保險絲元件、保險絲、生產保險絲的方法、貼片保險絲及貼片電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種保險絲元件(12_1；12_2)，所述保險絲元件包括兩個連接觸頭(24_1'，24_1"；24_2'，24_2")和位于所述連接觸頭之間的導電軌道(26_1；26_2)，其中所述導電軌道(26_1；26_2)至少在一些區段中具有相對于所述連接觸頭(24_1'，24_1"；24_2'，24_2")減少的線橫截面，所述保險絲元件進一步包括至少一個加鋪層(16_1；16_2'，16_2")，其中所述保險絲元件(12_1；12_2)和所述至少一個加鋪層(16_1；16_2'，16_2")均包括在超過預定環境溫度時以及在所述保險絲元件(12_1；12_2)傳導電流時經歷擴散的材料。本發明進一步涉及具有這樣的保險絲元件(12_1；12_2)和基底支撐件(14)的保險絲(10)，其中所述保險絲元件(12_1；12_2)布置在所述基底支撐件(14)的表面上。
【專利說明】保險絲元件、保險絲、生產保險絲的方法、貼片保險絲及貼片電路
[0001]本發明涉及一種保險絲元件、一種保險絲、一種生產保險絲的方法、一種貼片保險絲以及一種貼片電路。
[0002]針對例如汽車工程、測控技術等許多電路應用，需要小型表面貼裝的硬件保護器件(表面貼裝器件，SMD)或保險絲。出于技術和成本原因，這樣的保險絲實現為常規用在印刷電路技術中。包括熔化的保險絲的貼片保險絲大多由自動拾放機自動地定位并放置在FR4印刷電路板上。貼片保險絲隨后借助回流焊接工藝或波峰焊接工藝焊接到印刷電路板上。FR4印刷電路板材料或Al2O3陶瓷例如用作貼片保險絲的基礎材料，即用于生產印刷電路板的所有常規基礎材料。
[0003]保險絲包括布置在基底支撐件上的保險絲元件，例如，該保險絲元件包括銅。保險絲元件常用于防止過流，由此保護隨后的電子部件。
[0004]保險絲伴隨的缺點是，基底支撐件通常具有極限工作溫度。例如，由FR4基礎材料制成的基底支撐件的工作溫度由此僅為200°C。更高的溫度會損害FR4基礎材料。在這種情況下，材料會分層，并且大部分由覆蓋膜組成的保險絲元件從基底支撐件脫離。在很短的時間段之后發生材料的分解和炭化。由于炭化而產生具有相對較低的電阻的導電層，繼而產生不允許的低絕緣電阻。
[0005]為了解決該問題，公知的是由Al2O3陶瓷材料生產基底支撐件，例如Al2O3陶瓷材料可以承受大大高于200°C的溫度而不受損害。然而，已被證明不利的是，所述Al2O3陶瓷材料的熱膨脹系數(CTE)大多小于8ppm/K，由此明顯不同于銅的熱膨脹系數CTE(SnppmzK)t^于由Al2O3陶瓷材料制成的基底支撐件和銅的熱膨脹系數之間的這種較大差異，機械張力發生在銅保險絲元件與陶瓷基底支撐件之間。這導致斷裂的可能性增加。此外，陶瓷基板一般非常脆并且從保險絲元件排出大量熱能。結果，難以實現具有低額定電流及基于該Al2O3陶瓷材料的迅速特點的保險絲。此外，一旦保險絲元件因扭轉或彎曲而受到載荷，這些陶瓷保險絲就頻繁斷裂。
[0006]現有技術的缺點在于，例如，熱保險絲無法基于SMD借助回流焊接工藝進行焊接。原因在于，在由此發生的高溫(在240°C到265°C的范圍內)下，公知的熱保險絲將立即觸發。
[0007]本發明的目的是提供解決前面提到的問題的一種保險絲元件、一種保險絲、一種生產保險絲的方法、一種貼片保險絲以及一種貼片電路。
[0008]該目的由根據權利要求1的保險絲元件實現。
[0009]根據本發明，所述保險絲元件包括兩個連接觸頭和位于所述連接觸頭之間的導電軌道，其中所述導電軌道至少在一些區段中具有相對于所述連接觸頭減少的線橫截面，所述保險絲元件進一步包括至少一個加鋪層，其中所述保險絲元件和所述至少一個加鋪層均包括在超過預定環境溫度時以及在所述保險絲元件傳導電流時經歷擴散的材料。
[0010]由此以驚人簡單的方式創造了保險絲元件，所述保險絲元件在焊接期間發生的高溫下不會觸發，但在例如高于200°C的高環境溫度下操作時會被觸發。
[0011]該優點通過擴散過程實現，一旦環境溫度超過例如200°C的預定溫度以及另外電流(例如額定電流)流過所述保險絲元件就啟用所述擴散過程。該擴散過程發生于所述至少一個加鋪層與所述保險絲元件連接的區域(也被稱為擴散區)中。在這些條件下，所述擴散過程包括將所述保險絲元件的材料的原子注入到所述加鋪層的材料中。由此形成這兩種材料的合金。由于所述擴散過程，所述擴散區變得具有高電阻，甚至在額定電流下具有P =In2XR的高功率損失。結果，所述擴散區的熔化溫度從10800C降低到大約500°C。在該擴散區內，甚至在低電流(例如額定電流)下就已經實現大約500°C的降低熔化溫度，于是所述保險絲元件將觸發，并且電流電路有利地被可靠地中斷。除了所述保險絲進行保護以抵御過溫的新屬性，所述保險絲還在原始條件下維持該屬性以繼續作為進行保護以抵御過流的保險絲。依據本發明的保險絲的一個相關優點在于，甚至當沒有過流流動時，所述保險絲在例如高于200°C的預定的高環境溫度(過溫閾值)下操作時也觸發。術語“觸發”在此意指所述保險絲元件恪化或恪融。
[0012]所述導電軌道的線橫截面在垂直于所述保險絲元件的縱向方向的平面中至少在一些區段中相對于所述連接觸頭的線橫截面減少。該關系具有小于1(〈1)的值。例如，所述連接觸頭的線橫截面相對于彼此是恒定的。由此創造了在從俯視圖中顯示為H輪廓的保險絲元件。明顯地，所述保險絲元件還可以具有不同的輪廓，只要所述連接觸頭的面積相對于所述導電軌道盡可能大即可。所述連接觸頭的面積可以是矩形、圓形、橢圓形或三角形。所述保險絲可以通過沖壓出一體材料而成形。所述保險絲元件可以替代地通過例如借助激光切割而成形。
[0013]所述保險絲元件觸發的相應環境溫度可以通過預先選擇所述導電軌道的線橫截面與所述連接觸頭的線橫截面的關系而預先確定。通過做出之前提到的關系的相應選擇，也可以限定過流閾值，從該過流閾值所述保險絲元件將觸發。
[0014]進一步相關優點在于，例如，設置有這樣的保險絲元件的基于SMD的保險絲可以通過回流焊接工藝連接到印刷電路板，而所述保險絲元件在該工藝中發生的高溫下不會觸發。因為在該工藝(回流焊接工藝)過程中沒有電流流動，所以這些高溫也不會造成所述保險絲元件的任何改變。結果，設置有該保險絲元件的保險絲可以容易地根據JEDEC標準(240°C到265°C，10秒)通過回流焊接工藝焊接到所述印刷電路板上。
[0015]優選地，所述至少一個加鋪層至少分段地布置在所述導電軌道內。由此可靠地確保，在所述保險絲元件觸發的情況下，即在所述保險絲元件的所述導電軌道熔化或熔融期間，在所述連接觸頭之間沒有電流流動。所述保險絲元件的所述導電軌道的觸發特點可以經由對設置到所述保險絲元件的所述加鋪層的相應尺寸(例如相對于所述保險絲元件的長度、寬度和厚度)的相應選擇進行確定。
[0016]優選地，所述至少一個加鋪層布置在所述導電軌道內，鄰近所述保險絲元件的所述連接觸頭中的一個連接觸頭。結果，所述擴散區可以定位成尤其是接近相對于過流和過溫進行保護的毗連的電子部件(例如功率晶體管)?？梢栽O置鄰近連接觸頭的加鋪層，或者可以設置分別鄰近所述兩個連接觸頭的兩個加鋪層。逐漸需要保險絲來保護應用在高能源裝置(諸如汽車工程、加熱和排氣技術、可再生能源等)中的電路板上的功率晶體管。例如，高能源應用如今被最佳控制，以便減少能源消耗。功率晶體管常常在這種情況下在脈沖化操作中進行操作。在無誤差操作中，不超過所述功率晶體管在脈沖化操作中的最大熱負載。如果所述功率晶體管在例如故障情況下由恒定信號觸發，或者如果所述功率晶體管損壞，則例如在所述功率晶體管中發生高于200°C的高溫。這導致火災隱患。該隱患因依據本發明的保險絲元件而降低，該保險絲元件在超過預定高溫時將立即觸發。該有利效果甚至進一步增強，因為所述保險絲緊鄰所述功率晶體管安裝。通過在所述導電軌道的鄰近所述保險絲元件的所述連接觸頭之一的區域中布置所述擴散區，即所述加鋪層，即通過提供所述擴散區使之接近所述保險絲元件的觸頭并由此盡可能接近所述功率晶體管，所述保險絲元件觸發的可靠性可以甚至進一步增加。
[0017]該布置的進一步優點在于，例如，在所述保險絲元件之下的基底支撐件在邊界區域(即鄰近所述保險絲元件的所述連接觸頭之一)中的熱傳導率比中間區域降低。通過在基底載體的盡可能偏離中心的區域(即鄰近所述保險絲元件的觸頭之一的區域)中以此方式布置所述擴散區，超過例如200 V的預定環境溫度被更迅速地且更可靠地檢測出，并且將由此直接導致所述保險絲元件的觸發。該效果的支持在于，當在所述保險絲元件的俯視圖中觀看時，相應連接觸頭的表面積相對于所述導電軌道形成得盡可能大。結果，所述連接觸頭相對于所述導電軌道具有更好的散熱性能。當在所述保險絲元件的縱向方向中觀看時，最高溫度值將由此有利地發生在所述導電軌道的中心。若干設計參數之一通過選擇所述連接觸頭的相應寬度與所述導電軌道的寬度之間的關系(如在所述保險絲元件的縱向方向上觀看)進行設置，借助該關系，可以在過溫和/或過流下預先確定所述保險絲元件的觸發。通過選擇設置一個或兩個加鋪層來設置另一設計參數。
[0018]優選地，所述導電軌道的線橫截面增加地與所述連接觸頭的線橫截面趨于一致。所述導電軌道的線橫截面可以線性或非線性增加。在該實施方式中，所述導電軌道的線橫截面從所述導電軌道的具有最小線橫截面的相應兩端起以逐步的方式增加，并且增加至等于所述連接觸頭的線橫截面的最大線橫截面。從該區段起，所述連接觸頭的線橫截面可以以恒定的方式延伸。在該實施方式中，所述保險絲元件在俯視圖中呈現類似于骨頭的形狀。
[0019]優選地，所述至少一個加鋪層至少分段地布置在所述導電軌道內，布置在線橫截面逐步增加的區域中。這提供了另一設計參數，通過該另一設計參數可以確定從哪個溫度和/或從哪個電流值起所述保險絲將觸發。
[0020]優選地，所述至少一個加鋪層布置在所述導電軌道的具有逐步增加的線橫截面的區域中，鄰近所述導電軌道的具有最小線橫截面的區段。所述保險絲元件由此在過溫和/或過流下可靠地觸發。
[0021]優選地，所述保險絲元件進一步包括引入到所述導電軌道中的至少一個凹部，所述至少一個加鋪層布置在所述至少一個凹部中。所述擴散區由此整體變薄，使得更迅速地發生所述保險絲元件的材料的原子擴散到所述加鋪層的材料中，該擴散對于觸發所述保險絲元件是必要的或者足夠的。觸發所述保險絲元件的溫度閾值隨著所述保險絲元件的所述導電軌道在所述凹部的區域中的材料厚度的降低而降低，或者隨著所述凹部的深度增加而降低。過流下觸發的電流閾值也降低。結果，所述凹部的尺寸為相關設計參數，借助該設計參數，設定或限定溫度閾值和電流閾值。
[0022]優選地，所述至少一個凹部橫向于所述導電軌道的縱向方向連續取向。所述保險絲元件通常形成為細長的薄帶體。所述凹部在表面上并垂直于電流方向引入到所述導電軌道的材料中。在所述保險絲元件觸發的情況下，電流流動可以由此完全地中斷。所述凹部借助光刻技術、激光等引入到所述導電軌道中。該凹部然后例如借助電鍍工藝填充所述加鋪層的材料。所述凹部可以部分地或完全地填充。所述凹部還可以填充所述加鋪層的材料超過所述凹部的邊緣?？梢栽O置一個或若干凹部，所述一個或若干凹部均填充有加鋪層。
[0023]優選地，所述保險絲元件的材料包括銅，并且所述加鋪層的材料包括錫。用于保護以抵御過流的常規保險絲元件常規上由銅制成。在選擇錫作為加鋪層的材料的情況下，已經發現突出的材料，其在過溫下并且電流流過所述保險絲元件時進入與作為所述保險絲元件的材料的銅擴散。在所述擴散過程的情況下，銅原子擴散到錫中，并且由此形成銅錫合金。在正常操作中，例如在較長時間周期的125°C環境溫度下額定電流傳導經過所述保險絲元件期間，該負載不會造成所述保險絲元件的任何改變。
[0024]之前提到的目的還通過一種保險絲實現，所述保險絲包括根據權利要求1至9中的一項所述的保險絲元件，并且進一步包括由電絕緣材料制成的基底支撐件，其中所述保險絲元件布置在所述基底支撐件的表面上。FR4基礎材料或Al2O3陶瓷材料可以例如用作基底支撐件。該保險絲的優點在于，它可靠地進行保護，不僅抵御過流，而且另外抵御過溫。對比于公知的熱保險絲，依據本發明的保險絲在例如借助回流焊接工藝焊接期間不會觸發。常規的熱保險絲將例如在240°C到265°C的分別必要高溫下立即觸發，使得目前采取復雜的對策，諸如提供線材終端。由于依據本發明的保險絲的具體優點，可以自動組裝，并且工作量對比于現有技術大大減少，因為可以例如避免提供線材終端。此外，依據本發明的保險絲比前面公知的熱保險絲更便宜并且小得多。所述保險絲進一步滿足所有公知許可(IEC 60127和UL248-14標準)。此外，所述保險絲抵抗強電流脈沖。
[0025]優選地，所述保險絲元件布置在所述基底支撐件的相對表面上。結果，保險絲可以基于兩個保險絲元件并連的多層構造進行設置。例如，各個保險絲元件的所述擴散區可以相對于縱向方向布置在相互偏移位置中。所述保險絲在過溫情況下的進一步可靠觸發由此得到確保。
[0026]優選地，所述保險絲進一步包括兩個基底觸頭，所述兩個基底觸頭分別經由所述保險絲元件的與所述基底支撐件相對的連接觸頭電連接。保險絲由此以簡單的方式創造，該保險絲包括平行調換的保險絲元件。這些基底觸頭還可以由銅制成。
[0027]優選地，所述基底支撐件包括Rogers4000材料。常規保險絲大多由例如包括FR4基礎材料或電路板材料或Al2O3陶瓷材料的基底支撐件組裝。所述FR4基礎材料由用環氧樹脂增強的玻璃纖維織物組成。該材料在X方向和Y方向上顯示出良好的膨脹系數。這些膨脹系數位于14ppm/K到17ppm/K的范圍內，并且非常接近銅的膨脹系數，所述保險絲元件的材料具有17??111/1(。具有諸如6、9、12、18、35、70、120和24(^111的不同厚度的銅箔在壓力和溫度下擠壓到所述FR4基礎材料上，并且形成所述保險絲元件的基底。所述FR4基礎材料的極限工作溫度具有不利的影響，大約至多為200 °C。更高的溫度將損害所述FR4基礎材料。在這種情況下，所述FR4基礎材料會分層，并且例如設置為保險絲元件的銅箔與所述FR4基礎材料脫離。隨之是所述FR4基礎材料的分解和炭化。炭化會產生具有相對較低電阻的導電層，由此產生不允許的低絕緣電阻。
[0028]如上面已經描述的，還公知提供Al2O3陶瓷作為所述基底支撐件的材料。與所述FR4基礎材料比較，該陶瓷材料承受更高的溫度。然而，具有小于8ppm/K的該陶瓷材料的膨脹系數非常低，在由銅制成的所述保險絲元件與所述陶瓷材料之間導致機械張力(可能斷裂)。此外，陶瓷基板非常脆并且從所述保險絲元件抽取很多熱能。由此難以基于Al2O3陶瓷作為所述基底支撐件的材料實現具有低額定電流和迅速特點的保險絲。此外，這樣的保險絲在扭轉或彎曲加載所述保險絲元件時容易斷裂。
[0029]如提議的，通過使用Rogers4000材料作為所述基底支撐件的材料，Al2O3陶瓷材料和所述FR4基礎材料的所有優點都組合。Rogers 4000材料因此格外適合作為所述保險絲的所述基底支撐件的材料。這應用于所有類型和大小的所述基底支撐件。Rogers 4000材料進一步與所有電路板工藝兼容，并且甚至在高達300°C的溫度下也一直是穩定的。
[0030]優選地，所述至少一個保險絲元件涂覆有保護漆，尤其是保護性聚合物漆。所述保險絲元件由此可靠地進行保護以抵御環境影響。
[0031]之前提到的目的還通過一種生產保險絲的方法來實現，其中所述方法包括以下步驟:提供包括兩個連接觸頭和位于所述連接接頭的導電軌道的至少一個保險絲元件，以使得所述導電軌道至少在一些區段中具有相對于所述連接觸頭減少的線橫截面;提供基底支撐件;為所述保險絲元件提供設置至少一個加鋪層，其中所述保險絲元件和所述加鋪層均選自在超過預定環境溫度時以及在電流傳導經過所述保險絲元件時進行擴散的材料；以及將所述至少一個保險絲元件布置在所述基底支撐件上。依據本發明的方法提供的保險絲在過溫時迅速而可靠地觸發。此外，所述保險絲可以僅用若干步驟以低成本生產。
[0032]所述保險絲元件觸發時的環境溫度(過溫閾值)通過所述導電軌道的線橫截面與所述連接觸頭的線橫截面之間的關系的相應選擇而預先確定。由于這種選擇的關系，還可以限定過流閾值，從該過流閾值起所述保險絲元件將觸發。所述導電軌道的線橫截面在垂直于所述保險絲元件的縱向方向的平面中相對于所述連接觸頭的線橫截面減少。由此創造的保險絲元件在從俯視圖中顯示為H輪廓。替代地，所述保險絲元件的線橫截面可以在所述連接觸頭的線橫截面上線性或非線性增長。結果，創造的保險絲元件當在俯視圖中觀看時對應于骨形輪廓。在過溫和/或過流的情況下，所述保險絲元件將總是在具有減少的線橫截面的區段中(即在所述導電軌道的進展中)觸發。所述保險絲元件例如通過從一體材料沖壓而成形。所述保險絲元件替代地通過例如借助激光切割而成形。
[0033]優選地，所述至少一個加鋪層分段布置在所述保險絲元件的所述導電軌道內。在觸發所述保險絲元件時，即在所述導電軌道熔化或熔融期間，在所述連接觸頭之間流動的電流由此可靠地中斷。
[0034]優選地，所述至少一個加鋪層布置在所述導電軌道內，鄰近所述保險絲元件的所述連接觸頭中的一個連接觸頭。通過在鄰近所述保險絲元件的所述連接觸頭之一的區域中布置所述加鋪層，所述擴散區可以布置成緊靠被保護的電子部件，例如功率晶體管。由于緊靠該電子部件，可靠性甚至可以進一步增加，借此所述保險絲元件將在超過預定溫度時迅速而可靠地觸發。
[0035]優選地，為所述保險絲元件設置至少一個加鋪層的步驟包括:將所述加鋪層布置于引入到所述導電軌道中的至少一個凹部中?？梢曰谒霭疾康某叽?如在所述保險絲元件的縱向方向上觀看的長度、寬度和幾何形狀)和所述凹部的深度來確定或限定溫度閾值，其中當超過所述溫度閾值時所述保險絲將觸發。所述保險絲元件的觸發特點可以由此以簡單的方式確定。
[0036]之前提到的目的還通過一種貼片保險絲實現，所述貼片保險絲包括根據權利要求10至14中任一項所述的熔化保險絲。這允許利用貼片保險絲作為熱元件來組裝貼片電路板。
[0037]之前提到的目的還通過一種貼片電路實現，所述貼片電路包括根據權利要求19所述的貼片保險絲。這創造了包括至少一個貼片保險絲來對各個電子部件進行熱監測的貼片電路。
[0038]下面更詳細地參照附圖解釋本發明的實施方式，其中:
[0039]圖1以立體圖示出了依據本發明的保險絲；
[0040]圖2示出了如圖1所示的根據本發明的保險絲的剖面圖；
[0041]圖3以立體圖示出了根據本發明的第一實施方式的保險絲元件；
[0042]圖4示出了如圖3所示的根據本發明的第一實施方式的保險絲元件的剖面圖；
[0043]圖5以立體圖示出了根據本發明的第二實施方式的保險絲元件；以及
[0044]圖6示出了如圖5所示的根據本發明的第二實施方式的保險絲元件的剖面圖。
[0045]參照圖1和圖2，根據本發明的保險絲10包括兩個保險絲元件12’、12”，如在保險絲10的縱向方向上觀看，這兩個保險絲元件12’、12”各布置在基底支撐件14的彼此相對的表面上。例如，基底支撐件14由甚至在高達300°C的高溫下有永久耐性的電絕緣材料組成。Rogers 4000材料以尤其優選的方式用作基底支撐件14的材料。抵靠基底支撐件14的保險絲元件12’、12”各在其面對外側的表面上設置有加鋪層16’、16”。加鋪層16’、16”各延伸在保險絲元件12’、12”的橫向于電流方向延伸的區域中。
[0046]相對保險絲元件12’、12”的相應兩端也被稱為連接觸頭，如在保險絲10的縱向截面方向上觀看位于一個平面上，經由基底觸頭18’、18”將彼此電連接。所述基底觸頭18’、18”用作保險絲10的連接件，用以在保險絲10的縱向方向上傳導電流。例如，保險絲元件12’、12”和基底觸頭18’、18”由銅制成。一旦穿過保險絲10傳導的電流超過預定或限定的電流量(電流閾值)，保險絲元件12’、12”中的一個就將以常規的方式熔化或熔斷。由于由此造成線橫截面減少，另一保險絲元件將由此也直接熔化或熔段。電流路徑由此被中斷。
[0047]除了這種保護防止過流，保險絲10還提供保護防止過溫。之前提到的加鋪層16’、16”在這種情況下起作用。如果環境溫度超過例如200°C的預定溫度閾值并且如果另外電流流過保險絲元件12’、12”，則根據本發明啟用擴散過程，其中保險絲元件的材料(銅)的原子擴散到加鋪層16’、16”的材料中。加鋪層16’、16”的材料由錫制成，作為出于該目的的擴散伴侶。在該實例中，銅錫合金通過銅原子擴散錫加鋪層中而形成。如將在下面更詳細地解釋的，加鋪層16’、16”填充到被引入到保險絲元件12’、12”的材料中凹部20’、20”中，以放大擴散過程。
[0048]一旦環境溫度已達到或超過預定溫度閾值，銅層就完全地擴散到錫層中。具有P =In2XR高功率損失的高抵抗擴散區甚至在額定電流下產生。在這種情況下，擴散區的熔化溫度從1080°C降低到大約500°C。擴散區通過諸如延伸率的設計參數的相應選擇、材料的選擇等進行設計，使得大約500°C的降低熔化溫度已經在相對較低的電流下達到，并且電流電路由此在擴散區的位置處通過觸發或熔融保險絲元件12’、12”而可靠地中斷。結果，當沒有過流流動時，保險絲10還在例如超過200°C的預定環境溫度(過溫)下觸發。保險絲10的功能和優點將通過檢查保險絲元件在下面更詳細地解釋。
[0049]圖3和圖4分別以立體圖和剖面圖示出了根據本發明的第一實施方式的保險絲元件12_1的詳細視圖。保險絲元件12_1由兩個連接觸頭24_1’、24_1”以及布置在連接觸頭24_I’、24_1”之間的導電軌道26 j—體組裝，其中導電軌道26 j具有相對于連接觸頭24 j’、24_1”連續減少的線橫截面。導電軌道26 j的線橫截面在導電軌道26 j的整個延伸部分上是恒定的。此外，連接觸頭24_1’、24_1”具有相對于導電軌道26j的相對較大面積。由于該構造，在連接觸頭24_1’、24_1”的區域中提供了比導電軌道26_1本身的區域明顯更高量的散熱。如在保險絲元件12 j的縱向方向上觀看的，溫度大約在導電軌道26_1的中間最高并且沿朝向兩個連接觸頭24_1 ’、24_1”的方向降低。
[0050]如俯視圖觀看的，保險絲元件12_1的外觀形狀呈現H-輪廓。連接觸頭24_1’、24_1”以矩形的方式成形，其中連接觸頭24_1’、24_1”還可以呈現其它形狀，只要一般如在垂直于保險絲元件的縱向方向的平面中觀看的，導電軌道26_1的線橫截面相對于連接觸頭24_1’、24_1”的線橫截面減少即可。例如，保險絲元件12_1通過沖壓出一體材料(例如銅)成形。替代地，保險絲元件12可以通過例如借助激光切割而形成。
[0051 ]支撐件16 j填充到凹部20 j中，凹部20_1引入到導電軌道26 j的材料中。雖然在圖3和圖4中未示出，但是分別填充有加鋪層的凹部可以設置在導電軌道26 j的兩端上，位于與連接觸頭24_1’、24_1”的匯合點處。用于設定或限定溫度閾值的一個設計參數由導電軌道26_1的線橫截面(在凹部20_1的區域中減少)表示。溫度閾值隨著導電軌道26_1(銅)的線橫截面的降低而逐漸減少。結果，凹部20 j的幾何形狀一般提供設定或限定溫度閾值的可能性。一旦外部溫度超過該溫度閾值，這就導致導電軌道26_1的區域中的保險絲元件12_I熔化或熔融。加鋪層16_1的材料的數量(這意味著錫的數量)作為用于設定或限定溫度閾值的另一設計參數。用于設定或限定溫度閾值的另一設計參數通過選擇兩個擴散伴侶的材料組成來表示。除了這里介紹的銅和錫的擴散伴侶，還可以選擇其它適合的擴散部分。
[0052]出于保護保險絲元件12_1抵御有害外界影響的目的，保險絲元件12_1可以涂覆保護漆22_1，例如保護性聚合物漆(參見圖4)。
[0053]圖5和圖6分別以立體圖和剖面圖示出了根據本發明的第二實施方式的保險絲元件12_2的詳細視圖。類似于如圖4和圖5中示出的第一實施方式的保險絲元件12 j的構造，保險絲元件12_2由兩個連接觸頭24_2’、24_2”以及布置在連接觸頭24_2’、24_2”之間的導電軌道26_2—體地制成。
[0054]根據第二實施方式的保險絲元件12_2與根據第一實施方式的保險絲元件12_1的不同點在于:導電軌道26_2的兩個端部的線橫截面以逐步的方式接近連接觸頭24_2’、24_2”的更大線橫截面。對比于第一實施方式，導電軌道26_2的線橫截面在導電軌道26_2的整個延伸部分上不是恒定的。
[0055]如圖5中示出的，線橫截面線性增加。當在俯視圖中觀看時，導電軌道26_2包括在其兩端處呈等腰梯形形狀的區段。當在俯視圖中觀看時，保險絲元件12_2的外觀形狀由此呈現骨形輪廓。導電軌道26_2的線橫截面還可以替代地以非線性方式增加，于是導電軌道26_2的端部當在俯視圖中觀看時設置有不同于等腰梯形的幾何形狀。
[0056]如在俯視圖中觀看的，連接觸頭24_2’、24_2”進一步以矩形方式成形，其中所述連接觸頭還可以呈現其它幾何形狀，只要導電軌道26_2的線橫截面相對于連接觸頭24_2’、24_2”的線橫截面朝向保險絲元件12_2的中心連續地降低即可。
[0057]對比于圖3和圖4中示出的保險絲元件，根據第二實施方式的保險絲元件12_2包括兩個凹部20_2’、20_2”，這兩個凹部20_2’、20_2”引入到導電軌道26_2的材料中。如上面描述的，凹部20_2 ’、20_2”均布置導電軌道26_2的線橫截面降低的那些區域中。換句話說，當在俯視圖中觀看時，凹部20_2 ’、20_2”均布置在導電軌道26_2的梯形端部的鈍尖上。
[0058]加鋪層16_2’、16_2”分別填充到凹部20_2’、20_2”中。由于導電軌道26_2的線橫截面由此在凹部20_2’、20_2”的區域中減少以及另外如在俯視圖中觀看的導電軌道26_2的端部的相應梯形幾何形狀，多個設計參數中的一個用于設定或限定溫度閾值。設定或限定溫度閾值的一種可能性一般通過選擇凹部20_2’、20_2”的幾何形狀進行設置。保險絲元件12_2涂覆有保護漆22_2，用以保護抵御有害的外部影響。
[0059]圖1和圖2中示出的保險絲10可以在一側或兩側配備有第一實施方式的一個或若干保險絲元件12_1(參見圖3和圖4)或第二實施方式的一個或若干保險絲元件12_2(參見圖5和圖6)。還可以組合。
[0060]總之，由此創造了可靠保險絲10，用于熱監測及同時電監測彼此鄰近布置的功率晶體管。一個優點在于，保險絲10不論熱保險絲特征如何都能夠經由直接回流焊接工藝焊接到電路板上而不會觸發。因為在該回流焊接工藝的過程中沒有電流流過保險絲元件12，所以在該工藝中發生的高溫將不會觸發保險絲元件12。例如，僅在操作狀態下，即當傳導諸如額定電流的電流時，保險絲元件12也將在過溫下觸發，該過溫可以低于在回流焊接工藝期間發生的溫度。
[0061]結果，由此創造了以前不存在的貼片保險絲，該貼片保險絲可以在SMD基礎上自動地放置并焊接。由于貼片保險絲的較小形狀因子，貼片保險絲可以有利地定位，尤其是接近急劇產生熱的部件，例如功率晶體管。一旦該部件呈現超過預定溫度閾值的溫度(例如因部件本身缺陷或電路缺陷造成的)，貼片保險絲就將迅速觸發，于是流過所述缺陷部件的電流被可靠地中斷。
[0062]保險絲10具有盡可能最小的形狀因子(例如0201、0402、0603、1206、1812、2010、2512、4018等)。此外，保險絲10顯示出較高脈沖加載能力，因為保險絲元件12被固定到基底支撐件14。
[0063]實現了具有并連的一個或若干保險絲元件12;12’、12”的多層構建。保險絲元件12; 12 ’、12”完全地受到保護漆22; 22 ’、22”的保護來抵御環境影響。在高達280°C的最大環境溫度下使用通過前面提到的設計參數的相應選擇是可能的。在幾mA到高達幾百A的范圍內的電流可以類似地實現。由于小的形狀因子，保險絲10可以有利地定位，尤其是接近生產大量的熱的電氣部件，例如功率晶體管。這允許良好的熱耦合，憑此可以立即檢測增加的溫度，例如因功率晶體管發生故障而造成的功率晶體管的溫度增加。因為保險絲10在超過限定過溫時立即觸發，由此消除火災隱患的風險。與常規公知熱保險絲比較，保險絲10—般提供關于可靠性、成本、大小、重量、做工、脈沖電阻、振動阻力、響應行為等的大幅改善。
[0064]創造的保險絲10改進并擴展保險絲關于電流/時間行為、溫度行為、脈沖強度、斷裂能力、絕緣電阻、i2t值、材料和生產成本的以前公知的性能。
【主權項】
1.一種保險絲元件(12_1;12_2)，所述保險絲元件包括兩個連接觸頭(24_1’，24_1〃；24_2 ’，24_2〃)和位于所述兩個連接觸頭之間的導電軌道(26_1; 26_2)，其中所述導電軌道(26_1; 26_2)至少在一些區段中具有相對于所述連接觸頭(24_1 ’，24_1 〃; 24_2 ’，24_2〃)減少的線橫截面，所述保險絲元件進一步包括至少一個加鋪層(16_1;16_2’，16_2〃)，其中所述保險絲元件(12_1;12_2)和所述至少一個加鋪層(16_1;16_2’，16_2〃)均包括在超過預定環境溫度時以及在所述保險絲元件(12_1;12_2)傳導電流時經歷擴散的材料。2.根據權利要求1所述的保險絲元件(12_1;12_2)，其中，所述至少一個加鋪層(16_1;16_2’，16_2〃)至少分段地布置在所述導電軌道(26_1 ;26_2)內。3.根據權利要求1或2所述的保險絲元件(12_1)，其中，所述至少一個加鋪層(16_1)布置在所述導電軌道(26_1)內，鄰近所述保險絲元件(12_1)的所述連接觸頭(24_1’，24_1〃)中的一個連接觸頭。4.根據權利要求1或2所述的保險絲元件(12_2)，其中，所述導電軌道(26_2)的線橫截面逐步增加地與所述連接觸頭(24_2’，24_2")的線橫截面趨于一致。5.根據權利要求4所述的保險絲元件(12_2)，其中，所述至少一個加鋪層(16_2’，16_2")至少分段地布置在所述導電軌道(26_2)內，布置在線橫截面逐步增加的區域中。6.根據權利要求4或5所述的保險絲元件(12_2)，其中，所述至少一個加鋪層(16_2’，16_2")布置在所述導電軌道(26_2)的具有逐步增加的線橫截面的區域中，鄰近所述導電軌道(26_2)的具有最小線橫截面的區段。7.根據前述權利要求中任一項所述的保險絲元件(12_1;12_2)，所述保險絲元件(12_I; 12_2)進一步包括引入到所述導電軌道(26_1; 26_2)中的至少一個凹部(20_1; 20_2 ’，20_2〃)，所述至少一個加鋪層(16_1;16_2’，16_2〃)布置在所述至少一個凹部中。8.根據權利要求7所述的保險絲元件(12_1;12_2)，其中，所述至少一個凹部(20_1;20_2 ’，20_2")相對于所述導電軌道(26_1; 26_2)的縱向方向以連續的、橫向的方式取向。9.根據前述權利要求中任一項所述的保險絲元件(12_1;12_2)，其中，所述保險絲元件(12_1； 12_2)的材料包括銅，并且所述至少一個加鋪層(16_1 ； 16_2’，16_2〃)的材料包括錫。10.—種保險絲(10)，所述保險絲(10)包括根據前述權利要求中任一項所述的至少一個保險絲元件(12; 12’，12〃)并且進一步包括由電絕緣材料制成的基底支撐件(14)，其中所述至少一個保險絲元件(12;12’，12〃)布置在所述基底支撐件(14)的表面上。11.根據權利要求10所述的保險絲(10)，其中，所述至少一個保險絲元件(12’，12〃)布置在所述基底支撐件(14)的相對表面上。12.根據權利要求10或11所述的保險絲(10)，所述保險絲(10)進一步包括兩個基底觸頭(18’，18”)，所述兩個基底觸頭均電連接到所述保險絲元件(12’，12〃)的與所述基底支撐件(14)相對的連接觸頭。13.根據權利要求10至12中任一項所述的保險絲(10)，其中，所述基底支撐件(14)包括Rogers 4000材料。14.根據權利要求10至13中任一項所述的保險絲(10)，其中，所述至少一個保險絲元件(12;12’，12〃)涂覆有保護漆(22;22’，22〃)，尤其是保護性聚合物漆。15.—種生產保險絲(10)的方法，所述方法包括以下步驟: 提供具有兩個連接觸頭(24’，24")和位于所述兩個連接觸頭之間的導電軌道(26)的至少一個保險絲元件(12;12’，12〃)，以使得所述導電軌道(26)至少在一些區段中具有相對于所述連接觸頭(24’，24〃)減少的線橫截面； 提供基底支撐件(14); 為所述至少一個保險絲元件(12; 12’，12〃)設置至少一個加鋪層(16; 16’，16〃)，其中所述至少一個保險絲元件(12; 12’，12〃)和所述至少一個加鋪層(16; 16’，16〃)均選自在超過預定環境溫度時以及在所述至少一個保險絲元件(12; 12’，12〃)傳導電流時經歷擴散的材料；以及 將所述至少一個保險絲元件(12; 12’，12〃)布置在所述基底支撐件(14)上。16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述至少一個加鋪層(16;16’，16")至少分段地布置在所述至少一個保險絲元件(12; 12’，12〃)的所述導電軌道(26)內。17.根據權利要求15或16所述的方法，其中，所述至少一個加鋪層(16;16’，16〃)布置在所述導電軌道(26)內，鄰近所述至少一個保險絲元件(12; 12’，12〃)的所述連接觸頭(24’，24")中的一個連接觸頭。18.根據權利要求15至17中任一項所述的方法，其中，為所述至少一個保險絲元件(12;12’，12〃)設置至少一個加鋪層(16; 16’，16〃)的步驟包括:將所述至少一個加鋪層(16; 16’，16")布置于引入到所述導電軌道(26)中的至少一個凹部(20;20’，20〃)中。19.一種貼片保險絲，該貼片保險絲包括根據權利要求10至14中任一項所述的保險絲(1)020.—種貼片電路，該貼片電路包括根據權利要求19所述的貼片保險絲。
【文檔編號】H01H85/041GK105874553SQ201380081822
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2013年12月23日
【發明人】P·斯特勞布, H-P·布拉特勒
【申請人】舒爾特公司