KR20160136423A

KR20160136423A - 절연된 열 차단 장치

Info

Publication number: KR20160136423A
Application number: KR1020167029552A
Authority: KR
Inventors: 지안후아 첸; 웨이칭 궈; 민 브이. 응고; 로버트 디. 힐티; 아라타 다나카
Original assignee: 리텔퓨즈 인코포레이티드
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2016-11-29
Also published as: JP2017510039A; CN106415768A; US20150279596A1; WO2015148885A1; US9831054B2

Abstract

열 차단 장치(100)는 플라스틱 베이스(102), 두 개의 전극(104, 114), 온도 감지 요소(108), 및 상기 베이스 위에 끼워지는 플라스틱 커버(122)를 구비한다. 온도 감지 요소는 하향 만곡되며, 바이메탈 또는 트리메탈일 수 있다. 상기 장치가 과잉-온도 조건에 놓일 때, 곡선의 배향은 온도 감지 요소가 이후 상향 만곡되도록 반전된다. 온도 감지 요소가 상향 만곡될 때, 이 요소는 전극 중 하나의 아암을 리프트시키며, 이는 전극 사이의 전기 접속을 단절시킨다. 이런 식으로, 장치는 이 장치가 설치되어 있는 회로를 보호하기 위해 과잉-온도 조건 중에 셧오프된다. 온도 감지 요소의 부식을 방지하기 위해, 열 차단 장치의 외표면에는 제1 방습층이 도포된다. 방습층은 에폭시 접착제 또는 UV/가시광선-경화 접착제 또는 광/열 경화 접착제일 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 감지 요소의 표면에는 제2 방습층(138)이 형성된다.

Description

절연된 열 차단 장치{INSULATED THERMAL CUT-OFF DEVICE}

본 발명은 일반적으로 전자 보호 회로에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 절연된 열 차단 장치에 관한 것이다.

보호 회로는 흔히 고장난 회로를 다른 회로로부터 격리시키기 위해 전자 회로에 사용된다. 예를 들어, 보호 회로는 리튬-이온 배터리 팩과 같은 전기 회로 내의 전기적 또는 열적 고장 상태에 의한 손상을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 보호 회로는 또한 전원 회로 고장에 의해 초래되는 화재와 같은 더 심각한 문제를 방지하기 위해 사용될 수도 있다.

일부 회로 보호 장치는 온도 감지 요소를 사용한다. 온도 감지 요소는 고온 다습 환경 하에서, 특히 아세테이트 이온 및/또는 산 성분을 갖는 습기에 의해 부식될 수 있다. 부식된 온도 감지 요소는 적절하게 작동하지 않을 수 있으며, 회로 보호 장치의 고장을 초래할 수 있다. 아세테이트 이온 및/또는 산 성분은 열 차단 적용 환경에서 흔히 존재한다. 열 차단 장치를 격리시키고 열 차단 장치가 인쇄 회로 기판 또는 다른 기판 상의 다른 부품과의 일체의 금속-대-금속 접촉을 방지하기 위해 전기 절연 테이프가 흔히 사용된다. 전기 절연 테이프의 접착제는 아세테이트 이온 및/또는 산 성분을 함유할 수 있으며, 이는 고온 다습 환경 하에서 방출될 수 있다. 또한, 산 및 기타 부식성 화합물에 대한 내식성이 양호한 재료를 포함하는 온도 감지 요소는 제한된 편향을 가질 수 있으며 그 열팽창 특성은 소망 소형 장치의 제조를 허용하기에 충분하지 않을 수 있다. 소형 열 차단 장치가 바람직하지만; 부식 방지를 위해서 설계자는 소형화를 위해 장치의 신뢰도를 희생시켜야 한다.

열 차단 장치는 플라스틱 베이스, 두 개의 전극, 온도 감지 요소, 및 상기 베이스 위에 끼워지는 플라스틱 커버를 구비한다. 온도 감지 요소는 하향 만곡되며, 바이메탈(bimetal) 또는 트리메탈(trimetal)일 수 있다. 상기 장치가 과잉-온도 조건에 놓일 때, 곡선의 배향은 온도 감지 요소가 이후 상향 만곡되도록 반전된다. 온도 감지 요소가 상향 만곡될 때, 이 요소는 전극 중 하나의 아암을 리프트시키며, 이는 전극 사이의 전기 접속을 단절시킨다. 이런 식으로, 장치는 이 장치가 설치되어 있는 회로를 보호하기 위해 과잉-온도 조건 중에 셧오프된다. 온도 감지 요소의 부식을 방지하기 위해, 열 차단 장치의 외표면에는 방습층이 도포된다. 방습층은 에폭시 접착제 또는 UV/가시광선-경화 접착제 또는 광/열 경화성 접착제일 수 있다.

도 1은 회로 보호를 위한 열 차단 장치(100)의 예의 요소를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 열 차단 장치의 조립된 도시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 장치의 외표면에 도포된 방습층의 도시도이다.
도 4는 열 차단 장치의 측면에도 방습층이 도포됨을 도시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 열 차단 장치의 단부에 방습층이 도포됨을 도시하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 열 차단 장치의 외표면에 방습층을 도포하고, 이후 브러시를 사용하여 장치 표면 상에 접착제를 균일하게 확산시키기 위한 공정 중 하나를 도시한다.

도 1은 회로 보호를 위한 열 차단 장치(100)의 일 예의 요소를 도시한다. 이 장치는 플라스틱 베이스(102), 제1 전극(104), 포지티브 온도 계수(positive temperature coefficient: PTC) 칩(106), 및 바이메탈 판일 수 있는 온도 감지 요소(108)를 구비한다. 제1 전극(104)은 PTC 칩(106)과 접촉하는 부분(110) 및 플라스틱 베이스(102)의 에지를 측방으로 지나서 연장되는 단자 부분(112)을 구비한다. 상기 장치는 온도 감지 요소(108) 위에 배치되는 제2 전극(114)을 추가로 구비한다. 제2 전극(114)은 온도 감지 요소(108)의 바로 위에 배치되는 스프링 아암 부분(116) 및 플라스틱 베이스(102)의 다른 에지로부터 멀리 연장되는 단자 부분(118)을 구비한다. 상기 장치는 제2 전극(114)의 스프링 아암 부분(116) 위의 금속판(120) 및 하기 구조물 위에 끼워지고 플라스틱 베이스(102)에 끼워지는 플라스틱 커버(122)를 구비한다. 플라스틱 커버(122)는 커버 프레임(124) 및 프레임(124)에 형성된 개구(128) 내에 끼워지는 오버-몰드(126)를 구비한다. 상기 장치는 제1 전극(104)의 단자 부분(112)의 개구(132) 내에 클램핑되는 금속 접촉부(130), 및 제2 전극(114)의 스프링 아암 부분(116)의 개구(136) 내에 클램핑되는 다른 금속 접촉부(134)를 추가로 구비한다. 회로 내로의 설치 시에, 금속 접촉부(130, 134)는 상호 접촉하며, 따라서 제1 전극(104)의 단자 부분(112)으로부터 제2 전극(114)의 단자 부분(118)으로 전기 경로를 형성한다.

온도 감지 요소(108)는 곡선 형상을 갖는다. 도 1에서, 온도 감지 요소(108)는 하향 만곡되거나, 달리 말해서, 온도 감지 요소(108)는 PTC 칩(106)을 향해서 하측으로 향하는 오목면을 갖는다. 온도 감지 요소(108)는 Cu-Ni-Mn/Ni-Fe 또는 Ni-Cr-Fe/Ni-Fe와 같은 바이메탈, Ni-Cu/Cu-Ni-Mn/Ni-Fe와 같은 트리메탈일 수 있다. 바이메탈 또는 트리메탈의 복수의 층은 그 중 하나로서 예를 들어 Cu-Ni-Mn 또는 Ni-Cr-Fe와 같은 고팽창 층, 및 상기 고팽창 층 아래의 예를 들어 Ni-Fe와 같은 저팽창 층을 구비할 수 있다. 온도 감지 요소(108)는 접촉 부식-방지 윤활유 또는 접촉 코팅과 같은 제2 방습층(138)으로 코팅될 수 있다. 접촉 부식-방지 윤활유는 얇은 소수성 왁스-기반 코팅을 제공할 수 있다. 접촉 코팅은 소수성 불소화 폴리머일 수 있다. 제2 방습층은 전기적으로 침투가능한 박막 코팅을 제공하는 바, 즉 전류가 코팅을 침투 및 관통할 수 있다. PTC 칩(106)은 PPTC(polymeric positive temperature coefficient) 칩 또는 CPTC(ceramic positive temperature coefficient) 칩일 수 있다.

도 2는 플라스틱 베이스(102) 위에 끼워지는 플라스틱 커버(122)를 구비하고, 제1 전극(104)의 단자 부분(112)과 제2 전극(114)의 단자 부분(118)이 베이스(102)로부터 멀리 연장되는, 조립된 열 차단 장치(100)의 도시도이다. 장치(100)는 단자 부분(112, 118)을 통해서 보호 대상 회로와 연결된다.

장치(100)의 높이는 약 0.88mm이거나, 약 0.83mm 내지 약 0.93mm일 수 있다. 전극(104, 114)의 단자 부분(112, 118)의 높이는 약 0.10mm이거나, 약 0.09mm 내지 약 0.11mm일 수 있다. 제1 축을 따라서 단자 부분(112)의 단부로부터 단자 부분(118)의 단부로 연장되는 장치(100)의 폭은 약 11.2mm이거나, 약 10.9mm 내지 약 11.5mm일 수 있다. 제1 축을 따라서 플라스틱 케이싱[베이스(102) 및 커버(122)를 구비]의 폭은 약 4.6mm이거나, 약 4.5mm 내지 약 4.7mm일 수 있다. 단자 부분(112, 118)은 제1 축을 따라서 케이싱을 지나서 약 3.3mm 또는 약 3.2mm 내지 약 3.4mm 연장될 수 있다. 제1 축에 수직한 제2 축을 따라서 플라스틱 케이싱의 깊이는 약 2.8mm이거나, 약 2.7mm 내지 약 2.9mm이다. 제2 축 방향을 따라서 단자 부분(112, 118)의 깊이는 약 2.0mm이거나, 약 1.9mm 내지 2.1mm이다.

작동 중에, 과잉-온도 조건이 발생할 때, PTC 칩(106)은 가열될 것이며 온도 감지 요소(108)의 배향이 반전되게 할 것인데 이는 온도 감지 요소가 저팽창 층 위에 고팽창 층이 적층되어 있기 때문이다. 즉, 설치 시에 온도 감지 요소(108)의 오목면[PTC 칩(106)과 대면하는 하면]은 아래쪽을 향하고 있지만, 과잉-온도 조건으로 인한 가열은 온도 감지 요소(108)가 위쪽으로 만곡되게 할 것이며, 따라서 이후에는 온도 감지 요소(108)의 상면이 오목면이다. 온도 감지 요소(108)가 "반전"되면, 온도 감지 요소(108)의 이전에 하향 만곡되었지만 이제 상향 만곡된 에지가 제2 전극(114)의 스프링 아암(116)에 상향 힘을 가한다. 이 상향 힘은 스프링 아암(116) 및 스프링 아암(116)에 형성된 구멍 내에 클램핑되는 금속 접촉부(134)를 상승시키며, 따라서 금속 접촉부(130, 134)가 더 이상 접촉하지 않고, 그로 인해 단자 부분(112, 118) 사이의 전기 접속이 단절되고 장치(100)가 턴오프된다.

이런 식으로, 장치(100)는 회로를 과잉-온도 조건으로부터 보호한다. 도 3은 추가로 장치(100)의 외표면에 도포되는 제1 방습층(302)을 도시한다. 방습층(302)은 아세테이트 이온 및/또는 산 성분을 포함하는, 특히 습기 함유 부식 요소와 같은, 고온 다습 환경 하에서 온도 감지 요소(108)의 부식을 방지한다. 특히, 도 3은 장치의 상면에 도포된 방습층(302)을 도시한다. 방습층(302)은 에폭시 수지 및 폴리옥시프로필렌디아민과 같은 경화제를 함유하는 에폭시 접착제, 또는 아크릴화 우레탄을 갖는 UV/가시광선-경화성 접착제일 수 있다. 층(302)은 예를 들어 아세테이트 이온 및/또는 산 성분과 같은 부식제를 갖는 습기가 열 차단 장치에 침투하는 것을 최소화하기 위한 방습성을 제공하며, 따라서 온도 감지 요소의 부식을 방지한다. 도 4는 장치(100)의 측면에도 방습층(302)이 도포됨을 도시한다. 도 5 및 도 6은 단자 부분(112, 118)이 돌출되어 나오는 장치의 단부에 방습층(302)이 도포됨을 도시한다.

도 7a 내지 도 7c는 열 차단 장치(100)의 외표면에 방습층(302)을 도포하는 과정을 도시하며, 여기에서 방습층(302)은 에폭시이다. 장치(100)는 고정구 또는 유지 장치에 로딩될 수 있다. 도 7a에서는, 분배 바늘을 사용하여 접착제가 전극(112 또는 118) 및 플라스틱 프레임(124)의 코너에 도포된다. 접착제는 상기 코너에서 갭을 채우고 습기 침투 경로를 밀봉한다.

도 7b에 도시하듯이, 에폭시 라인(702, 704)이 장치(100)의 상면의 에지에 도포된다. 도 7c에 도시하듯이, 다른 에폭시 라인(706)이 장치(100)의 상면의 중심을 따라서 도포된다. 에폭시는 이후 장치(100)의 상면과 측면 위에 균일하게 브러싱된다.

UV/가시광선-경화성 및 광/열 경화성 재료와 같은 다른 접착제도 동일한 프로세스 방법에 의해 도포될 수 있다.

특정 실시예를 참조하여 회로 보호 장치를 설명했지만, 통상의 기술자라면 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경이 이루어질 수 있고 등가물이 치환될 수 있음을 알 것이다. 또한, 본 발명의 교시 내용에 대해서는 그 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 특정 상황 또는 재료에 맞게 다양한 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 열 차단 장치는 개시된 특정 실시예 및 청구범위에 포함되는 임의의 실시예로 한정되지 않도록 의도된다.

Claims

열 차단 장치이며,
베이스;
상기 베이스 위에 배치되고 단자 부분을 포함하는 제1 전극;
상기 제1 전극의 일부 위에 배치되는 온도 감지 요소;
상기 온도 감지 요소 위에 배치되고 단자 부분을 포함하는 제2 전극;
상기 온도 감지 요소와 상기 제1 전극 및 제2 전극의 일부를 포위하는 구조물을 형성하기 위해 상기 베이스 위에 끼워지는 커버로서, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 단자 부분은 커버와 베이스에 의해 형성되는 구조물로부터 돌출하는 커버; 및
상기 커버와 베이스에 의해 형성되는 구조물의 외표면의 적어도 일부에 형성되는 제1 방습층을 포함하는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 방습층은 에폭시 접착제를 포함하는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 방습층은 경화제를 포함하는 에폭시 수지를 포함하며, 바람직하게 상기 경화제는 폴리옥시프로필렌디아민을 포함하는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 방습층은 광-경화성 접착제 또는 광 및 열-경화성 접착제를 포함하는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 감지 요소는 두 개 이상의 팽창 층을 포함하는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 감지 요소는 바이메탈 또는 트리메탈을 포함하는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 감지 요소는 그 하면이 오목면이도록 만곡되는 열 차단 장치.
제7항에 있어서, 상기 온도 감지 요소는 장치가 미리결정된 온도에 도달한 후에 온도 감지 요소의 상면이 오목면이 되도록 장치의 온도가 미리결정된 온도를 초과할 때 곡선의 배향이 반전되도록 구성되며, 바람직하게 상기 온도 감지 요소는 제1 전극과 제2 전극 사이의 전기 접속이 단절되도록 온도 감지 요소의 곡선의 배향이 상향 반전되도록 제2 전극의 일부를 리프트시키도록 구성되는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 감지 요소 아래에 배치되는 포지티브 온도 계수(PTC) 칩을 추가로 포함하는 열 차단 장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 감지 요소의 표면 상에 형성되는 제2 방습층을 추가로 포함하는 열 차단 장치.
열 차단 장치이며,
베이스;
상기 베이스 위에 배치되고 단자 부분을 포함하는 제1 전극;
상기 제1 전극의 일부 위에 배치되는 온도 감지 요소;
상기 온도 감지 요소의 표면 상에 형성되는 제2 방습층;
상기 온도 감지 요소 위에 배치되고 단자 부분을 포함하는 제2 전극; 및
상기 온도 감지 요소와 상기 제1 전극 및 제2 전극의 일부를 포위하는 구조물을 형성하기 위해 상기 베이스 위에 끼워지는 커버로서, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 단자 부분은 커버와 베이스에 의해 형성되는 구조물로부터 돌출하는 커버를 포함하는 열 차단 장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 방습층은 접촉 윤활유 또는 접촉 코팅을 포함하며, 바람직하게 상기 접촉 코팅은 소수성 불소화 폴리머를 포함하는 열 차단 장치.
제11항에 있어서, 상기 제2 방습층은 소수성 왁스-기반 코팅 또는 전기적으로 침투가능한 박막 코팅을 제공하는 열 차단 장치.