KR20210117955A

KR20210117955A - 온도 감지 테이프, 조립, 및 온도 제어의 방법

Info

Publication number: KR20210117955A
Application number: KR1020210033755A
Authority: KR
Inventors: 보리스 고루보빅; 마틴 쥐. 피네다; 유리 보리소비치 마터스; 지안화 첸
Original assignee: 리텔퓨즈 인코퍼레이티드
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-09-29
Also published as: TW202210798A; EP3904849A1; JP2021148786A; CN113494971A

Abstract

유연하고, 전기적으로 단열된 기판, 기판 상에 배치된 복수의 온도 감지 소자들, - 각각의 온도 감지 소자는 그 사이에 간격을 정의하기 위해 서로 마주보고 이격된 상태로 배열된 제1전극 및 제2전극을 포함함 - 및 간격 사이에 배치되고 제1전극을 제2전극과 연결하는 가변 저항 재료를 포함하는 온도 감지 테이프. - 온도 감지 소자들의 적어도 한 개의 제1전극은 유연한 전기적 도체에 의해 인접한 온도 감지 소자의 제2전극에 연결됨 -

Description

온도 감지 테이프, 조립, 및 온도 제어의 방법{Temperature sensing tape, assembly, and method of temperature control}

본 실시 예는 일반적으로 온도 감지 장치(temperature sensing device)들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 실시 예들은 가변 저항 재료(variable resistance material)로 형성된 복수의 집적된 온도 감지 소자(integrated temperature sensing element)들을 갖는 온도 감지 테이프에 관한 것이다.

전기적 장치(electrical device)들은 과온도(overtemperature) 및 과전류(overcurrent) 조건(condition)들이 지속되도록 허용된다면 손상될 수 있다.

따라서, 전기적 장치들이 온도 감지 장치들을 구비하는 것이 일반적이며, 상기 온도 감지 장치들은 전기적 장치의 표면 상의 이산된 위치(discrete location)들에서 온도 변화를 측정하는 데 사용될 수 있다. 측정된 온도가 미리 결정된 임계값(threshold)을 초과할 경우, 과온도/과전류 조건이 진정되거나 또는 치유될 때까지 전기적 장치는 자동적으로 차단(shut off)될 수 있으며, 이에 따라 전기적 장치에 대한 손상을 완화시킬 수 있다.

일부 전기적 장치들은 넓은 표면적(surface area)들을 가지거나, 수많은 상호연결된 구성요소(interconnected component)들을 포함하며, 상기 상호연결된 부품들은 개별적으로 과온도 및/또는 과전류 조건들을 경험할 수 있다. 이러한 장치들에서, 전기적 장치의 표면상의 다양한 이산된 위치들에서 온도들을 측정하는 것이나, 분산된 방식(distributed manner)으로 전기적 장치의 복수의 구성 요소들의 표면상의 온도를 측정하는 것이 필요할 수 있다. 그러나, 단일 전기적 장치에서 복수의 종래의, 이산된 온도 감지 소자들을 구현하는 것은 상당히 비쌀 수 있고/있거나 주어진 장치 형성 요인(given device form factor) 안에서 가용하지 않은 상당한 공간을 요구할 수 있다.

이것들 및 다른 고려 사항들과 관련되어, 본 개선들이 유용할 수 있다.

본 과제의 해결 수단(요약)은 이하의 "발명의 상세한 설명"에서 보다 자세하게 기술될 개념들을 단순화된 형태로 소개하기 위하여 제공된다. 이 요약은 청구되는 대상의 주요 특징 또는 필수적인 특징을 식별하도록 의도된 것은 아니며, 청구되는 대상의 범위를 결정하는 것을 돕도록 의도된 것도 아니다.

본 개시에 따른 온도 감지 테이프의 예시적인 실시 예는 전기적 절연 기판, 상기 기판 상에 배치되고 제1전극에서 종단되는 제1도체, 상기 기판 상에 배치되고 제2 전극에서 종단되는 제2 도체 - 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 그 사이에 간격을 정의하기 위해 서로 마주보고 이격된 관계로 배치됨 (disposed in a confronting, spaced-apart relationship to define a gap therebetween) -, 및 상기 간격 내에 배치되고 상기 제1전극을 상기 제2전극에 연결시키는 가변 저항 재료(variable resistance material)를 포함할 수 있다.

본 개시에 따른 온도 감지 테이프의 다른 예시적인 실시 예는 유연하고 전기적 절연 기판, 상기 기판 상에 배치된 복수의 온도 감지 소자들을 포함할 수 있고, 상기 각각의 온도 감지 소자는, 마주보면서 서로 그 사이에 간격을 정의하도록 배치된 제1전극 및 제2전극, 및 상기 간격 내에 배치되고 상기 제1 전극을 상기 제2 전극에 연결시키는 가변 저항 재료를 포함하고, 상기 온도 감지 소자들 중 적어도 하나의 상기 제1 전극은, 유연 전기 도체에 의해 인접한 온도 감지 소자의 상기 제2 전극에 연결된다.

도 1a는 본 개시에 따른 온도 감지 테이프의 예시적인 실시 예를 도시한 상면도(top view)이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 온도 감지 테이프의 온도 감지 소자를 도시한 상세한 상면도(detailed top view)이다.
도 2는 도 1a에 도시된 온도 감지 테이프를 구현하는 전기적 장치의 예시적인 실시 예를 도시한 개략도(schematic view)이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 저항 곡선 및 로지컬"1"상태의 확장과 함께 또는 없이PPTC 기판 감지기(sensor)를 위한 로지컬 상태 행동을 도시한다.
도 3c는 본 개시의 실시 예들에 따른 배열된 테이프의 전기적 응답의 더 추가 세부사항을 도시한다.
도4a-4c는 본 개시의 다른 실시 예들에 따른 온도 감지 테이프의 다른 구성을 도시한다.
도 5는 로직 플로우의 예시를 도시한다.

이 출원은 2018년 9월 5일에 출원된 미국 임시 정규 출원(U.S Non provisional patent application) 16/122,535의 일부의 연속이고 그에 대한 이익을 주장(clams benefit)하며, 더욱이 2017년 9월 5일에 출원된 미국 임시 특허 출원(U.S. Provisional Patent Application) No.62/554,088의 이익을 주장하며, 각각의 출원들은 그것의 전부에서 여기 참조에 의해 포함된다.

이제, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 따른 온도 감지 테이프의 예시적인 실시 예를 보다 더 상세히 설명할 것이다. 하지만, 온도 감지 테이프는 많은 형태로 상이하게 구현될 수 있으며 본 명세서에서 제시되는 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 오히려, 제공된 이 실시 예들은 온도 감지 테이프의 특정하게 예시적인 측면을 당업자에게 전달할 수 있을 것이다.

도 1a를 참조하면, 본 개시의 예시적인 실시 예에 따른 온도 감지 테이프(이하 "테이프(10)")를 도시하는 상면도가 도시된다. 테이프(10)는 전기적으로 절연되고, 유연한 기판을 포함할 수 있으며, 기판(12)에서 도시된다. 기판(12)은 테이프(10)가 표면(예를 들어, 전기적 장치의 표면)에 부착되게 하는 하나 또는 두 개의 측면 상에 접착성 재료(adhesive material)를 가지는 유전체 재료의 스트립(strip of dielectric material)으로 형성될 수 있다. 다양하게, 한정되지 않는(non-limiting) 실시 예들에서, 기판(12)은 스카치 테이프(Scotch Tape), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride)(PVC) 테이프, 마일라(Mylar) 등일 수 있다.

복수의 온도 감지 소자들(14)은 기판(12) 상에 배치될 수 있고 기판(12)의 길이를 따라 서로 이격될 수 있다. 각각의 온도 감지 소자들(14)은, 아래에서 더 설명될 인접하여 맞물리는 한 쌍의 전극들을 서로 잇는(bridging) 복수의 가변 저항 재료(16)를 포함할 수 있다. 예로서, 도 1a에 도시된 테이프(10)는 4 개의 온도 감지 소자들을 모두 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 테이프(10)는 본 개시를 벗어나지 않고, 더 많거나 적은 수의 온도 감지 소자들(14)을 포함할 수 있으며, 온도 감지 소자(14)의 전체 개수는 일반적으로 테이프(10)의 길이 및 온도 감지 소자들(14) 사이의 거리에 의해 지정(dictated)될 수 있다. 도 1a에 도시된 온도 감지 소자(14)는 기판(12)의 길이를 따라 서로 균일하게 이격될 수 있는 반면에, 다양한 실시 예들에서 테이프(10)는 기판(12)의 길이를 따라 불규칙한 간격들로(irregular intervals) 배치된 온도 감지 소자(14)를 포함할 수 있으며, 이는 테이프(10)의 특정한 적용예의 필요에 의해서 지정될 수 있다.

테이프(10)는 기판(12) 상에 배치된 복수의 유연한 도체들(18)을 더 포함할 수 있다. 유연한 도체들(18)은 아래에서 더 설명될 온도 감지 소자들(14) 사이에서 연장될 수 있고, 전기적으로 연결될 수 있다. 유연한 도체(18)는 기판(12)에 부착되거나, 기판(12) 상에 인쇄되거나, 또는 달리 적용될 수 있는, 유연한, 전기적 도전성 재료(flexible, electrically conductive material)의 연장된 세그먼트들(elongated segments)로 형성될 수 있다. 이러한 재료의 예는 구리 메쉬(copper mesh), 은 에폭시(silver epoxy), 다양한 유형의 금속 와이어(metal wire) 또는 리본(ribbon), 도전성 잉크(conductive ink) 등을 포함할 수 있고, 어느 하나에 한정되는 것은 아니다.

도 1b를 참조하면, 온도 감지 소자들(14) 중 하나와 테이프(10)의 주변 부분을 도시하는 상세한 상면도가 도시된다. 가변 저항 재료(16)는 이하의 설명의 명확성을 위해 투명한 것으로 도시된다. 도 1a에 도시된 온도 감지 소자(14) 모두가 도 1b에 도시된 온도 감지 소자(14)와 실질적으로 동일하다는 것과, 이에 따라 도 1b에 도시된 온도 검출 소자(14)에 대한 이하의 설명은 도 1a에 도시된 온도 감지 소자(14) 모두에 적용되어야 하는 것을 이해할 수 있을 것이다.

온도 감지 소자(14)는 마주 보는 배열로 기판(12) 상에 배치되고, 인접한 유연한 도체들(유연한 도체들(18))의 단부에 전기적으로 연결되는(예를 들어, 납땜(solder), 도전성 접착제(conductive adhesive) 등으로) 전극(20a, b)을 포함할 수 있다. 전극들(20a, b)의 각각은 복수의 핑거들(fingers) 또는 타인들(tines)(22a, b)을 포함할 수 있다. 전극(20a)의 타인(22a)은 전극(20b)의 타인(22b)과 맞물리고(interdigitated), 이격되도록 배치되어(spaced-apart relationship) 그 사이에서 구불구불한 간격(serpentine, tortuous gap)(24)을 정의(define)할 수 있다. 테이프(10)의 어떤 실시 예에서는, 전극(20a, b)은 중간 기판(intermediate substrate)(예를 들어, FR-4의 세그먼트) 상에 배치될 수 있고, 상기 중간 기판은 기판(12) 상에 차례로 배치되어 부착될 수 있다. 테이프(10)의 다른 실시 예에서, 전극(20a, b)은 유연한 도체(18)의 전체적으로, 인접한 부분들(integral, contiguous portions)일 수 있다. 예를 들어, 인접한 유연한 도체(18)의 마주 보는 단부는 절단되거나, 인쇄되거나, 또는 다르게 형성되어 맞물리는 타인들(22a, b)을 정의(define)할 수 있다. 테이프(10)의 다른 실시 예에서, 타인들(22a, 22b)은 생략될 수 있고, 유연한 도체(18)의 인접한 단부들(adjacent ends)은 편평한 엣지들에서(in flat edges) 또는 다양한 다른 윤곽 또는 형상(contours or shapes)을 가지는 엣지들에서 대신에 종단될 수 있고, 상기 엣지들은 서로 이격되고 마주 보도록 배치되어 사이의 간격을 정의한다(disposed in a confronting relationship to define a gap therebetween).

가변 저항 재료(16)는 타인들(22a, 22b) 상에 배치될 수 있고, 간격(24)을 잇고 및/또는 채울(fill) 수 있고, 이에 따라 타인(22a)을 타인(22b)에 연결시킬 수 있다. 다양한 실시 예에서, 가변 저항 재료(16)는 정 온도 계수(positive temperature coefficient)(PTC) 재료(material)일 수 있고, 상기 정 온도 계수(PTC) 재료는 가변 저항 재료(16)가 미리 정의된 "활성화 온도(activation temperature)"에 도달할 경우, 급격히 증가할 수 있는 전기적 저항을 가진다. 다른 실시 예에서, 가변 저항 재료(16)는 부 온도 계수(negative temperature coefficient)(NTC) 재료일 수 있고, 상기 부 온도 계수(NTC)는 가변 저항 재료(16)가 미리 정의된 "활성화 온도"에 도달할 경우 급격히 감소할 수 있는 전기적 저항을 가진다. 특정한 비 제한적인 실시 예에서, 가변 저항 재료(16)는 중합의 정 온도 계수(a polymeric positive temperature coefficient)(PPTC) 재료일 수 있고, 상기 PPTC 재료는 고분자 수지에 현탁되는(suspended in a polymer resin) 도전성 입자(예를 들어, 도전성 세라믹 입자(conductive ceramic particle))로 형성된다. 일부 실시 예들에서, 가변 저항 재료(16)(PTC 또는 NTC)는 유체 잉크(fluidic ink)로서 타인들(22a, b)에 적용될 수 있고, 또는 후속적으로 경화되어 타인들(22a, b)을 부분적으로 덮고(covers) 및/또는 감싸는(envelopes) 고체 덩어리(solid mass)를 형성하는 복합체(compound)로서 타인들(22a, b)에 적용될 수 있다.

테이프(10)는 종래의 테이프 롤(roll of tape)의 방식으로 감길 수 있고(rolled) 저장될 수 있다는 것과, 테이프(10)의 바람직한 길이(desired length)가 실제 적용하여 사용되기 위해, 롤로부터 분배되고(즉, 펼쳐지고) 절단될 수 있다.

도 2를 참조하면, 전술된 테이프(테이프10)를 구현하는 예시적인 전기 장치(100)의 개략도가 도시된다. 전기적 장치(100)는 테이프(10)에 의해 보호될 수 있는 하나 이상의 구성 요소(이하, "보호된 구성 요소(the protected component)")를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 예시적 실시 예에서, 보호된 구성 요소는 직렬로 전기적으로 연결된(electrically connected in series) 복수의 셀들(cells)(112)을 가지는 배터리(110)다. 배터리(110)는 전력을 공급하기 위해 부하(load)(114)에 연결될 수 있다. 다양한 예에서, 배터리(110)는 리튬 이온 배터리(Li-ion battery), 리튬 폴리머 배터리(Li-Polymer battery), 니켈 수소 합금 재충전식 배터리(Ni-MH rechargeable battery) 등일 수 있다. 본 개시는 이와 관련하여 한정되지 않으며, 보호된 구성 요소는 또 달리 과전류 또는 과온도 보호로부터 유익할 수 있는 임의의 다양한 전력 원들(electrical power sources) 및/또는 전기 장치들일 수 있고, 또는 또 달리 상기 다양한 전력원 및/또는 전기 장치를 포함할 수 있다.

테이프(10)는 배터리(110)의 각각의 셀들(셀들(112))의 표면 상에 배치된 온도 감지 소자(14)와 함께 배터리(110)에 부착될 수 있다. 특히, 각각의 온도 감지 소자(14)는 셀들(112) 중 각각의 하나의 열 영향 하에서 있도록 위치될 수 있으므로, 셀들(112) 중 하나의 온도에서의 증가는 위에 배치된 온도 감지 소자(14)의 각각의 하나의 온도에서의 증가를 야기할 수 있다.

전기적 장치(100)는 제어 소자(control element)(116)(예를 들어, ASIC, 마이크로프로세서 등과 같은 디지털 제어 소자)를 더 포함할 수 있고, 상기 제어 소자(116)는 테이프(10)의 유연한 도체(18)에 전기적으로 연결될 수 있고, 아래에서 더 설명될 테이프(10)의 저항을 모니터하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 제어 소자(116)는 배터리(110)와 부하(114) 중간에 전기적으로 직렬로 연결(connected in electrical series intermediate)될 수 있는 차단 스위치(disconnect switch)(118)(예를 들어, FET, 릴레이(relay) 등)에 가동하도록 연결(operatively connected)될 수 있다.

전기적 장치(100)의 정상 가동 동안, 배터리(110)는 부하(114)에 전력을 공급할 수 있고, 셀(112)의 온도들은 정상 가동 범위(예를 들어, 섭씨 80도 미만) 내 일 수 있다. 하지만, 과온도 및 과전류 상태의 발생에 따라, 하나 이상의 셀들(112)의 온도는 정상 가동 범위보다 위로(above the normal operating range) 증가할 수 있으며, 이는 차례로 테이프(10)의 각각의 온도 감지 소자(14)의 온도가 증가하게 할 수 있다. 온도 감지 소자(14) 중 하나 이상의 온도가 활성화 온도보다 위로 증가할 경우, 테이프(10)의 저항은 급격히 증가(가변 저항 재료(16)가 PTC 재료인 경우)하거나 급격히 감소(가변 저항 재료(16)가 NTC 재료인 경우)할 수 있다. 예를 들어, 셀들(112)의 온도에서의 증가는 외부 열원(external heat source)에 대한 노출(예를 들어, 전기 장치(100)가 햇볕에 놓임(sitting out in the sun)) 또는 배터리(110) 내 내부 결함에 의해 야기된 과전류 상태가 원인일 수 있다.

제어 소자(116)는 테이프(10)의 저항을 모니터링하고 이에 따라 전기적 장치(100)의 가동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 가변 저항 재료(16)가 PTC 재료라고 가정하고, 제어 소자(116)가 테이프(10)에서 비교적 낮은 저항을 측정할 경우, 즉, 온도 감지 소자들(14)의 온도가 활성화 온도보다 아래임을 나타낼 경우, 제어 소자(116)는 셀(112)의 온도가 정상적이고 안전한 가동 범위 내에 있다는 것을 결정할 수 있다. 그러나, 제어 소자(116)가 테이프(10)에서 비교적 높은 저항을 측정하는 경우, 즉, 하나의 이상의 온도 감지 소자(14)의 온도가 활성화 온도보다 위임을 나타낼 경우, 제어 소자(116)는 하나 이상의 셀(112)의 온도가 정상적이고 안전한 가동 범위를 초과(exceeded)한다는 것을 결정할 수 있다. 제어 소자(116)가 하나 이상의 셀(112)의 온도가 정상적이고 안전한 가동 범위를 초과한다는 것을 결정할 경우, 제어 소자(116)는 차단 스위치(118)를 오픈하고, 이로써 전기적 장치(100)에서 전류의 흐름을 막고, 또는 그렇지 않으면 과온도 및 과전류 조건이 지속되도록 허용할 경우 초래될 수 있는 손상을 방지하거나 완화시킬 수 있다.

추가적으로 한정되지 않는 실시 예에서, 보호된 구성요소는 배터리팩(battery pack), 이-스쿠터(e-scooter) 또는 다른 전기적 탈 것(electric vehicle), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 노트북 컴퓨터(notebook computer), 대형 배터리 시스템(large battery system)을 가지는 전력 툴(power tool)을 포함할 수 있다. 본 실시 예들의 유연한 테이프에 의해 공급되는 이점은 복수의 온도 감지기들의 감지기뿐만 아니라 어느 임의의 형상을 가지는 3차원 물체 안에서 어느 적합한 위치에서 퓨즈 소자들을 편리하게 배치하는 능력이다.

전술한 실시 예에 관하여, 일부 변형에서, 기판(12)은, 보호중인 장치에 부착되도록, 테이프(10)의 바닥면 상에서, 보호중인 장치에 부착되도록, 테이프(10)의 바닥면 상에서 접착제를 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 접착제는 온도 감지 소자(14) 아래에 있는 섹션들에만 적용될 수 있어, 보호중인 장치의 표면과 열 접촉을 증가시킨다. 특정 실시 예에서, 높은 열 전도성 가루(high thermal conductivity powder)와 같은, 높은 열 전도성을 갖는 첨가제(additive)들이 접착제 안에 배열될 수 있어, 접착제의 열 전도성을 증가시키며, 그로 인해 온도 감지 소자(14) 및 감시(monitor)되거나 보호되는 장치 사이에서 더 좋은 열 접촉을 제공한다. 높은 열 전도성 재료들의 한정되지 않는 예는 본질적인(intrinsic) ZnO, Al2O3, A1N 다이아몬드 페이스트(diamond paste), 또는 세라믹(ceramic), 금속(metal) 또는 탄소 기반 입자들(carbon based particles), 섬유들(fibers) 등을 포함하는 높은-열-전도성 전기적 전도성 입자들(high-thermal-conductivity electrically conduvtive particles)을 포함한다.

본 개시의 추가적인 실시 예들에서, 가동 조건들을 감지하는 기능적인 재료보다 위인 온도에서 영구적 차단이 발생될 수 있는 곳에서, 테이프 유형의 센서는 setP^TM 온도 감지 장치들을 포함하는 등(setP는 Littelfuse, Inc의 상표임) 추가적인 적용들을 위해 써질 수 있다. 다르게 말하면, "티테이프(TTape)" 감지기 또는 감지기 조립은 PTC와 같은 티테이프 재료가 안정적으로 가동하는 온도 범위 보다 위인 온도에서 안정적인 "오프(off)"응답 행동을 위한 온도 감지 및 온도 보호를 위해 전개될 수 있다.

명확하게 하기 위한 방법으로, pPTC 유형은 트립 온도보다 위에서 중요한 전류 차단(significant current shut off)을 포함하여 좋은 온도 감지기 역량(good temperature sensor capability)을 제공한다. 그러나, pPTC재료들은 특히 트립 온도보다 훨씬(significantly) 위에서 저항의 부 온도 계수(negative temperature coefficient of resistance)(NTC) 행동(behavior)을 겪을 수 있으며 오랫동안 노출(exposure)은 짧은 상태(short state)에서 실패(fail)할 수 있다.

리튬 배터리(lithium battery)들을 위한 온도 감지와 같은 중요한 영역에서 적용들을 위해, 얼마동안(some duration) 유지하도록 제어 보드(control board)로 보내지는 주어진 배터리 팩(battery pack)을 위한 "off" 신호는 유용하며, 이로 인해 불필요한 트리핑 현상(nuisance tripping phenomenon)을 피하고, 시스템이 저온 안전 영역(low temperature safe area)과 반대로 시스템이 심각한 NTC 행동과 함께 높은 온도 위치(high temperature position)에 있음을 "알도록(know)" 보장(ensure)한다. 이러한 경우는 디지털 응답 모드 "0" 및 "1"에서 감지기들 가동을 위해 특별히 중요하며 지역"1"로 확장하는 능력을 제공한다.

일부 실시 예에 따르면, PPTC 안정성의 범위보다 위인 온도에서 안정적인 "오프 응답"을 갖는 TTape 감지기 조립이 제공된다. 도3A 및 도3B은 각각 저항 곡선 및 로지컬(logical) "1" 상태의 연장과 함께 또는 없이 PPTC 기반 감지기를 위한 로지컬 상태 행동을 도시한다. 도 3a의 예시에서, 테이프(30)에 라인 "안"에 배치된 전술한 온도 감지 소자들(14)과 같은 온도 감지 소자들의 시리즈(series)들이 제공된다. 점A보다 위에 있는, 도 3a의 저항 곡선(점선 곡선)의 예시에서, 이상적인 반응 곡선 I와 달리, 트립 온도보다 훨씬 높은 PPTC재료의 NTC행동으로 인해 저항은 급격하게 감소한다. 그러므로, 점 A보다 위에서, 측정된 저항은 더 이상 로지컬 "1" 상태를 나타내지 않으며, 만약 로지컬 "1" 상태가 충분한 기간에 지속되지 않는다면 시스템은 안전 상태가 존재한다고 틀리게 믿을 수 있다.

도 3b에서, 온도 감지 소자가 도3B에서 보여지듯 로지컬 "1" 상태의 온도 범위를 효과적으로 연장하는 감지 영역을 형성하도록 근접한 퓨즈 소자와 짝을 이룰 수 있을 때, 라인 "안"에 배치된 전술한 테이프(40)에 온도 감지 소자들(14)과 같은 온도 감지 소자들의 시리즈뿐만 아니라 라인 "밖"에 배치된 대응되는 퓨즈 소자들이 제공된다.

테이프(40)와 같은 테이프의 가동의 추가적 세부사항은, 도 3c와 관련하여 제공된다. 로직(logic)"0" 또는 로직"1" 상태를 나타내는 다른 개시들을 위한 정확한 온도는 단지 예시일 뿐이다. 보여지듯이, 가동 동안, 테이프가 온도가 대략 57.5°C 보다 아래로 드러나면, 감시되는 장치가 정상 조건들 아래서 가동하는 것으로 간주될 수 있는 곳에서, 로직"0" 상태는 얻는다. 그러므로, 시스템 전압(Vcc)을 검출하는 검출기에 의해 나타내지는 것처럼 저항은 낮게 유지된다. 보여지는 예에서, Vcc의 30%보다 작은 어느 전압 값는 검출기 또는 모니터의 로직에 의해 로직"0"상태를 나타내는 것으로 간주된다. 더욱이, 적절한 식별을 제공하기 위해, Vcc의 70%보다 높은 어느 전압 값은 로직"1"상태를 가리키도록 간주될 수 있다.

도3C의 예에서, 테이프는 60°C의 트리거 온도(trigger temperature)를 가지고 있는 PPTC 감지기를 포함할 수 있다. 그러므로, 테이프가 대략 57.5°C 보다 위이고 대략 60°C 보다 아래인 온도임이 드러나면, Vcc가 30% 및 70%이므로, 로직 상태가 불확정(indeterminate)일 수 있는, 전환 체제(transition regime)로 들어간다. 60°C보다 위일 때, 일부 실시 예들에서 10X, 100X, 1000X, 10,000X의 계수(factor)에 의해, 테이프 저항이 현저하게 증가하는, 로직1상태로 들어간다. 저항에서 이러한 큰 증가는 대략 풀 Vcc(full Vcc)의 85퍼와 같은 더 높은 Vcc라는 결과를 낳는다. 게다가, 저항은 로직1체제가 지속되는 동안 60°C의 트립 온도보다 높은 온도 범위에서 안정(plateau)될 수 있다.

거의 85°C에서, 퓨즈 소자는 퓨즈(fuse)될 수 있고, 따라서 저항이 95 Vcc처럼 Vcc의 100%에 근접하는 값을 갖는 곳에서 저항 곡선(302)(점선)처럼 테이프 저항이 더 증가하는 것을 야기할 수 있다. 테이프가 예를 들어 185°C까지 더 가열됨에 따라, 저항은 높은 값으로 남아있고, 로직 "1" 상태는 계속 모니터에 의해 탐지된다. 특히, 일부 실시 예들에 따르면, 증가된 온도의 함수처럼, 퓨즈 소자의 온도는 PPTC 재료의 저항이 감소하는 곳인, PPTC-기반 감지기의 "NTC 온도" 근처에 놓이도록 선택될 수 있다. 그러므로, PPTC 곡선(304)(파선)에서 보여지듯이, 85°C에서 퓨즈 되는 퓨즈 소자의 존재 없이, PPTC 감지기만 가지는 테이프를 위해 탐지된 저항 및 Vcc는 85°C 보다 위에서 빠르게 감소할 수 있다. 85°C 및 150°C 사이 온도에서, PPTC 곡선(304)은 Vcc가 로직 "1" 값 보다 아래로 감소하는 것을 나타내며, 그 결과 모니터가 더 이상 테이프가 높은 온도를 경험하는 것을 감지하지 않는다는 점에서 위음성(false negative)을 발생시킨다. PPTC 저항이 로직 "1" 상태를 떠나도록 충분히 감소하기 전에 테이프의 저항을 증가시키는 퓨즈 소자를 제공함으로써, 위음성은 회피된다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, PTC 안정성 보다 높은 온도에서 안정한 "오프" 응답과 함께 온도 감지기의 구조는 PTC 감지 영역이 PTC 트리거 응답보다 약간 높거나 많이 높은 온도에서 트리거 되는 퓨저블 소자들(fusable elements)과 근처에서 또는 즉시 접촉하도록 배열되는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 솔루션(solution)의 예는 도 4a, 4B 및 4C보다 아래에서 보여지며, 더욱이 도 4D 및 도 4E에서 보여진다. 다양한 한정적이지 않은 실시 예에서, Pptc 재료의 선택에 따라 TTape의 pPTC 트리거 응답 온도는 50°C에서 100°C 영역 범위일 수 있다. 다양한 한정적이지 않은 실시 예에서, pPTC 재료 근처에 제공되는 퓨즈될 수 있는(fusable) (녹을 수 있는(meltable)) 소자는 90°C에서 150°C 또는 그보다 높은 퓨즈 온도를 발생시키도록 구성이 맞춤화(tailored) 될 수 있는 솔더 소자(solder element)로부터 구성될 수 있다. 녹을 수 있는 퓨즈 상에 트리거 된 온도의 제어는 SnBi, In, InSn, SnPb 및 다른 합금들과 같은 잘 알려진 합금의 변화와 함께 퓨즈 합금 구성(fuse alloy composition)을 조정함에 의해 달성될 수 있다.

본 개사의 실시 예들에 따르면, 도 4a, 4B 및 도 4c에서 도시되듯, 로지컬 "1" 상태의 연장을 발생시키기 위해, 높은 열 차단(high thermal cut off(HTX) 영역은 감지기의 PTC소자와 아주 가깝거나 같은 위치에 위치될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도 4a에서 보여지듯이, 퓨즈 소자가 라인 "밖"에 위치될 수 있는 반면, PTC 재료는 라인 "안"에 위치될 수 있다. 도 4a로 돌아가면, 본 개시의 실시 예들에 따른 배열된 테이프(50)가 보여진다. 이 예에서 감지 영역(60)은, 감지 영역이 라인(64) "안"에서 배열된 인쇄된 온도 표시기(printed temperature indicator : PTI)(62) 및 라인(56) "밖"에서 배열된 높은 온도 차단(high temperature cutoff : HTX) 소자(64)를 포함하는 곳인 기판(12)의 일부 상에 배열된다. 프린트된 온도 표시기(62)는, 위에서 설명했듯, 온도 감지 소자(14)와 비슷하거나 동일하게 배열될 수 있다. 이 배열 및 다른 배열들에서 HTX 및 PTI 구성요소들 사이 분리는 최소 75㎛ 및 1mm 사이 범위일 수 있며, 최대 분리에서 특별한 상한은 없다. 게다가, 일부 실시 예들에서, 저항률 및 다른 요구사항들에 따라서, 도 4a의 PTI(62)를 위한 전극 구성은 도 2의 구성과 비슷할 수 있거나 단순한 평면 간격을 가지는 단순한 구조를 가질 수 있다.

그러나, 몇몇 실시 예들에서, 맞물린 전극(interdigitated electrode)들이나 곡선형 전극(curved electrode)들보다는, 일반적으로 평면 전극들인 반대 전극들을 가지는 단순한 온도 감지 소자는 사용될 수 있다. 이러한 맥락에서 본 실시 예들은 제한되지 않는다. 본 HTX 소자(64)는, 주어진 적용에서 적절한 온도에서 퓨즈 온도가 설계되는 곳에서, 적절한 녹을 수 있는 퓨즈 소자일 수 있다.

가동에서, 감지 영역(60)에서 PTI(62)의 트립 온도가 초과되는 때, 테이프(50)는 저항에서 급격하게 증가할 수 있으며, 테이프(50)에 연결된 시스템(도 2 참조)은 배터리 팩 같은 구성요소들을 제어하기 위하여 오프 시그널을 발생시키도록 로지컬"1"을 나타낼 수 있다. 만약 PTI(62)의 트립 온도를 트리거 하는 과열 이벤트(overheating event)가 감지 영역(60)이 HTX 소자(64)의 퓨즈 온도를 초과하는 것을 유발하지 않는다면, 온도가 로지컬 "0" 신호를 발생시키는 PTI(62)의 트립 온도보다 낮은 온도로 감소할 때 배터리 팩을 포함하는, 시스템은 리셋(reset)될 수 있다. 만약 로지컬 "1" 신호를 트리거하는 과열 이벤트가 감지 영역(60)에서 HTX 소자(64)의 퓨즈 온도를 초과하는 정도로 지속된다면, HTX 소자(64)는 퓨즈 될 것이며, 이는 라인 "안"(52)과 라인 "밖"(54)을 포함하는 전도성 회로에서 영구적 분리를 생성한다.

도 4b에서 보여지듯이, 다른 실시 예들에서, PPTC 재료 및 퓨즈 소자는 라인 "안"에 위치될 수 있다. 도 4b에서, 감지 영역(76)은 PTI(62) 및 HTX 소자(64)가 라인 "안"(54)을 따라 서로 전기적으로 직렬로 위치되는 것을 특징으로 하는 것을 제외하고, 테이프(70)는 테이프(50)와 유사하게 배열된다. 기능적 관점에서, 가동에서, 위에서 설명했듯이, 테이프(70)는 테이프(50)와 비슷하게 응답할 수 있다.

다른 실시 예들에서, 도 4c의 테이프(80)에서 보여지듯이, 감지 영역(82)이 보여지는 것처럼 배열되는 곳에서, 라인 "안"과 라인 "밖"은 기판(12)상에서 선형으로 배열될 수 있으며, 도 4a 및 도 4b의 실시 예들과 비슷하게 가동될 수 있다.

다양한 실시 예들에 따르면, 예시적인 테이프에서 PTI 소자들 및 HTX 소자들 사이 공간은 적용에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 다양한 한정되지 않은 실시 예들에서, 0.1mm에서 10mm 범위에서 PTI소자 및 HTX소자를 위한 크기 범위를 가정하면, 공간은 0.1mm에서 1000mm 범위일 수 있다.

도 5는, 본 개시의 실시 예들에 따른, 로직 플로우(logic flow)(500)를 나타낸다. 블럭(502)에서, 온도 감지 테이프는 감시되도록 구성요소의 보호되는 영역에 부착된다. 일부 실시 예들에서, 보호되는 영역은 다수의 다른 영역들일 수 있다. 일부 실시 예에서 감시되는 구성요소는 배터리일 수 있다. 주어진 감지 영역이 보호되는 영역과 함께 ?횻컨測?(overlap) 곳에서, 온도 감지 테이프는 하나 또는 그 이상의 감지 영역들을(주어진 감지 영역 및 추가적인 감지 영역들과 같은) 포함할 수 있다. 감지 영역은, 전기적 회로 내에 배열되는, 녹을 수 있는 온도를 특징으로 하는 온도 감지 소자 및 녹을 수 있는 퓨즈 소자를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 온도 감지 테이프가 구성요소에 부착되는 곳에서, 다양한 다른 감지 영역들은 보호되는 영역과 ?후〉돈? 배열될 수 있다. 따라서, 감지 영역(들)은 구성요소와 함께 좋은 열 접촉에서 배열된다.

블록(504)에서, 온도 감지 테이프의 저항이 제1임계값보다 아래에 있을 때 로지컬 "0"에 대응되는 (또는 대안으로 로지컬 "1") 안전 상태는 결정된다. 블록(506)에서, 온도 감지 테이프의 저항이 제2임계값보다 위에 있을 때 로지컬 "1"에 대응되는 (또는 대안으로 로지컬 "0") 안전하지 않은 상태는 결정된다. 제2임계값은 일반적으로 제1임계값보다 클 수 있다.

당업자는 전통적인 온도 감지 장치들에 비해 낮은 비용 및 적은 복잡성과 함께 전기적 장치에서 테이프(10)가 제조 및 구현될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

여기서 사용됐듯이, 복수의 소자들 또는 단계들의 제외가 명시적으로 나열되지 않는 한, 단수로 나열된(recited in the singular and proceeded with the word "a" or "an") 소자 또는 단계는 복수의 소자들 또는 단계들을 제외하지 않는 것으로 이해될 것이다. 더욱이, 본 개시의 "하나의 실시 예"에 대한 언급은 또한 나열된 특징들을 포함하는 추가적인 실시 예들의 존재를 제외하는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다.

본 개시가 특정 실시 예들을 언급하지만, 설명된 실시 예들의 다양한 수정들, 변경들 및 변화들은, 첨부된 청구항(들)에서 정의된 대로, 본 개시의 영역 및 범위를 벗어나지 않고 가능하다. 따라서, 본 개시가 설명된 실시 예들에 한정되지 않음이 의도되지만, 그것은 다음 청구범위들의 언어, 및 그것의 동등물들에 의해 정의된 전체 범위를 가진다.

Claims

온도 감지 테이프에 있어서,
전기적 절연 기판;
상기 전기적 절연 기판 상에 배치되는 도전성 회로;
상기 전기적 절연 기판 상에, 상기 도전성 회로와 전기적으로 직렬로 배치된 상기 온도 감지 소자 - 상기 온도 감지 소자는 정 온도 계수 성질을 갖고 트립 온도를 특징으로 하는 가변 저항 재료를 포함함 -; 및
상기 도전성 회로와 전기적으로 직렬로 배치되고, 감지 영역 내에서 상기 온도 감지 소자와 근접하게 배치된 녹을 수 있는 퓨즈 소자 - 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 상기 트립 온도보다 녹는 점이 더 높은 것을 특징으로 함 -를 포함하는, 온도 감지 테이프.
제1항에 있어서,
상기 트립 온도는 50°C에서 100°C 범위 안에 있는, 온도 감지 테이프.
제1항에 있어서,
상기 녹는 점은 90°C에서 150°C 범위 안에 있는, 온도 감지 테이프.
제1항에 있어서,
상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 SnBi, In, InSn 또는 SnPb를 포함하는, 온도 감지 테이프.
제1항에 있어서,
상기 온도 감지 소자는 상기 도전성 회로의 라인 "안"에 배치되고, 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 상기 도전성 회로의 라인 "밖"에 배치되는, 온도 감지 테이프.
제1항에 있어서,
상기 온도 감지 소자 및 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 상기 도전성 회로의 라인 "안"에 배치되는, 온도 감지 테이프.
제1항에 있어서,
상기 온도 감지 소자는,
제1전극;
제2전극 - 상기 제1전극 및 상기 제2전극은 그 사이에 간격을 정의하기 위해 서로 마주보고 이격된 관계로 배치됨 -; 및
상기 간격 안에 배치되고 상기 제1전극과 상기 제2전극을 연결하는 가변 저항 재료를 포함하는, 온도 감지 테이프.
제7항에 있어서,
상기 도전성 회로는,
상기 전기적 절연 기판 상에 배치되고 상기 제1전극에서 종단되는 제1도체; 및
상기 전기적 절연 기판 상에 배치되고 상기 제2전극에서 종단되는 제2도체 - 상기 전기적 절연 기판, 상기 제1도체, 및 상기 제2도체는 유연한 재료로 형성됨 - 를 포함하는, 온도 감지 테이프.
제7항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극의 각각은 복수의 타인들을 포함하고,
상기 제1전극의 상기 타인들은 상기 제2전극의 상기 타인들과 맞물리는 관계로 배치되는, 온도 감지 테이프.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 추가적인 감지 영역을 포함하고, 상기 적어도 하나의 감지 영역은 제2온도 감지 소자 및 제2녹을 수 있는 퓨즈 소자를 포함하며, 상기 적어도 하나의 추가적인 감지 영역은 상기 도전성 회로에 배치되는, 온도 감지 테이프.
전기적 장치에 있어서,
보호된 구성요소;
상기 보호된 구성요소에 열적으로 커플된 상기 온도 감지 테이프; 및
상기 전기적 회로의 반대쪽 단부들에 전기적으로 연결된 제어 소자를 포함하고,
상기 온도 감지 테이프는,
전기적 절연 기판;
상기 전기적 절연 기판 상에 배치되고, 정 온도 계수 성질을 갖고 트립 온도를 특징으로 하는 가변 저항 재료를 포함하는 온도 감지 소자; 및
제1감지 영역 안에서 상기 온도 감지 소자에 근접하여 상기 전기적 절연 기판 상에 배치된 녹을 수 있는 퓨즈 소자 - 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자 및 상기 온도 감지 소자는 전기적 회로 안에서 배열되고, 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 상기 트립 온도보다 녹는 점이 더 높은 것을 특징으로 함 -;를 포함하는, 전기적 장치.
제11항에 있어서,
상기 제어 소자는 측정된 상기 전기적 회로의 저항이 제1임계값보다 아래일 때 로지컬 "0"을 결정하고 상기 측정된 상기 전기적 회로의 저항이 제2임계값보다 위일 때 로지컬 "1"을 결정하도록 로직을 포함하는, 전기적 장치.
제11항에 있어서,
상기 보호된 구성요소는 배터리인, 전기적 장치.
제11항에 있어서,
적어도 하나의 추가적인 감지 영역을 포함하고, 상기 적어도 하나의 추가적인 감지 영역은 제2온도 감지 소자 및 제2녹을 수 있는 퓨즈 소자를 포함하며, 상기 적어도 하나의 추가적인 감지 영역은 상기 전기적 회로 안에 배치되는, 전기적 장치.
제11항에 있어서,
상기 트립 온도는 50°C에서 100°C 범위 안에 있는, 전기적 장치.
제11항에 있어서,
상기 녹는 점은 90°C에서 150°C 범위 안에 있는, 전기적 장치.
제1항에 있어서,
상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 SnBi, In, InSn 또는 SnPb를 포함하는, 전기적 장치.
구성요소를 보호하는 방법에 있어서,
온도 감지 테이프를 적어도 하나의 상기 구성요소의 보호된 영역에 부착하는 단계 - 상기 온도 감지 테이프는 온도 감지 소자 및 녹을 수 있는 퓨즈 소자를 포함하고, 상기 온도 감지 소자는 정 온도 계수 성질을 포함하고, 트립 온도를 특징으로 하고, 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 감지 영역 내에서 상기 온도 감지 소자와 근접하게 배치되고, 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 상기 트립 온도보다 녹는 점이 더 높은 것을 특징으로 함-;
상기 온도 감지 테이프의 전기적 저항이 제1임계값보다 아래일 때 로지컬"0"에 대응하는 안전 상태를 결정하는 단계; 및
상기 온도 감지 테이프의 상기 전기적 저항이 제2임계값보다 위일 때 로지컬 "1"에 대응하는 불안전 상태를 결정하는 단계를 포함하는, 구성요소를 보호하는 방법.
제18항에 있어서,
상기 온도 감지 소자 및 상기 녹을 수 있는 퓨즈 소자는 전기적 회로에 배열되며, 상기 감지 영역의 온도가 상기 트립 온도보다 위이고 상기 녹는 점보다 위일 때 상기 전기적 회로의 저항이 상기 제2임계점보다 위로 유지되는, 구성요소를 보호하는 방법.