TW201742095A - 保護元件 - Google Patents

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TW201742095A TW106129278A TW106129278A TW201742095A TW 201742095 A TW201742095 A TW 201742095A TW 106129278 A TW106129278 A TW 106129278A TW 106129278 A TW106129278 A TW 106129278A TW 201742095 A TW201742095 A TW 201742095A
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Pao Hsuan Chen
Sha Li Chen
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Pao Hsuan Chen
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Abstract

本發明提出一種保護元件，保護元件包括：絕緣外殼體；多個端電極，包含第一端電極與第二端電極，該些端電極貫穿該絕緣外殼體且由該絕緣外殼體支撐；導體，該導體的兩端分別經由連接材料電氣連接該第一端電極與該第二端電極，以在第一端電極與第二端電極之間形成第一雙向的電流路徑；以及阻斷元件，配置在該導體與該絕緣外殼體之間。

Description

保護元件
本發明是有關於一種保護元件，且特別是有關於一種具備過電流、過電壓或過溫度保護功能。
先前的保護元件，其端電極大都配置於基板上，且將可熔導體配置在端電極上，未來應用於馬達相關的瞬間工作電流都相當的高，甚至高於80A，設置於基板上的端電極與基板都無法承受如此大異常電流的流通，甚至，端電極與基板都會因可熔導體於熔斷的瞬間，所產生的高熱以及高壓而被熔融或斷裂。另，可熔導體若要能承受100A以上的工作電流或額定電流，其截面積(厚度與寬度)都必須加大，該可熔導體熔斷後分開成兩部分的距離，也必須有足夠的空間，確保斷開後可熔導體的絕緣電阻在安全範圍內。
先前技術的保護元件，大都藉由可熔導體的熔斷，來斷開保護元件第一電極與第二電極之間的電流路徑，但因保護元件的工作電流或額定電流不斷地提升，進而促使可熔導體的體積也不斷地增大，最後終會造成可熔導體的熔斷時間無法滿足市 場的需求或各國的安規的要求。
為了解決上述的問題，本發明不使用熔斷可熔導體的方式，來斷開保護元件第一電極與第二電極之間的電流路徑，而是藉由阻斷元件來加速斷開保護元件第一電極與第二電極之間的電流路徑，並確保第一電極與第二電極之間的電流路徑斷開後，保護元件的絕緣電阻在安全範圍內。
本發明提出一種保護元件。保護元件包括：絕緣外殼體；多個端電極，包含第一端電極與第二端電極，該些端電極貫穿該絕緣外殼體且由該絕緣外殼體支撐；導體，該導體的兩端分別經由連接材料電氣連接該第一端電極與該第二端電極，以在該第一端電極與該第二端電極之間形成第一雙向的電流路徑；以及阻斷元件，配置在該導體與該絕緣外殼體之間。阻斷元件包含熱膨脹元件與彈性元件二者中的任一者。
888、888a、888b、888c、888d、888e‧‧‧保護元件
7‧‧‧熱產生組件
7a、7b‧‧‧發熱體電極
7c‧‧‧發熱體
8‧‧‧導體
8x‧‧‧導體凸部
9(1)、9(2)、9(3)‧‧‧連接材料
10‧‧‧絕緣基板
10b‧‧‧絕緣基板的上表面
10a‧‧‧絕緣基板的下表面
11、21、31‧‧‧端電極
41‧‧‧集熱電極
11a、21a‧‧‧端電極上表面
11b、21b‧‧‧端電極下表面
16‧‧‧阻斷元件或熱膨脹元件或彈性元件
17‧‧‧磁性元件
19‧‧‧絕緣外殼體
19x‧‧‧絕緣外殼體凸部
19a‧‧‧絕緣外殼體蓋體
19b‧‧‧絕緣外殼體基體
19c‧‧‧絕緣外殼體側體
19i‧‧‧絕緣外殼體內表面
19o‧‧‧絕緣外殼體外表面
Ic、Id‧‧‧輸出入電流或第一雙向電流路徑
圖1為本發明之一種保護元件888的剖面示意圖。
圖1A為本發明之一種保護元件888的剖面示意圖。
圖1B為本發明之一種保護元件888的剖面示意圖。
圖1C為本發明之一種保護元件888的剖面示意圖。
圖1D為本發明之一種保護元件888的剖面示意圖。
圖1E為本發明之一種保護元件888的等效電路圖。
圖1F為熱膨脹元件相關參數的關係圖。
圖1G為保護元件888動作後的剖面示意圖。
圖1H為保護元件888動作後的剖面示意圖。
圖1I為保護元件888動作後的剖面示意圖。
圖1J為本發明之一種保護元件888a的剖面示意圖。
圖1K為保護元件888a動作後的剖面示意圖。
圖1L為保護元件888b動作後的剖面示意圖。
圖2為本發明之一種保護元件888c的剖面示意圖。
圖2A為本發明之一種保護元件888c的剖面示意圖。
圖2B為保護元件888c動作後的剖面示意圖。
圖2C為本發明之一種保護元件888c的等效電路圖。
圖3為本發明之一種保護元件888d的剖面示意圖。
圖3A為保護元件888d動作後的剖面示意圖。
圖3B為本發明之一種保護元件888e的剖面示意圖。
圖3C為本發明之一種保護元件888e的剖面示意圖。
圖3D為本發明之一種保護元件888e的剖面示意圖。
圖3E為本發明之一種保護元件888ed/888e的等效電路圖。
圖4為本發明之導體8的剖面示意圖。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵和技術內容，請參閱以下相關的實施形態的保護元件，並配合所附圖式作詳細說明如下。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號 的元件/構件代表相同或類似部分。此外，圖示是以示意方式繪示，會有各尺寸的比率與實際不同的情形，應參酌以下的說明自行判斷。實施方式說明如下：
【第一實施例之保護元件888】
圖1、圖1A、圖1B、圖1C、圖1D以及圖1E繪示為本發明之第一實施例的保護元件888的剖面示意圖。圖1E繪示為保護元件888的等效電路圖。請同時參考圖1、圖1A、圖1B、圖1C、圖1D以及圖1E。本實施例的保護元件888包括：絕緣外殼體19；多個端電極，包含第一端電極11與第二端電極21，貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐；導體8，導體8的兩端分別經由連接材料〔9(1)、9(2)〕電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成第一雙向(Ic、Id)的電流路徑；以及阻斷元件16，配置在導體8與絕緣外殼體19之間。阻斷元件16包含熱膨脹元件、彈性元件二者中的任一者。阻斷元件16的功用為：當連接材料9(1)、9(2)被熔融或液化時，阻斷元件16開始將導體8推離開第一端電極11或第二端電極21或第一端電極11、第二端電極21，因此，斷開第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向電流路徑。
【絕緣外殼體19】
絕緣外殼體19具有保護絕緣外殼體19內的元件或物體的功用，如：導體8、每個端電極的第二端以及熱膨脹元件16。圖1、圖1A中繪示的絕緣外殼體19包含絕緣外殼體蓋體19a與絕緣外殼體基體19b。圖1B中繪示的絕緣外殼體19包含絕緣外殼體蓋體 19a、絕緣外殼體基體19b以及絕緣外殼體側體19c。圖1D中繪示的絕緣外殼體19包含絕緣外殼體蓋體19a、絕緣外殼體基體19b以及絕緣外殼體凸出體19x，凸出體19x的功用是支撐端電極(即第一端電極11、第二端電極21)，或者是，維持或限制熱膨脹元件16的方向。絕緣外殼體19的成分包含聚合物(polymer)與陶瓷材料等其中之一者或兩者的組合。其中，該陶瓷材料包含碳化矽SiC、氧化鋁、氮化鋁、氮化矽SiN、石墨等其中任一者或其中的兩者以上的組合。其中，聚合物包含耐熱性良好的工程塑膠中的任一種或二種以上的組合。本實施例之保護元件888的絕緣外殼體19的主成分為聚合物(polymer)，包含聚苯硫醚(Polyhenylenesulfide)。絕緣外殼體19在成形為圖1的形狀(或其他形狀)時，可以分成絕緣外殼體基體19a與絕緣外殼體基體19b兩部分，分別成型。其中，絕緣外殼體蓋體19a也可以同時使用嵌入成型的製程，將第一端電極11、第二端電極21以及絕緣外殼體蓋體19a一體化成型。絕緣外殼體19可以是任何形狀，本實施例之絕緣外殼體19是一長方體或正方體。
【多個端電極】
上述二個端電極(即第一端電極11、第二端電極21)貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐。每一個端電極(即第一端電極11、第二端電極21)的其中一端(第一端)配置(外露)於絕緣外殼體19外，另一端(第二端)浮設(如：圖1B)於絕緣外殼體19內或延伸至絕緣外殼體19的內表面19i(如：圖1、圖1A)。更進一步來說，圖1B繪示第一端電極11的第二端與第二端電極21的第二端浮設於絕 緣外殼體19內(即每一個電極的第二端的上下表面(即11a、21a、11b、21b)都未接觸絕緣外殼體19的內表面19i)。除此之外，由於該些端電極(即第一端電極11、第二端電極21)並非以印刷製程所製成，而是以業界熟知的其他製程(如：壓合製程)成型，設計者可根據實際應用或設計需求而調整該些端電極的厚度與密度，以降低該些端電極的內阻。本發明所有的端電極的材料包含以金、銀、銅、錫、鐵、鉛、鋁、鎳、鈀、白金等中任一種作為主成份或其部分的組合作為主成分的材料所製成的片狀或長條狀的金屬。另，該些端電極的表面可以鍍上一層或多層較不易氧化或較穩定的金屬材料如：鎳、錫、鉛、鋁、鎳、金等。如此一來，可避免大電流流經第一端電極11與第二端電極21時產生高溫而使第一端電極11與第二端電極21表面氧化。本發明的所有端電極都可採用類似於上述說明的方式來實現。
【導體8以及連接材料9(1)、9(2)】
請參考圖1、圖1A、圖1B、圖1C、圖1D中導體8的兩端分別經由連接材料〔即9(1)、9(2)〕電氣連接該第一端電極11與該第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成第一雙向的電流路徑(Ic、Id)。導體8可以是多層結構，具有不同金屬的導體層。當然，導體8也可是單層結構，只包含單一金屬導體層。導體8的主材料包含以金、銀、銅、鋁、鐵、鈷、鎳、銅合金等具高熔點與高導電性的金屬材料中任一者或其中二者以上組成的合金。導體8適合的熔點溫度是高於620℃，較佳的熔點溫度選擇是介於1000 ℃~2000℃之間。導體8在保護元件888的使用過程或動作過程中，或者是，流經導體8的電流超過保護元件888的額定電流時，導體8不會因本身發熱而發生熔融或熔斷的情形。導體8額定電流的高低(或大小)可調整導體8的截面積或選擇不同導電率的材料而達成。連接材料9(1)、9(2)為具有導電性的連接材料，且其熔點或液化點低於導體8的熔點或液化點，例如，業界作為焊料使用的無鉛焊料(以錫為主成分)或有鉛焊料，其中，連接材料9(1)與連接材料9(2)的熔點或液化點可以是一樣或不一樣。連接材料9(1)、9(2)的熔點可以等於或接近或高於客戶(即保護元件888的使用者)製程中回焊爐的最高溫度(目前大約在260℃)。連接材料的熔點或液化點是可以調整的，熔點溫度可以是介於200℃~580℃，較佳溫度選擇是介於230℃~500℃之間。導體8可以具有凸點8x(請參考圖4)，凸點8x與連接材料9(1)、9(2)可以確保導體8與端電極(即第一端電極11、第二端電極21)之間的電氣連接。連接材料9(1)、9(2)在保護元件888的動作過程中，或者是，流經導體8與連接材料9(1)、9(2)的電流超過保護元件888的額定電流時，連接材料9(1)、9(2)兩者中的至少一者，會被熱熔融或液化(來自導體8本身發熱或連接材料9(1)、9(2)本身發熱)。本發明的所有導體8以及連接材料都適用上述的說明。
【阻斷元件16或熱膨脹元件16或彈性元件16】
請參考圖1、圖1A、圖1B、圖1C、圖1D所繪示，阻斷元件16包含熱膨脹元件16、彈性元件16等二者中的任一者，配置在導體8與絕緣外殼體19之間。阻斷元件16可以包含一個或一個以上的熱膨 脹元件16或彈性元件16。例如：圖1C中繪示具有二個熱膨脹元件16或彈性元件16，配置在該導體8與該絕緣外殼體19之間。圖1、圖1A、圖1B、圖1D的都是只有一個熱膨脹元件16或彈性元件16。熱膨脹元件16的功用是：當連接材料9(1)、9(2)被熔融或液化時，熱膨脹元件16開始膨脹並將導體推離開第一端電極11或第二端電極21或第一端電極11、第二端電極21，因此，斷開第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向電流路徑。膨脹後的熱膨脹元件16在熱源消失後，仍能維持膨脹後的形狀，如此，導體8就算會到處移動，但因凸出的熱膨脹元件16使得導體8的二端無法同時接觸到第一端電極11與第二端電極21(請參考圖1G、圖1I)。熱膨脹元件16的材料包含聚合物或任何與溫度相關且會膨脹的材料。本發明中熱膨脹元件16的材料選擇以橡膠為主的橡膠材料。本發明的熱膨脹元件16具有絕緣特性或具有高絕緣電阻。本發明的熱膨脹元件16具有阻燃性。上述二者絕緣性、阻燃性可以在導體8與該些端電極分離時，減少可能產生的高溫或電弧的可能性(尤其，是在高額定電壓、高額定電流的情況)，進而確保絕緣外殼體19的安全性。本發明的熱膨脹元件16的膨脹開始溫度是可以調整。本發明的熱膨脹元件16的膨脹倍率是可以調整的。請參考圖1F，熱膨脹元件16其膨脹開始溫度(℃)、時間(min)以及膨脹率(%)的關係，上述膨脹開始溫度係設計在275℃，較明顯的膨脹開始溫度係設計在350℃，當然，熱源溫度愈高(>350℃)膨脹率(%)也會愈高。圖1F繪示，當熱源溫度低於260℃以下時，膨脹率與時間的關係不大，240℃與260℃的曲線顯示膨脹率都低於5%。 當熱源溫度為275℃時，5分鐘內膨脹率即達到130%。當熱源溫度為350℃時，3分鐘內膨脹率即達到580%。當熱源溫度為600℃時，3分鐘內膨脹率即達到950%。所以較佳的膨脹開始溫度介於275℃~600℃之間。當然，上述三個參數(膨脹開始溫度、時間、膨脹率)都是可以調整的，可依實際的需要而調整材料的配方，修改上述三個參數三者之間的關係。
本發明的阻斷元件16的另一選擇是彈性元件16，具有絕緣特性或具有高絕緣電阻。例如：彈性元件16具有多層結構，內層為具彈性的金屬材料，外層為具有絕緣或高絕緣電阻的聚合物。當然，本發明的彈性元件16也可以是單層結構，其主材料包含具彈性、高絕緣電阻的聚合物。彈性元件16的功用是：當連接材料9(1)、9(2)被固化(即固體狀態)時，彈性元件16被導體壓縮在導體8與絕緣外殼體19之間。當連接材料9(1)、9(2)被熔融或液化時，連接材料9(1)、9(2)無法將彈性元件16被導體壓縮在導體8與絕緣外殼體19之間，彈性元件16的彈性將導體8推離開第一端電極11或第二端電極21或第一端電極11、第二端電極21，因此，斷開第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向電流路徑。本實施例中的熱膨脹元件16或彈性元件16適用於本發明中的所有保護元件。以下都以熱膨脹元件16替代阻斷元件16或彈性元件16。
【保護元件888的動作說明】
請參閱圖1，當低於額定電流值的電流流經導體8以及連接材料9(1)、9(2)時，保護元件888不會動作，維持保護元件888 的初始狀態。請參閱圖1G、圖1H以及圖1I，當高於額定電流值的電流流經導體8以及連接材料9(1)、9(2)時，連接材料9(1)、9(2)會因導體8以及連接材料9(1)、9(2)本身發熱而造成連接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同時，熱膨脹元件16也因導體8以及連接材料9(1)、9(2)本身發熱而膨脹，因此而斷開第一雙向(Ic、Id)的電流路徑。圖1G繪示，連接材料9(1)、9(2)被熔融且熱膨脹元件16膨脹，膨脹的熱膨脹元件16將導體8兩端推離第一端電極11與第二端電極21，因此，第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向(Ic、Id)的電流路徑被斷開。需特別說明的是，熱膨脹元件16膨脹後介於第一端電極11與第二端電極21之間，因熱膨脹元件16具有阻燃性、高絕緣電阻的特性，所以第一端電極11與第二端電極21之間可以承受較高的額定電流以及額定電壓。圖1H繪示，連接材料9(2)被熔融且熱膨脹元件16膨脹，膨脹的熱膨脹元件16將導體8的其中一端推離第二端電極21，因此，第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向(Ic、Id)的電流路徑被斷開。圖1I繪示，連接材料9(1)、9(2)被熔融且熱膨脹元件16膨脹，膨脹的熱膨脹元件16將導體8的其中一端推離第一端電極11，因此，第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向(Ic、Id)的電流路徑被斷開。
【第二實施例之保護元件888a】
圖1J繪示為本發明第二實施例的一種保護元件888a的剖面示意圖。圖1E繪示為保護元件888a的等效電路圖。本實施例的保護元件888a包括：絕緣外殼體19；多個端電極，包含第一端電極11、 第二端電極21，貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐；導體8，導體8的兩端分別經由連接材料〔9(1)、9(2)〕電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成第一雙向(Ic、Id)的電流路徑；集熱電極41，配置於第一端電極11與第二端電極21之間，並經由連接材料9(3)電氣連接導體8；以及熱膨脹元件16，配置在導體8與絕緣外殼體19之間。本實施例之保護元件888a與圖1之保護元件888相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之保護元件888a另包括集熱電極41，配置於第一端電極11與第二端電極21之間，並經由連接材料9(3)電氣連接導體8。保護元件888a包含二個熱膨脹元件16，配置在導體8與絕緣外殼體19之間，且其中一個配置在第一端電極11與集熱電極41之間，另一個配置在第二端電極21與集熱電極41之間。圖1K繪示為本實施例之保護元件888a動作後的剖面示意圖。圖1K繪示，連接材料9(1)、9(2)被熔融且熱膨脹元件16膨脹，膨脹的熱膨脹元件16將導體8兩端推離第一端電極11與第二端電極21，因此，第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向(Ic、Id)的電流路徑被斷開。本實施例其他相關的說明與第一實施例的保護元件888的說明相似，請自行參閱，在此不再贅述。
【第三實施例之保護元件888b】
圖1L繪示為本實施例之保護元件888b動作後的剖面示意圖。圖1E繪示為保護元件888b的等效電路圖。本實施例的保護元件888b包括：絕緣外殼體19；多個端電極，包含第一端電極11與第二端電極21，貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐；導體8，導體8的兩端分 別經由連接材料〔9(1)、9(2)〕電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成第一雙向(Ic、Id)的電流路徑；磁性元件17；以及熱膨脹元件16，配置在該導體8與該絕緣外殼體19之間。本實施例之保護元件888b與圖1B之保護元件888相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之保護元件888a另包括磁性元件17，配置在絕緣外殼體19的內表面19i上或絕緣外殼體19內或外露於絕緣外殼體19的內表面19i。磁性元件17的技術特徵為：當導體8被熱膨脹元件16推離第一端電極11與第二端電極21後，磁性元件17可將導體8吸附在磁性元件17上，避免導體8任意移動。本實施例之磁性元件17也適用於本發明其他所有的實施例。本實施例其他相關的說明與第一實施例的保護元件888的說明相似，請自行參閱，在此不再贅述。
【第四實施例之保護元件888c】
圖2、圖2A繪示為本發明第四實施例的一種保護元件888c的剖面示意圖。圖2C繪示為保護元件888c的等效電路圖。本實施例的保護元件888c包括：絕緣外殼體19；多個端電極，包含第一端電極11、第二端電極21以及第三端電極31，貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐；導體8，導體8的兩端分別經由連接材料〔9(1)、9(2)〕電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成第一雙向(Ic、Id)的電流路徑；熱產生組件7，電氣連結於第一雙向(Ic、Id)的電流路徑與第三端電極31之間；以及熱膨脹元件16，配置在導體8與絕緣外殼體19之間。本實施例之保護元件888c與圖1B之保護元件888相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之保護元件 888c的多個端電極包括第三端電極31。本實施例之保護元件888c另包括熱產生組件7，電氣連結於第一雙向(Ic、Id)的電流路徑與第三端電極31之間。圖2繪示熱產生組件7配置在第二端電極21的上方，圖2B繪示熱產生組件7配置在第二端電極21的下方。保護元件888c的熱產生組件7包含發熱體7c以及二發熱電極(即7a、7b)，發熱電極7a電氣連接發熱體7c的其中一端，發熱電極7b電氣連接發熱體7c的另一端，發熱體7c的其中一端經由發熱電極7a電氣連接第三端電極31，發熱體7c的另一端經由發熱電極7b電氣連接第二端電極21。
【熱產生組件7】
熱產生組件7包括發熱體7c以及二發熱電極(即7a、7b)，發熱電極7a電氣連接發熱體7c的其中一端，發熱電極7b電氣連接發熱體7c的另一端，熱產生組件7可以製成任何形態或形狀，本實施例的熱產生組件7是以類似三明治結構(如：圖2，發熱體7c被夾在二發熱體電極7a、7b之間)的晶片型態成形。發熱體7c是電阻值相對較高的元件(相較於導體8)，且具有電流通過就會發熱的特性，其材料包括二氧化釕(RuO2)、氧化釕、氧化鋅、釕、銅、鈀、白金、碳化鈦、碳化鎢、鉑、鉬、鎢、碳黑、有機結合劑或無機結合劑等其中之一為主成分或其中部分組合物為主成分的陶瓷元件。發熱體電極7a、7b可以是單層金屬或多層金屬結構，其各層的材料包括銅、錫、鉛、鐵、鎳、鋁、鈦、鉑、鎢、鋅、銥、鈷、鈀、銀、金、羰基鐵、羰基鎳、羰基鈷等其中之一或其部分組合成的合金。本發明的所有熱產生組件7都可採用類似於上述說明的方式來實現。
【保護元件888c的動作說明】
保護元件888c共有三種情況會發生，情況1：請參閱圖2，當低於額定電流值的電流流經導體8以及連接材料9(1)、9(2)時，保護元件888c不會動作，維持保護元件888c的初始狀態。情況2：當高於額定電流值的電流流經導體8以及連接材料9(1)、9(2)時，連接材料9(1)、9(2)會因導體8以及連接材料9(1)、9(2)本身發熱而造成連接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同時，熱膨脹元件16也因導體8以及連接材料9(1)、9(2)本身發熱而膨脹，因此而斷開第一雙向(Ic、Id)的電流路徑，請參閱圖1L(本實施例之保護元件888c與圖1L之保護元件888b的動作相似)。情況3：當熱產生組件7通電發熱時，圖2B繪示連接材料9(2)被熔融且熱膨脹元件16膨脹，膨脹的熱膨脹元件16將導體8兩端推離第二端電極21，因此，第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向(Ic、Id)的電流路徑被斷開。本實施例其他相關的說明與第一實施例的保護元件888的說明相似，請自行參閱，在此不再贅述。
【第五實施例之保護元件888d】
圖3繪示為本發明第五實施例的一種保護元件888d的剖面示意圖。圖3E繪示為保護元件888d的等效電路圖。本實施例的保護元件888d包括：絕緣外殼體19；多個端電極，包含第一端電極11、第二端電極21以及第三端電極31，貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐；導體8，導體8的兩端分別經由連接材料〔9(1)、9(2)〕電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間 形成第一雙向(Ic、Id)的電流路徑；集熱電極41，配置於第一端電極11與第二端電極21之間，並經由連接材料9(3)電氣連接導體8；熱產生組件7，經由集熱電極41電氣連結於第一雙向(Ic、Id)的電流路徑與第三端電極31之間；以及熱膨脹元件16，配置在導體8與絕緣外殼體19之間。本實施例之保護元件888d與圖1J之保護元件888a相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之保護元件888d的多個端電極包括第三端電極31。本實施例之保護元件888c另包括熱產生組件7，電氣連結於第一雙向(Ic、Id)的電流路徑與第三端電極31之間。更進一步來說，本實施例之保護元件888d的第一端電極11與第二端電極21浮設於絕緣外殼體19內，第三端電極31部分嵌入絕緣外殼體19，部分外露於絕緣外殼體19的內表面。集熱電極41，經由連接材料9(3)電氣連接導體8。熱產生組件7包含發熱體7c以及二發熱電極(即7a、7b)，發熱電極7a電氣連接發熱體7c的其中一端，發熱電極7b電氣連接發熱體7c的另一端，熱產生組件7可以製成任何形態或形狀，本實施例的熱產生組件7是以類似三明治結構(如：圖3，發熱體7c被夾在二發熱體電極7a、7b之間)的晶片型態成形。熱產生組件7的一端經由集熱電極41電氣連結於第一雙向(Ic、Id)的電流路徑或導體8，熱產生組件7的另一端電氣連接第三端電極31。本實施例其他相關的說明與第二實施例的保護元件888a的說明相似，請自行參閱，在此不再贅述。
【保護元件888d的動作說明】
保護元件888d共有三種情況會發生，情況1：請參閱圖3，當低於額定電流值的電流流經導體8以及連接材料9(1)、9(2)時， 保護元件888d不會動作，維持保護元件888d的初始狀態。情況2：當高於額定電流值的電流流經導體8以及連接材料9(1)、9(2)時，連接材料9(1)、9(2)會因導體8以及連接材料9(1)、9(2)本身發熱而造成連接材料9(1)、9(2)二者中的至少一者被熔融或液化，在此同時，熱膨脹元件16也因導體8以及連接材料9(1)、9(2)本身發熱而膨脹，因此而斷開第一雙向(Ic、Id)的電流路徑，請參閱圖1K(本實施例之保護元件888d與圖1K之保護元件888a的動作相似)。情況3：當熱產生組件7通電發熱時，圖3A繪示熱產生組件7的熱能經由集熱電極41傳遞給連接材料9(3)、導體8、連接材料9(1)、9(2)以及熱膨脹元件16，致使連接材料9(1)、9(2)、9(3)被熔融且使熱膨脹元件16膨脹，膨脹的熱膨脹元件16將導體8推離第一端電極11、第二端電極21以及集熱電極41，因此，第一端電極11與第二端電極21之間的第一雙向(Ic、Id)的電流路徑被斷開，並且熱產生組件7的電流路徑也被斷開，因此熱產生組件7停止發熱。
【第六實施例之保護元件888e】
圖3B繪示為本發明第六實施例的一種保護元件888e的剖面示意圖。圖3E繪示為保護元件888e的等效電路圖。本實施例的保護元件888e包括：絕緣外殼體19；多個端電極，包含第一端電極11、第二端電極21以及第三端電極31，貫穿絕緣外殼體19且由絕緣外殼體19支撐；導體8，導體8的兩端分別經由連接材料〔9(1)、9(2)〕電氣連接第一端電極11與第二端電極21，以在第一端電極11與第二端電極21之間形成第一雙向(Ic、Id)的電流路徑；絕緣基板10；集熱電極41，配置於 第一端電極11與第二端電極21之間，並經由連接材料9(3)電氣連接導體8；熱產生組件7，配置在絕緣基板10上，經由集熱電極41電氣連結於第一雙向(Ic、Id)的電流路徑與第三端電極31之間；以及熱膨脹元件16，配置在導體8與絕緣外殼體19之間。本實施例之保護元件888e與圖3之保護元件888d相似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之保護元件888e的熱產生組件7包含二個熱產生組件7，本實施例之保護元件888e另包括絕緣基板10。絕緣基板10的種類包含有機系基板或玻纖環氧基板(如：FR4或FR5)或無機系基板或陶瓷基板(如：LTCC基板或HTCC基板)等，較佳的是陶瓷基板或低溫共燒陶瓷(LTCC)基板，絕緣基板10的材料包括無機陶瓷材料、低溫共燒陶瓷(LTCC)、玻璃陶瓷、玻璃粉、玻纖、環氧樹酯、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化矽、氮化硼、硼矽酸鈣、鹼石灰、鋁矽酸鹽、鉛硼矽酸以及有機黏結劑等其中之一或其部分組合之合成物或複合物。二個熱產生組件7配置在絕緣基板10的下表面10a上(不是晶片型態成形)，二個熱產生組件7彼此電氣並聯。熱膨脹元件16，配置在導體8與絕緣外殼體19之間，也介於熱產生組件7與導體8之間。本實施例其他相關的說明與第五實施例的保護元件888d的說明相似，請自行參閱，在此不再贅述。
【變形例之保護元件888e】
圖3C繪示為變形例的一種保護元件888e的剖面示意圖。圖3E繪示為保護元件888e的等效電路圖。本變形例之保護元件888e與圖3B之保護元件888e相似，惟二者主要差異之處在於：本變形例之保護元件888e的熱產生組件7配置在絕緣基板10的上表面10b上。本變形例其他相關的說明與第六實施例的保護元件888e的說明相似，請自行參閱， 在此不再贅述。
圖3D繪示為變形例的一種保護元件888e的剖面示意圖。圖3E繪示為保護元件888e的等效電路圖。本變形例之保護元件888e與圖3B之保護元件888e相似，惟二者主要差異之處在於：本變形例之保護元件888e的熱產生組件7配置在絕緣基板10內。本變形例其他相關的說明與第六實施例的保護元件888e的說明相似，請自行參閱，在此不再贅述。
雖然本發明已以實施形態揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其運用本發明說明書及圖式內容所為之類似變化，均包含於本發明之專利範圍內。
888‧‧‧保護元件
8‧‧‧導體
9(1)、9(2)‧‧‧連接材料
11、21‧‧‧端電極
11b、21b‧‧‧端電極下表面
16‧‧‧阻斷元件或熱膨脹元件或彈性元件
19‧‧‧絕緣外殼體
19a‧‧‧絕緣外殼體蓋體
19b‧‧‧絕緣外殼體基體

Claims (14)

  1. 一種保護元件，包括：絕緣外殼體；多個端電極，包含第一端電極與第二端電極，該些端電極貫穿該絕緣外殼體且由該絕緣外殼體支撐；導體，該導體的兩端分別經由連接材料電氣連接該第一端電極與該第二端電極，以在該第一端電極與該第二端電極之間形成第一雙向的電流路徑；以及阻斷元件，配置在該導體與該絕緣外殼體之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，該阻斷元件包含熱膨脹元件、彈性元件等二者中的任一者。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的保護元件，其中，該熱膨脹元件或該彈性元件配置於該第一端電極與該第二端電極之間。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的保護元件，其中，該熱膨脹元件或該彈性元件具有絕緣特性或具有高絕緣電阻。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的保護元件，其中，該熱膨脹元件具有阻燃性。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的保護元件，其中，該熱膨脹元件的膨脹開始溫度是可以調整的。
  7. 如申請專利範圍第2項所述的保護元件，其中，該熱膨脹元件的膨脹倍率是可以調整的。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的保護元件，其中，該熱膨脹元件膨脹後，當熱源低於膨脹開始溫度時，該熱膨脹元件仍可維持膨脹後的形狀。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，另包括集熱電 極，該集熱電極耦接該導體，或者是，該集熱電極電氣連接該導體。
  10. 如申請專利範圍第1項或第9項所述的保護元件，其中，該些端電極還包括第三端電極，該保護元件另包括熱產生組件，該熱產生組件耦接或電氣連接於該第一雙向的電流路徑與該第三端電極之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的保護元件，另包括絕緣基板，其中，該熱產生組件配置在該絕緣基板上或該絕緣基板內。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，其中，該些連接材料的熔點或液化點是可以調整的，溫度範圍介於200℃~580℃之間。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，另包括磁性元件，該磁性元件具有吸引或吸附導體的特性。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的保護元件，其中，該第一雙向的電流路徑藉由該組斷元件而被斷開，或者是，該導體藉由該阻斷元件被推離該第一端電極、第二端電極、集熱電極或該第一端電極、第二端電極或第一端電極或第二端電極。
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