DE4112076C2 - Chip-Schmelzsicherung mit variabler Zeit/Strom-Kennlinie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Chip-Schmelzsicherung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Chip- Schmelzsicherung, die für den Gebrauch unmittelbar auf eine gedruckte Leiterplatte aufgelötet werden kann, ist z. B. aus DE 33 09 842 C2 bekannt.

Bei einer herkömmlichen Chip-Schmelzsicherung verläuft ein Schmelzelement zwischen Metall-Anschlußplatten, die in einer Ebene in einem bestimmten gegenseitigen Ab­ stand angeordnet sind, so daß die Endflächen dieser An­ schlußplatten einander zugewandt sind

Bei dieser 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 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 hergestellt werden soll, muß ein Schmelzelement eines kleineren Durchmessers verwendet werden. Ein Schmelzelement mit einem solchen nötigen, äußerst kleinen Durchmesser 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 einer anderen bisherigen Anordnung sind zwei Hauptelektroden an Enden einer flachen Chip-Platte vorgesehen, während zwei Hilfselektroden in einem Mittelbereich zwischen den Hauptelektroden angeordnet und Draht-Leiter zwi­ schen diesen Haupt- und Hilfselektroden unter Verbin­ dung damit verlaufen (vgl. z. B. JP 62-172 626 A).

Bei dieser zweitgenannten Art von Schmelzsicherung ist die Oberfläche der Draht-Leiter bzw. Drähte mit durch­ sichtigem Harz beschichtet, das linsenartig gekrümmt oder gewölbt ist und den Drähten Joul'sche Wärme entzieht, wodurch deren Durchschmelzleistung instabil wird. Da weiterhin - wie im Fall der vorhergenannten Chip-Schmelz­ sicherung - nur zwei Hilfselektroden vorgesehen sind, ergibt sich ein übermäßig schnelles Ansprechen der Schmelzsicherung; dabei kann auch die Ansprechzeit nicht modifiziert werden.

Aus der eingangs bereits erwähnten DE 33 09 842 C2 ist eine elektrische Feinsicherung bekannt, bei der ein Schmelzelement diagonal im Inneren eines Gehäuses ge­ führt ist, das durch zwei Stege in drei Kammern unter­ teilt ist. Dabei sind Durchbrüche in den Stegen vorge­ sehen, in welchen das Schmelzelement in einer festen Position festgelegt ist, in der es die Innenfläche der Stege nicht berührt. Damit soll erreicht werden, daß das Verlöten des Schmelzelementes mit Zuleitungen ver­ einfacht ist.

Schließlich ist in der EP-A1-02 70 954 eine Chip-Siche­ rung beschrieben, bei der ein mäanderförmiger Leiter elektrisch zwei Elektroden miteinander verbindet und dabei auf einem Keramiksubstrat geführt und mit einem Silikonharzfilm abgedeckt ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Chip- Schmelzsicherung gemäß der DE-33 09 842 C2 so weiterzuentwickeln, daß sie einfach herstellbar ist, eine variable Zeit/Strom-Kennlinie aufweist und eine stabile Schmelzleistung gewähr­ leistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Chip-Schmelzsicherung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 und 3.

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 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 Chip-Schmelzsi­ cherung mit abgenommenem Deckel,

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

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Chip-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 (Wände) 3 und einander gegenüberstehenden längeren Seitenwänden (Wände) 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 wird. Das Schmelzelement 6 verläuft somit von einem 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 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 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, 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 schließlich verläuft ein Schmelz­ element 6C der gleichen Dicke wie das Schmelzelement 6A vom Nebenanschluß 7B zum anderen Hauptanschluß 5B. Die einzelnen Schmelzleiter 6A, 6B, 6C werden mit den zugehörigen Haupt- und Nebenanschlüssen 5A, 5B, 7A, 7B mechanisch fest verbunden. 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 7A, 7B auf die außerordentlich kleine Größe von 0,6 mm verringert werden; zudem kann dabei die Dicke des zwi­ schen diesen Nebenanschlüssen 7A, 7B verlaufenden Schmelzele­ ments 6B 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 6 als Hochleistungs-Schmelzwiderstand auszulegen. Weiterhin kann dieser Abschnitt auf der Länge des Schmelzelements 6 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 6 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 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 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 herstellen.

Claims (3)

1. Chip-Schmelzsicherung mit variabler Zeit/Strom-Kenn­ linie, mit

• - einem Hauptkörper (1), der erste und zweite gegen­ überliegende Wände (3, 4) und eine durch diese ge­ genüberliegenden Wände (3, 4) im Hauptkörper (1) festgelegte Ausnehmung (2) aufweist,
• - zwei an den ersten gegenüberliegenden Wänden (3), diese durchsetzend, vorgesehenen, einander gegen­ überliegenden Hauptanschlüssen (5) mit Endabschnit­ ten zur elektrischen Verbindung mit einem externen Schaltkreis an der Außenseite der ersten gegenüber­ liegenden Wände (3), und
• - einem Schmelzelement (6), das zwei Endabschnitte aufweist, die jeweils mechanisch und elektrisch mit den betreffenden Hauptanschlüssen (5) verbun­ den sind,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - in der Ausnehmung (2) mehrere Nebenanschlüsse (7) vorgesehen sind, die auf beiden Seitten einer vom einen zum anderen Hauptanschluß (5) verlaufenden Li­ nie angeordnet sind, und
• - das Schmelzelement (6) von den ersten und zweiten gegenüberliegenden Wänden (3, 4) beabstandet in der Ausnehmung (2) derart angeordnet ist, daß es von dem einen Hauptanschluß (5) über einen Teil der mehreren Nebenanschlüsse (7) oder über alle Neben­ anschlüsse (7) zickzackförmig zu dem anderen Haupt­ anschluß (5) verläuft und dabei mit den betreffen­ den Nebenanschlüssen (7) mechanisch verbunden ist.

2. Chip-Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet,

• - daß das Schmelzelement (6) mehrere zwischen den Nebenanschlüssen (7) und/oder zwischen einem der Nebenanschlüsse (7) und dem Hauptanschluß (5) ver­ laufende diskrete Schmelzdrähte aufweist, und
• - daß von diesen mehreren diskreten Schmelzdrähten wenigstens zwei aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, so daß sie verschie­ dene Schmelzpunkte und/oder spezifische Wider­ standswerte haben.

3. Chip-Schmelzsicherung nach Anspruch 1,

• - wobei der Hauptkörper (1) eine rechteckquaderför­ mige Kastenform mit einer oberseitigen Öffnung (2) hat, die ein Deckel (8) hermetisch verschließt,
• - wobei die ersten gegenüberliegenden Wände als kür­ zere Seitenwände (3) und die zweiten gegenüberlie­ genden Wände als längere Seitenwände (4) ausgeführt sind, und
• - wobei die zwei gegenüberliegenden Hauptanschlüsse (5) an den kürzeren Seitenwänden (3) vorgesehen sind,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß die mehreren Nebenanschlüsse (7) längs der In­ nenflächen der gegenüberliegenden längeren Seiten­ wände (4) angeordnet sind.