(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極、第２の電極およびヒーター要素を含む基板であって、前記ヒーター要素はアクティブ化制御電流を受けるように構成される、基板；
基板の第１の位置に配置される摺動コンタクトであって、前記第１の位置において、検知要素を介して第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素とに接続され、第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素との間に導通をもたらす、摺動コンタクト；
検知要素の復元力が失われると摺動コンタクトを第２の位置に移動させるように構成されるバネ要素であって、前記第２の位置において、摺動コンタクトは、第１の電極、第２の電極およびヒーター要素のいずれの間の導通ももたらさない、バネ要素
を含む３機能の回路保護デバイスであって、
摺動コンタクトは、バネ要素によって力を及ぼされるカンチレバー部を含み、
検知要素は、以下のアクティブ化状態
過電流状態；
過温度状態；および
ヒーター要素が受けるアクティブ化制御電流
のいずれか１つが検出されると復元力を失うように構成される、回路保護デバイス。
【請求項２】
検知要素が、閾値温度で溶融する材料を含む、請求項１に記載の回路保護デバイス。
【請求項３】
カンチレバー部は、基板における開口部および基板全体に適合するハウジングの下面における開口部の一方によって規定されるチャネルの中に延在し、カンチレバー部は、摺動コンタクトが第１の位置にあるときにチャネルの第１の端に位置する、請求項１に記載の回路保護デバイス。
【請求項４】
検知要素が復元力を失うと、バネ要素は、（ａ）カンチレバー部をチャネルの第２の端の方へ押すことにより、または（ｂ）カンチレバー部をチャネルの第２の端の方へ引くことにより、摺動コンタクトを第２の位置に移動させるように構成される、請求項３に記載の回路保護デバイス。
【請求項５】
第１の電極と第２の電極との間を通る電流が閾値電流を超えて検知要素の溶融がもたらされると、バネ要素が摺動コンタクトを第２の位置に移動させる過電流状態が検出される、請求項１に記載の回路保護デバイス。
【請求項６】
ヒーター要素は、アクティブ化制御電流を受けると、検知要素の融点まで加熱されるように構成される、請求項１に記載の回路保護デバイス。
【請求項７】
摺動コンタクトを第１の位置に固定するように構成される抑制ワイヤを更に含み、抑制要素を通じてアーミング電流を印加することにより、抑制要素が切断されて回路保護デバイスがアーミングされた状態に置かれる、請求項１に記載の回路保護デバイス。
【請求項８】
第１の電極、第２の電極、および第１の電極と第２の電極との間のヒーター要素を含む基板；
基板に配置される摺動コンタクトであって、該摺動コンタクトはカンチレバー部を含み、基板における第１の位置において、摺動コンタクトは、第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素と間の導通をもたらし、基板における第２の位置において、摺動コンタクトは、第１の電極、第２の電極およびヒーター要素のいずれの間の導通ももたらさない、摺動コンタクト；ならびに
以下のアクティブ化状態：
過電流状態；
過温度状態；および
ヒーター要素が受けるアクティブ化制御電流
のいずれか１つが検出されると、摺動コンタクトを第２の位置に摺動させる力を摺動コンタクトのカンチレバー部に及ぼすように構成されるバネ要素
を含む、回路保護デバイス。
【請求項９】
ヒーター要素が、薄膜抵抗器および正温度係数デバイスの一方を含む、請求項１または８に記載の回路保護デバイス。
【請求項１０】
回路保護デバイスの周りの周囲温度が閾値温度を超えると、バネ要素が摺動コンタクトを第２の位置に移動させる過温度状態が検出される、請求項１または８に記載の回路保護デバイス。
【請求項１１】
基板が、パネルに対する回路保護デバイスの表面実装を可能にするように構成される実装パッドを含む、請求項１または８に記載の回路保護デバイス。
【請求項１２】
基板、摺動コンタクトおよびバネ要素を収容するハウジングを更に含む、請求項１または８に記載の回路保護デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体として電子保護回路に関する。より具体的には、本発明は、電気的にアクティブ化された（または起動された）３機能の表面実装回路保護デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
保護回路は多くの場合、電子回路において、故障した回路を他の回路から隔離するために用いられる。例えば、保護回路は、リチウムイオン電池パック等において、電気回路における電気的または熱的故障状態を防ぐのに用いてよい。保護回路は、電源供給回路の故障により引き起こされる火災等のより重大な問題を防ぐのに用いてもよい。
【０００３】
保護回路の一種として温度ヒューズが挙げられる。温度ヒューズは、通常のガラスヒューズと同様に機能する。即ち、通常の操作条件の下では、ヒューズは短絡回路のように振る舞い、故障状態の間、ヒューズは開回路のように振る舞う。温度ヒューズの温度が特定の温度を超えると、温度ヒューズはこれら２つの操作モードの間を推移する。これらのモードを容易にするために、温度ヒューズは、導電状態から非導電状態へと切り替わり得る可融性（または可溶性、ｆｕｓｉｂｌｅ）ワイヤ、一連の金属コンタクトまたは一連のはんだ付けされた金属コンタクト等の導通要素（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む。検知要素が組み込まれてもよい。検知要素の物理的状態は、検知要素の温度に対して変化する。例えば、検知要素は、低融点の金属合金またはアクティブ温度で溶融する個別の溶融有機化合物に相当し得る。検知要素の状態が変化すると、導通要素は、電気伝導パスが物理的に遮断されることにより、導電状態から非導電状態へと切り替わる。
【０００４】
操作において、電流はヒューズ要素（ｆｕｓｅ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を通って流れる。いったん検知要素が特定の温度に達すると、検知要素の状態が変化し、導通要素は導電状態から非導電状態へと切り替わる。
【０００５】
いくつかの既存の温度ヒューズの不都合な点の１つは、温度ヒューズを取り付けている間に、検知要素の状態が変化する温度に温度ヒューズが達するのを防止するように注意を払わなければならないことである。結果として、いくつかの既存の温度ヒューズは、検知要素を時期尚早に開かせるであろう温度で操作されるリフロー炉によって回路パネルに実装することができない。
【０００６】
米国特許出願公開第２０１０／０２４５０２２号および米国特許出願公開第２０１０／０２４５０２７号（各々の全体は参照することにより本明細書に組み込まれる）に記載の温度ヒューズは、上述の不都合な点に対処する。更なる不都合な点としては、サイズおよび多用途性が挙げられる。回路保護デバイスはしばしば、高すぎて回路基板実装デバイスに対する高さの制約に適合できないことがある。また、回路保護デバイスはしばしば、回路を適切に保護するのに必要な全ての条件の下で回路保護デバイスをアクティブ化し得る多用途性をもたらさないこともある。改良された回路保護デバイスを提供するのに進歩がなされた一方で、改良された回路保護デバイスに関する要望が残っている。
【発明の概要】
【０００７】
回路保護デバイスは、下記の３つのアクティブ化状態のいずれか１つの下で回路要素を保護するように構成される：過電流状態、過温度状態、およびヒーター要素が受けるアクティブ化制御電流。回路保護デバイスは、保護すべき回路に接続される第１および第２の電極を備える基板を含む。回路保護デバイスは、第１の電極と第２の電極との間に配置されるヒーター要素（または加熱器要素）も含む。摺動コンタクト（またはスライディングコンタクト、ｓｌｉｄｉｎｇ  ｃｏｎｔａｃｔ）が、検知要素によって第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素とに接続され、それにより、各々を橋渡しし、各々の間に導通（または導電性パス）をもたらす。バネ要素が摺動コンタクトによって張力の作用下で保持され、基板の長さに対して平行な力を摺動コンタクトに及ぼす。摺動コンタクトと第１の電極、第２の電極およびヒーター要素との間の検知要素によってもたらされる接続が、バネ要素により及ぼされる力に耐える（または抵抗する）。アクティブ状態（または起動状態、ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）のいずれか１つが検出されると、検知要素が摺動コンタクトを開放し、バネ要素により及ぼされる力が摺動コンタクトを基板におけるもう一つの位置に移動させ、その位置において、摺動コンタクトはもはや第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素との間の導通をもたらさない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、組み立てられていない例示的な３機能のリフロー可能な回路保護デバイスの分解図である。
【図２ａ】図２ａは、組み立てられた回路保護デバイスの底面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図２ａに示す組み立てられた回路保護デバイスの上面図である。
【図３ａ】図３ａは、摺動コンタクトが閉位置にある回路保護デバイスである。
【図３ｂ】図３ｂは、摺動コンタクトが開位置にある図３ａの回路保護デバイスである。
【図４】図４は、抑止要素（または制限要素、ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）が吹き飛ばされる前の、回路保護デバイスによって保護すべき例示的な電池パック回路の概略図である。
【図５】図５は、抑止要素が吹き飛ばされ、摺動コンタクトが閉位置にある、図４の回路の概略図である。
【図６】図６は、摺動コンタクトが開位置にある、図５の回路の概略図である。
【図７】図７は、３機能のリフロー可能な回路保護デバイスの基板に関するもう一つの実施形態である。
【図８】図８は、３機能のリフロー可能な回路保護デバイスのもう一つの実施形態の上面図である。
【図９】図９は、図８に示す３機能のリフロー可能な回路保護デバイスの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、組み立てられていない例示的な３機能のリフロー可能な回路保護デバイス１００の分解図である。回路保護デバイス１００は基板１０２、ヒーター要素１０４、バネ要素１０６、摺動コンタクト１０８およびスペーサー１１０を含む。回路保護デバイス１００はカバー１１２を含んでもよい。
【００１０】
基板１０２はプリント回路基板（ＰＣＢ）を含んでよい。説明のために、基板１０２は、上部ＰＣＢ１１４および底部ＰＣＢ１１６を含む多層ＰＣＢとして記載される。基板１０２を単層として作製してもよいことが理解されるだろう。
【００１１】
上部ＰＣＢ１１４は、ヒーター要素１０４を収容する開口部１１８を含む。上部ＰＣＢ１１４の高さは、ヒーター要素１０４の上端が、開口部１１８に配置されるときに基板１０２の上面、即ち上部ＰＣＢ１１４の上面と同一平面上であり得るように設定してよい。図７に示し且つ以下により詳細に説明するもう一つの実施形態において、ヒーター要素１０４は、製造プロセスの間に基板１０２内に据え付けられてよい。この例において、基板１０２は開口部１１８を含まなくてよい。
【００１２】
上部ＰＣＢ１１４は、摺動コンタクト１０８のカンチレバー部１２２を収容するためのもう一つの開口部１２０を含んでもよい。図１における開口部１２０は、基板１０２の長さに対して平行に延在し、それにより、摺動コンタクト１０８が基板１０２の長さに対して平行な方向に摺動（またはスライド）することが可能となる。図８〜９に示し且つ以下により詳細に説明するもう一つの実施形態において、カンチレバー１２２は、基板１０２から離れてカバー１１２に向かって延在してよい。この例において、基板１０２は開口部１２０を含まなくてよい。
【００１３】
上部ＰＣＢ１１４はパッド／電極１２４、１２６および１２８を含む。電極１２４と電極１２６とは、上部ＰＣＢ１１４の幅に沿って、開口部１１８の対向する側に配置されてよい。電極１２８は、開口部１１８の、開口部１２０が開口部１１８の反対側に位置している側とは反対の側に配置してよい。図３ａ〜３ｂに示すように、摺動コンタクト１０８は、摺動コンタクト１０８が準備位置または閉位置（または閉じた位置）にあるときに、電極１２４および１２６とヒーター要素１０４とを橋渡しし、それにより、ヒーター要素１０４と、電極１２４と、電極１２６との間の電気的接続を容易にする。
【００１４】
底部ＰＣＢ１１６は、上部ＰＣＢ１１４の電極１２４、１２６および１２８の位置にそれぞれ対応するパッド１３０、１３２および１３４を含む。底部ＰＣＢ１１６は、ヒーター要素１０４の位置に対応するパッド１３６を含んでもよい。図２ａに示すように、底部ＰＣＢ１１６の底部側は、保護すべき回路に接続するための、パッド１３０、１３２、１３４および１３６に対応する端子を含む。
【００１５】
記載されるように、ヒーター要素１０４は、基板１０２における開口部１１８の中に適合する（または嵌まる）。ヒーター要素１０４は、回路保護デバイス１００のもう一つの電極を構成してもよい。ヒーター要素１０４は、正温度係数（ＰＴＣ）デバイス、例えば米国特許出願公開第２０１０／０２４５０２７号（その全体は参照することにより本明細書に組み込まれる）に開示されるＰＴＣデバイス等であってよい。電流がデバイスを通って流れる結果として熱を発生させる導電性複合ヒーター（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｈｅａｔｅｒ）等の他のヒーター要素を、ＰＴＣデバイスに加えて又はＰＴＣデバイスの代わりに用いてよい。もう一つの例において、ヒーター要素１０４は、ゼロ温度係数要素（ｚｅｒｏ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ）または定ワットヒーター（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｗａｔｔａｇｅ  ｈｅａｔｅｒ）であってよい。図７に示すように、もう一つの実施形態において、ヒーター要素は、ＰＣＢプロセスの間に基板内に据え付けられる薄膜抵抗器または加熱装置であってもよい。
【００１６】
摺動コンタクト１０８は、カンチレバー部１２２を備える導電性の平面要素であってよい。カンチレバー部１２２は、開口部１２０の中に適合する。バネ要素１０６は、カンチレバー１２２と開口部１２０の側面との間に位置する。摺動コンタクト１０８は、例えば低融点の検知要素（図示せず）を用いてヒーター要素１０４と電極１２４、１２６とに融着（または融合）されてよい。検知要素の状態が変化すると、例えば閾値温度で溶融すると、摺動コンタクト１０８はもはや電極１２４、１２６およびヒーター要素１０４に融着されず、バネ要素１０６が伸びて摺動コンタクト１０８をチャネル１２０の下方に押す。それにより、検知要素が、摺動コンタクト１０８と、電極１２４、１２６およびヒーター要素１０４との間の機械的および電気的接触をもたらしてよい。
【００１７】
検知要素は、例えば、はんだ等の低融点の金属合金であってよい。説明のために、検知要素は、本明細書においてはんだとして記載される。例えば軟化点または融点を有する導電性熱可塑性物質等の他の適切な材料を検知要素として用いてよいことが理解されるだろう。
【００１８】
摺動コンタクト１０８がヒーター要素１０４と電極１２４、１２６とに対してはんだ付けされていると、カンチレバー１２２と開口部１２０の側面との間のバネ要素１０６は圧縮状態で保持される。摺動コンタクト１０８をヒーター要素と電極１２４、１２６とに対して保持するはんだが溶融すると、バネ要素１０６は伸びてカンチレバー１２２を押すことが可能となり、それにより、カンチレバー１２２が開口部１２０の下方に摺動し、バネ要素１０６は、今度は摺動コンタクト１０８をヒーター要素１０４と電極１２４、１２６とから押し外す。このようにして、ヒーター要素１０４と、電極１２４と、電極１２６との間の電気的接続が遮断される。下記の図３ａおよび３ｂはそれぞれ、閉位置および開位置（または開いた位置）における回路保護デバイスを示す。
【００１９】
バネ要素１０６は、銅、ステンレス鋼、プラスチック、ゴム、またはコイルバネに用いられることが公知である若しくは考えられる他の材料から作製されるコイルバネであってよい。バネ要素１０６は、当業者に公知の他の圧縮性材料および／または構造体から作製されてよい。説明のために、バネ要素１０６は、摺動コンタクト１０８によって圧縮状態にて張力の作用下で保持されるように記載される。バネ要素は、例えばバネ要素が弾性材料を含む場合等、伸張状態または引き延ばされた状態にて張力の作用下で保持されるように構成されてもよいことが理解されるだろう。この例において、アクティブ状態が検出されてはんだが溶融すると、バネ要素は、摺動コンタクトを基板のヒーター要素および電極から引き離してよい。
【００２０】
回路保護デバイス１００は、少なくとも３つの状態の下で開くように構成される。はんだは過電流状態、即ち電極１２４および１２６を通る電流によって溶融し得る。電極１２４および１２６（即ち第１および第２の電極）を通る電流が閾値電流、即ち設計保持電流を超える電流に達すると、ジュール加熱によりはんだが溶融し、あるいは、さもなければ復元力（ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）を失い、バネ要素１０６によって押し開けられることにより、摺動コンタクト１０８が開位置に移動させられるだろう。
【００２１】
はんだは、装置１００の温度が、例えばＦＥＴの過熱により又は環境温度が高いことにより、摺動コンタクト１０８を電極１２４、１２６とヒーター要素１０４とに対して保持するはんだの融点を超える過温度（または温度過上昇）状態によって溶融し得る。例えば、回路保護デバイス１００の周りの周囲温度は、１４０℃以上等の閾値温度に達し得、それにより、はんだが溶融し、または、さもなければ復元力を失う。はんだが溶融した後、摺動コンタクト１０８は、チャネル１２０の下方に開位置へと押され、それにより、電流が電極１２４、１２６とヒーター要素１０６との間を流れることが防止される。
【００２２】
はんだは、回路保護デバイス１００が取り付けられる回路によって供給される制御電流によりヒーター要素１０４がアクティブ化される制御されたアクティブ状態によっても溶融し得る。例えば、回路保護デバイスは、回路における過電圧の検出時に、ヒーター要素１０４に電流を通してよく、その結果、デバイスは制御されたアクティブ化ヒューズとして作用する。ヒーター要素１０４を通って流れる電流が増大するにつれて、ヒーター要素１０４の温度は高くなり得る。温度上昇により、はんだはより速やかに溶融し得、または、さもなければ復元力を失い得、それにより、摺動コンタクト１０８が開位置に移動する。
【００２３】
回路保護デバイス１００は、リフローの間に摺動コンタクト１０８を閉位置で保持する抑止要素（図示せず）も含む。リフロープロセスの間、摺動コンタクト１０８をヒーター要素１０４と電極１２４、１２６とに対して保持するはんだは溶融し得、その結果、摺動コンタクト１０８は、圧縮されたバネ１０６の力により開位置に移動させられるだろう。例えば、はんだの融点は約１４０℃であってよく、一方、リフローの間の温度は２００℃より高い温度、例えば２６０℃に達し得る。よって、リフローの間にはんだは溶融し、その結果、バネ要素１０６は、時期尚早に摺動コンタクト１０８を開位置に移動させるだろう。
【００２４】
バネ要素１０６によって供給される力が取り付け時に回路保護デバイス１００を開くのを防止するために、抑止要素は、摺動コンタクト１０８の所定の位置における保持を維持し、バネ１０６の伸張力（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｆｏｒｃｅ）に耐える（または抵抗する）のに用いてよい。リフロー可能な温度ヒューズを回路またはパネルに取り付けてリフロー炉に通した後、抑止要素は、抑止要素を通してアーミング（または前処理、ａｒｍｉｎｇ）電流を印加することにより吹き飛ばされてよい。これにより今度はリフロー可能な温度ヒューズが与えられる。
【００２５】
スペーサー１１０を基板１０２に配置してよい。スペーサー１００は、セラミックス、ポリマーもしくはガラスまたはそれらの組み合わせ等の絶縁性材料である。例えば、スペーサー１００は、繊維またはガラス強化エポキシから作製してよい。スペーサー１００は、摺動コンタクト１０８が上述の状態の下で摺動し得るチャネルを形成する開口部を有する。スペーサー１１０は、摺動コンタクト１０８の高さより少し高い高さを有してよく、その結果、カバー１１２が回路保護デバイス１００に配置されるときに、カバーの下面がスペーサー１１０に近接し、それにより、摺動コンタクト１０８が自由に摺動し得、摺動コンタクト１０８とカバー１１２との間の摩擦が回避され得る。
【００２６】
回路保護デバイス１００を組み立てる例示的方法を以下に説明する。基板１０２は、ＰＣＢパネルプロセスによって作製してよく、そのＰＣＢパネルプロセスにおいて、回路基板パッドが一次端子を形成し、メッキされたビアがこれらの端子から表面実装パッドへの接続を形成する。スロット（または溝）を、公知のドリルおよびくり抜き機（ｒｏｕｔｅｒ）プロセスを用いて切り出してよい。別法として、インサート成形される又は二次成形操作において取り付けられる端子を備える個別の射出成形部品を用いてよい。
【００２７】
基板１０２を作製してパターン形成した後、ヒーター要素１０４が、例えばヒーター要素１０４の底部を基板１０２にはんだ付けすることによって、基板１０２に取り付けられてよい。バネ要素１０６はチャネル１２０に挿入される。摺動コンタクト１０８を挿入し、摺動させて、バネ要素１０６をカンチレバー１２２とチャネル１２０の側面との間に圧縮状態で配置する。摺動コンタクト１０８は、ヒーター要素１０４と電極１２４、１２６とにはんだ付けされる。
【００２８】
抑止要素は、一端において摺動コンタクト１０８に取り付けられ、他端において電極１２８に取り付けられる。別法として、抑止要素の一端は、摺動コンタクトがヒーター要素１０４と電極１２４、１２６とにはんだ付けされる前に、摺動コンタクト１０８に取り付けられてよい。この例において、抑止要素の他端は、摺動コンタクト１０８のはんだ付けの後に、電極１２８に取り付けられる。抑止要素は、抵抗溶接、レーザー溶接または他の公知の溶接技術によって取り付けられてよい。
【００２９】
その後、スペーサー１１０が基板１０２の上部に配置されてよく、スペーサー内の開口部は、摺動コンタクト１０８が中に適合するのに十分な幅を有する。その後、カバー１１２が種々の部品を所定の位置に保持するように取り付けられてよい。
【００３０】
図２ａ〜２ｂは、組み立てられた回路保護デバイス２００の底面図および上面図をそれぞれ示す。回路保護デバイスの底部は、電極１２４、１２６、１２８およびヒーター要素１０６の各々と外部回路基板要素との電気的接続を容易にする端子２０２、２０４、２０６、２０８を含んでよい。このようにして、端子２０２、２０４、２０６、２０８は、回路保護デバイス２００を回路パネル（図示せず）の表面に実装し、ヒーター要素１０６、電極１２４、１２６、１２８を装置２００の外部の回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）と電気的に連絡させるのに用いてよい。
【００３１】
低側面（または低プロファイル、ｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を達成するために、回路保護デバイス２００の高さは１．５ｍｍ以下であってよい。回路保護デバイス２００の幅は３．８ｍｍ以下であってよい。回路保護デバイス２００の長さは６．０ｍｍ以下であってよい。一の実施形態において、回路保護デバイスは６．０ｍｍ×３．８ｍｍ×１．５ｍｍであってよい。バネ要素の伸張力が基板表面の平面に対して平行であるので、それに起因して摺動コンタクトもまた基板の平面に対して平行に摺動し、実質的に薄い回路保護デバイス２００が達成される。
【００３２】
図３ａ〜３ｂは、摺動コンタクト３０２がそれぞれ閉位置および開位置にある回路保護デバイス３００を示す。閉位置において、摺動コンタクト３０２は、電極３０４、３０６とヒーター要素３０８とを橋渡しし、電極３０４、３０６とヒーター要素３０８との間に電気的接続をもたらす。開位置において、摺動コンタクト３０２を電極３０４、３０６とヒーター要素３０８とに対して保持するはんだが溶融すると、伸張するバネ要素の力が、摺動コンタクト３０２を基板３１２におけるチャネル３１０の下方に押し、電極３０４、３０６とヒーター要素３０８との間の電気的接続を遮断する。上述のように、回路保護デバイス３００は、３つの状態（過電流、過温度および制御されたアクティブ化）の下で開くように構成される３機能のリフロー可能な温度ヒューズである。
【００３３】
図３ａは上述の抑止要素３１４も示す。抑止要素３１４は、リフローの間に摺動コンタクト３０２を所定の位置に保持する、溶接された可融性の抑止ワイヤ（または制限ワイヤ、ｒｅｓｔｒａｉｎｉｎｇ  ｗｉｒｅ）であってよい。特に、抑止要素３１４は、リフローの間に摺動コンタクト３０２がチャネル３１０の下方に摺動するのを防止する状態で摺動コンタクト３０２を固定するようになっている。例えば、抑止要素３１４は、摺動コンタクト３０２を電極３０４、３０６とヒーター要素３０８とに対して保持するはんだ又は他の材料が溶融したとしても、バネ要素を圧縮状態で保持可能であってよく、それにより、バネ要素が伸びて摺動コンタクト３０２をチャネル３１０の下方に押すことが防止される。
【００３４】
抑止要素３１４は、電気を通すことができる材料から作製してよい。例えば、抑止要素３１４は、銅、ステンレス鋼または合金から作製してよい。抑止要素３１４の直径は、アーミング電流を用いて抑止要素３１４を吹き飛ばし得るようなサイズであってよい。抑止要素３１４は、装置３００が取り付けられた後に、抑止要素３１４を通して電流を流すこと等によって吹き飛ばされる。換言すれば、抑止要素３１４を通じて十分高い電流またはアーミング電流を調達することにより、抑止要素３１４が開き得る。一の実施形態において、アーミング電流は約２アンペアであってよい。尤も、抑止要素３１４は、直径および／または別の寸法が増加または減少してよく、それにより、より高い又はより低いアーミング電流が可能になることが理解されるだろう。
【００３５】
アーミング電流の供給を容易にするために、抑止要素３１４の第１の端３１４ａおよび第２の端３１４ｂは、ハウジングの周りに配置される種々のパッドと電気的に連絡されてよい。第１の端３１４ａは、図１〜２の実施形態における電極１２８に対応する電極３１６に接続されてよい。図１〜２の実施形態を参照して、電極３１６（または１２８）は端子２０６と電気的に連絡される。第２の端３１４ｂは、摺動コンタクト３０２に接続されてよい。アーミング電流は、端子２０６を通じて電極３１６に供給されてよい。
【００３６】
本明細書に記載の３機能のリフロー可能な回路保護デバイスを設置する例示的方法を以下に記載する。回路保護デバイスはパネルに配置される。はんだペーストは、回路保護デバイスを配置する前に回路基板に印刷してよい。その後、パネルは、回路保護デバイスと共にリフロー炉に配置され、それにより、パッド上のはんだが溶融する。リフロー後、パネルは冷却される。
【００３７】
回路保護デバイスのピンを通してアーミング電流を流し、それにより抑止要素が吹き飛ばされる。図２を参照して、本明細書に記載の３つの状態の１つの下で、抑止要素を吹き飛ばし、バネ要素が摺動コンタクトを開位置に押すことが可能となるように、十分な電流、例えば２アンペアを、抑止要素と電気的に接続された端子２０６に印加してよい。抑止要素が吹き飛ばされることにより、回路保護デバイスはアーミングされた状態に置かれる。
【００３８】
図４〜６は、回路保護デバイスによって保護されるべき例示的な電池パック回路４００の概略図である。図４〜６に示す例において、回路４００は、図３の回路保護デバイス３００を利用している。説明のために、回路保護デバイス３００は、１以上のＦＥＴ等の保護すべき回路構成要素に接続される２つの端子４０２、４０４と直列に配置され得る。他の回路構成において回路保護デバイス３００が用いられてよいことが理解されるだろう。ヒーター要素３０８は、アクティブ化制御装置４０６に電気的に接続される。
【００３９】
図４は、抑止要素３１４が吹き飛ばされる前の回路保護デバイス３００を示す。図５は、抑止要素３１４が吹き飛ばされた後の回路保護３００を示す。更に、図４〜５において、摺動コンタクト３０２は閉位置にあり、よって、電極３０４と、電極３０６と電極３０８（即ちヒーター要素）とを橋渡しし、電極３０４と、電極３０６と、電極３０８（即ちヒーター要素）との間に電気的接続をもたらす。図６は、例えば故障状態（過電流または過温度）が検出された後、またはアクティブ化制御装置４０６によるアクティブ化信号の後等に、電極３０４と、電極３０６と、電極３０８の間の電気的接続が遮断される、開位置における回路保護デバイス３００を示す。
【００４０】
図７は、３機能の回路保護デバイスの基板７００に関するもう一つの実施形態を示す。この実施形態において、ＰＣＢ構造において用いられる埋め込み式抵抗器の概念が利用される。基板７００は、上部ＰＣＢ層７０２および底部ＰＣＢ層７０４を含む。上部ＰＣＢ層７０２は、底部ＰＣＢ層におけるパターン電極７１０、７１２の各々に対する電気的接続のためのパッド７０６、７０８を含む。上部ＰＣＢ層７０２は、ＰＣＢプロセスの間に基板７００内に据え付けられるヒーター要素７１６に対するビア接続７１４も含む。この例において、ヒーター要素７１６は、薄膜抵抗器または他の加熱装置である。この実施形態において膜を用いると、抵抗パスは膜の平面に対して横断している。
【００４１】
図８〜９は、３機能のリフロー可能な回路保護デバイス８００のもう一つの実施形態の上面図および底面図をそれぞれ示す。回路保護デバイス８００において、バネ要素８０２は、基板８０６内の代わりにカバー８０４内に位置する。摺動コンタクト８１０のカンチレバー部８０８は、基板８０６における開口部の中へと下方に延在する代わりに、カバー８０４の中へと上方に延在する。図８〜９における基板８０６は、摺動コンタクト８１０のカンチレバー部８０８を収容する開口部を含むようにパターン形成しなくてよい。
【００４２】
（図９に示す）カバー８０４の下面は、凹部（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ）またはチャネル９０２を含み、カンチレバー部８０８がその凹部またはチャネル９０２の中に挿入されてよく、基板８０６の電極に対して摺動コンタクト８１０を保持するはんだが溶融するときに、前記凹部またはチャネル９０２を通ってカンチレバー部８０８を摺動させてよい。
【００４３】
バネ要素８０２は、カバー８０４の側面を通じてカバー８０４の中に取り付けられてよい。その後、キャップ８１２は、カバー８０４の側面に挿入されて、バネ要素８０２が本明細書に記載のアクティブ状態下で伸びるときに、結果として得られる力がカンチレバー部８０８をチャネル９０２の下方に押すように、バネ要素８０２の一端を所定の位置に保持してよい。キャップ８１２は、一端においてテーパー状（または先細）になっており且つ他端においてキャップ８１２の長さに対して垂直である突起８１４を含む。このようにして、キャップ８１２は、カバー８０４の側面における穴の中に、スナップ式（ｓｎａｐ−ｆｉｔ）の接続で挿入されてよい。バネ要素８０２をカバー８０４に挿入するのに他の方法を用いてよいことが理解されるだろう。
【００４４】
特定の実施形態を参照して３機能のリフロー可能な回路保護デバイスを説明してきたが、種々の変更を行ってよく、本願の特許請求の範囲から逸脱することなく均等物を置き換えてよいことが、当業者に理解されるだろう。更に、教示事項に特定の条件または材料を適用するために、その範囲から逸脱することなく多数の変更を行ってよい。従って、３機能のリフロー可能な回路保護デバイスは開示される特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲内に含まれる全ての実施形態に限定されることが意図される。
本願発明は以下の態様を含む。
（態様１）
第１の電極、第２の電極およびヒーター要素を含む基板であって、前記ヒーター要素はアクティブ化制御電流を受けるように構成される、基板；
基板の第１の位置に配置される摺動コンタクトであって、前記第１の位置において、検知要素を介して第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素とに接続され、第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素との間に導通をもたらす、摺動コンタクト；
検知要素の復元力が失われると摺動コンタクトを第２の位置に移動させるように構成されるバネ要素であって、前記第２の位置において、摺動コンタクトは、第１の電極、第２の電極およびヒーター要素のいずれの間の導通ももたらさない、バネ要素
を含む３機能の回路保護デバイスであって、
検知要素は、以下のアクティブ化状態
過電流状態；
過温度状態；および
ヒーター要素が受けるアクティブ化制御電流
のいずれか１つが検出されると復元力を失うように構成される、回路保護デバイス。
（態様２）
検知要素が、閾値温度で溶融する材料を含む、態様１に記載の回路保護デバイス。
（態様３）
摺動コンタクトが、バネ要素によって力を及ぼされるカンチレバー部を含み、好ましくは、カンチレバー部は、基板における開口部および基板全体に適合するハウジングの下面における開口部の一方によって規定されるチャネルの中に延在し、カンチレバー部は、摺動コンタクトが第１の位置にあるときにチャネルの第１の端に位置する、態様１に記載の回路保護デバイス。
（態様４）
検知要素が復元力を失うと、バネ要素は、（ａ）カンチレバー部をチャネルの第２の端の方へ押すことにより、または（ｂ）カンチレバー部をチャネルの第２の端の方へ引くことにより、摺動コンタクトを第２の位置に移動させるように構成される、態様３に記載の回路保護デバイス。
（態様５）
第１の電極と第２の電極との間を通る電流が閾値電流を超えて検知要素の溶融がもたらされると、バネ要素が摺動コンタクトを第２の位置に移動させる過電流状態が検出される、態様１に記載の回路保護デバイス。
（態様６）
ヒーター要素は、アクティブ化制御電流を受けると、検知要素の融点まで加熱されるように構成される、態様１に記載の回路保護デバイス。
（態様７）
摺動コンタクトを第１の位置に固定するように構成される抑制ワイヤを更に含み、抑制要素を通じてアーミング電流を印加することにより、抑制要素が切断されて回路保護デバイスがアーミングされた状態に置かれる、態様１に記載の回路保護デバイス。
（態様８）
第１の電極、第２の電極、および第１の電極と第２の電極との間のヒーター要素を含む基板；
基板に配置される摺動コンタクトであって、基板における第１の位置において、摺動コンタクトは、第１の電極と、第２の電極と、ヒーター要素と間の導通をもたらし、基板における第２の位置において、摺動コンタクトは、第１の電極、第２の電極およびヒーター要素のいずれの間の導通ももたらさない、摺動コンタクト；ならびに
以下のアクティブ化状態：
過電流状態；
過温度状態；および
ヒーター要素が受けるアクティブ化制御電流
のいずれか１つが検出されると、摺動コンタクトを第２の位置に摺動させる力を摺動コンタクトに及ぼすように構成されるバネ要素
を含む、回路保護デバイス。
（態様９）
ヒーター要素が、薄膜抵抗器および正温度係数デバイスの一方を含む、態様１または８に記載の回路保護デバイス。
（態様１０）
回路保護デバイスの周りの周囲温度が閾値温度を超えると、バネ要素が摺動コンタクトを第２の位置に移動させる過温度状態が検出される、態様１または８に記載の回路保護デバイス。
（態様１１）
基板が、パネルに対する回路保護デバイスの表面実装を可能にするように構成される実装パッドを含む、態様１または８に記載の回路保護デバイス。
（態様１２）
基板、摺動コンタクトおよびバネ要素を収容するハウジングを更に含み、好ましくは、以下の状態：
基板、摺動コンタクトおよびバネ要素回路を収容するハウジングの高さが約１．５ｍｍ以下であること、
基板、摺動コンタクトおよびバネ要素を収容するハウジングの長さが約６．０ｍｍ以下であること、
基板、摺動コンタクトおよびバネ要素を収容するハウジングの幅が約３．８ｍｍ以下であること、
の少なくとも１つが存在する、態様１または８に記載の回路保護デバイス。
【図１】
0006007191.tif 000002
【図２ａ】
0006007191.tif 000003
【図２ｂ】
0006007191.tif 000004
【図３ａ】
0006007191.tif 000005
【図３ｂ】
0006007191.tif 000006
【図４】
0006007191.tif 000007
【図５】
0006007191.tif 000008
【図６】
0006007191.tif 000009
【図７】
0006007191.tif 000010
【図８】
0006007191.tif 000011
【図９】
0006007191.tif 000012