DE2109760C2

DE2109760C2 - Electrical fuse

Info

Publication number: DE2109760C2
Application number: DE19712109760
Authority: DE
Inventors: Lars-Anders Vaellingby Olofsson; Olaf Dipl.-Ing. Bromma Sternbeck
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1970-03-10
Filing date: 1971-02-25
Publication date: 1983-10-06
Also published as: FR2081828A1; SE341746B; DE2109760A1; FR2081828B1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Sicherung, bestehend aus einem Film eines elektrisch leitenden Materials, mit verstärkten Anschlußstellen, wobei das Material auf eine dünne Platte aus isolierendem Material aufgebracht ist, das bei Erwärmung zerbrechlich wird, und das isolierende Material und der Widerstand des Films zwischen den Anschlüssen so ^o gewählt ist, daß die Erwärmung der Platte durch den durch den Film fließenden Strom einen den Film zerbrechenden Sprung in der Platte erzeugt.The invention relates to an electrical fuse consisting of a film of an electrically conductive Material, with reinforced connection points, the material on a thin plate of insulating Material is applied which becomes fragile when heated, and the insulating material and the The resistance of the film between the connections is chosen so that the plate is heated by the current flowing through the film creates a film-rupturing crack in the plate.

Eine derartige elektrische Sicherung ist aus der DE-PS 8 79 727 bekannt und dient zur Unterbrechung von elektrischen Stromkreisen z. B. bei der Telefonvermittlung, wo auf engem Raum Bauelementenplatten oder Folienkarten Verwendung finden. Bei dieser bekannten elektrischen Sicherung ist der Film aus elektrisch leitendem Material auf eine dünne Platte aus isolierendem Material aufgebracht, das von solcher Art ist, daß es bei Erwärmung zerbrechlich wird. Das isolierende Material und der Widerstand des Films sind so gewählt, daß die Erwärmung der Platte durch den durch den Film fließenden Strom einen Sprung in der Platte erzeugt. Durch den Sprung wird der Film zerbrochen, und es wird somit ein dauerhafter Bruch zwischen den Anschlüssen innerhalb vorbestimmter Strom- und Zeitgrenzen erzielt. Die Breite eines Sprunges in der Platte ist in gewissem Maße eine ^b0 Funktion der angelegten Leistung. Eine wesentlich höhere Leistung ergibt einen deutlicheren Sprung, der jedoch willkürlich verläuft. Die Gestaltungen des Films widersprechen in den meisten Fällen unmittelbar den allgemeinen Regeln für eine effektive Konstruktionspraxis bei sogenannten Dickfilmwiderständen, die u. a. den kleinsten Unterschied in der Betriebstemperatur auf der Unterlagenfläche empfehlen.Such an electrical fuse is known from DE-PS 8 79 727 and is used to interrupt electrical circuits such. B. in the telephone exchange, where component panels or foil cards are used in a confined space. In this known electrical fuse, the film of electrically conductive material is applied to a thin plate of insulating material which is of such a nature that it becomes fragile when heated. The insulating material and the resistance of the film are chosen so that the heating of the plate by the current flowing through the film creates a crack in the plate. The crack breaks the film and thus a permanent break between the terminals is achieved within predetermined current and time limits. The width of a crack in the plate is to some extent a function of the applied power ^b0. A much higher performance results in a more noticeable jump, which is however arbitrary. In most cases, the design of the film directly contradicts the general rules for effective construction practice with so-called thick film resistors, which among other things recommend the smallest difference in the operating temperature on the surface of the support.

Bekannt ist ferner eine elektrische Schmelzsicherung (DE-PS 9 48 894), bei der ein Durchschmelzsteg aus einem niederschmelzenden Teübelag vorgesehen ist. Beim Schmelzen des Metalls dieses Teilbelags wird der Stromfluß sofort unterbrochen.Also known is an electrical fuse (DE-PS 9 48 894), in which a melting web is made a melting Teübelag is provided. When the metal of this partial covering melts, the Current flow interrupted immediately.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Sicherung gemäß der eingangs erwähnten Art, bei der es auf die mechanische Zerstörung aufgrund thermischer Spannungen ankommt so zu gestalten, daß die Qualität der Platte aus isolierendem Material hinsichtlich der Bildung eines markierten Sprungs bei Oberlast verbessert wird.The invention is based on the object of providing an electrical fuse according to the type mentioned at the beginning Type in which it depends on the mechanical destruction due to thermal stresses so that the quality of the plate of insulating material in terms of the formation of a marked crack Upper load is improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Platte im Bereich des Films durch eine Verringerung des Querschnittes entlang einer Linie mit einer mechanischen Schwächung versehen ist, die in einem Winkel zu der Linie zwischen den Anschlußstellen verläuft.This object is achieved in that the plate in the area of the film by a Reduction of the cross-section along a line is provided with a mechanical weakening, which is shown in at an angle to the line between the junctions.

Die erfindungsgemäße elektrische Sicherung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, daß die Breite des Films, von dem einen Anschluß zu dem anderen Anschluß gerechnet, an der Stelle beträchtlich kleiner ist, an der die Kerbe vorgesehen ist. Weiterhin sind metallische Leiter, die an den Anschlußstellen des Films verankert sind, in Größe und Form so ausgebildet, daß ein wesentlicher Teil der Wärme von dem Film abgeführt wird.The electrical fuse according to the invention is further characterized in that the width of the film, of counting the one connection to the other connection, is considerably smaller at the point where the notch is provided. Furthermore, there are metallic conductors anchored at the connection points of the film are sized and shaped to remove a substantial portion of the heat from the film will.

Die Platte aus isolierendem Material der erfindungsgemäßen elektrischen Sicherung weist eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Qualität hinsichtlich der geforderten mechanischen Zerstörung aufgrund thermischer Spannungen auf, da bei Überlast ein exakt markierter Sprung gebildet wird.The plate made of insulating material of the electrical fuse according to the invention has one opposite the prior art improved quality in terms of the required mechanical destruction due to thermal stresses, as an exactly marked jump is formed in the event of an overload.

In den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen istIn the drawings described below is

Fig. 1 eine elektrische Sicherung gemäß dem Stand der Technik in Draufsicht;1 shows an electrical fuse according to the prior art in plan view;

F i g. 2 eine Seitenansicht der Sicherung nach F i g. 1;F i g. 2 shows a side view of the fuse according to FIG. 1;

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Sicherung bei bestimmter Form und Position des Films aus elektrisch leitendem Material;F i g. Figure 3 is a plan view of the fuse given the shape and position of the electrical film conductive material;

F i g. 4 sowie 5 und 6 verschiedene Ausführungen der erfindungsgemäßen elektrischen Sicherung in Draufsicht bzw. in Seitenansicht; undF i g. 4 as well as 5 and 6 different versions of the electrical fuse according to the invention in plan view or in side view; and

F i g. 7 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Sicherung, wobei ein elastisches Element zwischen den Anschlüssen der Sicherung angebracht ist.F i g. 7 is a side view of the fuse according to the invention, with an elastic element between the Connections of the fuse is attached.

Eine Ausführung der bekannten elektrischen Sicherung geht in ihrer einfachsten Form aus den F i g. 1 und 2 hervor, wonach eine dünne Keramikplatte 1 einen Film 2 aus einem elektrisch leitenden Material mit niederohmigen Anschlüssen 3 und 4 aus Edelmetallen zum Anschluß äußerer Leiter trägt, die z. B. aus Metallkontakten bestehen, wie sie an sich für das Löten einer Folienkarte bekannt sind. Die Schicht des elektrisch leitenden Materials ist relativ dünn und wird durch Siebdruck und Brennen einer Platin-Palladium-Metallpulverpaste oder durch dickes Aufdampfen von Tantal hergestellt. Dies ist vorteilhaft, weil die Höhe der Abschaltleistung — die geometrische Form einmal außer Betracht gelassen — in erster Linie von den Elastizitätseigenschaften und der Dicke der Keramikplatte 1 und weniger vom Film 2 abhängt.One embodiment of the known electrical fuse can be seen in its simplest form in FIGS. 1 and 2 emerges, after which a thin ceramic plate 1 has a film 2 made of an electrically conductive material with low resistance Connections 3 and 4 made of precious metals to connect external conductors that z. B. from metal contacts exist as they are known per se for soldering a foil card. The layer of the electric Conductive material is relatively thin and is made by screen printing and firing a platinum-palladium-metal powder paste or made by thick vapor deposition of tantalum. This is advantageous because of the amount of Breaking capacity - the geometrical shape once disregarded - primarily from the Elasticity properties and the thickness of the ceramic plate 1 and less on the film 2 depends.

Die elektrische Sicherung gemäß den Fig. 1 und 2, die als Dickfilmwiderstand auf einer gleichförmig dicken Keramikplatte 1 von 13 · 13 ■ 0,60 mm ausgeführt ist, kann z. B. eine kleinste Abschaltleistung von 13 W und eine maximale Leistung im kontinuierlichen Betrieb von 4 W haben. Beim Abschalten zerbricht die Keramikplat-The electrical fuse according to FIGS. 1 and 2, which as a thick film resistor on a uniformly thick Ceramic plate 1 of 13 · 13 · 0.60 mm is carried out, z. B. a minimum breaking power of 13 W and have a maximum power in continuous operation of 4 W. When switching off, the ceramic plate breaks

te 1 etwa parallel zu den Anschlüssen 3 und 4, wie es durch die gestrichelte Linie 5 angedeutet wird, und es ergibt sich ein sofortiger Bruch des Widerstandsfilms. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß bei unveränderter Größe der Keramikplatte 1 eine beträchtlich empfindlichere elektrische Sicherung erzielt werden kann, d. h. eine Sicherung, die bei einer niedrigeren Leistung abschaltet, und zwar, wenn der Film 2 aus der Widerstandsschicht unsymmetrisch angeordnet \, ird. Der Mechanismus der Sicherungsfunktion besteht darin, daß die Ldjtung in der Widerstandsschicht eine ungleichmäßige Temperatur über der Keramikplatte 1 erzeugt, die bei einer Form des Films 2 gemäß F i g. 1 die höchste Temperatur etwa entlang der Mittellinie parallel zu den Anschlüssen 3 und 4 und die niedrigste Temperatur unter den Anschlüssen 3 und 4 selbst erreicht. Bei Abänderungen der Form und der Position des Films 2, die noch einen größeren Unterschied zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur der Keramikplatte 1 ergeben, kann eiiie größere Empfindlichkeit erreicht werden. Es ist bekannt, daß bei gegebenen äußeren Anschlüssen 3 und 4 und Kontaktmetallisierungen, aber bei maximaler Unsymmetrie, d. h. einer Schicht in Form eines Streifens am Ende der Kante der Keramikplatte 1, ein schlechteres Ergebnis als bei einer Schicht erzielt wird, die ein wenig zur Mitte der Keramikplatte 1 verschoben ist.te 1 approximately parallel to the connections 3 and 4, as indicated by the dashed line 5, and it an immediate breakage of the resistance film results. However, studies have shown that with unchanged Size of the ceramic plate 1 a considerably more sensitive electrical fuse can be achieved can, d. H. a fuse that cuts out at a lower output, namely when the film 2 is out of the Resistance layer arranged asymmetrically. The mechanism of the safety function consists in: that the solder in the resistance layer has an uneven temperature across the ceramic plate 1 generated, which in a shape of the film 2 shown in FIG. 1 the highest temperature roughly along the center line parallel to connections 3 and 4 and the lowest temperature among connections 3 and 4 themselves achieved. When changing the shape and position of the film 2, the even greater difference between the highest and the lowest temperature of the ceramic plate 1 can be greater Sensitivity can be achieved. It is known that given external connections 3 and 4 and contact metallizations, but with maximum asymmetry, d. H. a layer in the form of a strip at the end of the Edge of the ceramic plate 1, a worse result is obtained than with a layer that is a little towards the center the ceramic plate 1 is shifted.

F i g. 3 zeigt den Film 2 in abgeänderter Form im Vergleich zu Fig. 1, wobei der Film 2 Einschnitte 6 derart aufweist, daß ein schmaler Widerstandsstreifen verbleibt.F i g. 3 shows the film 2 in a modified form in comparison to FIG. 1, with the film 2 incisions 6 has such that a narrow resistance strip remains.

F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Sicherung, wobei der Film 2 aus dem elektrisch leitenden Material ebenfalls den Einschnitt 6 aufweist, der durch Sandstrahlung oder mit einem Laserstrahl hergestellt wird.F i g. 4 shows an embodiment of the electrical fuse according to the invention, the film 2 being made from the electrically conductive material also has the incision 6 made by sandblasting or with a laser beam is produced.

Wenn ein Sprung in der Keramikplatte 1 entsteht, dann muß er auch so breit werden, daß keine Metallbrücken zwischen den Anschlüssen 3 und 4 zurückbleiben. Die Breite eines Sprunges in der Keramikplatte 1 der herkömmlichen elektrischen Sicherung gemäß F i g. 1 bis 3 ist in gewissem Maße eine Funktion der angelegten Leistung. Eine wesentlich höhere Leistung ergibt einen deutlicheren Sprung. Die QualHät der Keramikplatte 1 hinsichtlich der Bildung eines markierten Sprunges bei Überlast durch den Widerstand wird nun durch Anbringung einer Kerbe 7 (Fig.4) an der Kante der Keramikplatte 1 verbessert. Aus den Fig. 5 und 6 geht ebenfalb hervor, daß diese Verbesserung der Qualität der Keramikplatte 1 hinsichtlich der Bildung eines markierten Sprunges durch Verringerung des Querschnitts der Keramikplatte 1 im Bereich des Films 2 entlang einer Linie erreicht wird, die in einem Winkel zu der Linie zwischen den Anschlußstellen 3 und 4 verläuft. Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 wird die mechanische Schwächung durch eine Kerbe 8 erreicht. Die Breite des Films 2 ist, von dem einen Anschluß 3 zu dem anderen Anschluß 4 gerechnet, an der Stelle, an der die Kerbe 8 vorgesehen ist, beträchtlich kleiner. Die Ausführungsform gemäß F i g. 6 mit der Kerbe 8 ist vorteilhaft, weil sie vereinbar ist mit dem normalen Verfahren des Siebdruckes des Widerstandes und der Anschlüsse 3 und 4 der Keramikplatte 1, da die Kerbe 8 die Keramikplatte 1 nicht wesentlich schwächt für die Druckkräfte, die beim Seidensiebdruck auftreten.If a crack arises in the ceramic plate 1, then it must also be so wide that none Metal bridges are left between terminals 3 and 4. The width of a jump in the Ceramic plate 1 of the conventional electrical fuse according to FIG. 1 through 3 is to some extent one Function of the applied power. A much higher performance results in a more pronounced jump. the QualHät of the ceramic plate 1 with regard to the formation of a marked crack in the event of overload by the Resistance is now improved by making a notch 7 (FIG. 4) on the edge of the ceramic plate 1. From Figs. 5 and 6 it can also be seen that this Improvement of the quality of the ceramic plate 1 with regard to the formation of a marked crack achieved by reducing the cross section of the ceramic plate 1 in the region of the film 2 along a line which is at an angle to the line between terminals 3 and 4. In the embodiment according to FIG. 6 becomes the mechanical weakening reached by a notch 8. The width of the film 2 is from one port 3 to the other port 4 calculated, at the point where the notch 8 is provided, considerably smaller. The embodiment according to F i g. 6 with the notch 8 is advantageous because it is compatible with the normal process of screen printing of the Resistance and the connections 3 and 4 of the ceramic plate 1, since the notch 8 the ceramic plate 1 does not significantly weaken the pressure forces that occur in silk screen printing.

Zwischen den Anschlüssen 3 und 4 kann über dem wärmsten Punkt der Schicht ein elastisches Element 11 fest unter Druck angebracht sein, z. B. eine isolierte Spiralfeder oder ein Stopfen aus Silikonkautschuk, wie aus der Seitenansicht der elektrischen Sicherung gemäß Fig. 7 ersichtlich ist. Das elastische Element 11 ist direkt zwischen den an den Anschlußstellen 3 und 4 angebrachten Leitern 9 und 10 vorgesehen. Die Leiter 9 und 10 haben in bestimmten Fällen eine große Fläche, damit eine wirksame Kühlung der Anschlußstellen 3 und 4 erreicht wird. Die Leiter 9 und 10 sind in Größe und Form so ausgebildet, daß ein wesentlicher Teil der Wärme von dem Film 2 abgeführt wird.An elastic element 11 can be placed between the connections 3 and 4 over the hottest point of the layer be firmly attached under pressure, e.g. B. an insulated coil spring or a plug made of silicone rubber, such as from the side view of the electrical fuse according to FIG. 7 can be seen. The elastic element 11 is direct between the attached to the connection points 3 and 4 conductors 9 and 10 is provided. The ladder 9 and 10 have a large area in certain cases, so that an effective cooling of the connection points 3 and 4 is reached. The conductors 9 and 10 are designed in size and shape so that a substantial part of the Heat is removed from the film 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electrical fuse consisting of a film of an electrically conductive material with reinforced connection points, with the material on a thin sheet of insulating material is applied that becomes fragile when heated, and the insulating material and the Resistance of the film between the connections is chosen so that the plate is heated by the ι ο current flowing through the film creates a film-breaking crack in the plate, characterized in that the plate (1) in the area of the film by reducing the Cross-section along a line is provided with a mechanical weakening (e.g. notch 8), which in at an angle to the line between the connection points

2. Fuse according to claim 1, characterized in that the width of the film (2) of the one Connection (3) counted towards the other connection (4) at the point where it is considerably smaller which the notch (8) is provided

3. Fuse according to claim 1, characterized in that that metallic conductors (9, 10), which are anchored at the connection points (3,4) of the film (2), in The size and shape are designed in such a way that a substantial part of the heat is removed from the film (2) is discharged.

3030th