TWI260664B - New structure of overcurrent protection device and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

1260664 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種過電流保護元件的製造方 法，特別是指以導線架（Lead_frame)與外部纏 繞金屬線之陶瓷纖維導線（Ceramic Fiber Wire) 形成主體結構，再將整個導線部份之外部塗佈絕 緣隔熱材料（Heat isolating material )，然後披覆 具有電氣絕緣特性（Electrical Insulation Characteristic)的耐燃材料（Flame Retardation Matehal)而製成之過電流保護元件者。 【先前技術】 使用於通訊設備中之過電流保護元件，較常 見者為通訊設備保護用熔斷式保險絲 (Telecommunication Equipment Protection Fusible Fuse : TCP)或稱為通訊設備保護用模組 (Telecommunication Equipment Protection Module : TCPM ) 〇 習見以熔斷式保險絲來避免因為電流過高而 導致通訊設備的損壞的過電流保護元件，其品質 要求必需相當高。一般之該種炫斷式保險絲過電 流保護元件，係於一基材表面纏繞金屬線後’然 後以錫片與外部電極連接，再以抽真空灌鈍氣放 入陶瓷管内所形成，惟如此之構造’在製造時’ 1260664 尚必需利用特殊爐具 與外部電極連接，由 陶瓷纖維導線需使用 其製造不容易控制， 之限制。 方可抽真空灌鈍氣並使錫片 於電極與内部纏繞金屬線之 錫片利用高溫溶解後連接使 其製作方式生產良率有一定 上迷之 熔斷式保險絲之過電流保護元 件’其陶兗管内灌有惰柯备姆 、 頁N丨生乳肢。故此種熔斷式保 險、糸之過電流保罐开γ土 电々,L保邊70件，若在使用時有突發性之 ★广1電流會因内部惰性氣體瞬間膨脹而使陶瓷 官爆裂造成使用上之潛在危險。 【發明内容】 ―有I於習I上述炫斷式保險絲之過電流保護 疋件所具有之上述缺點，本發明即旨在提供一種 過電流保護元件之新構造及其製造方法，依本發 月之此種過電流保護元件，其不需惰性氣體不需 錫片與外部電極連接，故製造時，製造方式簡易 製程容易控制良率容易掌握降地其製造成本，此 為本發明之一目的。 依本發明之此種過電流保護元件，其係以導 線架與外部纏繞金屬線之陶瓷纖維導線構成主體 結構，再將整個主體外部塗佈絕緣隔熱材料，然 後披覆具有電氣絕緣特性的耐燃材料，其品質停 良而穩定’並可適用於許多特殊的地方，此為^ 1260664 發明之又一目的。 依本發明之此種過電流保護元件，其上述的 構成不會因為高電壓、高電流通過時所產生的大 量熱能使得表面的金屬層材料產生熔融的現象而 造成短路的情形，此為本發明之再一目的。 ，至於本發明之詳細構造、製造方法以及其他 目的與功效’則參照下列依附圖所作之說明，即 _ 可得到完全的了解。 【實施方式】 本發明之此種過電流保護元件之新構造及其 ‘造方法，以通訊設備保護用溶斷式保險絲為 例，如第1、2圖所示，基本上是由導線架u (Lead-frame)與外部纏繞金屬線13之陶竞纖維 導線12( Ceramic Fiber Wire)形成主體1〇結構， 鲁 再將整個導線部份外部塗佈絕緣隔熱材料14 (Heat isolating material)等絕緣材料，然後利 用射出成型（Injection Molding)或是熱壓成型 (Hot Pressing)來進行披覆具有電氣絕緣特性 (Electrical Insulation Characteristic)的耐燃材 料 15 ( Flame Retardation Material)。 使用陶瓷纖維做為導線基體的目的係，當t 屬層因為高電壓，高電流通過時產生的大量熱能 會使表面的金屬層材料開始產生熔融的現象，可 7 1260664 以將這些熔融的金屬液體予以吸附，避免造成短 路（short circuit)的問題發生。 本發明之過電流保護元件，其生產方式可以 是採用批次式（Batch type )或自動化連續式 (Automatic Continuous type)者，茲以實施例 言事述如后· [實施例1 ] 以批次式（Batch type)生產的步驟如下：

1 ·將已經完成金屬線纏繞陶瓷纖維導線與導線架 放置於預先定製尺寸規格的模具中，並令導^ 架與纏繞著陶瓷纖維的導線相接； 2·導線部份外部塗佈絕緣隔熱材料（以以 isolating material)等絕緣材料以後，利用熱 壓成型的方式來製作成具有導線架與外部纏繞 金屬線之陶究纖維導線主冑的過t流保護元 件； 3.在製作過程中必須進行抽氣動作使形成真空狀 態，一方面將水份與加熱過程中因為受熱而產 生裂解的小分子材料得以散逸出去，避免造成 殘留在披覆材料結構層當中形成空洞（Void) 影響成品的主體結構強度，另—方面可以避免 因為水份殘留在披覆材料結構層當中，影響成 品的電氣絕緣特性。 8 1260664 此時所選用的塑膠材料必須是屬於押出成型 (Extrusion )等級的塑膠材料，為能同時兼顧到 調配的配方材料在加工模具當中的流動特性與成 品的結構強度要求，塑膠材料的熔融指數（Me|t Index)必須要在0.3〜ΐ·〇範圍内為最佳。 [實施例2] 以自動化連續式（Automat丨c continuous type)生產的步驟如下： 1·將已經完成金屬線纏繞陶瓷纖維導線與導線 架放置於預先定製尺寸規格的捲軸型載體 (Carrier)當中，並令導線架與纏繞著陶瓷纖 維的導線相接； 2.導線部份外部塗佈絕緣隔熱材料（ isolating material)等絕緣材料以後，利用射 出成型搭配自動送料機構的方式來製作成具 有導線架與外部纏繞金屬線之陶瓷纖維導線 ^體的過電流保護元件，而模具必須設計有逃 氣孔，讓成品製作的過程當中能夠進行排氣動 作，一方面將水份與加熱過程中因為受熱而產 生裂解的小分子材料得以散逸出去，避免造成 殘留在彼覆材料結構層當中形成空洞（v〇id) 影響成品的主體結構強度，另—方面可以避免 因為水份殘留在坡覆材料結構層當中，影響成 1260664 品的電氣絕緣特性。 此時所選用的塑膠材料則必須是屬於射出成 型（Injection Molding )等級的塑膠材料。為了能 同時兼顧到調配的配方材料在加工模具當中的流 動特性與成品的結構強度要求，塑膠材料的熔融 指數（Melt Index)必須要在3〜8範圍内為最佳。 適用的塑膠材料包括有聚丙烯 ·( Polypropylene : PP)，高密度聚乙烯（High Density Polyethylene : HDPE)，聚苯乙烯 (Polystyrene : PS )，聚丙烯腈-苯乙烯 (Aery丨nitrile-Styrene ·· AS)，聚丙烯腈-丁 二烯-苯乙烯（Acrylnitrile-Butadiene-Styrene : ABS)， 聚碳酸酯（Polycarbonate : PC)，PC/ABS 合膠， 聚酯（PET/PBT)，聚醚（Poly-phenyl-oxide : PP0， Poly-phenyl-ether: PPE)，聚苯石風 • ( Poly-phenyl-sulfone ·· PPS)，聚醯胺 (Polyamide : PA6，PA66 )，聚亞醯胺（Polyimide : PI )，液晶高分子聚合物（Liquid Crystal Polymers : LCP)等等。 、為增進彼覆材料的結構強度，可以加入適當 的短玻璃纖維束（Chopped Glass Fiber)材料來 做為補強。 由於披覆材料的配方當中加入了玻璃纖維， 10 1260664 在力工成型的過程中會有表面浮纖的現象發生， ' $ 了改°外觀與規袼印刷的方便性，可以在披覆 材料的配方當中加入少量的染色用碳黑（carb〇n

BlaCk)或疋直接使用色母粒（Color Master_batch Pellet)來進行染色動作，但必須注意添加量以免 過夏會影響到披覆材料的電氣絕緣特性。 為了增進披覆材料的耐燃特性，使能夠達到 • 防火測試標準（UL94V2〜V0等級標準），可以加 入適當的電弧控制劑（Arc_c〇ntr〇丨丨jng agents)， 适些材料在缺乏氧氣的狀態下受到加熱時會產生 氣體狀態的副產品（gase〇us by_p「〇dUCt)，像是 H2〇，C〇2，N2等等；例如水合化金屬氧化物 (Hydrated Metal Oxide)，或其他水合化無機物 (Hydrated inorganic material )，特別是含有三 分子結晶水之氫氧化銘，或是含有二分子結晶水 鲁 之氫氧化鎮。 又’為了增進披覆材料的電氣絕緣特性，可 以加入適當的填充物（Filler)，如碳酸鈣 (CaC03)，黏土（ Clay)，滑石粉（Talc)，雲母 粉（Mica )，高嶺土（ Kaolin )，白煙（silica )，舞 矽石（Wollastonite)等等，另外為促進填充物 (Filler)的分散效果與塑膠基材間的接著性可以 加入適當的偶合劑（Coupling Agent)。 11 1260664 於整體的加工過程中，為了促進配方材料的 加工穩定性（Processing Stability)會加入少量的 添加物（Additives)，例如抗氧化劑 (Antioxidant)，潤滑劑（Lubricant)如堪（Wax) 或是硬脂酸鹽類，如硬脂酸鈣（Calcium Stearate) 等等。 為使此種產品能夠適用在更高電壓工作狀況 下（Vmaxg 600 Volts)，依然能夠發揮其保護元 件（Protection Devices)的功效；可以在披覆材 料中採用過氧化物（Peroxide)，其遇熱會分解產 生自由基（Free Radicals)去攻擊塑膠材料的主 鍊’形成交聯架橋作用（Cross-linking)或是石夕氧 烷遇水分解產生交聯架橋作用，也有利用電子束 (Electron Beam)照射或是使用c〇 6〇放射源 (Irradiation Source)產生的伽碼射線（r-ray) 照射產生父聯架橋作用，用來提升耐受高電壓的 工作特性；照射劑量只需要控制在3〇 Mrad (含） 以下，即可達到此項電氣特性要求，也可加入含 有多官能基的架橋助劑如三丙烯基異三聚氰酸醋 (Tria丨丨yl-isocyanurate : TAIC)，來強化交聯架橋 效果。 披覆材料的配方範例為： 60 wt°/〇 高密度聚乙烯（HDPE) 12 1260664 短玻螭纖維束（Chopped G丨ass Fiber) 15 wt% 電弧控制劑（A「c_contr〇mng agent) 25 wt% 抗氧化劑（Antioxidant) 1 wt% 潤滑劑（Lubricant) 3 phr 架橋助劑（TAIC) 3 phr 偶合齊J 3 phr 本發明上述的過電流保護元件，其因為具有 導線架，故使用時，可以直接固定在電路板上的 固定位置，無需先於電路板上之電路的固定位置 上先固定支架，再將元件之主體焊接於支架上的 步驟，故可提高過電流保護元件的利用性；而本 發明之主體外部披覆絕緣隔熱材料（Heat isolating material)之絕緣材料，絕緣特性很好， 且其使用陶瓷纖維作為導線之基體可以在當陶瓷 纖維表面所纏繞的金屬線因為高電壓、高電流通 過時產生的大量熱能而造成表面金屬線的熔融現 象予以吸附，避免造成短路的現象，其整體構造 ，製造之方法均為從來所無，合於專利法之規 定，懇請賜准專利，實為德便。 ，地有乃疋本專利較佳具 實施例，若依本創作之構想所作之改變，其產 ::此作用，仍未超出說明書與圖示 神時，均應在本創作之範圍内，合予陳明盖之 13 1260664 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明之立體圖。 第2圖為本發明之縱截面圖。 附件：本案之實體參考圖。 【主要元件符號說明】 10 ··主體 11 :導線架 12 :陶瓷纖維導線 13 :金屬線 14 :絕緣隔熱材料 15 ·财燃材料 14

Claims (1)

1260664 十、申凊專利範圍： 1. 一種過電流保護元件之製造方法，該過電流 保護元件’係以導線架（Lead-frame)與外 部纏繞金屬線之陶瓷纖維導線（Ceramic Fiber Wire)形成主體結構，再將整個導線部 伤外部塗佈絕緣隔熱材料（Heat isolating material)等絕緣材料，然後彼覆具有電氣絕 緣特性（Electrical Insulation Characteristic) 的耐燃材料（Flame Retardation Material) 所構成者。 2·如申請專利範圍第丄項之方法，其中所述之 彼覆係指以射出成型（Injectj〇ri Molding )或 是熱壓成型（Hot Pressing)方式來進行。 3·如申請專利範圍第2項之方法，其生產方式 可以是採用批次式（Batch type)或自動化連 續式（Automatic Continuous type)。 4·如申請專利範圍第3項之方法，其中以批次 式（Batch type)生產的步驟如下： a.將已經完成金屬線纏繞陶瓷纖維導線的導 線架放置於預先定製尺寸規格的模具中； b·導線部份外部塗佈絕緣隔熱材料（Heat isolating material)等絕緣材料以後，利 用熱壓成型的方式來製作成具有導線架與 外部纏繞金屬線之陶瓷纖維導線主體的過 15 1260664 電流保護元件； • c·在製作過程中進行抽氣動作使形成真空狀 態，以使水份散逸。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中所選用 之塑膠材料的熔融指數（Me丨t Index)以0.3 〜1·〇範圍内為較佳。 6·如申請專利範圍第3項之方法，以自動化連 # 續式（Aut〇matic Continuous type)生產的 步驟如下： a·將已經完成金屬線纏繞陶瓷纖維導線的導 線架放置於預先定製尺寸規格的捲軸 (Carrier)當中； b·導線部份外部塗佈絕緣隔熱材料（Heat isolating material)等絕緣材料以後，利 用射出成型搭配自動送料機構的方式來製 •作成具有導線架與外部纏繞金屬線之陶瓷 纖維導線主體的過電流保護元件，於模具 上設有逃氣孔，使成品製作過程當中能夠 排氣。 ^ 7·如申請專利範圍第6項之方法，其中所選用 之塑膠材料的熔融指數（Melt Index)以3〜 8範圍内為較佳。 如申請專利範圍第6項或第7項之方法，直 16 1260664 中所適用之塑膠材料得為聚丙烯 (Polypropylene : PP)，高密度聚乙烯（High Density Polyethylene : HDPE)，聚苯乙烯 (Polystyrene: PS)，？炎丙烯腈-苯乙烯 (Aery 丨 nitrile-Styrene : AS)，聚丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯 (Acrylnitrile-Butadiene-Styrene: ABS)，聚 碳酸酯（Polycarbonate : PC )，PC/ABS 合膠， 聚酯（PET/PBT)，聚醚（Poly-phenyl-oxide : PPO，Poly-phenyl_ether ·· PPE)，聚苯石風 (Poly-phenyl-sulfone: PPS)，聚醯胺 (Polyamide ·· PA6，PA66 )，聚亞醯胺 (Polyimide: PI)或液晶高分子聚合物 (Liquid Crystal Polymers : LCP) 〇 9·如申請專利範圍第1項之方法，其中加入有 適當的短玻璃纖維束（Chopped Glass Fiber) 材料來做為補強者。 10·如申請專利範圍第1項之方法，其中加入有 染色用黑煙（Carbon B丨ack)或色母粒（Color Master-batch Pellet)以進行染色動作者。 11·如申請專利範圍第1項之方法，其中加入有 電弧控制劑（Arc-contro丨丨ingagents)以增 強防火效果。 17 1260664 12·如申請專利範圍第1項之方法，其中加入有 碳酸鈣（CaC03)，黏土（clay)，滑石粉（丁ak)， 雲母粉（Mica)，高嶺土（Ka〇||n)，白煙 (S山ca)’鈣矽石（w〇丨丨ast〇njte)等填充物 (Filler)，以增強電氣絕緣特性。 、 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中加入有 偶合劑（Coupling Agent)以促進填充物 (Filler)的分散效果與塑膠基材間的接著性。 14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中加入有 少量的添加物（Additives)，例如抗氧化劑 (Antioxidant)，潤滑劑（Lubricant)如蠟 (Wax)或是硬脂酸鹽類如硬脂酸約（Ca|d_ Stearate)等，以促進配方材料的加工穩定性 (Processing Stability) 〇 15·如申請專利範圍第12項之方法，其中加入有 過氧化物（Peroxide)，利用過氧化物 (Peroxide)遇熱會分解產生自由基（Free Radicals)去攻擊塑膠材料的主鍊形成交聯架 橋作用（Cross-丨丨nking)或是矽氧烷遇水分解 產生交聯架橋作用，使在更高電壓工作狀況 下（Vmax2 600 Volts)，依然能夠發揮其保 護元件（Protection Devices)的功效。 16.如申請專利範圍第is項之方法，亦可利用電 18 1260664 子束（Electron Beam)照射或是使用Co 60 放射源（Irradiation Source)產生的伽碼射 線（r -「ay)照射產生交聯架橋作用，用來提 升耐受高電壓的工作特性。 17.如申請專利範圍第16項之方法，其中照射劑 量以控制在30 Mrad (含）以下為較佳。 18·如申請專利範圍第15項或第16項之方法， 其中加入含有多官能基的架橋助劑如三丙烯 基異三聚氰酸酯（Triallyl-isocyanurate : TAIC)，來強化交聯架橋效果。 19_如申請專利範圍第1項之方法，其中所使用 之披覆材料配方：高密度聚乙烯（HDPE) 60 wt% ;短玻璃纖維束（Chopped Glass Fiber) 15 wt〇/〇 ;電弧控制劑（Arc-controlling agent) 25 wt% ;抗氧化劑（Antioxidant) 1 wt% ; 潤滑劑（Lubricant) 3 ph「；架橋助劑（TAIC) 3 phr 〇 19