TWI590283B - 可回焊熱熔絲 - Google Patents

Description

可回焊熱熔絲

本發明一般來說與電子保護電路有關。更具體的，本發明與一種自我致動表面安裝熱熔絲有關。

在電子電路中時常使用保護電路以將失敗的電路與其他電路隔離。例如，該保護電路可以用來避免電子汽車引擎控制器中的電路模組串聯錯誤。保護電路也可以用來對抗更嚴重的問題，像是因為電力供應電路錯誤所引致的火災。

一種保護電路的形式為熱熔絲。熱熔絲的作用與典型的玻璃管保險絲類似相同。也就是說，在正常操作情況下該保險絲的行為短路電路相同，而在一錯誤情況中該保險絲的行為便像是開路電路。當該熱熔絲的溫度超過指定溫度時，熱熔絲便在這兩種操作模式之間轉換。為了促進這些模式，熱熔絲包含一傳導元件，像是一可熔金屬絲、一組金屬接點，或是一組焊接金屬接點，其可以從一傳導狀態切換成一非傳導狀態。也可以整合一感應元件。該感應元件的物理狀態對應於該感應元件的溫度而改變。例如，該感應元件可以是一種低熔點金屬合金或是一熔化不連續有機化合物，其在一致動溫度時熔化。當該感應元件改變狀態時，該傳導元件便利用實際中斷電力傳導路徑的方式，從該傳導狀態切換成該非傳導狀態。

操作上，電流流通過該保險絲元件。一旦該感應元件到達該指定溫度，其改變狀態且該傳導元件從該傳導狀態切換成該非傳導狀態。

現有熱熔絲的一項缺點是在該熱熔絲的設置期間，必須非常小心以避免該熱熔絲達到該感應元件改變狀態的溫度。因此，現有的熱熔絲無法透過回焊爐安裝至一電路板上，因為該回焊爐的操作溫度將使得該感應元件過早成為開路狀態。

在一方面中，本發明提供一種可回焊熱熔絲係包含具有一第一端與第二端之一正溫度係數(PTC)裝置、具有一第一端與第二端並與該正溫度係數裝置之第二端電力連接之一傳導元件，以及具有一第一端並與該正溫度係數裝置之第一端電力連接及一第二端並與該傳導元件之第二端電力連接之一抑制元件。該抑制元件係用於在該熱熔絲之一設置狀態中，避免該傳導元件與該正溫度係數裝置的電力連接脫離。在一錯誤情況期間，施加至該熱熔絲的熱將流過該正溫度係數裝置之第一端與該傳導元件之第二端之間的電流轉移至該抑制元件，使得該抑制元件釋放該傳導元件並致動該保險絲。

在另一方面，本發明提供一種在一平板上放置一可回焊熱熔絲的方法係包含放置如以上所描述之一可回焊熱熔絲。該可回焊熱熔絲接著被放置在一平板上，其包含用來將該可回焊熱熔絲焊接至該平板的墊片。該平板接著通過一回焊爐以將該可回焊熱熔絲焊接至該平板。

為了克服以上所述的問題，本發明提供一種可回焊熱熔絲。一般來說，該可回焊熱熔絲包含流過一負載電流之一傳導元件、一正溫度係數(positive temperature coefficient,PTC)裝置與一抑制元件。該抑制元件係用於在一回焊程序期間保持該傳導元件為封閉狀態。

在正常操作情況下，流至該可回焊熱熔絲的電流將主要流過該正溫度係數裝置與該傳導元件。某些電流也流過該抑制元件。在一高溫及/高電流條件期間，該正溫度係數裝置的阻抗增加。這接著造成流過該正溫度係數裝置的電流被轉移至該抑制元件，直到該抑制元件機械開啟。在該抑制元件開啟之後，便允許該傳導元件進入一開路狀態。在某些實施例中，環繞該可回焊熱熔絲的一高周圍溫度使的該感應器失去彈性及/或熔化。這接著使該傳導元件進入該開路狀態。在其他實施例中，流動至該可回焊熱熔絲與通過該正溫度係數裝置的電流使得該正溫度係數裝置產生足夠的熱以使該感應器失去彈性及/或熔化，並藉此釋放該傳導元件。

該可回焊熱熔絲的細節將在以下詳細描述。所包含的伴隨圖式係用來提供對於本發明進一步的瞭解，並整合成為其一部份。

第一圖為一可回焊熱熔絲100之結構示意圖。該可回焊熱熔絲100包含一正溫度係數(PTC)裝置105、一傳導元件110與一抑制元件115。該正溫度係數裝置105、該傳導元件110與該抑制元件115可以配置於一外罩之中，像是在第二圖中所示之外罩200。

如第二圖中所示，該外罩200可以包含第一與第二安裝墊片210與205。該第一與第二安裝墊片210與205可以用來將位於一電路板上的電路與為在該外罩200之中之該正溫度係數裝置105、該傳導元件110及/或該抑制元件115電氣連接。在一替代實施例中，該正溫度係數裝置105、該傳導元件110與該抑制元件115可以配置於一基板、一電路板或是該基板、電路板及/或外罩的結合上。

參考第一圖，該正溫度係數裝置105係一種具有第一與第二端的電子裝置。該正溫度係數裝置105可以係一種非線性裝置，其具有隨著該正溫度係數裝置105之溫度而改變的阻抗。該阻抗與該正溫度係數裝置105溫度之間的關係則在第三圖的圖式中表示。

參考第三圖，該圖式300的水平軸代表該正溫度係數裝置105的溫度。該圖式的垂直軸代表該正溫度係數裝置105的阻抗305以及流過該正溫度係數裝置105的電流310。如圖所顯示，在較低溫度時，該正溫度係數裝置105之阻抗305相對的低。例如，該阻抗305可能小於大約10微歐姆。隨著溫度上升，該阻抗305開始一劇烈增加，如在區域1 315中所表示。當該溫度繼續增加，該阻抗305便進入一線性區域2 320。最後，溫度的進一步增加將使該正溫度係數裝置105進入一第三區域3 325，其中阻抗305將形成另一次劇烈增加。

通過該正溫度係數裝置105的電流310係該正溫度係數裝置105之阻抗305除以該正溫度係數裝置105的電壓。該電流310係反比於該正溫度係數裝置105的阻抗305。如同所顯示，當該阻抗305增加時，該電流減少直到幾乎沒有電流流過該正溫度係數裝置105。

參考第一圖，該傳導元件110包含第一與第二端，其一端係與該正溫度係數裝置105電力連接。在某些實施例中，該傳導元件110包含一感應器，其以可釋放的方式將該傳導元件固定並與正溫度係數裝置保險絲的第二端電氣連接。該感應器可以是任何在該熱熔絲致動溫度時熔化的材料。例如，該材料可以是在大約攝氏200度時熔化的焊料。也可以使用其他在較高溫或低溫時熔化的材料。該傳導元件也可以包含處於類似彈簧之張力的部分，因此當該感應器熔化時，該傳導元件便機械開啟，因此避免電流流過該傳導元件110。

該抑制元件115可以包含與該正溫度係數裝置105之第一端所電氣連接的一第一端，以及與該傳導元件110之第二端所電氣連接的一第二端。該抑制元件115係用於在該可回焊熱熔絲100的設置狀態期間，避免該傳導元件110與該正溫度係數裝置105的電氣連接脫離。例如，該抑制元件115的一端可以實體上附貼於該傳導元件110，而該另一端則可實體上附貼於該外罩及/或基板。

該抑制元件115可以係任何能夠傳導電力的材料。例如，該抑制元件115可以利用銅、不鏽鋼或是合金所製成。該抑制元件115的直徑可以被設計以使得該抑制元件115於一錯誤情況期間可以破裂或開啟。在一實施例中，該抑制元件115於該約1安培的電流流動通過時開啟。本發明也考慮到該抑制元件115的直徑可以增加或減少，及/或具有另一種尺寸以允許較高或較低的電流。

第四圖為第一圖之該可回焊熱熔絲100的示範機械示意400。在該示範實施例中，該傳導元件110包含一感應器110a與一彈簧部分110b。該傳導元件110的一第一端可以與一第一墊片205電氣傳輸，而該傳導元件110的一第二端可以與該正溫度係數裝置105的一第一端電氣傳輸。該傳導元件110的感應器110a可以利用一種材料製成，其在像是攝氏200度的一致動溫度時熔化或是失去其維持的強度。該彈簧部分110b可以處於張力狀態下，因此當該感應器110a失去其維持強度時，該傳導元件110便與該正溫度係數裝置105脫離。

如圖所示，該正溫度係數裝置105可以位於該傳導元件110下方。該正溫度係數裝置105的一第一端可以與一第二墊片210電氣連接。

如圖所示，該抑制元件115可以覆蓋該傳導元件110的一部份，並且固定至該第一與第二墊片205及210。

第五圖為描述第一圖之該可回焊熱熔絲100的操作流程圖。在步驟300處，將該可回焊熱熔絲100放置於一平板上。焊料糊可以透過一遮罩製成被預先施加至該平板上與該可回焊熱熔絲100關聯的墊片位置。該平板，以及該可回焊熱熔絲接著被放置於一回焊爐之中，其使得該墊片上的焊料熔化。

在該回焊製程期間，該傳導元件的感應器可以失去其維持強度。例如，在一種利用焊料製成的感應器中，該焊料可以熔化。然而，該焊料可以透過該焊料的表面張力維持於位置中。該抑制元件可以在該回焊期間避免該傳導元件機械開啟。在回焊之後，該平板便被冷卻，同時該感應器可以再次獲得其維持強度。

在步驟505，該可回焊熱熔絲100可以在一非錯誤情況狀態中使用。參考第一圖，在此操作模式期間，從一電壓源120流過該可回焊熱熔絲100至一負載125的電流可以流過在該正溫度係數裝置105與該傳導元件110之間形成的該串聯電路，也可以平行流過該抑制元件115。流過該抑制元件115的電流量可能少於必須要用於機械開啟該抑制元件所需要的電流量。

在步驟510，發生一錯誤情況。例如，在該可回焊熱熔絲100周圍的環境溫度可能提高至像是攝氏200度的危險程度。

在步驟515，該正溫度係數裝置105的阻抗開始隨著環境溫度的提高而增加，如在第二圖中所描述。隨著該正溫度係數裝置105的阻抗增加流動至該正溫度係數裝置105的電流便被轉移至該抑制元件115。

在步驟520，流過該抑制元件115的電流到達引起該抑制元件機械開啟的點，因此便釋放該傳導元件110。

在步驟525，該傳導元件110可以機械開啟。該傳導元件110可以在該抑制元件115釋放該傳導元件110之後立即開路。例如，該傳導元件110的感應器可能已經失去其維持強度。替代的，該可回焊熱熔絲100周圍的環境溫度可能繼續增加，而該感應器可能便處於一種溫度逐漸上升的情況中。而在另一替代方式中。流至該可回焊熱熔絲100並流過該正溫度係數裝置105的電流可以使該正溫度係數裝置105自我加熱至足以造成該傳導元件110感應器失去其維持強度的溫度。

如同可從以上描述所見，該可回焊熱熔絲克服有關於透過回焊爐將熱熔絲放置於平板上的問題。該抑制元件可以在該回焊程序期間固定該傳導元件。接著在一錯誤情況期間，該正溫度係數裝置引導電流流動通過該可回焊熱熔絲至該抑制元件，其接著使該抑制元件開啟。並接著釋放該傳導元件。

雖然該可回焊熱熔絲與使用該可回焊熱熔絲的方法已經參考某些實施例所描述，但熟習本領域之技術者應可瞭解可以在不背離本發明專利範圍的觀點下進行多種的改變以及等價物的替換。此外，在不背離本發明觀點下可以進行許多修改以使一特定情況或材料適用於本發明之指導。因此，其預期該可回焊熱熔絲與使用該可回焊熱熔絲的方法並非限制於所發表之特定實施例，而是包含任何落於申請專利範圍之觀點的實施例。

100．．．可回焊熱熔絲

105．．．正溫度係數裝置

110．．．傳導元件

110a．．．感應器

110b．．．彈簧部分

115．．．抑制元件

120．．．電壓源

125．．．負載

200．．．外罩

205．．．第二安裝墊片

210．．．第一安裝墊片

300．．．圖式

305．．．阻抗

310．．．電流

315．．．區域1

320．．．區域2

325．．．區域3

400．．．機械示意

500．．．步驟

505．．．步驟

510．．．步驟

515．．．步驟

520．．．步驟

525．．．步驟

第一圖為一可回焊熱熔絲之結構示意圖。

第二圖為一外罩之一實施例的底部透視圖，其可與該可回焊熱熔絲連結使用。

第三圖為顯示一正溫度係數裝置之阻抗與溫度之間關係之圖式，該正溫度係數裝置可與可回焊熱熔絲連結使用。

第四圖為第一圖之該可回焊熱熔絲的示範力學示意圖。

第五圖為描述第一圖之該可回焊熱熔絲的操作流程圖式。

100．．．可回焊熱熔絲

105．．．正溫度係數裝置

110．．．傳導元件

115．．．抑制元件

120．．．電壓源

125．．．負載

Claims (8)

1. 一種熱熔絲，包括：一正溫度係數(PTC)裝置，其具有一第一端與一第二端；一傳導元件，其具有一第一端與第二端，該傳導元件之第一端與該正溫度係數裝置之第二端電氣連接；以及一抑制元件，其具有一第一端與第二端，該抑制元件之第一端與該正溫度係數裝置之第一端電氣連接，且該抑制元件之第二端與該傳導元件之第二端電氣連接，該抑制元件用於在該熱熔絲之一設置狀態中，避免該傳導元件與該正溫度係數裝置的電氣連接脫離，所述熱熔絲具有以下情況其中之一：(1)在一高溫錯誤情況期間，施加至該熱熔絲的熱係使得流過該正溫度係數裝置之第一端與該傳導元件之第二端之間的電流轉移至該抑制元件，使得該抑制元件釋放該傳導元件；及(2)在一高電流錯誤情況期間，流入該熱熔絲之一錯誤電流係使得流過該正溫度係數裝置之第一端與該傳導元件之第二端之間的電流轉移至該抑制元件，使得該抑制元件釋放該傳導元件，而該錯誤電流係使得該正溫度係數裝置產生使該傳導元件電氣開路的熱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱熔絲，其中較佳的是 在該抑制元件釋放該傳導元件之後，該施加的熱係使得該傳導元件電氣開路。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱熔絲，其中該傳導元件包含一感應器，其係以可釋放的方式將該傳導元件固定至該正溫度係數裝置之第二端，並使其電氣連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之熱熔絲，其中該感應器於大概攝氏200度時熔化，其中較佳的是該傳導元件包含一張力狀態下的彈簧部分。
5. 如申請專利範圍第1項所述之熱熔絲，進一步包括一外罩，其容置該正溫度係數裝置、該傳導元件與該抑制元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之熱熔絲，進一步包括複數個安裝墊片，其至少部分位於該外罩外側，使得該熱熔絲表面安裝至一平板，其中較佳的是該正溫度係數裝置之第一端與該抑制元件之第一端係電氣連接至該複數個墊片之一第一墊片，而該傳導元件之第二端與該抑制元件之第二端係電氣連接至該複數個安裝墊片之一第二墊片。
7. 如申請專利範圍第1項所述之熱熔絲，其中該正溫度係數裝置、該傳導元件與該抑制元件係安裝在一基板上。
8. 一種將一熱熔絲放置於一平板上的方法，包括：提供一種可回焊熱熔絲，其包含：一正溫度係數(PTC)裝置，其具有一第一端與一第二端； 一傳導元件，其具有一第一端與第二端，該傳導元件之第一端與該正溫度係數裝置之第二端電氣連接；以及一抑制元件，其具有一第一端與第二端，該抑制元件之第一端與該正溫度係數裝置之第一端電氣連接，且該抑制元件之第二端與該傳導元件之第二端電氣連接，該抑制元件用於在該熱熔絲之一設置狀態中，避免該傳導元件與該正溫度係數裝置的電氣連接脫離；將該可回焊熱熔絲放置於一平板上，該平板包含用於將該可表面安裝保險絲焊接於該平板上的墊片；以及將該平板運送通過一回焊爐，以將該可表面安裝保險絲焊接至該平板，在一錯誤情況期間將流過該正溫度係數裝置之第一端與該傳導元件之第二端之間的電流轉移至該抑制元件，以使該抑制元件釋放該傳導元件。