KR20230151922A - 코팅된 권취 와이어 및 희생 코어를 사용한 퓨즈 어셈블리 - Google Patents

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마르코 아르시아가
빅터 올리버 타벨
이리안 에이. 추아
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리텔퓨즈 인코퍼레이티드
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Abstract

퓨즈 어셈블리는, 하우징 및 가융성 요소로 동작할 수 있는 권취 와이어를 포함한다. 하우징은 가융성 요소를 위한 공동을 가진다. 가융성 요소는, 에나멜로 코팅된 권취 와이어를 생산하기 위해, 에나멜로 와이어를 코팅하고 와이어를 코어 주위에 래핑함으로써 형성된다. 에나멜로 코팅된 권취 와이어는 하우징에 부착된다. 코어가 용해되고 에나멜이 스트리핑될 때까지 코어가 에칭된다.

Description

코팅된 권취 와이어 및 희생 코어를 사용한 퓨즈 어셈블리{FUSE ASSEMBLY USING COATED WOUND WIRE AND SACRIFICIAL CORE}
본 개시의 실시예들은 퓨즈들에 관한 것으로, 보다 특별하게는 퓨즈의 가융성 요소의 설계에 관한 것이다.
퓨즈들은 전기 회로에서 의도적으로 약한 링크로 설계된 전류 민감성 디바이스들이다. 퓨즈의 기능은, 과전류 조건들 아래에서 신뢰 가능하게 용융하여 전류의 흐름을 안전하게 차단함으로써 개별 컴포넌트 또는 완전한 회로 보호를 제공하는 것이다.
퓨즈들은 다수의 상이한 특성들을 평가함으로써 선택된다. 전압 정격은, 퓨즈가 과전류의 이벤트(event)에 안전하게 동작하도록 설계된 회로의 최대 전압을 가리킨다. (차단 용량 또는 단락 회로 정격으로도 알려진) 차단 정격은, 퓨즈가 정격 전압에서 안전하게 차단될 수 있는 최대 전류이다. 시간-전류 특성들은 퓨즈가 상이한 과전류들에 얼마나 빨리 반응하는지를 결정한다. 전류 정격은 지정된 조건들 아래에서 퓨즈가 지속적으로 견딜(carry) 수 있는 최대 전류이다.
과도 과전류 조건들도 중요한 퓨즈 특성들이다. 하나의 예시로서, 돌입 전류(inrush current)의 과도 펄스들은 차량 전기 시스템들에서 아주 흔하다. 과도 과전류 펄스들은 자동차용 퓨즈들의 수명에 영향을 미친다. I2t는 전류 흐름으로부터 기인한 이용 가능한 열 에너지의 표현이다. 퓨즈들의 경우, 이 항(term)은 보통 용융, 아크 발생, 및 총 클리어링 I2t로 표현된다. 용융 I2t는 특정 퓨즈 요소를 용융하기 위해 요구되는 열 에너지이다. 아크 발생 I2t는 아크 발생 시간 중에 퓨즈에 의해 통과된 열 에너지이다. 아크 발생 I2t의 크기는 회로에서 이용 가능한 전압 및 저장된 에너지의 함수이다. 총 클리어링 I2t는, 전류가 완전히 차단될 때까지 과전류 시작(inception)으로부터 퓨즈를 통과하는 열 에너지이다. 총 클리어링 I2t = (용융 I2t) + (아크 발생 I2t).
가융성 요소는 과전류 조건에 반응하여 용융하는 퓨즈의 일부이다. 가융성 요소의 사용된 재료, 형상 및 두께는 위의 퓨즈 특성들에 영향을 미치는 모든 팩터들이다.
이는 바로 본 개선점들이 유용할 수 있는 이러한 고려 사항들 및 다른 고려 사항들이다.
이 요약은, 상세한 설명에서 아래에 더 자세히 설명되는 단순화된 형태로 개념들의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은, 청구대상의 핵심 또는 본질적 특징들을 식별하는 것으로 의도된 것이 아니며, 또한 청구대상의 범위를 결정하는데 도움이 되는 것으로 의도된 것도 아니다.
본 개시에 따른 방법의 일 예시적인 실시예는 코팅 단계, 래핑(wrap) 단계, 부가 단계, 및 스트리핑(strip) 단계를 포함할 수 있다. 와이어는 에나멜로 코팅되며, 와이어는 퓨즈 어셈블리의 가융성 요소로 사용된다. 와이어는 코어 주위에 래핑되고, 그 결과 에나멜로 코팅된 권취 와이어가 된다. 코어에 부가된 에칭제(etchant)는 코어가 용해되게 한다. 그런 다음 에나멜은 에나멜로 코팅된 권취 와이어로부터 스트리핑된다.
본 개시에 따른 퓨즈 어셈블리의 다른 예시적인 실시예는 하우징 및 가융성 요소로서 작동 가능한 권취 와이어를 포함할 수 있다. 하우징은 가융성 요소를 위한 공동을 가진다. 가융성 요소는, 에나멜로 코팅된 권취 와이어를 생산하기 위해, 에나멜로 와이어를 코팅함으로써 그리고 와이어를 코어 주위에 래핑함으로써 형성된다. 에나멜로 코팅된 권취 와이어는 하우징에 부착된다. 코어가 용해되고 에나멜이 권취 와이어로부터 스트리핑될 때까지 코어는 에칭된다.
도 1a 내지 도 1f는, 예시적인 실시예들에 따라, 분할 몸체 설계 퓨즈 어셈블리를 도시하는 도면들이다.
도 2는, 예시적인 실시예들에 따라, 도 1a 내지 도 1f의 퓨즈 어셈블리를 제조하기 위한 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3e는, 예시적인 실시예들에 따라, FR4 퓨즈 어셈블리를 도시하는 도면들이다.
도 4는, 예시적인 실시예들에 따라, 도 3a 내지 도 3e의 퓨즈 어셈블리를 제조하기 위한 단계들을 도시하는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5c는, 예시적인 실시예들에 따라, 다수 개의 제조 단계들 중에 가융성 요소를 도시하는 도면들이다.
퓨즈 어셈블리들 뿐만 아니라 퓨즈 어셈블리들을 위한 가융성 요소들을 생산하기 위해 이용되는 제조 공정 단계들이 개시된다. 가융성 요소는 권취 와이어를 생성하기 위해 코어 주위에 권취된다. 가융성 요소 와이어는, 코어 주위에 권취되기 전에 에나멜로 코팅된다. 에나멜로 코팅된 권취 와이어 및 코어 조합이 퓨즈 어셈블리에 부착(affix)되면, 코어는 에칭되어 코팅된 가융성 요소가 제자리에 남는다. 그런 다음 에나멜 코팅이 제거되고, 가융성 요소 와이어는 제자리에 남는다. 방사(yarn) 코어 사용으로 기인한 솔더링 이슈들은 회피된다. 퓨즈 어셈블리들의 I2T 및 차단 용량 특성들이 유지된다. 제조 방법들은 분할 몸체 및 FR4 WIA 퓨즈 어셈블리들 상에 이용된다.
편의와 명확성을 위해, "상단(top)", "하단(bottom)", "상부(upper)", "하부(lower)", "수직(vertical)", "수평(horizontal)", "횡방향(lateral)", "종방향(transverse)", "방사상(radial)", "내부(inner)", "외부(outer)", "왼쪽(left)", 및 "오른쪽(right)"와 같은 용어들은, 특징부들 및 컴포넌트들의 상대적인 배치 및 배향을, 본원에 제공된 사시도, 분해 사시도 및 단면도에서 나타나는 다른 특징부들 및 컴포넌트들의 기하학적 구조 및 배향에 대해 각각 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있다. 상기 용어는 제한적인 것으로 의도되지 않고, 구체적으로 언급된 단어들, 그의 파생어들, 및 유사한 의미의 단어들을 포함한다.
도 1a 내지 도 1f는 분할 몸체 퓨즈 어셈블리(100)(이하, "퓨즈 어셈블리(100)")의 대표적인 도면들이고, 도 2는 예시적인 실시예들에 따라 퓨즈 어셈블리(100)를 제조하기 위한 공정 단계(200)들 도시한다. 분할 몸체 퓨즈는, 하우징이 베이스 부분 및 커버 부분으로 구성된 퓨즈이다. 도 1a 내지 도 1f는 제조의 다양한 스테이지들에서의 퓨즈 어셈블리(100)를 도시하는 한편, 도 2의 흐름도는 코어리스 권취 와이어 공정 단계(200)들을 상세히 설명한다. 제조 단계들은, 퓨즈 어셈블리(100)에 대한 높은 I2T 값 및 높은 차단 용량을 모두 만족시키는 강건한(robust) 가융성 요소의 생성과 관련된다.
코어리스 권취 와이어는 자체적으로 권취된 와이어이고 코어 주위에 배치되지 않는다. 예시적인 실시예들에서, 퓨즈 어셈블리(100) 및 퓨즈 어셈블리를 만들기 위한 공정 단계(200)들은 임시 코어를 이용하는데, 어느 하나는 에칭되어 퓨즈 어셈블리의 일부로 남지 않을 것이다. 비제한적인 실시예들에서, 아래에 기술된 제조 단계들로부터 기인한 가융성 요소는 은도금된 구리-니켈 합금이다. 다른 실시예들에서, 가융성 요소는 은도금된 CuNi44이다. CuNi44 합금은 높은 전기 저항성, 높은 연성(ductility), 및 우수한 내식성을 특징으로 하며, 400°C까지의 온도에서 사용하기에 적합하다. 그럼에도 불구하고, 퓨즈 어셈블리(100) 뿐만 아니라 퓨즈 어셈블리를 만들기 위한 공정 단계(200)들의 원리들은 다른 재료들로부터 만들어진 가융성 요소들을 이용할 수 있다.
도 1a에서, 퓨즈 어셈블리(100)는 한 쌍의 리드(104a, 104b)들(집합적으로, "리드(104)들")을 갖는 퓨즈 베이스(102)를 특징으로 한다. 리드(104)들은 퓨즈 베이스(102)의 반대되는 단부들 상에 배치된다. 도면들에 도시되지 않은 별도의 제조 단계에서, 와이어는 에나멜로 코팅되어 에나멜로 코팅된 와이어가 된다. 예시적인 실시예들에서, 와이어는 퓨즈 어셈블리(100)의 가융성 요소, 즉 과전류 이벤트 중에 차단(break)되는 퓨즈 어셈블리의 일부이다. 에나멜로 코팅되면, 와이어는 코어 주위로 래핑되고 이에 따라 권취된 와이어가 된다.
도 1b는 코어(106) 주위에 래핑된 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)를 도시한다. 예시적인 실시예들에서, 코어(106)는, 도시된 바와 같이, 리드(104)들 상의 어느 한 단부에 배치되기에 충분히 길고, 어느 하나의 단부는 리드(104a) 상에 안착되고, 다른 하나의 반대되는 단부는 리드(104b) 상에 안착된다. 예시적인 실시예들에서, 코어(106)는, 코어의 구리 재료가 에칭되어 그 최종 형태에서 퓨즈 어셈블리(100)의 일부가 되지 않을 것이기 때문에, 형태가 희생 구리로 알려진, 구리 또는 구리 합금으로 만들어진다. 코어(106)는 와이어가 나선형 형태로 권취될 수 있게 한다. 예시적인 실시예들에서, 코어(106)는 에나멜로 코팅된 와이어(108)가 리드(104)들에 쉽게 솔더링될 수 있게 한다. 또한, 예시적인 실시예들에서, 에나멜 코팅은 에나멜로 코팅된 와이어(108)를 리드(104)들에 솔더링하는 것을 방지하지 않는다. 종래 기술의 퓨즈 어셈블리들에서, 방사 코어는 와이어를 권취하는데 사용되고, 이는 리드들에 대해 불량한 솔더링 조인트 부착을 위태롭게 한다.
도 1c를 참조하면, 선택적으로 개구(112a)를 갖는 조인트(110a)는 퓨즈 베이스(102)의 리드(104a)에 부착된다; 유사하게, 선택적으로 개구(112b)를 갖는 조인트(110b)는 퓨즈 베이스의 리드(104b)에 부가된다(집합적으로, "조인트(110)들" 및 "개구(112)들"). 예시적인 실시예들에서, 개구(112)들은 각각의 조인트(110)의 중심에 있는 원형 애퍼쳐들이고, 그 직경은 코어(106)의 대략적인 직경이다. 이는 코어(106)가 조인트(110)들의 개구(112)들을 통해 각각의 단부에 끼워(fit)지게 한다. 조인트(110)들이 개구(112)들을 포함하지 않는 경우, 코어(106)의 단부들은 각각의 조인트들에 인접하게 배치될 것이다. 그런 다음 조인트(110)들은 퓨즈 베이스(102)의 각각의 리드(104)들에 부착되고, 코어(106)는 개구(112)들을 통해 배치된다. 일부 실시예들에서, 조인트(110)들은 리드(104)들에 솔더링된다. 다른 실시예들에서, 조인트(110)들은 리드(104)들에 용접된다.
이 스테이지에서, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)는 각각의 단부에서 리드(104)들에 솔더링되고, 조인트(110)들은 용접, 솔더링, 또는 일부 다른 수단에 의해 각각의 리드들에 부착된다. 도 1d에서, 코어(106)는 에칭되고, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)는 조인트(110)들 사이에서 제 위치에 남겨지고, 여전히 반대되는 단부들에서 리드(104)들에 부착된다. 예시적인 실시예들에서, 에칭제는 퓨즈 어셈블리(100)로부터 코어(106)를 제거하기 위해 사용된다. 일부 실시예들에서, 에칭제는 코어(106)를 용해하는 화학물질(chemical)이지만, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)의 에나멜 코팅에 영향을 미치지 않는 화학물질이다. 일 실시예에서, 에칭제는 암모니아 에칭제 또는 암모니아계 에칭제이다. 예시적인 실시예들에서, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)의 에나멜 코팅은 암모니아 에칭제로부터 기저의(underlying) 은도금된 구리-니켈 합금 재료를 보호한다. 따라서, 코어(106)의 에칭제 제거 중에, 예시적인 실시예들에서, 에나멜로 코팅된 와이어(108)에 대한 어떠한 손상도 발생하지 않는다.
도 1e를 참조하면, 예시적인 실시예들에서, 에나멜 코팅은 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)로부터 스트리핑 되고, 조인트(110)들 사이에서 제 위치에 스트리핑된 권취 와이어(116)를 남기고 여전히 리드(104)들에 부착된다. 예시적인 실시예들에서, 기저의 은도금된 구리-니켈 합금으로부터 에나멜을 스트리핑하는 것이 수행된다. 예시적인 실시예들에서, 에나멜 코팅은, 가융성 요소로서 사용되는 기저 재료에 영향을 미치지 않을 화학물질을 사용하여 제거된다. 일 실시예에서, 에나멜 코팅은 잉크 스트리퍼를 사용하여 제거된다. 코어(106)를 제거했던 암모니아 에칭제 뿐만 아니라 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)로부터 에나멜 코팅을 제거했던 잉크 스트리퍼도 스트리핑된 권취 와이어(116) 및 리드(104)들 및 조인트(110)들 사이의 연결에 부정적으로 영향을 미치지 않는다. 스트리핑된 권취 와이어(116)는 퓨즈 어셈블리(100)의 가융성 요소, 즉 과전류 이벤트의 발생 시 차단되는 퓨즈 어셈블리의 부분이다.
에나멜이 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)로부터 제거되고, 스트리핑된 권취 와이어(116)가 퓨즈 어셈블리(100)에서 제 위치에 남으면, 부착 커버(118)는 도 1f에 도시된 바와 같이 퓨즈 베이스(102)에 부가된다. 일부 실시예들에서, 커버(118)는 접착제를 사용하여 부착된다. 다른 실시예들에서, 커버(118)는 퓨즈 베이스(102)에 로킹된다. 또 다른 실시예들에서, 커버(118)는, 예를 들어, 열 스테이킹(staking) 동작에 의해 또는 볼트들, 나사들, 또는 다른 하드웨어를 사용함에 의함과 같이, 퓨즈 베이스(102)에 스테이킹 된다. 또 다른 비제한적인 예시들에서, 커버(118)는 초음파 용접을 사용하여 퓨즈 베이스(102)에 부착될 수 있다. 따라서, 분할 몸체 퓨즈 어셈블리(100)의 제조가 완료된다.
베이스(102) 및 커버(118)는 공동을 형성하고, 공동 내부에서 스트리핑된 권취 와이어(116)인 가융성 요소가 안착된다. 따라서, 베이스(102) 및 커버(118)는 퓨즈 어셈블리(100)의 하우징으로 고려될 수 있다.
스트리핑된 권취 와이어(116)는 상대적으로 작은 직경을 가질 수 있거나, 더 큰 직경을 갖는 더 두꺼운 와이어일 수 있다. 종래 기술에서, 가융성 요소는, 그 권취 와이어 형태를 만들기 위해 방사 코어로 권취되고, 가융성 요소로부터 방사로의 상당한 열 손실이 있다. 이는 권취 와이어의 용융점에 도달하는 것을 더 어렵게 하고 그 퓨즈 정격에 대해 낮은 과전류 레벨들을 차단하기 위해 개방하게 한다. 더 큰 직경의 와이어들은 그 용융점들에 도달하기 위해 상대적으로 더 많은 에너지를 필요로 하기 때문에, 방사 코어가 있는 권취 와이어는 동일한 낮은 과전류를 차단하기 위해 더 작은 와이어 직경을 또한 요구한다.
이와 대조적으로, 코어리스 권취 와이어 형태에서는, 가융성 요소로부터 최소한의 열 손실이 있고, 이는 가융성 요소가 그 용융점을 쉽게 도달하게 하고 낮은 과전류 레벨들을 차단하게 한다. 낮은 과전류 레벨들 하의 거동에서 이러한 차이를 고려하면, 일부 실시예들에서, 코어리스 권취 와이어 형태는, 심지어 더 큰 와이어 직경으로, 낮은 과전류 레벨들을 차단할 수 있다. 결과적으로, 더 큰 와이어 크기들이 더 작은 와이어 크기들보다 더 높은 I2t 용량을 일반적으로 갖기 때문에, 더 큰 와이어 직경을 갖는 가융성 요소를 사용하는 퓨즈 어셈블리(100)는 방사 코어를 갖는 퓨즈 어셈블리보다 더 높은 I2t 용량을 가질 것이다.
추가적으로, 코어리스 권취 와이어 형태들은 그 방사 코어 대응물들보다 낮은 과전류 경우 중에 적은 열 손실을 갖기 때문에, 코어리스 권취 와이어 형태는 그 용융점에 도달하기 위해 저항성 가열을 위한 낮은 저항만을 필요로 한다. 이는, 동일한 퓨즈 정격에 대한 권취 와이어의 인치당 낮은 회전수(TPI)들 때문에, 코어리스 권취 와이어 형태가 더 짧은 유효 길이를 요구하고 이에 따라 더 적은 금속 체적을 요구할 것임을 의미한다. 퓨즈의 금속 체적이 적을수록, 퓨즈는 높은 단락 회로 과전류를 안전하게 더 잘 차단할 수 있다. 이러한 방식으로, 퓨즈 어셈블리(100)의 코어리스 권취 와이어 형태는, 일부 실시예들에서, 그 방사 코어 대응물들보다 더 높은 차단 용량을 달성할 수 있다.
도 2는, 예시적인 실시예들에 따라, 도 1a 내지 도 1f의 분할 몸체 퓨즈 어셈블리(100)를 제조하기 위한 단계들을 도시하는 흐름도이다. 흐름도에 도시된 바와 같이, 처음 두 단계들은 별도로(병렬로) 수행될 수 있다. 한 동작에서, 리드(104)들은 퓨즈 베이스(102)에 부착된다(블록 202, 도 1a). 별도로, 가융성 요소로 선택된 와이어는 에나멜로 코팅되고(블록 204), 이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 희생 코어(106) 주위에 권취되고(블록 206), 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)를 생산한다.
그런 다음, 퓨즈 어셈블리(100)의 별도로 구성된 요소들은 함께 다음 단계에 이른다. 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)은 퓨즈 베이스(102)의 양 단부들에서 리드(104)들에 솔더링 된다(블록 208, 도 1b). 조인트(110)들은 용접 또는 솔더링에 의해 퓨즈 베이스(102)의 리드(104)들에 부착되고(블록 210, 도 1c), 코어(106)는 (존재하는 경우) 조인트들의 선택적인 개구(112)들을 통해 또는 조인트들에 인접하게 배치된다. 그런 다음, 코어(106)는 암모니아 에칭제를 사용하여 에칭된다. 에칭의 효과는 코어(106)를 용해시키고, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)를 2개의 리드(104)들과 조인트(110)들 사이에서 제 위치에 남긴다(블록 212, 도 1d). 다음으로, 에나멜은 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)로부터 스트리핑되고, 스트리핑된 권취 와이어(116)를 은도금된 구리-니켈 합금으로 만들어지게 한다(블록 214, 도 1e). 스트리핑된 권취 와이어(116)는 퓨즈 어셈블리(100)의 가융성 요소가 된다. 마지막으로, 커버(118)는 퓨즈 베이스(102)에 부착되고(블록 216, 도 1f), 퓨즈 어셈블리(100)의 제조 단계들을 완료한다.
상기 퓨즈 어셈블리(100)가 분할 몸체 유형이지만, 본원에 도시되고 설명된 원리들은 상이한 퓨즈 어셈블리들에 사용될 수 있다. 에나멜로 코팅된 권취 와이어(108)로 권취된 코어(106)는 리드(104)들 상에 장착되었지만, 상기 원리들은 많은 다른 퓨즈 어셈블리들에 적용될 수 있다. 두 번째 예시로서, FR4 유형의 퓨즈 어셈블리는 하기에 도시되고 설명된다. FR4는, 인쇄된 회로 기판들에 사용하는 것으로 가장 잘 알려진 재료인 난연제 4(Flame Retardant 4)의 줄임말이다. FR4는 퓨즈 어셈블리들에도 사용될 수 있다. WIA(Wire-in-air)는 일부 퓨즈 어셈블리들 제조에 사용되는 기술이다.
도 3a 내지 도 3e는 FR4 WIA 퓨즈 어셈블리(300)(이하, "퓨즈 어셈블리(300)")의 대표적인 도면들이고, 도 4는 예시적인 실시예들에 따라 퓨즈 어셈블리(300)를 제조하기 위한 공정 단계(400)들을 도시한다. 도 3e는 퓨즈 어셈블리(300)의 분해도를 도시하고, 도 3b 내지 도 3e는 다양한 제조 스테이지들의 퓨즈 어셈블리(300)를 도시하고, 도 4의 흐름도는 코어리스 권취 와이어 공정 단계(400)들을 상세히 설명한다. 제조 단계들은, 퓨즈 어셈블리(300)에 대한 높은 I2T 값 및 높은 차단 용량을 모두 만족시키는 강건한 가융성 요소의 생성과 관련된다. 예시적인 실시예들에서, 가융성 요소는 은도금된 CuNi44와 같은 은도금된 구리-니켈 합금이다.
도 3a의 분해도는 퓨즈 어셈블리(300)의 컴포넌트들을 도시한다. 상단 커버(302)는, 상단 하우징(306) 위에(over) 배치되는 상단 에폭시 층(304) 위에 배치된다. 유사하게, 하단 하우징(314)은, 하단 커버(318) 위에 배치되는 하단 에폭시 층(316) 위에 배치된다. 중간에서, 권취 와이어(310)는 2개의 층들인 상단 중간 에폭시 층(308) 및 하단 중간 에폭시 층(312) 사이에서 샌드위치된다. 권취 와이어(310)는 퓨즈 어셈블리(300)의 가융성 요소이다. 그런 다음, 샌드위치된 중간 부분(308, 310, 312)들은 상단 하우징(306)과 하단 하우징(314) 사이에 배치된다. 예시적인 실시예들에서, 상단 커버(302), 상단 하우징(306), 하단 하우징(314) 및 하단 커버(320)는 인쇄 회로 기판들에 사용되는 것과 같이 FR4 재료로 만들어진다.
상단 커버(302) 및 하단 커버(318)를 제외하고, 중간층들은 권취 와이어 와이어(310)가 내부에 배치되는 공동을 형성하는 개구를 특징으로 한다. 약간의 두께를 갖고 따라서 공동에 약간의 체적을 생성하는, 적어도 상단 하우징(306) 및 하단 하우징(314)은 퓨즈 어셈블리(300)의 하우징의 일부로 고려될 수 있다. 상단 커버(302) 및 하단 커버(318)는 또한 퓨즈 어셈블리의 하우징의 일부이다. 도 3a의 분해 사시도는 도 3b 내지 도 3e의 오버헤드 뷰 도면들을 이해하는 데 도움이 된다.
도면들에는 도시되지 않은 별도의 제조 단계에서, 와이어는 에나멜로 코팅되어 에나멜로 코팅된 와이어로 된다. 예시적인 실시예들에서, 와이어는 퓨즈 어셈블리(300)의 가융성 요소, 즉 과전류 이벤트 중에 차단되는 퓨즈 어셈블리의 일부이다. 에나멜로 코팅되면, 와이어는 코어 주위로 래핑되고 따라서 와이어는 권취된다. 따라서, 희생 코어를 사용하는 2개의 동기(motivation)들로서: 1) 코어리스 가융성 요소인 권취 와이어를 형성하는 동기: 그리고 2) 화학적 침투 경향이 있는 방사 코어를 사용하는 종래 기술 접근법과는 대조적으로 도금 공정 중에 화학적 침투(seep)를 회피하기 위해 희생 코어 잔재(remnant)들이 단자들을 밀봉하는 동기가 있다.
도 3b의 오버헤드 뷰에서, 상단 중간 에폭시 층(308)이 도시되고, 하단 중간 에폭시 층(312)은 상단 중간 에폭시 층 "뒤에(behind)" 있는 것으로 나타난다. 2개의 에폭시 층(308, 312)들 사이에서, 그리고 애퍼쳐(328)에서 가시적인, 에나멜로 코팅된 와이어(330)는 코어(322) 주위에 권취된다(이하, "에나멜로 코팅된 권취 와이어(330)" 또는 "권취 와이어(330)"). 예시적인 실시예들에서, 권취 와이어(330) 및 코어(322) 조합은 상단 중간 에폭시 층(308)과 하단 중간 에폭시 층(312) 사이에서 프레스된다. 예시적인 실시예들에서, 코어의 구리 재료가 에칭되어 그 최종 형태에서 퓨즈 어셈블리(300)의 일부가 되지 않을 것이기 때문에, 코어(322)는, 형태가 희생 구리로 알려진, 구리 또는 구리 합금으로 만들어진다. 코어(322)는 와이어가 나선형 형태로 권취될 수 있게 한다.
상단 중간 에폭시 층(308) 및 하단 중간 에폭시 층(312)은 일 단부에서 제 1 단자 개구(324) 및 반대되는 단부에서 제 2 단자 개구(326)를 각각 잘라냈다(carve out). 예시적인 실시예들에서, 권취 와이어(330) 및 코어(322)는 제 1 단자 개구(324) 및 제 2 단자 개구(326) 모두에서 가시적이다. 다시 말하면, 권취 와이어(330) 및 코어(322) 조합은 애퍼쳐(328)의 길이를 넘어(beyond) 그리고 제 1 단자 개구(324) 및 제 2 단자 개구(326) 안으로 연장한다. 예시적인 실시예들에서, 권취 와이어(330) 및 코어(322) 조합의 길이는 상단 중간 에폭시 층(308) 및 하단 중간 에폭시 층(312)의 길이와 대략적으로 동일하다.
도 3c를 참조하면, 코어(322)는 에칭되고, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330)를 제 1 단자 개구(324)와 제 2 단자 개구(326) 사이에서 제 위치에 남긴다. 예시적인 실시예들에서, 에칭제는 퓨즈 어셈블리(300)로부터 코어(322)를 제거하기 위해 사용된다. 일부 실시예들에서, 에칭제는, 코어(322)를 용해하는 화학물질이지만, 에나멜로 코팅된 와이어(330)의 에나멜 코팅에 영향을 미치지 않는 화학물질이다. 일 실시예에서, 에칭제는 암모니아 에칭제이다. 예시적인 실시예들에서, 에나멜로 코팅된 와이어(330)의 에나멜 코팅은 암모니아 에칭제로부터 기저의 은도금된 구리-니켈 합금 재료를 보호한다. 따라서, 코어(322)의 에칭제 제거 중에, 예시적인 실시예들에서, 에나멜로 코팅된 와이어(330)에 대한 어떠한 손상도 발생하지 않는다. 에칭 공정 후에, 제 1 단자 개구(324)와 애퍼쳐(328) 사이에 뿐만 아니라 제 2 단자 개구(326)와 애퍼쳐(328) 사이에 희생 코어 잔재들이 있을 것이다.
도 3d를 참조하면, 예시적인 실시예들에서, 에나멜 코팅은 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330)으로부터 스트리핑되고, 스트리핑된 권취 와이어(310)를 제 1 단자 개구(324)와 제 2 단자 개구(326) 사이에서 제 위치에 남긴다. 예시적인 실시예들에서, 기저의 은도금된 구리-니켈 합금으로부터 에나멜을 스트리핑하는 것이 수행된다. 예시적인 실시예들에서, 에나멜 코팅은, 가융성 요소로서 사용되는 기저의 재료에 영향을 미치지 않을 화학물질을 사용하여 제거된다. 일 실시예에서, 에나멜 코팅은 잉크 스트리퍼를 사용하여 제거된다. 코어(322)를 제거했던 암모니아 에칭제 뿐만 아니라 권취 와이어(330)로부터 에나멜 코팅을 제거했던 잉크 스트리퍼도 스트리핑된 권취 와이어(310)에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 스트리핑된 권취 와이어(310)는 퓨즈 어셈블리(300)의 가융성 요소, 즉 과전류 이벤트의 발생 시 차단되는 퓨즈 어셈블리의 부분이다.
일단 에나멜이 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330)로부터 제거되고, 스트리핑된 권취 와이어(310)를 퓨즈 어셈블리(300)에서 제 위치에 남기면, 퓨즈 어셈블리의 다른 요소들은 도 3a에 도시된 바와 같이 부착되고, 도 3e에서 상단 커버(302)가 가시적이고 하단 커버(318)가 나타난다. 비제한적인 실시예에서, 퓨즈 어셈블리(300)의 컴포넌트들은 접착제를 사용하여 함께 부착된다. 따라서 FR4 WIA 퓨즈 어셈블리(300)의 제조가 완료된다.
도 4는, 예시적인 실시예들에 따라, 도 3a 내지 도 3e의 FR4 WIA 퓨즈 어셈블리(300)를 제조하기 위한 공정 단계(400)들을 도시하는 흐름도이다. 먼저, 은도금된 구리-니켈 합금과 같은 우선적인 재료(preferential material)의 와이어는 에나멜로 코팅되고(블록 402), 이어서 희생 코어(322) 주위에 권취된다(블록 404). 그런 다음, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330) 및 코어(322) 조합은 퓨즈 어셈블리(300)의 하우징에 부가된다. 예시적인 실시예들에서, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330) 및 코어(322) 조합은 상단 중간 에폭시 층(308)과 하단 중간 에폭시 층(312) 사이에서 프레스되고, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330) 및 코어(322)는 제 1 단자 개구(324) 및 제 2 단자 개구(326)로 연장한다. 그런 다음, 코어(322)는 암모니아 에칭제을 사용하여 에칭되고, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330)는 제 1 단자 개구(324)와 제 2 단자 개구(326) 사이에서 애퍼쳐(328)에서 제 위치에 남는다(블록 408, 도 3c). 다음으로, 에나멜은, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(330)로부터 스트리핑 되고, 스트리핑된 권취 와이어(310)를 은도금된 구리-니켈 합금으로 만들어지게 한다(블록 410, 도 3d). 스트리핑된 권취 와이어(310)는 퓨즈 어셈블리(300)의 가융성 요소가 된다. 그런 다음, 상단 하우징(306)은 상단 중간 에폭시 층(308)에 부착되고, 상단 에폭시 층(304)은 상단 하우징(306)에 부착되고, 상단 커버(302)는 상단 에폭시 층(304)에 부착된다(블록 412). 유사하게, 하단 하우징(314)은 하단 중간 에폭시 층(316)에 부착되고, 하단 에폭시 층(316)은 하단 하우징(314)에 부착되고, 하단 커버(320)는 하단 에폭시 층(316)에 부착되고(블록 414), 퓨즈 어셈블리(100)의 제조 단계들을 완료한다(도 3e).
도 5a 내지 도 5c는, 예시적인 실시예들에 따라, 퓨즈 어셈블리들(100, 300)에 사용된 것과 유사한 권취 와이어의 확대도들이다. 도 5a에서, 코어(504) 주위에 권취된, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(502)가 도시된다. 도 5b에서, 코어(504)는 에칭되고, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(502)를 남긴다. 도 5c에서, 에나멜로 코팅된 권취 와이어(502)의 에나멜 코팅은 스트리핑 되고, 스트리핑된 권취 와이어(506)를 남긴다. 예시적인 실시예들에서, 에칭 동작 및 스트리핑 동작에도 불구하고, 스트리핑된 권취 와이어(506)는 퓨즈 어셈블리의 가융성 요소로서 사용하기에 양호한(good) 조건에 있다.
경험적 연구들에 의하면, 가융성 요소를 구성하는 와이어가 에나멜로 코팅되지 않으면, 코어를 제거하기 위해 사용되는 에칭 동작들은 가융성 요소의 표면에 마모(abrasion)를 야기할 것이다. CuNi44와 같은 은도금된 구리 니켈 합금을 권취 와이어로서 사용하는 실험들은 권취 와이어의 표면에 손상을 도시한다. 가융성 요소 표면의 마모는, 퓨즈 어셈블리의 일부로서 가융성 요소를 덜 바람직하게 만든다. 퓨즈 어셈블리(100, 300)들 뿐만 아니라 각각의 공정 단계(200, 400)들은 이러한 실험적 결과들을 다루는 유익한 대안을 제공한다.
여기서 사용된 바와 같이, 단수로 인용되고 단어 "a" 또는 "an"으로 진행되는 요소 또는 단계는, 그러한 배제가 명시적으로 인용되지 않는 한, 복수의 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로, 본 개시의 "일 실시예"에 대한 언급은 인용된 특징들을 또한 포함하는 추가 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다.
본 개시는 특정 실시예들을 참조하지만, 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같이, 본 개시의 영역 및 범위를 벗어나지 않고, 설명된 실시예들에 대한 많은 수정들, 대안들, 및 변경들이 가능하다. 따라서, 본 개시는 설명된 실시예들에 제한되지 않고, 다음의 청구범위의 언어 및 그 등가물들에 의해 규정된 전체 범위를 갖는다.

Claims (20)

  1. 와이어를 에나멜로 코팅하는 단계로서, 상기 와이어는 퓨즈 어셈블리의 가융성 요소로 사용되는, 코팅하는 단계;
    상기 와이어를 코어 주위에 래핑하고, 그 결과 에나멜로 코팅된 권취 와이어가 되는 단계;
    상기 코어에 에칭제를 부가하여 상기 코어를 용해시키는 단계; 및
    상기 에나멜로 코팅된 권취 와이어로부터 상기 에나멜을 스트리핑하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에나멜로 코팅된 권취 와이어를 퓨즈 베이스의 제 1 리드 및 제 2 리드에 솔더링하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 퓨즈 베이스의 제 1 단부에 상기 제 1 리드를 부착하는 단계; 및
    상기 제 2 리드를 상기 퓨즈 베이스의 제 2 단부에 부착하는 단계로서, 상기 제 1 단부는 상기 제 2 리드로부터 상기 퓨즈 베이스의 반대되는 측부 상에 있는, 상기 제 2 리드를 상기 퓨즈 베이스의 제 2 단부에 부착하는 단계를 더 포함하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 퓨즈 베이스의 상기 제 1 리드에 제 1 조인트를 부착하는 단계로서, 상기 제 1 조인트는 제 1 개구를 갖는, 상기 퓨즈 베이스의 상기 제 1 리드에 제 1 조인트를 부착하는 단계; 및
    상기 퓨즈 베이스의 상기 제 2 리드에 제 2 조인트를 부착하는 단계로서, 상기 제 2 조인트는 제 2 개구를 갖는, 상기 퓨즈 베이스의 상기 제 2 리드에 제 2 조인트를 부착하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코어는 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구를 통해 배치되는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 조인트는 솔더링을 사용하여 상기 제 1 리드에 부착되고, 상기 제 2 조인트는 솔더링을 사용하여 상기 제 2 리드에 부착되는 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 조인트는 용접에 의해 상기 제 1 리드에 부착되고, 상기 제 2 조인트는 용접에 의해 상기 제 2 리드에 부착되는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어를 용해시키기 위해 사용되는 상기 에칭제는 상기 에나멜에 영향을 미치지 않는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 에칭제는 암모니아계인 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트리핑 동작은 상기 와이어에 영향을 미치지 않는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스트리핑 동작은 잉크 스트리퍼를 사용하여 수행되는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어는 은도금된 구리 니켈 합금인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 와이어는 은도금된 CuNi44인 방법.
  14. 퓨즈 어셈블리에 있어서,
    공동을 갖는 하우징으로서, 가융성 요소는 상기 공동 내부에 배치되는, 상기 하우징; 및
    상기 가융성 요소로서 동작하는 권취 와이어로서, 상기 가융성 요소는,
    와이어를 에나멜로 코팅하는 단계;
    와이어를 코어 주위에 래핑하고, 그 결과 에나멜로 코팅된 권취 와이어가 되는 단계;
    상기 에나멜로 코팅된 권취 와이어를 상기 하우징에 부착하는 단계;
    상기 코어가 용해될 때까지 상기 코어를 에칭하는 단계; 및
    상기 에나멜로 코팅된 권취 와이어로부터 상기 에나멜을 스트리핑하는 단계에 의해 형성된, 상기 권취 와이어를 포함하는 퓨즈 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 에칭 동작은 상기 에나멜에 영향을 미치지 않는 퓨즈 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 에칭 동작은 암모니아 에칭제를 사용하여 수행되는 퓨즈 어셈블리.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 스트리핑 동작은 상기 와이어에 영향을 미치지 않는 퓨즈 어셈블리.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 스트리핑 동작은 잉크 스트리퍼를 사용하여 수행되는 퓨즈 어셈블리.
  19. 제 14 항에 있어서,
    제 1 리드 및 제 2 리드를 더 포함하고, 상기 에나멜로 코팅된 권취 와이어는 제 1 단부에서 상기 제 1 리드에 부착되고, 상기 에나멜로 코팅된 권취 와이어는 제 2 단부에서 상기 제 2 리드에 부착되는 퓨즈 어셈블리.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 1 개구를 갖는 제 1 조인트 및 제 2 개구를 갖는 제 2 조인트를 더 포함하고, 상기 코어는 상기 제 1 개구 및 상기 제 2 개구를 통해 배치되는 퓨즈 어셈블리.
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