KR20150041016A

KR20150041016A - 리플로우 가능한 회로 보호 디바이스

Info

Publication number: KR20150041016A
Application number: KR20157005537A
Authority: KR
Inventors: 쉬로몬 패트릭 두블랙; 지엔화 첸; 매튜 피 갈라
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 코포레이션
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2015-04-15
Also published as: JP6285932B2; JP2015528998A; EP2880671A1; CN104520956B; CN104520956A; EP2880671B1; US9431203B2; WO2014025740A1; US20140035716A1

Abstract

회로 보호 디바이스(100)는 제1 전극 및 제2 전극(112, 114)을 포함하는 하우징(108)을 포함한다. 디바이스는 하우징 내의 전도성 슬라이더(102)를 포함한다. 하우징 내의 제1 위치에서, 슬라이더는 제1 전극과 제2 전극 사이에 전기 접속을 제공한다. 하우징 내의 제2 위치에서, 슬라이더는 전기 접속을 제공하지 않는다. 스프링(104)은, 스프링이 확장된 상태로 팽팽하게 유지되도록 하우징의 내부 측과 슬라이더 사이에 고정되어 늘여진다. 슬라이더는 슬라이더와 제1 전극 및 제2 전극 사이에서 땜납에 의해 제1 위치에서 유지된다. 디바이스가 아밍된 이후, 초과 온도 조건의 검출은 땜납이 용융되기 시작하도록 하고 스프링이 압축하여 슬라이더를 하우징 내의 제2 위치로 끌어당기도록 하며, 그에 따라서, 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기 접속을 끊는다.

Description

리플로우 가능한 회로 보호 디바이스{REFLOWABLE CIRCUIT PROTECTION DEVICE}

본 발명은 일반적으로 전자 보호 회로에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 또한 용접 가능한 또는 플러깅 가능한 설치에 대해 적응(adapt)될 수 있는, 리플로우 가능한 표면 실장 회로 보호 디바이스(reflowable surface mount circuit protection device)에 관한 것이다.

보호 회로들은 종종 고장난 회로들을 다른 회로들로부터 격리시키기 위해 전자 회로들에서 이용된다. 예를 들어, 보호 회로는 리튬-이온 배터리 팩들과 같은 전기 회로들에서 전기적 또는 열적 고장 상태를 방지하기 위해 이용될 수 있다. 보호 회로들은 또한, 파워 서플라이 회로 고장에 의해 야기되는 화재와 같은 더욱 심각한 문제점들에 대해 보호하기 위해 이용될 수 있다.

보호 회로의 한 가지 타입은 열 퓨즈이다. 열 퓨즈는 통상적인 유리 퓨즈의 기능과 유사하게 기능한다. 즉, 정상적인 동작 상태들 하에서, 퓨즈는 단락 회로와 같이 거동(behave)하고, 고장 상태 동안 퓨즈는 개방 회로와 같이 거동한다. 열 퓨즈들은 열 퓨즈의 온도가 특정된 온도를 초과할 때 이들 두 가지 동작 모드들 사이에서 전이한다. 이들 모드들을 용이하게 하기 위해, 열 퓨즈들은, 전도성 상태에서 비전도성 상태로 스위칭할 수 있는, 가융성 와이어(fusible wire), 금속 접촉부들의 세트(a set of metal contacts), 또는 땜납 금속 접촉부들의 세트(set of soldered metal contacts)와 같은 전도 엘리먼트(conduction element)를 포함한다. 감지 엘리먼트가 또한 포함될 수 있다. 감지 엘리먼트의 물리적 상태는 감지 엘리먼트의 온도에 대해 변경한다. 예를 들어, 감지 엘리먼트는 낮은 용융 금속 합금 또는 활성화 온도에서 용융하는 이산 용융 유기 화합물에 대응할 수 있다. 감지 엘리먼트가 상태를 변경할 때, 전도 엘리먼트는 전기 전도 경로를 물리적으로 단절시킴으로써 전도성 상태에서 비-전도성 상태로 스위칭한다.

동작 시, 전류가 퓨즈 엘리먼트를 통해 흐른다. 감지 엘리먼트가 특정된 온도에 도달하면, 감지 엘리먼트는 상태를 변경하고, 전도 엘리먼트는 전도성 상태에서 비-전도성 상태로 스위칭한다.

일부 기존 열 퓨즈들의 한가지 단점은 열 퓨즈의 설치 동안, 열 퓨즈가 감지 엘리먼트가 상태를 변경하는 온도에 도달하는 것을 방지하도록 주의해야 한다는 점이다. 그 결과, 일부 기존 열 퓨즈들은, 감지 엘리먼트가 조기에 개방하게 할 온도들에서 동작하는 리플로우 오븐들을 통해 회로 패널에 장착될 수 없다.

2009년 3월 24일에 출원되었으며 미국 공보 제2010/0245022호로서 공개된 미국 특허 출원 제12/383,595호, 및 2009년 3월 24일에 출원되었으며 미국 공보 제2010/0245027호로서 공개된 미국 출원 제12/383,560호 ― 이들 각각의 전체 내용은 인용에 의해 본원에 포함됨 ― 에 기술된 열 퓨즈들은 전술된 단점들을 다룬다. 개선된 회로 보호 디바이스들을 제공하는데 있어서 진보가 이루어졌지만, 개선된 회로 보호 디바이스들에 대한 필요성이 존재한다.

회로 보호 디바이스는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 하우징을 포함한다. 디바이스는 하우징 내에 전도성 슬라이더를 포함한다. 하우징 내의 제1 위치에서, 슬라이더는 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기 접속을 제공한다. 하우징 내의 제2 위치에서, 슬라이더는 전기 접속을 제공하지 않는다. 스프링이 확장된 상태로(in an expanded state) 팽팽하게(in tension) 유지되도록, 스프링은 슬라이더와 하우징의 내부 측 사이에 고정되어 늘여진다. 슬라이더는 슬라이더와 제1 전극 및 제2 전극 사이에 땜납에 의해 제1 위치에서 유지된다. 디바이스가 아밍된 이후, 초과 온도 조건(over-temperature condition)의 검출은 땜납이 용융되기 시작하도록 하고 스프링이 압축하여 슬라이더를 하우징 내의 제2 위치로 끌어당기도록 하여, 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기 접속을 끊는다.

도 1은 아밍되기 이전의 리플로우가능 표면 실장 회로 보호 디바이스이다.
도 2는 폐쇄 위치에서 도 1에 도시된 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 3은 개방 위치에서 도 1에 도시된 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 4a는 디바이스에 대해 외부에 있는 회로를 보호하기 위한 예시적인 회로 보호 디바이스의 회로 표현이다.
도 4b는 가융성 링크(fusible link)가 나가고(blown) 슬라이더가 폐쇄 위치에 있는 도 4a의 회로의 회로 표현이다.
도 4c는 슬라이더가 개방 위치에 있는 도 4b의 회로의 회로 표현이다.
도 5a-5f는 회로 보호 디바이스의 예시적인 어셈블리 단계들을 예시한다.
도 6은 리플로우 가능한 회로 보호 디바이스의 또다른 예이다.
도 7은 용접 가능한 회로 보호 디바이스의 예를 도시한다.
도 8은 용접 가능한 회로 보호 디바이스의 또다른 예를 도시한다.
도 9는 용접 가능한 회로 보호 디바이스의 또다른 예를 도시한다.
도 10은 도 8의 디바이스 내의 서브어셈블리 구조의 예를 도시한다.
도 11은 플러깅 가능한 회로 보호 디바이스의 예를 도시한다.
도 12a-d는 리플로우 가능한 회로 보호 디바이스의 선택된 부분들을 예시한다.
도 13은 모세관 파괴(capillary break)를 포함하는 회로 보호 디바이스의 단면을 도시한다.
도 14는 도 13에 도시된 디바이스의 전극의 확대 뷰를 도시한다.

도 1은 아밍되기 전의 리플로우 가능한 표면 실장 회로 보호 디바이스(100)이다. 디바이스(100)는 하우징(108) 내에 슬라이더(102), 스프링(104) 및 가융성 엘리먼트(fusible element)(106)를 포함한다. 도 1에서, 스프링(104)은 나선형 인장 스프링(helical tension spring)이다. 하우징(108)은 아밍 핀(arming pin)(110) 및 전극들(112, 114)을 포함한다. 전극들은, 예를 들어, 디바이스(100)를 보호될 회로에 접속시키기 위한 표면 실장 패드들일 수 있다. 하우징(108)은 암(116)을 포함한다. 암(116)의 단부의 최하부면은 하우징(108)을 통해 아밍 핀(110)에 전기적으로 접속되는 아밍 패드를 포함한다. 아밍 전류(하기에 논의됨)는 아밍 패드를 통해 아밍 핀(110)에 인가된다.

슬라이더(102)는 구리와 같은 전도성 물질로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 슬라이더(102)는 슬라이더(102)의 상부면으로부터 확장하는 2개의 돌출부들(118)을 포함한다. 가융성 엘리먼트(106)는 돌출부들(118)에 맞춰서 가융성 엘리먼트(106)를 슬라이더(102)에 고정시키는 2개의 개구들을 포함한다. 도 1이 2개의 돌출부를 가지는 슬라이더를 도시하지만, 다른 실시예들에서, 슬라이더가 상이한 개수의 돌출부들을 포함할 수 있으며, 가융성 엘리먼트가 슬라이더 내의 돌출부들의 개수에 일치하는 개수의 개구들을 포함할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 레이저 용접, 및 접착제, 스크류, 리벳 등을 이용하는 것과 같은 기계적 파스너를 포함하는 다른 부착 방법들이 사용될 수 있다. 다른 부착 방법들이 사용된 일부 실시예들에서, 슬라이더(102)는 돌출부들(118)을 생략할 수 있다.

디바이스(100)는 또한 가융성 링크(120) 및 가융성 링크(120)에 접속된 아밍 핀 커넥터(122)를 포함한다. 가융성 링크(120)는 동일한 물질로 구성될 수 있고, 가융성 엘리먼트(106)와 일체로(integrally) 접속될 수 있다. 아밍 핀 커넥터(122)는 아밍 핀(110) 상에 체결되어 아밍 핀과 가융성 링크(120) 사이의 전기 접속을 제공하는 루프, 또는 개구를 포함한다. 가융성 링크(120)는 가융성 링크(120)가 나갈 때까지 가융성 엘리먼트(106)와 아밍 핀(110) 사이의 전기적 접속 및 기계적 접속을 제공한다(아래에서 논의됨).

슬라이더(102)는 스프링(104)의 일부분이 삽입된 포켓을 포함한다. 도 1에서, 포켓은 포켓에 삽입된 스프링(104)의 일부분의 모든 부분 또는 상당 부분이 슬라이더(102)의 상부면 아래에 있도록 충분히 깊은 슬라이더(102)에 정의된 함몰부(depression)이다. 다른 실시예들에서, 포켓이 도 6에서와 같이, 더 얕으며 스프링(104)의 머리의 일부분을 수용할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 도 1에서, 스프링(104)은 확장된 상태로 팽팽하게 된 것으로 도시되어 있다. 스프링(104)의 한 단부(124)는 슬라이더(102)의 포켓 내로 삽입된다. 스프링(104)의 다른 단부(126)는 늘여져서 하우징(108)의 오버몰드(overmold) 부분(128) 내에 삽입된다. 가융성 엘리먼트(106)는 스프링(104)의 일부를 커버하여 스프링(104)을 제자리에 유지하도록 돕는 부분을 포함할 수 있다.

슬라이더(102)는, 디바이스(100)가 보호될 회로에 설치된 이후 슬라이더(102)를 제자리에 유지시키는(팽팽하게 유지된 스프링(104)의 압축력(compression force)에 견디는) 하우징(108)의 내부의 최하부에 납땜될 수 있다. 슬라이더(102)는 전극들(112 및 114) 사이의 전기 접속을 제공한다.

슬라이더(102)를 제자리에 유지하고 있는 땜납의 용융점은 리플로우 온도보다 더 낮을 수 있다. 가융성 링크(120)가 리플로우 온도보다 더 높은 온도에서 개방하게 하고 따라서 리플로우 온도보다 더 높은 용융점을 가질 수 있는 물질로 구성된 가융성 링크(120)가 리플로우 동안 슬라이더(102) 및 가융성 엘리먼트(106)를 제자리에 유지시키기 위해 제공된다. 리플로우 이후에, 그리고 디바이스(100)가 보호될 디바이스에 설치될 때, 가융성 링크(120)가 개방되게 하는 아밍 전류가 아밍 핀(110)에 그리고 가융성 링크(120)를 통해 인가된다. 개방된 가융성 링크(120)를 이용하여, 디바이스(100)가 아밍된다. 보호될 회로가 과열되어, 슬라이더(102)를 제자리에 유지하는 땜납이 용융되기 시작하도록 하는 경우, 스프링(104)의 힘은 전극들(112 및 114) 사이의 전기 접속이 더 이상 존재하지 않는 개방 위치로 슬라이더(102)를 끌어당기고, 따라서 회로를 과열로부터 보호한다.

다음은 디바이스에 대한 치수들(dimensions)의 예들이다. 디바이스(100)는 대략 11.6 mm의 길이, 암(116)을 가지는 디바이스(100)의 단부 상에서 대략 8.2 mm의 폭, 디바이스(100)의 다른 단부 상에서 대략 6.2 mm의 폭, 및 대략 3.4 mm의 높이일 수 있다. 하우징의 암(116)은 대략 1.4 mm의 폭일 수 있다.

아밍 패드(도 1에서 암(116)의 최하부면에 위치됨)가 하우징(108) 상에서 다른 위치들에 위치될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 아밍 패드는 아밍 핀(122)에 대한 전기 접속을 가지는 전극들(114 및 112) 사이에 위치될 수 있다. 이 예에서, 하우징(108)은 암(116)을 생략할 수도 있다.

도 2는 폐쇄 위치에서의 디바이스(100)의 단면도를 도시한다. 예시의 목적으로, 디바이스(100)의 특정 엘리먼트들, 예를 들어, 가융성 엘리먼트(106)가 도시되어 있지 않다. 슬라이더(102)는 전극들(112 및 114) 사이에 전도성 경로를 제공한다.

도 3은 개방 위치에서의 디바이스(100)의 단면도를 도시한다. 만약, 예를 들어, 디바이스(100)가 접속된 회로가 초과 온도 조건으로 과열되어 슬라이더(102)를 제자리에 유지시키는 땜납이 용융되기 시작하도록 하는 경우, 스프링(104)은 화살표(300)로 표시된 방향으로 슬라이더(102)를 끌어당긴다. 이러한 방식으로, 전극들(112 및 114) 사이의 전기 접속이 끊기고, 그에 따라서, 외부 회로를 과열로부터 보호한다. 엘리먼트(130)는 땜납이 전극(112) 위에서 어디에 제공되는지를 나타낸다. 도 3에서는 볼 수 없지만, 땜납이 전극(114) 위에 유사하게 제공된다.

도 4a-4c는 디바이스에 대해 외부에 있는 회로를 보호하기 위한 예시적인 회로 보호 디바이스의 회로 표현(400)이다. 회로(400)는 도 1에 도시된 전극들(112 및 114)에 각자 대응할 수 있는 전극들(402 및 404)을 포함한다. 전극(406)은 도 1에 도시되어 있는 아밍 핀(110)에 대응한다. 회로(400)는 또한 전극(406)(아밍 핀(110))에 접속된 가융성 링크(408)를 포함한다. 아밍 전류는 전극(406)을 통해 가융성 링크(408)에 인가될 수 있다. 회로(400)는 또한 도 1에 도시된 슬라이더(102)에 대응할 수 있는, 전극들(402, 404) 사이의 전도 엘리먼트(410)를 포함한다. 설명을 위해, 회로 보호 디바이스는 하나 이상의 FET들과 같이 보호될 회로 컴포넌트들 사이에 직렬로 위치될 수 있다. 회로 보호 디바이스가 다른 회로 구성들에서 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.

도 4a는 가융성 링크(408)가 나가기 전의, 즉, 디바이스가 아밍되기 전의 회로(400)를 도시한다. 도 4b는 가융성 링크(408)가 나간 이후의 회로(400)를 도시한다. 또한, 도 4a-4b에서, 슬라이더(410)는 폐쇄 위치에 있고, 따라서 전극들(402, 404) 사이를 브리징하여 전기 접속을 제공한다. 도 4c는, 초과 온도 조건이 검출된 이후와 같이, 전극들(402, 404) 사이의 전기 접속이 끊긴 개방 위치에서의 회로(400)를 도시한다.

도 5a-5f는 도 1에 도시된 디바이스(100)와 같은 회로 보호 디바이스의 예시적인 어셈블리 단계들을 예시한다. 도 5a는 슬라이더(500)가 제공되는 것을 예시한다. 슬라이더(500)는 구리와 같은 전도성 물질로 구성될 수 있다. 슬라이더(500)는 스프링(도 2b 참조)을 수용하도록 성형된 포켓(502)을 포함한다. 슬라이더(500)는 또한 슬라이더(500)의 상부면으로부터 확장하는 돌출부들(504)을 포함한다. 레이저 용접, 및 접착제, 스크류, 리벳 등을 이용하는 것과 같은 기계적 파스너들을 포함하는 다른 부착 방법들이 사용될 수 있다.

도 5b는 스프링(506)이 포켓(502) 내에 위치되는 것을 도시한다. 스프링(506)은 탄성을 가지며, 확장을 통해 팽팽하게 될 수 있는 코일 스프링 또는 다른 스프링 엘리먼트일 수 있다.

도 5c는 가융성 엘리먼트(508)가 슬라이더(500)의 적어도 일부분의 최상부에 배치되는 것을 도시한다. 가융성 엘리먼트(508)는 슬라이더(500)로부터 연장하는 돌출부들(504)에 맞는 2개의 개구를 포함한다. 가융성 엘리먼트(508)는 공지된 스탬핑(stamping) 기법들을 사용하여 슬라이더(500) 상으로 체결될 수 있다. 가융성 링크(510)는 개구들 근처의 엘리먼트(508)의 측면의 반대에 있는 가융성 엘리먼트(508)의 측면에서 가융성 엘리먼트(508)에 접속된다. 아밍 핀 커넥터(512)는 가융성 엘리먼트(508)에 접속된 가융성 링크(510)의 단부의 반대인 가융성 링크(510)의 단부에서 접속된다. 아밍 핀 커넥터(512)는 디바이스 하우징의 일부분인 아밍 핀(522)에 접속한다(도 5e 참조).

가융성 엘리먼트(508)는 개구들(510) 및 돌출부들(504)을 통해 슬라이더(500)에 부착될 수 있다. 특히, 가융성 엘리먼트(508)는, 가융성 엘리먼트(508)를 아래로 유지시키고 엘리먼트(508)가 돌출부들(504) 위로 미끄러지는 것을 방지하기 위해 돌출부들(504)에 대해 수행되는 공지된 크림핑(crimping) 기법들을 통해 슬라이더(500)에 고정될 수 있다. 다른 기법들은, 슬라이더(500) 및/또는 가융성 엘리먼트(508)에 대해 사용되는 물질에 따라, 레이저 또는 저항 용접, 또는 고온 접착, 스크류 또는 리벳과 같은 기계적 파스너들을 포함할 수 있다.

가융성 엘리먼트(508)는 전기를 전도할 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 가융성 엘리먼트(508)는 구리, 스테인리스 스틸, 또는 합금으로 구성될 수 있다. 가융성 링크(510)의 직경은, 아밍 전류를 이용하여 가융성 링크(510)를 나가게 할 수 있도록 크기가 정해질 수 있다. 디바이스가 보호될 회로에 설치된 이후, 예를 들어, 가융성 링크(510)를 통해 전류를 흘림(running)으로써 가융성 링크(510)가 나가게 된다. 다시 말해, 가융성 링크(510)를 통해 충분히 높은 전류 또는 아밍 전류를 소싱하는 것은 가융성 링크(510)가 개방되게 할 수 있다. 일 실시예에서, 아밍 전류는 약 2 암페어일 수 있다. 그러나, 가융성 링크(510)의 직경 및/또는 다른 치수가 증가하거나 감소하여, 더 높거나 더 낮은 활성화 전류를 허용할 수 있다는 점이 이해될 것이다.

도 5d는 슬라이더(500), 스프링(506) 및 가융성 엘리먼트(508)가 배치될 하우징(514)의 내부를 도시한다. 하우징(514)의 최하부에, 땜납 예비형태들(solder preforms)(516, 518)이 제공되어 있다. 하우징(514)의 하측은 땜납 예비형태들(516, 518) 각각에 대응하는 전극들, 예를 들어, 표면 실장 패드들을 포함하며, 따라서, 보호될 회로와 하우징(514)의 내부에 배치될 슬라이더 사이의 전기 접속을 제공할 수 있다. 하우징(514)은 또한 이를 통해 아밍 전류가 가융성 링크(510)에 제공되는 아밍 핀(520)을 포함한다. 아밍 핀(520)은 그 위에 아밍 핀 커넥터(512)가 배치될 수 있는 고리형 돌출부(522)를 포함한다.

도 5e는 슬라이더(500), 스프링(506) 및 가융성 엘리먼트(508)를 포함하는 어셈블리가 하우징(514) 내에 배치되는 것을 도시한다. 특히, 아밍 핀 커넥터(512)는 아밍 핀(520)에 고정된다. 슬라이더(500)의 최하부는 땜납 예비형태들(516, 518)에 납땜된다. 냉각되면, 땜납은 스프링(506)이 늘어날 때 슬라이더를 제자리에 유지시킨다(도 5f 참조).

도 5f는 스프링(506)이 이후 늘어나는 것을 도시한다. 슬라이더(500)에 삽입되지 않은 스프링(506)의 단부는 하우징의 반대 단부에서의 오버몰드 부분(524)까지 늘어난다. 도 5b-5f에 도시되어 있는 바와 같이, 스프링(506)의 단부들은 스프링(506)의 단부들이 오버몰드(524) 및 포켓(502)에 맞춰서 팽팽하게 유지되게 하도록 스프링(506)의 중간 부분보다 더 넓은 직경을 가진다.

이후 리플로우 오븐에서 리플로우될 결과적인 디바이스가 예를 들어, 도 1에 도시되어 있다. 리플로우 프로세스 동안, 슬라이더(500)를 외부 전극들에 유지시키는 땜납은 팽팽하게 유지된 스프링(506)의 힘으로 인해 슬라이더(500)를 개방 위치로 이동시키는 결과를 초래할 것이다. 예를 들어, 땜납의 용융점은 대략 140℃일 수 있는 반면, 리플로우 동안의 온도는 200℃ 초과, 예를 들어, 260℃에 도달할 수 있다. 따라서, 리플로우 동안, 땜납은 녹아서 스프링(506)이 조기에 슬라이더(500)를 개방 위치로 끌어당기게 할 것이다. 스프링(506)에 의해 인가된 힘이 설치 동안 회로 보호 디바이스를 개방하는 것을 방지하기 위해, 땜납보다 더 높은 용융점을 가지는 가융성 링크(510)는 슬라이더(500)를 제자리에 유지시키고 스프링(506)의 압축력에 저항하기 위해 이용될 수 있다.

캡(미도시)이 예를 들어, 스냅-핏 접속(snap-fit connection)을 사용하여 하우징 위에 배치되고, 디바이스는 보호될 회로에 설치될 준비가 된다. 설치되면, 디바이스는 위에서 논의된 바와 같이, 아밍 핀(520)을 통해 가융성 링크(510)에 아밍 전류를 인가함으로써 아밍된다. 가융성 링크(510)는 개방되고, 디바이스는 아밍된다.

도 6은 리플로우 가능한 회로 보호 디바이스(600)의 또다른 예이다. 디바이스(600)는 가융성 엘리먼트가 생략된다는 점에서 도 1의 디바이스(100)와는 상이하다. 도 6에서, 가융성 링크(602)는 슬라이더(604)의 일부분이다. 예를 들어, 슬라이더(604) 및 가융성 링크(602)는 구리에 스탬핑된 하나의 연속된 부분(one contiguous part stamped out of copper)일 수 있다. 이 예에서, 슬라이더(604)는 하우징(608)의 아밍 핀에 체결되거나(일 실시예에서) 다른 방식으로 접속되는 아밍 핀 커넥터(606)를 포함할 수 있다. 슬라이더(604)는 구리 물질로 구성될 수 있고, 가융성 링크(602)는 슬라이더(604)의 바디(610)와 아밍 핀 커넥터(606) 사이에 접속된 얇은 구리 가닥(a thin strand of copper)이다. 슬라이더(604)의 가융성 링크(602) 부분은 에폭시로 코팅된다. 이 예에서, 도 1의 디바이스를 아밍하기 위해 요구되는 아밍 전류에 비해, 더 높은 아밍 전류가 구리 링크(602)의 더 낮은 저항으로 인해 리플로우 이후 디바이스(600)를 아밍하도록 요구될 수 있다. 도 6에서, 슬라이더(604)는 스프링(614)의 하나의 단부를 슬라이더(604) 위의 제자리에 유지시키는 그립 부분(612)을 포함한다.

도 1의 디바이스와 유사하게, 가융성 링크(602)는 리플로우 동안 슬라이더(604)를 제자리에 유지시킨다. 리플로우 이후, 디바이스(600)는 가융성 링크(602)를 통해 아밍 전류를 인가함으로써 아밍된다. 디바이스가 아밍되면, 디바이스가 과열되는 경우, 슬라이더(604)와 전극들(616, 618) 사이의 땜납이 용융되어, 늘어난 스프링의 힘이 슬라이더(604)를 오버몰드 부분(620) 쪽으로 끌어당기게 한다.

도 7은 용접 가능한 회로 보호 디바이스(700)의 예를 도시한다. 하우징에 맞는 캡(702)을 포함하는 디바이스(700)가 도시되어 있다. 캡/하우징 내의 구조는, 예를 들어, 도 1 또는 도 6에 도시된, 또는 하기에 기술된 바와 같은 도 10에 도시된 구조일 수 있다. 용접 가능한 디바이스(700)에 대해, 전극들(704, 706)(즉, 리드 프레임들)은 도 1 또는 도 6에 도시된 표면 실장 디바이스의 전극들에 대해 확장된다. 용접 가능한 디바이스는 고객이 예를 들어, 저항 용접(resistance welding)을 사용하여 디바이스(700)를 설치할 수 있게 한다. 일 실시예에서, 용접 가능한 디바이스(700)는 아밍 핀 또는 가융성 엘리먼트와 아밍 핀 사이에 접속된 가융성 링크를 포함하지 않을 수 있다.

도 8-9는 다른 예시적인 용접 가능한 디바이스들(800 및 900)을 도시한다. 디바이스들(800 및 900) 각각은 각자, 클라이언트의 요구에 따라 상이한 형상을 가지는 전극들(802, 804 및 902, 904)을 포함한다.

도 10은 디바이스(900) 내부의 서브어셈블리 구조의 예를 도시한다. 위에서 주지된 바와 같이, 일 실시예에서, 용접 가능한 디바이스(700)는 도 10에 예시된, 아밍 핀 또는 가융성 엘리먼트와 아밍 핀 사이에 접속된 가융성 링크를 포함하지 않을 수 있다. 디바이스(900)는 슬라이더(906) 및 스프링(908)을 포함한다. 슬라이더(906)는 스프링(908)의 하나의 단부를 슬라이더(906)에 유지시키는 그립 부분(910)을 포함한다. 스프링(908)의 다른 단부는 하우징(914)의 오버몰드 부분(912)에 의해 유지된다[[리플로우 동안 디바이스를 제자리에 유지시키기 위해 가융성 링크가 필요하지 않은 이유를 상기하라. 이 디바이스가 리플로우를 거치지 않는가? 그렇다, 리플로우가 없다.]]

도 11은 플러깅 가능한 회로 보호 디바이스(1100)의 예를 도시한다. 하우징에 맞는 캡(1102)을 포함하는 디바이스(1100)가 도시되어 있다. 캡/하우징 내의 구조는, 예를 들어, 도 1, 6 또는 10에 도시된 구조일 수 있다. 플러깅 가능한 회로 보호 디바이스(1100)는 회로 기판 또는 다른 회로 상의 리셉터클 내에 플러깅될 수 있도록 구성된 전극들(1104, 1106)을 포함한다. 플러깅 가능한 디바이스(1100)는 퓨즈 박스에 플러깅되도록 구성된 일회용 퓨즈일 수 있다.

도 12a-d는 리플로우 가능한 회로 보호 디바이스의 선택된 부분들을 예시한다. 도 12a는 스탬핑된 슬라이더(1202), 가융성 엘리먼트(1204) 및 나선형 인장 스프링(1206)을 포함하는 디바이스의 슬라이더 서브어셈블리(1200)를 도시한다. 서브어셈블리(1200)는 아밍 핀 커넥터(1208) 및 가융성 엘리먼트(1204)와 아밍 핀 커넥터(1208) 사이에 접속된 가융성 링크(1210)를 포함한다. 도 1과 유사하게, 슬라이더(1202)는 구리로 구성될 수 있다. 이 예에서 가융성 엘리먼트(1204)는 레이저 용접에 의해 슬라이더(1202)에 부착된다. 도 1의 디바이스에서 슬라이더는 스프링의 상당 부분이 삽입된 포켓을 포함하였다. 도 12a의 서브어셈블리(1200)에서, 슬라이더(1202)는 또한 가융성 엘리먼트(1204) 위의 스프링의(1206)의 길이가 가융성 엘리먼트(1204)와 동일 평면 상에 놓일 수 있도록 스프링(1206)의 단부의 일부분을 수용하는 더 작은 포켓을 포함할 수 있다.

도 12b는 도 12a의 서브어셈블리(1200)가 하우징(1212)에 삽입되는 것을 예시한다. 도 12b는 또한 전극들(1218, 1220) 위에 인가된 2개의 땜납 예비형태들(1214, 1216)을 도시한다. 서브어셈블리(1200)는 땜납 예비형태들(1214, 1216)이 인가된 이후 삽입된다.

도 12c는 캡(1222)이 하우징(1212) 위에 배치되는 것을 예시한다. 이 예에서, 캡(1222)은 하우징(1212) 상으로 스냅핑(snap)된다. 캡(1222)이 하우징(1212) 상으로 스냅핑되기 전에, 스프링(1206)이 늘어나고, 슬라이더(1202)에 고정되지 않은 스프링(1206)의 단부가 하우징(1212)의 오버몰드 부분(1224) 내에 삽입되어 스프링(1206)을 팽팽하게 둔다. 추가로, 땜납 페이스트(solder paste)가 하우징의 아밍 핀(1226)에 도포될 수 있다. 땜납 페이스트의 목적은 아밍 핀과 아밍 핀 커넥터 사이의 높은 신뢰성의 전도성 접속을 보장하는 것이다. 아밍 핀은 또한 사전-주석도금(pre-tinned)될 수 있다.

도 12d는 조립된 디바이스(1228)를 도시한다. 조립 이후, 디바이스(1226)는 리플로우 오븐에서 리플로우될 수 있다.

도 13은 모세관 파괴를 포함하는 회로 보호 디바이스(1300)의 단면을 도시한다. 디바이스(1300)는 하우징(1310) 내에 슬라이더(1302), 스프링(1304), 가융성 엘리먼트(1306), 가융성 링크(1308)를 포함한다. 디바이스(1300)는 또한 회로 보드(1316) 상에 장착된 전극들(1312 및 1314)을 포함한다.

도 14는 도 13의 전극(1314)의 확대된 뷰를 도시한다. 전극들(1312 및 1314)의 측면들 각각은 전극들(1312 및 1314)의 최하부측들에 대해 계단식 윤곽(stepwise contour)을 형성하는 컷아웃 부분들(1318)을 포함하여, 이에 의해 하우징(1310)의 최하부면과 회로 보드(1316) 사이의 공간(1320), 즉, 모세관 파괴를 생성한다. 모세관 파괴는 리플로우 동안 용융될 수 있는 회로 보드(1316) 상의 액체 플럭스(liquid flux)가, 모세관력에 의해 모세관 경로(1322)를 따르는 것을 방지한다.

회로 보호 디바이스가 특정 실시예들에 관련하여 기술되었지만, 출원의 청구항들의 범위로부터의 이탈 없이 다양한 변경들이 이루어질 수 있고 등가물들이 치환될 수 있다는 점이 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 추가로, 그 범위로부터의 이탈 없이 교시들에 대해 특정 상황 또는 물질을 적응시키기 위한 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 리플로우 가능한 회로 보호 디바이스가 개시된 특정 실시예들에 제한되는 것이 아니라, 청구항들의 범위 내에 드는 임의의 실시예들에 제한된다는 점이 의도된다.

Claims

회로 보호 디바이스로서,
제1 전극; 제2 전극; 및 아밍 핀(arming pin)을 포함하는 하우징;
상기 하우징 내의 스프링 ― 상기 스프링은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 스프링의 제1 단부는 상기 하우징의 내부 에지에 고정됨 ― ;
상기 하우징 내의 전도성 슬라이더 ― 상기 슬라이더는 상기 슬라이더의 적어도 일부 내에 정의된 포켓을 포함하고, 상기 포켓은 상기 스프링의 제1 단부의 적어도 일부를 수용하고, 상기 스프링은 상기 포켓과 상기 하우징의 내부 에지 사이에서 팽팽하게 유지되고(held in tension), 상기 슬라이더는 제1 위치에서 상기 슬라이더가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기 접속을 제공하고, 제2 위치에서 상기 슬라이더가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기 접속을 제공하지 않도록, 상기 하우징 내에서 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 슬라이딩하도록 구성됨 ― ; 및
상기 슬라이더와 상기 아밍 핀 사이에 전기 접속을 제공하는 가융성 링크(fusible link) ― 상기 가융성 링크는 (i) 리플로우 프로세스 동안 상기 제1 위치에 상기 슬라이더를 유지하고, (ii) 상기 리플로우 프로세스 이후 상기 아밍 핀에 대한 아밍 전류(arming current)의 인가 시에 개방하도록 구성됨 ―
를 포함하는 회로 보호 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 슬라이더와 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각 사이의 땜납(solder)을 더 포함하고, 바람직하게는 상기 땜납은 상기 가융성 링크가 상기 아밍 전류의 인가에 의해 개방된 이후 상기 제1 위치에서 상기 슬라이더를 유지하는 회로 보호 디바이스.
제2항에 있어서,
초과 온도 조건(over-temperature condition)의 검출 시, 상기 땜납은 용융되고, 상기 스프링은 압축하여 상기 슬라이더를 상기 제2 위치로 끌어당기도록 구성되고, 바람직하게는, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이의 슬라이딩의 방향은 상기 슬라이더의 길이에 대해 평행한 회로 보호 디바이스.
제2항에 있어서,
상기 가융성 링크는 땜납의 용융점보다 더 높은 온도에서 개방하는 회로 보호 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 슬라이더에 부착된 가융성 엘리먼트(fusible element)를 더 포함하고, 상기 가융성 링크는 상기 가융성 엘리먼트의 일체형 부분(integral part)이고, 바람직하게는 (i) 상기 슬라이더는 상기 슬라이더의 상부면으로부터 위로 확장하는 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, (ii) 상기 가융성 엘리먼트는 상기 적어도 하나의 돌출부에 매칭되는 적어도 하나의 개구를 포함하고, (iii) 상기 적어도 하나의 개구는 상기 매칭하는 적어도 하나의 돌출부를 수용하는 회로 보호 디바이스.
제1항에 있어서,
상기 아밍 핀은 (i) 상기 스프링의 제1 단부에 고정된 내부 에지가 위치된 하우징의 단부에 대해 반대에 있는 하우징의 단부에, 또는 (ii) 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치되는 회로 보호 디바이스.
회로 보호 디바이스로서,
제1 전극; 제2 전극; 및 아밍 핀을 포함하는 하우징;
상기 하우징 내의 스프링 ― 상기 하우징은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 스프링의 제1 단부는 상기 하우징의 내부 에지에 고정됨 ― ;
상기 하우징 내의 전도성 슬라이더 ― 상기 슬라이더는, 제1 위치에서 상기 슬라이더가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기 접속을 제공하고, 제2 위치에서 상기 슬라이더가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기 접속을 제공하지 않도록 상기 하우징 내에서 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 슬라이딩하도록 구성됨 ―
를 포함하고, 상기 슬라이더는:
상기 슬라이더의 적어도 일부 내에서 정의된 포켓을 가지는 바디 부분 ― 상기 포켓은 상기 스프링의 제1 단부의 적어도 일부를 수용하고, 상기 스프링은 상기 포켓과 상기 하우징의 내부 에지 사이에서 팽팽하게 유지됨 ― ; 및
상기 슬라이더의 바디 부분과 상기 아밍 핀 사이에 접속된 가융성 링크 ― 상기 가융성 링크는 리플로우 프로세스 동안 상기 제1 위치에 상기 슬라이더를 유지시키도록 구성되고, 상기 리플로우 프로세스 이후 상기 아밍 핀에 대한 아밍 전류의 인가 시에 개방하도록 구성됨 ― 를 포함하는 회로 보호 디바이스.
제7항에 있어서,
상기 가융성 링크는 에폭시로 코팅되는 회로 보호 디바이스.
제7항에 있어서,
상기 슬라이더와 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각 사이의 땜납을 더 포함하고, 바람직하게는 상기 땜납은 상기 가융성 링크가 상기 아밍 전류의 인가에 의해 개방된 이후 상기 제1 위치에서 상기 슬라이더를 유지하고, 초과 온도 조건의 검출 시에, 상기 땜납은 용융되고, 상기 스프링은 압축하여 상기 슬라이더를 상기 제2 위치로 끌어당기도록 구성되는 회로 보호 디바이스.
회로 보호 디바이스로서,
제1 전극; 제2 전극을 포함하는 하우징;
상기 하우징 내의 전도성 슬라이더 ― 상기 하우징 내의 제1 위치에서, 상기 슬라이더는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기 접속을 제공하고, 상기 하우징 내의 제2 위치에서, 상기 슬라이더는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전기 접속을 제공하지 않음 ― ; 및
상기 슬라이더에 고정된 제1 단부 및 스프링이 늘어난 상태로 팽팽하게 유지되도록 상기 하우징의 내부 측에 인접하게 고정된 제2 단부를 포함하는 스프링
을 포함하는 회로 보호 디바이스.
제10항에 있어서,
상기 슬라이더와 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각 사이의 땜납을 더 포함하고, 바람직하게는 상기 땜납은 상기 가융성 링크가 아밍 전류의 인가에 의해 개방된 이후 상기 제1 위치에 상기 슬라이더를 유지하고, 초과 온도 조건의 검출 시에, 상기 땜납은 용융되고, 상기 스프링은 압축하여 상기 슬라이더를 상기 제2 위치로 끌어당기도록 구성되는 회로 보호 디바이스.