DE4112076A1 - Chip-schmelzsicherung mit variabler zeit/strom-kennlinie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Chip-Kleinstschmelzsiche­ rung, die für Gebrauch unmittelbar auf eine (gedruckte) Leiterplatte aufgelötet werden kann, d. h. eine auf einem Schaltkreis-Chip montierbare Schmelzsicherung.

Bei einer herkömmlichen Chip-Schmelzsicherung (chip fuse) verläuft ein Schmelzelement zwischen Metall-An­ schlußplatten, die in einer Ebene in einem bestimmten gegenseitigen Abstand angeordnet sind, so daß die End­ flächen dieser Anschlußplatten einander zugewandt sind (vgl. z. B. offengelegtes JP-GM 1 19 546/1984). Bei einer anderen bisherigen Anordnung sind zwei Hauptelektroden an Enden einer flachen Chip-Platte vorgesehen, während zwei Hilfselektroden in einem Mittelbereich zwischen den Hauptelektroden vorgesehen und Draht-Leiter zwi­ schen diesen Haupt- und Hilfselektroden unter Verbin­ dung damit verlaufen (vgl. z. B. JP-OS 1 72 626/1987).

Bei der erstgenannten Anordnung steht aufgrund der kleinen Abmessungen eines Schmelzsicherungs-Körpers zwischen den Anschlüssen nur ein schmaler Spalt zur Verfügung, in welchem das Schmelzelement verlaufen kann. Diese Schmelzsicherung zeigt daher bezüglich ihrer Zeit/Strom-Kennlinie ein übermäßig schnelles Ansprechen (Durchschmelzen); demzufolge besteht dabei das Risiko, daß das Schmelzelement durch einen beim Schalten im Normalbetrieb auftretenden Stoßstrom (rush current) durchgeschmolzen wird.

Zudem bedingt der enge Spalt die Verwendung eines kurzen Schmelzelements, das daher einen niedrigen Widerstand aufweist. Wenn dabei eine Schmelzsicherung eines niedrigeren Nenn-Stromwerts (current value) hergestellt werden soll, muß ein Schmelzelement eines kleineren Durchmessers verwendet werden. Ein Schmelzele­ ment mit einem solchen nötigen, äußerst kleinen Durch­ messer ist aber unmöglich herzustellen. Selbst wenn ein Schmelzelement mit einem derart kleinen Durchmesser hergestellt werden könnte, wäre es extrem schwierig, das Schmelzelement in eine Schmelzsicherung einzubauen.

Bei der zweitgenannten Art von Schmelzsicherung ist die Oberfläche der Draht-Leiter oder Drähte mit einem durch­ sichtigen (Kunst-)Harz beschichtet, das linsenartig ge­ krümmt oder gewölbt ist und den Drähten Joulesche Wärme entzieht, wodurch deren Durchschmelzleistung instabil wird. Da weiterhin - wie im Fall der erstgenannten Chip-Schmelzsicherung - nur zwei Hilfselektroden vorge­ sehen sind, ergibt sich ein übermäßig schnelles Anspre­ chen der Schmelzsicherung; dabei kann auch die Ansprechzeit nicht modifiziert werden.

Im Hinblick auf die Probleme beim Stand der Technik liegt damit der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Chip-Schmelzsicherung anzugeben, die sich einfach herstellen läßt, eine variable Zeit/Strom-Kennlinie aufweist und eine stabile oder zuverlässige Schmelz­ leistung gewährleistet.

Gegenstand der Erfindung ist eine Chip-Schmelzsicherung mit variabler Zeit/Strom-Kennlinie, mit einem Hauptkör­ per, der Wände und eine durch die Wände im Hauptkörper festgelegte Ausnehmung aufweist, zwei an gegenüberlie­ genden Wänden, diese durchsetzend, vorgesehenen, einander gegenüberliegenden Hauptanschlüssen mit Endabschnitten zur elektrischen Verbindung mit einem externen Strom- oder Schaltkreis an der Außenseite der Wände, mehreren in der Ausnehmung auf beiden Seiten einer vom einen Hauptanschluß zum anderen verlaufenden Linie liegenden Nebenanschlüssen und ein Schmelzelement mit zwei Endabschnitten, die jeweils mechanisch und elektrisch mit den betreffenden Hauptanschlüssen verbun­ den sind, wobei das Schmelzelement in der Ausnehmung derart angeordnet ist, daß es vom einen Hauptanschluß über einen Teil der mehreren Nebenanschlüsse oder über alle Nebenanschlüsse zickzackförmig zum anderen Hauptanschluß verläuft und dabei mit den betreffenden Nebenanschlüssen mechanisch verbunden ist.

Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß das Schmelzelement einen oder mehrere zwischen den Neben­ anschlüssen und/oder zwischen einem Nebenanschluß und einem Hauptanschluß verlaufende Bereich(e) aufweist, dessen (deren) Schmelzpunkt(e), Dicke(n) und/oder Widerstandswert(e) teilweise oder vollständig von seinen anderen Bereichen verschieden ist (sind) .

Die tatsächliche Länge des Schmelzelements kann damit erheblich größer sein als der Abstand zwischen den Hauptanschlüssen. Außerdem bestimmt sich die Länge des Schmelzelements in Abhängigkeit von der Zahl der beleg­ ten Nebenanschlüsse; die Zeit/Strom-Kennlinie ist dabei so ausgelegt, daß sie abhängig von der so bestimmten Länge des Schmelzelements variiert. Infolgedessen kann die Zeit/Strom-Kennlinie (time-current characteristics) des Schmelzelements in Abhängigkeit von den erforder­ lichen Schaltungsschutzeigenschaften gewählt werden. Durch entsprechendes Verlaufenlassen des Schmelzele­ ments in dem im Hauptkörper festgelegten Raum können dabei außerdem die Zeit/Strom-Kennlinie verbessert und ein kleinerer Nennstromwert erzielt werden.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Chip- Schmelzsicherung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Schmelzsi­ cherung mit zur Veranschaulichung des Inneren eines Hauptkörpers (Gehäuses) abgenommenem Deckel,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Chip-Schmelzsicherung nach Fig. 2 mit weggelassenem Deckel,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Schmelzsicherung nach Fig. 4 mit Deckel und

Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Chip-Schmelzsicherung weist einen äußerst kleinen Hauptkörper 1 von 2,6 mm Breite, 5 mm Länge und 2 mm Höhe auf.

Gemäß den Fig. 2 bis 4 weist der Hauptkörper 1 eine rechteckquaderförmige Kastenform mit einer oberseitigen Öffnung 2, einander gegenüberstehenden kürzeren Seiten­ wänden 3 und einander gegenüberstehenden längeren Seitenwänden 4 auf. An den gegenüberliegenden kürzeren Seitenwänden 3 ist jeweils ein(e) Hauptklemme oder -an­ schluß 5 angeordnet; die Hauptanschlüsse 5 durchsetzen dabei die jeweilige kürzere Seitenwand 3, wobei die beiden Endabschnitte eines aus einem schmelzbaren (fusible) Draht bestehenden Schmelzelements 6 an der Innenfläche der betreffenden kürzeren Seitenwand 3 am jeweiligen Hauptanschluß 5 befestigt sind. Die Haupt­ anschlüsse 5 sind ihrerseits an den Außenflächen der kürzeren Seitenwände 3 unmittelbar mit einem externen Strom- oder Schaltkreis verlötet.

An den Innenflächen der gegenüberliegenden längeren Seitenwände 4 des kastenförmigen Hauptkörpers 1 sind mehrere Nebenanschlüsse 7 befestigt, die beim Formen des Hauptkörpers 1 in diesen eingegossen worden sind. Die Nebenanschlüsse 7 sind jeweils in gleichen gegen­ seitigen Abständen an der Innenfläche der betreffenden längeren Seitenwand 4 angeordnet, und sie dienen als Verbindungsanschlüsse, wenn das Schmelzelement 6 zwischen den beiden Hauptanschlüssen 5 gespannt oder gestreckt (extended) wird. Das Schmelzelement 6 verläuft somit vom einen Hauptanschluß 5 zickzackartig über die mehreren Nebenanschlüsse 7 zum anderen Haupt­ anschluß 5, wobei es an den Hauptanschlüssen 5 und an den Nebenanschlüssen 7 befestigt ist. Nach dem Spannen des Schmelzelements 6 zwischen den Hauptanschlüssen 5 und seiner Befestigung an letzteren wird die obersei­ tige Öffnung 2 des Hauptkörpers 1 mittels eines Deckels 8 luftdicht verschlossen, worauf die Chip-Schmelzsiche­ rung fertiggestellt ist.

Das Schmelzelement 6 verläuft mithin über die Nebenan­ schlüsse 7 zickzackartig zwischen den Hauptanschlüssen 5; obgleich dabei der Abstand zwischen den Hauptan­ schlüssen 5 aufgrund der Miniaturisierung des Hauptkör­ pers 1 der Schmelzsicherung mit nur 5 mm sehr klein ist, ist die tatsächliche Länge des Schmelzelements 6 gleich groß oder größer als 20 mm. Infolgedessen kann das Schmelzelement 6 eine Länge besitzen, die das Vierfache oder mehr der Länge bei einer herkömmlichen Chip-Schmelzsicherung beträgt. Als Ergebnis kann der Durchmesser des Schmelzdrahts gemäß der Erfindung im Vergleich zu einem bei der bisherigen Chip-Schmelzsiche­ rung verwendeten Schmelzdraht um den Faktor 2 oder mehr vergrößert sein; dementsprechend kann die Verzögerungs­ zeit-Charakteristik (time-lag characteristics) der erfindungsgemäßen Chip-Schmelzsicherung im Vergleich zur bisherigen Chip-Schmelzsicherung ebenfalls um den Faktor 2 oder mehr vergrößert sein.

Fig. 5 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Schmelzelement 6 in einer von der oben beschriebenen Weise verschiedenen Weise über die Nebenanschlüsse 7 verläuft, wobei seine Dicke in einem Mittelbereich desselben über seine Länge hinweg variiert. Mit anderen Worten: ein dickes Schmelz­ element 6A verläuft zwischen einem Hauptanschluß 5A und einem der Nebenanschlüsse 7A an einer der längeren Seitenwände 4 des Hauptkörpers 1 unter mechanischer Verbindung mit den beiden Anschlüssen 5A und 7A; sodann verläuft ein dünnes Schmelzelement 6B zwischen dem Nebenanschluß 7A und einem anderen Nebenanschluß 7B an der den Nebenanschlüssen 7A gegenüberliegenden (ande­ ren) längeren Seitenwand 4 des Hauptkörpers 1, und zwar wiederum unter mechanischer Verbindung mit den beiden Anschlüssen 7A und 7B; schließlich verläuft ein Schmelz­ element 6C der gleichen Dicke wie das Schmelzelement 6A (zwischen Hauptanschluß 5A und Nebenanschluß 7A) vom mechanischer Verbindung mit beiden Anschlüssen 7B und 5B. Dabei kann dann, wenn aufgrund der Zeit/Strom-Kenn­ linie der Chip-Schmelzsicherung zum Schutz einer Halb­ leiteranordnung ein extrem schnelles Ansprechen gefordert wird, der Abstand zwischen den Nebenanschlüs­ sen auf die außerordentlich kleine Größe von 0,6 mm verringert werden; zudem kann dabei die Dicke des zwi­ schen diesen Nebenanschlüssen verlaufenden Schmelzele­ ments entsprechend geändert werden, so daß damit überlegene Schnellwirkeigenschaften erzielbar sind.

Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Chip-Schmelz­ sicherung durch Verwendung eines Drahts eines hohen Widerstands in einem Abschnitt der Länge eines Schmelz­ elements als Hochleistungs-Schmelzwiderstand (fusing resistor) auszulegen. Weiterhin kann dieser Abschnitt auf der Länge des Schmelzelements je nach dem jeweili­ gen Anwendungsfall durch einen schmelzbaren Draht oder Schmelzdraht mit einem Schmelzpunkt gebildet sein, der von dem des restlichen Abschnitts des Schmelzelements verschieden ist.

Bisherige Schmelzwiderstände benötigen eine Zeitspanne von 60-90 s, bevor ein Schmelzen unter einer das Zehnfache ihrer Nennleistung betragenden Belastung oder Last auftritt. Bei einigen dieser Schmelzwiderstände steigt die Temperatur zum Schmelzzeitpunkt auf bis zu 200°C übermäßig an, was zu dem Problem führt, daß ein Substrat und andere periphere Bauteile einer übermäßigen Beanspruchung ausgesetzt werden. Bei einem erfindungsgemäßen Schmelzwiderstand wird ein abnormaler Strom bzw. Überstrom dagegen auch unter einer die Nennleistung um das Vierfache übersteigenden Belastung oder Last innerhalb einer Sekunde unterbrochen, wobei die Temperatur zum Schmelzzeitpunkt nur gering ansteigt. Die erfindungsgemäße Anordnung gewährleistet mithin eine überlegene Schutzwirkung für einen Strom- oder Schaltkreis.

Mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Chip-Schmelzsi­ cherung lassen sich verschiedene Arten von Zeit/Strom- Kennlinien von Zeitverzögerung (time-lag) bis zur extremen Schnellwirk-Eigenschaft mit einer einzigen Hauptkörper-Ausgestaltung erzielen; außerdem kann der Schmelzsicherung auch die Funktion eines Schmelzwider­ stands verliehen werden. Darüber hinaus lassen sich erfindungsgemäß ohne weiteres Schmelzelemente kleinerer Nennstromwerte oder -größen herstellen.

Claims (4)

1. Chip-Schmelzsicherung mit variabler Zeit/Strom-Kenn­ linie, mit
einem Hauptkörper, der Wände und eine durch die Wän­ de im Hauptkörper festgelegte Ausnehmung aufweist,
zwei an gegenüberliegenden Wänden, diese durch­ setzend, vorgesehenen, einander gegenüberliegenden Hauptanschlüssen mit Endabschnitten zur elektrischen Verbindung mit einem externen Strom- oder Schalt­ kreis an der Außenseite der Wände,
mehreren in der Ausnehmung auf beiden Seiten einer vom einen Hauptanschluß zum anderen verlaufenden Linie liegenden Nebenanschlüssen und
ein Schmelzelement mit zwei Endabschnitten, die je­ weils mechanisch und elektrisch mit den betreffenden Hauptanschlüssen verbunden sind, wobei das Schmelz­ element in der Ausnehmung derart angeordnet ist, daß es vom einen Hauptanschluß über einen Teil der mehre­ ren Nebenanschlüsse oder über alle Nebenanschlüsse zickzackförmig zum anderen Hauptanschluß verläuft und dabei mit den betreffenden Nebenanschlüssen mechanisch verbunden ist.

2. Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schmelzelement einen oder mehrere zwischen den Nebenanschlüssen und/oder zwischen einem Nebenanschluß und einem Hauptanschluß verlau­ fende Bereich(e) aufweist, dessen (deren) Schmelz­ punkt(e), Dicke(n) und/oder Widerstandswert(e) teil­ weise oder vollständig von seinen anderen Bereichen verschieden ist (sind).

3. Chip-Schmelzsicherung mit variabler Zeit/Strom-Kenn­ linie, mit
einem Hauptkörper einer rechteckquaderförmigen Kastenform, der eine oberseitige Öffnung und Seiten­ wände aufweist,
zwei an den gegenüberliegenden kürzeren Seitenwänden vorgesehenen, diese Seitenwände durchsetzenden Haupt­ anschlüssen, die Endabschnitte zur elektrischen Verbindung mit einem externen Strom- oder Schalt­ kreis an der Außenseite der gegenüberliegenden kür­ zeren Seitenwände aufweisen,
mehreren längs der Innenflächen der gegenüberliegen­ den längeren Seitenwände angeordneten Nebenanschlüs­ sen,
einem Schmelzelement mit zwei Endabschnitten, die jeweils mechanisch und elektrisch mit den betreffen­ den Hauptanschlüssen verbunden sind, wobei das Schmelzelement vom einen der beiden Hauptanschlüsse über einen Teil der mehreren Nebenanschlüsse oder alle Nebenanschlüsse zickzackförmig zum anderen Hauptanschluß verläuft und dabei mit den betreffen­ den Nebenanschlüssen mechanisch verbunden ist, und
einem die Öffnung im Hauptkörper luftdicht ver­ schließenden Deckel.

4. Schmelzsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schmelzelement einen oder mehrere zwischen den Nebenanschlüssen und/oder zwischen einem Nebenanschluß und einem Hauptanschluß verlau­ fende Bereich(e) aufweist, dessen (deren) Schmelz­ punkt(e), Dicke(n) und/oder Widerstandswert(e) teilweise oder vollständig von seinen anderen Bereichen verschieden ist (sind).