(57)【要約】      （修正有）【課題】電源部品の短絡故障を回避する火工式デバイスを提供する。【解決手段】火工式デバイス４であって、一又は複数の導体３２と、電子回路２の全て又は一部に成膜された火工材料の少なくとも１つの層４２とを備えており、前記火工材料は、前記電子回路２の故障による前記電子回路２の加熱によってトリガされることができ、火工作用が前記一又は複数の導体３２の遮断を引き起こす。火工材料の爆発が、前記一又は複数の導体３２のレベルでホットスポットによりトリガされる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火工式デバイス(4) であって、
一又は複数の導体(32)と、
電子回路(2) の全て又は一部に成膜された火工材料の少なくとも１つの層(42)と
を備えており、
前記火工材料は、前記電子回路の故障による前記電子回路の加熱によってトリガされることができ、火工作用が前記一又は複数の導体の遮断を引き起こすことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記火工材料の爆発が、前記一又は複数の導体のレベルでホットスポットによりトリガされることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
複数の前記導体を電気的に並列に備えており、
前記火工材料の爆発によって、電気的に並列な全ての前記導体(32)が遮断されることを特徴とする請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
火工ガスによって前記一又は複数の導体(32)に向かって進むことができる少なくとも１つの硬質要素(44)を更に備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記火工材料(42)の厚さが、10〜100 マイクロメートルの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記火工材料は、電気絶縁性を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデバイス。
【請求項７】
電子回路(2) と、
請求項１乃至６のいずれかに記載の火工式デバイス(4) と
を備えていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項８】
前記電子回路(2) 及び前記火工式デバイス(4) を少なくとも部分的に覆っている包装体(6) を更に備えていることを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記包装体は、前記電子回路及び前記火工式デバイス(4) を覆って、前記一又は複数の導体(32)を少なくとも部分的に埋め込む封止材料から形成されていることを特徴とする請求項２に従属する請求項８に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記包装体(6) は中空であることを特徴とする請求項８に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記電子回路は、電源スイッチを一体化していることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項１２】
請求項１乃至６のいずれかに記載の火工式デバイスを形成する方法であって、
火工材料を前記電子回路に液状で成膜することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に電子回路に関し、より具体的には火工式セキュリティ機能を備えた電源電子部品又は電源電子回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源電子回路では、自動式スイッチ機能又は制御式スイッチ機能を有する電源部品（パワートランジスタ、ダイオード、サイリスタ、トライアックなど）が使用されている。このような電源部品は、例えば（典型的には電気自動車の）モータ制御インバータ、電力変換器、回路遮断器のような電源カットアウトスイッチ、及び静止形接触器などに見出され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電源スイッチが故障する場合、この故障が、短絡の形態ではなく、回路の開放（電源部品によって行われる接続の遮断）の形態をとることが特に重要である。実際、短絡の故障は、システムの電源を短絡させる形態をとり、数千アンペアの非常に高い電流を生成する場合がある。このような電流は、システムが発火してしまうような過熱を引き起こし、これは特に危険である。
【０００４】
電源及び電源電子システム間のヒューズの使用は不十分であるときがある。
【０００５】
故障して電流が余りにも高くなる場合、電気回路の開放を引き起こして、短絡ではなく開回路の開放を保証するために、火工式要素の使用が既に提供されている。
【０００６】
仏国特許出願公開第3005782 号明細書には、火工式トリガによる接点の開放に基づく、DC電源のための断路器が記載されている。火工式要素の爆発は外部制御要素によって制御され、爆発によって生じたガスは、膨張チャンバ内で広がり、切断すべき導電体を遮断する可動ブレードを作動させる。
【０００７】
欧州特許出願公開第1709335 号明細書には、火工材料が基板に成膜されている火工式マイクロシステムが記載されている。火工材料の爆発によって、作動を引き起こす量のガスが生じる。制御センタによって電流の流れがトリガされる抵抗加熱トラック又はワイヤにより、火工材料の起爆が生じる。
【０００８】
欧州特許出願公開第1344744 号明細書には、電気抵抗体に成膜された火工材料のトリガに基づき、火工式に作動するマイクロバルブが記載されている。
【０００９】
このような全てのシステムでは、外部制御要素が、火工品のトリガを引き起こす。
【００１０】
実施形態は、通常の電源電子回路の不利点の全て又は一部を克服する。
【００１１】
実施形態は、電源部品の短絡故障を回避する解決策を提供する。
【００１２】
実施形態は、改善された火工式解決策を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従って、実施形態は、火工式デバイスであって、電子回路の全て又は一部に成膜された火工材料の少なくとも１つの層を備えており、前記火工材料は、前記電子回路の故障による前記電子回路の加熱によってトリガされ得ることを特徴とするデバイスを提供する。
【００１４】
実施形態によれば、前記一又は複数の導体の遮断が、火工作用によって引き起こされる。
【００１５】
実施形態によれば、前記火工材料の爆発によって、電気的に並列な全ての前記導体が遮断される。
【００１６】
実施形態によれば、前記デバイスは、火工ガスによって前記一又は複数の導体に向かって進むことができる少なくとも１つの硬質要素を更に備えている。
【００１７】
実施形態によれば、前記火工材料の厚さが、10〜100 マイクロメートルの範囲内である。
【００１８】
実施形態によれば、前記火工材料は、電気絶縁性を有する。
【００１９】
実施形態は、
電子回路と、
火工式デバイスと
を備えていることを特徴とする電子デバイスを更に提供する。
【００２０】
実施形態によれば、前記電子デバイスは、前記電子回路及び前記火工式デバイスを少なくとも部分的に覆っている包装体を更に備えている。
【００２１】
実施形態によれば、前記包装体は、前記電子回路及び前記火工式デバイスを覆って、前記一又は複数の導体を少なくとも部分的に埋め込む封止材料から形成されている。
【００２２】
実施形態によれば、前記包装体は中空である。
【００２３】
実施形態によれば、前記電子回路は、電源スイッチを一体化している。
【００２４】
実施形態は、火工式デバイスを形成する方法であって、火工材料を前記電子回路に液状で成膜することを特徴とする方法を提供する。
【００２５】
前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】火工式セキュリティデバイスを備えた電源電子回路の実施形態を非常に概略的に示す斜視図である。
【図１Ｂ】火工式セキュリティデバイスを備えた電源電子回路の実施形態を非常に概略的に示す断面図である。
【図２Ａ】電源回路の実施形態に係る火工式セキュリティ機能のトリガを示す部分断面図である。
【図２Ｂ】電源回路の実施形態に係る火工式セキュリティ機能のトリガを示す部分断面図である。
【図３】火工式セキュリティ機能を備えた電源スイッチの別の実施形態を示す平面略図である。
【図４】火工式セキュリティ機能を備えた電源回路の更に別の実施形態を、様々な変形例で示す断面略図である。
【図５】火工式セキュリティ機能を備えた電源スイッチの更に別の実施形態を示す断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
明瞭化のために、記載された実施形態の理解に有用な要素のみが示され詳述されている。特に、実際の電源部品（トランジスタ、サイリスタ、トライアック、ダイオードなど）、すなわち、例えば半導体材料から形成される電源部品の活性部分の形成は詳述されておらず、記載されている実施形態は、（半導体であるか否かに関わらず）電源部品を製造するための通常の技術と適合する。更に、電源部品を一体化している電子回路の用途は詳述されておらず、記載されている実施形態は、電源部品の通常の用途とここでも適合する。
【００２８】
図面には、様々な実施形態に共通する構造的要素及び／又は機能的要素が同一の参照番号で示されてもよく、同一の構造特性、寸法特性及び材料特性を有してもよいことに注目すべきである。
【００２９】
「およそ」、「実質的に」及び「程度」という表現は、特に指定されていない場合、10％の範囲内を意味し、好ましくは５％の範囲内を意味する。
【００３０】
本開示は、半導体電源部品から形成されている電子回路への適用例について言及する。しかしながら、述べられる実施形態が、一又は複数の電源部品を一体化するあらゆる電子回路に、より一般的に適用されることに注目すべきである。
【００３１】
図1A及び1Bは夫々、火工式セキュリティデバイスを備えた電源回路の実施形態を非常に概略的に示す斜視図及び断面図である。
【００３２】
電源部品2 は、例えば電子基板1 （例えばプリント回路基板PCB ）に支持されている。電源部品2 、例えばダイオード、トランジスタ、サイリスタ、トライアックなどは、（例えばシリコンから形成されている）半導体基板に形成されており、電子回路又は電子システムの他の要素（不図示）への電気接続部である導体、例えばワイヤ32を受けるように構成されている電気接点22を有している。
【００３３】
電源部品の故障の場合に一又は複数の電気接続導体を遮断することができる火工式セキュリティ機能が電源部品に追加されている。
【００３４】
このような火工式セキュリティ機能の特異性は、外部制御要素を必要とすることなく実際の故障によって爆発が始まるということである。
【００３５】
図1A及び1Bに示されている実施形態によれば、火工式セキュリティデバイスは、電源部品2 上に成膜された火工材料の層42を備えている。火工材料の機能は、火工材料の爆発で生じたガスの影響により、少なくとも１つの導体32の破損を引き起こすことである。複数の導体が電気的に並列に接続されている場合、電気接続の遮断を保証すべく、火工材料がこれら全ての導体の遮断を引き起こす。
【００３６】
図2A及び2Bは、電源部品の実施形態に係る火工式セキュリティ機能のトリガを示す部分断面図である。例として、図2A及び2Bは、半導体基板に形成された電源部品2 の活性（半導体）領域のレベルにおける図1Bの拡大図である。図2Aは、火工式セキュリティ機能のトリガを示しており、図2Bは、導電性ワイヤ32の内の１つに対する火工式セキュリティ機能の作用を示している。
【００３７】
通常動作では、電源部品の活性領域24を流れる、電源回路による一般にはおよそ10アンペアから数百アンペアの範囲内の電流が、火工材料を爆発させ得る温度上昇を生じさせない。
【００３８】
部品の故障（例えば誘電体の絶縁破壊、部品のクラックなど）が生じると、一又は複数の導体32によって伝導されて部品内を流れる電流は、部品の欠陥領域の抵抗が部品の残り部分の抵抗より低いので、欠陥領域で集中する傾向がある。このため、この欠陥領域の材料（金属、シリコンなど）の融解を引き起こす電流の増加が局所的に生じて、それにより、局所的な抵抗の低下及び暴走作用を引き起こす。生じるホットスポット及び材料の局所的な融解は、火工材料の爆発によってセキュリティ機能のトリガを引き起こす。そのとき爆発によって生じるガスが、導電性ワイヤ32（図2B）又は並列の複数の導電性ワイヤを遮断する。
【００３９】
従って、セキュリティ機能は、自身のトリガ要素（一又は複数の導電性ワイヤ32）に作用する（及び破壊する）。従って、このため、電源部品2 のレベルで短絡の形態の故障が生じても、電気回路の開放が保証される。導体32、又は電気的に並列な複数の導体の機械的な遮断によって、故障が開回路をもたらすことが保証される。直列に接続されている複数の導体の場合、直列接続を遮断するだけで十分である。
【００４０】
そのため、部品及び電子回路が破壊される（セキュリティ機能は再設定可能ではない）ことに留意すべきである。しかしながら、これは対象の用途における所望の作用である。
【００４１】
火工材料42は、少なくとも火工式作用によって遮断される導体32のレベルに設けられていることが好ましい。このため、火工材料42の効果が高められ得る。
【００４２】
更に、ガスの作用を最適化するために、図４に関連して以下に示されているように、組立体が閉じた筐体内に置かれていることが好ましい。
【００４３】
火工材料は、以下の特性の全て又は一部を有するように選択されていることが好ましい。
【００４４】
−  火工材料は、様々な導電性領域を覆う又は連結するので、電気絶縁体であること。
より具体的には、火工材料によって生じるリーク電流は、部品自体のリーク電流を超えるべきではない。
【００４５】
−  部品の動作温度に相当する均一な温度でトリガしないこと。
およそ150 ℃より高く、好ましくはおよそ300 ℃より高い温度でトリガする火工材料が選択されていることが好ましい。本発明者は、故障が一般におよそ500 ℃を超える温度でホットスポットをもたらすということを実際に観察している。火工材料が500 ℃又は600 ℃未満でトリガしないということは、そうしなければセキュリティ機能を不適切なときにトリガする危険性がある、300 〜400 ℃の範囲内の温度を一般に発生させる、部品の半田付け工程の前に、部品に火工材料を成膜し得るという利点を有する。
【００４６】
−  著しいリーク電流の発生を回避するために、火工層の不燃堆積物が十分に絶縁していること。
【００４７】
−  数百ミリセカンドから数百マイクロセカンド未満で、表面積が数平方マイクロメートルのホットスポットによってトリガ可能であること。
【００４８】
火工材料の一体化は、導体32の電気接点22との溶接後、部品又は回路の製造の最後に行われることが好ましい。
【００４９】
部品上で広げて上記の一又は複数の導体32を挿入するために、火工材料を液状又はペースト状で成膜することが好ましい。火工材料は、例えば数マイクロメートルの厚さで成膜されている。
【００５０】
具体的な実施形態として、その後の製造工程（例えば、その後の工程用の低温の半田の場合）、特には部品の封止と適合するという条件では、160 〜170 ℃の範囲内の温度で発火するニトロセルロースのニスが使用されてもよい。
【００５１】
別の例によれば、火工材料は、発火温度がおよそ573 ℃であるグリシジルアジドポリマー（GAP ）のファミリーからのポリマーである。
【００５２】
記載された実施形態によれば、この火工材料は、部品全体又は部品のある領域のみを覆っている。
【００５３】
図３は、火工式セキュリティ機能を備えた電源部品の別の実施形態を示す平面略図である。
【００５４】
この実施形態によれば、火工式セキュリティデバイス4 は、火工材料層42に加えて、火工材料層42及び一又は複数の導体32間に硬質の中間要素44を備えている。火工材料42が爆発して導体の遮断を容易にする場合、中間要素44が発射体として使用される。中間要素44は、火工材料に配置され、例えば（火工材料が液状のニスの形態で成膜される場合には容易な方法として）接着されて、切断すべき一又は複数の導体に置かれることが好ましい。中間要素44は、図３に示されているように１つの部品であってもよく、又は複数の発射体から形成されてもよい。中間要素44は、通常動作で導体32間の短絡が生じるというあらゆる危険性を回避するために絶縁性を有することが好ましい。
【００５５】
図４は、火工式セキュリティ機能を備えた電源部品の更に別の実施形態を、様々な変形例で示す断面略図である。
【００５６】
この実施形態は、電子回路、特に電源部品2 を覆う包装体6 を特徴とする。
【００５７】
図４の例では、電源部品2 は、例えば銅から形成されている一又は複数の導電性トラック34によって、包装体6 の外側に延びている接続タブ35に接続されていると仮定する。例えば、トラック34は、電源部品又は裏面電極の接地面を形成している。更に、包装体の内部で、電源部品2 の上方の接点は、別の接続タブ37に接続された回路1 の銅のトラック36に導電性ワイヤ32によって接続されている。
【００５８】
図４の例では、接続タブ35を囲み、（また接続タブ35が包装体6 の内部に水平部分を有するときには接続タブ35の下を通る）ように、火工材料42が電源部品及び銅のトラック34のみに成膜されている。従って、火工材料42が活性化する際に、接続タブ35及びワイヤ32が遮断される。
【００５９】
図４の例では、硬質の中間要素44が火工材料層42と一又は複数のワイヤ32との間に更に設けられている。
【００６０】
尚、硬質要素が発射体として設けられている実施形態では、この硬質要素の発射を可能にすべく、包装体6 が少なくともこの硬質要素の近傍で空いていることに留意すべきである。
【００６１】
図示されていない変形例によれば、包装体は完全に充填されている。例えば、電源部品2 、火工材料42及びワイヤ32の組立体が、封止樹脂（例えばエポキシ樹脂）に埋め込まれている。この場合、中間要素44は効果をもたらさない。しかしながら、ワイヤ32が樹脂に埋め込まれていることにより、包装体を破壊する火工式トリガが生じるとき、樹脂に埋め込まれたワイヤ32が効果的に引き裂かれる。
【００６２】
図４に示されている変形例によれば、接続タブ35の遮断を容易にするために、接続タブ35は弱化領域352 、例えばノッチを有する。しかしながら、接続タブ35が通常動作の電流を伝導することができる部分を維持するように、ノッチは設けられるべきである。接続タブ35による包装体6 の交差部分が、場合によっては硬い接続部であってもよい。このため、火工作用が生じるときの遮断が容易になる。
【００６３】
図示されていない別の変形例によれば、火工材料42は、包装体6 の内部で回路1 全体に亘って設けられている。
【００６４】
図５は、火工式セキュリティ機能を備えた電源部品の更に別の実施形態を示す断面略図である。
【００６５】
この実施形態によれば、２つの回路1 ，1'がボールグリッドアレイ（BGA ）によって接続されている。ボール間の間隔、好ましくは回路1 及び回路1'間の間隔が火工材料で充填されている。従って、この火工材料は、部品の保護を確保しながら部品の封止のために使用されている。
【００６６】
記載された実施形態の利点は、セキュリティのトリガが特に速いということである。
【００６７】
別の利点は、制御回路が設けられていないことにより確実な作動が保証されているということである。実際、トリガが熱のみによるものであるので、電子故障がこのトリガを妨げる危険性がない。
【００６８】
別の利点は、セキュリティデバイスの形成が特に容易であるということである。
【００６９】
具体的な実施形態として、火工材料の厚さは、10〜100 マイクロメートルの範囲内である。
【００７０】
様々な実施形態が述べられている。様々な変更、調整及び改良が当業者に容易に想起される。特に、記載された実施形態の実際的な実施は、既存の火工材料を使用して上記の機能的な表示に基づいた当業者の技能の範囲内である。
【図１Ａ】
2017022089.tif 000003
【図１Ｂ】
2017022089.tif 000004
【図２Ａ】
2017022089.tif 000005
【図２Ｂ】
2017022089.tif 000006
【図３】
2017022089.tif 000007
【図４】
2017022089.tif 000008
【図５】
2017022089.tif 000009
【外国語明細書】
2017022089.tif 000010
2017022089.tif 000011
2017022089.tif 000012
2017022089.tif 000013
2017022089.tif 000014
2017022089.tif 000015
2017022089.tif 000016
2017022089.tif 000017
2017022089.tif 000018
2017022089.tif 000019
2017022089.tif 000020
2017022089.tif 000021
2017022089.tif 000022
2017022089.tif 000023
【図１Ａ】
2017022089.tif 000024
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2017022089.tif 000026
【図２Ｂ】
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【図３】
2017022089.tif 000028
【図４】
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【図５】
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