Brevet FR2494900A1 — publié le 19820528

La présente invention concerne un fusible qui est constitué par une base sur laquelle est appliqué un conducteur fusible, ce dernier comportant un rétrécisse- ment pour définir le lieu de fusion. Les fusibles de ce type sont connus depuis longtemps sous différentes formes de réalisation (par exemple, bre- ver allemand DE-OS 1588333); leur point commun est d'avoir chacun une caractéristique de fusion ultrarapide qui peut Otre légèrement influencée par une modification de la forme du lieu de fusion. Le conducteur fusible utilisé est soit de l'argent soit un métal ou un alliage à bas point de fusion (brevet allemand DE-PS 744 200). L'utilisation de l'impression par sérigraphie est connue pour l'appli- cation sur la base de l'argent servant de conducteur fusible. Les procédés de modification d'une caractéristique de fusion ultrarapide à l'aide d'un changement de la forme géométrique du lieu de fusion sont en nombre très limité, on ne peut même pas réaliser par ce moyen une caractéris- tique de fusion seulement rapide. Pour ce motif, le domaine d'application des fusibles de ce type est très restreint. L'invention a par conséquent pour objet de perfec- tionner un fusible de ce type de telle façon qu'il a un domai:ie-d'application étendu. On propose, pour atteindre cet objet, de recouvrir en tout ou partie le lieu de fusion d'une couche d'une ma- tière apte à s'allier. Grâce à la présente invention, on peut communiquer au fusible correspondant une caractéristique de fusion qui varie dans l'intervalle d'ultrarapide à lent. Pour cette adaptation, c'est principalement la caractéristique de la matière apte à s'allier qui est déterminante, cepen- dant qu'on peut considérer comme une règle fondamentale que le fusible est d'autant plus lent que la matière de la couche extérieure est facile à allier ou que la tempé- rature de fusion globale résultant de 1'alliage est plus basse; de plus une couche superficielle particulièrement épaisse contribue, du fait de sa masse relativement impor- tante à une coupure lente. La rapidité - ou la lenteur - de fusion dtun fusible est appréciée par une mesure de la durée de fusion du lieu de fusion pour une surintensité déterminée. Unifiée par les normes correspondantes, la durée de fusion sert à chaque fois à l'appréciation de la caractéristique de fusion qui est obtenue pour une surintensité égale A dix fois le courant nominal. Il faut alors faire attention à propos d'un fusible à alliage, à la diminution du courant nominal provoquée par cet alliage, ce qui entralne aussi une diminution du courant d'essai théorique en vue de la détermination de la durée de fusion normalisée. Par consé- quent, les fusibles selon ltinvention, avec leur couche superficielle ern une matière apte à s'allier ont toujours, au point normalisé, (fixé par les normes) une plus grande inertie que les fusibles de mOme forme sous couche super- ficielle. Le fusible selon l'invention réagit évidemment aussi au-dessous et au-dessus d'une surintensité égale à dix fois le courant nominal, tant que ce courant nominal est dépassé de façon notable. Dans oes cas de sollicitations non englobées par la normalisation, on peut obtenir avec le fusible selon l'invention dles caractérictlques de fu- sion qui dépendent de la valeur des surintensités. Par exemple, si seulement la moitié du lieu de fusion est recouverte sur toute sa largeur d'une couche superficielle, on observe une inertie relativement grande pour les petites surintensités, tandis qu'une caractéristique de fusion rapide est prédominante pour les très grandes intensités. A l'aide de la matière dtalliage, de son épaisseur et du degré de recouvrement, on peut choisir un nombre extra- ordinaire de caractéristiques de fusion pour les divers problèmes de coupure de circuit, de sorte que le fusible selon l'invention peut Atre aussi utilisé là o des carac- téristiques de fusion lentes, moyennement lentes ou lentes/ rapidessont nécessaires. Le recouvrement du lieu de fusion par la couche superficielle ne doit pas toujours, par exemple, être réalisé sur toute la largeur; on peut également réaliser des modèles de recouvrement pour lesquels oFi laisse sub- sister un chemin non recouvert au voisinage du lieu de fusion. Cela peut être réalisé par un recouvrement réa- lisé sous forme d' lots, constitué par des surfaces fer- mées avec l'aide de la couche superficielle ou par un recouvrement intéressant la moitié de la surface du lieu de fusion, par exemple la moitié de sa longueur. Ce type peut être encore modifié en provoquant, lors de la réac- tion du fusible, par l'étalement du fait de l'échauffement de la matière apte à s'allier et encore avant la fusion complète, un recouvrement de toute la largeur du lieu de fusion ou en laissant subsister un chemin non recouvert. Indépendamment du modèle de recouvrement, l'application de la couche superficielle apte à s'allier peut être réa- lisée par sérigraphie, mais on peut aussi l'appliquer au rouleau ou par un autre procédé. A titre d'exemple, l'alliage Sn Pb (étain-plomb) s'est avéré comme une matière particulièrement facile à allier pour la couche superficielle, mais l'étain pur ou d'autres matières utilisées dans la technique de la sou- dure tendre conviennent tout aussi bien. Avec l'abaisse- ment du point de fusion de la matière d'alliage, qui conduit lors de l'alliage avec le conducteur fusible à une baisse correspondante de sa température de fusion à l'instant de l'alliage, l'inertie du fusible augmente aussi -cependant que l'épaisseur de la couche superficiel- le aussi bien que celle du conducteur fusible interviennent en tant qu'autres paramètres. Plus ces deux couches sont épaisses, plus par conséquent la masse de matière à fondre est importante, et plus la caractéristique de fusion du fusible correspondant devient lente. Pour la variation de l'épaisseur de la couche et de celle du conducteur fusible, on dispose d'une plage comprise entre 0,2 et 100/nm. Après la réalisation d'un fusible selon l'invention, il peut arriver - au bout d'un intervalle de temps rela- vivement long - que des éléments constitutifs de l'alliage forment prématurément, même sans réaction du fusible, un alliage avec le conducteur fusible, à la sujte d'un phéno- mène de diffusion. On a déjà observé que,, dans les condi- tions susmentionnées, l'étain d'un alliage étain-plomb pénètre par diffusion dans les couches supérieures du conducteur fusibles en argent. Ce phénomène peut se pro- duire en service et aussi au cours d'un stockage sans passage d'un courant. Pour éliminer un tel phénomène, qui peut aussi être dénommé "vieillissement" on a prévu, dans un perfectionnement de l'invention, d'intercaler entre le conducteur fusible et la couche superficielle une pel- licule en une matière fusible, ne conduisant pas l'élec- tricité. L'expérience a montré que cette pellicule, consti- tuée par exemple par un vernis à souder du commerce, fond sous l'action de l'élévation de température quand le fu- sible réagit et que, tout de suite après, une mise en contact de la matière apte à s'allier échauffée avec le conducteur fusible a lieu. De cette manière et jusqu'à cet instant une mise en contact des deux couches et par con- séquent un vieillissement est empêché - ce qui n'altère pas la caractéristique de fonctionnement. Lors de l'utili- sation d'une pellicule de point de fusion bien défini, par exemple d'un vernis à base de cire, la résistance au vieillissement persiste jusqutà ce qu'un régime de charge conduise à un échauffement tel que la pellicule fonde. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: La figure 1 est une vue en plan d'un premier exemple de réalisation du fusible selon ltinvention, avec le lieu de fusion complètement recouvert. La figure 2 est une vue en plan d'un deuxième exemple de réalisation avec le lieu de fusion à moitié recouvert. La figure 3 est une vue en plan d'un troisième 2494900 exemple de réalisation avec le lieu de fusion recouvert en son milieu sur toute sa largeur. Les figures 4A et 4B sont des vues en plan d'autres exemples de réalisation avec un recouvrement du lieu de fusion laissant subsister un chemin non recouvert. Les exemples de réalisation représentés sur les fi- gures 1 à 4B du fusible selon l'invention comportent tous, en tant que support, une base 1 sur laquelle est appli- quée une couche 2 de conducteur fusible. La base peut être constituée par une céramique dtA1203 (d'alumine) sous une épaisseur commerciale courante de 0,63 mm et la couche 2 de conducteur fusible par de l'argent. Cette couche peut être appliquée sur la base 1 par collage d'une feuille; toutefois, une application par sérigraphie suivie dtune cuisson de la couche 2 de conducteur fusible sur la base 1 est plus économique. La largeur du conducteur fusi- ble 2 est diminuée au voisinage du milieu pour former un lieu de fusion 3, ce qui augmente en ce point la résistance par unité de longueur de la bande de conducteur fusible. Au voisinage de ce lieu de fusion 3, le recouvrement dudit conducteur est réalisé en tout ou partie à ltaide d'une couche superficielle 4 apte à s'allier. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la fi- gure 1, la couche superficielle 4 recouvre la totalité du lieu de fusion 3. Ce type de fusible possède sensiblement la même caractéristique de fusion pour toutes les surin- tensités, la rapidité ou l'inertie dépendant tout d'abord du choix de l'alliage de la couche superficielle. Plus l'alliage est facile et plus le point de fusion de l'al- liage est bas, plus la coupure par le fusible est lente. Si par exemple une couche d'argent de 25 Am d'épais- seur, avec la forme géométrique représentée sur la figure 1 est "imprimée" sur une base en céramique d'A1203 et si lVon n',utilise pas une couche superficielle 4, on observe au point normalisé une durée de fusion de 0,2 ms seulement, pour une surintensité de 31,5 A. Si la même couche d'argent est recouverte d'une couche superficielle de 0,1 mm d'é- paisseur d'alliage Sn/Pb 40/60 ayant un point de fusion de 183 0C, la formation d'alliage est engagée très tôt du fait du point de fusion relativement bas de cette couche superficielle de sorte que l'ensemble de l'alliage formé à partir de la couche superficielle et de la couche d'ar- gent a un point de fusion inférieur à celui de la couche d'argent pur.. Cet ensemble allié produit très rapidement a un courant nominal plus faible - il est question pré- sentement d'une diminution du courant nominal - de sorte que conformément à la définition du point normalisé, le courant théorique d'essai égal à dix fois le courant nomi- nal diminue aussi. A cause de cela, on dispose de moins d'énergie pour la fusion du tronçon fusible, si bien que la durée de fusion est prolongée. Dans le-cas présent, elle est de 300 ms pour une surintensité de 25 A, cepen- dant que - par rapport à l'exemple décrit antérieurement d'un fusible à couche d'argent pur - la prolongation de la durée de fusion provient aussi de ltaugmentation de la masse de matière à fondre, résultant de la présence de la couche superficielle. Une réduetion de la quantité do sou- dure conduit par conséquent à une durée de fusion infé- rieure à 300 ms, toutes les autres conditions étant inchan- gées. On obtient une autre réduction de la durée de fusion si l'on utilise à la place de la soudure tendre Sn/Pb 40/60, par exemple de l'étain pur, qui foid à 2320C. Non seulement on élève ainsi la temperature de fusion de l'al- liage d'ensemble produit, mais aussi!2aptitude à l'alliage de l'étain est moindre, de sorte que la formation de l'al- liage est ralentie et n'a pas encore autant progressé Jusqu'à la fusion. Si l'étain est déposé sous une épais- seur de 0,1 mm égale à celle de la couche de soudure tendre Sn/Pb 40/60 de l'exemple précédent, la durée de fusion est de 10 ms pour un courant d'essai théorique de 28 A. Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, seule la moitié du lieu de fusion 3 est recouverte par la couche superficielle 4. Le lieu de fusion 3 est recouvert sur toute sa largeur à l'intérieur de cette moitié. Ce type de fusible a une caractéristique de fusion qui dépend de la valeur de la surintensité. Pour les faibles surin- tensités, on observe une plus grande inertie que pour les très fortes surintensités. Cela tient à ce que, pour les courants très intenses, la partie libre du lieu de fusion 3 réagit déjà avant qu'un alliage appréciable, et ainsi une diminution perceptible du courant nominal ne se produise. Pour un recouvrement selon la figure 3 avec l'aide de la couche superficielle 4 apte à s'allier, on obtient une caractéristique de fusion très proche d'une caracté- ristique rapide, comprise par conséquent entre rapide et rapide/lent. La diminution du courant nominal qui peut être obtenue avec cet exemple de réalisation ne peut, en vertu de la faible surface recouverte, être que très pe- tite, ce qui se manifeste de façon correspondante dans la caractéristique de fusion. Pour tous les exemples de réalisation cités précédem- ment, la couche superficielle 4 recouvre à chaque fois toute la largeur du lieu de fusion 3, même si, en régar- dant dans le sens de la longueur, seulement une partie dudit lieu est recouverte. A la différence de ce qui pré- cède, les figures '}A et 4B représentent un recouvrement sous forme d'îlots, constitué par des éléments de surface et 5' fermés, ce qui a pour conséquence qu'un chemin non recouvert subsiste pour le courant, à c8té de ces éléments de surface. Pour une détermination définitive de la caractéris- tique de fusion, on a recours aux dimensions des domaines élémentaires 5 et 5t et aussi, certes indirectement, à l'épaisseur de la couche. Lors d'une réaction du fusible, l'échauffement de la matière apte à s'allier conduit plus précisément à un étalement des éléments de surface 5 et 5', de dimensions plus petites au départ, de sorte que suivant la distance choisie au préalable, les éléments qui se sont étalés viennent en contact ou non. Pour l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4A, l'épaisseur de la couche, les dimensions des éléments de surface 5 ainsi que leurs distances sont choisis de telle façon que, même dans le cas d'une réaction, aucune con- fusion des domaines élémentaires-n'a lieu. Le lieu de fusion 3 n'est pas non plus recouvert complètement, à aucun instant, dans le sens de la largeur. Selon les cir- constances on se trouve avec ce fusible en présence d'une caractéristique de fusion qui est près d'être ultrarapide. La caractéristique de fusion du fusible selon l'exem- ple de réalisation 4B est un peu plus lente car dans le cas présent les domaines élémentaires 5' de la matière apte à s'allier sont plus grands dans l'ensemble et en outre la confusion lors de la réaction du fusible est voulue. De cette manière, les trajets du courant non re- couverts existant à l'origine entre les éléments de sur- face 51 sont fermés si bien qu'il se produit aussi dans ces éléments un alliage, même s'il commence plus tard. Pour tous les exemples de réalisation on peut inter- caler entre le conducteur fusible 2 et la couche superfi- cielle 4 une pellicule 6 électriquement non conductrice (figure 1, audessous de la partie relevée de la couche superficielle 4) en vue de la séparation qui peut être nécessaire pour empêcher le vieillissement das deux cou- ches 2 et 4 l'une de l'autre. Cette opération peut être nécessaire en particulier pour des couches superficielles qui s'allient facilement. La couche superficielle peut être appliquée sous une épaisseur de 0,2 à l0OPm. A cause de la mise en place du lieu de fusion de la matière de la couche superfi- cielle, on peut faire varier son épaisseur pour déterminer la caractéristique du fusible. Par exemple pour une base en céramique d'A1203 et un conducteur fusible en argent de Am d'épaisseur, on obtient par exemple une caractéris- tique de fusion ultrarapide si la couche superficielle est de l'étain pur appliqué sous une épaisseur de 30 WlM, et par contre une caractéristique de fusion lente si la couche superficielle est constituée par une soudure Sn/Pb 40/60 appliquée sous une épaisseur de 100 Mm, si lton admet qu'entre la couche d'argent et la couche superficielle considérée un vernis à -ouder est intercalé en tant que pellicule séparatrice. En se réérant aux exemples de réalisation, on recon- na t que le fusible selon l'invention, et ses perfection- nements, peut prendre de nombreuses formes et qu'on peut réaliser quasiment chaque caractéristique de fusion, sui- vant les besoins, par la combinaison de plusieurs para- mètres. Il va de soi que la présente invention n'a été décri- te qu'à titre indicatif et non limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre, REVENDICATIONS 1 - Fusible, constitué par une base et un conducteur fusible appliqué sur celle-ci, comportant un rétrécisse- ment du conducteur pour la formation du lieu de fusion, caractérisé en ce que ledit lieu de fusion (3) est recou- vert en tout ou partie d'une couche (4) d'une matière apte à s'allier. 2 - Fusible selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche superficielle 54) est constituée par un alliage SnPb (de plomb et d3étain). 3 - Fusible selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une pellicule en une matière fusi- ble, non électriquement conductrice est intercalée entre le conducteur fusible (2) et la couche superficielle (4). 4l - Fusible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les épaisseurs de la couche (2) de conducteur fusible et de la couche superficielle (4) sont chacune de 30 à 40 Hem. - Fusible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lieu de fusion (3) est recouvert sur la moitié de sa largeur totale par la couche super- ficielle (4). 6 - Fusible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'environ le tiers médian du lieu fusi- ble (3) est recouvert sur toute sa largeur par la couche. superficielle (4). 7 - Fusible selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lieu de fusion (3) est recouvert par des éléments de surfaces fermés formant des lots (5, 5t) de la couche superficielle en laissant subsister un chemin non recouvert. 8 - Fusible selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments de surface (5, 5') de la couche super- ficielle ont la forme de cercles. 9 - Fusible selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la distance entre les éléments de surface (5) est choisie suffisamment petite pour que, 1i dans le cas d'une fusion complète au lieu de fusion (3), les domaines élémentaires viennent se confondre du fait de lt'échauffement. - Fusible selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la distance entre les éléments de surface (51) est choisie suffisamment grande pour que, dans le-cas d'une fusion du lieu de fusion (3), les élé- ments de surface (5') restent séparés les uns des autres en dépit de l'échauffement et d'un certain étalement.