TW201907432A - 開關元件 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種開關元件，開關元件包括：絕緣外殼體、多個端電極、第一過電流保護元件以及第一熱產生組件。多個端電極包括第一端電極、第二端電極、第三端電極以及第四端電極，該些端電極分別貫穿絕緣外殼體，且分別被絕緣外殼體所支撐。第一過電流保護元件用以在開關元件的第一端電極與第二端電極之間提供第一雙向的電流路徑。第一熱產生組件配置在第一端電極或第二端電極的下方。當第一熱產生組件通電發熱時，開關元件反應於第一熱產生組件所產生的熱而使第四端電極電氣連接另一端電極。
Description
本發明是有關於一種開關元件，且特別是有關於一種依據外部信號來切換開關元件的電流路徑，或者是，切換開關元件不同的端電極之間的短路或斷路狀態，達到電路保護或切換的功能。
先前具有開關功能的單一被動元件，大多不具備保護功能，或者是，具備開關的功能，卻無法切換電流的路徑，特別是應用在大電流的電路。
因此，為了因應市場未來大額定電流的需求，具備大額定電流的開關元件，必須可以將原來導通的大電流路徑斷開，或者是，將原來的大電流路徑切換至其他的電流路徑。
為了符合上述的需求，本發明提出一種開關元件。開關元件包括：絕緣外殼體、多個端電極、第一過電流保護元件以及第一熱產生組件。多個端電極包括第一端電極、第二端電極、第三端電極以及第四端電極，該些端電極分別貫穿絕緣外殼體，且分別被絕緣外殼體所支撐。第一過電流保護元件用以在開關元件的第一端電極與第二端電極之間提供第一雙向的電流路徑。第一熱產生組件配置在第一端電極或第二端電 極的下方。當第一熱產生組件通電發熱時，開關元件反應於第一熱產生組件所產生的熱而使第四端電極電氣連接另一端電極。
888、888a、888b、888c‧‧‧開關元件
7(1)‧‧‧第一熱產生組件
7(2)‧‧‧第二熱產生組件
7a、7b‧‧‧發熱體電極
7aa‧‧‧發熱體電極的斜邊部
7c‧‧‧第一發熱體
8‧‧‧第一可熔導體或第一過電流保護元件
8a‧‧‧第二可熔導體或第二過電流保護元件
8b‧‧‧第三可熔導體
8c‧‧‧第四可熔導體
9(1)、9(2)‧‧‧焊料或焊錫
10‧‧‧絕緣基板
11、21、31、41、51、61‧‧‧端電極
21a‧‧‧端電極的斜邊部
16‧‧‧絕緣導熱層
18‧‧‧開口
18a‧‧‧多孔洞陶瓷結構
19‧‧‧絕緣外殼體
19a‧‧‧絕緣外殼體蓋體
19b‧‧‧絕緣外殼體基體
19c‧‧‧絕緣外殼體側體
19x1、19x2、19x3、19x4、19x5、19x6‧‧‧絕緣外殼體的六個面
S1‧‧‧彈性構件或第一過電流保護元件
G1‧‧‧間隙
I7‧‧‧第一熱產生組件電流
Ic1、Id1‧‧‧輸出入電流或第一雙向電流路徑
Ic2、Id2‧‧‧輸出入電流或第二雙向電流路徑
OCP‧‧‧第一過電流保護元件
圖1為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖1A為開關元件888中第一雙向電流路徑斷開的剖面示意圖。
圖1B為開關元件888中第一熱產生組件通電發熱後的剖面示意圖。
圖1C為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。。
圖1D為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖1E為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖1F為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖1G為本發明之一種開關元件888c的剖面示意圖。
圖1H為本發明之一種開關元件888c的剖面示意圖。
圖1I為開關元件888c中第一熱產生組件通電發熱後的剖面示意圖。
圖1J為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖1K為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖1L為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖1M為本發明之一種開關元件888的剖面示意圖。
圖2為本發明之一種開關元件888的外觀示意圖。
圖3為本發明之一種開關元件888a的剖面示意圖。
圖3A為開關元件888a中第一熱產生組件通電發熱後的剖面示意圖。
圖4為本發明之一種開關元件888b的剖面示意圖。
圖5為開關元件888的等效電路圖。
圖5A為開關元件888中第一熱產生組件通電發熱後的等效電路圖。
圖5B為開關元件888c的等效電路圖。
圖5C為開關元件888c中第一熱產生組件通電發熱後的等效電路圖。
圖5D為開關元件888b的等效電路圖。
圖5E為開關元件888的第一熱產生組件連接第一端電極的等效電路圖。
圖5F為開關元件888的第一熱產生組件連接第一端電極的等效電路圖。
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例，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。實施例說明如下：
【開關元件888】
圖1繪示為本發明之一種實施形態的開關元件888的剖面示意圖。圖5繪示為開關元件888的等效電路圖。請同時參考圖1以及圖5。本實施例的開關元件888包括：絕緣外殼體19、多個端電極、第一過電流保護元件OCP以及第一熱產生組件7(1)。
【開關元件888的絕緣外殼體19】
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。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。本實施例之開關元件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或圖2的形狀或結構時，可以分成絕緣外殼體蓋體19a、絕緣外殼體基體19b以及絕緣外殼體側體19c，如圖1，分別成型。其中，絕緣外殼體側體19c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、第三端電極31、第四端電極41以及絕緣外殼體側體19c(或絕緣外殼體基體19b)一體化成型。絕緣外殼體19具有左面部19x1、右面部19x2、上面部19x3、底面部19x4、前面部19x5以及後面部19x6等六個面部(如圖2)。絕緣外殼體19具有保護絕緣外殼體19內元件的功用，包含如：第一過電流保護元件OCP、彈性元件S1(如圖3)、第一可熔導體8(或稱：第一過電流保護元件OCP)、第二可熔導體8a(如圖1G)、第一端電極11、第二端電極21、第三端電極31、第四端電極41、第五端電極51(如圖1M)、第六端電極61(如圖1M)的第二端、第一熱產生組件7(1)(如圖1M)以及第二熱產生組件7(2)(如圖1M)等。
又，絕緣外殼體19可另包含開口18(請參考圖2)或多孔洞陶瓷結構18a(請參考圖1)。開口18(開口之形狀可以是圓形、多邊形等任何習知的任一形狀)的特徵是：在絕緣外殼體19六個面部(左 面部19x1、右面部19x2、上面部19x3、底面部19x4、前面部19x5以及後面部19x6)中的任一面部，具有至少一開口18，開口18是從絕緣外殼體19的外表面直通絕緣外殼體19的內表面。多孔洞陶瓷結構18a(習知的技術)的特徵是：在絕緣外殼體19六個面部(左面部19x1、右面部19x2、上面部19x3、底面部19x4、前面部19x5以及後面部19x6)中的任一面部，其整面或局部的主要成份是由陶瓷粉體所組成，藉由燒結的製程將之燒結成型，並在陶瓷顆粒之間產生間隙或孔洞，因此絕緣外殼體19的其中一面部或局部具有的多孔洞的最小直徑比開口18的直徑小，或者是，絕緣外殼體19的多孔洞的數量多於絕緣外殼體19的開口18，多孔洞陶瓷結構18a大部分孔洞是互通的。開口18與多孔洞陶瓷結構18a的功用是：將絕緣外殼體19內氣體所產生的高壓，可經由絕緣外殼體19的開口18或多孔洞陶瓷結構18a排洩出去，讓絕緣外殼體19的結構，不致於受到氣體高壓而造成損壞。
【開關元件888的多個端電極】
開關元件888的多個端電極包括四個端電極(即第一端電極11、第二端電極21、第三端電極31、第四端電極41)貫穿絕緣外殼體側體19c且由絕緣外殼體側體19c支撐。每一個端電極(即第一端電極11、第二端電極21、第三端電極31、第四端電極41)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)配置或浮設於絕緣外殼體19內或延伸至絕緣外殼體19內(請參考圖1)。更進一步來說，因第一熱產生組件7(1)配置在第二端電極21第 二端的下方，所以，第二端電極21的第二端與絕緣外殼體基體19b之間具有間隙G1(請參考圖1A)，且第二端電極21的第二端包含斜邊部21a(當然也可以不包含斜邊部21a，請參考圖1D)。另，第一端電極11具有二個第二端(請參考圖1)，當然，第一端電極11也可只具有一個第二端(請參考圖4)。另，其他端電極的第二端與絕緣外殼體基體19b之間也可以具有間隙，或者是，其他端電極也可具有多個第二端，或者是，其他端電極也可包含斜邊部，上述的技術特徵都可視需要而自由調整。另，每一個端電極(即第一端電極11、第二端電極21、第三端電極31、第四端電極41)的第一端(外露於絕緣外殼體19外)的高度也可以依需要而自由調整(請參考圖1、圖1D)。除此之外，由於該些端電極並非以印刷製程而是以其他製程(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、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，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，該些端電極可避免大電流流經時產生高溫而使任一端電極被熔融。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。
又，當然本發明中之多個端電極也可另包括第五端電極51(請參考圖4)。
【開關元件888b】
圖4繪示為本發明之另一種實施形態的開關元件888b的剖面示意圖。圖5D繪示為開關元件888b的等效電路圖。本實施例的開關元件888b包括：絕緣外殼體19、多個端電極、第一過電流保護元件OCP以及第一熱產生組件7(1)。開關元件888b與開關元件888相似，其主要的差異是：開關元件888b中的多個端電極包括五個端電極(即第一端電極11、第二端電極21、第三端電極31、第四端電極41以及第五端電極51)，其中，每個端電極只有一個第二端。開關元件888中的多個端電極包括四個端電極(即第一端電極11、第二端電極21、第三端電極31、第四端電極41)，其中，第一端電極11具有二個第二端。其他有關結構的相關說明與開關元件888相似，請自行參閱，在此不再贅述。
【開關元件888的第一過電流保護元件OCP】
本發明之開關元件中的第一過電流保護元件OCP包括：可熔導體、彈性構件、正溫度係數元件(PTC元件)(或稱熱敏電阻)、雙金屬構件、溫度保險絲以及記憶金屬等其中的任一者或其中的部分組合。當然，現有技術中屬於過電流保護元件的技術或元件都可適用於本發明的第一過電流保護元件OCP。本實施例之開關元件888中的第一過電流保護元件OCP，選擇的是第一可熔導體8，第一可熔導體8可用任何習知的方式將第一可熔導體8固定在第一端電極11與第二端電極21上(例如：迴焊方式，請參考圖3)，將第一可熔導體8固定在第一端電極11與第二端電極21的上表面，且分別電氣連接第一端電極11與第二端電極21，用以在開關元 件888的第一端電極11與第二端電極21之間提供第一雙向的電流路徑(Ic1、Id1)。第一可熔導體8可以是多層結構，具有低熔點導體層與高熔點導體層，其中低熔點導體層與高熔點導體層的熔點不相同。當然，第一可熔導體8也可是單層結構，只包含單一熔點的金屬導體層(低熔點導體層或高熔點導體層)。第一可熔導體8中的低熔點導體層的材料包含以錫為主成分的有鉛或無鉛金屬合金。第一可熔導體8中的高熔點導體層的材料包含以銀、銅、錫、鉍、銦、鋅、鋁等部分組成的合金。本發明的所有可熔導體都適用上述的說明。需特別說明的是：本實施例之第一可熔導體8可以是任何形狀。例如：第一可熔導體8的兩端分別配置在第一端電極11與第二端電極21上(請參考圖1D)，或者是，第一可熔導體8的其中一端分支延伸至斜邊部21a(請參考圖1)，或者是，第一可熔導體8的中央部具有斜率的變化(請參考圖1)。迴焊方式中的焊料9(1)、9(2)可選擇使用高熔點的材料包含以銀、銅、錫、鉍、銦、鋅、鋁等部分組成的有鉛或無鉛金屬，也可選擇使用低熔點導體層的材料包含以錫為主成分的有鉛或無鉛金屬合金。
【彈性構件S1】
又，當然也可以使用其他種類的第一過電流保護元件OCP，例如：彈性構件S1(請參考圖3)。
【開關元件888a】
圖3繪示為本發明之另一種實施形態的開關元件888a的剖面示意圖。圖5繪示為開關元件888a的等效電路圖。本實施例 的開關元件888a包括：絕緣外殼體19；四個端電極、彈性構件S1(或稱第一過電流保護元件OCP)以及第一熱產生組件7(1)。開關元件888a與開關元件888相似，其主要的差異是：開關元件888a中的第一過電流保護元件OCP，選擇的是彈性構件S1，開關元件888中的第一過電流保護元件OCP，選擇的是第一可熔導體8。本實施例是用焊料或焊錫，將彈性構件S1固定在第一端電極11與第二端電極21上，焊料包含焊料9(1)與焊料9(2)，焊料9(1)將彈性元件S1(或稱為第一過電流保護元件OCP)的第一端固定在第二端電極21上且電氣連接第二端電極21，焊料9(2)將彈性元件S1的第二端固定在第一端電極11上電氣連接第一端電極11，用以在該開關元件的第一端電極11與第二端電極21之間提供第一雙向的電流路徑(Ic1、Id1)。本發明專利說明書中所述之電氣連接，都可適用以上述焊料9為電氣連接的方法之一。焊料9的材料包含以錫為主成分的有鉛或無鉛組合物。彈性元件S1之構成材料並無特別限制，較佳地，彈性元件S1是具有強彈性、強拉伸力、高硬度、高導電的導體或金屬材料，且彈性元件S1之構成材料最好與焊料9或金屬有很好的結合性。原始狀態的彈性元件S1是保持在水平狀態，彈性元件S1是可以藉由外力向下或向上折彎(當然，也可以向任何方向或角度折彎)，當外力移除後，彈性元件S1會回復原始水平狀態。本實施例將彈性元件S1的第一端向下折彎，並藉由焊料9(1)將彈性元件S1的第一端固定在第二端電極21上且電氣連接第二端電極21。當焊料9(1)部分熔融時，彈性元件S1的技術特徵是藉由本身的彈性，強制脫離第二端電極21(即回復至原始水平狀態，請參考圖3A)，使彈性元件S1與第二端電極21之間呈現開路狀態(open circuit)，等同於彈性元件S1與第二端電極21之間的 電流路徑被斷開，或者是，等同於第一雙向的電流路徑(Ic1、Id1)被斷開。本發明中六種不同種類之第一過電流保護元件OCP，其與端電極電氣連接的方式或斷開的方式或許各有些不同，但其效果卻是相同的。其他有關結構的相關說明與開關元件888相似，請自行參閱，在此不再贅述。
【開關元件888的第一熱產生組件7(1)】
第一熱產生組件7(1)配置在該絕緣外殼體19內，並且配置在第二端電極21的下方，介於第二端電極21與第三端電極31之間，第一熱產生組件7(1)包括二個發熱體電極7a(或稱第一發熱體電極)、7b(或稱第二發熱體電極)以及第一發熱體7c，且三者形成所謂三明治的結構，第一發熱體7c被夾在二個第一發熱體電極7a、7b之間(例如：晶片型的正溫度係數元件或稱晶片型PTC元件)，第一發熱體7c的其中一端電氣連接發熱體電極7a，另一端電氣連接發熱體電極7b。當然，第一熱產生組件7(1)不一定都是所謂三明治的結構，也可以將第一熱產生組件7(1)配置在絕緣基板上或絕緣基板內(請參考圖1J、1K)。需特別說明的是：本實施例中的發熱體電極7a是藉由焊錫或焊料固定在第二端電極21上，並且電氣連接第二端電極21，發熱體電極7b是藉由焊錫或焊料固定在第三端電極31上，並且電氣連接第三端電極31。或者是，第一熱產生組件7(1)電氣串聯於該第一雙向的電流路徑(Ic1、Id1)與第三端電極31之間。發熱體7c是電阻值相對較高的元件(相較於第一可熔導體8或第三可熔導體8b)，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，或者是，其材料包括高分子(polymer)為主成分以及導電材料所組成之組合物或高分子元件。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。
又，當然，發熱體電極7a也可以藉由焊錫或焊料固定在第一端電極11上，並且電氣連接第一端電極11，發熱體電極7b是藉由焊錫或焊料固定在第三端電極31上，並且電氣連接第三端電極31(請參考圖5E、圖5F)。或者是，第一熱產生組件7(1)電氣串聯於該第一雙向的電流路徑(Ic1、Id1)與第三端電極31之間。
【絕緣導熱層16】
又，上述之開關元件888可另包括絕緣導熱層16，該絕緣導熱層16配置在第三端電極31上，其中，第四端電極41與第一端電極11配置在絕緣導熱層16上(請參考圖1C)，或者是，第四端電極41與第二端電極21配置在絕緣導熱層16上，或者是，第四端電極41與第五端電極51配置在絕緣導熱層16上。絕緣導熱層16的功效是將第一熱產生組件7(1)所產生的熱能，經由第三端電極31、絕緣導熱層16，快速的傳導至第四端電極41與第一端電極11或第五端電極51(如：圖4)或第二端電極21，有助於第四端電極41電氣連接另一端電極(即第一端電極11或第五端電極51或第二端電極21)。絕緣導熱層16同樣適用於本發明中其他的開關元件(如：888a、888b、888c)
【第二熱產生組件7(2)】
又，上述之開關元件888可另包括第二熱產生組件7(2)(如圖1L)，第二熱產生組件7(2)的其中一端電氣連接第一端電極11或第二端電極21(未繪示)或第五端電極51(未繪示)，另一端電氣連接第三端電極31(如圖1L)或第六端電極61(如圖1M)。上述的開關元件888可還包括第六端電極61(如圖1M)，其技術特徵與第三端電極31類似，可輸出或控制流經第二熱產生組件7(2)的電流。第二熱產生組件7(2)的功效是可與第一熱產生組件7(1)一起加熱(如圖1L)或第二熱產生組件7(2)可單獨加熱(如圖1M)第四端電極41或第一端電極11或第五端電極51或第二端電極21或其中的部份組合(例如：第四端電極41與第五端電極51，或者是，第四端電極41與第一端電極11，或者是，第四端電極41與第二端電極21)，可縮短第四端電極41電氣連接另一端電極的時間，或者是，分開控制第四端電極41電氣連接另一端電極。
【絕緣基板10】
上述的開關元件888另包括絕緣基板10，其中，第一熱產生組件7(1)配置在絕緣基板10上(請參考圖1J)，或者是，配置在絕緣基板10內(請參考圖1K)。第一熱產生組件7(1)的一端電氣連接第二端電極21，另一端電氣連接第三端電極31。絕緣基板10，同樣適用於本發明中其他的開關元件(如：888a、888b、888c)。
【第三可熔導體8b】
開關元件888另包括第三可熔導體8b，第三可熔導體8b的配置方式有許多不同的態樣，如：第三可熔導體8b配置在第二端電極21的斜邊部21a上(請參考圖1C)。
又，第三可熔導體8b，配置在第一端電極11上(請參考圖1D)。
又，第三可熔導體8b，配置在第二端電極21上(若第一熱產生組件7(1)配置在第一端電極11的下方，未繪示)。
又，第三可熔導體8b，配置在第四端電極41上(請參考圖1E)。
又，第三可熔導體8b，可配置在第五端電極51上(請參考圖1L)。上述第三可熔導體的功用是使第四端電極41電氣連接另一端電極(例如：第一端電極11或第二端電極21或第五端電極51)。
【第四可熔導體8c】
上述開關元件888另包括第四可熔導體8c，配置在第一端電極11上，第三可熔導體8b配置在第四端極41上(請參考圖1F)。當然，第四可熔導體8c，可依據第三可熔導體8b配置在不同端電極的位置而調整第四可熔導體8c配置的位置。第四可熔導體8c可以配置的位置包含第四端電極41、第一端電極11、第二端電極21、斜邊部21a以及第五端電極51上。上述第四可熔導體的功用是使第四端電極41電氣連接另一端電極(例如：第一端電極11或第二端電極21或第五端電極51)。上述開關元件888中的第三可熔導體8b或第四可熔導體8c，同樣地，可適用於本發明之所有開關元件。
又，開關元件888b(請參考圖4)中的多個端電極包括五個端電極(即第一端電極11、第二端電極21、第三端電極31、第 四端電極41以及第五端電極51)，上述的第三可熔導體8b與第四可熔導體8c同樣適用於開關元件888b。第三可熔導體8b可以配置的位置包含第四端電極41、第一端電極11、第二端電極21、斜邊部21a(11a，未繪示)以及第五端電極51等其中的任一者。第四可熔導體8c可以配置的位置包含第四端電極41、第一端電極11、第二端電極21、斜邊部21a(11a，未繪示)以及第五端電極51等其中的任一者。
【開關元件888c】
圖1G繪示為本發明之另一種實施形態的開關元件888c的剖面示意圖。圖5B繪示為開關元件888c的等效電路圖。本實施例的開關元件888c包括：絕緣外殼體19；多個端電極、第一過電流保護元件OCP(或第一可熔導體8)、第二可熔導體8a(或第二過電流保護元件)以及第一熱產生組件7(1)。
開關元件888c與開關元件888相似，其主要的差異是：開關元件888c另包括第二可熔導體8a(或第二過電流保護元件)，其中，開關元件888c的發熱體電極7a具有斜邊部7aa，但，開關元件888c的第二端電極21沒有斜邊部21a。其他有關結構的相關說明與開關元件888相似，請自行參閱，在此不再贅述。需特別說明的是，第二可熔導體8a(或第二過電流保護元件)與第一可熔導體8(或第一過電流保護元件)相似，第二過電流保護元件包括：可熔導體(如第二可熔導體)、彈性構件、正溫度係數元件(PTC元件)(或稱熱敏電阻)、雙金屬構件、溫度保險絲以及記憶金屬等其中的任一者或其中的部分組合。當然，現有技術 中屬於過電流保護元件的技術或元件都可適用於本發明的第二過電流保護元件OCP。另，開關元件888c也可包括第三可熔導體8b、第四可熔導體8c二者中的任一者或二者的組合，以便達成類似開關元件888的相關技術特徵。
【第二可熔導體8a】
開關元件888c的第二可熔導體8a與該第一熱產生組件7(1)二者電氣串聯於該第一雙向的電流路徑(Ic1、Id1)與第三端電極31之間(請參考圖5B)。詳細來說，第二可熔導體8a配置在絕緣外殼體19內，且配置在該第二端電極21(如圖1G)或該第一端電極11(未繪示)的下方。第二可熔導體8a的兩端分別電氣連接第二端電極21與第一熱產生組件7(1)的發熱體電極7a(且發熱體電極7a具有斜邊部7aa，如圖1G)，以在第二端電極21與第三端電極31之間形成電流路徑I7(如圖5B)。需特別說明的是：第二可熔導體8a的形狀可以是任何形狀。本實施例之第二可熔導體8a的形狀較為特殊(請參考圖1G)，其特徵是第二可熔導體8a在兩端的厚度較中央部的厚度厚或高。或者是，第二可熔導體8a在斜邊部7aa上的部分，其厚度較中央部的部分厚。當然，第二可熔導體8a的兩端也可以改成分別電氣連接第一端電極11與第一熱產生組件7(1)的發熱體電極7a(未繪示)。需特別說明的是，本實施例中的第二可熔導體8a的一端是藉由焊錫或焊料固定在第二端電極21的表面，並且電氣連接第二端電極21，另外一端是藉由焊錫或焊料固定在發熱體電極7a上，並且電氣連接發熱體電極7a。第二可熔導體8a的功用是：當第一熱產生組件7(1)通電發熱時，第一雙向電流路徑被斷開 且第四端電極41電氣連接另一端電極後(一段時間後)，第二可熔導體8a也會被第一熱產生組件7(1)所產生的熱能所熔斷(即流經第一熱產生組件7(1)的電流I7被斷開)，使第一熱產生組件7(1)停止發熱。第二可熔導體8a同樣適用於本發明中其他的開關元件(如：888、888a、888b)。另，開關元件888中的第三可熔導體8b與第四可熔導體8c也可以適用於本實施例的開關元件888(特別是第三可熔導體8b可配置在斜邊部7aa上)。
【開關元件888、888a的動作說明】
狀況一：當低於額定電流值的電流流經開關元件888或開關元件888a的第一雙向電流路徑(Ic1、Id1)時，開關元件888、888a不會動作，維持開關元件888或開關元件888a的第一端電極11與第二端電極21之間初始的導通或短路(on)狀態以及第一端電極11與第四端電極41之間初始的斷路(off)狀態。(參考圖1、3)
狀況二：當高於額定電流值的電流流經開關元件888或開關元件888a的第一雙向電流路徑(Ic1、Id1)時，開關元件888的第一可熔導體8，因本身發熱致使第一可熔導體8熔斷(如圖1A)或開關元件888a的彈性元件S1因本身發熱致使焊料9(1)被熔融，當焊料9(1)部分被熔融時，彈性元件S1的第一端是藉由本身的彈性，強制脫離第二端電極21(即回復至原始水平狀態)(參考圖3A)，開關元件888或開關元件888a的第一端電極11與第二端電極21之間由導通或短路(on)轉換至斷路狀態(off)，等同於第一雙向電流路徑(Ic1、Id1)被斷開。此時，第一端電極11與第四端電極41之間仍維持初始的斷路(off)狀態。
狀況三：當開關元件888的第一熱產生組件7(1)通電 (或電流I7流經第一熱產生組件7(1))發熱時，第一熱產生組件7(1)所產生的熱能經由發熱體電極7a以及第二端電極21傳遞到第一可熔導體8，致使與第二端電極21重疊或相接的部分第一可熔導體8被熔融，最後，第一可熔導體8被熔斷，並先後致使第一端電極11與第二端電極21之間轉換至斷路狀態(off)(或第一雙向電流路徑(Ic1、Id1)被斷開)以及第一端電極11與第四端電極41之間轉換至導通或短路(on)狀態(參考圖1B，或致使第四端電極41電氣連接第一端電極11)。或者是，當開關元件888a的第一熱產生組件7(1)通電發熱時，第一熱產生組件7(1)所產生的熱能經由發熱體電極7a以及第二端電極21傳遞到焊料9(1)。因第二端電極21的熔點高於焊料9(1)，所以，焊料9(1)被熔融。當焊料9(1)部分被熔融時，彈性元件S1的第一端是藉由本身的彈性，強制脫離第二端電極21(即回復至原始水平狀態)，使彈性元件S1與第二端電極21之間呈現開路狀態(open circuit)，第一端電極11與第二端電極21之間因此被轉換至斷路狀態(off)(請參考圖3A)。另外，被熔融的焊料9(1)沿著第二端電極21的斜邊部21a垂落至第四端電極41與第一端電極11之間，致使第四端電極41電氣連接第一端電極11，等同於將第一端電極11與第四端電極41之間由斷路(off)轉換至導通或短路(on)狀態(參考圖3A)。需特別說明的是，當開關元件888或888a的第一熱產生組件7(1)通電發熱且使第一端電極11與第二端電極21之間轉換至斷路狀態(off)後，或者是，第一雙向電流路徑(Ic1、Id1)被斷開後，第一熱產生組件7(1)的通電狀態不會受到影響，第一熱產生組件7(1)仍維持在通電狀態，或者是，電流I7仍會流經第一熱產生組件7(1)(參 考圖5A)。如果想斷開或切斷電流I7可以藉由例如圖5C的第二可熔導體8a使電流I7無法流經第一熱產生組件7(1)，或者是，藉由外部控制元件(如：電流控制元件MOS FET)或外部控制電路來斷開或切斷電流I7。例如：斷開第三端電極31與外部電路電氣連接的方式，使電流I7無法流經第一熱產生組件7(1)。
【開關元件888b的動作說明】
開關元件888b在上述狀況一與狀況二的動作與開關元件888相似，請參考開關元件888的動作說明。
開關元件888b在上述狀況三的動作也與開關元件888相似，唯一不同的是開關元件888b在狀況三時，被熔融的第一可熔導體8沿著第二端電極21的斜邊部21a垂落至第四端電極41與第五端電極51之間，致使第四端電極41電氣連接第五端電極51，等同於將第五端電極51與第四端電極41之間由斷路(off)轉換至導通或短路(on)狀態。
【開關元件888c的動作說明】
開關元件888c在上述狀況一與狀況二的動作與開關元件888相似，請參考開關元件888的動作說明。
狀況三：當開關元件888c的第一熱產生組件7(1)發熱時，第一熱產生組件7(1)所產生的熱能經由發熱體電極7a、第二可熔導體8a以及第二端電極21傳遞到第一可熔導體8，致使與第二端電極21重疊或相接的部分第一可熔導體8被熔斷，致使第一端電極11與第二端電極21之間由導通或短路(on)轉換至斷路狀態(off)，然後，第二 可熔導體8a被第一熱產生組件7(1)所產生的熱能開始熔融，部分被熔融的第二可熔導體8a垂落至第四端電極41與第一端電極11之間，使第四端電極41電氣連接第一端電極11，等同於將第一端電極11與第四端電極41之間由斷路(off)轉換至導通或短路(on)狀態，最後第二可熔導體8a被熔斷，使第二端電極與第二可熔導體之間轉換至斷路狀態(off)，第一熱產生組件7(1)無電流流過，所以停止發熱(參考圖1I或圖5C)。
須說明的是，在狀況三，開關元件888c與其他開關元件(即888、888a、888b)不同之處是：開關元件888c最後會自行斷開流經第一熱產生組件7(1)的電流I7(參考圖5C)，其他開關元件必須藉由外部電路的協助才能斷開流經第一熱產生組件7(1)的電流I7(參考圖5A)。
綜合上述所提之實施方式，本發明所述之開關元件，可用配置於不同位置的可熔導體(例如：第一可熔導體8、第二可熔導體8a、第三可熔導體8b、第四可熔導體8c、焊料9(1)等五者中之任一者或任二者以上的組合)，使第四端電極電氣連接另一端電極(即第一端電極或第二端電極或第五端電極)，等同於將第一端電極11或第二端電極21與第四端電極41之間轉換至導通或短路(on)狀態，或者是，將第五端電極51與第四端電極41之間轉換至導通或短路(on)狀態(參考圖4)。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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。
Claims (15)
- 一種開關元件，包括：絕緣外殼體；多個端電極，包括第一端電極、第二端電極、第三端電極以及第四端電極，該些端電極分別貫穿該絕緣外殼體，且分別被該絕緣外殼體所支撐；第一過電流保護元件，用以在該開關元件的該第一端電極與該第二端電極之間提供第一雙向的電流路徑；以及第一熱產生組件，配置在該第一端電極或該第二端電極的下方，當第一熱產生組件通電發熱時，該開關元件反應於該第一熱產生組件所產生的熱而使該第四端電極電氣連接另一端電極。
- 如申請專利範圍第1項所述的開關元件，另包括絕緣導熱層，該絕緣導熱層配置在該第三端電極上。
- 如申請專利範圍第1項所述的開關元件，另包括第三可熔導體，配置在該第一端電極上或該第二端電極上或該第四端電極上或該第二端電極的斜邊部上或該第一端電極的斜邊部上。
- 如申請專利範圍第3項所述的開關元件，另包括第四可熔導體，配置在該第一端電極上或該第二端電極上或該第四端電極上或該第二端電極的斜邊部上或該第一端電極的斜邊部上。
- 如申請專利範圍第1項所述的開關元件，另包括第二過電流保護元件或第二可熔導體，該第二過電流保護元件或第二可熔導體與該第一熱產生組件二者，電氣串聯於該第一雙向的電流路徑與該第三端電極 之間。
- 如申請專利範圍第5項所述的開關元件，另包括第三可熔導，配置在該第一端電極上或該第二端電極上或該第四端電極上或該發熱體電極的斜邊部上。
- 如申請專利範圍第6項所述的開關元件，另包括第四可熔導體，配置在該第一端電極上或該第二端電極上或該第四端電極上或該發熱體電極的斜邊部上。
- 如申請專利範圍第1項所述的開關元件，另包括絕緣基板，該第一熱產生組件配置在該絕緣基板上或該絕緣基板內。
- 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的開關元件，其中，該另一端電極為該第一端電極或該第二端電極。
- 如申請專利範圍第1項所述的開關元件，其中，該些端電極另包括第五端電極，其中，該另一端電極為該第五端電極。
- 如申請專利範圍第10項所述的開關元件，另包括第二可熔導體、第三可熔導體以及第四可熔導體三者中的任一者，或者是，該三者中的任二者或任三者的組合。
- 如申請專利範圍第1項或第2項或第3項或第5項或第10項所述的開關元件，其中，該第一過電流保護元件包括：第一可熔導體、彈性構件、正溫度係數元件(PTC元件)、雙金屬構件、溫度保險絲以及記憶金屬其中的任一者或其中的部分組合。
- 如申請專利範圍第1項所述的開關元件，其中，該絕緣外殼體另包含開口或多孔洞陶瓷結構。
- 如申請專利範圍第10項所述的開關元件，另包括第二熱產生組件，該第二熱產生組件的其中一端電氣連接該第一端電極或該第二端電極或該第五端電極，另一端電氣連接該第三端電極。
- 如申請專利範圍第5項所述的開關元件，其中，該第二過電流保護元件包括：可熔導體、彈性構件、正溫度係數元件(PTC元件)、雙金屬構件、溫度保險絲以及記憶金屬其中的任一者或其中的部分組合。
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