專利名稱：可回流熱熔斷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子保護(hù)電路。更具體地，本發(fā)明涉及自激活表面安裝熱熔斷
O
背景技術(shù)：
保護(hù)電路通常用在電子電路以將故障電路與其它電路隔開。例如，保護(hù)電路可以用來防止電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中的電路模塊的級聯(lián)故障。保護(hù)電路還可以用來預(yù)防更嚴(yán)重的問題，如由電源電路故障引起的火災(zāi)。一種類型的保護(hù)電路是熱熔斷器。熱熔斷器以類似于典型的玻璃管熔絲的方式起作用。也就是說，在正常操作狀態(tài)下，熔斷器像短路一樣作用，在故障狀態(tài)期間，熔斷器像開路一樣作用。當(dāng)熱熔斷器的溫度超過指定溫度時(shí)，熱熔斷器在這兩種操作模式之間轉(zhuǎn)換。為了有利于這些模式，熱熔斷器包括傳導(dǎo)元件，如可熔電線、一組金屬接觸件、或一組焊接的金屬接觸件，其可以從傳導(dǎo)狀態(tài)切換至非傳導(dǎo)狀態(tài)。還可以結(jié)合感測元件。感測元件的物理狀態(tài)根據(jù)感測元件的溫度變化。例如，感測元件可以相當(dāng)于在激活溫度融化的低熔點(diǎn)金屬合金或離散熔點(diǎn)有機(jī)化合物。當(dāng)感測元件改變狀態(tài)時(shí)，傳導(dǎo)元件通過實(shí)際上中斷導(dǎo)電路徑而從傳導(dǎo)狀態(tài)切換至非傳導(dǎo)狀態(tài)。在操作中，電流流過熔絲元件。一旦感測元件達(dá)到指定溫度，它改變狀態(tài)，并且傳導(dǎo)元件從傳導(dǎo)狀態(tài)切換至非傳導(dǎo)狀態(tài)?，F(xiàn)有的熱熔斷器的一個(gè)缺點(diǎn)在于，在熱熔斷器的安裝期間，必須小心以防止熱熔斷器達(dá)到感測元件改變狀態(tài)的溫度。結(jié)果，現(xiàn)有的熱熔斷器不能經(jīng)由在將引起感測元件過早地?cái)嚅_的溫度處操作的回流焊爐安裝至電路板。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面中，一種可回流熱熔斷器，包括正溫度系數(shù)(PTC)裝置，限定有第一端和第二端；傳導(dǎo)元件，限定有第一端和第二端，傳導(dǎo)元件的第一端與PTC裝置的第二端電連通；和限制元件，限定有第一端和第二端，限制元件的第一端與PTC裝置的第一端電連通，且限制元件的第二端與傳導(dǎo)元件的第二端電連通，該限制元件適于在熱熔斷器的安裝狀態(tài)中防止傳導(dǎo)元件脫離與PTC裝置的電連通。在故障狀態(tài)期間，施加至熱熔斷器的熱量將在PTC裝置的第一端和傳導(dǎo)元件的第二端之間流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)向限制元件，引起限制元件釋放傳導(dǎo)元件并激活熔斷器。在另一個(gè)方面中，一種用于將可回流熱熔斷器放置在配電板上的方法，包括提供如上所述的可回流熱熔斷器。隨后將可回流熱熔斷器放置在配電板上，該配電板包括用于將可表面安裝的熔斷器焊接至配電板的焊墊。隨后使配電板通過回流焊爐以將可表面安裝的熔斷器焊接至配電板。


圖1為可回流熱熔斷器的示意性圖示。圖2為可以與可回流熱熔斷器一起使用的殼體的實(shí)施方式的底部透視圖。圖3為使出與可回流熱熔斷器一起使用的PTC裝置的電阻和溫度之間的關(guān)系的曲線圖。圖4為圖1的可回流熱熔斷器的示例性機(jī)械圖示。圖5為描述圖1的可回流熱熔斷器的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了克服上述問題，提供了一種可回流熱熔斷器。大體上，該可回流熱熔斷器包括負(fù)載電流從中流過的傳導(dǎo)元件、正溫度系數(shù)(PTC)裝置和限制元件。限制元件用來在回流工藝期間將傳導(dǎo)元件保持在關(guān)閉狀態(tài)。在正常操作狀態(tài)下，流入可回流熱熔斷器的電流主要流過PTC裝置和傳導(dǎo)元件。 一部分電流還流過限制元件。在高溫和/或大電流故障狀態(tài)期間，PTC裝置的電阻增加。這又引起流過PTC裝置的電流轉(zhuǎn)向限制元件，直到限制元件機(jī)械地?cái)嚅_。在限制元件斷開之后，允許傳導(dǎo)元件進(jìn)入斷開狀態(tài)。在一些實(shí)施方式中，可回流熱熔斷器周圍的高的環(huán)境溫度使傳感器失去彈性和/或熔化。這使得傳導(dǎo)元件能夠進(jìn)入斷開狀態(tài)。在其它實(shí)施方式中， 流入可回流熱熔斷器并流過PTC裝置的電流使PTC裝置產(chǎn)生足夠的熱量，以使傳感器失去彈性和/或熔化，并由此釋放傳導(dǎo)元件。在下文中詳細(xì)闡述了可回流熱熔斷器的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。包括附圖以提供進(jìn)一步的理解，并且附圖結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。圖1為可回流熱熔斷器100的示意性圖示?？苫亓鳠崛蹟嗥?00包括正溫度系數(shù) (PTC)裝置105、傳導(dǎo)元件110和限制元件115。PTC裝置105、傳導(dǎo)元件110和限制元件115 可以設(shè)置在殼體內(nèi)，如圖2中使出的殼體200。如圖2所示，殼體200可以包括第一安裝焊墊210和第二安裝焊墊205。第一安裝焊墊210和第二安裝焊墊205可以用來使設(shè)置在電路板上的電路與設(shè)置在殼體200內(nèi)的 PTC裝置105、傳導(dǎo)元件110、和/或限制元件115電連通。在可替換實(shí)施方式中，PTC裝置 105、傳導(dǎo)元件110和限制元件115可以設(shè)置在基板、電路板、或基板、電路板和/或殼體的
組合上。返回參照圖1，PTC裝置105相當(dāng)于具有第一端和第二端的電子裝置。PTC裝置105 可以相當(dāng)于具有電阻關(guān)于PTC裝置105的溫度變化的非線性裝置。PTC裝置105的電阻和溫度之間的關(guān)系在圖3的曲線圖中示出。參照圖3，曲線圖的水平軸表示PTC裝置105的溫度。曲線圖的縱軸表示PTC裝置 105的電阻305和流過PTC裝置105的電流310。如圖所示，在較冷的溫度處，PTC裝置105 的電阻305相對低。例如，電阻305可以小于約10毫歐姆。當(dāng)溫度增加時(shí)，電阻305開始急劇增加，如由區(qū)域1315表示。當(dāng)溫度繼續(xù)增加時(shí)，電阻305進(jìn)入線性區(qū)域2320。最后，溫度的進(jìn)一步增加使PTC裝置105進(jìn)入其中出現(xiàn)電阻305的另一個(gè)急劇增加的第三區(qū)域325。通過PTC裝置105的電流310對應(yīng)于PTC裝置105上的電壓與PTC裝置105的電阻305之比。電流310可以與PTC裝置105的電阻305成反比例。如圖所示，當(dāng)電阻305 增加時(shí)，電流310降低，直到幾乎沒有電流流過PTC裝置105。
返回參照圖1，傳導(dǎo)元件110包括第一端和第二端，一端與PTC裝置105電連通。 在一些實(shí)施方式中，傳導(dǎo)元件110包括傳感器，其將傳導(dǎo)元件可釋放地固定為與PTC裝置熔斷器的第二端電連通。該傳感器可以對應(yīng)于在熱熔斷器的激活溫度處熔化的任何材料。例如，該材料可以對應(yīng)于在約200°c熔化的焊料。也可以使用在更高或更低溫度熔化的其他材料。傳導(dǎo)元件還可以包括處于彈簧狀張力下的部分，使得當(dāng)傳感器熔化時(shí)，傳導(dǎo)元件機(jī)械地?cái)嚅_，因此防止電流流過傳導(dǎo)元件110。限制元件115可以包括與PTC裝置105的第一端電連通的第一端和與傳導(dǎo)元件 110的第二端電連通的第二端。限制元件115適于在可回流熱熔斷器100的安裝狀態(tài)期間防止傳導(dǎo)元件Iio與PTC裝置105脫離電連通。例如，限制元件115的一端可以物理地連接至傳導(dǎo)元件110，另一端可以物理地連接至殼體和/或基板。限制元件115可以對應(yīng)于能夠?qū)щ姷娜魏尾牧稀＠?，限制元?15可以由銅、不銹鋼或合金制成。限制元件115的直徑大小可以形成為使得能夠在故障狀態(tài)期間燒斷、斷開限制元件115。在一種實(shí)施方式中，限制元件115在約1安培的電流流過它時(shí)斷開。申請人預(yù)期限制元件115的直徑和/或其它尺寸可以增加或減小，允許更高或更低的電流。圖4為圖1的可回流熱熔斷器100的示例性機(jī)械圖示400。在該示例性實(shí)施方式中，傳導(dǎo)元件110包括傳感器IlOa和彈簧部110b。傳導(dǎo)元件110的第一端可以與第一焊墊 205電連通，傳導(dǎo)元件110的第二端可以與PTC裝置105的第一端電連通。傳導(dǎo)元件110的傳感器IlOa可以由在諸如200°C的激活溫度處熔化或失去其保持強(qiáng)度的材料制成。彈簧部 IlOb可以處于張力下，使得當(dāng)傳感器IlOa失去其保持強(qiáng)度時(shí)，傳導(dǎo)元件與PTC裝置105分開。PTC裝置105可以設(shè)置在傳導(dǎo)元件110的下面，如圖所示。PTC裝置105的第一端可以與第二焊墊210電連通。限制元件115可以掛在傳導(dǎo)元件110的一部分上并固定到第一焊墊205和第二焊墊210，如圖所示。圖5為描述圖1的可回流熱熔斷器100的操作的流程圖。在方塊300處，將可回流熱熔斷器100放置在配電板上。焊膏可以已經(jīng)經(jīng)由掩膜工藝預(yù)先涂敷至配電板上與可回流熱熔斷器100相關(guān)聯(lián)的焊墊位置。隨后，將配電板與可回流熱熔斷器一起放入回流焊爐中，回流焊爐使焊墊上的焊料熔化。在回流工藝期間，傳導(dǎo)元件的傳感器可以失去其保持強(qiáng)度。例如，在由焊料制成的傳感器中，焊料可以熔化。然而，焊料可以經(jīng)由焊料的表面張力保持在合適的位置。限制元件可以防止傳導(dǎo)元件在回流工藝期間機(jī)械地?cái)嚅_。在回流之后，允許配電板冷卻，此時(shí)傳感器可以再次恢復(fù)其保持強(qiáng)度。在方塊505處，可回流熱熔斷器100可以用在非故障狀態(tài)中。參照圖1，在該操作模式中，從源120流過可回流熱熔斷器100至負(fù)載125的電流可以流過形成在PTC裝置105 和傳導(dǎo)元件110之間的串聯(lián)電路，并還經(jīng)由限制元件115并聯(lián)流動(dòng)。流過限制元件115的量可以小于用于機(jī)械地?cái)嚅_限制元件115所必需的電流的量。在方塊510處，故障狀態(tài)可能發(fā)生。例如，可回流熱熔斷器100附近的環(huán)境溫度可以增加至危險(xiǎn)水平，如200°C。在方塊515處，PTC裝置105的電阻可以開始隨著環(huán)境溫度增加，如在圖2中描述的那樣。當(dāng)PTC裝置105的電阻增加時(shí)，流入PTC裝置105的電流可以轉(zhuǎn)向限制元件115。在方塊520處，流過限制元件115的電流達(dá)到引起限制元件115機(jī)械地?cái)嚅_的點(diǎn)， 因此釋放傳導(dǎo)元件110。在方塊525處，傳導(dǎo)元件110可以機(jī)械地?cái)嚅_。傳導(dǎo)元件110可以在限制元件115 釋放傳導(dǎo)元件110之后立即斷開。例如，傳導(dǎo)元件110的傳感器可以已經(jīng)失去其保持強(qiáng)度。 可替換地，可回流熱熔斷器100周圍的環(huán)境溫度可以繼續(xù)增加，并且傳感器可以在升高的溫度處失去控制。在另一種替換方式中，流入可回流熱熔斷器100并流過PTC裝置105的電流可以引起PTC裝置105自身加熱至足以引起傳導(dǎo)元件110的傳感器失去其保持強(qiáng)度的溫度。如從上文描述可以看出的那樣，可回流熱熔斷器與經(jīng)由回流焊爐將熱熔斷器放置在配電板上相關(guān)聯(lián)的問題。限制元件使得能夠在回流工藝期間固定傳導(dǎo)元件。隨后在故障狀態(tài)期間，PTC裝置將流過可回流熱熔斷器的電流有效地引向限制元件，這又引起限制元件斷開。這又釋放了傳導(dǎo)元件。雖然已經(jīng)參照某些實(shí)施方式描述了可回流熱熔斷器和用于使用該可回流熱熔斷器的方法，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在不偏離本申請的范圍的條件下可以進(jìn)行多種改變，并可以用等同物替換。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，上述發(fā)熱裝置可以適于與在此公開的任何可回流熱熔斷器實(shí)施方式或其任何等同物一起工作，以增強(qiáng)可回流熱熔斷器的操作特性。此外，可以進(jìn)行多種修改，以使特定情況或材料適應(yīng)所述教導(dǎo)而不偏離其范圍。 因此，目的是，可回流熱熔斷器和用于采用該可回流熱熔斷器將不限于所公開的特定實(shí)施方式，而且可以應(yīng)用于落入權(quán)利要求的保護(hù)范圍之類的任何實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種熱熔斷器，包括正溫度系數(shù)裝置，限定有第一端和第二端；傳導(dǎo)元件，限定有第一端和第二端，傳導(dǎo)元件的第一端與正溫度系數(shù)裝置的第二端電連通；禾口限制元件，限定有第一端和第二端，限制元件的第一端與正溫度系數(shù)裝置的第一端電連通，且限制元件的第二端與傳導(dǎo)元件的第二端電連通，該限制元件適于在熱熔斷器的安裝狀態(tài)下防止傳導(dǎo)元件脫離與正溫度系數(shù)裝置的電連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱熔斷器，其中在高溫故障狀態(tài)期間，施加至熱熔斷器的熱量導(dǎo)致在正溫度系數(shù)裝置的第一端和傳導(dǎo)元件的第二端之間流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)向限制元件，因而引起限制元件釋放傳導(dǎo)元件，優(yōu)選其中在限制元件釋放傳導(dǎo)元件之后，施加的熱量引起傳導(dǎo)元件電斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱熔斷器，其中在大電流故障狀態(tài)期間，流入熱熔斷器的故障電流導(dǎo)致在正溫度系數(shù)裝置的第一端和傳導(dǎo)元件的第二端之間流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)向限制元件，因而引起限制元件釋放傳導(dǎo)元件，并且故障電流引起正溫度系數(shù)裝置產(chǎn)生引起傳導(dǎo)元件電斷開的熱量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱熔斷器，其中傳導(dǎo)元件包括傳感器，該傳感器將傳導(dǎo)元件可釋放地固定為與正溫度系數(shù)裝置的第二端電連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱熔斷器，其中傳感器在約200°C時(shí)熔化，優(yōu)選其中傳導(dǎo)元件包括處于張緊狀態(tài)下的彈簧部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱熔斷器，還包括殼體，該殼體包含所述正溫度系數(shù)裝置、傳導(dǎo)元件和限制元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱熔斷器，還包括至少部分地設(shè)置在殼體的外側(cè)的能夠?qū)崛蹟嗥鞅砻姘惭b至配電板的多個(gè)安裝焊墊，優(yōu)選其中正溫度系數(shù)裝置的第一端和限制元件的第一端與所述多個(gè)安裝焊墊中的第一焊墊電連通，并且傳導(dǎo)元件的第二端和限制元件的第二端與所述多個(gè)安裝焊墊中的第二焊墊電連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱熔斷器，其中正溫度系數(shù)裝置、傳導(dǎo)元件和限制元件安裝在基板上。
9.一種用于將熱熔斷器放置在配電板上的方法，包括下述步驟提供可回流熱熔斷器，該可回流熱熔斷器包括正溫度系數(shù)裝置，限定有第一端和第二端；傳導(dǎo)元件，限定有第一端和第二端，傳導(dǎo)元件的第一端與正溫度系數(shù)裝置的第二端電連通；禾口限制元件，限定有第一端和第二端，限制元件的第一端與正溫度系數(shù)裝置的第一端電連通，且限制元件的第二端與傳導(dǎo)元件的第二端電連通，該限制元件適于在熱熔斷器的安裝狀態(tài)中防止傳導(dǎo)元件脫離與正溫度系數(shù)裝置的電連通；將可回流熱熔斷器放置在配電板上，該配電板包括用于將可表面安裝的熔斷器焊接至配電板的焊墊；以及使配電板通過回流焊爐以將可表面安裝的熔斷器焊接至配電板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在故障狀態(tài)期間，將在正溫度系數(shù)裝置的第一端和傳導(dǎo)元件的第二端之間流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)向限制元件，以引起限制元件釋放傳導(dǎo)元件。
全文摘要
一種可回流熱熔斷器(100)，包括正溫度系數(shù)(PTC)裝置(105)，限定有第一端和第二端；傳導(dǎo)元件(110)，限定有第一端和第二端，傳導(dǎo)元件的第一端與PTC裝置的第二端電連通；和限制元件(115)，限定有與PTC裝置的第一端電連通的第一端和與傳導(dǎo)元件的第二端電連通的第二端。該限制元件適于在熱熔斷器的安裝狀態(tài)中防止傳導(dǎo)元件脫離與PTC裝置的電連通。在故障狀態(tài)期間，施加至熱熔斷器的熱量將在PTC裝置的第一端和傳導(dǎo)元件的第二端之間流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)向限制元件，引起限制元件釋放傳導(dǎo)元件并激活熔斷器。
文檔編號H01H69/02GK102362331SQ201080013172
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者安東尼·瓦尼卡, 陳建華, 馬丁·A·馬太哈斯恩 申請人:泰科電子公司