KR20230084231A

KR20230084231A - Smd 유형의 tco 디바이스

Info

Publication number: KR20230084231A
Application number: KR1020237015328A
Authority: KR
Inventors: 베르너 졸러; 쳉 후; 지안밍 부; 케빈 리안거
Original assignee: 동관 리텔퓨즈 일렉트로닉스, 씨오., 엘티디
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2020-11-06
Publication date: 2023-06-12
Also published as: US20230395342A1; CN116368592A; TW202316465A; WO2022094969A1; EP4218039A1; EP4218039A4; JP2023548020A

Abstract

표면 실장 리플로우 공정들에 적합한 열적 컷-오프(TCO) 디바이스들은 개시된다. TCO 디바이스들은 기존의 리드 부착된 TCO 디바이스 구조들 이후에 모델되었지만, 표면 실장 리플로우 작동들에 적합한 콤팩트하고 소형화된 구조들로 개선되었다. 아암 단자 및 베이스 단자는 표면 실장 리플로우를 위한 패드들을 포함한다. 베이스 몰드들은 PTC 디바이스, 바이메탈 디바이스, 및 아암 단자 피쳐를 수용하도록 설계되었고 단일 베이스 단자 또는 멀티-파트 베이스 단자 중 하나를 사용하여 작동할 수 있다. 다수 개의 커버 설계들은, 베이스 단자에 대한 TCO 디바이스의 상부 플레이트의 열 용량을 낮추기 위해 개시된다. 일체형 아암 및 바이메탈 디바이스 단자를 특징으로 하는 TCO 디바이스는, 일체형 단자를 지지하기 위해 업데이트된 베이스 부분과도 함께 개시된다.

Description

SMD 유형의 TCO 디바이스

본 개시의 실시예들은 열적 컷-오프(TCO)(thermal cut-off) 디바이스들에 관한 것으로, 보다 특별하게는, 표면 실장 리플로우 공정들에 적합한 TCO 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로, 전기 디바이스들은, 과전류 조건, 과전압 조건, 또는 과도한 온도와 같은 특정 고장 조건들에 반대하여 보호하도록 설계된 컴포넌트들이 포함된다. 예를 들어, 열적 컷-오프(TCO) 디바이스들은, 전자 디바이스 내의 회로를 손상시킬 수 있는 온도 과부하 조건들에 반응한다. 예를 들어, TCO들은 바이메탈 컴포넌트들 및 정 온도 계수(PTC) 디바이스들의 특징을 이룬다.

바이메탈 컴포넌트들은, 온도 변화의 영향 하에 있을 때, 굽히는 상이한 열팽창 계수들을 갖는 2개의 금속 컴포넌트들로 구성된다. 전기 디바이스에 포함될 때, 바이메탈 컴포넌트는, 과도한 전류로 인함과 같이, 전기 디바이스가 비정상적인, 과도한 온도에 도달할 때, 활성화된다. 바이메탈 컴포넌트의 굽힘은 전기 디바이스를 통한 전류 흐름을 차단하기 위한 스위치로써 동작한다. 온도가 과도한 온도 아래로 떨어지면, 바이메탈 컴포넌트는, 전류가 전기 디바이스를 통해 다시 흐를 수 있게 하는 그 원래 형상으로 돌아간다.

바이메탈 컴포넌트들은 접촉점에서의 낮은 저항, 우수한 전류 전달 능력, 및 온도 변화에 빠른 응답을 가진다. 바이메탈 컴포넌트들은 때때로 PTC 컴포넌트들과 결합(combine)되며, PTC 컴포넌트는 바이메탈 컴포넌트의 래칭(latch)을 개선하기 위해 히터로써 동작한다. 바이메탈 컴포넌트는, 보호되는 전자 디바이스의 회로와 직렬로 배치되는 반면, PTC 컴포넌트는 바이메탈 컴포넌트와 병렬로 배치된다. 바이메탈 컴포넌트가 활성화될 때, 바이메탈 컴포넌트를 통해 흐르는 전류가 PTC 컴포넌트로 전환되어, PTC 컴포넌트를 가열하도록 야기하고, 이 열은 바이메탈 컴포넌트로 전달되어, 바이메탈 컴포넌트를 활성화된 상태로 유지하도록 야기한다.

기존 TCO 디바이스들은, Littelfuse®에 의해 제조된 메탈 하이브리드 보호(MHP) 디바이스들을 포함한다. MHP 디바이스들은, 그 상대적으로 더 작은 크기 때문에, 노트북 PC들, 울트라북, 태블릿들, 및 스마트폰들에 사용되는 고용량 리튬 폴리머 및 프리즘형 셀들에 대한 배터리 셀 보호를 제공하는 MHP-TAM과 같은, MHP-TA(열 활성화) 디바이스들, 게임용 PC들에 추가적으로 사용되는 MHP-TAT, 및 전자담배 및 전지식(battery-powered) 휴대용 디바이스들에 추가적으로 사용되는 MHP-TAC 디바이스들을 포함한다.

이러한 디바이스들은, 부착된 전기 디바이스에 과전류 보호 및 과열 보호를 제공하기 위해 리드 부착된 적용들을 위해 현재 사용된다. 그러나, 이러한 디바이스들은 표면 실장 적용들로 설계되지 않는다.

본 개선점들이 유용할 수 있는 이러한 고려 사항들 및 다른 고려 사항들에 관한 것이다.

이 요약은, 상세한 설명에서 아래에 더 자세히 설명되는 단순화된 형태로 개념들의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이 요약은, 청구대상의 핵심 또는 본질적 특징들을 식별하는 것으로 의도된 것이 아니며, 또한 청구대상의 범위를 결정하는데 도움이 되는 것으로 의도된 것도 아니다.

본 개시에 따른 열적 컷-오프(TCO) 디바이스의 일 실시예는 베이스 몰드 및 베이스 단자를 갖는 베이스 부분을 포함할 수 있다. 베이스 단자는 제 1 패드 및 제 2 패드를 포함한다. TCO 디바이스는 또한 바이메탈 디스크 및 베이스 단자에 전기적으로 연결하기 위한 아암 단자를 포함한다. TCO 디바이스의 제 1 패드 및 제 2 패드는 표면 실장 리플로우 공정을 사용하여 기판에 부착 가능하다.

본 개시에 따른 TCO 디바이스의 다른 실시예는 커버 플레이트, 일체형 단자, 및 베이스 부분을 포함할 수 있다. 베이스 부분은 베이스 몰드 및 베이스 단자를 포함한다. 베이스 단자는 표면 실장 리플로우 공정에 적합한 패드들을 포함한다.

도 1은, 실시예들에 따른, TCO 디바이스를 도시하는 도면이다.
도 2는, 실시예들에 따른, 도 1의 TCO 디바이스의 베이스 부분을 도시하는 도면이다.
도 3은, 실시예들에 따른, 도 1의 TCO 디바이스의 패드들을 도시하는 도면이다.
도 4는, 실시예들에 따른, TCO 디바이스를 도시하는 도면이다.
도 5는, 실시예들에 따른, 도 4의 TCO 디바이스의 베이스 부분을 도시하는 도면이다.
도 6은, 실시예들에 따른, 도 4의 TCO 디바이스의 커버 몰드를 도시하는 도면이다.
도 7은, 실시예들에 따른, TCO 디바이스를 도시하는 도면이다.
도 8은, 실시예들에 따른, TCO 디바이스를 도시하는 도면이다.
도 9는, 실시예들에 따른, 도 8의 TCO 디바이스의 커버 몰드를 도시하는 도면이다.
도 10은, 실시예들에 따른, 도 8의 TCO 디바이스의 베이스 부분을 도시하는 도면이다.
도 11은, 실시예들에 따른, 도 8의 TCO 디바이스의 단면도를 도시하는 도면이다; 그리고
도 12는, 실시예들에 따른, TCO 디바이스를 도시하는 도면이다.

표면 실장 리플로우 공정들에 적합한 열적 컷-오프(TCO) 디바이스들이 개시된다. TCO 디바이스들은 기존의 리드 부착 TCO 디바이스 구조들 이후에 모델링되지만, 표면 실장 리플로우 작동들에 적합한 콤팩트하고 소형화된 구조들로 개선된다. 아암 단자 및 베이스 단자는 표면 실장 리플로우를 위한 패드들을 포함한다. 베이스 몰드들은 PTC 디바이스, 바이메탈 디바이스, 및 아암 단자 피쳐를 수용하도록 설계되고, 단일 베이스 단자 또는 멀티-파트 베이스 단자 중 하나를 사용하여 작동할 수 있다. 다수 개의 커버 설계들은, 베이스 단자에 대한 TCO 디바이스의 상부 플레이트의 열 용량을 낮추기 위해 개시된다. 일체형 아암 및 바이메탈 디바이스 단자를 특징으로 하는 TCO 디바이스는 또한, 일체형 단자를 지지하기 위해 업데이트된 베이스 부분과 함께 개시된다.

도 1은 실시예들에 따른 표면 실장 디바이스(SMD) 기술로 사용 가능한 TCO 디바이스(100)의 대표적인 분해 사시도이다. 평면도(100A) 및 저면도(100B)가 모두 도시된 TCO 디바이스(100)는, 베이스 몰드(104) 및 베이스 단자(106)로 이루어진 베이스 부분(102), 바이메탈 디스크(108), 아암 단자(110), 커버(112), 및 제 2 몰드(114)를 포함한다. 선택적으로, TCO 디바이스(100)는 PTC 디바이스(미도시)를 추가적으로 지지한다. 실시예에서, TCO 디바이스(100)는 표면 실장 리플로우 적용을 위해 설계된다. 도 2 및 도 3은 TCO 디바이스(100)의 컴포넌트들 중 일부에 대한 추가 세부사항을 제공한다.

베이스 부분(102)은 베이스 몰드(104) 및 베이스 단자(106)로 구성된다. 실시예에서, 베이스 단자(106) 및 베이스 몰드(104)는 하나의 컴포넌트인 베이스 부분(102)로서 함께 몰드된다. 바이메탈 디스크(108)는 베이스 부분에 위치되고, 그런 다음 아암 단자(110)는 베이스 몰드(104)에 몰드된다. 커버(112)는 조립체 위에 위치되고 그런 다음 제 2 몰드(114)는 컴포넌트들을 감싸서(encase), 그 결과 도시된 바와 같은 TCO 디바이스(100)가 된다. 실시예에서, 베이스 단자(106) 및 아암 단자(110)는 모두 구리로 이루어진다. 실시예들에서, 전도 경로의 일부가 아닌 커버(112)는 격리된 재료 커버링 없이 스테인레스 스틸 또는 구리로 이루어지거나, 에폭시 코팅 또는 플라스틱 몰딩 재료와 같은 격리된 재료 커버링이 있는 스테인레스 스틸 또는 구리로 이루어진다.

정상 작동 중에, TCO 디바이스(100)는, 배터리 같은 보호될 디바이스에 또는 다른 회로에 직렬로 연결된다. 전류는, 제 1 단자로 생각될 수 있는 베이스 단자(106)로부터, 존재하는 경우, PTC 디바이스를 통해, 제 2 단자로 생각될 수 있는 아암 단자(110)로, 그리고 보호되는 디바이스로 흐르고, 그 반대도 마찬가지이다. 과열 조건과 같은 비정상 조건이 발생하면, 베이스 단자(106)와 아암 단자(110) 사이(또는 PTC 디바이스와 아암 단자 사이)에 배치된 바이메탈 디스크(108)는 볼록한 위치에서와 같이 굽히거나 변형된다. 이것은, 베이스 단자(106)와 아암 단자(110) 사이의 연결이 제거되고, 전류의 흐름을 방해하고, 따라서 TCO 디바이스(100)가 연결된 디바이스 또는 회로를 보호하도록, 바이메탈 디스크(108)가 스스로를 "리프트(lift)" 하도록 야기하는 효과를 가진다.

Littelfuse®의 MHP TCO 디바이스들과 같은 기존 TCO 디바이스들은, 회로, 회로 컴포넌트들, 또는 디바이스를 위한 과전류 및 과열 보호를 제공하도록 리드 부착 적용들을 위해 설계된다. 대조적으로, 본원에 개시된 예시적인 TCO 디바이스(100)는 특히 표면 실장 리플로우 공정들을 위해 설계된다. 실시예들에서, TCO 디바이스(100)는 기존의 MHP TCO 플랫폼들 중 강건한 설계 개념들을 취하고 표면 실장 리플로우뿐만 아니라 콤팩트하고 소형화된 적용들을 위해 그 플랫폼들을 업데이트한다.

인쇄 회로 기판(PCB)들에 컴포넌트들을 부착하기 위해 사용되는 전통적인 솔더링 기술들과는 대조적으로, 리플로우 솔더링은 솔더링 공정으로부터 컴포넌트들의 위치(placement)를 분리함으로써 대량 생산과 속도를 가능하게 하는 최근 기술이다. 전통적인 솔더링에서, 컴포넌트는 PCB 상에 배치되고 솔더링된다. 이 뒤에, PCB의 모든 컴포넌트들이 제 위치에 솔더링될 때까지, 위치되고 솔더링되는 제 2 컴포넌트 등이 이어진다. 리플로우 솔더링으로, 보통 구리인 PCB의 패드들은 솔더링 페이스트로 커버된다. 소형화로, 패드들은 레거시 PCB들에 비해 매우 작고 서로 가깝다. 따라서, 스텐실(stencil)은, 패드들로의 솔더링 페이스트의 정확한 적용을 보장하기 위해 자주 사용된다. 그런 다음 컴포넌트들은 끈적끈적한(sticky) 솔더링 페이스트 상으로 하나씩 위치되고, 솔더링 페이스트의 끈적임은 컴포넌트들이 제 위치에 머무르는(stay) 것을 보장한다. 마지막으로, PCB는, 265°C와 같은 솔더링 페이스트의 용융 온도와 동일한 온도로 가열된다. 솔더링 페이스트를 가열/용융하기 위한 상이한 기술들이 있지만, 흔한 하나의 기술은 이러한 목적을 위해 특수화된 오븐에 PCB를 위치하는 것이다. 그런 다음 용융된 솔더링 페이스트는 PCB 상에 위치되어 온 컴포넌트들의 단자들 상으로 "리플로우"되고, 그 후에 PCB가 냉각되게 된다. 따라서, 표면 실장 리플로우 공정을 사용함으로써, PCB 상의 모든 컴포넌트들은 동시에 조립된다.

도 2는, 실시예들에 따르면, 도 1의 TCO 디바이스(100)의 베이스 부분(102)의 대표적인 사시도이다. 베이스 부분(102)은 선택적인 PTC 디바이스(미도시)를 수용하기 위한 수용 개구(202)를 포함한다. 수용 개구(202)의 하단 또는 바닥에서는 베이스 단자(106)의 가시적인 부분이 있다. 이는, PTC 디바이스(존재하는 경우)와 베이스 단자(106) 사이에 전기적 연결이 확립되는 것을 가능하게 한다. 바이메탈 디스크들의 하나의 단점은 바이메탈 디스크들이 비-래칭 기계적 접촉들이라는 것이다. PTC 디바이스 및 바이메탈 디스크를 병렬로 결합(combine)함으로써, TCO 디바이스가 비정상 이벤트 중에 트립(trip)된 상태를 유지하도록, PTC 디바이스는, 볼록한 배치에서와 같이 바이메탈 디스크가 굽혀진 채로 유지하는 래칭을 제공하는 히터로서 동작한다. TCO 디바이스(100)는 PTC 디바이스와 함께 또는 PTC 디바이스 없이 작동할 수 있다.

도 2에서, 수용 개구(202)는 애퍼쳐 또는 원형 개구로서 형상화된다. 따라서 PTC 디바이스(미도시)는 수용 개구(202) 안으로 꼭 맞도록(fit snugly) 원통형 디스크로 형성화된다. 따라서 PTC 디바이스는 베이스 단자(106)의 가시적인 부분과 물리적 접촉할 것이다. 그러나, 수용 개구(202)의 형상은 상이하게-형상화된 PTC 디바이스들을 수용하기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 수용 개구는, 직사각형 큐브-형상인 PTC 디바이스를 수용하도록, 직사각형 큐브로 형상화될 수 있다. 수용 개구(202) 및 관련된 PTC 디바이스들의 다른 형상들도 가능하다.

게다가, 도 2의 베이스 부분(102)은, 수용 개구(202) 위에(above) 배치된 제 2 수용 개구(204)를 특징으로 한다. 실시예에서, 제 2 수용 개구(204)는, 또한 직사각형-큐브 형상인 바이메탈 디스크(108)를 수용하기 위한 직사각형 큐브-형상이다. PTC 디바이스가 존재하는 곳에, 바이메탈 디스크(108)는 PTC 디바이스에 인접할 것이다. 수용 개구(202)와 마찬가지로, 수용 개구(204)는 상이하게 형상화된 바이메탈 디바이스들을 수용하도록 변경될 수 있다.

게다가, 도 2의 베이스 부분(102)은, 제 2 수용 개구(204) 위에(above) 배치된 제 3 수용 개구(206)를 특징으로 한다. 이 수용 개구(206)는, 베이스 부분(102)의 한 측부 상에 있는 파트(206A) 및 베이스 부분의 다른 측부 상에 있는 파트(206B)인 두 파트들로 도시된다. 수용 개구(206)는 아암 단자(110)를 안착시키도록 설계된다. 베이스 단자(106)는 또한 연결 부분(208)을 포함한다. 도 1로 돌아가면, 아암 단자(110)는 아암 단자를 베이스 단자(106)에 전기적으로 커플링하기 위한 접촉 부분(118)을 특징으로 한다. 아암 단자(110)가 베이스 부분(102)의 수용 개구(206)에 안착되면, 아암 단자의 접촉 부분(118)은 베이스 단자(106)의 연결 부분(208) 상에 놓이고, 아암 단자와 베이스 단자 사이의 연결을 가능하게 한다.

도 3은, 실시예들에 따라, 도 1의 TCO 디바이스(100)의 대표적인 사시도들을 제공한다. 다시, 평면도(100A) 및 저면도(100B) 뿐만 아니라 컴포넌트들, 베이스 단자(106) 및 아암 단자(110)가 도시된다. 단자들 외에도, 베이스 단자 및 아암 단자는 TCO 디바이스(100)의 패드들을 이루는 추가적인 피쳐들을 포함한다. 저면도(100B)에서 가시적인, TCO 디바이스는 패드(304, 306, 308, 310)들을 특징으로 한다. 패드(304, 306)들 중 2개의 패드들은 베이스 단자(106)의 일부이고, 반면에 (도면에서는 패드(310)가 모호하게 되어있지만) 다른 2개의 패드(308, 310)들은 아암 단자(110)의 일부이다.

베이스 단자(106)의 에지 부분(302)은 또한 TCO 디바이스의 평면도(100A) 및 저면도(100B) 모두에서 가시적이다. 실시예에서, 에지 부분이 튀어나오고 약간 가시적이도록, 에지 부분(302)은 TCO 디바이스의 한 측부의 직사각형 개구를 통해 삽입된다. 베이스 단자(106)의 연결 부분(208)과 접촉하기 위한, 아암 단자(110)의 접촉 부분(118)도 도시된다(도 2). 베이스 단자(106)의 중앙 부분(314)도 TCO 디바이스의 저면도(100B)에 노출된다. 중앙 부분(314)은 몰딩 다이(molding die)에 위치결정(positioning) 및 고정(fixing)을 위해 외측으로 노출되지만, 외부에서 전기적 연결을 만들지 않는다.

레거시 TCO 디바이스에서, 디바이스의 단자들은 보호될 회로 또는 디바이스의 외부 컴포넌트들에 대한 연결을 확립한다. 레거시 TCO 디바이스들과 대조적으로, TCO 디바이스(100)는 외부 컴포넌트들에 대한 연결들을 위해 각각의 단자 상에 패드들을 추가적으로 포함한다. 따라서 패드(304, 306, 308, 310)들은 TCO 디바이스(100)가 표면 실장 리플로우 공정 적용들에 적합 가능하게 한다.

도 4는, 실시예들에 따라, SMD 기술로 사용 가능한 TCO 디바이스(400)의 대표적인 분해 사시도이다. 베이스 몰드(404) 및 베이스 단자(406)를 갖는 베이스 부분(402)을 갖는 것에 더하여, TCO 디바이스(400)는 베이스 부분 안으로 맞춰지는 PTC 디바이스(416)를 특징으로 한다. TCO 디바이스(400)는 바이메탈 디스크(408), 아암 단자(410), 커버 몰드(412), 및 제 2 몰드(414)를 더 포함한다. 실시예에서, 베이스 단자(406) 및 아암 단자(410)는 모두 구리로 이루어진다. 도 5 및 도 6은 TCO 디바이스(400)의 컴포넌트들 중 일부에 대한 추가 세부사항을 제공한다.

도 5는, 실시예들에 따라, 도 4의 TCO 디바이스(400)의 베이스 부분(402)의 대표적인 사시도이다. 베이스 부분(402)은 PTC 디바이스(416)를 수용하기 위한 수용 개구(502)를 포함한다. 수용 개구(402)의 하단 또는 바닥에서는 베이스 단자(106)의 가시적인 부분이 있다. 이는, PTC 디바이스(416)(존재하는 경우)와 베이스 단자(406) 사이에 전기적 연결이 확립되는 것을 가능하게 한다. 위에서 설명한 바와 같이, PTC 디바이스 및 바이메탈 디스크를 병렬로 결합(combine)함으로써, TCO 디바이스가 비정상 이벤트 중에 트립(trip)된 상태를 유지하도록, PTC 디바이스는, 바이메탈 디스크가 굽혀진 채로 유지되게 하는 래칭을 제공하는 히터로서 동작한다. 도 1의 TCO 디바이스(100)와 마찬가지로, TCO 디바이스(400)는 PTC 디바이스와 함께 또는 PTC 디바이스 없이 작동할 수 있다.

게다가, 수용 개구(502)는 PTC 디바이스의 형상에 의존하여 원형 또는 다른 형상의 개구로 형상화될 수 있다.

베이스 부분(102)(도 2)과 같이, TCO 디바이스(400)의 베이스 부분(402)은, PTC 디바이스(존재하는 경우)를 안착시키기 위한 수용 개구(502), 수용 개구(502) 위에 배치되고 바이메탈 디스크(408)를 안착시키기 위한 제 2 수용 개구(504), 아암 단자(406)를 안착시키기 위한 (2개의 파트(506A, 506B)들로 도시된) 제 3 수용 개구(506)를 특징으로 한다. 이들 수용 개구(502, 504, 506)들은 상이한 형상의 각각의 디바이스들을 수용하기 위해 상이하게 형상화될 수 있다.

실시예에서, 베이스 부분(402)은 연결 부분(508)을 더 포함한다. 이 연결 부분(508)은 베이스 단자(406)의 일부이고, 수용 개구(502)에서 가시적인 부분보다 승강된 또는 더 높은 평면에 있고 또한 수용 개구(504)보다 더 높은 평면에 있다. 도 4로 돌아가면, 아암 단자(410)는 아암 단자를 베이스 단자(406)에 전기적으로 커플링하기 위한 접촉 부분(418)을 특징으로 한다. 아암 단자(410)가 베이스 부분(402)의 수용 개구(506)에 안착되면, 아암 단자의 접촉 부분(418)은 베이스 단자(406)의 연결 부분(506) 상에 놓이고, 아암 단자와 베이스 단자 사이의 연결을 가능하게 한다. 따라서, 일단 TCO 디바이스(400)가 구성되면, PTC 디바이스(416)와 바이메탈 디스크(408)는 서로 인접하고 바이메탈 디스크(408)는 아암 단자(410)로 커버된다.

도 4로 돌아가면, 예시적인 TCO 디바이스(400)의 커버 몰드(412)는 TCO 디바이스(100)의 커버(112)와 상이하다. 도 6은, 실시예들에 따라, TCO 디바이스(400)의 커버 몰드(412)의 대표되는 사시도이다. 커버 몰드(412)는 커버(602)와 커버 플레이트(604)로 구성된다. 실시예에서, 커버(602)는 플라스틱 재료로 만들어지는 반면, 커버 플레이트(604)는 스테인레스 스틸의 유형인 SUS304와 같은 약간의 전도성 재료로 만들어진다. SUS304는 비자성체로서 상이한 형상들로 쉽게 형성되고, 부식(rust)에 저항하는 것으로 알려져 있다. 다른 실시예에서, 커버 플레이트(604)는 황동(brass)으로 만들어진다.

구리에 비해, 스테인레스 스틸은 좋지 못한 전기 전도체인 반면, 황동은 구리만큼 약 28% 전도성이다. 따라서, 실시예들에서, 이러한 재료들은 재료들의 전도성 속성들이 아니라 재료들의 강도, 성형성(moldability), 및 부식 저항성을 위해 선택된다. 실시예들에서, TCO 디바이스(100)(도 1)의 커버 몰드(112)에 비해, TCO 디바이스(400)의 커버 몰드(412)는 커버의 두께를 감소시키도록 설계된다. 일 실시예에서, 커버 몰드(412)는 커버(112)보다 얇다. 더욱이, 홀들은 커버 몰드(412)의 체적을 감소시키기 위해 커버 플레이트(604)에 부가된다.

게다가, 실시예에서, 커버 몰드(412), 및 특히 커버 플레이트(604)는 베이스 부분(402)의 베이스 단자(406)의 열 용량보다 낮은 열 용량을 갖도록 선택된다. 표 1은, 구리로 만들어진 베이스 단자(406)의 열 용량에 대한 4개의 상이한 예시적인 커버 플레이트(604)들의 열 용량을 도시한다. 재료 속성 T는 두께를 나타낸다.

표 1. TCO 디바이스(400)의 커버 플레이트 및 베이스 단자의 열 용량

표 1이 도시하듯이, 주어진 재료에 대한 비열 용량 파라미터 A는 두께에 기초하여 변하지 않는다. 따라서, 0.08mm의 SUS304 커버 플레이트와 0.01mm의 SUS304 커버 플레이트는 둘 다 460 J/(kg K)(킬로그램 당 켈빈 당 줄(Joules))의 비열 용량을 가진다. 유사하게, 밀도 파라미터 B는 재료들의 두께 변화에 따라 변경되지 않는다. 체적 파라미터 C는 두께 변화에 따라 변경된다. 표 1에 주어진 커버 플레이트(412)의 4개 버전들의 열 용량은 베이스 단자(406)의 열 용량보다 모두 낮다. 따라서, 실시예에서, TCO 디바이스(400)에 대해:

커버 플레이트의 열 용량 < 베이스 단자의 열 용량 (1)

도 7은, 실시예들에 따라, SMD 기술로 사용 가능한 TCO 디바이스(700)의 대표적인 분해 사시도이다. TCO 디바이스(400)(도 4)와 유사하게, TCO 디바이스(700)는 베이스 몰드(704) 및 베이스 단자(706)를 갖는 베이스 부분(702), 베이스 부분(702)의 수용 개구 안으로 맞춰지는 선택적인 PTC 디바이스(716), 바이메탈 디스크(708), 아암 단자(710), 및 제 2 몰드(714)를 특징으로 한다. TCO 디바이스(700)의 커버 플레이트(712)는 TCO 디바이스(100, 400)들의 각각의 커버들과 상이하다.

실시예에서, 커버 플레이트(712)는 커버 플레이트를 더 강하게 만드는 특별한 구조를 갖는다. 커버 플레이트(712)는 TCO 디바이스(400)에서와 같이 별도의 플라스틱 커버를 포함하지 않는다. 대신, 일부 실시예들에서, 커버 플레이트(712)는 커버 플레이트의 표면으로부터 약간 승강된 범프(bump)들 또는 딤플(dimple)들로 커버된다. 실시예에서, 커버 플레이트(712)의 특수한 구조는 그 강도를 증가시키고, 더 얇은 재료가 사용되게 하고, 전술한 표면 실장 리플로우 공정을 용이하게 하는 TCO 디바이스(700)에 강도를 부가한다. 고온 리플로우 공정은 종래 TCO 디바이스들에 비해 더 큰 바이메탈 디스크가 만들어지는 것을 가능하게 할 것이다. 더 큰 바이메탈 디스크는, 일부 실시예들에서, 더 높은 힘으로 아암 단자(710)를 리프트하기 위해 변형될 것이다. 따라서, 아암 단자로부터 어떠한 변형도 없이 리프트하는 힘을 견딜 수 있는 강한 커버 플레이트를 갖는 것이 바람직하다. 좋지 못하게 설계된 커버 플레이트는 아암 단자로부터 힘을 견딜 수 없고, 이는 TCO 디바이스를 변형하고, 몰딩 재료의 균열 및 저항이 높은 아암 단자의 풀림과 같은 구조적 문제들을 야기할 수 있다. 일 실시예에서, SUS304 스테인레스 스틸 재료는 커버 플레이트(712)를 만드는 데 사용된다.

표 2는, 실시예들에 따라, 구리로 만들어진 베이스 단자(706)의 열 용량에 대한 커버 플레이트(712)의 열 용량을 도시한다. 이전과 같이, 표 2에 주어진 커버 플레이트(712)의 열 용량은 베이스 단자(706)의 열 용량보다 낮다. 따라서, 일 실시예에서, TCO 디바이스(400)와 같은 TCO 디바이스(700)는 위의 수학식(1)을 만족시킨다.

표 2. TCO 디바이스(700)의 커버 플레이트 및 베이스 단자의 열 용량

도 8은, 실시예들에 따라, SMD 기술로 사용 가능한 TCO 디바이스(800)의 대표적인 분해 사시도이다. TCO 디바이스(800)는 커버 플레이트(810), (본원에서 "일체형 단자(808)"라고도 하는) 일체형 바이메탈 및 아암 단자(808), 및 베이스 부분(802)을 특징으로 한다. 이전과 같이, 베이스 부분(802)은 베이스 몰드(804) 및 베이스 단자(806)를 포함한다. 일체형 바이메탈 및 아암 단자(808)는, 본원에 도시되고 설명된 다른 실시예들에 비해, TCO 디바이스(800)의 구조를 단순화한다. 일 실시예에서, 일체형 단자(808)의 바이메탈 재료는, 1) 정상 작동 중에 전류를 전달하기 위해 낮은 저항성 재료로 만들어지고, 2) 과열 또는 과전류 상황과 같은 비정상적인 조건 중에, 단자가 활성화(예: 구조를 "리프트"하기 위해 볼록한 상태로 변형)되도록 상이한 열적 속성들을 가진 2개의 금속들로 만들어진다. 따라서, 일체형 단자(808)는 적어도 3개의 금속 재료들로서, 활성화 작동을 위한 2개의 금속들, 및 TCO 디바이스(800)를 통한 전류의 전도를 위한 제 3 의 낮은 저항성 금속을 사용하여 만들어진다. 일체형 단자(808)는 더 상세히 아래 도 11에서 도시되고 설명된다. 도 9 내지 도 11은 TCO 디바이스(800)의 컴포넌트들 중 일부에 대한 추가 세부사항을 제공한다.

일 실시예에서, 베이스 부분(802)은 일체형 단자(808)를 수용하기 위해 구조화되며, 이는 아래 도 10에서 더 상세히 설명된다. 일체형 단자(808)는 접촉 부분(812)을 포함한다; 유사하게, 베이스 부분(802)의 베이스 단자(806)는 접촉 부분(814)을 포함한다. 접촉 부분(812, 814)들은, PTC 디바이스가 베이스 부분(802) 안으로 삽입되는지 간에, 일체형 단자(808)와 베이스 단자(806) 사이에 연결이 이루어지는 것을 보장한다. 일단 과열 조건 때문과 같은, 일체형 단자(808)의 변형이 발생하면, 접촉 부분(812, 814)들이 분리된다.

도 9는, 실시예들에 따라, 도 8의 TCO 디바이스(800)의 커버 플레이트(810)의 대표적인 분해 사시도이다. 커버 플레이트(810)는, 플라스틱 또는 다른 비전도성 재료일 수 있는 커버 부분(904), 및 스테인레스 스틸, 황동, 또는 다른 재료로 형성될 수 있는 플레이트 부분(902)을 포함한다.

도 10은, 실시예들에 따라, 도 8의 TCO 디바이스(800)의 베이스 부분(802)의 대표적인 분해 사시도이다. 베이스 부분의 평면도(802A, 802B)들 모두가 도시된다. 이전 실시예들과는 대조적으로, 베이스 단자(806)는 2개의 개별 파트(806A, 806B)들로 구성된다. 베이스 몰드(804)는, 선택적인 PTC 디바이스를 안착시키기 위한 제 1 수용 개구(1002), 및 일체형 단자(808)를 수용하기 위한 제 2 수용 개구(1004)를 포함한다. 바이메탈 디스크와 아암 단자가 함께 일체화 되기 때문에, 베이스 부분(802)은 3개의 수용 개구들을 필요로 하지 않지만, 대신 2개를 갖는다. 베이스 단자 부분(806A)은 일체형 단자(808)(도 8)의 접촉 부분(812)과 연결하기 위한 접촉 부분(814)을 포함한다.

게다가, TCO 디바이스(100)와 유사하게, TCO 디바이스(800)의 베이스 부분(802)은 4개의 패드(1008, 1010, 1012, 1014)들을 포함한다. 베이스 단자(806A)의 제 1 부분은 패드(1010, 1008)들을 포함하는 반면, 베이스 단자(806B)의 제 2 부분은 패드(1014, 1012)들을 포함한다. 일 실시예에서, 패드(1008, 1010, 1012, 1014)들은 표면 실장 리플로우 공정을 사용하여 PCB와 같은 기판에 TCO 디바이스(800)를 부착하는 것을 용이하게 한다.

따라서 TCO 디바이스(800)는 아암 단자 및 바이메탈 디바이스를 단일 구조로 일체화 하여, 디바이스를 단순화한다. 더욱이, 베이스 단자(806)는 TCO 디바이스(100, 400, 700)들의 베이스 단자들과 대조적으로, 2개의 구별되는 파트들로 분리된다.

도 11은, 실시예들에 따른, 도 8의 TCO 디바이스(800)의 단면도이다. 베이스 단자(806A)는 접촉 부분(1006)(도 10)에 의해 디바이스(800)에서 둘러싸여 있는 반면, 일체형 단자(808)는 접촉 부분(812)(도 8)에 의해 디바이스에서 둘러싸여 있다. 선택적인 PTC 디바이스를 안착하기 위한 제 1 수용 개구(1002) 및 일체형 단자(808)를 안착시키기 위한 제 2 수용 개구(1004)가 또한 도시된다. 일 실시예에서, 일체형 단자(808)는 베이스 몰드(804)에서 베이스 단자(806)에 용접된다.

도 12는, 실시예들에 따라, SMD 기술로 사용 가능한 TCO 디바이스(1200)의 대표적인 분해 사시도이다. TCO 디바이스(1200)는, 베이스 몰드(1204) 및 베이스 단자(1206)을 포함하는 베이스 부분(1202), 선택적인 PTC 디바이스(1208), 바이메탈 디스크(1210), 아암 단자(1212), 상부 플레이트(1214), 및 오버몰드(1216)를 특징으로 한다. 실시예들에서, 베이스 몰드(1204) 및 오버몰드(1216)는 액정 중합체(LCP)(liquid crystal polymer)를 사용하여 만들어지고, 베이스 단자(1206) 및 아암 단자(1212)는 구리 및 은으로 만들어지고, 상부 플레이트(1214)는 스테인레스 스틸로 만들어진다. 본원에 개시된 다른 TCO 디바이스들과 같이, TCO 디바이스(1200)는 다른 회로 컴포넌트들에 과전류 및 과열 보호를 제공한다.

여기서 사용된 바와 같이, 단수로 인용되고 단어 "a" 또는 "an"으로 계속되는 요소 또는 단계는, 그러한 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 복수의 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 게다가, 본 개시의 "일 실시예"에 대한 참조는 언급된 특징들을 또한 포함하는 추가 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되는 것으로 의도되지 않는다.

본 개시는 특정 실시예들을 참조하지만, 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같이, 본 개시의 영역 및 범위를 벗어나지 않고, 설명된 실시예들에 대한 많은 수정들, 대안들, 및 변경들이 가능하다. 따라서, 본 개시는 설명된 실시예들에 제한되지 않고, 다음의 청구범위의 언어 및 그 등가물들에 의해 규정된 전체 범위를 갖는 것으로 의도된다.

Claims

열적 컷-오프(TCO) 디바이스에 있어서,
베이스 몰드 및 베이스 단자를 포함하는 베이스 부분으로서, 상기 베이스 단자는 제 1 패드 및 제 2 패드를 포함하는, 상기 베이스 부분;
상기 베이스 부분에 안착되는 바이메탈 디스크로서, 상기 바이메탈 디스크는 상기 베이스 단자와 상기 아암 단자 사이에 배치되는, 상기 바이메탈 디스크; 및
상기 베이스 단자에 전기적으로 연결되는 아암 단자;
를 포함하고,
상기 제 1 패드 및 상기 제 2 패드는 표면 실장 리플로우 공정을 사용하여 기판에 부착 가능한 열적 컷-오프(TCO) 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 아암 단자는, 상기 표면 실장 리플로우 공정을 사용하여 상기 기판에 부착 가능한 제 3 패드 및 제 4 패드를 더 포함하는 TCO 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스 부분은,
상기 바이메탈 디스크를 안착시키기 위한 제 1 수용 개구; 및
상기 아암 단자를 안착시키기 위한 제 2 수용 개구
를 더 포함하는 베이스 부분.
제 3 항에 있어서,
상기 베이스 부분은 정 온도 계수(PTC) 디바이스를 안착시키기 위한 제 3 수용 개구를 더 포함하는 TCO 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스 단자 및 상기 아암 단자는, 상기 TCO 디바이스의 정상 작동 중에, 서로 전기적으로 커플링되는 TCO 디바이스.
제 5 항에 있어서,
상기 베이스 단자 및 상기 아암 단자는 과전류 또는 과열 이벤트에 반응하여 상기 바이메탈 디스크에 의해 디커플링되는 TCO 디바이스.
열적 컷-오프 (TCO) 디바이스에 있어서,
제 1 쌍의 패드들을 포함하는 베이스 단자;
제 2 쌍의 패드들을 포함하는 아암 단자;
상기 베이스 단자와 상기 아암 단자 사이에 배치되는 바이메탈 디스크;
제 1 열 용량을 갖는 커버 플레이트를 포함하고, 상기 베이스 단자는 제 2 열 용량을 포함하고, 상기 제 1 열 용량은 상기 제 2 열 용량보다 작은 열적 컷-오프(TCO) 디바이스.
제 7 항에 있어서,
상기 커버 플레이트는, 상기 커버 플레이트의 체적을 감소시키기 위한 홀들을 포함하는 TCO 디바이스.
제 7 항에 있어서,
상기 커버 플레이트는 딤플들을 포함하는 TCO 디바이스.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 쌍의 패드들 및 상기 제 2 쌍의 패드들은 표면 실장 리플로우 공정을 사용하여 기판에 부착 가능한 TCO 디바이스.
열적 컷-오프(TCO) 디바이스에 있어서,
커버 플레이트;
베이스 부분으로서, 상기 베이스 부분은 베이스 몰드 및 베이스 단자를 포함하고, 상기 베이스 단자는 표면 실장 리플로우 공정에 적합한 패드들을 포함하는, 상기 베이스 부분; 및
상기 커버 플레이트와 상기 베이스 부분 사이에 배치되는 일체형 단자를 포함하고, 상기 일체형 단자는,
제 1 열팽창 계수를 갖는 제 1 금속;
제 2 열팽창 계수를 갖는 제 2 금속으로서, 상기 제 1 열팽창 계수는 상기 제 2 열팽창 계수와 상이한, 상기 제 2 금속; 및
전도 전류에 적합한 낮은 저항성을 갖는 제 3 금속을 더 포함하는 열적 컷-오프(TCO) 디바이스.
제 11 항에 있어서,
상기 베이스 단자는 제 1 패드 및 제 2 패드를 포함하는 제 1 부분을 더 포함하는 TCO.
제 12 항에 있어서,
상기 베이스 단자는 제 3 패드 및 제 4 패드를 포함하는 제 2 부분을 더 포함하는 TCO.
제 11 항에 있어서,
상기 베이스 몰드는, 상기 일체형 단자를 안착시키기 위한 제 1 수용 개구를 더 포함하는 TCO.
제 11 항에 있어서,
상기 일체형 단자 및 상기 베이스 단자는, 상기 TCO 디바이스의 정상 작동 중에, 전기적으로 연결되는 TCO 디바이스.
제 15 항에 있어서,
상기 일체형 단자 및 상기 베이스 단자는, 상기 TCO 디바이스의 과전류 또는 과열 조건 중에, 전기적으로 디커플링되는 TCO 디바이스.
제 14 항에 있어서,
정 온도 계수(PTC) 디바이스를 더 포함하는 TCO 디바이스.
제 17 항에 있어서,
상기 베이스 몰드는 상기 PTC 디바이스를 안착시키기 위한 제 2 수용 개구를 더 포함하고, 상기 제 1 수용 부분은 상기 제 2 수용 부분 위에 있는 TCO 디바이스.
제 11 항에 있어서,
상기 일체형 단자는 제 1 접촉 부분을 더 포함하고, 상기 베이스 단자는 제 2 접촉 부분을 더 포함하고, 상기 제 1 접촉 부분 및 상기 제 2 접촉 부분은 상기 일체형 단자와 상기 베이스 단자 사이의 연결을 확립하도록 결합하는 TCO 디바이스.
제 11 항에 있어서,
상기 커버 플레이트는 커버 부분 및 플레이트 부분을 더 포함하는 TCO 디바이스.