專利名稱：電子元件過熱斷路裝置的制作方法
技術領域：
本發明關于一種電子元件過熱斷路裝置，特別是有關于一種在電子元件溫度過高時，可使電路自動切斷，以避免電子元件起火燃燒的電子元件過熱斷路裝置。此電子元件過熱斷路裝置可用于多種元件以保證其安全性。
圖1為一習用電子元件例如濾波器、正溫度系數熱敏電阻、負溫度系數熱敏電阻、陶瓷電容器等在未包覆封裝外殼前的狀態的分解立體圖。圖2為圖1所示各部分的組合正視圖。圖3為圖1所示各部分的組合側視圖。圖4為圖1所示裝置在包覆外殼后的組合正視圖，其中，部分封裝外殼被揭除以露出其內部構造。圖5為圖4所示習用電子元件的側面剖視圖。圖6為顯示將市售溫度保險絲成一體焊接于習用電子元件的陶瓷體的電極上所構成的過熱斷路裝置的正視圖，其中，部分封裝外殼被揭除以露出其內部構造。
首先參照圖1至圖5，說明習用電子元件的構造。如圖1至3所示，為習用電子元件除去封裝外殼以外的其余部分的構造。其主要包括一圓片狀陶瓷體1，具有該電子元件(例如濾波器、正溫度系數熱敏電阻、負溫度系數熱敏電阻、陶瓷電容器等)所必備的電氣特性；一第二電極22，接合于陶瓷體1的第二側面；一第一導電腳31，電接合并焊接于第一電極21；及一第二導電腳32，電接合并焊接于第二電極22。圖4及5顯示在圖3所示構造外周包覆以保護及絕緣用的封裝外殼4后的狀態，其中，5表示將導電腳31、32焊接于電極21、22上用的焊料，而封裝外殼4由各類樹脂或橡膠所構成。
因各類封裝物質皆為有機物，故在不同程度的較高溫度時皆具可燃性，而其共同的問題則是陶瓷體在使用電壓或高于使用電壓下，極可能因各種不可抗力因素而導至異常高電流，且其伴隨產生的高熱經常使得電子元件的溫度上升，使電子元件處于不穩定狀態，當其溫度升高至熱沸騰發生時，持續上升的溫度超過封裝物質燃點時，將使得封裝物質起火燃燒，而有引燃周邊物體發生火災的危險，嚴重危害到使用者與設備的安全。因而存在著各種安全測試規范，要求受請求認定的電子元件或裝置該電子元件的設備須在施加各種高電流下，仍能保持正常運作或者自動中斷，其目的正是為了敦促生產者導入更具安全性的設計，以防止火災發生的危險，確保使用者的安全。
一般的設計觀念認為使用保險絲即可輕易達到斷電的保護作用，但事實上對單一電子元件而言，往往極小的電流即足以使其升溫至令其封裝外殼點火燃燒的程度，該造成點燃的電流遠低于市售電流保險絲的最小規格，亦即無適合的電流保險絲，可確定防止電子元件的燃燒，只有用溫度保險絲，才能藉由溫度過高即形成斷路的控制方式來避免電子元件起火燃燒。
有監于此，日本Marcon公司發展出一種復合功能化的濾波器商業產品(即TNR的GF系列產品)。如圖6所示，其構造為將市售的溫度保險絲60焊接61于陶瓷體1的電極21上并封裝成單一元件。此種結構的產品于保險絲一方的導電腳31有時省略不用，視線路設計而定，當該元件于工作中因異常高電流而發熱時，高熱傳至溫度保險絲60上，使得溫度保險絲中60的低熔點合金融熔形成斷路，元件因電流中斷而降低溫度，藉以避免起火燃燒的危險，其設計概念固佳，但缺點為商業用溫度保險絲的成本過高，且另須消耗將溫度保險絲逐一點焊于陶瓷體上的人工成本，故售價偏高，一般使用者接受程度極低。此外，亦有濾波器的使用者自行購買溫度保險絲，將其組裝在線路板上貼近該元件之處，以期獲得相同的效用，然而此一作法除具有上述缺點外，尚有不能保證濾波器產生的熱量確實傳達至溫度保險絲的疑慮。
針對前述習用電子元件過熱斷路構造的缺點，本發明的目的在于提供一種可使制程簡化，生產成本大幅降低，可大量生產，且能確保電子元件使用上的絕對安全性的電子元件過熱斷路裝置。
為達到前述目的，本發明所提供的電子元件過熱斷路裝置包含一陶瓷體，具有該電子元件所必備的電氣特性，其包括一第一側面及一第二側面；一第一電極，接合于該陶瓷體的第一側面；一第二電極，接合于陶瓷體的第二側面；至少一第一導電腳，電接合于第一電極；至少一第二導電腳，電接合于第二電極；及封裝外殼，包覆于陶瓷體、第一電極、第二電極與第一導電腳、第二導電腳組合體的外周而形成一保護層。本發明的電子元件過熱斷路裝置的特征為該等導電腳的至少一個與其對應的電極保持適當的距離，兩者間藉由具有適當熔點的焊料予以接合并電連接；且封裝外殼是由在受熱升溫至接近其燃點時，會軟化并釋放出氣體的材料(例如環氧樹脂)所構成。
本發明的另一實施例所提供的電子元件過熱斷路裝置的特征為第一導電腳與第一電極保持適當距離，兩者間藉由具有適當熔點的焊料柱予以接合并電連接；在第一導電腳與第一電極間的封裝外殼表面夾設有一彈簧，該彈簧受到適度壓縮而以適當的推力作用于第一導電腳及第一電極；且包圍于該柱狀焊料外周的封裝外殼是在近電極側與近導電腳側兩部分之間完全斷開或存在有脆弱點。該封裝外殼可由硅樹脂或硅橡構成。
本發明的其他特征及其詳細構造，將參照附圖及實施例說明如下圖1-6為習用電子元件的示意圖；圖7為本發明的第一實施例的電子元件連同與其成一體的過熱斷路裝置的側面剖視圖；圖8(A)至(E)圖為用以說明圖7所示電子元件的過熱斷路裝置的斷電動作原理的連續過程圖；圖9為本發明的第二實施例的電子元件與其過熱斷路裝置的側面剖視圖；圖10為圖9的[X]部分局部放大剖視圖；圖11為圖7所示的本發明的電子元件及其過熱斷路裝置在未包覆封裝外殼前的立體圖；及圖12為本發明的另一電子元件及其過熱斷路裝置在未包覆以封裝外殼前的立體圖。
傳統電子元件焊接導電腳的方法為將預先固定于紙排(未圖示)上的原本一端相連的兩根導電腳31、32(參考圖2)的另一端撐開，使其夾住兩側面均附著有導電用的電極21(22)的圓片狀的陶瓷體1后，浸入未圖示的焊料爐中二至三秒鐘，使得陶瓷體1上的電極21(22)與導電腳31(32)焊接上，完成接腳工序，其后再將陶瓷體部分浸入未圖示的封裝物質中，以獲得外周包覆有封裝外殼4的絕緣涂裝完成的成品(參考圖4及5)。
與圖5的習用電子元件相對應地，圖7為本發明的第一實施例的電子元件連同與其成一體的過熱斷路裝置的側面剖視圖，圖11則為同一電子元件及過熱斷路裝置在揭除其封裝外殼4狀態時的立體圖。由圖7與圖5比較可知，本發明的第一實施例的電子元件連同與其成一體的過熱斷路裝置和習用電子元件在構造上僅有些微差異。詳言之，本發明的第一實施例的電子元件連同與其成一體的過熱斷路裝置主要包括一圓片狀的陶瓷體1，具有電子元件(例如濾波器、正溫度系數熱敏電阻、負溫度系數熱敏電阻、陶瓷電容等)所必備的電氣特性；一第一電極21，接合于陶瓷體1的第一側面；一第二電極22，接合于陶瓷體1的第二側面；一第一導電腳31，電接合并焊接于第一電極21；一第二導電腳32，電接合并焊接于第二電極22；及封裝外殼4，包覆于陶瓷體1、第一電極21、第二電極22與第一導電腳31、第二導電腳32組合體的外周而形成一保護層。其特征為第一導電腳31與第一電極21保持適當的距離，兩者間藉由具有適當熔點的焊料形成焊料柱51予以接合并電連接；且封裝外殼4由環氧樹脂等所構成。值得注意的是環氧樹脂在涂裝制程中固化后，為具有相當硬度的材料，但當元件溫度繼續上升至接近于樹脂的燃點時，樹脂開始軟化并釋放出某種氣體(氣體來自樹脂中添加的硬化劑所產生)。
圖8(A)至(E)圖為用以說明圖7所示電子元件的過熱斷路裝置的斷電動作原理的連續過程圖。圖8(A)為正常使用狀態，在此一狀態下，各種電氣功能與傳統電子元件相同，當異常高電流發生時，伴隨產生的熱量使電子元件溫度上升，當溫度超過焊料熔點時(如錫鉛的共晶溫度為183℃)，類似保險絲的焊料融熔成為液態，此時仍為導電狀態。此時，如前述，構成封裝外殼4的樹脂46開始軟化并釋放出氣體(參考圖8B)，且部分氣體聚積于電極21與樹脂46兩者的間隙G中，而使得樹脂46開始膨脹，由于焊料5已熔為液體，樹脂46的膨脹將拉斷導電腳31與電極21間的焊料柱51(參考圖8C)，而終止了電流的持續，在電流斷路后，電子元件的熱源消失，溫度開始下降，而同時留存于導電腳31與電極21間的液體焊料51，因液體具有的內聚力而各自向兩方縮回(參考圖8D)，當溫度下降或者因氣體膨脹使樹脂46邊緣破裂時，樹脂46仍會縮回(參考圖8E)，因此導電腳31與電極21可能回復至如原來狀態的距離，但因焊料5已縮回，使得導電腳31與電極21殘存的焊料不再接觸導電，如此即可避免元件起火燃燒的危險，確保了元件使用上的安全性。此外，封裝外殼4若由受熱升溫至接近其燃點時會發生翹曲變形的材料構成，雖無氣體釋放出亦可達到相同的目的。
圖9為本發明的第二實施例的電子元件與其過熱斷路裝置的側面剖視圖。對于在工作狀態下電子元件本身溫度較高，而以硅樹脂(Silicon Resin)或硅橡膠(Silicon Rubber)封裝的電子元件，如正溫度系數熱敏電阻、負溫度系數熱敏電阻等而言，因其封裝物質在溫度上升至燃燒之前，并無如環氧樹脂般軟化膨脹的性質，故必須采用如圖9所示依本發明的第二實施例的附設有過熱斷路裝置的電子元件，而獲得相同的截斷電流的作用。其制程從焊接乃至封裝為止均與上述第一實施例相同，但元件在封裝完成后，另須在其導電腳31與電極21間的封裝外殼4表面插入一個彈性適度的彈簧7，并將導電腳31下壓施以一適當壓力，使其向下折曲，彈簧7受到適度壓縮而以適當的反彈力作用于導電腳31及電極21上，同時使封裝外殼4在近電極21側的部分42與近導電腳31側的部分41之間完全斷開或存在有一脆弱點，例如將導電腳32及電極21間的封裝外殼4折出一道裂痕45，僅憑藉著固態焊料柱51支持著導電腳31，當發生異常高電流所產生的熱量使元件溫度上升至焊料柱51融熔時，即喪失去了聯結導電腳31及電極21的力量，彈簧7便將導電腳31彈開，拉斷液態焊料柱51而形成電流路。基于此一原理，同樣可確保電子元件不致起火燃燒。
上述第二實施例雖然較為復雜，但卻另具備有警示的效果；在需要可供以目視檢出電子元件是否已斷路失效，以期能更換元件延續該元件原本設計要求的功能的情況情況下，此種結構無疑是更具有優越性，因此使用環氧樹脂封裝的元件，亦可應用安裝彈簧的結構，視實用需要而定。
綜上所述，本發明的電子元件過熱斷路裝置可以得到如下效果利用電子元件本身焊接導電腳時必備的焊料因高溫融熔而形成斷路的原理，僅須對傳統電子元件加以簡單的構造變化，即可達到使電子元件在異常過電流發生時自動形成斷路，避免起火燃燒的目的。因此，以極簡易方式，即可得到與習用溫度保險絲相同的保護作用。同時生產制程簡易化，生產成本大幅降低，而仍具有量產性，并能增加傳統元件的附加價值，及確保其使用時的安全性。
以上，就本發明的數個較佳實施例加以描述，該等實施例僅用來說明而非限制本發明。在不脫離本發明的實質內容的范疇內仍可予以變化而加以實施，此等變化仍應屬本發明的范圍。無論是對第一或第二實施例的結構而言，基于某些應用線路需求下，有時元件須具備包有三只導電腳，以求發揮更進一步的電功能。此時本發明亦可變化成如圖12所示，在陶瓷體1設有焊料柱51的一側配置二只導電腳31與33的結構的電子元件。除導電腳數目不同外，其余部分的制程與原理均與上述相同。
權利要求
1.一種電子元件過熱斷路裝置，所述電子元件備有一陶瓷體，具有電子元件所必備的電氣特性，其包括一第一側面及一第二側面；一第一電極，接合于陶瓷體的第一側面；一第二電極，接合于陶瓷體的第二側面；至少一第一導電腳，電接合于第一電極；至少一第二導電腳，電接合于第二電極；及封裝外殼包覆于陶瓷體、第一電極、第二電極與第一導電腳、第二導電腳組合體外周而形成一保護層；其特征在于所述至少一導電腳與其對應的電極保持距離，兩者間藉由具有適當熔點的焊料予以接合并電連接；所述封裝外殼由在受熱升溫至接近其燃點時，發生翹曲變形的材料所構成。
2.一種電子元件過熱斷路裝置，電子元件備有一陶瓷體，具有電子元件所必備的電氣特性，包括一第一側面及一第二側面；一第一電極，接合于陶瓷體的第一側面；一第二電極，接合于陶瓷體的第二側面；至少一第一導電腳，電接合于第一電極；至少一第二導電腳，電接合于第二電極；及封裝外殼，包覆于陶瓷體、第一電極、第二電極與第一導電腳、第二導電腳組合體外周而形成一保護層；其特征在于所述至少一導電腳與其對應的電極保持適當距離，兩者間藉由具有適當熔點的焊料予以接合并電連接；所述封裝外殼由在受熱升溫至接近其燃點時，會軟化并釋放出氣體的材料所構成。
3.根據權利要求2的電子元件過熱斷路裝置，其特征在于，所述封裝外殼由環氧樹脂構成。
4.一種電子元件過熱斷路裝置，電子元件備有一陶瓷體，具有電子元件所必備的電氣特性，包括一第一側面及一第二側面；一第一電極，接合于陶瓷體的第一側面；一第二電極，接合于陶瓷體的第二側面；至少一第一導電腳，電接合于第一電極；至少一第二導電腳，電接合于第二電極；及封裝外殼，包覆于所述陶瓷體、第一電極、第二電極與第一導電腳、第二導電腳組合體的外周而形成一保護層；其特征在于所述第一導電腳與第一電極保持適當距離，兩者間藉由具有適當熔點的焊料柱子以接合并電連接；在第一導電腳與第一電極間的封裝外殼表面夾設有一彈簧，彈簧受到適度壓縮而以反彈力作用于第一導電腳及第一電極；且包圍于焊料柱外周的封裝外殼是在近電極側與近導電腳側兩部分之間完全斷開或存在有一脆弱點。
5.根據權利要求4的電子元件過熱斷路裝置，其特征在于，所述封裝外殼由硅樹脂或硅橡膠構成。
全文摘要
一種電子元件過熱斷路裝置是利用電子元件的焊料高溫熔融的原理，及封裝物質本身的物理特性，達到使電子元件在異常過電流發生時，自動斷路。本發明的電子元件中，在其陶瓷體的一電極和其對應的導電腳保持適當距離，兩者間藉具有適當熔點的焊料接合并電連接；且封裝外殼由在受熱升溫至接近其燃點時，會軟化并釋放出氣體的材料(例如環氧樹脂)所構成。當異常高電流發生時，導電腳與電極間的焊料柱拉斷，而使電流斷路。
文檔編號H01C1/14GK1169017SQ9610688
公開日1997年12月31日 申請日期1996年6月19日 優先權日1996年6月19日
發明者洪絹欲 申請人:洪絹欲