CN101630674B - 包括电阻和熔线元件的电路保护装置 - Google Patents

Abstract

一种集成电路保护装置，包括设置在第一端子和第二端子之间的基片。基片由电阻材料组成。第一导电层设置在基片的第一表面上并且与第一端子电接触。第二导电层设置在基片的第二表面上。第一电绝缘层设置在第二导电层上并且基本上覆盖第二导电层。第一电绝缘层包括一个孔。熔线元件设置在第一电绝缘层上通过孔与第二导电层电接触并且与第二端子电接触。熔线元件与电阻材料串联。第二电绝缘层设置在熔线元件上。

Description

包括电阻和熔线元件的电路保护装置

技术领域

本发明总的来说涉及一种电路保护装置。尤其涉及在单个装置中提供过电流保护和电流限制的电路保护装置。

背景技术

例如电池充电器等的许多电子装置，为了给电容器充电或者为其他原因，当加电时需要大的初始电流。这就需要限制初始电流以防止其对元件的损坏。还需要提供一种熔线元件以提供在元件失效时的过电流保护。在短路的情况下，如果电流超过预定值，过电流熔线元件将会打开。在许多应用中，特别是电子设备中，需要在单个设备中结合过电流保护和电阻来使所需的空间最小化。

发明内容

在实施例中，集成电路保护装置包括设置在第一端子和第二端子之间的基片。基片由电阻材料组成。在基片的第一表面上设置第一导电层并且第一导电层与第一端子电接触。在基片的第二表面上设置第二导电层。第一电绝缘层设置在第二导电层上并且基本上地覆盖第二导电层。第一电绝缘层包括孔。在第一电绝缘层上设置熔线元件并且熔线元件通过通孔与第二导电层和第二端子电接触。熔线元件和电阻材料电串联。第二电绝缘层设置在熔线元件之上。

在另一个实施例中，绝缘材料是负温度系数材料。电路保护装置可以提供在25℃时5Ω-200Ω之间的电阻和在150℃时50mΩ到2Ω之间的电阻。电路保护装置可以提供在25℃时的第一电阻和在150℃时的第二电阻，其中，第二电阻阻值在第一电阻的1％-10％之间。

在一个实施例中，NTC材料从金属氧化物材料中选择。

在一个实施例中，第二电绝缘材料层包括孔。熔线元件至第二端子之间通过该孔提供电连接。第三电绝缘层可以设置在与第一电绝缘层相对的基片的部分上。

在一个实施例中，形成集成电路保护装置的方法包括提供一种由电阻材料组成的基片。第一导电层施加在基片的第一表面上。第二导电层施加在与第一表面相对的基片的第二表面上。第一电绝缘层施加在第一导电层上并且基本上覆盖第一导电层。第一电绝缘层包括孔。在第一电绝缘层上设置熔线元件并且该熔线元件通过孔与第一导电层电接触。第二电绝缘层设置在熔线元件之上。在装置的端部设置第一端子和第二端子。第一端子和熔线元件电接触并且第二端子和第二导电层电接触。

在一个实施例中，该方法包括在第二导电层上形成第三电绝缘层。

在一个实施例中，该方法包括在第二电绝缘层中设置孔以在第一端子和熔线元件之间形成电连接。

在另一个实施例中，集成电路保护装置包括设置毗连于且电连接于第一端子的负温度系数材料。在电阻材料和第二端子之间设置熔线元件。熔线元件与电阻材料串联。在电阻材料和第二端子之间的熔线元件周围设置电绝缘材料。

在另一个实施例中，集成电路保护装置包括第一端子和第二端子。电阻材料设置为毗连于第一端子且与第一端子电连接。第一电极包括第一导电层，该第一导电层设置在与第一端子毗连的电阻材料的第一表面上。第二电极包括第二导电层，该第二导电层设置在与第一表面相对的电阻材料的第二表面上。在电阻材料和第二端子之间设置熔线元件。熔线元件与电阻材料电串联。在电阻材料和第二端子之间的熔线元件周围设置电绝缘材料。

在另一个实施例中，装置包括第一引线和第二引线，第一引线与第一端子电连接且从第一端子伸出，第二引线与第二端子电连接且从第二端子伸出。第一端子设置在装置的第一端且第二端子设置在与第一端子相对的装置的第二端。

在一个实施例中，电路保护装置具有从第一端子到第二端子延伸的长度。熔线元件具有长度，该长度是延伸电路保护装置的长度的至少50％。

在一个实施例中，装置通常是圆柱形并且通常在电阻材料与第二端子之间沿装置的轴线设置熔线元件。

在另一个实施例中，集成电路保护装置包括在第一端子和第二端子之间设置的基本上平的基片。基片由电绝缘材料组成。电阻材料层设置在基片上且与第一端子电接触。熔线元件材料层设置在电阻材料层和第二端子之间的基片上。在第一端子和第二端子之间熔线元件层与电阻材料电串联。

在另一个实施中，集成电路保护装置包括第一和第二端盖之间设置的熔线元件且该熔线元件与第一和第二端盖电接触。绝缘壳设置在熔线元件周围且在第一和第二端盖之间延伸。在第一和第二端盖之间的绝缘壳上设置中心端子。电阻材料层设置在第一端盖与中心端子之间的绝缘壳上并且电阻材料层与第一端盖和中心端子电接触。

在另一个实施例中，电阻材料层设置电阻材料层之上。电阻材料层沿绝缘表面的外表面周围延伸以提供电阻材料长度，该长度大于第一端盖和第二端盖之间的长度。

在另一个实施例中，集成电路保护装置包括设置在第一端子和第二端子之间的电绝缘基片。熔线元件设置在基片上与第一端子电接触且与第二端子电绝缘。电阻材料设置在熔线元件的一部分之上且与第二端子电绝缘。电极设置在基片上且与电阻材料和第二端子电连通但与第一端子电绝缘。电绝缘层设置在电极、熔线元件和电阻材料的部分之上。

在一个实施例中，熔线元件提供作为设置基片表面上的薄层。电阻材料提供作为设置在一部分熔线元件和基片部分上的薄层。电极提供作为设置在电阻材料的部分上的薄层，以使电阻材料基本上设置在电极和熔线元件之间。

在这里描述的附加特征和优点将从下面详细描述和附图中变得显而易见。

附图说明

图1示出了电路保护装置的一个实施例横截面视图。

图2至图6是在生产图1的电路保护装置的产品中连续阶段的顶视图。

图2A至图6A是图2至图6分别沿线2A-2A至6A-6A的横截面视图。

图2B至图6B是图2至图6分别沿线2B-2B至6B-6B的横截面视图。

图7是电路保护装置的另一个实施例的横截面视图。

图8是电路保护装置的又一个实施例的透视图。

图9是电路保护装置的另一个实施例的横截面视图。

图10是电路保护装置的另一个实施例的顶视图。

图11是电路保护装置的另一个实施例的部分分解等视图。

图12是电路保护装置的另一个实施例的部分分解等视图。

图13是电路保护装置的另一个实施例的横截面视图。

图14是电路保护装置的另一个实施例的横截面视图。

具体实施方式

本公开提供了一种在单个装置中具有串联的电阻和熔线元件的集成电路保护装置。这里公开的电路保护装置提供选择以分离串联连接的熔线元件和电阻器以及可熔电阻。集成熔线元件和电阻或者热敏电阻提供了比单个元件具有更小空间面积、更低成本和更好协调的装置。在电源和电机的应用中，在装置的起动期间，电阻限制了初始涌流，熔线元件提供了元件失效时的过电流保护。特别地，在开始利用负温度系数(NTC)热敏电阻提供了有效的电阻以限制涌流但是电阻自热下降后，从而允许负载的正常运行和电能更少的浪费。负温度系数材料具有随温度上升而下降的电阻。

这里公开的电路保护装置在过载故障时提供增强的性能。现有的可熔电阻提供由高温可熔材料例如Cromel构成的电阻元件，其导致在扩散过载电流上过多的温度升高。这种情况需要可熔电阻与电路板和毗连的元件物理隔离。通过利用本发明公开的装置，例如NTC或低温度系数电阻元件与标准熔线元件串联，集成装置就可以实现对瞬间起峰电流限制功能并且在过载上过热或短路情形之前打开电路。

这里公开的装置可以在各种装置中使用，例如，充电装置(包括手机充电器)，消费电子装置(例如计算机、监视器、电视等)、电信设备和紧凑的荧光灯。

图1示出了电路保护装置10。装置10包括基片12和在基片每一个端的端子14、16。在设备被保护时，端子14、16简化了装置10和电路板(例如通过表面安装)或熔线元件架的连接。基片12由电阻材料细成。导电层18设置在基片12的表面20上。导电层18优选不直接接触端子14、16。另一个导电层22可以设置在基片12相对的表面24上。导电层22优选电接触第一端子14但是不直接接触第二端子16。导电层18、22作为基片12的电极。装置10典型轮廓尺寸可以从1.6×0.8×0.2mm到32×16×5mm的范围。绝缘和非绝缘层可以从5到200微米的范围。

电绝缘层26设置在导电层18上且基本上覆盖导电层18。电绝缘层26包括孔28，以形成一个导电通路或者通道。熔线元件32设置在电绝缘层26上并且通过孔28与导电层18电连接。熔线元件32可以是薄条材料并且设置成当其达到预定温度时打开电路(通过熔化)。熔线元件32与基片12的电阻材料串联。第二电绝缘层34设置在熔线元件32之上。孔或者通道38可以设置在绝缘层34上以提供熔线元件32和端子16之间的电连接。第三电绝缘层36设置在导电层22之上。

绝缘材料可以是热敏电阻材料。特别地，绝缘材料可以是负温度系数(NTC)材料。利用NTC材料，电路保护装置的电阻随着温度的升高而下降。合适的NTC材料包括各种金属氧化物的化合物，例如：锰、镍、钴和铜。当装置开启时，在室温下NTC材料可以提供5Ω至200Ω的电阻。在操作期间，电路保护装置将加热至大约150℃的温度，此时电阻将下降大约1-2个数量级。因此，在一个实施例中，电路保护装置提供40℃的温度下5Ω至200Ω之间的电阻以及150℃的温度下50mΩ至2Ω之间的电阻。NTC材料可以在启动时具有10Ω的电阻，运行条件下具有150mΩ的电阻。在2到1000次正常电流的范围内，电阻保护装置设置为在正常运行中传导几安培的电流到在非正常电流情况下打开来切断电路。

本发明公开的装置中用于使用的合适的绝缘材料包括陶瓷、FR-4环氧树脂、玻璃和三聚氰胺。总的来说，电极可以用任何导电金属形成，例如：银、铜、锌、镍、金以及它们的合金，通过任何传统的沉积方法沉积在基片上，例如：丝网印刷、旋涂、汽相淀积、溅射、镀敷等。

在图2到6中示出了制造图1中装置10的方法。如图2、2A和2B中所示，提供了覆盖上导电层18和下导电层22的基片12。导电层18、22优选覆盖上表面20和下表面24，除了每个表面20、24的边缘37。如图3、3A和3B中所示，电绝缘层26、36设置在导电层18、22上。孔28在上绝缘层26的左侧以提供导电层18和熔线元件32之间的连接。

接下来，如图4、4A和4B中所示，熔线元件32施加在绝缘层26的表面上。熔线元件包括延伸部分31和端部33、35。如图5、5A和5B中所示，绝缘层34设置在熔线元件32上，同时在端部35上留有孔38。最后如图6、6A和6B中所示，端盖或者端子14、16施加在装置10的端部，孔38充满导电材料以电连接熔线元件32和端盖16。在一个实施例中，多个层在印刷或者加热操作中被施加。多个装置(例如几百个)可以在单层片材料上制造。单个条从片上剪裁出，端部终端施加到单个元件上。

现在将披露电路保护装置的各种附加实施例。图7示出了电路保护装置50的另一个实施例。装置50包括基片52和在基片52的每一个端部的端子54、56。基片52由电阻材料组成。导电层58设置在基片52的部分表面60上。导电层58不直接接触端子54、56。另一个导电层62设置在基片52相对的表面64上。导电层62电接触第一端子54但是不直接接触第二端子56。导电层58、62用作基片52的电极。电绝缘层66设置在导电层58上并且基本上覆盖导电层58的表面。电绝缘层66包括孔68，以形成一个导电通路或者通道。电绝缘层65、67设置在基片52和端子54、56之间。

熔线元件72设置在电绝缘层66上并且通过孔68电接触导电层58。熔线元件72可以是薄条材料并且设置成当其达到预定温度时打开电路(通过熔化)。熔线元件72与端子56电连接并且设置成与基片52的电阻材料串联。第二电绝缘层74设置在端子54、56之间的熔线元件32上。装置可以包括一个在导电层62上的附加绝缘层(未示出)。

图8示出另一个电路保护装置80的另一个实施例。装置80设置为径向引线装置。装置80包括具有圆形横截面的基片82和连接到基片82相反的表面的引线84、86。基片82由电阻材料组成。导电层或金属处理部分88设置在基片82的表面。导电层88不直接接触端子84、86。另一个导电层90设置在基片82相反的表面上。导电层90电接触第一端子84但是不直接接触第二端子86。导电层88、90作为基片82的电极。熔线元件92设置在导电层88上。熔线元件92电接触端子86并且设置成与基片82的电阻材料串联。装置80的整个外表面，除了引线84、86的端部，用电绝缘层覆盖(未示出)。如前描述的熔线元件92可以包括绝缘和非绝缘层以形成与电阻装置串联的熔线元件。可以选择地，熔线元件90是分离的熔线元件组件，例如是Littefuse Pico熔线元件，或者是其元件，通过锡焊、焊接或者其他合适的方法物理和电地附在导电层88上。可选择地，熔线元件90可以是热敏元件，例如在美国专利第6,636,403中所描述的，其物理和电气地连接在导电层88上。

在图9中示出了电路保护装置的另一个实施例。装置100整体上呈圆柱构造并设置有端子102、104。在设备被保护时，简化了电路保护装置和印刷电路板的连接的端子或端盖102、104被定位在装置100的每个端部。电阻材料106毗连且电接触端子104设置。熔线元件108设置在电阻材料106与端子104之间。熔线元件108与电阻材料106串联。电绝缘材料110设置在熔线元件108的周围。电阻材料106包括覆盖金属层或者电极118、120的端表面。电极118与端子104电连接，他们通过焊接或者金属化连接在一起。电绝缘材料110可以是设置在熔线元件108周围固定距离处的中空圆柱形状。装置100进一步包括电连接至端子102、104并分别从其延伸出的引线114、116，并且引线分别从端子102、104伸出。焊接或金属化电极118、120用于为电力地并且机械地将熔线元件108的端部与端子102和电阻材料106连接。

电路保护装置100具有从端子102延伸至端子104的长度122。熔线元件108优选具有长度124，该长度延伸为电路保护装置100的长度122的至少50％。在一个实施例中，集成电路保护装置100通常是圆柱形并且通常在电阻材料106和端子102之间延集成电路保护装置100的轴线设置熔线元件108。

如图10中示出的，电路保护装置130的另一个实施例包括在端子134、136之间设置的基本上平的基片132。基片132包括电绝缘材料。电阻材料层138设置在基片132上且与端子136电接触。熔线元件层140设置在电阻材料层138和端子134之间的基片132上。熔线元件层140在连接端子134、136之间同电阻材料138串联。电阻材料层138是任何适合用作电阻元件的材料，例如碳或者金属膜。为提高材料的电阻，它们可以包括氧化物或者绝缘材料，例如：玻璃或者陶瓷。可选择地，电阻材料层138显示NTC特性的材料，例如这些包括假设各种金属氧化物的化合物，例如：锰、镍、钴和铜。

尽管图10中示出了熔线元件140和设置在基片132单侧上的端子134、136，其它实施例包括在基片132的两侧的熔线元件并且还包括设置在基片132的任一侧以及设置在其任何部分，只是不毗邻边缘的端子。

图11示出了电路保护装置150的另一个实施例。电路保护装置150特别适合于通信应用。熔线元件158设置在端盖154、156之间并且和端盖154、156电接触。熔线元件158可以由卷绕在绝缘子上的导线形成，例如，卷绕在陶瓷纱线上的镀锡铜导线。绝缘壳体152设置在熔线元件158周围并且在端盖154、156之间延伸。绝缘壳体152是中空结构。绝缘壳体152包括设置在壳体152中心部分附近的导电衬垫159和设置在壳体端部的导电终端161、163。端盖154、156设置成位于壳体152的端部(与导电终端161、163接触)并且附在其上。尽管壳体152和端盖154、156在横截面上以正方形示出，其他形状(例如：圆形、三角形等等)也是可能的。中心端子160设置在导电衬垫159之上的绝缘壳体152的一部分上，中心端子160在端盖154、156之间。

电阻材料层162设置在绝缘壳体152上，该壳体在端盖154和中心端子160之间且与端盖154和中心端子160电接触。电阻材料层162的形状和构造可以控制以在装置170中提供期望的电阻。电阻材料可以用任何适合的方法实施，例如通过印刷方法。如图11所示，层162在导电衬垫159(和中心端子160)和终端163(端盖154)之间的壳体152的外部延伸。特别地，中心端子160和端盖154之间的电阻材料层162的长度或通路比绝缘壳体152的长度更长。绝缘层164设置在装置150的外表面上方，包括在电阻材料层162的上方，但是不在导电衬垫159和终端161、163之上方。

图12示出了装置170的另一个实施例，装置170在很多方面同图11中的装置150类似。装置170包括电阻层172，其仅设置在线171和线173之间的装置一端上，线171毗连中心端子160的远端，线173毗连端盖153。电阻层172可以被应用，例如：壳体152浸涂期望的电阻材料以施加层。电阻材料层162设置在绝缘壳体152上，该壳体在端盖154和中心端子160之间并且与端盖154和中心端子160电接触。激光微调线174被用于去除电阻材料层172的部分以控制电阻材料层172的结构电阻特性。绝缘层164可以设置在装置150的外表面上方，包括电阻材料层162之上。

图13示出了电路保护装置180的另一个实施例。该装置包括设置在端子184、186之间的电绝缘基片182。熔线元件188设置在基片182上，并且与端子184电接触与端子186电绝缘。电极192设置在基片182上且与端子186电连接但是与端子184电绝缘。电阻材料190设置熔线元件188和电极192之间，并且与熔线元件188和电极192电接触。电绝缘层194设置在电极192、熔线元件188和电阻材料190的部分上。

熔线元件188可以作为设置在基片182的表面上的薄层而被提供。电阻材料190可以作为在熔线元件188和基片190上的部分上的薄层而被提供。电阻材料190的结构(例如厚度和长度)可以调节来控制装置的电阻性质。电极192可以作为设置在电阻材料190的部分上的薄层而提供，例如基本上设置在电极192和熔线元件188之间的电阻材料190。装置典型轮廓尺寸可以从1.6×0.8×0.2mm到32×16×5mm的范围。绝缘和非绝缘层厚度范围从5微米到200微米。

图14示出了电路保护装置200的另一个实施例。装置200包括由电阻材料制成的管或者中空圆柱体202。设置在管202的外表面上的是外电极204，设置在电子管内表面的是内电极206。电极204、206可以是任何适合的导电材料。端子208、210设置在装置200的相对端。端塞212、214连接端子208、210到管202。端塞21、214优选由绝缘材料组成。熔线元件216设置在电极206和端子210之间，并且与电极206和端子210电接触。熔线元件216穿过端塞214设置。绝缘涂层218设置元件之上以提供被绝缘的外表面。

可以理解的是这里所描述的优选实施例的各种改变和变型对本领域技术人员来说是显而易见的。在不脱离本发明主题的精神和范围内可以做出这样的改变和变型且没有缩小其预期的优点。因此可以预期这样的改变和变型被附加的权利要求所覆盖。

Claims (13)

1.一种集成电路保护装置，包括：

第一端子；

第二端子；

设置在第一端子和第二端子之间的基片，该基片包括电阻材料；

设置在基片的第一表面上的第一导电层，该第一导电层与第一端子电接触；

设置在基片的第二表面上的第二导电层；

设置在第二导电层上的第一电绝缘层，第一电绝缘层基本上覆盖第二导电层，第一电绝缘层包括孔；

设置在第一电绝缘层上并且通过所述孔与第二导电层电接触的熔线元件，并且熔线元件与第二端子电接触，其中熔线元件与电阻材料电串联；以及

第二电绝缘层，所述第二电绝缘层设置在熔线元件之上。

2.如权利要求1所述的集成电路保护装置，其特征在于，电阻材料是负温度系数材料。

3.如权利要求2所述的集成电路保护装置，其特征在于，电路保护装置提供25℃时5Ω至200Ω之间的电阻和150℃时50mΩ到2Ω之间的电阻。

4.如权利要求2所述的集成电路保护装置，其特征在于，电路保护装置提供25℃时的第一电阻和150℃时的第二电阻，其中，第二电阻是第一电阻的1％至10％。

5.如权利要求1所述的集成电路保护装置，其特征在于，电阻材料从金属氧化物材料中选择。

6.如权利要求1所述的集成电路保护装置，其特征在于，第二电绝缘层包括孔，还包括通过该孔从熔线元件至第二端子的电连接。

7.如权利要求1所述的集成电路保护装置，还包括在与第一电绝缘层相对的基片的部分上设置的第三电绝缘层。

8.如权利要求1所述的集成电路保护装置，其特征在于，熔线元件包括热敏元件。

9.如权利要求1所述的集成电路保护装置，还包括从第一端子伸出且与第一端子电连通的第一引线，和从第二端子伸出且与第二端子电连通的第二引线。

10.如权利要求1所述的集成电路保护装置，其特征在于，第一端子设置在集成电路保护装置的第一端，第二端子设置在与第一端子相对的集成电路保护装置的第二端。

11.如权利要求1所述的集成电路保护装置，其特征在于，集成电路保护装置具有从第一端子延伸至第二端子的长度，其中，熔线元件延伸的长度是集成电路保护装置的长度的至少50％。

12.如权利要求1所述的集成电路保护装置，其特征在于，集成电路保护装置是圆柱形，熔线元件在电阻材料与第二端子之间沿集成电路保护装置的轴线设置。

13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一端子和第二端子设置作为圆柱形端盖。

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