KR20040086885A - 퓨즈장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 퓨즈장치는 퓨즈소자와 상기한 퓨즈소자가 수용되는 수용부재를 포함한다. 상기한 퓨즈소자는 지지체, 이 지지체를 둘러싸도록 형성되며 과전류에 의해 용단(溶斷)되는 물질로 이루어진 퓨저블 엘리먼트층, 이 퓨저블 엘리먼트층 양단에 배치되는 캡, 이 캡에 연결되는 리드선을 포함한다.
본 발명은 상기한 수용부재 내에 충진재를 넣은 후 상기한 캡과 퓨저블 엘리먼트층을 보호용 수용부재 내에 밀봉시켜 퓨즈장치를 제조함으로써 본 발명은 부품 및 설치공간을 최소화하면서도 퓨즈 삽입공정을 자동화할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 과전류 인가시 퓨스소자가 신속 및 정확하게 용단될 수 있도록 함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 다른 전자부품 및 회로를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

퓨즈장치 및 그 제조방법{FUSE ELEMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 전자회로에서 과전류 발생시 회로 내의 부품이 소손되지 않도록 보호하는 퓨즈장치에 관한 것으로, 특히 기존 퓨즈장치의 용단특성을 유지하면서도작업공정은 휠씬 용이하도록 하기 위한 퓨즈장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 텔레비전, 비디오 등과 같은 전자제품의 전원입력단에는 낙뢰 등의 원인으로 과전류 유입시 회로를 단선시켜 회로의 소손 및 기판의 화재발생을 예방하도록 퓨즈장치가 설치되어 있다.
도 1은 종래의 퓨즈장치를 보인 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 퓨즈장치는 유리관(11), 용단체(12), 캡(13)을 갖는 퓨즈소자(10)와 이 퓨즈소자(10)를 회로기판(30)에 고정시키기 위한 퓨즈홀더(20)를 포함한다.
상기한 유리관(11) 내의 중앙에는 과전류가 흐르면 녹아 끊어지는 용단물질로 이루어진 용단체(12)가 길이방향으로 수용되고, 이 용단체(12)를 외부 전기회로와 연결시킴과 함께 상기한 유리관(11)을 밀봉시키기 위해 유리관(11)의 양 끝단에 캡(13)이 각각 장착된다. 그리고, 이 용단체(12)의 양쪽 끝은 캡(13)의 내면에 각각 접속된다. 이때, 엘리먼트(12)와 캡(13)사이에는 납(Pb)등으로 연결한다. 한편, 회로기판(30)에는 상기한 퓨즈소자(10)를 고정시키기 위한 퓨즈홀더(20)가 설치되어 있으며, 상기한 퓨즈소자(10)의 캡(13)은 퓨즈홀더(20)에 각각 끼워져 접속된다. 이에 따라, 회로기판(30)에 과전류가 유입되면, 용단체(12)가 용단되어 회로를 차단시킴으로써 전자부품과 회로전체를 보호하게 된다.
그러나, 종래에는 용단체(12)와 캡(13)사이를 열에 약한 납(Pb) 등으로 연결하였기 때문에 결합력이 약해 자동화시스템에서 고온의 납조를 통과하는 경우 납이 녹아 용단체(12)가 캡(13)에서 떨어질 우려가 있을 뿐만 아니라, 환경 유해 물질로분류되는 납을 사용함에 따라 환경에 유해한 단점이 있다.
또한, 종래에는 유리관(11)의 재질이 유리나 사기관으로 이루어져 상대적으로 열에는 잘 견디나 타 부품에 비해 강도가 약해 파손의 우려가 있을 뿐만 아니라, 이로 인해, 자동삽입기 등으로 자동화하기 어려워 작업자가 일일이 퓨즈소자(10)를 퓨즈홀더(20)에 직접 삽입해야 하므로 제품 제조시 인건비에 따른 제조비상승 및 작업시간 연장의 요인이 된다.
또한, 종래에는 퓨즈소자 자체를 기판에 직접 삽입시킬 수 없기 때문에 퓨즈소자를 기판에 삽입시키기 위해서는 별도의 퓨즈홀더가 필요하다. 따라서, 퓨즈홀더를 설치하는 데 따른 설치공간 및 비용이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 퓨즈소자의 강도를 높임과 함께 퓨즈홀더 없이 기판에 직접 삽입시킬 수 있도록 함으로써 부품 및 설치공간을 최소화하면서도 퓨즈 삽입공정을 자동화할 수 있는 퓨즈장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기존 퓨즈소자의 용단특성을 동등하게 유지하여 과전류 인가시 퓨스소자가 신속 및 정확하게 용단될 수 있도록 함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킴과 함께 다른 전자부품 및 회로를 보호하는 퓨즈장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 특징을 갖는 퓨즈소자를 제조하기 위한 퓨즈장치의 제조방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 퓨즈장치에 대한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일실시예에 따른 퓨즈장치의 제조과정을 단계별로 예시한 단면도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
100 : 지지체 101 : 도전층
102 : 퓨저블 엘리먼트층 103 : 캡
104 : 나선형 홈 105 : 리드선
106 : 수용부재 107 : 충진재
108 : 마감재 110 : 제 1구조물
120 : 제 2구조물 130 : 제 3구조물
140 : 퓨즈소자
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 퓨즈장치는 지지체, 상기 지지체를 둘러싸도록 형성되며 과전류에 의해 용단(溶斷)되는 물질로 이루어진 퓨저블 엘리먼트층, 상기 퓨저블 엘리먼트층 양단에 배치되는 캡, 상기 캡에 연결되는 리드선, 상기 퓨저블 엘리먼트층의 용단시 발생되는 아크 에너지가 외부로 전달되는 것을 방지하는 보호용 수용부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 퓨즈장치의 제조방법은 지지체를 마련하고, 상기 지지체 둘레에 과전류에 의해 용단(溶斷)되는 물질로 이루어진 퓨저블 엘리먼트층을 형성하고, 상기 퓨저블 엘리먼트층 양단에 캡을 배치하고, 상기 캡 양단이 소정 저항치를 갖도록 상기 퓨저블 엘리먼트층에 제 1나선형 홈을 형성하고, 상기 캡에 리드선을 연결하고, 상기 퓨저블 엘리먼트층의 용단시 발생되는 아크 에너지가 외부로 전달되는 것을 방지하는 보호용 수용부재 내에 상기 캡과 퓨저블 엘리먼트층을 수용시키는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명의 일실시예에 따른 퓨즈장치의 제조과정을 단계별로 예시한 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 봉 형상의 지지체(rod)(1) 표면상에 도전성 물질로 이루어진 도전층(101)을 적층한다. 본 실시예에서, 지지체(100)는 비전도성의 고순도의 세라믹과 같은 재료로 이루어진다. 그리고, 도전성 물질로는 니켈-크롬(Ni-Cr)등을 사용할 수 있으며, 이는 예를 들면 종래의 무전해 도금방법으로 지지체(100)의 표면상에 적층된다.
도전층(101)을 적층시킨 후, 도 2b와 같이 도전층(101)의 표면상에 퓨징 특성을 갖는 퓨저블 엘리먼트층(102)을 적층한다. 본 실시예에서, 퓨저블 엘리먼트층(102)은 주석(Sn)을 주성분으로 하는 재료로 형성되며, 주석(Sn) 이외에도 온도 계수가 대략 2,000 ppm/℃ 이상의 물질로서 고유 비저항치가 대략 1.6×10-8Ωm ~ 1.8×10-8Ωm 정도로 낮은 물질이면 어떠한 재료를 사용하여도 좋다. 상기한 퓨저블 엘리먼트층(102)은 과전류가 흐르는 경우에 발생하는 열에 의해 용융되어 용단된다. 여기서, 온도 계수는 퓨징 특성을 결정하는 가장 중요한 물질적 특성이다. 온도 계수가 높으면, 전류 상승 시 발생하는 열로 인해 퓨저블 엘리먼트층(102)의 저항치가 상승하게 된다. 이로 인해, 주울(joule)열에 의해 퓨저블 엘리먼트층(102)의 온도가 용융점(melting point)까지 상승되어, 퓨저블 엘리먼트층(102)이 용단된다. 본 실시예에서 퓨저블 엘리먼트층(102)의 재료로서 사용되는 주석(Sn)은 온도 계수가 높고 비저항치가 낮을 뿐만 아니라 용융점도 매우 낮으므로, 기존의 퓨즈장치보다 용단특성이 대폭 향상되어 용단이 신속 및 정확하게 이루어지게 된다.
이러한 퓨저블 엘리먼트층(102)은 전해 도금 방법으로 도전층(101)의 표면상에 증착할 수 있다. 또 다른 방식으로서, 전해 도금 방법 이외에 스퍼터링 방법(sputtering) 등을 사용하여 퓨저블 엘리먼트층(102)을 지지체(100)의 표면상에 직접 증착할 수도 있다. 이와 같이 전해 도금 방법을 사용하지 않고 퓨저블 엘리먼트층(102)을 적층하는 경우에는, 상기한 도전층(101)을 생략할 수 있다.
이상에서와 같이, 2개의 층(101, 102)으로 형성된 제 1구조물(110) 양단의 최종 초기 저항치는 각 층의 종류와 두께에 따라 정해지며, 본 실시예의 경우 대략 15 내지 30mΩ정도로 유지된다.
계속해서, 도 2c에서와 같이 제 1구조물(110)의 양단을 캡(103)을 설치하여 제 2구조물(120)을 형성한다. 이 캡(103)을 통하여 퓨저블 엘리먼트층(102)은 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2구조물(120) 양단의 저항치는 8 내지 15mΩ정도로 유지된다.
이 후, 도 2d와 같이 2개의 층(101, 102)에 길이방향으로 나선형 홈(104)을 형성하여 제 3구조물(130)을 형성한다. 이 제 3구조물(130) 양단의 최종 완성 저항치는 통상 10 내지 200mΩ정도로 유지된다. 이러한 최종 완성 저항치는 제 2구조물(120) 양단의 최종 초기저항치 및 나선형 커팅의 회전수 등에 따라서 결정된다. 보다 구체적으로 설명하면, 나선형 컷팅 후의 최종완성 저항치는 나선의 폭, 나선사이의 거리, 컷팅의 깊이 및 폭에 따라 결정된다. 이 최종완성 저항치에 따라 퓨즈장치의 정격전류에 해당하는 특징이 결정될 수 있다.
그런 후에, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제 3구조물(130)의 양단 캡(103)의 외측에 각각 리드선(105)을 용접 등에 의해 부착시켜 제 4구조물(140)을 형성한다. 이 리드선(105)은 회로기판에 삽입되어 퓨저블 엘리먼트층(102) 및 캡(103)을 회로기판과 전기적으로 연결시킨다.
상기한 일련의 과정을 통해 도 2e와 같은 퓨즈소자(140)를 완성시킨 후, 도 2f와 같이 상기한 퓨즈소자(140)를 상기한 퓨저블 엘리먼트층의 용단시 발생되는 아크 에너지가 외부로 전달되는 것을 방지하는 보호용 수용부재(106) 내에 삽입시킨다. 본 실시예에서 상기한 수용부재(106)는 높은 열에 견디고 충분한 강도를 지닌 재질(일예로서 상기한 수용부재(106)는 나일론 계열을 포함하는 재료)로 이루어진다. 또한, 상기한 수용부재(106)는 전도성 퓨저블 엘리먼트층(102)을 외부로부터의 보호 및 절연하는 역할을 하며, 상기한 수용부재(106)의 외측면에는 일예로서 250V, 4A와 같은 제품의 정격, 인증마크 및 제조회사 상표를 표시한다.
그리고, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기의 수용부재(106)와 퓨즈소자(140) 사이에 충진재(107)를 채워 넣는다. 이 충진재(107)는 수용부재(106)와 함께 상기의 퓨저블 엘리먼트층(102)이 용단시 발생하는 아크 에너지를 흡수하여 외부로 그 에너지가 전달되지 않게 하는 특징을 지닌다. 상기한 충진재(107)의 재료로는 점토, 석고, 탄산칼슘, 운모, 실리카, 알루미나, 모래, 자갈, 사암, 석회암, 또는 이의 혼합물 등이 이용된다. 이 충진재(107)로 인해, 퓨즈장치에서 가장 중요한 특징인 정전용량(high breaking capacity) 특징을 지니게 된다. 또한, 상기한 충진재(107)는 부가적으로 용단시간을 지연시키는 시간지연효과도 발휘한다. 본 실시예에서는 상기한 충진재(107)를 퓨즈소자(140)를 완전히 감싸는 정도인 수용부재(106)의 내부공간의 2/3정도로 채운다.
충진재(107)를 채워 넣은 후, 도 2h와 같이 상기의 수용부재(106)에서 퓨즈소자 및 충진재(107)를 밀봉시키기 위해 수용부재(106)의 입구를 마감재(108)를 이용하여 밀봉시킨다. 상기의 마감재(108)는 퓨즈소자(140) 및 분말 상태의 충진재(107)를 수용부재(106)에 완전 밀봉시키는 역할을 하게 된다. 본 실시예에서 마감재(108)는 건조가 빠르고, 열에 잘 견디는 에폭시 레진 성분을 사용한다.
마감재(108)를 이용하여 입구를 밀봉한 후 상기의 마감재(108)를 건조시키는 과정을 실시한다. 건조가 끝난 후 수용부재(106) 외측면에 제품의 정격 등의 마킹 과정을 거치면 상기의 밀봉된 구조물은 퓨즈장치로서 제조가 완성된다.
그리고, 완성된 퓨즈장치를 실제 사용자가 자동 삽입기에 걸어서 회로기판위에 자동 삽입하는 공정을 위한 예비단계로서 일정 간격으로 테이핑하는 공정을 추가할 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 부품 및 설치공간을 최소화하면서도 퓨즈 삽입공정을 자동화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 과전류 인가시 퓨스소자가 신속 및 정확하게 용단될 수 있도록 함으로써 제품의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 다른 전자부품 및 회로를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 기존의 퓨즈 제조방법을 따르지 않고 독자적인 생산방법을 창출함으로써 높은 생산성을 달성할 수 있다.
또한, 본 발명은 비납계 재료를 사용함으로써 환경인증에도 유리한 장점이 있다.

Claims (17)

  1. 지지체,
    상기 지지체를 둘러싸도록 형성되며 과전류에 의해 용단(溶斷)되는 물질로 이루어진 퓨저블 엘리먼트층,
    상기 퓨저블 엘리먼트층 양단에 배치되는 캡,
    상기 캡에 연결되는 리드선,
    상기 퓨저블 엘리먼트층의 용단시 발생하는 아크 에너지가 외부로 전달되는 것을 방지하는 보호용 수용수재를 포함하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수용부재 내에는, 상기 아크 에너지를 흡수하기 위한 충진재가 채워지는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 충진재는 점토, 석고, 탄산칼슘, 운모, 실리카, 알루미나, 모래, 자갈, 사암, 석회암, 또는 이의 혼합물인 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 퓨저블 엘리먼트층에 길이방향으로 나선형 홈을 형성하여 상기 캡 양단에서의 저항치를 조정하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 퓨저블 엘리먼트층은 온도 계수가 2,000 ppm/℃ 이상이고 고유 비저항치가 1.6×10-8Ωm ~ 1.8×10-8Ωm 인 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 퓨저블 엘리먼트층은 주석을 주성분으로 하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지지체와 상기 퓨저블 엘리먼트층의 사이에 도전성 물질로 이루어진 도전층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 도전층은 니켈 크롬(Ni-Cr)을 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 퓨저블 엘리먼트층에 나선형 홈이 형성되는 경우, 상기 도전층에는 상기 나선형 홈에 연장되어 일치하도록 나선형 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 수용부재는 나일론 계열을 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 수용부재에는 상기 리드선의 일부가 외부로 노출된 채로 상기 캡과 퓨저블 엘리먼트층을 수용하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치.
  12. 퓨즈장치를 제조하는 방법에 있어서,
    지지체를 마련하고,
    상기 지지체 둘레에 과전류에 의해 용단(溶斷)되는 물질로 이루어진 퓨저블 엘리먼트층을 형성하고,
    상기 퓨저블 엘리먼트층 양단에 캡을 배치하고,
    상기 캡 양단이 소정 저항치를 갖도록 상기 퓨저블 엘리먼트층에 제 1나선형 홈을 형성하고,
    상기 캡에 리드선을 연결하고,
    상기 퓨저블 엘리먼트층의 용단시 발생되는 아크 에너지가 외부로 전달되는 것을 방지하는 보호용 수용부재 내에 상기 캡과 퓨저블 엘리먼트층을 수용시키는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 아크 에너지가 외부로 전달되는 것을 방지하는 충진재를 상기 수용부재 내에 채운 후 상기 수용부재의 입구를 밀봉시키는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 밀봉시 상기 리드선이 외부로 노출되도록 상기 캡과 퓨저블 엘리먼트층을 밀봉시키는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치의 제조방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 수용부재에 상기 캡과 퓨저블 엘리먼트층을 수용시킨 후 상기 수용부재의 외측면에 제품의 정격, 인증마크 및 제조회사 상표를 표시하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치의 제조방법.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 지지체와 상기 퓨저블 엘리먼트층 사이에 도전성 물질로 이루어진 도전층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 도전층에는 상기 제 1나선형 홈에 연장되어 일치하도록 제 2나선형 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 퓨즈장치의 제조방법.
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