JP2013531356A - 熱過負荷に対する保護 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
本発明の目的は、電気素子、特に、電子素子を保護するための熱過負荷保護装置であって、電気素子の接続部を短絡させる短絡部と、温度に応じて短絡部を駆動する駆動部とを備える熱過負荷保護装置を提供することにある。本発明によると、短絡部は、少なくとも１つの領域において回路経路支持部に取着されており、回路経路支持部上に配設されている電気素子上の駆動部を介して少なくとも別の領域において、および／または、短絡させるべき接続部の一方に接触している回路経路のうち少なくとも一方において、支持されている。本発明はまた、回路経路支持部と、その上に配設されている少なくとも１つの素子と、少なくとも1つの対応する熱過負荷保護装置とを備える構成に関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気素子、特に、電子素子を保護する熱過負荷保護素子に関する。当該過負荷保護素子は、素子において短絡接続を構築する短絡部と、温度に応じて短絡部を駆動する駆動部とを備える。

このような過負荷保護素子は、独国特許出願第１０ ２００８ ０２２ ７９４ Ａ１号から公知である。当該特許文献では、過負荷デフレクタの電極同士を短絡させる短絡バーを有する短絡部と、過負荷保護素子を駆動する融解部とを備える熱過負荷保護素子を説明している。

電子素子で過負荷が発生すると、公称動作範囲を外れてしまう場合がある。このため、電子素子の絶縁安定性が劣化して性能速度に影響を与え、例えば、損傷した素子が熱を帯びてしまう。許容可能なしきい値を超えて素子が加熱されてしまうと、例えば、周囲の材料が損傷したり、排煙が発生したり、または、火災の原因になったりする場合がある。

これらの問題は、回路経路支持部上に配設されている素子、例えば、表面実装可能な素子から成る装置でも発生する。このような装置を製造するべく、回路経路支持部（回路基板）は、さまざまな素子、例えば、マシンを備えており、半田付けされる。高密度実装のため、設置スペースが非常に限られているのが普通である。

本発明は、必要な設置スペースが小さく、熱過負荷に安全に応答し、安全に短絡を形成し、回路経路支持部へ素子を設置する設置プロセス、特に、表面設置プロセスへの組み込みが容易である熱過負荷保護素子を提供することを目的とする。

この目的は、独立項の特徴を利用することで本発明によって実現される。本発明の有益な実施形態は、従属項に記載する。

本発明に係る過負荷保護装置では、短絡部は、少なくとも１つの領域において回路経路支持部に取着されており、回路経路支持部上に配設されている電気素子上の駆動部を介して少なくとも１つの別の領域において、および／または、短絡させるべき接続部のうち一方に接触している回路経路のうち少なくとも一方において、支持されている。本発明に係る過負荷保護装置は、動作時に、電気素子、特に、接続部と回路経路との間のはんだ結合部に加えられる応力がほとんど無いという利点をさらにもつ。別の利点として、電気素子を実装した後で過負荷保護装置を設けるとしてもよい点が挙げられる。電気素子上で駆動部によって第２の領域を支持することは、具体的には、素子の接続部のうち１つにおいて支持することを含む。駆動部（アクティブ化部）は、融解によって駆動される融解部として具現化されるという利点がある。融解部の融点によって駆動温度が決まり、駆動温度は材料を適宜選択することによって調整可能である。

接続部同士を短絡させるためには、短絡部が、当該接続部に接続されている回路経路と電気的に接触することが好ましい。このため、短絡流は、「十分な距離」を空けて、電気素子の周囲を流れる。

具体的には、短絡部は、バネ部を有するか、または、バネ部である。接触に必要な接触圧は、バネ部を利用することで、特に簡単に実現され得る。

これに代えて、または、これに加えて、短絡部は、駆動部として、形状記憶材料から成る素子、および／または、熱で膨張する材料から成る素子、および／または、形状が化学的に変化する材料から成る素子を有するという利点が得られる。当該駆動部は、対応する温度において、接触を実現するために必要な接触圧が得られるように構成される。また、素子を始動させる短絡部の各構成において、駆動部はさらに、形状記憶材料、および／または、熱で膨張する材料で具現化されるとしてよい。このような材料は、機能性プラスチックで形成される。

形状記憶材料、特に、導電性の形状記憶金属で形成される導電素子は、バネ部に代わるものとして、短絡部を単体または共同で形成するとしてよい。

本発明の好ましい実施形態によると、短絡部は、駆動部、特に、融解部によって、一続きの領域において電気素子上に伸縮可能に支持される。このようにして、簡単に短絡部に予め張力を加えるとしてよい。

本発明の別の好ましい実施形態によると、駆動部は、回路経路と、電気素子の短絡すべき接続部との間のはんだ結合部の融点よりも駆動温度が低い材料を含む。具体的には、融解部は、回路経路と、電気素子の短絡させるべき接続部との間のはんだ結合部の融点よりも低い融点を持つ材料を含む。当該材料は、電気的に絶縁性の材料であることが好ましく、融解プラスチックであることが特に好ましい。このような材料は特に、「リフローはんだ付け」によって回路経路に接着される／回路経路に接触する表面実装可能な電気素子に適している。これは、融解部の活性化温度が約摂氏２４０度のはんだ付け温度未満であるためである。具体的には、融点の温度差は、少なくとも摂氏２０度（２０Ｋ）である。これによって、熱過負荷によって発生する処理の時系列が明確に定められ、安全性が高まるとともに、スイッチング動作が改善される。融解プラスチックを利用することでさらに、後付けされるので、はんだ付けプロセスによって劣化しないという利点が得られる。これは、融解温度がリフローはんだ付けプロセス時の温度未満であるためである。

融解プラスチックは、はんだに比べると、融点におけるコンシステンシーの遷移が緩やかである。このため、融解プラスチック製の駆動部は、駆動されても元の位置に残っており、短絡部が電気素子を短絡させるために駆動しても形状が変化するのみであるので、という利点が得られる。

本発明の別の実施形態によると、短絡部は、短絡させるべき接続部のうち少なくとも一方に永久的に結合されている。短絡させるべく閉じる接続部の数は、１つのみであることが好ましい。これによって、「スイッチングプロセス」が明確に定められ、繰り返し実現可能となる。

本発明の好ましい実施形態によると、短絡部は、駆動部を駆動させることによって、特に、融解部を融解させることによって、短絡させるべく互いに接触する２つの部分を有している。

本発明の別の好ましい実施形態によると、短絡部は、少なくとも１回の位置合わせ処理において完全に過剰な張力を電気素子に加える。これは、最初の設置ステップで電気素子を設置して、次の設置ステップで過負荷保護装置を設置する場合に、特に簡単に実現可能である。

本発明はさらに、回路経路支持部と、その上に設けられている少なくとも１つの素子と、少なくとも１つの上述した過負荷保護装置とを備える構成に関する。当該素子は、過負荷保護デフレクタであることが好ましく、特に、半導体（サプレッサダイオード、バリスタ等）、または、気体が充填された過電圧デフレクタ、または、抵抗器に基づいたデフレクタであることが好ましい。

好ましい実施形態に基づき添付した図面を参照しつつ本発明をさらに詳細に説明する。図面は以下の通りである。
本発明の第１の実施形態に係る、非駆動動作モードにおける電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。 駆動動作モードにおける、図１の電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る、非駆動動作モードにおける電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。 駆動動作モードにおける、図３の電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る、非駆動動作モードにおける電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。 駆動動作モードにおける、図５の電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る、非駆動動作モードにおける電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。 駆動動作モードにおける、図７の電子素子および熱過負荷保護装置を示す図である。

図１は、電子素子として具現化されている電気素子１０が、２つの接続部１２、１４を備え、接続部１２、１４を利用して回路経路支持部１６上に取着されている様子を示す図である。このため、接続部１２、１４は、はんだ接合部（不図示）を利用して、回路経路支持部１６の対応する回路経路１８、２０に導電可能に接続されている。熱過負荷保護装置２２は、接続部１２、１４を短絡させる短絡バーとして具現化されている短絡部２４と、温度に応じて短絡部２４を駆動させる駆動部２６とを備え、電気素子１０の上方に配設されている。このため、駆動部２６は、融解することで駆動される融解部２７である。融解部２７の材料は、融点がはんだ接合点のはんだの融点よりも大幅に低い融解プラスチックである。電気素子１０は、表面実装可能素子（ＳＭＤ素子）として具現化されているので、回路基板として具現化されている回路経路支持部１６の表面上に設置される。

短絡部２４は、導電可能に、端部領域として具現化されている回路経路１８の一端にある第１の領域２８に取着されており、伸縮可能に、電気素子１０の上側にある融解部２７を介して、中央領域として具現化されている第２の領域３０にわたって支持されている。このため、短絡部２４は、バネ部３２として具現化されている部分領域を少なくとも１つ有する。第２の端部領域として具現化されている第３の領域３４は、電気素子１０、回路経路支持部１６および過負荷保護装置２２のこの構成３６において、別の回路経路２０の上方に所定距離空けて保持されている。

このため、以下のような機能が得られる。電気素子１０で熱過負荷が発生すると、電気素子１０が加熱されて、その表面から融解部２７が融点の範囲内の所定温度まで加熱される。融解部２７が融解すると、予め張力が加えられていたバネ部３２のバネ力を利用して第３の端部領域３４が第２の回路経路２０に押し当てられ、短絡部２４が電気素子１０を完全に包囲する短絡バーを形成する。

図３および図４、または、図５および図６、同様に、図７および図８はそれぞれ、本質的に図１および図２に対応し、以下では相違点のみを説明することとする。

図３および図４の実施形態では、短絡部は、Ｔ字形状を持つ部材として具現化される。短絡部２４のうち回路経路支持部に取着されている第１の領域２８は、見られない。図１および図２の過負荷保護装置とは違って、本構成では、２つの第３の領域３４および３８が、第２の端部領域として具現化されている。第３の領域３４および３８は、通常動作時には、対応する回路経路１８、２０の上方に所定距離空けて保持されている。

電気素子１０で熱過負荷が発生すると、電気素子１０が加熱され、その表面を介して融点の範囲内の温度まで融解部２７が加熱される。融解部２７が融解すると、第３の端部領域３４、３８が、予め張力が加えられていたバネ部３２のバネ力を利用して、対応する回路経路１８、２０に押し当てられ、短絡部２４が、電気素子１０を完全に包囲する短絡バーを形成する。

図５および図６の実施形態は、図３および図４の実施形態の代替例である。電気素子１０の上に融解部２７を設ける代わりに、第３の領域３４、３８を取り囲む２つの融解部２６を設ける。短絡部２４は、短絡させるべき接続部１２、１４に接触する回路経路１８、２０上に支持されており、第３の領域３４、３８は、融解部２７を利用して追加の領域３０として具現化されている。

電気素子１０で熱過負荷が発生すると、接続部１２、１４も回路経路１８、２０を加熱し、融解部２６を融点の範囲内の温度まで加熱する。融解部２６が融解すると、第３の端部領域３４、３８が、予め張力が加えられていたバネ部３２のバネ力を利用して、対応する回路経路１８、２０に押し当てられ、短絡部２４が電気素子１０を完全に囲む短絡バーを形成する。

最後に、図７および図８の実施形態は、短絡部２４が２つの部分に分割されている実施形態である。短絡部２４は、２つの端部２８が回路経路１８、２０に取着されている。この実施形態でも、２つの部分４０、４２は、動作中は、融解部２７によって離れている。このため、短絡部の第１の部分４２の第２の領域３０が、回路経路支持部１６上に配設されている電気素子１０上で支持されている。電気素子１０の熱によって融解部が融解すると、部分４０、４２が互いに接触して、短絡が形成される。

バネ部３２に代えて、短絡部２４は、導電形状記憶金属（不図示）を利用して形成されるとしてもよい。バネ部３２を利用して、予め張力が加えられた状態で、融解部２７上で支持する。

上述したような動作は、熱で膨張する材料を利用した駆動部によって力を加えることで実現されるとしてもよいし、または、体積膨張が同時に発生するような熱で活性化される化学反応で実現されるとしてもよい。このため、対応する駆動部２６を設ける。これらは、具体的には、短絡部２４用の駆動部である。

動作モードでは、バネ部３２および回路経路１８、２０によって、または、回路経路支持部（回路基板）１６上あるいは電気素子１０上の接触面によって、または、形成されたスイッチが開状態である。活性化温度または駆動温度によって電気素子１０の加熱が許容できないレベルまで到達すると、装置２２がアクティブ化される。
バネ部３２は、融解プラスチックが軟化するために、電気素子１０を一時的に止める。
形状記憶部材は、遷移温度を超えると不可逆的に移動して、電気素子１０を短絡させる。
熱で膨張する材料、または、化学反応を利用した体積増加によって、バネ部３２に力を加え、接触させる。配線を電気的に接触することで、電気素子１０を短絡させる。電気素子１０はこのため、安全モードに遷移する。

１０ 電気素子、１２ 接続部、１４ 接続部、１６ 回路経路支持部、１８ 回路経路、２０ 回路経路、２２ 過負荷保護装置、２４ 短絡部、２６ 駆動部、２７ 融解部、２８ 第１の領域、３０ 第２の領域、３２ バネ部、３４ 第３の領域、３６ 構成、３８ 第３の領域、４０ 部分、４２ 部分

Claims (10)

1. 電気素子、特に、電子素子を保護するための熱過負荷保護装置であって、
   前記電気素子の接続部を短絡させる短絡部と、
   前記短絡部を駆動する温度感受性を持つ駆動部と
   を備え、
   前記短絡部は、少なくとも１つの領域において回路経路支持部に取着されており、前記回路経路支持部上に配設されている前記電気素子上の前記駆動部を介して少なくとも別の領域において、および／または、短絡させるべき前記接続部に接触している前記回路経路のうち少なくとも一方において、支持されている熱過負荷保護装置。
2. 前記駆動部は、融解することによって駆動される融解部として具現化される請求項１に記載の熱過負荷保護装置。
3. 前記短絡部は、前記接続部を短絡させるべく前記接続部に接続されている回路経路に電気的に接触する請求項１または２に記載の熱過負荷保護装置。
4. 前記短絡部は、バネ部を有するか、または、バネ部である請求項１から３のいずれか一項に記載の熱過負荷保護装置。
5. 前記短絡部は、駆動部として、形状記憶材料から形成される素子、および／または、熱で膨張する材料から形成される素子、および／または、形状が化学的に変化する材料から形成される素子を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の熱過負荷保護装置。
6. 前記短絡部は、伸長可能に、前記電気素子上の前記駆動部を用いて前記別の領域において支持されている請求項１から５のいずれか一項に記載の熱過負荷保護装置。
7. 前記駆動部は、前記回路経路と、短絡させるべき前記電気素子の前記接続部との間のはんだ結合部の融点よりも駆動温度が低い材料を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の熱過負荷保護装置。
8. 前記短絡部は、短絡させるべき前記接続部の少なくとも１つに永久的に電気結合されている請求項１から７のいずれか一項に記載の熱過負荷保護装置。
9. 前記短絡部は、短絡させるべく前記駆動部を駆動させることによって互いに接触する２つの部分を有する請求項１から８のいずれか一項に記載の熱過負荷保護装置。
10. 回路経路支持部と、その上に配設されている少なくとも１つの素子と、請求項１から９のいずれか一項に記載されている少なくとも１つの熱過負荷保護装置とを備える構成。

Images