TWI726035B - 可啓動的溫度保險絲、製造具有可啓動的溫度保險絲的印刷電路板的方法、包括可啓動的溫度保險絲的電子電路及監視可啓動溫度保險絲的狀態的方法 - Google Patents

可啓動的溫度保險絲、製造具有可啓動的溫度保險絲的印刷電路板的方法、包括可啓動的溫度保險絲的電子電路及監視可啓動溫度保險絲的狀態的方法 Download PDF

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Abstract

可啟動的溫度保險絲10包括一第一電終端1和一第二電終端2，一橋元件3，係與該第一終端成第一電接觸且與該第二終端成第二電接觸，該橋元件的至少一部分4可自第一位置移位至第二位置，在該第一位置中，該第一接觸係被建立，在該第二位置中，該第一接觸係被打開，一熱敏構件5，將該部分包持於該第一位置並且當該熱敏構件曝露於一預設溫度值時立刻釋放該部分，一偏壓構件6，將該部分朝該第二位置偏壓，以及 一可機械移位啟動元件7，在該啟動元件的第一位置中阻止在該第一位置的該部分的移位並且在該啟動元件的第二位置中允許該部分的移位。
本發明進一步關於一種製造具有可啟動溫度保險絲的印刷電路板的方法、一種監視可啟動溫度保險絲的方法，以及關於一種包括可啟動溫度保險絲的電子電路。

Description

可啟動的溫度保險絲、製造具有可啟動的溫度保險絲的印刷電路板的方法、包括可啟動的溫度保險絲的電子電路及監視可啟動溫度保險絲的狀態的方法
本文中提出之發明關於一種可啟動的溫度保險絲。在另外觀點中，本發明關於一種製造具有可啟動溫度保險絲的印刷電路板的方法、一種監視可啟動溫度保險絲的方法，以及關於一種包括可啟動溫度保險絲的電子電路。
溫度保險絲係一種電安全裝置，其會在發生預設溫度超載情況時中斷電路。相較於由流過其中的電流所驅動的電流限制保險絲，溫度保險絲主要對溫度產生反應。於數種應用中，舉例來說，汽車、加熱、或空調應用，需要保護裝置，如果該裝置處的溫度超過給定 極限值的話該裝置會中斷電流電路。此方式可防止高功率半導體元件失效後的後續破壞。不同於溫度開關，即使溫度再次降至低於該極限值，溫度保險絲仍維持電流電路中斷。典型的溫度極限值為200℃。高於此極限值經常有破壞印刷電路板之基礎材料、組件脫焊、甚至發生火災的危險。
組裝電子裝置的常見且非常有效的方式包括藉由拾放機器人將可表面鑲嵌組件放置在一印刷電路板上的步驟以及用以建立電接點的回焊步驟。用於回焊的常用焊接溫度為於30至60秒週期中240℃至265℃的範圍中(JEDEC規範)。所以，極限溫度低於240℃的常見溫度保險絲無法在涉及回焊的組裝製程期間被鑲嵌，因為此溫度保險絲在已過載反應之後可能無法重置。於此些情況中必須在手動擺放之後進行特殊焊接程序。這會在生產中導致昂貴且容易出錯的額外步驟。
從文件WO 2015 096 853 A1中，已知會回焊SMD(表面鑲嵌裝置)鑲嵌形式的溫度保險絲。該保險絲會藉由溫度和流過該保險絲之電流的組合而被觸發。因為溫度保險絲在回焊過程期間沒有電流，所以，其在焊接期間不會被觸發。由於其溫度-電流特徵曲線的關係，其可能不適合所有應用。
從文件WO 2010 110 877 A1中得知一可回焊的溫度保險絲。在焊接此溫度保險絲之後，其需要被啟動。經由額外的電接點，高電流會被傳送經過在此啟動步驟中熔化的輔助保險絲電線。在該啟動步驟被實行之 前，該輔助保險絲電線會防止該溫度保險絲觸發。然而，該額外電接點佔據空間並且需要在該電路板上提供一僅用於該啟動步驟的導體路徑。亦必須有一可用的電流源。
本發明的目的係提供一種替代溫度保險絲。
此目的係藉由如請求項1之可啟動的溫度保險絲來達成。
根據本發明的可啟動的溫度保險絲包括一第一電終端和一第二電終端以及一導電橋元件。該橋元件係與該第一終端成第一電接觸且與該第二終端成第二電接觸。此方式提供從該第一終端至該第二終端的導電路徑。
該橋元件的至少一部分可自第一位置移位至第二位置，在該第一位置中，該第一接觸係被建立，在該第二位置中，該第一接觸係被打開。當該橋元件的該部分位於該第二位置中時，該些終端之間的導電路徑係被中斷。這對應於因溫度超載而被觸發後的保險絲狀態。
該可啟動的溫度保險絲進一步包括一熱敏構件，將提及的部分包持於該第一位置並且當該熱敏構件曝露於一預設溫度值時立刻釋放該部分。
該可啟動的溫度保險絲進一步包括一偏壓構件，將該部分朝該第二位置(也就是，「觸發」位置)偏壓。
該可啟動的溫度保險絲進一步包括一可機械 移位啟動元件，在該啟動元件的第一位置中阻止在該第一位置的該部分的移位，並且在該啟動元件的第二位置允許該部分的移位。
該偏壓構件確保在該溫度保險絲被觸發後該橋元件的該部分移位至其第二位置並且該電流路徑中斷。但是，僅在該部分沒有被該熱敏構件包持於其第一位置且該部分的移位被該啟動元件阻止才有可能。該熱敏構件可以藉由打開一連接至該橋元件的互鎖連接線或藉由熔化一冶金焊接連接線而釋放該橋元件的該部分。
舉例來說，阻止該橋元件的該部分移位可以藉由該啟動元件和該部分之間的直接機械性接觸來達成；或者，舉例來說，可以藉由間接作用於該部分來達成，舉例來說，藉由阻止該熱敏構件的變形或移動或者藉由抵消該偏壓構件的偏壓。
所以，根據本發明的可啟動的溫度保險絲有禁止或安全狀態，其中，即使達到或超過該預定溫度值，該溫度保險絲仍不會被觸發。於此狀態中，其能夠進行回焊過程而不被觸發。此禁止狀態係由被設定在其第一位置的啟動元件來定義。該溫度保險絲有允許或啟動狀態，其中，該溫度保險絲會因超過該預定溫度值被觸發。此允許狀態係由在其第二位置的啟動元件來定義。
根據本發明的溫度保險絲的優點為其能夠藉由回焊來鑲嵌並且容易啟動。
根據本發明的可啟動的溫度保險絲藉由純粹機械性移動手段進入啟動狀態。
在禁止狀態中之根據本發明的可啟動的溫度保險絲允許進行會觸發該溫度保險絲之需要溫度的過程。舉例來說，回焊便可能為此過程。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何將被提出的實施例，該溫度保險絲包括一導引元件，定義該啟動元件的移動路徑。此移動路徑可以為平移、旋轉、螺旋移動中至少一者。
此實施例的優點為該保險絲的機械性啟動容易藉由使用夾具或螺絲起子來實施。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該溫度保險絲包括一卡扣機構，防止該啟動元件從該啟動元件的第二位置返回該啟動元件的第一位置。
以此實施例可防止先前已啟動溫度保險絲的錯誤禁止。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該預設溫度值係在高達240℃的範圍，較佳在150℃至240℃的範圍中，包含兩個極限值。
在150℃至240℃範圍中的預設溫度值特別實用。此溫度範圍被選定為低於會有破壞電子電路之危險的溫度區，舉例來說，因為已於典型焊接過程中被焊接 的組件脫焊的關係。在禁止狀態中之根據此實施例的可啟動的溫度保險絲可承受典型的焊接過程而不會提早觸發並且一經啟動便如同保護裝置。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該熱敏構件包括焊料。
於此實施例中，當該焊料熔化時便釋放該橋元件的該部分。藉由選擇熔點低於或在該預設溫度值的適當焊料能夠達成精確定義的觸發溫度。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該熱敏構件包括雙金屬條片或雙金屬圓盤。
一可靠的溫度相依釋放機構能夠利用雙金屬來建立。尤其，雙金屬圓盤會被形成使得它們在良好定義的狹窄溫度範圍中從一彎曲狀態快速卡扣至另一狀態。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該熱敏構件包括一形狀記憶合金。形狀記憶合金允許創造在它們的變形溫度處明顯改變它們的外形的機械元件。優點係達成非常可靠的機械性釋放機構。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該溫度保險絲包括具有 底面的一殼體，該第一電終端和第二電終端配置在該底面。
該第一電終端和第二電終端可以為適合表面鑲嵌的連接焊料。允許表面鑲嵌該溫度保險絲的此實施例有好處，因為藉由表面鑲嵌來定位裝置非常精確。所以，可以良好預測及再生一過熱裝置對其附近的溫度保險絲之溫度的效應。舉例來說，該殼體由耐受260℃溫度的塑膠材料組成，這使其適合於回焊過程。舉例來說，該殼體的典型俯視尺寸為10mmx12mm。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該啟動元件被整合至該殼體，尤其連同該殼體被設計成單件，並且可從該殼體的頂面及/或底面及/或側面接近。
於此實施例中仍然容易在該溫度保險絲被焊接至一印刷電路板後機械性啟動該溫度保險絲。從底面提供接近該啟動元件之能力的實施例可以結合一在要擺放該溫度保險絲的區域中有一孔洞或狹縫的印刷電路板使用，使得該啟動元件可經由該印刷電路板來運作。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該啟動元件的位置可從該殼體的頂面看見。
於此實施例中，該啟動元件的位置以能夠被人類看見或是能夠藉由光學手段偵測的方式顯示啟動狀 態。以此實施例能夠快速驗證印刷上的所有溫度保險絲被啟動。此實施例尤其係適合藉由獲取數位影像和隨後進行影像分析所實施的自動視覺過程控制。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該偏壓構件係一壓縮、拉伸、彎折或扭轉彈性元件。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該偏壓構件包括該橋元件的一彈性段。
於此實施例中，該橋元件的該彈性段於該橋元件的該可移位部分和該橋元件的其餘部分之間提供或至少貢獻一偏壓力。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該偏壓構件的形式為圈狀彈簧、螺旋彈簧或葉片彈簧。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，在該橋元件的該部分的第二位置，該第一接觸與該第二接觸為開路，其中，較佳地，該橋元件為一實質上剛性元件。
此實施例達成簡易對稱構造。該第一終端與第二終端可於此情況中交換。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該溫度保險絲係適用於承載高於5安培的電流，較佳地，高於30安培並且高達100安培的電流。
舉例來說，適用於高電流應用的此實施例會有一具有大型導電跨越段的橋元件，在該溫度保險絲中造成低電壓降和低功率消耗。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，一電流限制保險絲元件被配置在該第一電終端和該第二電終端之間的一導電路徑中。
此實施例增加該溫度保險絲的電流限制功能。此實施例提供一可啟動的溫度保險絲，其特徵為在低於該預設溫度值的溫度中熔化的保險絲。即使不超過該預設溫度值，過電流仍會觸發該保險絲。於此實施例中，舉例來說，該橋元件包括一電流限制保險絲元件。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，該電流限制保險絲元件在一導電路徑中形成縮窄部，尤其，在一電絕緣基板上的一導電路徑中的縮窄部。
此實施例係一種施行電流限制保險絲元件之非常簡單且節省成本的方式。此類型的電流限制保險絲 元件可被施行在該橋元件上。舉例來說，一導電路徑中的縮窄部能夠被形成為一電線中的縮窄部或是一電絕緣基板上的一印刷電路板佈線中的縮窄部。流經該導電路徑之窄段的過電流熔化此段並且中斷該保險絲的終端之間的電連接。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，至少該橋元件包括一具有溫度電阻係數的合金，該溫度電阻係數的絕對值在室溫低於500ppm/K。
如果該可啟動的溫度保險絲希望使用在監視流經該溫度保險絲之電流的方法中，此實施例尤其實用。以此實施例，介於該保險絲的終端之間的電阻不會隨著變化溫度而明顯改變。對照溫度電阻係數大小通常為5000ppm/K之作為電導體的正常金屬，例如，銅，以此實施例達成溫度相依性下降10倍。所以，在該些終端之間測得的電壓能夠藉由應用歐姆定律解釋為電流的指示符並且大部分忽略溫度影響。舉例來說，溫度電阻係數(TCR)α在室溫符合條件|α|
Figure 106100997-A0305-02-0014-1
500ppm/K的可能合金為：75-76%Cu、23%Ni、1-2%Mn製成的合金(稱為ISA-ZIN)，89%Cu、9%Ni、2%Sn製成的合金(稱為CW351H)，85%Cu、15%Ni、0.3%Mn製成的合金(稱為「Legierung 127」)。
此些合金節省成本並且適合電技術應用。該第一和 第二終端亦可以包括符合此條件的合金。
舉例來說，為使得相較於銅的溫度相依性下降100倍，在室溫符合更嚴格條件|α|
Figure 106100997-A0305-02-0015-2
50ppm/K的合金為：60%Cu、40%Ni製成的合金(稱為Constantan)，84%Cu、12%Mn、4%Ni製成的合金(稱為Manganin)或84%Cu、13%Mn、3%Al製成的合金(稱為Isabellin)。
在高精確測量中的市售合金為在室溫符合條件|α|
Figure 106100997-A0305-02-0015-3
3ppm/K之由90.7%Cu、7%Mn以及2.3%Sn製成的合金(稱為ZERANIN 30)。
為達成溫度保險絲之電阻的非常低溫度相依，包含兩個終端的完整電流傳導路徑係由符合上面條件其中一者的合金製成。一合金可以選擇為在大溫度範圍中符合上面條件其中一者，尤其在室溫和該溫度保險絲被觸發的預設溫度值之間的整個範圍中。
於根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例中，除非矛盾，該實施例可以結合任何事先提出實施例和任何將被提出的實施例，除了該第一電終端和該第二電終端之外，該可啟動的溫度保險絲具有另外的電終端。
舉例來說，此實施例允許在該第一電終端和第二電終端之間的中間點經由該溫度保險絲電接觸該電流傳導路徑。額外的終端亦可以電接觸該溫度保險絲的殼體中的其它元件，尤其係電接觸用於監視保險絲之狀 態的感測器元件。
本發明進一步關於如請求項19之製造印刷電路板的方法。
此製造具有根據本發明以及其已提出實施例中可能其中一者或一者以上之可啟動的溫度保險絲的印刷電路板的方法包括下面步驟：以焊料覆蓋該印刷電路板的導電焊墊，將該溫度保險絲的該第一電終端和第二電終端定位於以該焊料覆蓋的導電焊墊上，確保該溫度保險絲的啟動元件處於該啟動元件的該第一位置，將該印刷電路板加熱至高於該焊料的熔點的溫度，將該印刷電路板冷卻至低於該焊料的熔點，以及將該溫度保險絲的啟動元件移動至該啟動元件的第二位置。
該啟動元件的移動係藉由應用一作用力或力矩至該啟動元件來實施。
本發明進一步關於如請求項20的電子電路。
此電子電路包括一根據本發明的可啟動的溫度保險絲，其串聯連接一高功率半導體裝置的電流傳導路徑。
於該電子電路的實施例中，該可啟動的溫度保險絲和該高功率半導體裝置被配置在一共同殼體中。
此實施例的優點為溫度保險絲的溫度接近該高功率半導體的溫度。再者，在實際使用中，高功率半 導體裝置的組合經常可以成對進行，所以，將它們預封裝於一共同殼體中會導致更有效的組裝過程。
本發明進一步關於如請求項22的方法。
此方法係一種根據本發明的監視可啟動的溫度保險絲或根據本發明之電子電路之狀態的方法，該狀態包含觸發狀態及/或電流及/或溫度，其中，該可啟動溫度保險絲的兩個電終端之間的電壓係被測量。
此方法使用該可啟動的溫度保險絲作為感測器。該可啟動的溫度保險絲的狀態的特徵可以分別為已觸發或未觸發。該狀態的特徵可以為流過該溫度保險絲的電流或該溫度保險絲的溫度。電壓的測量可以在該等終端的任兩者之間實施，包含該第一電終端和第二電終端，以及額外終端中的一或兩者，如果在該實施例中於附近存在額外終端的話。在電壓測量中可能使用具有高輸入電阻的電壓表。為用於此方法，特別調用的元件可能出現在該可啟動的溫度保險絲中，例如，有預定電阻的電阻元件、和該電阻有預定溫度相依的元件或熱耦元件。
於該方法的一實施例中該第一電終端和該第二電終端之間的電壓係被測量，以及流經該可啟動溫度保險絲的電流係從最後步驟中測得的電壓和該可啟動溫度保險絲的預設阻值來判定。
於此實施例中，該可啟動的溫度保險絲作為一測量電阻。舉例來說，以該方法的此實施例可以非常 簡單的方式達成監視經過需要藉由溫度保險絲進行溫度保護之高功率半導體裝置的電流，不需要額外的分流電阻或類似物，因而導致該電路系統的精簡設計。為用於該方法的此實施例，該可啟動的溫度保險絲可被設計成具有預設電阻，例如，500μΩ或1mΩ。此方式的電阻夠低不會消耗太多功率；但又夠高，可以精確測量流經該保險絲的電流。該預設電阻包含該等電終端對該電阻的貢獻值。在該方法的此實施例中，特別實用的係在其電流傳導路徑中應用具有低溫度電阻係數的合金。此方式因為電阻的溫度相依所造成的測量誤差維持很小。
舉例來說，根據本發明的可啟動的溫度保險絲可以在高功率應用(例如，汽車、加熱、或通風應用)中保障電晶體。
在許多應用中，電晶體運作在脈衝模式中。在脈衝運作期間不會超過最大容許溫度負載。然而，如果失效的話，該電晶體會由DC訊號驅動；或者，如果電晶體損毀的話，電流可以流動，其低於觸發標準保險絲的電流極限，但是卻很高足以加熱該電晶體至有危險的高溫。尤其，所謂的電晶體電阻性失效可以導致此情形。一熱電晶體接著可能在其周遭導致後續破壞，甚至可能導致火災。為防止後續破壞，根據本發明的可啟動的溫度保險絲會被放置在該高功率電晶體附近，也就是，熱耦接至該高功率電晶體，並且會串聯連接通過該高功率電晶體的電流路徑。當超過溫度極限時，該溫度保險絲會中斷該電流路徑並且防止進一步加熱。
1:第一電終端
2:第二電終端
3:橋元件
4:部分
5:熱敏構件
5':另一熱敏構件
6:偏壓構件
7:啟動元件
10:可啟動的溫度保險絲
11:殼體
12:基底板
13:卡扣機構
14、15:導線
16:(啟動元件中的)穿孔
17:可移動區塊
20:印刷電路板
21、22:焊墊
23:焊料
40:電子電路
41:高功率半導體裝置
42:(10與41的)共同殼體
51:(殼體中的)溝槽
52:鼻部
61:電流限制保險絲元件
62:導電路徑
63:電絕緣基板
70:電壓表
71、72:額外電終端
A:啟動動作方向
B:偏壓方向
I:電流
T:溫度
TL:預設溫度值
V:電壓
現在借助圖式進一步例示本發明。圖中顯示：第1a)圖至第1d)圖為根據本發明的可啟動的溫度保險絲在四個不同狀態的示意圖。
第2a)圖至第2d)圖為貫穿一印刷電路板上的可啟動的溫度保險絲實施例在四個不同狀態的剖面圖。
第3a)圖至第3d)圖為該可啟動的溫度保險絲的另一實施例在四個不同狀態的示意圖。
第4a)圖為有可啟動的溫度保險絲的電子電路的立體圖。
第4b)圖為第4a)圖的立體圖，灰階表示表面溫度。
第5圖為根據本發明的可啟動的溫度保險絲的實施例，第5a)圖至第5c)圖為三個立體圖，而第5d)圖為貫穿該實施例的剖面圖。
第6圖為根據本發明的可啟動的溫度保險絲的實施例，第6a)圖為立體圖，其中，殼體已被移除，而第6b)圖為立體剖視圖。
第7圖為可應用至監視可啟動的溫度保險絲之狀態的方法的三種測量構造電路圖7a)至7c)。
第1圖概略且簡化顯示在四種不同狀態之根據本發明的可啟動的溫度保險絲。
第1a)圖顯示在禁止狀態的可啟動的溫度保險絲。該保險絲的溫度T低於預設溫度值TL，其為該溫度 保險絲的特徵值。舉例來說，TL可以為200℃。一電連接從橋元件3上方的第一電終端1建立至第二電終端2。該橋元件的部分4在第一位置，使得與該第一電終端1的電接觸被建立。一熱敏構件5將該橋元件的部分4包持於該第一位置。一偏壓構件6(此處繪為拉伸圈狀彈簧)在箭頭所示的方向B中偏壓該部分4。一啟動元件7阻止該橋元件的部分4的移位。
第1b)圖顯示仍在禁止狀態的可啟動的溫度保險絲；但是，該保險絲的溫度T現在高於預設溫度值TL。該熱敏元件5釋放該部分4。此釋放由虛線表示。然而，該部分4沒有移到它的第二位置，因為該啟動元件7阻止該移位。高溫可能發生，因為第一電終端1和第二電終端2藉由回焊過程被連接至左邊和右邊所示的導線14、15。
第1c)圖顯示在其啟動狀態並且運作在低於TL之溫度的可啟動的溫度保險絲。藉由在箭頭所示方向A中施加一啟動作用，該啟動元件已移動至該啟動元件的第二位置。僅有該熱敏構件5將該橋元件的部分4包持在其第一位置。
第1d)圖顯示在其啟動狀態並且在高於TL之溫度T的可啟動的溫度保險絲。該熱敏構件5已釋放該部分4。該部分4已在該偏壓構件6的偏壓效應下移至其第二位置。因此，該橋元件3的部分4和該第一終端之間的電接觸已打開。此處的偏壓構件繪為一收縮圈狀彈簧。
第2圖為貫穿該可啟動的溫度保險絲的一實 施例和貫穿一印刷電路板的一部分的剖面圖。
第2a)圖至第2c)圖圖解製造具有可啟動的溫度保險絲的印刷電路板的方法的步驟。第2d)圖顯示該溫度保險絲在觸發後的狀態。
第2a)圖顯示在禁止狀態的溫度保險絲的實施例。該保險絲的溫度T低於預設溫度值TL。第一電終端1和第二電終端2被配置在一基底板12下方。該橋元件的移位部分4有帽狀外形。舉例來說，其可以藉由深沖一銅板來生產。該熱敏構件5被建構為焊點，該橋元件會於該處被焊接至一通往該第一電終端1的電連接線。另一熱敏構件5'形成一雷同焊點並且建立從該橋元件的部分4至第二電終端2的電連接。用於該等熱敏元件的焊料的熔點在溫度TL，其為該預設溫度值。一壓縮圈狀彈簧坐落在該橋元件的帽形中並且施加一朝上偏壓作用力在該橋元件的移位部分4上。一殼體11包住該溫度保險絲。舉例來說，該殼體由耐受260℃溫度的塑膠材料組成，這使其適合回焊過程。在該殼體內部形成用於該啟動元件7的一導引元件，其允許該啟動元件水平平移。該啟動元件在其第一位置並且阻止該部分4的移位，此情況中為向上移動。該啟動元件在中間部分有一穿孔16。該啟動元件突出該殼體的右側。從外面清楚看見，尤其從上面，依此方式的溫度保險絲係在禁止狀態。該溫度保險絲被定位在一印刷電路板20上。焊墊21、22以焊料23覆蓋。第一電終端1和第二電終端2個被放置在該等焊墊其中一者的頂端。
第2b)圖顯示仍在禁止狀態的溫度保險絲的實施例。該溫度保險絲被加熱至高於焊料23之熔點的溫度。保險絲的溫度T現在高於預設溫度值TL。熱敏構件5雖然在此溫度熔化並且無法將該部分4包持在正確地方；不過，該部分4由該啟動元件7阻止並且不會移動。
第2c)圖顯示冷卻至低於預設溫度值TL之溫度T後的溫度保險絲。焊墊21、22和第一電終端1與第二電終端2之間的焊接點係被建立。該熱敏構件5再次穩固並且重新能夠將該部分4包持在正確地方。藉由方向A中的啟動動作，該啟動元件被移動至該啟動元件的第二位置。用以將該啟動元件7的突出部分推入殼體11之中的此啟動動作可以由同樣適用於拾放動作的抓握器實施。現在，該啟動元件的穿孔16落在該橋元件的部分4上方，允許該部分4向上移動。僅熱敏構件5抵消方向B中的部分4的偏壓。該溫度保險絲係在啟動狀態。
第2d)圖顯示溫度T已上升高於TL後的已啟動溫度保險絲。形成該熱敏構件的焊料已經融化並且該橋元件的部分4移位至其第二位置。該圈狀彈簧相較於第2c)圖為膨脹並且將該部分4包持在其第二位置。該橋元件和該等第一終端與第二終端之間的電接點被中斷，且所以，該等終端之間的電接點亦被中斷。
第3圖顯示在四個不同狀態的可啟動的溫度保險絲的另一實施例的概略且簡化圖。於此實施例中，該橋元件的可移位部分4被形成為一可移動區塊17的導電段，該可移動區塊17與該導電段不導電分開。連接至 第一電終端1與第二電終端2每一者的電接點係透過一滑動接點建立。於此實施例中，該熱敏構件5係具有互鎖連接至該可移動區塊17的一雙金屬條片。
第3a)圖顯示在溫度T<TL的禁止狀態的溫度保險絲。該雙金屬條片係筆直而使得連接至該可移動區塊17的互鎖連接被建立並且該部分4被包持在其第一位置。
第3b)圖顯示在T>TL的禁止狀態的溫度保險絲。該雙金屬條片朝上彎折並且該互鎖連接被釋放。該啟動元件7抵消該偏壓構件6(於此實施例中為一壓縮圈狀彈簧)的方向B中的偏壓作用力。
第3c)圖顯示在溫度T<TL的啟動狀態的溫度保險絲。藉由在方向A中施加作用力，該啟動元件7被推入充當導引元件的孔洞之中。該啟動元件7現在在其第二位置，因此，該可移動區塊17可以移動且該部分4因而可以移動。一卡扣機構13防止該啟動元件從其第二位置返回其第一位置。
第3d)圖顯示在溫度T>TL的啟動狀態的溫度保險絲。該互鎖連接因充當熱敏構件5的雙金屬條片向上彎折而被釋放。該部分4在其第二位置。連接第一電終端1的滑動接點僅接觸該可移動區塊17的不導電部分，並且從第一電終端1至第二電終端2的電連接路徑被中斷。
第4a)圖顯示根據本發明之有可啟動的溫度保險絲的電子電路40。可啟動的溫度保險絲10被鑲嵌在一高功率半導體裝置41附近並且串聯連接至該半導體裝 置的電流傳導路徑。該溫度保險絲和該半導體裝置被表面鑲嵌至一印刷電路板。舉例來說，該半導體裝置可以為一場效電晶體(EFT)。該溫度保險絲為第2a)圖至第2d)圖中所示類型。所示的溫度保險絲在對應於第2c)圖所示剖面的啟動狀態中。該啟動元件在第二位置，於此實施例中係在該可啟動的溫度保險絲的殼體內，且所以，看不見該啟動元件。虛線表示該溫度保險絲與該高功率半導體裝置的一可能共同殼體42。
第4b)圖顯示第4a)圖的電子電路40。表面溫度由對應於溫度值的灰階表示。所示溫度分佈為溫度保險絲不會被觸發之正常運作條件的典型溫度。
第5圖在四個不同圖式中顯示根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例。於此四個圖式的每一者中，該溫度保險絲係在禁止狀態。
第5a)圖為從該可啟動的溫度保險絲上方之觀點看去的立體圖。此實施例藉由在箭頭A所示方向中從頂面施加作用力來啟動。殼體11中的一溝槽51沿著一直線移動路徑導引該啟動元件7。
第5b)圖為相同溫度保險絲並且從和第5a)圖相同觀點看去的立體圖；但是，殼體已移除用以顯示該殼體內部的部分。橋元件的部分4在第一電終端1和第二電終端2之間建立一電接點。熱敏構件5、5'在元件符號所示位置的橋元件的部分4以及第一電終端1和第二電終端2之間的介面處形成薄焊料層。
第5c)圖為從該溫度保險絲下方之觀點看去 的立體圖，以便直視第一電終端1和第二電終端2。虛線C表示第5d)圖中所示剖面的位置。
第5d)圖為穿過該溫度保險絲的剖面圖。穿過該溫度保險絲的剖面圖係沿著落在第一電終端1和第二電終端2中間的平面。一被形成為該啟動元件7之一部分的鼻部52將該橋元件的部分4包持在其位置中。其進一步提供一卡扣機構，雷同於卡扣緊固件。該啟動元件7會被推入其第二位置，藉以克服機械阻力並且該啟動元件7因而輕微變形。該啟動元件7在其第二位置時，該橋元件的部分4不再被包持於正確位置，因為在該橋元件上方沒有足夠空間讓該橋元件於形成該等熱敏構件5、5'熔化後藉由偏壓構件6移出其第一位置。該偏壓構件6被建構為圈狀彈簧。其施加一向上作用力於該橋元件的部分4上。此作用力弱於將鼻部52卡扣跨越該橋元件的部分4所需要的作用力。為啟動根據此實施例的溫度保險絲，必須從該溫度保險絲頂端施加大於該彈簧之此作用力的作用力於該啟動元件上。該啟動元件7可從該頂面直接接近和看見。
第6圖在兩個不同圖式第6a)圖和第6b)圖中顯示根據本發明的可啟動的溫度保險絲的一實施例。於此實施例中，該橋元件包括一電流限制保險絲元件(61)。在兩個圖式中，該溫度保險絲係在禁止狀態。
第6a)圖為該可啟動的溫度保險絲的立體圖，殼體已移除以便更佳看見內部的組件。在此圖所示實施例中，該橋元件的部分4被建構為承載一導電路徑62 的電絕緣基板63，其藉由熱敏構件5、5'被焊接至第一電終端1和第二電終端2。導電路徑62中的縮窄部形成一電流限制保險絲元件61。由於該縮窄部區域中較小剖面的關係，如果高於該保險絲之額定電流的電流流過該導電路徑的話，該電流路徑會於此處熔化。該電流限制保險絲元件61不需被啟動。如果一啟動作用力在A的方向中被施加在該啟動元件7上的話，該啟動元件7會被移至該啟動元件7的第二位置，並且因而允許該橋元件的部分4向上移位。具有圈狀彈簧形式的偏壓構件6施加一向上作用的偏壓作用力於該部分4上。
第6b)圖為半個可啟動的溫度保險絲的立體圖，另一半已截除。在第6b)圖中有殼體11。切割平面在該導電路徑中的縮窄部形成電流限制保險絲元件61的位置切穿該導電路徑62。該導電路徑的薄層由一電絕緣基板63承載。在此圖中所示的啟動元件7的第一位置中，該啟動元件7上的兩個鼻部52阻止該橋元件的部分4相對於殼體11移位。當該啟動元件被移至其第二位置時，該殼體中的一溝槽51導引該啟動元件7。該啟動元件7可變形至特定程度，使得上鼻部52會被推過由部分4和殼體11的相鄰部分所形成的障礙。該殼體11將偏壓構件6包持在正確地方。
第7a)至7c)圖顯示包括一可啟動的溫度保險絲10的測量構造的概略電路圖以及當應用在監視該溫度保險絲之狀態的方法中時用於測量電壓V的電壓表70。
第7a)圖顯示一可啟動的溫度保險絲10，電流 I流入第一電終端1並且流出第二電終端2。當觸發時，該可啟動的溫度保險絲10中斷電流I。電壓表70係測量第一電終端1和第二電終端2之間的電壓V。已知該溫度保險絲的電阻有數值R，電流I便能夠以I=V/R來算出。
第7b)圖顯示一可啟動的溫度保險絲10，其具有一額外電終端71。一電壓表70被配置用以測量第二電終端2和額外電終端71之間的電壓。舉例來說，此方式可以測量被形成在該可啟動的溫度保險絲10之導電路徑中的一熱耦接點上的熱誘發電壓。於此測量構造中的另一種可能係偵測該橋元件是否仍電接觸至該第二電終端2，也就是，該溫度保險絲是否在觸發狀態。
第7c)圖顯示有兩個額外電終端71、72的可啟動的溫度保險絲10。一電壓表70被配置用以測量額外電終端71和額外電終端72之間的電壓。於此測量構造中，舉例來說，在該溫度保險絲的電流傳導路徑的一定義段上可能有電壓降。
1:第一電終端
2:第二電終端
3:橋元件
4:部分
5:熱敏構件
6:偏壓構件
7:啟動元件
10:可啟動的溫度保險絲
14、15:導線
A:啟動動作方向
B:偏壓方向
T:溫度
TL:預設溫度值

Claims (27)

  1. 一種可啟動的溫度保險絲(10)，包括一第一電終端(1)和一第二電終端(2)，一橋元件(3)，該橋元件係導電的，且該橋元件係與該第一終端成第一電接觸且與該第二終端成第二電接觸，該橋元件的至少一部分(4)可自第一位置移位至第二位置，在該第一位置，該第一電接觸係被建立，在該第二位置，該第一電接觸係被打開，一熱敏構件(5)，將該部分保持於該第一位置並且當該熱敏構件曝露於一預設溫度值時立刻釋放該部分，一偏壓構件(6)，將該部分朝該第二位置偏壓，以及一可機械移位啟動元件(7)，在該啟動元件的第一位置中阻止在該第一位置的該部分的移位並且在該啟動元件的第二位置中允許該部分的移位，其特徵在於，在該橋元件的該部分(4)的第二位置中，該第一電接觸與該第二電接觸為開路。
  2. 如請求項1之可啟動的溫度保險絲，包括一導引元件，定義該啟動元件(7)之移動路徑，該移動路徑為平移、旋轉、螺旋移動中至少一者。
  3. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，包括一卡扣機構(13)，防止該啟動元件(7)從該啟動元件的第二位置返回該啟動元件的第一位置。
  4. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該預設溫度值(TL)係在高達240℃的範圍。
  5. 如請求項4之可啟動的溫度保險絲，其中該預設溫度值(TL)係在150℃至240℃的範圍中，包含兩個極限值。
  6. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該熱敏構件(5)包括焊料。
  7. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該熱敏構件(5)包括雙金屬條片、雙金屬圓盤、形狀記憶合金中之至少一者。
  8. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，包括具有底面的一殼體(11)，該第一電終端(1)和第二電終端(2)配置在該底面。
  9. 如請求項8之可啟動的溫度保險絲，其中，該啟動元件(7)被整合至該殼體(11)，並且可從該殼體的頂面及/或底面及/或側面接近。
  10. 如請求項9之可啟動的溫度保險絲，其中，該啟動元件(7)連同該殼體被設計成單件。
  11. 如請求項9之可啟動的溫度保險絲，其中，該啟動元件(7)的位置可從該殼體(11)的頂面看見。
  12. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該偏壓構件(6)為一壓縮、拉伸、彎折或扭轉彈性元件。
  13. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該偏壓構件(6)包括該橋元件(3)的一彈性段。
  14. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該偏壓構件(6)的形式為圈狀彈簧、螺旋彈簧或葉片彈簧。
  15. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該橋元件為一實質上剛性元件。
  16. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，該溫度保險絲係適用於承載高於5安培的電流。
  17. 如請求項16之可啟動的溫度保險絲，其中，該溫度保險絲係適用於承載高於30安培並且高達100安培的電流。
  18. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，一電流限制保險絲元件(61)被配置在該第一電終端(1)和該第二電終端(2)之間的一導電路徑(62)中。
  19. 如請求項18之可啟動的溫度保險絲，其中，該電流限制保險絲元件(61)在一導電路徑(62)中形成縮窄部。
  20. 如請求項19之可啟動的溫度保險絲，其中，該電流限制保險絲元件(61)在一電絕緣基板(63)上的一導電路徑(62)中的縮窄部。
  21. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，至少該橋元件(3)包括一具有溫度電阻係數的合金，該溫度電阻係數的絕對值在室溫低於500ppm/K。
  22. 如請求項1或2之可啟動的溫度保險絲，其中，除了該第一電終端(1)和該第二電終端(2)之外，該可啟動的溫度保險絲具有額外電終端(71、72)。
  23. 一種製造具有如請求項1至22中任一項之可啟動的溫度保險絲(10)的印刷電路板(20)的方法，包括下列步驟： 以焊料(23)覆蓋該印刷電路板的導電焊墊(21、22)，將該溫度保險絲的該第一電終端(1)和第二電終端(2)定位於以該焊料(23)覆蓋的導電焊墊上，確保該溫度保險絲的啟動元件(7)處於該啟動元件的該第一位置，將該印刷電路板加熱至高於該焊料的熔點的溫度，將該印刷電路板冷卻至低於該焊料的熔點，以及將該溫度保險絲(10)的啟動元件(7)移動至該啟動元件的第二位置。
  24. 一種電子電路(40)，包括如請求項1至22中任一項之可啟動的溫度保險絲(10)，該可啟動的溫度保險絲(10)被串聯連接至一高功率半導體裝置(41)的一電流傳導路徑。
  25. 如請求項24之電子電路(40)，其中，該可啟動的溫度保險絲(10)與該高功率半導體裝置(41)被配置在一共同殼體中。
  26. 一種監視如請求項1至22中任一項之可啟動的溫度保險絲(10)或如請求項24或25項之電子電路(40)的狀態的方法，該狀態包含觸發狀態及/或電流及/或溫度，其中，該可啟動溫度保險絲的兩個電終端之間的電壓係被測量。
  27. 如請求項26之方法，其中， 該第一電終端(1)和該第二電終端(2)之間的電壓係被測量，以及流經該可啟動溫度保險絲的電流係從該電壓和該可啟動溫度保險絲的預設電阻值來判定。
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