KR20220054880A - 과열 방지 소자 및 배리스터 - Google Patents

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KR20220054880A
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varistor
hot melt
overheat protection
layer
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마틴 지. 피네다
둥졘 쑹
둥?? 쑹
유리 비. 마투스
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동관 리텔퓨즈 일렉트로닉스, 씨오., 엘티디
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Abstract

과열 방지 소자 및 배리스터가 제공된다. 과열 방지 소자는, 서로 떨어져 배치되어 있는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 전기적으로 접촉하고 있는 핫멜트 와이어; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 지지하는 절연체를 포함하고, 이때 상기 핫멜트 와이어는 주변 온도가 소정의 온도에 도달할 때 액체 핫멜트 물질로 용융되고, 상기 액체 핫멜트 물질은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 습윤시키고, 상기 액체 핫멜트 물질은 적어도 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치한 부분에서 상기 절연체를 습윤시키지 않는다.

Description

과열 방지 소자 및 배리스터
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 "과열 방지 소자 및 배리스터(Overheat Protection Device and Varistor)"라는 명칭으로 2019년 9월 9일에 출원된 중국 특허 출원 번호 제201910850036.1호, 및 "과열 방지 소자 및 배리스터"라는 명칭으로 2019년 9월 9일에 출원된 중국 실용 신안 출원 번호 제201921493615.7호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 출원은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
기술 분야
본 발명은 회로 보호 분야에 관한 것으로, 특히 과열 방지 소자 및 배리스터에 관한 것이다.
배리스터(varistor)는 비선형 전압-전류 특성을 갖는 저항 소자(resistor device)로서, 회로에 과전압이 가해질 때 전압 클램핑을 수행하고, 민감한 소자를 보호하기 위해 잉여 전류(redundant current)를 흡수하는 데 주로 사용된다. 배리스터는 회로에서 병렬로 연결된 가변 저항기와 같다. 회로를 정상적으로 사용할 때, 배리스터는 임피던스가 높고 누설 전류가 작아 회로에 미치는 영향이 거의 없는 개방 회로로 간주될 수 있다. 그러나 매우 높은 서지 전압(surge voltage)이 발생하는 경우, 배리스터의 저항이 순간적으로 떨어지므로(저항이 메가옴 수준에서 밀리옴 수준으로 변할 수 있음) 과전압을 일정 값으로 클램핑하면서 큰 전류가 흐르게 한다.
열 보호된 배리스터는 즉각적인 열 제거를 제공할 수 있는 제품이다. 이러한 특성은 내부 유효 열전대 및 이의 구조를 통해 합금형 온도 퓨즈(thermal fuse)와 배리스터에 의해 달성된다. 열 보호된 배리스터에는 과전압, 과전류 및 과열에 대한 여러 보호 기능이 있다. 배리스터는 과전압, 과전류 또는 과열에서 합금을 용융(fusing)하여 회로에서 즉시 제거되어 배리스터가 지속적으로 과열되어 발생되는 화재를 방지한다.
그러나, 상기 구조에서, 퓨즈의 합금이 용융될 때, 용융된 합금 재료와 배리스터의 전극 사이에 효과적인 물리적 격리 구조가 존재하지 않는다. 배리스터가 여전히 회로에 연결되어 있을 수 있으며, 배리스터가 지속적으로 과열되어 화재가 발생할 수 있으므로 안전 위험에 대한 특정 가능성을 제기할 수 있다.
상기 문제점 중 적어도 하나의 측면을 해결하기 위해, 본 발명의 구현예에서는 과열 방지 소자 및 배리스터가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에서는 서로 떨어져 배치되어 있는 제1 전극 및 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하고 있는 핫멜트 와이어(hot-melt wire); 및 상기 제1 전극과 제2 전극을 지지하는 절연체(insulator)를 포함하는 과열 방지 소자가 제공되며, 이때 상기 핫멜트 와이어는 주변 온도가 소정의 온도에 도달할 때 액체 핫멜트 물질로 용융되고, 상기 액체 핫멜트 물질은 상기 제1 전극 및 제2 전극을 습윤시키고, 상기 액체 핫멜트 물질은 적어도 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치한 부분에서 절연체를 습윤시키지 않는다.
일부 구현예에서, 절연체는 판형(plate-shaped) 또는 주름진(corrugated) 구조체를 포함하고, 제1 전극, 제2 전극, 및 핫멜트 와이어는 판형 또는 주름진 구조체의 한쪽 면에 배치된다.
일부 구현예에서, 과열 방지 소자는 보호층(protective layer)을 추가로 포함하며, 이때 보호층 및 판형 또는 주름진 구조체는 공동(cavity)을 둘러싸고 있으며; 제1 전극의 적어도 일부, 제2 전극의 적어도 일부, 및 핫멜트 와이어는 상기 공동에 수용된다.
일부 구현예에서, 액체 핫멜트 물질은 보호층을 습윤시키지 않는다.
일부 구현예에서, 과열 방지 소자는 적어도 하나의 습윤 구성요소(wetting component)를 추가로 포함하는데, 상기 습윤 구성요소 중 하나는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되어 있고; 제1 전극, 적어도 하나의 습윤 구성요소, 및 제2 전극은 연속적으로 그리고 순차적으로 상기 핫멜트 와이어의 연장 방향으로 떨어지도록 배열되어 있으며, 상기 액체 핫멜트 물질은 상기 습윤 구성요소를 습윤시킨다.
일부 구현예에서, 절연체는 원통형 구조체를 포함하고, 제1 전극, 제2 전극, 및 핫멜트 와이어는 원통형 구조체 내에 배치되어 있다.
일부 구현예에서, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는 적층형 전극(layered electrode), 기둥형 전극(columnar electrode), 또는 스펀지형 전극(sponge electrode)이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 배리스터가 제공되며, 상기 배리스터는, 배리스터 본체; 및 상기 구현예에 따라 기재된 감압 전자 본체(pressure-sensitive electronic body) 상에 배치되어 있는 과열 방지 소자를 포함하며, 이때 상기 절연체는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 비해 상기 배리스터 본체에 더 가깝다.
일부 구현예에서, 배리스터 본체는 순차적으로 적층되어 배치된 제1 전극층, 배리스터 칩(varistor chip) 및 제2 전극층을 포함하며, 제2 전극층과 절연체가 서로 마주보도록 배치되어 있다.
일부 구현예에서, 배리스터는 열전도층(heat conductive layer)을 포함하며, 상기 열전도층은 절연체와 제2 전극층 사이에 배치된다.
일부 구현예에서, 제2 전극층은 제1 전극 및 제2 전극 중 하나에 전기적으로 연결되어 있고, 배리스터는 제1 전극층에 전기적으로 연결되어 있는 제1 핀; 및 제1 전극 및 제2 전극 중 다른 하나와 전기적으로 연결되어 있는 제2 핀을 포함한다.
일부 구현예에서, 배리스터는 캡슐화층(encapsulation layer)을 추가로 포함하고, 상기 캡슐화층은 배리스터 본체 및 과열 방지 소자를 클래딩(cladding)한다.
하기의 본 발명의 설명으로부터, 그리고 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 다른 목적 및 이점이 명백해질 것이고, 본 발명을 완전히 이해하는 데 도움이 될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 과열 방지 소자의 개략적인 구조 평면도이고;
도 2는 도 1의 aa선을 따라 취한 개략적인 단면 구조도이며;
도 3은 핫멜트 와이어가 용융될 때 도 1의 과열 방지 소자의 개략적인 구조 평면도이고;
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 과열 방지 소자의 개략적인 구조 평면도이며;
도 5는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 과열 방지 소자의 개략적인 구조도이고;
도 6은 도 5의 Y 방향에 평행한 평면을 따라 취해지고, 원통의 축을 포함하는 단면도이며;
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 배리스터의 개략적인 단면 구조도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 구현예를 통해 본 발명의 기술적 방안을 구체적으로 더 설명할 것이다. 설명에서 동일하거나 유사한 참조 번호는 동일하거나 유사한 부재(member)를 나타낸다. 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현 방식을 설명하는 것은 본 발명의 일반적인 발명 개념을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한, 본 발명의 구현예에 대한 명료한 설명과 완전한 이해를 제공하기 위해, 이하의 상세한 설명에서 다수의 구체적인 내용을 기재한다. 그러나, 이러한 구체적인 세부사항 없이도 하나 또는 복수의 구현예가 여전히 구현될 수 있다는 것은 명백하다.
본 명세서에 기재된 바와 같이 "위에(on)", "에 형성된(formed on)" 및 "에 배치된(disposed on)"은 한 층이 또 다른 층 위에 직접 형성되거나 배치됨을 나타낼 수 있고, 또한 한 층이 또 다른 층 상에 간접적으로 형성되거나 배치됨, 즉 두 층 사이에 또 다른 층이 존재함을 나타낼 수 있음에 유의해야 한다.
"제1" 및 "제2"와 같은 용어는 다양한 부재, 구성요소, 요소, 영역, 층 및/또는 부분을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있지만; 이러한 부재, 구성 요소, 요소, 영역, 층 및/또는 부분은 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다. 대신, 이러한 용어는 하나의 부재, 구성요소, 요소, 영역, 층 및/또는 부분을 다른 것과 구별하기 위해 사용된다. 따라서, 예를 들어, 아래에서 논의되는 제1 부재, 제1 구성요소, 제1 요소, 제1 영역, 제1 층 및/또는 제1 부분은 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않으면서 제2 부재, 제2 구성요소, 제2 요소, 제2 영역, 제2 층 및/또는 제2 부분으로 지칭될 수 있다.
과열 방지 소자가 본 발명에서 제공된다. 과열 방지 소자는 서로 떨어져 배치되어 있는 제1전극 및 제2전극; 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치한 핫멜트 와이어; 제1 전극과 전기적으로 접촉하고 있는 핫멜트 와이어의 제1 단부; 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하고 있는 핫멜트 와이어의 제2 단부; 및 제1 전극 및 제2 전극을 지지하는 절연체를 포함한다. 주변 온도가 소정의 온도에 도달하면 핫멜트 와이어가 액체 핫멜트 물질로 용융되고; 상기 액체 핫멜트 물질은 제1 전극과 제2 전극을 습윤시키고, 액체 핫멜트 물질은 적어도 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치한 부분에서 절연체를 습윤시키지 않는다.
본 발명에 의해 제공되는 과열 방지 소자와 관련하여, 제1 전극, 제2 전극 및 절연체의 재료는 액체 핫멜트 물질이 제1 전극 및 제2 전극을 습윤시키고, 절연체의 적어도 일부를 습윤시키지 않도록 선택된다. 그 결과, 주변 온도가 소정의 온도에 도달하여 핫멜트 와이어가 용융되면, 서로 떨어져 있는 제1 전극과 제2 전극에서 액체 핫멜트 물질이 수집되어 제1 전극 및 제2 전극이 완전히 절연되어 열 보호 소자(thermal protection device)가 완전한 개방 회로 상태에 있도록 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현예에서는 과열 방지 소자(100)가 제공된다. 도 1은 과열 방지 소자(100)에 대한 개략적인 구조 평면도이다. 도 2는 도 1의 aa선을 따라 취한 개략적인 단면 구조도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 과열 방지 소자(100)는 절연체(10), 절연체(10) 상에 위치한 제1 전극(11) 및 제2 전극(12), 및 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 전기적으로 연결하는 핫멜트 와이어(13)를 포함한다. 이 구현예에서, 절연체는 판형 또는 주름진 구조체이다(판형 구조체의 예가 도 1에 도시됨). 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 절연체(10)의 한쪽 면에 위치하며, 서로 떨어져 배치되어 있다. 핫멜트 와이어(13)의 양쪽 말단은 각각 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)과 전기적으로 접촉되어 있다. 예를 들어, 핫멜트 와이어(13)의 양쪽 말단은 각각 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)에 납땜된다.
핫멜트 와이어(13)는 주석, 알루미늄-안티몬 합금, 주석-비스무트 합금, 주석-구리 합금, 주석-은-구리 합금과 같이 융점이 낮은 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 따라서, 주변 온도가 소정의 온도에 도달하면, 핫멜트 와이어(13)가 녹아서 끊어져 과열 방지 소자(100)의 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 전기적 연결이 끊어지고, 과열 방지 소자(100)는 개방 회로 상태에 있게 된다.
판형 또는 주름진 구조체의 절연체(10)는 세라믹, 유리, 알루미나, SiN, 폴리이미드(PI)와 같은 재질로 이루어질 수 있어 액체 핫멜트 물질이 절연체(10)를 습윤시키지 않도록 할 수 있다. 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 핫멜트 와이어(13)의 융점보다 높은 융점을 가지며, Cu, Ag, Au, Ni, 및 Pd와 같은 재료로 이루어질 수 있어 액체 핫멜트 물질이 절연체의 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 습윤시키도록 한다. 따라서, 주변 온도가 소정의 온도에 도달하여 핫멜트 와이어(13)가 용융되면, 액체 핫멜트 물질은 액체 핫멜트 물질의 표면 장력 작용 하에 유동하여 서로 떨어져 있는 제1 전극(11)과 제2 전극(12)에 수집된다. 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 절연체(10) 표면에는 실질적으로 액체 핫멜트 물질이 존재하지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 액체 핫멜트 물질은 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)으로 유동하여 이에 수집되며, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 덮는다. 그 결과, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 완전히 절연되어, 열 보호 소자(100)가 완전한 개방 회로 상태에 있도록 한다.
이 구현예에서, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 각각 적층형 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 절연체(10)의 한쪽 면에 서로 떨어져 배치되어 있는 구리 패드일 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 위치하는 절연체(10)의 일부만이 액체 핫멜트 물질에 의해 습윤되지 않는 배열을 제공하는 것도 가능하다.
일부 구현예에서, 과열 방지 소자(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 액체 핫멜트 물질의 유동성에 대한 외부 간섭을 방지하고 표면 장력 하에서 액체 핫멜트 물질의 흐름을 보장하기 위해 보호층(14)을 추가로 포함할 수 있다(보호층은 도 1에 도시되지 않음). 보호층(14)과 판형 또는 주름진 구조체를 갖는 절연체(10)는 공동을 둘러싸고 있으며, 제1 전극(11)의 적어도 일부, 제2 전극(12)의 적어도 일부, 및 핫멜트 와이어(13)는 상기 공동에 수용된다. 보호층(14)은 SiN 및 폴리이미드(PI)와 같은 재료로 이루어질 수 있으며, 액체 핫멜트 물질은 보호층(14)을 습윤시키지 않는다. 따라서, 핫멜트 와이어(13)가 용융되어 형성된 액체 핫멜트 물질은 표면 장력의 작용하에 공동 내 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)에 수집될 수 있다. 따라서 보호층(14)은 액체 핫멜트 물질의 유동성이 외부 요인에 의해 방해받지 않도록 한다.
일부 구현예에서, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 거리는, 예를 들어, 9 mm 이상이며, 이는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)에 각각 수집된 액체 핫멜트 물질이 충분히 분리되도록 한다.
도 4는 과열 방지 소자(10)가 적어도 하나의 습윤 구성요소(15), 예를 들어, 2개의 습윤 구성요소를 추가로 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 과열 방지 소자와 다른 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 과열 방지 소자의 개략적인 구조 평면도이다. 습윤 구성요소(15)는 또한 절연체(10) 상에 배치되고 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이에 위치한다. 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 습윤 구성요소(15)는 서로 떨어져 배치되어 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 습윤 구성요소(15)는 각각 가늘고 긴 형상을 가지며, 집합적으로 횡단보도(zebra crossing) 형상을 형성한다. 습윤 구성요소(15)는 액체 핫멜트 물질이 습윤 구성요소(15)를 습윤시키도록 Cu, Ag, Au, Ni 및 Pd와 같은 재료로 이루어질 수 있다. 주변 온도가 소정의 온도에 도달하여 핫멜트 와이어(13)가 액체 핫멜트 물질로 용융되면, 액체 핫멜트 물질은 서로 떨어져 있는 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 습윤 구성요소(15)에 수집되고, 액체 핫멜트 물질은 서로 단절되어 있는 복수의 부분들로 분할되므로 제1전극(11)과 제2전극(12)은 완전히 절연되어 열 보호 소자(100)가 완전한 개방 회로 상태에 있도록 한다. 이 구현예의 과열 방지 소자는 핫멜트 와이어(13)로부터 용융된 액체 핫멜트 물질의 양이 비교적 많은 경우에 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 습윤 구성요소(15)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)과 동시에 절연체(10) 상에 습윤 구성요소(15)를 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다.
상기 구현예에서, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 각각 적층형 구조를 갖는다. 다른 구현예에서, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 기둥형 구조체 또는 스펀지형 구조체를 채택할 수도 있다.
당업자는 도 1 및 도 4에 도시된 과열 방지 소자(100)가 전체적으로 직사각형 형상을 갖지만, 이러한 특징은 본 발명을 제한하는 역할을 하지 않으며; 과열 방지 소자(100)는 원형 및 다이아몬드 형상과 같은 또 다른 형상을 가질 수 있음을 이해할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서 과열 방지 소자가 제공된다. 도 5는 구현예에 따른 과열 방지 소자의 개략적인 구조도이고, 도 6은 도 5의 Y 방향에 평행한 평면을 따라 취해지고, 원통의 축을 포함하는 단면도이다. 이 구현예에서는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 과열 방지 소자(200)에 절연체(20)가 포함된다. 상기 구현과 달리, 이 구현예의 절연체(20)는 중공관(hollow tube)이고, 상기 중공관은 중공 원통형 구조체, 중공 사각 기둥 구조체 등일 수 있으며, 이는 여기에 한정되지 않는다. 이 구현예는 도 5에 도시된 중공 원통형 구조체를 예로 들어 설명한다.
과열 방지 소자(200)는 중공관에 수용되는 제1 전극(21), 제2 전극(22) 및 핫멜트 와이어(23)를 추가로 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 각각 양쪽 말단 부근의 중공관에 배치되어 있다. 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 소정의 거리, 예를 들어 9 mm 이상 서로 떨어져 있다. 핫멜트 와이어(23)의 양쪽 말단은 각각 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 전기적으로 접촉되어 있다. 예를 들어, 핫멜트 와이어(23)의 양쪽 말단은 각각 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)에 납땜된다.
핫멜트 와이어(23)는 주석, 알루미늄-안티몬 합금, 주석-비스무트 합금, 주석-구리 합금, 및 주석-은-구리 합금과 같이 융점이 낮은 전도성 재료로 이루어질 수 있다. 그 결과, 주변 온도가 소정의 온도에 도달하면, 핫멜트 와이어(23)가 녹아서 끊어져 과열 방지 소자(200)의 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 전기적 연결이 끊어지고, 과열 방지 소자(200)는 개방 회로 상태에 있게 된다.
중공 관형 구조체의 절연체(20)는 액체 핫멜트 물질이 절연체(20)를 습윤시키지 않도록 하기 위해 세라믹, 유리, SiN, 및 폴리이미드(PI)와 같은 재질로 이루어질 수 있다. 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 핫멜트 와이어(23)의 융점보다 높은 융점을 가지며, Cu, Ag, Au, Ni, 및 Pd와 같은 재료로 이루어질 수 있어 액체 핫멜트 물질이 절연체의 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)을 습윤시키도록 한다. 그 결과, 주변 온도가 소정의 온도에 도달하여 핫멜트 와이어(23)가 용융되면, 액체 핫멜트 물질은 액체 핫멜트 물질의 표면 장력 작용 하에 유동하여 서로 떨어져 있는 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 수집된다. 실질적으로, 제1 전극(21)과 제2 전극(22) 사이의 절연체(20) 내부 표면에는 액체 핫멜트 물질이 존재하지 않는다. 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 완전히 절연되어 열 보호 소자(200)가 완전한 개방 회로 상태에 있도록 한다.
이 구현예에서, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 각각 판형 구조체일 수 있으며, 이들은 중공 관형 절연체(20)와 함께 밀폐된 공간을 둘러싸고 있다.
일부 구현예에서, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 액체 핫멜트 물질이 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)에 보다 용이하게 흡착될 수 있도록 다공성 구조체를 갖는 전극 블록인 스펀지형 전극일 수 있다. 따라서, 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)이 완전히 절연되고 열 보호 소자(200)가 완전한 개방 회로 상태에 있도록 보장된다.
본 발명의 일 구현예에서는 배리스터가 제공된다. 배리스터는 과열 방지 배리스터일 수 있으며, 도 7은 이러한 유형의 배리스터의 개략적인 단면 구조도를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 배리스터(1000)는 배리스터 본체(300) 및 감압 전자 본체(300)에 배치된 과열 방지 소자를 포함한다. 과열 방지 소자로서 전술한 구현예의 다양한 과열 방지 소자를 채택할 수 있다. 여기에서는, 도 1 및 도 2에 도시된 과열 방지 소자(100)만을 예로 들어 설명하고 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 배리스터 본체(300)는 순차적으로 적층되어 배치된 제1 전극층(31), 배리스터 칩(32) 및 제2 전극층(33)을 포함한다. 배리스터 칩(32)은 산화아연 배리스터 칩과 같은 금속 산화물 배리스터 칩일 수 있다. 배리스터 칩은 원형 및 정사각형과 같은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 여기에 특별히 한정되지 않는다. 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(33)은 배리스터 칩(32)의 양쪽 면에 각각 배치되어 있다. 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(33)은 각각 금속 재료, 예를 들어 Cu, Ag, 및 Al과 같은 금속 재료 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 제1 전극층(31) 및 제2 전극층(33)은 각각 배리스터 칩(32)의 양쪽 면을 덮고 있으며, 배리스터 칩(32)과 동일한 형상을 가질 수 있다.
과열 방지 소자(100)는 제1 전극층(31)으로부터 떨어져 있는 제2 전극층(33)의 한쪽 면에 배치되어 있다. 열 보호 소자(100)의 절연체(10)는 제2 전극층(33)과 마주보도록 배치되어 있고; 즉, 과열 방지 소자(100)의 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 제2 전극층(33)으로부터 떨어져 있는 절연체(10)의 한쪽 면에 위치한다.
배리스터(100)는 제1 리드(lead)(51) 및 제2 리드(52)를 추가로 포함하고, 이때 상기 제1 리드(51)는 제1 전극층에서 인출(led out)되고, 제2 리드(52)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 중 하나에서 인출되며, 제2 전극층(33)은 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 중 다른 하나와 전기적으로 연결되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 이 구현예에서, 제2 리드(52)는 제2 전극(12)에서 인출되고, 제2 전극층(33) 및 제1 전극(11)은 와이어(53)에 의해 전기적으로 연결되어 있으며, 와이어(53)의 양쪽 말단은 제2 전극층(33) 및 제1 전극(11)에 각각 납땜될 수 있다. 제1 리드(51) 및 제2 리드(52)는 배리스터(1000)를 외부 회로에 연결하기 위해 사용된다.
배리스터(1000)가 위치한 회로가 정상적으로 작동하면 이상 과열이 발생하지 않고, 온도가 배리스터(100) 내 핫멜트 와이어(13)의 용융 조건에 도달하지 않는다. 이 경우 배리스터(1000)는 정상 작동 상태이다.
배리스터(1000)가 위치한 회로에 이상 전압이 있고, 배리스터(1000)에 지속적으로 이상 과전압이 발생하거나, 또 다른 이상 조건으로 인해 배리스터 본체(300)의 온도가 상승하는 경우, 배리스터 본체(300)는 그 위에 위치하는 과열 방지 소자(100)로 열을 전도한다. 온도가 소정의 온도에 도달하면, 핫멜트 와이어(13)가 녹아서 끊어져 과열 방지 소자(100)의 제1전극(11)과 제2전극(12) 사이의 전기적 연결이 끊어지고, 과열 방지 소자(100)는 개방 회로 상태에 있게 된다. 그 결과, 배리스터(1000)가 위치한 회로는 개방 회로 상태가 되며, 배리스터 본체(300)가 지속적으로 과열되어 화재가 발생하는 것을 방지한다.
이 구현예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 배리스터(1000)는 배리스터 본체(300)로부터 과열 방지 소자(100)로 열을 전도하기 위한, 제2 전극층(33)과 절연체(10) 사이에 배치되어 있는 열전도층(40)을 추가로 포함한다. 열전도층(40)은 과열 방지 소자(100)가 제2 전극층(33)에 접착 및 고정되어 열이 전도될 수 있도록 열전도성 접착제일 수 있다. 열전도층(40)은 또한 과열 방지 소자(100)를 제2 전극층(33)에 납땜 및 고정하기 위한 솔더(solder)일 수 있으며, 열을 전도하는 기능을 할 수 있다.
당업자는 전도층(40)이 선택적이라는 것을 이해할 수 있다. 일부 구현예에서, 열전도층(40)은 생략될 수 있고, 과열 방지 소자는 제2 전극층(33) 상에 직접 배치될 수 있다.
일부 구현예에서, 배리스터(1000)는 배리스터 본체(300)와 과열 방지 소자(100)의 조합을 일체로 클래딩(cladding)할 수 있는 캡슐화층(도 7에 도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 캡슐화층은 그 안에 캡슐화된 배리스터 본체(300), 및 과열 방지 소자(100) 등을 보호하기 위한 것이다. 배리스터(1000)의 제1 리드(51) 및 제2 리드(52)는 캡슐화층을 통해 인출된다. 캡슐화층은 에폭시 물질로 이루어질 수 있다.
결론적으로, 본 발명에서 제공되는 과열 방지 소자 및 과열 방지 소자를 포함하는 배리스터에 있어서, 제1 전극, 제2 전극 및 절연체의 재료는 액체 핫멜트 물질이 제1 전극 및 제2 전극을 습윤시키고, 절연체의 적어도 일부를 습윤시키지 않도록 선택된다. 그 결과, 주변 온도가 소정의 온도에 도달하여 핫멜트 와이어가 용융되면, 서로 떨어져 있는 제1 전극과 제2 전극에 액체 핫멜트 물질이 수집되므로 제1 전극 및 제2 전극이 완전히 절연되어 열 보호 소자가 완전한 개방 회로 상태에 있고, 배리스터가 지속적으로 과열되어 화재가 발생하는 것을 효과적으로 방지하도록 한다.
본 발명의 일반적인 개념에 대한 일부 구현예가 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 일반적인 개념의 원리 및 사상을 벗어나지 않으면서 이러한 구현예에 대한 수정 및 조합이 이루어질 수 있으며, 본 발명의 범위는 청구범위 및 이의 균등물에 의해 정의됨을 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 과열 방지 소자(overheat protection device)로서, 상기 과열 방지 소자는,
    서로 떨어져 배치되어 있는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 접촉하고 있는 핫멜트 와이어(hot-melt wire); 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극을 지지하는 절연체(insulator)를 포함하고,
    주변 온도가 소정의 온도에 도달할 때 상기 핫멜트 와이어는 액체 핫멜트 물질로 용융되고, 상기 액체 핫멜트 물질은 상기 제1 전극 및 제2 전극을 습윤시키고, 상기 액체 핫멜트 물질은 적어도 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치한 부분에서 상기 절연체를 습윤시키지 않는 것인, 과열 방지 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연체는 판형(plate-shaped) 또는 주름진(corrugated) 구조체를 포함하고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 핫멜트 와이어는 상기 판형 또는 주름진 구조체의 한쪽 면에 배치되어 있는 것인, 과열 방지 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 과열 방지 소자는 보호층(protective layer)을 추가로 포함하고, 상기 보호층과 상기 판형 또는 주름진 구조체는 공동(cavity)을 둘러싸고 있으며, 상기 제1 전극의 적어도 일부, 상기 제2 전극의 적어도 일부 및 핫멜트 와이어는 상기 공동에 수용되는 것인, 과열 방지 소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액체 핫멜트 물질은 상기 보호층을 습윤시키지 않는 것인, 과열 방지 소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 과열 방지 소자는 적어도 하나의 습윤 구성요소(wetting component)를 추가로 포함하는데, 상기 습윤 구성요소 중 하나는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되어 있고; 상기 제1 전극, 적어도 하나의 상기 습윤 구성요소, 및 상기 제2 전극은 연속적으로 그리고 순차적으로 상기 핫멜트 와이어의 연장 방향으로 떨어지도록 배열되어 있으며, 상기 액체 핫멜트 물질은 상기 습윤 구성요소를 습윤시키는 것인, 과열 방지 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 절연체는 원통형 구조체를 포함하고, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 핫멜트 와이어는 상기 원통형 구조체 내에 배치되어 있는 것인, 과열 방지 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 적층형 전극(layered electrode), 기둥형 전극(columnar electrode) 또는 스펀지형 전극(sponge electrode)인 것인, 과열 방지 소자.
  8. 배리스터(varistor)로서, 상기 배리스터는,
    배리스터 본체; 및
    감압 전자 본체(pressure-sensitive electronic body) 상에 배치되어 있는 제1항에 기재된 과열 방지 소자를 포함하고, 이때 상기 절연체는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 비해 상기 배리스터 본체에 더 가까운 것인, 배리스터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 배리스터 본체는 순차적으로 적층되어 배치된 제1 전극층, 배리스터 칩(varistor chip) 및 제2 전극층을 포함하고, 상기 제2 전극층 및 상기 절연체는 서로 마주보도록 배치되어 있는 것인, 배리스터.
  10. 제8항에 있어서, 상기 배리스터는 열전도층(heat conductive layer)을 포함하고, 상기 열전도층은 상기 절연체와 상기 제2 전극층 사이에 배치되어 있는 것인, 배리스터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 전극층은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 하나와 전기적으로 연결되어 있고,
    상기 배리스터는,
    상기 제1 전극층에 전기적으로 연결되어 있는 제1 핀; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 다른 하나와 전기적으로 연결되어 있는 제2 핀을 추가로 포함하는, 배리스터.
  12. 제10항에 있어서, 상기 배리스터는 캡슐화층(encapsulation layer)을 추가로 포함하고, 상기 캡슐화층은 상기 배리스터 본체와 상기 과열 방지 소자를 클래딩(cladding)하는 것인, 배리스터.
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