KR20120116919A - 회로 보호 장치 - Google Patents

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KR20120116919A
KR20120116919A KR1020127013300A KR20127013300A KR20120116919A KR 20120116919 A KR20120116919 A KR 20120116919A KR 1020127013300 A KR1020127013300 A KR 1020127013300A KR 20127013300 A KR20127013300 A KR 20127013300A KR 20120116919 A KR20120116919 A KR 20120116919A
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올가 스팰돈-스튜어트
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Abstract

본 발명에 따른 회로 보호 장치는 제1 및 제2 단자에 연결되는 전도 층을 포함한다. 스프링이 제1 및 제2 단자에 전기적으로 연결된다. 과전압 또는 과온 상태가 충전 회로 내에서 일어날 때에, 1개 이상의 열 발생 저항 요소가 스프링의 단부들 중 1개 이상과 관련되는 재료를 용융시키고, 그에 의해 개방 회로를 생성하도록 스프링을 해제시킨다.

Description

회로 보호 장치{CIRCUIT PROTECTION DEVICE}
본 발명의 실시예는 회로 보호 장치의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 과전압 또는 과온 상황에서 열을 발생시키고 그에 의해 스프링으로의 연결부를 용융시켜서, 개방 회로의 생성을 수행하고 그에 의해 전원 및 관련된 회로를 보호하는 보호 장치에 관한 것이다.
과전압 및 과온 보호 장치는 개방 회로를 형성하는 데 비정상 상황 중에 용융될 수 있는 열 링크(thermal link)를 이용한다. 이들 보호 장치는 예컨대 충전기와 복수개의 재충전 가능한 배터리 셀(예컨대, Li 이온 배터리) 사이에 배치될 수 있다. 임계 전압보다 큰 전압이 감지 및 트리거 회로에 가해질 때에, 전류가 열 발생 부재를 통해 흐르고, 그에 의해 1개 이상의 열 링크가 용융되게 한다. 링크가 용융되면, 개방 회로가 생성되고, 그에 의해 과전압 상태가 배터리 셀을 손상시키는 것을 방지한다. 또 다른 형태의 보호 장치에서, 열 차단 기능성이 전원 예컨대 배터리 셀을 보호하는 데 사용된다. 배터리 셀의 온도가 특정한 임계 수준을 초과하면, 1개 이상의 열 링크가 용융되고, 그에 의해 개방 회로를 생성하고, 그에 의해 배터리 셀로부터 충전 장치를 분리시킨다. 그러나, 과온 상태가 존재하는 배터리 셀과 열 링크 사이의 열 커플링(thermal coupling)은 충분한 응답 시간을 보증할 정도로 충분하지 않을 수 있고, 그에 의해 열 과도 상태(thermal run-away condition)를 초래한다.
따라서, 배터리 셀을 보호할 정도로 충분히 빠른 응답을 초래하도록 구성되는 보호 장치를 제공할 필요성이 있다.
본 발명의 예시 실시예는 충전기와 충전될 1개 이상의 배터리 셀 사이에 배치되는 보호 장치에 관한 것이다. 예시 실시예에서, 보호 장치는 기판상에 배치되는 전기 전도성 스프링, 한 쌍의 저융점 부재(low melting member) 및 1개 이상의 열 발생 저항 요소를 포함한다. 전기 전도성 스프링은 한 쌍의 저융점 부재 중 제1 부재에 연결되는 제1 단부 그리고 한 쌍의 저융점 부재 중 제2 부재에 연결되는 제2 단부를 갖는다. 저융점 부재는 저항 요소에 의해 발생되는 열로부터 용융되는 땜납 조인트일 수 있다. 땜납 조인트들 중 적어도 1개가 과전압 또는 과온 상태로부터 발생되는 전류에 반응하여 충분히 용융될 때에, 스프링의 대응 단부가 단절(snap)되고, 그에 의해 땜납 조인트와 스프링 사이에 형성된 회로를 개방시키고, 그에 의해 개방 회로를 생성한다.
본 발명의 또 다른 예시 실시예에서, 보호 장치는 기판, 전도 층, 저항 요소, 전도 패드, 확산 층 및 유리 층을 포함한다. 전도 층은 기판 상에 배치되고, 적어도 제1 및 제2 단자를 갖는다. 저항 요소는 적어도 부분적으로 전도 층 상에 배치된다. 전도 패드는 저항 요소 위에 배치된다. 확산 층(diffusion layer)은 전도 패드 위에 배치된다. 유리 층은 확산 층 위에 배치되고, 비정상 회로 상태가 일어날 때에, 열이 저항 요소에 의해 발생되고, 그에 의해 제1 및 제2 단자 사이에 개방 회로를 생성하도록 확산 층의 일부가 유리 층(glass layer) 내로 확산되게 한다.
본 발명의 또 다른 예시 실시예에서, 보호 장치는, 기판과; 기판 상에 배치되는 전도 층으로서, 전도 층은 적어도 제1 및 제2 단자를 갖는, 전도 층과; 적어도 부분적으로 전도 층 상에 배치되는 저항 요소와; 저항 요소 위에 배치되는 전도 패드와; 전도 패드 위에 배치되는 열 링크 층과; 열 링크 층 위에 배치되는 핫 멜트 접착제(HMA: hot melt adhesive) 커버 층으로서, 비정상 회로 상태가 일어날 때에, 열이 저항 요소에 의해 발생되고, 그에 의해 제1 및 제2 단자 사이에 개방 회로를 생성하도록 HMA 층의 일부가 열 링크 층을 흡수하게 하는, 핫 멜트 접착제(HMA) 커버 층을 포함한다.
도 1a 내지 도 1k는 본 발명의 실시예에 따른 보호 장치의 층을 도시하고 있다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 대체 실시예에 따른 보호 장치의 층을 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 대체 실시예에 따른 보호 장치의 층을 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 대체 실시예에 따른 보호 장치의 층을 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5g는 본 발명의 대체 실시예에 따른 보호 장치의 층을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보호 장치의 예시의 커버의 평면도이다.
본 발명은 이제부터 본 발명의 양호한 실시예가 도시되어 있는 첨부 도면을 참조하여 이후에서 더 완전하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태로 실시될 수 있고, 여기에 기재된 실시예에 제한되는 것으로서 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 실시예는 본 발명이 철저하고 완전해지고 당업자에게 본 발명의 범주를 완전하게 전달하도록 제공된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타낸다.
다음의 설명 및/또는 특허청구범위에서, 용어 "상에", "위에 놓인", "상에 배치된", "위에" 등은 다음의 설명 및 특허청구범위에서 사용될 수 있다. 용어 "상에", "위에 놓인", "상에 배치된", "위에" 등은 2개 이상의 요소가 서로와 직접 물리적으로 접촉된다는 것을 지시하는 데 사용될 수도 있다. 그러나, "위"와 관련된 용어는 또한 2개 이상의 요소가 서로와 직접 접촉되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 예컨대, "위에"는 하나의 요소가 또 다른 요소 위에 있지만 서로 접촉되지 않고 2개의 요소 사이에 또 다른 요소 또는 요소들을 가질 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 나아가, 용어 "및/또는"은 "및"을 의미할 수 있고, "또는"을 의미할 수 있고, "배타적으로-또는(exclusive-or)"을 의미할 수 있고, "하나"를 의미할 수 있고, "모두가 아닌 일부"를 의미할 수 있고, "어느 것도 아닌"을 의미할 수 있고, 및/또는 "양쪽 모두"를 의미할 수 있지만, 청구된 주제의 범주는 이러한 관점에서 제한되지 않는다.
도 1a 내지 도 1k는 본 발명의 실시예에 따른 회로 보호 장치(10)를 도시하고 있다. 제1 층(12)이 기판(15) 상에 배치되는 금속화 전도 경로(22, 24) 그리고 제1 단자(201), 제2 단자(202), 제3 단자(203) 및 제4 단자(204)에 의해 형성된다. 금속화 전도 경로(22)는 패드(21)를 포함한다. 제1 단자(201) 및 제2 단자(202)는 충전 공급원과 보호될 장치 즉 예컨대 복수개의 배터리 셀 사이에 보호 장치(10)를 연결하는 데 사용된다. 제3 단자(203)는 전도 경로(24)에 연결되고, 보호 장치(10)에 과전압 또는 과온 신호를 제공하는 제어 회로(예컨대, 감지 회로 및 트랜지스터)로의 전기 연결부를 제공한다.
도 1b는 전도 경로들(22, 24) 상에 그리고 그 사이에 배치되는 제1 저항 요소(32) 및 제2 저항 요소(34)를 도시하고 있다. 대체예에서, 상기 경로들 사이에서 연장되는 단일의 저항 요소가 사용될 수 있거나, 단지 1개의 저항 요소가 아래에서 설명되는 것과 같이 적어도 1개의 땜납 조인트를 용융시킬 정도로 충분한 열을 생성하는 데 채용될 수 있다. 저항 요소(32, 34)를 위한 대체의 기하학적 형상이 가해지는 전압에 대한 강건함을 제공하도록 변형될 수 있다. 이들 기하학적 형상은 아래에서 더 상세하게 설명되는 것과 같이 필요하다면 더 긴 시간 동안 땜납 패드(46, 47)에 열을 제공하도록 의도된다.
도 1c는 저항 요소(32, 34)를 덮는 기판(15) 상에 배치되는 유전체 층(35)을 도시하고 있다. 개구(36)가 전도 경로(22)로의 연결 수단을 제공하도록 유전체 층(35)을 통해 형성된다. 유전체 층(35)은 예컨대 저항기(32, 34)에 의해 발생되는 열이 그를 통과하게 하도록 소정의 열 전도도를 갖는 유리일 수 있다.
도 1d는 제1 저항 요소(32) 위의 유전체 층(35) 상에 배치되는 제1 전도 패드(42) 그리고 제2 저항 요소(34) 위의 유전체 층(35) 상에 배치되는 제2 전도 패드(44)를 도시하고 있다. 제1 전도 패드(42)는 제1 단자(201)와의 연결부를 형성하고, 제2 전도 패드(44)는 제2 단자(202)와의 연결부를 형성한다.
도 1e는 전도 패드(42, 44) 및 개구(36) 위에 부분적으로 배치되어, 땜납 조인트 패드(46, 47, 48)가 되는 하부의 전도 패드의 노출 부분이 되는 유전체 층(45) 예컨대 유리를 도시하고 있다. 저융점 땜납은 땜납 패드(46, 47, 48) 상에 배치된다. 패드(48)는 아래에서 논의되는 것과 같이 비정상 회로 상태 중에 (도 1f에 도시된) 스프링으로부터 단자(203)를 거쳐 제어 회로로 전류를 전도하는 데 사용된다.
도 1f는 정점 부분(51)으로부터 연장되는 한 쌍의 측면(501, 502)을 갖는 대체로 "U자" 형상의 평탄형 스프링(50)을 도시하고 있다. 측면(501, 502)의 각각의 단부는 땜납(46', 47')을 사용하여 땜납 패드(46, 47)에 연결되고, 정점(51, apex)은 땜납 패드(48)에 납땜된다. 스프링(50)은 예컨대 은으로써 도금된 고탄소강, 형상 기억 합금 재료 또는 유사한 전도 재료로부터 제조될 수 있고, 물론 대체의 구성을 가질 수 있다. (도 6에 도시된 것과 같은) 플라스틱 커버가 회로 보호 장치(10) 위에 배치되고, 기판(12)의 주변부 주위에서 레지(ledge)(59) 주위에서 접착된다.
도 1g는 저항 요소(32, 34), 저융점 땜납 재료(46', 47') 그리고 제1 단자(201), 제2 단자(202) 및 제3 단자(203)를 포함하는 보호 장치(10)의 개략도이다. 땜납 패드(46, 47)[그리고 결국 저항 요소(32, 34)]의 위치는 스프링 측면(501 및/또는 502)을 따라 스프링(50)의 정점 부분(51)을 향해 더 근접하게 위치될 수 있다. 이것은 납땜된 연결부(46', 47')가 용융되고 그에 의해 스프링(50)이 개방 회로를 생성하게 할 때의 신뢰성을 상승시키는 데 사용될 수 있다. 추가로, 땜납 패드(46, 47)(및 48)의 기하학적 형상은 더 많은 땜납이 소정 위치에 스프링(50)을 보유하는 데 필요한 경우 표면적을 증가시키도록 변형될 수 있다. 나아가, 1개 초과의 땜납 패드(46, 47)가 각각의 스프링 측면(501, 502)과 연관될 수 있다. 구체적으로, 스프링 측면(501)은 패드(46) 그리고 또한 스프링(50)의 정점에서 패드(46)와 패드(48) 사이에 배치되는 또 다른 패드를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 스프링 측면(502)은 패드(47) 그리고 스프링(50)의 정점에서 패드(47, 48) 사이에 배치되는 또 다른 패드를 포함할 수 있다. 결국, 추가의 납땜된 연결부가 또한 각각의 추가의 패드와 함께 채용될 것이고, 관련된 저항 요소[예컨대, 패드(46)를 위한 저항 요소(32)] 또는 추가의 저항 요소가 납땜된 연결부를 용융시키는 데 이용될 것이다.
도 1h는 기판(12) 상에 배치되는 음영으로 도시된 보호 장치(10)의 다양한 층 그리고 정상 전도 상황에서의 관련된 전류 흐름의 평면도이다. 정상 동작 중에, 전류가 보호될 장치의 단자(201)로부터 단자(202)로 (실선 화살표에 의해 지시된 것과 같이) 흐른다.
도 1i에 도시된 것과 같이, 과전압 또는 과온 상황이 검출될 때에, 단자(203)에 연결되는 (도시되지 않은) 제어 회로가 회로를 폐쇄하고, 스프링(50)으로부터 전도 경로(22)를 거쳐 전류를 견인한다. (점선 화살표에 의해 지시된) 이러한 전류는 저항기(32, 34)를 통해 흐르고, 그에 의해 열을 발생시키고 전도 패드(42, 44)를 거쳐 납땜된 연결부(46' 및/또는 47') 중 1개 이상을 용융시킨다. 사용된 땜납 재료는 용융될 때에 땜납의 표면의 산화를 방지하는 플럭스를 포함할 수 있는데, 그렇지 않으면 스프링 동작 중에 땜납의 오염(smearing) 또는 끌림(dragging)을 초래할 수 있다. 땜납 조인트들 중 1개 이상의 용융은 스프링(50)의 측면(501, 502) 중 적어도 1개를 단절시키고, 그에 의해 폐쇄된다. 이것은 충전 공급원과 보호될 장치 사이에 개방 회로를 생성한다.
도 1j는 저항 요소(32, 34)의 가열로부터의 땜납(46', 47')의 양쪽 모두의 용융으로 인해 비정상 회로 상태가 일어난 후의 스프링(50)을 도시하고 있다. 물론, 저항기가 땜납 패드(46, 47) 아래에서 연장되는 단지 단일의 저항기 구성이 사용되면, 보호 장치가 유사한 방식으로 동작된다. 이러한 방식으로, 보호 장치(10)는 바람직하지 않은 전기 또는 열 상태가 배터리 또는 충전 회로 내에서 일어날 때에 개방 회로를 생성하는 복수개의 층 내에 배치되는 스프링을 이용한다. 대체 실시예에서, 스프링 측면들 중 단지 1개(예컨대, 501)가 변위될 수 있고, 다른 스프링 측면(예컨대, 502)은 소정 위치에 정지 또는 고정된다. 동일한 땜납 패드 및 땜납 재료가 소정 위치에 정지 스프링 측면을 보유하는 데 사용될 수 있는데 저항 요소가 땜납 패드 아래에 위치되지 않을 수 있고 그에 의해 땜납 재료의 가열을 피하기 때문이다.
(도 1k에 도시된 것과 같은) 대체예에서, 보호 장치(10)는 스프링(50)의 단부들 사이에 연결되는 주요 전류 반송 분로(80)를 포함할 수 있다. 정상 충전 및 방전 상태 하에서, 분로(80)는 전류의 대부분을 반송하고, 그에 의해 더 높은 전기 저항을 갖지만 개선된 스프링 성질을 갖는 스프링 합금의 사용을 가능케 한다. 과전압 또는 과온 상태가 일어날 때에, 저항 요소(32, 34)가 가열되고, 그에 의해 스프링이 땜납 패드(46, 47) 중 적어도 1개와의 접촉을 상실하게 하고, 그에 의해 개방 회로를 생성하도록 분로를 압축한다.
도 2a 내지 도 2j는 본 발명에 따른 회로 보호 장치(10')를 도시하고 있다. 제1 층(12)이 기판(15) 상에 배치되는 금속화 전도 경로(22, 24) 그리고 제1 단자(201), 제2 단자(202), 제3 단자(203) 및 제4 단자(204)에 의해 형성된다. 금속화 전도 경로(22)는 패드(21)를 포함한다. 제1 단자(201) 및 제2 단자(202)는 충전 공급원과 보호될 장치 즉 예컨대 1개 이상의 배터리 셀 사이에 보호 장치(10)를 연결하는 데 사용된다. 제3 단자(203)는 전도 패드(24)에 연결되고, 보호 장치(10)에 과전압 신호를 제공하는 제어 회로(예컨대, 트랜지스터)로의 전기 연결부를 제공한다.
도 2b는 전도 경로(22, 24) 상에 그리고 그 사이에 배치되는 제1 저항 요소(32) 및 제2 저항 요소(34)를 도시하고 있다. 대체예에서, 경로들 사이에서 연장되는 단일의 저항기가 사용될 수 있거나, 단지 1개의 저항기가 아래에서 설명되는 것과 같이 스프링에 연결되는 적어도 1개의 땜납 조인트를 용융시킬 정도로 충분한 열을 생성하는 데 채용될 수 있다.
도 2c는 저항 요소(32, 34)를 덮는 기판(15) 상에 배치되는 유전체 층(35)을 도시하고 있다. 개구(36)가 전도 경로(22)로의 연결 수단을 제공하도록 유전체 층(35)을 통해 형성된다. 유전체 층(35)은 예컨대 저항기(32, 34)에 의해 발생된 열이 그를 통과하게 하도록 소정의 열 전도도를 갖는 유리일 수 있다.
도 2d는 제1 저항 요소(32) 위의 유전체 층(35) 상에 배치되는 제1 전도 패드(42) 그리고 유전체 층(35) 상에 배치되는 제2 전도 패드(44)를 도시하고 있다. 제1 전도 패드(42)는 제1 단자(201)와의 연결부를 형성하고, 제2 전도 패드(44)는 제2 단자(202)와의 연결부를 형성한다.
도 2e는 부분적으로 전도 패드(42, 44) 및 개구(36) 위에 배치되고 그에 의해 땜납 조인트 패드(46, 47, 48)가 되는 하부의 전도 패드의 노출 부분이 되는 유전체 층(45) 예컨대 유리를 도시하고 있다. 저융점 땜납은 땜납 패드(46, 47, 48) 상에 배치된다. 패드(48)는 아래에서 논의되는 것과 같이 비정상 회로 상태 중에 (도 2f에 도시된) 스프링으로부터 단자(203)를 거쳐 제어 회로로 전류를 전도하는 데 사용된다.
도 2f는 정점 부분(71)으로부터 연장되는 한 쌍의 측면(701, 702)을 갖는 대체로 "V자" 형상의 판-형태(leaf-type)의 스프링(70)을 도시하고 있다. 측면(701, 702)의 각각의 단부(72, 74)는 땜납(46', 47')을 거쳐 땜납 패드(46, 47)에 연결되고, 정점은 땜납 패드(48)에 납땜된다. 스프링(70)은 예컨대 은으로써 도금된 고탄소강, 형상 기억 합금 재료 또는 유사한 전도 재료로부터 제조될 수 있고, 물론 각각의 땜납 패드에 부착되는 대체의 기하학적 형상을 가질 수 있다. 플라스틱 커버가 회로 보호 장치(10) 위에 배치되고, 기판(12)의 주변부 주위에서 레지(59) 주위에서 접착된다. 도 2g는 저항 요소(32, 34), 땜납 재료(46', 47') 그리고 제1 단자(201), 제2 단자(202) 및 제3 단자(203)를 포함하는 보호 장치(10')의 개략도이다.
도 2h는 정상 전류 흐름 중의 기판(12) 상에 배치되는 판 스프링(70)을 이용하는 보호 장치(10')의 측면도이다. 정상 동작 중에, 전류는 도 1h 및 도 1i를 참조하여 위에서 설명된 것과 같이 흐른다. 그러나, 이러한 실시예에서, 과전압 상황이 부하 시에 검출될 때에, 단자(203)에 연결되는 (도시되지 않은) 제어 회로가 회로를 폐쇄하고, 스프링(70)으로부터 전도 경로(22)를 거쳐 전류를 견인한다. 이러한 전류는 저항기(32, 34)를 통해 흐르고, 그에 의해 열을 발생시키고 땜납 연결부(46' 및/또는 47') 중 1개 이상을 용융시키고, 그에 의해 스프링 단부(72, 74) 중 1개 이상을 해제시킨다.
도 2i는 판 스프링(70)이 개방 위치에 있은 후의 보호 장치(10')의 측면도이다. 땜납 조인트들 중 1개 이상의 용융은 상향으로 스프링(70)의 적어도 1개의 측면(701, 702)을 단절시키고, 그에 의해 개방 회로를 생성하고, 그에 의해 연결된 배터리 셀을 보호한다.
도 3a 내지 도 3g는 복수개의 층을 갖는 대체 실시예에 따른 스프링을 이용하는 보호 장치(100)를 도시하고 있다. 구체적으로, 도 1a는 기판(115) 상에 배치되는 금속화 전도 경로(123, 124)에 의해 형성되는 제1 층의 평면도이다. 제1 단자(1201), 제2 단자(1202) 및 제3 단자(1203)가 충전 공급원과 예컨대 복수개의 배터리 셀 등의 전원 사이에 보호 장치를 연결하는 데 사용된다. 제1 저항 요소(132) 및 제2 저항 요소(134)가 전도 경로(123, 124) 상에 배치된다.
도 3b는 저항 요소(132, 134)를 덮는 기판(115) 상에 배치되는 유전체 층(135)을 도시하고 있다. 개구(136)가 전도 경로(124)로의 연결 수단을 제공하도록 유전체 층(135)을 통해 형성된다. 유전체 층(135)은 예컨대 저항기(132, 134)에 의해 발생된 열이 그를 통과하게 하도록 소정의 열 전도도를 갖는 유리일 수 있다. 도 3c는 제1 저항 요소(132) 위의 유전체 층(135) 상에 배치되는 제1 전도 패드(142)를 갖는 보호 장치(100)의 평면도이다. 제2 전도 패드(143)가 유전체 층(135) 상에 배치되고, 개구(136)를 통해 전도 경로(124)와의 연결부를 형성한다. 제3 전도 패드(144)가 제2 저항 요소(134) 위의 유전체 층(135) 상에 배치된다. 도 3d에 도시된 것과 같이, 땜납 재료(152)가 제1 전도 패드(142) 상에 배치되고, 땜납 재료(154)가 전도 패드(144) 상에 배치된다. 땜납(152, 154)들 모두가 저융점 땜납일 수 있거나, 땜납들 중 하나(152 또는 154)가 저융점 땜납일 수 있고 다른 땜납은 고융점 땜납일 수 있다. 채용된 저융점 땜납은 과전압 또는 과온 상태 중에 저항 요소(132, 134)에 의해 생성된 열과 일치되는 소정의 온도에서 용융되도록 구성된다.
도 3e는 저항 요소(132, 134), 저융점 땜납 재료(152, 154) 그리고 제1 단자(1201), 제2 단자(1202) 및 제3 단자(1203)를 포함하는 보호 장치(100)의 개략도이다.
도 3f는 용접 영역(161)을 거쳐 전도 패드(143)에 전기적으로 연결되는 스프링(160)을 포함하는 기판(115) 상에 배치된 보호 장치(100)의 다양한 층의 다른 예의 평면도이다. 스프링(160)은 실질적으로 직사각형의 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 대체의 구성이 채용될 수 있다. 스프링(160)의 제1 단부(162)가 땜납(152)을 거쳐 전도 패드(142)에 연결되고, 스프링(160)의 제2 단부(164)가 땜납(154)을 거쳐 전도 패드(144)에 연결된다. 스프링(160)은 예컨대 베릴륨 구리, 고탄소강 또는 다른 스프링 합금으로부터 제조될 수 있다. 스프링은 그 전기 전도도를 증가시키도록 은 또는 금 등의 재료로써 도금될 수 있다. 대체예에서, 저저항 분로 와이어가 정상 배터리 충전 및 방전 동작 하에서 전류의 대부분을 반송하도록 스프링의 하나의 단부로부터 다른 단부로 연장될 수 있다.
도 3g는 보호 장치(100)의 다양한 층의 측면도이다. 구체적으로, 스프링(160)은 비아(via)(136) 그리고 그 일부가 비아(136) 내에 배치되는 전도 패드(143)를 통해 단자(1203)에 연결된다. 유전체 층(135)은 기판(115)과 전도 패드(142, 143, 144) 사이에 배치된다. 스프링(160)은 각각 땜납(152, 154)을 거쳐 전도 패드(143) 및 전도 패드(142, 144) 상에 배치된다. 정상 동작 중에, 전류가 땜납(152)을 거쳐 단자(1201)로부터 전도 패드(142)를 통해 스프링(160)의 제1 단부로(162)로, 스프링(160)을 통해 제2 단부(164)로, 땜납(154)을 거쳐 전도 패드(144)로, 단자(1202)로 그리고 연결된 전원 상으로 흐른다.
도 3h에 도시된 것과 같이, 비정상 전압 또는 온도 상황이 검출될 때에, 단자(1203)에 연결되는 (도시되지 않은) 제어 회로가 회로를 폐쇄하고, 전류를 스프링(160)으로부터 스프링(160)의 중간 섹션 아래에 배치되는 전도 패드(143)를 통해 단자(1203)에 연결되는 전도 경로(123)로 전류를 견인한다. 이러한 전류가 저항기(132, 134)를 통해 흐르기 때문에, 열이 생성되고, 그에 의해 저융점 조인트(152 및/또는 154) 중 1개 이상을 용융시킨다. 땜납 조인트(152 및/또는 154) 중 1개 이상의 용융은 한쪽 또는 양쪽 단부(162, 164)에서 스프링을 해제시킨다. 전도 패드(142, 144)로부터 멀어지는 스프링(160)의 한쪽 또는 양쪽 단부(162, 164)의 해제는 회로를 개방하고, 그에 의해 연결된 전원을 보호한다. 이러한 방식으로, 보호 장치(100)는 바람직하지 않은 전기 상태가 충전 회로 내에서 일어날 때에 개방 회로를 생성하는 복수개의 층 내에 배치되는 스프링을 이용한다.
도 4a 내지 도 4g는 대체 실시예에 따른 개방 회로 구성을 제공하기 위해 확산 층을 이용하는 복수개의 층을 갖는 보호 장치(200)를 도시하고 있다. 구체적으로, 도 4a는 기판(215) 상에 배치되는 금속화 전도 경로(223, 224)에 의해 형성되는 제1 층의 평면도이다. 제1 단자(2201), 제2 단자(2202) 및 제3 단자(2203)가 충전 공급원과 예컨대 복수개의 배터리 셀 등의 부하 사이에 보호 장치를 연결하는 데 사용된다. 제1 저항 요소(232) 및 제2 저항 요소(234)가 전도 경로(223, 224) 상에 배치된다.
도 4b는 저항 요소(232, 234)를 덮는 기판(215) 상에 배치되는 유전체 층(235)을 도시하고 있다. 비아(236)가 전도 경로(224)로의 연결 수단을 제공하도록 유전체 층(235)을 통해 형성된다. 유전체 층(235)은 예컨대 저항기(232, 234)에 의해 발생된 열이 그를 통과하게 하도록 소정의 열 전도도를 갖는 유리일 수 있다. 도 4c는 제1 저항 요소(232) 위의 유전체 층(235) 상에 배치되는 제1 전도 패드(242)를 갖는 회로 보호 장치(200)의 평면도를 도시한다. 제2 전도 패드(243)가 유전체 층(235) 상에 배치되고, 비아(236)를 통해 전도 경로(224)와의 연결부를 형성한다. 제3 전도 경로(244)가 제2 저항 요소(234) 위의 유전체 층(235) 상에 배치된다.
도 4d는 또한 확산 층(250)이 적어도 부분적으로 전도 패드(242, 243, 244)의 층 위에 배치되는 회로 보호 장치(200)의 평면도이다. 확산 층(250)은 저항 요소(232) 위에 배치되는 제1 단부(252), 저항 요소(234) 위에 배치되는 제2 단부(254) 그리고 전도 패드(243) 위에 배치되는 중간 섹션(253)에 의해 형성된다. 확산 층(250)은 예컨대 금의 박막일 수 있다. 채용된 확산 층 재료는 비정상 회로 상태와 관련되는 저항 요소(232, 234)에 의해 발생되는 열로부터 소정의 온도에서 층(235 및/또는 260) 내로 확산되도록 구성된다.
도 4e는 저항 요소(232, 234), 제1 단자(2201), 제2 단자(2202), 제3 단자(2203) 및 확산 층 단부 부분(252, 254)을 포함하는 회로 보호 장치(200)의 확산 층의 개략도이다. 정상 동작 중에, 전류가 단자(2201)로부터 전도 패드(242)를 통해 확산 층(250)의 제1 단부로(262), 층(250)을 통해 제2 단부(254)로, 전도 패드(244)로, 단자(2202)로 그리고 연결된 장치 상으로 흐른다.
도 4f는 기판(215) 상의 확산 층(250) 위에 배치되는 유리 커버 층(260)을 갖는 회로 보호 장치(200)의 평면도이다. 도 4g는 기판(215) 상에 배치되는 유리 커버 층(260) 그리고 비아(236)를 충전하는 전도 패드(243)를 도시하는 회로 보호 장치(200)의 다양한 층의 측면도이다. 유리 층(260)은 비정상 회로 상태 중에 층(250)의 확산을 흡수하도록 구성된다. 구체적으로, 과전압 또는 과온 상황이 검출될 때에, 단자(2203)에 연결되는 (도시되지 않은) 제어 회로가 회로를 폐쇄하고, 확산 층(250)으로부터 확산 층(250)의 중간 섹션(253) 아래에 배치되는 전도 패드(243)를 통해 단자(2203)에 연결되는 전도 경로(223)로 전류를 견인한다. 이러한 전류가 저항 요소(232, 234)를 통해 흐르기 때문에, 충분한 열이 생성되고, 그에 의해 저항 요소(232, 234) 위에 배치되는 확산 층 단부 부분(252 및/또는 254)이 층(235 또는 260) 내로 확산되게 한다. 1개 이상의 부분이 유리 층(235 및/또는 260) 내로 확산되고, 그에 의해 확산 층(250)의 한쪽 또는 양쪽 단부(252 및/또는 254)에서 회로를 개방시킨다. 유리 층(235 및/또는 260) 내로의 층(250)의 한쪽 또는 양쪽 단부(252, 254)의 확산은 회로를 개방시키고, 그에 의해 연결된 장치를 보호한다. 이러한 방식으로, 보호 장치(200)는 바람직하지 않은 전기 상태가 충전 회로 내에서 일어날 때에 개방 회로를 생성하는 복수개의 층 내에 배치되는 확산 층을 이용한다.
도 5a 내지 도 5g는 개방될 때에 대체 실시예에 따른 개방 회로 구성을 제공하는 열 링크를 이용하는 복수개의 층을 갖는 회로 보호 장치(300)를 도시하고 있다. 구체적으로, 도 5a는 기판(315) 상에 배치되는 금속화 전도 경로(323, 324)에 의해 형성되는 제1 층의 평면도이다. 제1 단자(3201), 제2 단자(3202) 및 제3 단자(3203)가 충전 공급원과 예컨대 복수개의 배터리 셀 등의 전원 사이에 회로 보호 장치를 연결하는 데 사용된다. 제1 저항 요소(332) 및 제2 저항 요소(334)가 전도 경로(323, 324) 상에 배치된다.
도 5b는 저항 요소(332, 334)를 덮는 기판(315) 상에 배치되는 유전체 층(335)을 도시하고 있다. 비아(336)가 전도 경로(324)로의 연결 수단을 제공하도록 유전체 층(335)을 통해 형성된다. 유전체 층(335)은 예컨대 저항기(332, 334)에 의해 발생된 열이 그를 통과하게 하도록 소정의 열 전도도를 갖는 유리일 수 있다. 도 5c는 제1 저항 요소(332) 위의 유전체 층(335) 상에 배치되는 제1 전도 패드(342)를 갖는 회로 보호 장치(300)의 평면도이다. 제2 전도 패드(343)가 유전체 층(335) 상에 배치되고, 비아(336)를 통해 전도 경로(324)와의 연결부를 형성한다. 제3 전도 패드(344)가 제2 저항 요소(334) 위의 유전체 층(335) 상에 배치된다.
도 5d는 또한 열 링크 층(350)이 적어도 부분적으로 전도 경로(242, 243, 244)의 층 그리고 유전체 층(335) 위에 배치되는 회로 보호 장치(300)의 평면도이다. 열 링크 층(350)은 저항 요소(332) 위에 배치되는 제1 단부(352), 저항 요소(334) 위에 배치되는 제2 단부(354) 그리고 전도 패드(343) 위에 배치되는 중간 섹션(353)에 의해 형성된다. 열 링크 층(350)은 적어도 각각의 저항 요소(332, 334) 위에 배치되는 제1 단부 부분(352) 및 제2 단부 부분(354)의 일부에서 저융점을 갖도록 구성된다. 채용된 열 링크 층은 과전압과 관련되는 저항 요소(332, 334)에 의해 발생되는 열로부터 소정의 온도에서 용융되도록 구성된다.
도 5e는 저항 요소(332, 334), 제1 단자(3201), 제2 단자(3202), 제3 단자(3203) 및 열 링크 부분(352, 354)을 포함하는 회로 보호 장치(300)의 열 링크 층의 개략도이다. 정상 동작 중에, 전류가 단자(3201)로부터 전도 패드(342)를 통해 열 링크 층(350)의 제1 단부로(362), 층(350)을 통해 제2 단부(354)로, 전도 패드(344)로, 단자(3202)로 그리고 연결된 부하 상으로 흐른다.
도 5f는 기판(315) 상의 열 링크 층(350) 위에 배치되는 핫 멜트 접착제(HMA) 커버 층(360)을 갖는 회로 보호 장치(300)의 평면도이다. 도 5g는 기판(315) 상에 배치되는 HMA 층(360) 그리고 비아(336)를 충전하는 전도 패드(343)를 도시하는 회로 보호 장치(300)의 다양한 층의 측면도이다. HMA 층(360)은 과전압 상태 중에 열 링크 층(360)을 흡수하도록 구성된다. 구체적으로, 비정상 회로 상태가 부하에서 검출될 때에, 단자(3203)에 연결되는 (도시되지 않은) 제어 회로가 회로를 폐쇄하고, 열 링크 층(350)으로부터 열 링크 층(350)의 중간 섹션(353) 아래에 배치되는 전도 패드(343)를 통해 단자(3203)에 연결되는 전도 경로(323)로 전류를 견인한다. 이러한 전류가 저항 요소(332, 334)를 통해 흐르기 때문에, 충분한 열이 생성되고, 그에 의해 저항 요소(332, 334) 위에 배치되는 1개 이상의 열 링크 층 단부 부분(352 및/또는 354)을 용융시키고, 그에 의해 HMA 커버 층(360) 내로 분산된다. 1개 이상의 용융된 열 링크 층 부분은 HMA 커버 층(360) 내로 용융되고, 그에 의해 열 링크 층(350)의 한쪽 또는 양쪽 단부(352 및/또는 354)에서 회로를 개방시키고, 그에 의해 연결된 부하를 보호한다. 이러한 방식으로, 회로 보호 장치(300)는 바람직하지 않은 전기 상태가 충전 회로 내에서 일어날 때에 개방 회로를 생성하는 복수개의 층 내에 배치되는 열 링크 층을 이용한다.
도 6은 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명되고 커버(360)로서 도 5g에 표시된 커버(600)의 예시 실시예를 도시하고 있다. 커버(600)는 각각의 기판(15, 115, 215, 315)의 주변부 주위에서 부착되는 회로 보호 장치(10, 10', 100, 200, 300)의 각각 위에 배치된다. 전형적으로, 커버(600)는 에폭시를 사용하여 각각의 장치에 접합되지만, 대체의 접착제가 사용될 수 있다. 커버(600)는 에폭시와의 개선된 접합 강도를 가능케 하도록 커버(600) 주위에서 추가된 표면적을 제공하는 부분(601)을 포함한다. 추가로, 부분(601)은 에폭시와의 접합 강도를 더욱 개선시키도록 거친 또는 결이 형성된(textured) 표면을 가질 수 있다. 관통 구멍(602a 내지 602d)이 각각의 부분(601)에 근접하게 배치될 수 있다. 이들 구멍은 테이퍼형일 수 있고, 에폭시 또는 다른 접착제를 수용하고 각각의 기판 상의 커버(600)를 위한 "로킹(locking)" 특징부로서 작용하는 데 사용될 수 있다. 추가로, 관통 구멍(602a 내지 602d)은 또한 커버(600) 상의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 부분(601) 및 관통 구멍(602)의 조합을 사용함으로써, 커버(600)가 약 0.508 ㎏(1.12 파운드)의 전형적인 산업 표준에 비해 최대 약 2.631 ㎏(5.8 파운드)까지의 견인력(pull force)을 견딜 수 있다.
본 발명은 일부 실시예를 참조하여 설명되었지만, 설명된 실시예에 대한 많은 변형, 수정 및 변화가 첨부된 특허청구범위에 한정된 것과 같은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 가능하다. 따라서, 본 발명은 설명된 실시예에 제한되지 않고 다음의 특허청구범위 및 그 등가물에 의해 한정되는 완전한 범주를 갖도록 의도된다.
10: 회로 보호 장치
46, 47, 48: 땜납 패드
46', 47': 땜납
50: 스프링
501, 502: 한 쌍의 측면
51: 정점 부분
59: 레지

Claims (23)

  1. 회로 보호 장치이며,
    기판과;
    상기 기판 상에 배치되고, 적어도 제1 및 제2 단자를 갖는 전도 층과;
    상기 기판 상에 배치되는 저항 요소와;
    상기 기판 상에 배치되는 스프링으로서, 상기 스프링은 상기 제1 단자에 전기적으로 연결되는 제1 단부 그리고 상기 제2 단자에 전기적으로 연결되는 제2 단부를 갖는, 스프링과;
    저항 요소와 상기 스프링의 상기 제1 및 제2 단부 중 적어도 하나 사이에 배치되는 저융점 재료를 포함하고,
    상기 스프링은 상기 제1 및 제2 단부가 각각의 제1 및 제2 단자에 연결될 때 제1 전도 위치를 갖고, 상기 스프링은 상기 저항 요소가 상기 저융점 재료를 가열하고 상기 스프링의 상기 제1 및 제2 단부 중 적어도 하나가 개방 회로를 생성하도록 상기 제1 및 제2 단자 중 적어도 하나로부터 멀리 떨어지게 변위될 때의 비정상 회로 상태 도중 제2 개방 위치를 갖는
    회로 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저항 요소와 상기 저융점 재료 사이의 상기 기판 상에 배치되는 전도 패드를 추가로 포함하는 회로 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 저항 요소와 상기 전도 패드 사이의 상기 기판 상에 배치되는 유전체 층을 추가로 포함하는 회로 보호 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유전체 층은 제1 유전체 층이고, 상기 장치는 상기 전도 패드와 상기 스프링 사이의 상기 기판 상에 배치되는 제2 유전체 층을 추가로 포함하는, 회로 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 저항 요소는 제1 저항 요소이고, 상기 장치는 상기 기판 상에 배치되는 제2 저항 요소를 추가로 포함하는, 회로 보호 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 저항 요소와 상기 저융점 재료 사이의 상기 기판 상에 배치되는 제1 및 제2 전도 패드를 추가로 포함하고, 상기 제1 전도 패드는 상기 제1 저항 요소와 정렬되고, 상기 제2 전도 패드는 상기 제2 저항 요소와 정렬되는, 회로 보호 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 저융점 재료는 상기 제1 패드와 전기 접촉 상태로 상기 스프링의 상기 제1 단부를 보유하도록 제1 전도 패드 상에 배치되는 저융점 재료의 제1 부분이고, 상기 장치는 상기 제2 패드와 전기 접촉 상태로 상기 스프링의 상기 제2 단부를 보유하도록 제2 전도 패드 상에 배치되는 저융점 재료의 제2 부분을 추가로 포함하는, 회로 보호 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전도 패드와 상기 스프링의 상기 제1 및 제2 단부 사이에 배치되는 분로 연결부를 추가로 포함하고, 분로 연결부는 상기 회로 보호 장치를 통해 전류의 대부분을 반송하도록 구성되는, 회로 보호 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 스프링의 상기 제2 개방 위치는 상기 제1 및 제2 저항 요소가 각각 저융점 재료의 상기 제1 및 제2 부분을 가열할 때에 일어나고, 상기 스프링의 상기 제1 및 제2 단부 중 적어도 하나는 개방 회로를 생성하도록 상기 제1 및 제2 단자 중 적어도 하나로부터 멀리 떨어지게 변위되는, 회로 보호 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스프링 위에 배치되고 상기 기판에 부착되는 커버를 추가로 포함하는 회로 보호 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 커버는 상기 기판에 부착하기 위해 상기 커버의 표면적을 증가시키도록 구성되는 적어도 1개의 연장된 부분을 포함하는 회로 보호 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 적어도 1개의 연장된 부분은 상기 기판에 상기 커버를 접합하는 부착 재료를 수용하도록 구성되는 회로 보호 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 적어도 1개의 연장된 부분은 상기 기판에 상기 커버를 접합하는 부착 재료를 수용하도록 구성되는 결이 형성된 하부 표면을 갖는 회로 보호 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 적어도 1개의 연장된 부분은 상기 기판에 상기 커버를 로킹하는 부착 재료를 수용하도록 구성되는 관통 구멍을 포함하는 회로 보호 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 부착 재료는 에폭시인 회로 보호 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면은 상기 제1 단자에 전기적으로 연결되는 상기 제1 단부를 형성하는 단부를 갖고, 상기 제2 측면은 상기 제2 단자에 전기적으로 연결되는 상기 제1 단부를 형성하는 단부를 갖고, 상기 제1 및 제2 측면은 제1 평면 상에서 상기 장치 내에 배치되는, 회로 보호 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스프링의 상기 제1 및 제2 단부 중 적어도 하나가 개방 회로를 생성하도록 제1 및 제2 단자 중 적어도 하나로부터 멀리 떨어지게 변위될 때에, 상기 스프링의 제1 측면은 상기 스프링의 상기 상기 제2 측면을 향해 제1 평면 내에서 변위되는, 회로 보호 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 스프링의 상기 제1 및 제2 단부 중 적어도 하나가 개방 회로를 생성하도록 제1 및 제2 단자 중 적어도 하나로부터 멀리 떨어지게 변위될 때에, 상기 스프링의 제1 측면은 상기 제1 평면의 외부로 수직으로 변위되는, 회로 보호 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 스프링의 상기 제1 및 제2 단부 중 적어도 하나가 개방 회로를 생성하도록 상기 제1 및 제2 단자 중 적어도 하나로부터 멀리 떨어지게 변위될 때에, 상기 스프링의 제2 측면이 제1 평면의 외부로 수직으로 변위되는, 회로 보호 장치.
  20. 회로 보호 장치이며,
    기판과;
    상기 기판 상에 배치되고, 적어도 제1 및 제2 단자를 갖는 전도 층과;
    적어도 부분적으로 상기 전도 층 상에 배치되는 저항 요소와;
    상기 저항 요소 위에 배치되는 전도 패드와;
    상기 전도 패드 위에 배치되는 확산 층과;
    확산 층 위에 배치되는 유리 층을 포함하고,
    비정상 회로 상태가 일어날 때에, 열이 저항 요소에 의해 발생되어, 제1 단자와 제2 단자 사이에 개방 회로를 생성하도록 확산 층의 일부가 유리 층 내로 확산되는
    회로 보호 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 저항 요소 위에 배치되는 유전체 층을 추가로 포함하고, 상기 유전체 층은 상기 전도 패드의 적어도 일부를 상기 전도 층에 전기적으로 연결하도록 그를 관통하는 비아를 갖는, 회로 보호 장치.
  22. 기판과;
    상기 기판 상에 배치되고, 적어도 제1 및 제2 단자를 갖는 전도 층과;
    적어도 부분적으로 상기 전도 층 상에 배치되는 저항 요소와;
    상기 저항 요소 위에 배치되는 전도 패드와;
    상기 전도 패드 위에 배치되는 열 링크 층과;
    상기 열 링크 층 위에 배치되는 핫 멜트 접착제(HMA) 커버 층을 포함하고,
    비정상 회로 상태가 일어날 때에, 열이 저항 요소에 의해 발생되어, 제1 단자와 제2 단자 사이에 개방 회로를 생성하도록 HMA 층의 일부가 열 링크 층을 흡수하게 하는
    회로 보호 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 저항 요소 위에 배치되는 상기 유전체 층을 추가로 포함하고, 상기 유전체 층은 상기 전도 패드의 적어도 일부를 상기 전도 층에 전기적으로 연결하도록 그를 관통하는 비아를 갖는, 회로 보호 장치.
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