EP0772217A1 - Overcurrent fuse - Google Patents

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EP0772217A1
EP0772217A1 EP96116510A EP96116510A EP0772217A1 EP 0772217 A1 EP0772217 A1 EP 0772217A1 EP 96116510 A EP96116510 A EP 96116510A EP 96116510 A EP96116510 A EP 96116510A EP 0772217 A1 EP0772217 A1 EP 0772217A1
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EP
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overcurrent protection
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overcurrent
metallization
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EP96116510A
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Wilhelm Grimm
Reinhard Sperlich
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TDK Electronics AG
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Siemens Matsushita Components GmbH and Co KG
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    • H01H85/02—Details
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    • H01H69/02—Manufacture of fuses
    • H01H69/022—Manufacture of fuses of printed circuit fuses

Definitions

  • the invention relates to an overcurrent fuse.
  • Such fuses are used as overload protection, for example in low-voltage networks, household connections, electrical devices or in electronic circuits, and are intended to interrupt the circuit in the event of impermissibly high currents or in the event of a short circuit.
  • these overcurrent fuses are designed as fuses and then consist of a piece of resistance wire that melts from a certain current flow.
  • DE 25 31 438 C3 proposes to protect a tantalum solid electrolytic capacitor against short-circuit currents caused by incorrect polarity by a fuse between the cathode connection and contact.
  • a conventional overcurrent protection device which is designed as a fuse, is generally installed in the input circuit of electrical or electronic circuits arranged on printed circuit boards.
  • the object of the present invention is to provide an inexpensive and economically producible overcurrent fuse.
  • the overcurrent protection consists of a thin metallization which is applied to a carrier film.
  • the metallization is preferably contacted by Schoop layers.
  • Fig. 1 an overcurrent fuse 1 is shown, which consists of stacked layers of carrier films 2, which are provided with metallizations 3.
  • the metallizations 3 are each contacted laterally by metal layers 4, 5, which are produced by the Schoop flame or electro-injection process.
  • the overcurrent fuse 1 thus consists of many metallizations 3 connected in parallel.
  • Plastic films for example polyester, polycarbonate, polypropylene films
  • carrier film 2 paper films can also be used.
  • the metallizations are made of aluminum, for example, and are preferably made in a thickness that guarantees a sheet resistance of 1 to 5 ⁇ / ⁇ .
  • the thickness of the metallizations 3 determines the current carrying capacity of the overcurrent fuse 1.
  • the contact layers 4, 5 are preferably made of aluminum. If good solderability is desired, 4.5 further layers, for example CuSn 3 layers, can be arranged on the contact layers.
  • the overcurrent fuse 1 can be designed as a chip component for soldering onto printed circuit boards, but it can also be provided with connecting wires. If required for the application, the overcurrent protection can also be installed in a housing. Furthermore, the design guarantees that desired grid dimensions can be produced and that the overcurrent protection enables automatic assembly of printed circuit boards.
  • the overcurrent fuse 1 shown in FIG. 1 can be manufactured, for example, by a method that is known from the manufacture of film capacitors.
  • a mother roll of metallized carrier films 2 is wound onto a drum and provided with the contact layers 4, 5.
  • the overcurrent protection is then separated, for example by means of saw cuts.
  • the overcurrent fuse 1 shown in FIG. 1 is shown in a top view in FIG. 2.
  • the Schoop contact layers 4,5 are porous due to the manufacturing process. This results in different contact resistances between contact layers 4, 5 and metallizations 3 on contact surfaces 6, 7, which are not straight, as shown schematically in FIG. 2, but have a "jagged" structure. Together with the thickness of the metallizations 3, these contact resistances at the contact surfaces 6, 7 determine both the current carrying capacity and the tripping behavior of the overcurrent fuse 1.
  • the metallizations 3 show a further overcurrent fuse 1 in a top view, in which the metallizations 3 have metal-free strips 8, 9 which are arranged parallel to the contact surface 6.
  • the metal-free strips 8, 9 are designed such that metallized bottlenecks 10 are formed so that the current path between the contact layers 4, 5 receives an additional fuse point, with the aid of which the overcurrent behavior of the fuse 1 can be controlled.
  • the constrictions can also have other configurations. Further If necessary, several bottlenecks can be arranged.
  • the overcurrent protection device according to the invention can also be manufactured in a wound construction.

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Abstract

An overcurrent fuse comprises a thin metallisation layer (3) applied on to a carrier sheet (2), the metallisation layer (3) being contacted by means of metal layers (4,5) formed by the Schoop flame-spraying or electro-spraying process. More specifically the fuse is formed from a stack of metallised carrier sheet layers, the metallisation being aluminium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überstromsicherung.The invention relates to an overcurrent fuse.

Derartige Sicherungen werden als Überlastschutz beispielsweise in Niederspannungsnetzen, Haushaltsanschlüssen, elektrischen Geräten oder bei elektronischen Schaltungen eingesetzt und sollen bei unzulässig hohen Strömen beziehungsweise im Kurzschlußfall den Stromkreis unterbrechen. Diese Überstromsicherungen sind im einfachsten Fall als Schmelzsicherungen ausgebildet und bestehen dann aus einem Widerstandsdrahtstück, das ab einem bestimmten Stromfluß durchschmilzt.Such fuses are used as overload protection, for example in low-voltage networks, household connections, electrical devices or in electronic circuits, and are intended to interrupt the circuit in the event of impermissibly high currents or in the event of a short circuit. In the simplest case, these overcurrent fuses are designed as fuses and then consist of a piece of resistance wire that melts from a certain current flow.

Insbesondere bei elektronischen Schaltungen, die auf Leiterplatten aufgebaut sind werden eine Reihe unterschiedlicher elektrischer beziehungsweise elektronischer Bauelemente eingesetzt, die empfindlich gegenüber zu hohen Strömen sind und im Überlastungsfall durch die entstehende Verlustwärme sogar Brände der Leiterplatte verursachen können.In particular in the case of electronic circuits which are built on printed circuit boards, a number of different electrical or electronic components are used which are sensitive to high currents and, in the event of an overload, can even cause the printed circuit board to burn due to the resulting heat loss.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, einzelne elektrische Bauelemente abzusichern. Beispielsweise ist in der DE 25 31 438 C3 vorgeschlagen einen Tantal-Festelektrolytkondensator durch eine zwischen Katodenanschluß und -kontaktierung angebrachte Schmelzsicherung gegen durch Falschpolung verursachte Kurzschlußströme abzusichern.It is known from the prior art to protect individual electrical components. For example, DE 25 31 438 C3 proposes to protect a tantalum solid electrolytic capacitor against short-circuit currents caused by incorrect polarity by a fuse between the cathode connection and contact.

Weiterhin ist es beispielsweise aus der EP 0 187 921 B2 bekannt, bei einem elektrischen Kondensator eine Abschaltsicherung vorzusehen, die aus einer beschichteten Leiterplatte besteht, bei der das leitfähige Material eine Stromsicherung darstellt.Furthermore, it is known, for example from EP 0 187 921 B2, to provide a cut-off fuse in the case of an electrical capacitor which consists of a coated printed circuit board in which the conductive material represents a current fuse.

Es ist ferner auch bekannt, bei einem regenerierfähigen elektrischen Kondensator den Metallbelag auf der Folie in eine große Anzahl einzelner elektrisch parallel geschalteter Metallflächen zu unterteilen, die jeweils über eine Engstelle mit den elektrischen Anschlüssen verbunden sind (DE-PS 723 291). Dadurch wird es ermöglicht, daß bei Durchschlägen an einer der einzelnen Metallflächen nur die vor dieser Fläche liegende Engstelle durch den Kurzschlußstrom abschmilzt, so daß diese Fläche abgeschaltet wird, während der Kondensator weiterhin funktionsfähig bleibt.It is also known to divide the metal coating on the film in a regenerable electrical capacitor into a large number of individual electrically parallel connected metal surfaces, each of which is connected to the electrical connections via a constriction (DE-PS 723 291). This makes it possible that in the event of breakdowns on one of the individual metal surfaces, only the narrow point lying in front of this surface melts due to the short-circuit current, so that this surface is switched off while the capacitor continues to function.

Bei allen geschilderten Maßnahmen wird jedoch nur ein einzelnes elektrisches Bauelement abgeschaltet, während andere Bauelemente ungeschützt sind. Da es wirtschaftlich nicht tragbar ist, jedes Bauelement mit einer Überstromsicherung zu versehen, wird im allgemeinen in den Eingangskreis bei auf Leiterplatten angeordneten elektrischen beziehungsweise elektronischen Schaltungen eine herkömmliche Überstromsicherung eingebaut, die als Schmelzsicherung ausgebildet ist.With all the measures described, however, only a single electrical component is switched off, while other components are unprotected. Since it is not economically viable to provide each component with an overcurrent protection device, a conventional overcurrent protection device, which is designed as a fuse, is generally installed in the input circuit of electrical or electronic circuits arranged on printed circuit boards.

Da diese Schaltungen in sehr großen Stückzahlen und für die unterschiedlichsten Anwendungen hergestellt werden, gehen auch die Kosten für die Überstromsicherung in die Fertigungskosten ein.Since these circuits are manufactured in very large numbers and for a wide variety of applications, the costs for overcurrent protection are also included in the manufacturing costs.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine preisgünstige und wirtschaftlich herstellbare Überstromsicherung anzugeben.The object of the present invention is to provide an inexpensive and economically producible overcurrent fuse.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Überstromsicherung aus einer dünnen Metallisierung besteht, die auf eine Trägerfolie aufgebracht ist.This object is achieved in that the overcurrent protection consists of a thin metallization which is applied to a carrier film.

Vorzugsweise ist die Metallisierung durch Schoopschichten kontaktiert.The metallization is preferably contacted by Schoop layers.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angeführt.Advantageous refinements of the subject matter of the invention are set forth in further subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is explained below using exemplary embodiments.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigen:

  • Fig. 1 ein Schnittbild einer Überstromsicherung in Schichtbauweise,
  • Fig. 2 eine Draufsicht auf die Überstromsicherung nach Fig. 1,
  • Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Überstromsicherung.
The accompanying drawing shows:
  • 1 is a sectional view of an overcurrent protection in a layered construction,
  • 2 is a plan view of the overcurrent protection according to FIG. 1,
  • Fig. 3 is a plan view of a further overcurrent protection.

In Fig. 1 ist eine Überstromsicherung 1 gezeigt, die aus aufeinandergestapelten Lagen von Trägerfolien 2 besteht, die mit Metallisierungen 3 versehen sind. Die Metallisierungen 3 sind jeweils seitlich durch Metallschichten 4,5 kontaktiert, die nach dem Schoop'schen Flamm- oder Elektrospritzverfahren hergestellt sind. Die Überstromsicherung 1 besteht somit aus vielen parallel geschalteten Metallisierungen 3.In Fig. 1 an overcurrent fuse 1 is shown, which consists of stacked layers of carrier films 2, which are provided with metallizations 3. The metallizations 3 are each contacted laterally by metal layers 4, 5, which are produced by the Schoop flame or electro-injection process. The overcurrent fuse 1 thus consists of many metallizations 3 connected in parallel.

Als Trägerfolie 2 eignen sich Kunststoffolien (zum Beispiel Polyester-, Polycarbonat-, Polypropylenfolien), es können aber auch Papierfolien verwendet werden. Die Metallisierungen bestehen beispielsweise aus Aluminium und sind vorzugsweise in einer Dicke hergestellt, die einen Flächenwiderstand von 1 bis 5 Ω/□ garantiert. Die Dicke der Metallisierungen 3 bestimmt dabei die Stromtragfähigkeit der Überstromsicherung 1.Plastic films (for example polyester, polycarbonate, polypropylene films) are suitable as carrier film 2, but paper films can also be used. The metallizations are made of aluminum, for example, and are preferably made in a thickness that guarantees a sheet resistance of 1 to 5 Ω / □. The thickness of the metallizations 3 determines the current carrying capacity of the overcurrent fuse 1.

Die Kontaktschichten 4,5 bestehen vorzugsweise aus Aluminium. Falls gute Lötbarkeit gewünscht wird, können auf den Kontaktschichten 4,5 weitere Schichten, zum Beispiel CuSn3-Schichten, angeordnet sein.The contact layers 4, 5 are preferably made of aluminum. If good solderability is desired, 4.5 further layers, for example CuSn 3 layers, can be arranged on the contact layers.

Die Überstromsicherung 1 kann als Chip-Bauelement zum Einlöten auf Leiterplatten ausgebildet sein, sie kann aber auch mit Anschlußdrähten versehen werden. Falls es für den Einsatzzweck erforderlich ist, kann die Überstromsicherung auch in ein Gehäuse eingebaut werden. Ferner garantiert die Bauform, daß gewünschte Rastermaße gefertigt werden können und daß die Überstromsicherungen eine automatische Bestückung von Leiterplatten ermöglichen.The overcurrent fuse 1 can be designed as a chip component for soldering onto printed circuit boards, but it can also be provided with connecting wires. If required for the application, the overcurrent protection can also be installed in a housing. Furthermore, the design guarantees that desired grid dimensions can be produced and that the overcurrent protection enables automatic assembly of printed circuit boards.

Die in Fig. 1 dargestellte Überstromsicherung 1 kann beispielsweise nach einem Verfahren gefertigt werden, das aus der Herstellung von Schichtkondensatoren bekannt ist. Hierbei wird auf eine Trommel ein Mutterwickel aus metallisierten Trägerfolien 2 aufgewickelt und mit den Kontaktschichten 4,5 versehen. Anschließend erfolgt eine Vereinzelung der Überstromsicherung zum Beispiel durch Trennschnitte mittels Sägen.The overcurrent fuse 1 shown in FIG. 1 can be manufactured, for example, by a method that is known from the manufacture of film capacitors. Here, a mother roll of metallized carrier films 2 is wound onto a drum and provided with the contact layers 4, 5. The overcurrent protection is then separated, for example by means of saw cuts.

In der Fig. 2 ist die in Fig. 1 dargestellte Überstromsicherung 1 in Draufsicht gezeigt. Die Schoop'schen Kontaktschichten 4,5 sind herstellungsbedingt porös. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Übergangswiderstände zwischen Kontaktschichten 4,5 und Metallisierungen 3 an den Kontaktflächen 6,7, die nicht wie in Fig. 2 schematisch dargestellt gerade sind sondern eine "gezackte" Struktur aufweisen. Diese Übergangswiderstände an den Kontaktflächen 6,7 bestimmen zusammen mit der Dicke der Metallisierungen 3 sowohl die Stromtragfähigkeit als auch das Auslöseverhalten der Überstromsicherung 1.The overcurrent fuse 1 shown in FIG. 1 is shown in a top view in FIG. 2. The Schoop contact layers 4,5 are porous due to the manufacturing process. This results in different contact resistances between contact layers 4, 5 and metallizations 3 on contact surfaces 6, 7, which are not straight, as shown schematically in FIG. 2, but have a "jagged" structure. Together with the thickness of the metallizations 3, these contact resistances at the contact surfaces 6, 7 determine both the current carrying capacity and the tripping behavior of the overcurrent fuse 1.

In der Fig. 3 ist eine weitere Überstromsicherung 1 in Draufsicht dargestellt, bei der die Metallisierungen 3 metallfreie Streifen 8,9 aufweisen, die parallel zur Kontaktfläche 6 angeordnet sind. Die metallfreien Streifen 8,9 sind derart ausgebildet, daß metallisierte Engstellen 10 gebildet werden so daß der Strompfad zwischen den Kontaktschichten 4,5 eine zusätzliche Sicherungsstelle erhält mit deren Hilfe das Überstromverhalten der Sicherung 1 gesteuert werden kann.3 shows a further overcurrent fuse 1 in a top view, in which the metallizations 3 have metal-free strips 8, 9 which are arranged parallel to the contact surface 6. The metal-free strips 8, 9 are designed such that metallized bottlenecks 10 are formed so that the current path between the contact layers 4, 5 receives an additional fuse point, with the aid of which the overcurrent behavior of the fuse 1 can be controlled.

Neben der in Fig. 3 dargestellten Engstelle 10 können die Engstellen auch andere Konfigurationen aufweisen. Ferner können gegebenenfalls auch mehrere Engstellen angeordnet werden.In addition to the constriction 10 shown in FIG. 3, the constrictions can also have other configurations. Further If necessary, several bottlenecks can be arranged.

Neben dem in der Zeichnung dargestellten Aufbau in Schichtbeziehungsweise Stapelbauweise kann die Überstromsicherung nach der Erfindung auch in Wickelbauweise hergestellt werden.In addition to the stacked or stacked construction shown in the drawing, the overcurrent protection device according to the invention can also be manufactured in a wound construction.

Claims (16)

Überstromsicherung,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus einer dünnen Metallisierung (3) besteht, die auf eine Trägerfolie (2) aufgebracht ist.Overcurrent protection,
characterized by
that it consists of a thin metallization (3) which is applied to a carrier film (2). Überstromsicherung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallisierung (3) durch Schoopschichten (4,5) kontaktiert ist.Overcurrent protection according to claim 1,
characterized by
that the metallization (3) is contacted by Schoop layers (4,5). Überstromsicherung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als Schichtstapel metallisierter Trägerfolien ausgebildet ist.Overcurrent protection according to claim 1 or 2,
characterized by
that it is designed as a layer stack of metallized carrier films. Überstromsicherung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als aufgewickelte metallisierte Trägerfolie ausgebildet ist.Overcurrent protection according to claim 1 or 2,
characterized by
that it is designed as a wound metallized carrier film. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallisierung (3) aus Aluminium besteht.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 4,
characterized by
that the metallization (3) consists of aluminum. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallisierung (3) einen Flächenwiderstand von 1 bis 5 Ω/□ besitzt.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 4,
characterized by
that the metallization (3) has a sheet resistance of 1 to 5 Ω / □. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schoopschichten (4,5) aus Aluminium bestehen.Overcurrent protection according to one of claims 2 to 6,
characterized by
that the Schoopschichten (4,5) consist of aluminum. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Schoopschichten (4,5) jeweils eine weitere, lötbare Schicht angeordnet ist.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 7,
characterized by
that a further solderable layer is arranged on the Schoop layers (4,5). Überstromsicherung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die weiteren Schicht aus CuSn3 besteht.Overcurrent protection according to claim 8,
characterized by
that the further layer consists of CuSn 3 . Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallisierung (3) eine Strukturierung (8,9) mit Engstellen (10) besitzt.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 9,
characterized by
that the metallization (3) has a structure (8,9) with narrow points (10). Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als Chip-Bauelement ausgebildet ist.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 10,
characterized by
that it is designed as a chip component. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie als bedrahtetes Bauelement ausgebildet ist.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 10,
characterized by
that it is designed as a wired component. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie in ein Gehäuse eingebaut ist.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 12,
characterized by
that it is built into a housing. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägerfolie (2) aus Kunststoff besteht.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 13,
characterized by
that the carrier film (2) consists of plastic. Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trägerfolie (2) aus Papier besteht.Overcurrent protection according to one of claims 1 to 13,
characterized by
that the carrier film (2) consists of paper. Verwendung einer Überstromsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 auf einer Leiterplatte zum Schutz elektronischer Schaltungen.Use of an overcurrent protection device according to one of Claims 1 to 15 on a printed circuit board for protecting electronic circuits.
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