KR20130037726A - 써멀 링크 - Google Patents

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요하임 아우리히
펠테 울프 쭘
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비셰이 베체 콤포넌츠 베이쉬라그 게엠베하
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Abstract

링크가 매우 낮은 저항을 가지며, 대전류들, 특히, 매우 높은 단락 부하 전류들에 적합하고, 또한 특히, 예를 들면, 상대적으로 장시간 동안 지속되는 열적 및 기계적 부하와 같은 상이한 조건들하에서 고도의 신뢰성을 가지며, 회로와 써멀 링크를 분리하기 위한 방법을 제공하기 위해, 본 발명은 고체에서 액체 상태로의 가용성 부재(10)의 물질의 상 전이(phase transition) 동안, 가용성 부재(10)의 부피가 증가하고 압력이 증가하며, 부피에서의 증가 및 압력에서의 증가에 기인하여 가용성 부재(10)가 전기 연결을 차단하도록 제거되는 것을 제안한다.

Description

써멀 링크{THERMAL LINK}
본 발명은 전기 회로를 차단하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가용성 부재의 용해에 의해 전기 회로를 분리하기 위한 써멀 링크에 관한 것이다.
도시된 유형의 써멀 링크들은 전기 부하들에서의 대전류들을 스위칭하기 위한 반도체 부품들(MOSFET들, IGBT들)의 사용의 증가에 의해서, 예들 들면, 자동차 산업에서의 차량들에서 중요성이 점점 더 커지고 있다. 예들 들면, 단락의 결과로서 부재를 스위칭하는 반도체에서의 고장의 경우, 또는 부분적인 고장 또는 다른 기능 불량 때문에, 그 결과는 허용할 수 없고 잘못된 전류 흐름에 의한 아마도 치명적인 온도에서의 증가일 수 있다.
이는 특히 차량들에서의 경우인데, 여기서, 예를 들면, 냉각 팬들, ABS 제어기들, 난방 팬들, 파워 스티어링, 또는 심지어 전기 조향 장치와 같은 또는 유사한 특정 부하들이 이그니션 로크를 통하여 전기적으로 연결되지 않고 오히려 배터리와 직접 연결된다.
차량이 사용되었던 후, 즉, 정지시킨 후, 부하의 진행중인 동작 또는 후속 동작의 가능성이 보장되어야하기 때문에, 이러한 부하들은 일반적으로 이그니션 로크를 통하여 배터리에 연결되지 않는다. 예를 들면, 온도 피크들을 방지하기 위해 및 엔진 온도의 감소를 달성하기 위해, 특정 온도에서, 냉각 팬이 차량의 동작 후에 특정 시간 동안 계속 동작하도록 할 필요가 있다.
이러한 링크는, 기능 불량, 특히 전기 부품의 단락에 기인한 스위칭 온도의 달성에 대해 그것이 전원 장치를 중단시키고 일부 상황하에서 치명적일 수 있는 온도에서의 임의의 추가 상승을 방지한다는 점에서, 과도 온도 보호로서 기능한다.
단락이 없는 경우 및 배터리에 직접 연결되지 않은 다른 회로들에서, 이러한 안정 장치는 또한 과도 온도 보호로서 기능한다. 만일, 예를 들면, 스위칭 부재의 부분적인 고장의 경우, 단지 약간 증가된 전류가 부하로 흐르면, 이러한 고장은 종래의 과전류 링크에 의해 검출될 수 없다. 그러면, 온도는 전형적으로 캡슐화된 부하에서 계속 증가하고, 일부 상황하에서, 이는 심지어 화재를 초래할 수 있다.
게다가, 써멀 링크의 애플리케이션들은 일반적으로 예를 들면, 태양 전지들, 또는 내구성이 강한 전지들, 및 또한 보조 난방 시스템들을 위한 대전력 부하들에 대한 과도 온도 보호 및 화재 방지를 제공할 수 있다.
용수철 기술 또는 용해 왁스(wax) 기술에 기반한 열적 안정 장치는 가정 제품의 아이템들, 예를 들면, 커피 머신들에서 이미 최신식이다. 그들의 저전류 용량에 의한 이러한 링크들은 대전류들을 갖는 전력 애플리케이션들에 대해 사용될 수 없다.
종래 기술로부터, 임의의 기계력들(예를 들면, 탄성력들) 없이 활성화되는 써멀 링크들은 미국특허 제7,068,141호로부터 공지된 기술이다.
이러한 써멀 링크들의 동작의 모드는 그것이 활성화 온도를 달성하는 경우, 가용성 부재의 습윤성들로 되돌아간다. 활성화는 가용성 부재의 용해의 결과로서 발생하는데, 이는 습윤력의 결과로서 상대적으로 큰 표면으로 당겨진다. 여기서, 가용성 부재는 부재의 용해된 물질이 유출되기 위한 완충 부피가 비어있는 동안 케이싱부(casing)의 수용면에 의해 둘러싸인다.
소비자 애플리케이션들, 예를 들면, 이동 전화들에서 보통 사용되는 이러한 링크들에서의 단점은 활성화의 원리 때문에 단지 작은 양의 가용성 부재만이 이용가능하므로 그들이 대전류에 적합하지 않다는 사실이다.
자동차 분야에 대하여, 위에서 인용된 제한들을 회피하기 위한 제안들이 있다.
독일 공개특허 제244 375 A1호는 전원 장치들 및 전력 회로들에서의 배치를 위한 가용성 저항의 형태로 써멀 링크를 개시한다.
독일 공개 특허 제10 2007 014 338 A1호는 회로 구조의 형태, 특히, 가용성 부재를 가지며, 표면 장력에 의해 전기 연결의 분리를 초래하는 스탬프 그리드(stamp grid) 또는 인쇄 회로 기판의 형태의 써멀 링크를 개시한다.
독일 공개 특허 제10 2008 003 659 A1호는 전도성 바(bar)를 갖는 가용성 링크에 관한 것으로, 전도성 바는 정상 동작시 전기적으로 전도성인 연결로서 기능하고, 특정 온도에 도달시 열적 결함이 생기면 용해된다.
독일 공개 특허 제10 2007 014 339 A1호에서, 예를 들면, 써멀 링크가 설명되는데, 이는 연결 부재, 및 또한 독립적으로 설계된 액추에이터를 갖는다. 액추에이터는 특정 활성화 온도에 도달시 기계적 방식으로 전기 연결을 분리한다.
게다가, 써멀 링크는 보통 솔더링된(soldered-on) 판 용수철을 갖는 공지 기술이고, 판 용수철은 특정 온도에 도달시 전기 연결을 분리한다.
상기 링크들에서 다른 특징들 중에서 불리한 것은 솔더 및 연결 점들은 영구적으로 물질 응력(material stress)을 받고, 결과적으로 써멀 링크의 사용 연한 및 신뢰성은 특히 온도 특성시험 부하를 갖는 가혹한 주위 환경 하에서 제한된다는 사실이다.
본 발명의 문제는 전기 회로를 분리하기 위한 써멀 링크를 제공하는 것인데, 여기서, 안정 장치는 매우 낮은 저항을 갖고, 대전류들, 특히, 매우 높은 단락 전류들에 적합하며, 또한, 특히, 예를 들면, 더 장기간의 열적 및 기계적 부하들과 같은 상이한 조건들 하에서 고신뢰성을 갖는다.
상기 문제는 청구항 1의 특징들에 따른 써멀 링크에 의해 해결된다.
본 발명의 써멀 링크는 가용성 안정 장치로서 구성되는데, 이는 가용성 부재의 용해에 의해 활성화되는 경우 전기 회로의 분리를 실행한다. 전기 회로의 신뢰성 있는 분리를 보장하기 위해, 써멀 링크는 적어도 2개의 전기적으로 전도성인 단자들 및 또한 특정 온도에 도달시 용해되는 가용성 부재를 갖는다. 써멀 링크는 게다가 캡슐화부(capsulation) 또는 케이싱부(encasement)를 갖는다. 여기서, 가용성 부재는 가용성 부재와 케이싱부 사이, 즉, 써멀 링크의 부품들 사이의 임의의 빈 완충 부피의 제공 없이 케이싱부에 의해 둘러싸인다. 에폭시 수지에 기반한 몰딩 물질은, 예를 들면, 캡슐화부 또는 케이싱부용 물질로서 배치될 수 있다. 그러나, 이론적으로, 또한 다른 물질들 및 래커링(lacquering) 방법들을 사용하는 것이 가능하다. 게다가, 써멀 링크는 계층 구조를 가지며, 여기서, 적어도 하나의 추가 코팅부(coating), 즉, 물질 층은 단자들과 캡슐화부 또는 케이싱부 사이에 제공된다.
본 발명의 써멀 링크의 사용에 의해, 전기 회로는 특정 온도에 도달시 분리된다. 활성화 온도에 도달 이전에, 써멀 링크는 매우 높은 전도도를 갖는 전기 전도체를 나타낸다. 이에 의해 써멀 링크의 2개의 전기적으로 전도성인 단자들은 가용성 부재에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 가용성 부재의 물질은 가용성 부재 물질의 용해 온도가 링크에 대해 바람직한 활성화 온도의 범위 내에 위치되도록 설계된다. 용해 온도에 도달시, 가용성 부재는 용해를 시작한다. 고체 상태에서 액체 상태로의 가용성 부재 물질의 상(phase) 변화 동안, 가용성 부재의 부피는 증가한다. 써멀 링크에서 가용성 부재의 캡슐화부에 의해, 압력 상승이 발생한다. 이에 의해, 써멀 링크는 가용성 부재의 캡슐화부에 의해, 가용성 부재와 유체 가용성 부재 물질을 수용하기 위한 케이싱부 사이에 설치되는 완충 부피가 없도록 설계된다. 가용성 안정 장치 내에서, 가용성 부재는 부품들, 예를 들면, 케이싱부, 단자들, 또는 단자들 상에 도포된 코팅부, 또는 써멀 링크의 다른 부품들을 직접 연결함으로써 완전히 둘러싸인다. 따라서, 가용성 부재는 임의의 빈 완충 부피에 의해 둘러싸이는 위치가 없다. 게다가, 가용성 부재는 임의의 빈 완충 부피와 접촉하지 않고, 여기서, 완충 부피는 공기 또는 다른 가스 물질을 갖는다. 따라서, 압력 상승의 결과로서, 가용성 부재는 단자들 사이의 전기 연결이 분리되도록 치환된다.
고체 상태에서 액체 상태로의 가용성 부재 물질의 상 변화 동안, 부피에서의 증가는 극도로 빠르게 부피에서의 단계 변화의 행태로 발생한다. 따라서, 부피에서의 급증에 의해, 빠른 압력 상승이 가능하고, 이에 의해 써멀 링크의 신뢰성이 있는 활성화를 의미한다.
유체의 가용성 부재 물질은 부피에서의 증가 및 그것과 관련된 압력의 상승에 의해, 또한 모세관 작용에 의해 유출된다. 이에 의해 가용성 부재 물질의 용해 온도의 범위 내의 온도에서 액화되는 캐필러리(capillary)는 단자들 상의 코팅부의 형태로 설계된다. 스위칭 동작 동안, 가용성 부재 및 코팅부는 함께 혼합되고 압력 상승 및 모세관 작용에 의해 모세관 부피를 통해 유출된다. 따라서, 가용성 부재 및 코팅부에서 유출되는 물질은 적어도 부분적으로 써멀 링크의 외부 영역에서 단자들 상에 모인다. 외부 영역은 캡슐화부에 의해 둘러싸이지 않는 써멀 링크의 영역이다.
가용성 부재는 바람직하게는 그것이 단자들과 직접 접촉하거나 단자들 상에 도포된 코팅부와 직접 접촉하도록 써멀 링크에 위치된다. 캡슐화부 또는 케이싱부는 바람직하게는 가용성 부재를 향한 내면 상에 래커의 추가 층을 갖는다.
게다가, 써멀 링크가, 예를 들면, 솔더링를 위해 사용되는 것과 유사한 플럭스(flux)를 가질 수 있는 것이 바람직하다. 안정 장치의 활성화 동작, 적합한 플럭스의 배치는 표면의 활성화, 및 용해 온도에 도달시, 가용성 부재와 코팅부가 함께 혼합하는 것, 및 또한 캐필러리를 통하여 물질을 유출하는 것을 촉진시킨다. 플럭스를 선택하는 경우, 장기간에 걸쳐 안정한 플럭스를 사용하는 것이 중요한데, 이는 심지어 전형적으로 100 내지 200℃의 동작 조건들 하에서 장기간에 걸쳐 더 높은 온도를 가한 후에도 활성화를 보장한다. 심지어 플러스를 사용하는 경우, 가용성 부재 및/또는 플럭스에 인접하여 설치되는 완충 부피들은 없다.
가용성 부재는 바람직하게는 2개의 전기적으로 전도성인 단자들 사이에 위치된다. 따라서, 가용성 부재는 단자들 사이의 갭에 배치된다. 여기서, 가용성 부재는 단자들과 직접 접촉될 수 있거나 단자들 상에 설치된 코팅부와 직접 접촉될 수 있다. 이는 활성화 동작 동안, 특정 온도에 도달시, 전기 회로의 분리가 2개의 단자들 사이의 전기 연결의 차단에 의해 달성되는 장점을 갖는다.
게다가, 캐필러리를 형성하는 코팅부는 2개의 단자들의 아연도금에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 아연, 인듐, 비스무트, 은, 또는 아연, 인듐, 비스무트, 또는 은으로 구성된 합금이 상기 코팅부용 물질로서 바람직하게 선택된다. 이러한 코팅부는 용해 온도에 도달시 가용성 부재의 수용을 촉진한다. 여기서, 단자들과 캡슐화부 또는 케이싱부 사이의 물질 층은 바람직하게는 1㎛ 내지 50㎛, 특히 바람직하게는 5㎛ 내지 20㎛의 두께를 가져야 한다.
노화에 따른 써멀 링크의 양호한 안정성을 보장하기 위해, 단자들의 코팅부는 바람직하게는 단자들과 캡슐화부 또는 케이싱부 사이에서, 코팅부, 예를 들면, 주석 층이 니켈 언더코팅(undercoat)을 갖도록 형성되는데, 여기서, 니켈 언더코팅은 순수 니켈의 층, 또는 니켈 함유 합금의 층으로 구성할 수 있다. 따라서, 상기 니켈 언더코팅은 단자들과 코팅부 사이의 추가 층, 예를 들면, 주석 층이다. 따라서, 니켈 언더코팅은 단자 및 코팅부, 예를 들면, 주석 층과 직접 접촉한다. 그에 의해, 니켈 코팅부는 베리어(barrier) 층으로 기능하고, 예를 들면, 구리로 구성된 단자들과 코팅부 사이의 확산 베리어를 형성한다. 이러한 확산 베리어는 이종금속 상들(intermetallic phases)의 형성을 방지한다. 따라서, 심지어 노화 후에도, 충분하게 두꺼운 코팅부, 예를 들면, 가용성 부재를 수용하고 링크를 활성화하기 위해 주석의 충분하게 두꺼운 층은 단자들과 캡슐화부 또는 케이싱부 사이에 여전히 존재하는 것이 또한 보장된다. 이에 의해, 니켈 또는 니켈 함유 합금의 층은 바람직하게는 1㎛ 내지 50㎛, 특히 바람직하게는 5㎛ 내지 15㎛의 두께를 가질 수 있다.
가용성 부재는 바람직하게는 전도성인 낮은 용해점(melting point) 금속, 또는 낮은 용해점 금속 함유 합금으로 구성되며, 이들의 조성은 원하는 활성화 온도에 의해 결정된다. 바람직하게는, 예를 들면, 주석-은 솔더들, SnAgCu-솔더들, 리드 솔더(lead solder)들 또는 다른 솔더 합금들과 같은 종래의 솔더 합금들이 사용될 수 있다. 다음 표는 써멀 링크에 대한 원하는 활성화 온도의 함수로서 솔더 합금에 대한 가능한 조성들의 예시들이다.
합금 조성 유체 상 점(℃)
Bi : Sn : Pb = 52.5 :32.0 : 15.5 95
Bi : Pb : Sn = 55.5 : 44.0 : 1.0 120
Pb : Bi : Sn = 43.0 : 28.5 : 28.5 137
Bi : Pb = 55.5 : 44.5 124
Bi : Sn = 58.0 : 42.0 138
Sn : Pb = 63.0 : 37.0 183
Sn : Ag = 97.5 : 2.5 226
Sn : Ag = 96.5 : 3.5 221
Pb : In = 81.0 : 19.0 280
Zn : Al = 95.0 : 5.0 282
In : Sn = 52.0 : 48.0 118
Pb : Ag : Sn = 97.5 : 1.5 : 1.0 309
여기서, 표에 나타난 합금 조성들은 단지 솔더 합금들의 예들이다. 다른 합금 조성들이 또한 사용될 수 있다.
게다가, 본 발명의 하나의 유리한 구성은 단자들이 캡들(caps)의 형태를 갖는 것으로 예상된다. 여기서, 캡들이 원형의 단면, 또는 원의 단면과 유사한 단면을 갖고, 또한 적어도 특정 영역들에서 내적으로 공동(cavity)을 갖는 것이 바람직하다.
유사한 방식으로, 단자들이 직육면체의 형상, 또는 직육면체의 형상과 유사한 형상을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 여기서, 단자들은 써멀 링크의 베이스 바디(base body)를 형성한다. 이는 써멀 링크가 평탄한 안정 장치의 형태로 표면 실장 디바이스(surface mounted device; SMD)로서 설계될 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 써멀 링크의 다른 또는 추가 기하학적 구성들이 또한 가능하다.
전기적으로 전도성인 단자들이 적어도 하나의 비-전도성의 바디를 수용하는 것이 또한 바람직하다. 이론적으로, 2개의 단자들의 각각은 각각의 경우에 하나 또는 복수의 비-전도성의 바디들을 수용할 수 있다. 이에 의해, 하나 또는 둘 이상의 비-전도성의 바디들은 조립 후에 그것들이 캡들의 내부 빈 공간을 채우도록 예를 들면, 캡들의 형태로 유지된다. 이에 의해, 하나 또는 둘 이상의 비-전도성 바디들은 전기적으로 전도성인 단자들, 예를 들면, 캡들을 제자리에서 지지한다. 게다가, 이는 가용성 부재가 전기적으로 전도성인 단자들 사이의 적합한 위치에 위치되고 절연 바디들에 의해 지지될 수 있는 장점을 갖는다. 게다가, 하나 또는 둘 이상의 비-전도성의 바디들은 직육면체의 형태, 또는 직육면체의 형태와 유사한 형태를 가질 수 있고, 여기서, 하나 또는 둘 이상의 비-전도성의 바디들은 전기적으로 전도성인 단자들을 지탱 또는 지지하도록 기능한다.
유사한 방식으로, 하나 또는 둘 이상의 비-전도성의 바디들이 기하학적 구성과 무관하게 세라믹, 예를 들면, Al2O3으로 구성되는 것이 더 바람직하다. 이론상으로, 비-전도성의 바디들은 또한 다른 절연 물질, 예를 들면, 글라스, 플라스틱, 또는 다른 유기 물질로 구성될 수 있다.
가용성 부재가 링(ring)의 형태를 갖는 것이 또한 바람직하다. 이러한 링의 직경은 캡들의 직경과 부합하도록 선택될 수 있지만, 이는 필연적인 경우는 아니다. 링-형상 가용성 부재의 배치는 그것이 비-전도성의 바디들, 예를 들면, 세라믹 바디들에 의해 2개의 전기적으로 전도성인 캡들 사이에 간단한 방식으로 지지될 수 있는 장점을 갖는다. 유사한 방식으로, 링은 비-전도성의 바디들의 둘레를 외부적으로 이을 수 있다. 게다가, 가용성 부재는 2개의 직육면체-형상 단자들 사이의 특정 돌출부를 갖는 하나 또는 복수의 세로 스트립들(strip)의 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 가용성 부재는 적어도 특정 영역들에서 직육면체-형상 또는 캡-형상 전기 단자들 사이에 배치된다. 게다가, 가용성 부재는 적어도 특정 영역들에서 직육면체-형상 또는 캡-형상 전기 단자들 상에 추가로 배치될 수 있다.
게다가, 본 발명의 하나의 유리한 구성은 와이어, 또는 와이어의 형태와 유사한 형태의 전기 전도체가 2개의 단자들의 각각에, 바림직하게는 중앙에 연결된다는 점에서 적합한 전기 단자 연결들을 갖는 써멀 링크의 설치가 예상된다. 따라서, 전기 부하에 대한 또는 장치에 대한 구조적 변경들을 해야만 하지 않고도 종래의 장치들 또는 트렌치부(entrenchments)에 써멀 링크를 배치하는 것이 가능하다. 게다가, 전기 단자 연결들은 표면 실장 디바이스(SMD)의 형태로 구성될 수 있다. 이러한 SMD 부품은 전자 장치에서 표면 실장될 수 있는 부품으로서, 또는 표면 실장을 위한 부품으로서의 배치를 제공한다. 게다가, 예를 들면, 홀(hole) 기술을 통해 이용하는 다른 유형들의 실장들에 대한 단자 연결의 형태들이 또한 고려될 수 있다.
고수준의 기계적 보호, 고수준의 기계적 안정성, 및 또한 산화로부터 써멀 링크의 보호를 보장하기 위해, 캡슐화부 또는 케이싱부에 의해 써멀 링크를 보호하는 것이 바람직하다. 이러한 특성들을 개선하기 위해, 캡슐화부 또는 케이싱부는 또한 추가의 보호용 래커 코팅부와 결합될 수 있다.
본 발명은 이제 바람직한 형태의 실시예의 도움으로 첨부된 도면들에 관하여 예시적인 방식으로 설명된다.
전적으로 개략적인 예로서,
도 1은 본 발명의 써멀 링크(100)의 개략적인 예를 도시하고,
도 2는 본 발명의 써멀 링크(200)의 개략적인 예를 도시하며,
도 3은 본 발명의 써멀 링크(100,200,300)가 활성화되기 이전에 그의 스위칭 원리의 개략적인 예를 도시하며,
도 4는 용해 온도에 도달시 본 발명의 써멀 링크(100,200,300)의 스위칭 원리의 개략적인 예를 도시하고,
도 5는 활성화 동작 이후에 본 발명의 써멀 링크(100,200,300)의 스위칭 원리의 개략적인 예를 도시하며,
도 6은 본 발명의 써멀 링크(300)의 개략적인 예를 도시하고,
도 7은 본 발명의 써멀 링크(300)의 추가의 개략적인 예를 도시한다.
도 1은 써멀 링크(100)의 개략적인 예를 도시한다. 본 발명의 써멀 링크(100)는 중앙에서 연결된 와이어(14,15)를 갖는 2개의 캡들(11,12), 세라믹 바디(13), 및 또한 가용성 부재(10)로 구성된다. 매우 우수한 전기 전도도를 보장하기 위해, 2개의 캡들(11,12)은 구리로 구성된다. 대안적으로, 캡들(11,12)은 또한 낮은 특정 저항을 갖는 다른 물질로 구성될 수 있다. 캡들(11,12) 및 와이어들(14,15)은 바람직하게는 주석의 층의 코팅부(23)로 피복된다. 코팅부는 또한 다른 물질, 예를 들면, 인듐, 비스무트, 또는 은, 또는 주석, 인듐, 비스무트 또는 은으로 구성된 합금을 함유할 수 있다. 가용성 부재(10)는 2개의 캡들(11,12) 사이에 배치되며; 이는 세라믹 바디(13)에 의해 지지된다. 가용성 부재(10)는 링의 형태를 갖고, 주석-은 합금(예를 들면, 217℃의 용해점을 갖는 Sn97Ag3)으로 구성된다. 합금은 또한 안정 장치에 대해 요구되는 활성화 온도에 따라 더 낮거나 더 높은 용해점을 갖는 다른 조성을 가질 수 있다. 가용성 부재(10) 상에 장기간 안정성을 갖는 플럭스(16)가 위치되는데, 이는 안정 정치의 활성화 동작, 표면을 활성화시키고 표면 장력을 감소시키도록 기능한다. 안정 장치의 캡슐화부 또는 케이싱부, 여기서 UV-경화될 수 있는 래커(17)로 구성됨, 및 에폭시 수지를 기반하여 제조된 몰딩 물질(18)은 안정장치의 기계적 안정성을 증가시키도록 기능한다. 게다가, 캡슐화부 또는 케이싱부(17,18)는 기계적 및 산화 보호 모두를 제공한다. 케이싱부(18)는 단지 특정 영역들에서 써멀 링크를 둘러싼다. 특히, 케이싱부(18)는 가용성 부재(10)가 배치된 영역에서 열정 안정 장치를 둘러싼다. 이에 의해, 캡들(11,12)의 단부들은, 특히 단자 연결점들, 예를 들면, 와이어들(14,15)의 영역에서, 케이싱부(18)에 의해 둘러싸이지 않는다.
도 2는 본 발명의 써멀 링크(200)의 개략적 예를 도시한다. 써멀 링크(200)는 도 1에 설명된 써멀 링크(100)의 부품들로 필수적으로 구성된다. 도 1에 설명된 써멀 링크(100)와 중요한 차이점은 도 2에서의 써멀 링크(200)가 가용성 부재(10)의 플럭스의 어떠한 도포도 갖지 않는다는 사실에 나타난다.
도 3 내지 도 5는 용해 온도에 도달 이전, 용해 온도에 도달시, 및 또한 용해 온도에 도달 후, 본 발명의 써멀 링크(100,200,300)의 스위칭 원리의 개략적 예를 도시한다.
도 3은 본 발명의 써멀 링크(100,200,300)의 활성화 이전, 즉, 용해 온도에 도달 이전의 상태를 도시한다. 용해 온도에 도달 이전에, 가용성 부재(10)는 코팅부(23) 및 캡슐화부 또는 케이싱부(18)를 갖는 단자들(11, 12) 사이의 갭(24)에 고체 상태로 위치된다. 써멀 링크(100,200,300)의 활성화 동작, 한편으로 부피 증가의 결과로서 압력 변화도(gradient), 및 또한 고체에서 유체 상(fluid phase)으로 전이하는 동안 부피에서의 단계 변화는 모세관 작용에 따라 특히 중요하다.
도 4는 용해 온도의 도달시 본 발명의 써멀 링크(100,200,300)의 상태를 도시한다. 용해 온도 도달시, 가용성 부재(10)는 용해를 시작한다. 가용성 부재가 용해함에 따라, 가용성 부재(10) 및 코팅부(23')가 적어도 부분적으로 함께 혼합되는 결과로서, 캡슐화부 또는 케이싱부의 영역에서의 코팅부(23')는 또한 용해된다. 캐필러리 안으로 및 그를 통한 이동은 고체에서 유체로의 가용성 부재(10)의 상 변화, 및 이를 수반하는 부피에서의 단계 변화 동안 필수적으로 압력 상승에 의해 야기된다. 도 4 및 도 5는 가용성 부재(10) 용해에 따라 및 활성화 후의 그것의 이동을 도시한다. 과정을 보다 명백하게 시각화하기 위해, 이동 동안 가용성 부재의 유동 방향(22)이 도 4에 도시된다. 여기서, 가용성 부재(10)는 완전히 갭(24) 밖으로 이동되는 것에 유의하여야 한다.
도 5는 활성화 동작 및 가용성 부재(10)의 갭(24) 외부로의 완전한 이동 후에 써멀 링크(100,200,300)의 스위칭된 상태를 도시한다. 활성화 동작이 완료된 후, 가용성 부재와 함께 혼합되는 코팅부(23")는 응고되고 단자들 상에, 즉, 용해 온도에 도달 이전에 코팅부(23)의 원래 위치에서 그 자체를 침전시킨다. 활성화 동작의 종료 및 가용성 부재(10)의 유출 후, 써멀 링크(100,200,300)를 통한 전류 흐름은 2개의 단자들(11, 12) 또는 베이스 바디들(19) 사이의 갭에서의 차단에 의해 차단된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 써멀 링크(300)의 개략적인 예를 도시한다. 본 발명의 써멀 링크(300)는 표면 장착을 위한 평평한 안정 장치로서 설계된다. 본 발명의 써멀 링크(300)는 서로 간격을 두고 떨어진 2개의 베이스 바디들(19)(단자들)로 구성되며, 이는 비-전도성의 바디(13), 예를 들면, 세라믹 바디 상에 적용된다. 매우 우수한 전기 전도도를 확장하기 위해, 2개의 베이스 바디들(19)(단자들)은 구리, 또는 낮은 특정 저항을 갖는 다른 물질로 구성된다. 2개의 베이스 바디들(19)(단자들)은 코팅부(23), 바람직하게는 주석의 층으로 피복된다. 코팅부는 또한 다른 물질, 예를 들면, 인듐, 비스무트, 은, 또는 주석, 인듐, 비스무트 또는 은으로 구성된 합금을 함유한다. 게다가, 써멀 링크(300)는 2개의 베이스 바디들(19)(단자들) 사이에 또한 2개의 베이스 바디들(19)(단자들) 사이의 완충 공간(갭(24)) 둘레의 영역에 가용성 부재(10)를 갖는다. 도 8에 도시된 바와 같이, 써멀 링크(300)는 2개의 가용성 부재(10)를 갖는다. 그러나, 링크는 또한 하나, 또는 둘 이상의 가용성 부재(10)를 가질 수 있다. 가용성 부재(10) 상에 장기간 안정성을 갖는 플럭스(16)가 위치되는데, 이는 안정 장치의 활성화 동작, 표면을 활성화시키고 표면 장력을 감소시키도록 기능한다. 래커(17)의 추가 층은 링크의 캡슐화부 또는 케이싱부(18)와 플럭스 사이에 위치된다. 캡슐화부 또는 케이싱부(18)는 단지 써멀 링크의 상면 상에만 적용될 수 있다. 캡슐화부 또는 케이싱부(18) 및 또한 추가의 페인팅(paint) 층(17)은 링크의 안정성 및 또한 그의 산화 보호를 증가시키도록 기능한다. 래커(17)의 층은 임의의 완충 공간을 비어 두지 않고 플럭스(16)와 직접 접촉한다. 써멀 링크(300)는 또한 그것이 가용성 부재(10) 상에 플럭스(16)를 갖지 않도록 설계될 수 있다. 이러한 경우, 래커(17)의 층, 또는, 래커(17)의 추가 층이 존재하지 않는 경우에 캡슐화부(18)는 임의의 완충 공간을 비어 두지 않고 가용성 부재(10)와 직접 접촉할 것이다.
100 : 써멀 링크 200 : 써멀 링크
300 : 써멀 링크 10 : 가용성 부재
11,12 : 단자들/캡들 13 : 전기적으로 비-전도성인 바디
14,15 : 와이어 16 : 플럭스
17 : 래커 피복/래커 캡슐화부 18 ; 캡슐화부
19 : 베이스 바디 22 : 유동 방향
23 : 코팅부/주석의 층 23' : 코팅부(용융된)
23" : 코팅부/(용해된 솔더 물질을 갖는 주석의 응고된 층)
24 : 갭

Claims (20)

  1. 가용성 부재(10)의 용해에 의해 전기 회로의 분리를 실행시키는 써멀 링크(100, 200, 300)로서,
    상기 써멀 링크는 적어도 2개의 전기적으로 전도성인 단자들(11, 12) 및 하나의 가용성 부재(10)를 갖고,
    상기 써멀 링크는 캡슐화부(encapsulation) 또는 케이싱부(encasement)(18)를 가지며, 상기 써멀 링크, 즉, 그의 계층 구조는 상기 단자들(11, 12)과 상기 캡슐화부 또는 케이싱부(18) 사이에 적어도 하나의 코팅부(coating)(23)를 갖고, 상기 써멀 링크는 적어도 특정 영역들에서 캡슐화부 또는 케이싱부(18)에 의해 둘러싸이며, 상기 가용성 부재(10)는 상기 써멀 링크 내에 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가용성 부재(10)는 상기 단자들(11, 12) 및 상기 캡슐화부 또는 케이싱부(18)와 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 캡슐화부 또는 케이싱부(18)는 상기 가용성 부재(10)를 향하는 내면 상에 래커(lacquer)의 층을 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 써멀 링크는 플럭스(flux)(16)를 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가용성 부재(10)는 상기 2개의 단자들(11, 12) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자들(11, 12)과 상기 캡슐화부 또는 케이싱부(18) 사이의 상기 코팅부(23)는 주석, 인듐, 비스무트, 또는 주석, 인듐, 또는 비스무트의 합금이 함유되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자들(11, 12)과 상기 캡슐화부 또는 케이싱부(18) 사이의 상기 코팅부(23)는 1㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 20㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  8. 제 5 항 내지 제 11 항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 단자들(11, 12)과 상기 캡슐화부 또는 케이싱부(18) 사이의 상기 코팅부(23)는 니켈 언더코팅(undercoat)을 가지며, 상기 니켈 언더코팅은 니켈, 또는 니켈 함유 합금의 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 니켈 언더코팅은 1㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 5㎛ 내지 15㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가용성 부재(10)는 저용해점(low melting point) 금속, 저용해점 금속 함유 합금, 또는 리드 솔더(lead solder)로 구성되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가용성 부재(10)는 주석-은 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자들(11, 12)은 캡(cap)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 단자들(11, 12)은 직육면체의 형상 또는 직육면체의 형상과 유사한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 써멀 링크는 적어도 하나의 전기적으로 비-전도성의 바디(body)(13)를 갖고, 상기 적어도 하나의 전기적으로 비-전도성의 바디(13)는 상기 단자들(11, 12)을 지지하도록 기능하는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전기적으로 비-전도성의 바디(13)는 세라믹, 글라스, 플라스틱, 또는 다른 유기 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가용성 부재(10)는 링(ring)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 전도체(14, 15)는 상기 단자들(11, 12)의 각각에 연결되는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  18. 적어도 제 17 항에 있어서,
    상기 전기 전도체(14, 15)는 와이어의 형상, 또는 와이어의 형상과 유사한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 써멀 링크.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 써멀 링크는 래커 피복(covering) 또는 래커 케이싱부를 갖는 써멀 링크.
  20. 특히 차량들에서, 태양 전지들, 고에너지 전지들, 보조 난방 시스템들, 전기 부하들을 보호하기 위해 및 또한 과도 온도로부터의 보호 및 방화(fire protection)를 위한 써멀 링크로서 제 1 항 내지 제 19 항 중 적어도 한 항에 따른 써멀 링크의 애플리케이션.
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