TWI684311B - 保護元件 - Google Patents

Abstract

一種保護元件包含基板、熔斷件、助熔劑及絕緣蓋。熔斷件設置於該基板上，且連接於保護對象裝置的電力供應路徑。助熔劑設置於該熔斷件表面。絕緣蓋安裝於該基板，且與該基板形成一容室以容納該熔斷件。該絕緣蓋朝向該基板的下表面設有複數個凸柱，該凸柱散佈於該下表面，而將該助熔劑保持於一既定位置。

Description

保護元件

本發明係關於一種應用於電子裝置中的保護元件，且特別是關於一種具有防止過電壓、過電流及過溫度功能的保護元件。

習知切斷過電流的保護元件，廣泛周知有由鉛、錫、銻等低熔點金屬體所構成的電流熔絲(fuse)。之後，在防止過電流和過電壓方面，持續發展出保護元件，其包含在一個平面基板上依序積層發熱層及低熔點金屬層。在過電壓時發熱體會發熱，熱從底部向上傳遞，將承載低熔點金屬體的電極加熱，而熔斷該低熔點金屬體，切斷流經的電流，以保護相關的電路或電子裝置。

近年來行動裝置高度普及，舉凡手機、電腦及個人行動助理等資訊產品隨處可見，使得人們對資訊產品之依賴性與日俱增。然而，不時出現有關於手機等可攜式電子產品的電池在充放電的過程中爆炸的新聞。因此，製造商逐步改良前述過電流和過電壓保護元件的設計，提升電池在充放電的過程中的保護措施，以防止電池在充放電的過程中因過電壓或過電流而爆炸。

習知技術提出的保護元件的防護方式是使保護元件中的熔絲與電池的電路串聯，且使保護元件中的低熔點金屬層與發熱層電連接至開關(switch)與積體電路(IC)元件。如此一來，當IC元件量測到在過電壓時會啟動開關呈導通，使電流通過保護元件中的發熱層，使得發熱層產生熱量以熔斷熔絲，進而使電池的電路呈斷路的狀態而達到過電壓保護。本領域技術人員亦可充分瞭解，當過電流發生時，大量的電流流經熔絲會使熔絲發熱而熔斷，進而達到過電流保護。

圖1為習知的一種保護元件的剖面示意圖。保護元件10包含基板11、加熱件15、絕緣層16、低熔點金屬層13、助熔劑(flux) 19及絕緣蓋14。圖2為該絕緣蓋14的底部示意圖。絕緣蓋14外緣設置於基板11表面，而提供內部空間容納低熔點金屬層13及助熔劑19。低熔點金屬層13連接兩側的電極層12以及一個中間電極17。絕緣層16覆蓋加熱件15。低熔點金屬層13配置於絕緣層16上方作為熔絲(fuse)，且助熔劑19覆蓋於低熔點金屬層13。如此一來，加熱件15發熱時可直接熔融低熔點金屬層13，以使低熔點金屬層13熔融而向兩側的電極層12和中間電極17流動而熔斷，從而截斷電流達到保護目的。為了促進和確保低熔點金屬層13可以有效熔斷，低熔點金屬層13上方覆蓋助熔劑19以防止低熔點金屬層13氧化，且於絕緣蓋14內側下表面141有環狀凸出20，從而將助熔劑19限制在低熔點金屬層13的中央部分。然而，這種環狀凸出20的設計，因助熔劑19被限制於中央，且頂部可能因重力下垂而與絕緣蓋14下表面141形成空隙，造成助熔劑19儲存量不足，可能導致低熔點金屬層13不易熔斷。

本發明揭露一種保護元件，提供過電流、過溫度及過電壓保護。本發明保護元件於絕緣蓋下表面製作多個凸柱，凸柱和凸柱之間的間隙因毛細作用可吸附容納位於熔斷件表面的助熔劑而達到足夠的儲存量，從而確保熔斷件可有效熔斷。

根據本發明的一實施例，一種保護元件包含基板、熔斷件、助熔劑及絕緣蓋。熔斷件設置於該基板上，且連接於保護對象裝置的電力供應路徑。助熔劑設置於該熔斷件表面。絕緣蓋安裝於該基板，且與該基板形成一容室以容納該熔斷件。該絕緣蓋朝向基板的下表面設有複數個凸柱，該凸柱散佈於該下表面，而將該助熔劑保持於一既定位置。

一實施例中，相鄰凸柱的間隙對助熔劑產生毛細吸附現象。

一實施例中，該複數個凸柱散佈的面積超過該絕緣蓋下表面面積的三分之一。

一實施例中，該複數個凸柱為圓形柱、橢圓柱、三角柱、方形柱、六角柱或錐狀柱。

一實施例中，該複數個凸柱為上寬下窄結構。

一實施例中，該複數個凸柱的側面的傾斜角度在5~45度之間。

一實施例中，位於該絕緣蓋下表面中間部分的凸柱的長度較短，而位於該絕緣蓋下表面外圍部分的凸柱的長度較長。

一實施例中，該複數個凸柱以矩陣形式分佈於該絕緣蓋的下表面。

一實施例中，該複數個凸柱形成向中央集中的多邊形分佈。

一實施例中，該絕緣蓋的下表面包含一凸台，該複數個凸柱散佈於該凸台上。

本發明保護元件的絕緣蓋下表面做成柱狀或錐狀的凸柱，凸柱與凸柱之間的間隙，可通過毛細現象增加助熔劑儲存量。另外，因為凸柱不限定位於中央而有較大的分佈面積，可增加整體助熔劑的儲存量。若採用柱狀斷差設計，可避免因內部熔斷件熔融時收縮，收縮後高度增加而觸碰到絕緣蓋內部造成塑料燃燒。若柱狀無斷差而以減短凸柱長度來避免熔斷件熔融收縮後觸碰，助熔劑反而因儲存量不足導致熔斷件不易熔斷。

為讓本發明之上述和其他技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖3A顯示本發明一實施例之保護元件的示意圖。保護元件30包含基板21、加熱件25、絕緣層26、熔斷件23、助熔劑29及絕緣蓋24。絕緣蓋24設置於基板21表面，而提供內部空間容納加熱件25、絕緣層26、熔斷件23及助熔劑29。基板21可為以陶瓷製作的平面基板。熔斷件23設置於該基板21上，且通過兩端的電極層22連接於保護對象裝置的電力供應路徑。熔斷件23包含低熔點金屬，可於過電流時熔融或過電壓時被加熱件25加熱熔斷。絕緣層26覆蓋加熱件25。熔斷件23配置於絕緣層26上方作為熔絲，且助熔劑29覆蓋於熔斷件23。如此一來，加熱件25發熱時可直接熔融熔斷件23，以使熔融的熔斷件23向兩側的電極層22和中間電極27流動而熔斷，從而截斷電流達到保護目的。為了促進和確保熔斷件23可以有效熔斷，熔斷件23上方會覆蓋助熔劑29以防止熔斷件23氧化。助熔劑29通常位於熔斷件23上方，絕緣蓋24內側下表面241有複數個凸柱40，從而將助熔劑29保持在一既定位置。圖3B顯示圖3A之保護元件30的電路示意圖，其為一個三端保線絲結構。加熱件25經由中間電極27連接至熔斷件23，而熔斷件23形成2個熔絲。

本發明的重點在於絕緣蓋24內側下表面241用於保持助熔劑29於既定位置的結構設計，以增加助熔劑29的儲存量，從而改善助熔劑29不足可能發生的熔斷件23不易熔斷的問題。本發明一實施例保護元件的絕緣蓋24的立體示意圖如圖4所示，以下將針對絕緣蓋24進行詳細說明。

圖5A~5D顯示本發明一實施例的絕緣蓋24示意圖。圖5A顯示絕緣蓋24上下翻轉的立體示意圖。絕緣蓋24的俯視圖如圖5B所示，圖5C和圖5D分別顯示圖5B中沿1-1剖面線和2-2剖面線的剖面圖。絕緣蓋24的下表面241設有複數個凸柱35，該等凸柱35長度相同，且依矩陣形狀散佈於該下表面241，相鄰凸柱35間的間隙36可將助熔劑保持於一既定位置。優選的，相鄰凸柱35的間隙36對助熔劑29產生毛細吸附現象，而可提高助熔劑29的儲存量。絕緣蓋24的轉角有較高的支撐塊242，用於連接及安裝於基板21，而側邊有牆243，從而形成內部空間或容室。

參照圖5E，絕緣蓋24的下表面241上包含一凸台244，而形成中間高周圍低的兩個高度平面。凸柱35散佈於該凸台244上。如此一來，凸柱35的高度可以作的較短，以利絕緣蓋24射出成型後脫模，且可進一步減少助熔劑29的使用量。依不同需求，凸台244可承載部分或全部的凸柱35。凸台244不限制均一厚度，例如可以中間處較薄且周圍較厚，如此可容納較多的助熔劑29。

圖6A~6D顯示絕緣蓋24的另一實施例。圖6A顯示絕緣蓋24上下翻轉的立體示意圖。絕緣蓋24的俯視圖如圖6B所示，圖6C和圖6D分別顯示圖6B中沿1-1剖面線和2-2剖面線的剖面圖。絕緣蓋24的下表面241設有複數個凸柱37、38和39，該凸柱37、38和39散佈於該下表面241，凸柱37、38和39中相鄰凸柱的間隙50可將助熔劑29保持於一既定位置。優選的，間隙50對助熔劑29產生毛細吸附現象，而提高助熔劑29的儲存量。與前一實施例的差異在於：凸柱37、38和39的長度並非等長，位於絕緣蓋24中央部分的凸柱39的長度最短，緊鄰凸柱39旁邊的凸柱38的長度次之，位於外圍的凸柱37長度最長。這樣的凸柱斷差設計，使得絕緣蓋24中央處有最大的內部空間，主要是為了避免熔斷件23熔融收縮後高度增加而觸碰到絕緣蓋24內部。若絕緣蓋24為塑膠材質，會發生塑料熔化或燃燒的問題。絕緣蓋24的轉角有較高的支撐塊242，用於連接及安裝於基板21，而側邊有牆243，從而形成內部空間或容室。

圖7A~7D顯示絕緣蓋24的又一實施例。圖7A顯示絕緣蓋24上下翻轉的立體示意圖。絕緣蓋24的俯視圖如圖7B所示，圖7C和圖7D分別顯示圖7B中沿1-1剖面線和2-2剖面線的剖面圖。絕緣蓋24的下表面241設有複數個凸柱31，該凸柱31散佈於該下表面241，相鄰凸柱31的間隙32可將助熔劑29保持於一既定位置。優選的，間隙32對助熔劑29產生毛細吸附現象，而提高助熔劑29的儲存量。該凸柱31為上寬下窄的圓柱結構，該凸柱31的側面相對於垂直線的傾斜角度在5~45度之間，或可為10度、20度或30度的角度。絕緣蓋24的轉角有較高的支撐塊242，用於連接及安裝於基板21，而側邊有牆243，從而形成內部空間或容室。

圖8顯示本發明保護元件的絕緣蓋的凸柱40的其他分佈實施例，其顯示向中央集中的多邊形分佈。本發明並不限定凸柱分佈的型態，但凸柱散佈的面積需超過該絕緣蓋下表面面積的三分之一或二分之一以上，以增加助熔劑儲存量。若絕緣蓋24中央處的凸柱密度較小或甚至因設計關係缺乏凸柱，此時需增加凸柱的分佈面積，例如超過絕緣蓋面積的三分之二，來維持足夠的助熔劑儲存量。

本發明保護元件的絕緣蓋下表面的凸柱，除了圓形柱，也可作成橢圓柱、三角柱、方形柱、六角柱或錐狀柱等各式形狀。凸柱與凸柱之間的間隙，可通過毛細現象增加助熔劑儲存量。若凸柱採用內短外長的柱狀斷差設計，可避免因內部熔斷件熔融時收縮造成高度增加，而觸碰到絕緣蓋內部的問題。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域具有通常知識之技術人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10、30‧‧‧保護元件 11、21‧‧‧基板 12、22‧‧‧電極層 13‧‧‧低熔點金屬層 14、24‧‧‧絕緣蓋 15、25‧‧‧加熱件 16、26‧‧‧絕緣層 17、27‧‧‧中間電極 19、29‧‧‧助熔劑 20‧‧‧環狀凸出 23‧‧‧熔斷件 31、35、37、38、39、40‧‧‧凸柱 32、36、50‧‧‧間隙 141、241‧‧‧下表面 242‧‧‧支撐塊 243‧‧‧牆 244‧‧‧凸台

圖1顯示習知的保護元件示意圖。 圖2顯示圖1中保護元件的絕緣蓋示意圖。 圖3A顯示本發明一實施例的保護元件示意圖。 圖3B顯示圖3A所示的保護元件的電路示意圖。 圖4顯示圖3A中保護元件的絕緣蓋立體示意圖。 圖5A~5D顯示本發明一實施例的絕緣蓋示意圖。 圖5E顯示本發明另一實施例的絕緣蓋示意圖。 圖6A~6D顯示本發明又一實施例的絕緣蓋示意圖。 圖7A~7D顯示本發明再一實施例的絕緣蓋示意圖。 圖8顯示本發明保護元件的絕緣蓋凸柱的其他分佈實施例。

30‧‧‧保護元件

21‧‧‧基板

22‧‧‧電極層

23‧‧‧熔斷件

24‧‧‧絕緣蓋

25‧‧‧加熱件

26‧‧‧絕緣層

27‧‧‧中間電極

29‧‧‧助熔劑

40‧‧‧凸柱

241‧‧‧下表面

Claims (8)

1. 一種保護元件，包含：基板；熔斷件，設置於該基板上，且連接於保護對象裝置的電力供應路徑；助熔劑，設置於該熔斷件表面；加熱件，設置於該基板上；以及絕緣蓋，安裝於該基板，且與該基板形成一容室以容納該熔斷件，該絕緣蓋朝向基板的下表面設有複數個凸柱，該凸柱以矩陣形式散佈於該下表面，且直接接觸該助熔劑，而將該助熔劑保持於一既定位置；其中該熔斷件包含低熔點金屬，可於過電流時熔融或過電壓時被加熱件加熱熔斷；其中該複數個凸柱散佈的面積超過該絕緣蓋下表面面積的三分之一。
2. 根據請求項1之保護元件，其中相鄰凸柱的間隙對助熔劑產生毛細吸附現象。
3. 根據請求項1之保護元件，其中該複數個凸柱為圓形柱、橢圓柱、三角柱、方形柱、六角柱或錐狀柱。
4. 根據請求項1之保護元件，其中該複數個凸柱為上寬下窄結構。
5. 根據請求項1之保護元件，其中該複數個凸柱的側面的傾斜角度在5~45度之間。
6. 根據請求項1之保護元件，其中位於該絕緣蓋下表面中間部分的凸柱的長度較短，而位於該絕緣蓋下表面外圍部分的凸柱的長度較長。
7. 根據請求項1之保護元件，其中該複數個凸柱形成向中央集中的多邊形分佈。
8. 根據請求項1之保護元件，其中該絕緣蓋的下表面包含一凸台，該複數個凸柱散佈於該凸台上。

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