberliegenden
kürzeren
Seitenwände 11 des
(bzw. jedes) Körpers 1 aufgesetzt
und daran fest montiert. Diese Schritte erfolgen als kontinuierliche
Vorgänge.
Im Zuge dieses Vorgangs wird der Schmelzleiter 5 im Innenraum
des Körpers 1 in
einem freiliegenden oder "schwebenden" Zustand gespannt.
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Sodann wird gemäß 6 die vorspringende Seite des Deckelteils 3 in
die Öffnung
im Körper 1 eingesetzt
und so weit eingedrückt,
daß die
die flache (Ober-)Seite des Deckelteils 3 gegenüber den
Oberseiten der längeren
Seitenwände 12 des
Körpers 1 geringfügig vertieft
liegt. Dabei ist jeder der dritten Abschnitte der Sattelteile 21 der
Metall-Elektroden 2 zwischen die Innenfläche jeder
der kürzeren
Seitenwände 11 des
Körpers 1 und
die jeweilige Stirnfläche 32 (vgl. 5) des Deckelteils 3 eingefügt und darin fixiert.
Die Planflächen 31 liegen
dabei jeweils auf den Oberseiten der Auflageteile 14 des
Körpers 1 auf.
Da gemäß den 2A und 2B die flache Oberseite des Deckelteils 3 bis
in eine Stellung eingedrückt
worden ist, in welcher sie etwas tiefer liegt als die Oberseiten
der längeren
Seitenwände 12 des Körpers 1,
ist in diesem Bereich eine flache Vertiefung geformt. Wenn dann
in die flache Vertiefung bzw. auf die Oberseite des Deckelteils 3 ein
Klebmittel (eine Vergußmasse) 4 eingebracht
bzw. aufgetragen wird, kann das Klebmittel 4 in die Zwischenräume zwischen
den Seitenflächen
des Deckelteils 3 und den längeren Seitenwänden 12 des
Körpers 1 sowie
den dritten Abschnitten der Sattelteile 21 der Metall-Elektroden 2 und
auch zwischen den Planflächen 31 des
Deckelteils 3 und den Oberseiten der Auflageteile 14 hineinfließen und
sich unter Festlegung dieser einander benachbarten Teile verfestigen. Infolgedessen
kann der Innenraum 6 des Körpers 1 einwandfrei
versiegelt werden. Da die beschriebenen Vorgänge ohne weiteres kontinuierlich
durchgeführt werden
können,
kann eine erhöhte
Produktionleistung erreicht werden.
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7 veranschaulicht
die Art und Weise des Befestigens und elektrischen Ansschließens der oberflächenmontierbaren
Kleinst-Schmelzsicherung gemäß 1 für ihren Betrieb durch Anlöten an Anschlußflecken
eines auf einer Leiterplatte geformten (Schaltungs-)Musters. In 7 sind mit der Bezugsziffer 100 die
oberflächenmontierbare Kleinst-Schmelzsicherung
nach 1, mit der Bezugsziffer 50 eine
Leiterplatte (printed circuit substrate) und mit der Bezugsziffer 52 Anschlußflecken
bezeichnet.
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Im folgenden ist anhand der 8 bis 10 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen oberflächenmontierbaren
Kleinst-Schmelzsicherung beschrieben.
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Der Unterschied der zweiten Ausführungsform
gegenüber
der ersten Ausführungsform
besteht darin, daß der
mit der Außenfläche der
kürzeren
Seitenwand 11 des Körpers 1 in
Berührung
stehende bzw. zu bringende Abschnitt der Metall-Elektrode 2 sich bis zum Unterteil
des Körpers 1 erstreckt
und ferner längs
eines Teils dieses Unterteils abgebogen ist; das Deckelteil 3 besteht
aus einem transparenten Isoliermaterial; das Klebmittel (die Vergußmasse) 4 ist
ebenfalls transparent, und der an einer Leiterplatte 50 anzulötende Bereich
der Schmelzsicherung liegt an der Seite des Unterteils des Körpers 1 und
nicht an der Seite der Öffnung
des Körpers 1,
wie bei der ersten Ausführungsform.
Abgesehen von den angegebenen Unterschieden entspricht die zweite
Ausführungsform
der ersten Ausführungsform.
Wenn Deckelteil 3 und Klebmittel 4 transparent
(durchsichtig) sind, ist gemäß 8 das Innere des Körpers 1 von außen her
sichtbar; damit kann einfach festgestellt werden, ob der Schmelzleiter 5 einwandfrei
gespannt ist oder nicht.
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Die kontinuierlich erfolgenden Fertigungs- und
Zusammensetzvorgänge
bei der erfindungsgemäßen oberflächenmontierbaren
Kleinst-Schmelzsicherung gemäß der zweiten
Ausführungsform
sind die gleichen wie bei der vorher beschriebenen ersten Ausführungsform.