CN101174520A - 保护元件 - Google Patents
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Abstract
一种保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，通过发热体的发热使低熔点金属体熔断，在使电流通过低熔点金属体的一对电极间，在低熔点金属体中形成薄壁部，以便当发热体发热时将该低熔点金属体的至少一部分的横截面划分为大于等于两个的独立截面；在该低熔点金属体中央部分配置设在该一对电极间的电极。此保护元件是缩短了工作时间并且稳定化的保护元件。
Description
本申请属分案申请，其母案的申请号为200380107610.1。该母案的申请日为2003年12月5日。
技术领域
本发明涉及一种在异常时使发热体发热并使低熔点金属体熔断的保护元件。
背景技术
作为不仅能够防止过电流还能够防止过电压、对便携用电子设备的二次电池等有用的保护元件，公知有在基板上层叠或平面配置发热体和低熔点金属体的保护元件(日本专利第2790433号、特开平10-116549号公报)。对于此类型的保护元件，异常时，对发热体进行通电，通过使发热体发热来使低熔点金属熔断。
近年来，伴随便携用电子设备的高性能化，对于上述的保护元件，要求提高额定电流。为了提高保护元件的额定电流，一般考虑通过增大低熔点金属体的厚度或宽度，而使其截面积增大、从而使电阻降低。但是，增大低熔点金属体的截面积时，就会产生所谓的当过电流或过电压时切断电流所需工作时间变长的问题。此外，使低熔点金属体的厚度增加，这与元件薄型化的要求也是矛盾的。
并且，对于上述保护元件，存在所谓从通过发热体的发热使低熔点金属体成为熔融状态到熔断的时间不稳定的问题，提出在低熔点金属体和熔断有效电极面积上需保持规定的关系等(特开2001-325869号公报)。
本发明的目的在于，提供一种保护元件，该保护元件在基板上具有发热体和低熔点金属体，通过发热体的发热使低熔点金属体熔断，其中为了提高额定电流，即使在增大低熔点金属体的截面积的情况下，也能够缩短工作时间，并且使从发热体的发热到熔断的时间稳定。
发明内容
本发明者发现：通过在使电流通过低熔点金属体的一对电极间，设置大于等于两条的低熔点金属体，从而当将该电极间的低熔点金属体的横截面划分为大于等于两个的独立截面时，就使低熔点金属体中的熔断开始点增加，使工作时间缩短，并且使工作时间稳定。
即，本发明提供一种保护元件，该保护元件在基板上具有发热体和低熔点金属体，通过发热体的发热使低熔点金属体熔断，其特征在于，在使电流通过低熔点金属体的一对电极间，将低熔点金属体的至少一部分横截面实质上划分为大于等于两个的独立截面。
在此，所谓低熔点金属体的横截面是与流过该低熔点金属体的电流方向垂直的低熔点金属体的截面。
此外，所谓低熔点金属体的横截面实质上被划分为大于等于两个的独立截面，不仅是指将低熔点金属体的横截面在发热体的发热前被划分为大于等于两个的独立截面的情况，而且也指发热体的发热前为一个连续区域的截面但由于发热体的发热而快速地被划分为大于等于两个的独立截面的形状的情况。
本发明还包括：
一种保护元件，其特征是，该保护元件在基板上具有发热体和低熔点金属体，通过发热体的发热使低熔点金属体熔断；
在使电流通过低熔点金属体的一对电极间，将低熔点金属体的至少一部分横截面实质上划分为大于等于两个的独立截面，在低熔点金属体中央部分配置电极；
在使电流通过低熔点金属体的一对电极间，设置大于等于两条的低熔点金属体。
附图说明
图1A是本发明的保护元件的平面图，图1B是其剖面图。
图2是本发明的保护元件的熔断开始时的平面图。
图3A～E是本发明的保护元件的制造工序图。
图4是使用本发明的保护元件的过电压防止装置的电路图。
图5是本发明的保护元件的平面图。
图6是本发明的保护元件的熔断开始时的平面图。
图7是本发明的保护元件的平面图。
图8是本发明的保护元件的平面图。
图9是本发明的保护元件的熔断开始时的平面图。
图10A是本发明的保护元件的平面图，图10B及图10C是其剖面图。
图11是本发明的保护元件的熔断开始时的剖面图。
图12A是本发明的保护元件的平面图，图12B是其剖面图。
图13是使用本发明的保护元件的过电压防止装置的电路图。
图14A是现有的保护元件的平面图，图14B是其剖面图。
图15是现有的保护元件的熔断开始时的平面图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明。再有，各图中，相同符号表示相同或同等的结构元件。
图1A是本发明的一种方式的保护元件1A的平面图，图1B是其剖面图。此保护元件1A具有在基板2上依次层叠发热体6、绝缘层5及低熔点金属体4的结构。在此，低熔点金属体4由宽度Wa、厚度t、长度L的第一平板状低熔点金属体4a和与此平板状低熔点金属体4a相同的宽度Wb、厚度t、长度L的第二平板状低熔点金属体4b这两条构成，它们的两端分别连接到电极3a、3c，中央部分连接到电极3b。
当这样作为这种低熔点金属体4，水平并列配置两条的平板状低熔点金属体4a、4b时，在发热带6发热的情况下，分别使两条平板状低熔点金属体4a、4b熔融，首先，如图2所示，位于电极3a和电极3b之间、电极3b和电极3c之间的、平板状低熔点金属体4a、4b两侧边的中央部分(总计8处)为熔断开始点P，自此熔断点P开始如箭头标记那样，平板状低熔点金属体4a、4b开始收缩。接着，由于表面张力，低熔点金属体在电极3a、3b或3c上变为球状，熔断开始点P的收缩变大，从而在4处熔断。
相对于此，如图15的保护元件1X所示，作为低熔点金属体，当设置厚度t和长度L与上述平板状低熔点金属体4a、4b相同、宽度W等于平板状低熔点金属体4a、4b的宽度Wa与Wb的和(即，横截面的截面积等于低熔点金属体4a、4b的横截面的截面积的和，额定电流(熔断器电阻值)与图1A的保护元件1A相同)的一条低熔点金属体4′时，此低熔点金属体4′，在发热体6的发热时，如图15的箭头标记所示，从4处的熔断开始点P开始收缩、熔断。
因此，如图1A的保护元件1A所示，通过将低熔点金属体4的横断面划分为第一平板状低熔点金属体4a的横截面和第二平板状低熔点金属体4b的横截面两个区域，就增加了熔断开始点P，此外，因为熔融的低熔点金属体4在电极3a、3b或3c上容易流动，所以缩短了工作时间。
并且，一般地，根据成为低熔点金属体4的基底的绝缘层5的表面状态等，低熔点金属体的熔断时间会有变动，如图1A的保护元件1A所示，当在所谓电极3a和电极3b、或电极3b和电极3c的一对电极间设置两条平板状金属体4a、4b时，在一对电极体间两条之中的一个平板状低熔点金属体熔断时，在残留的平板状低熔点金属体中，由于流过一个平板状低熔点金属体熔断前电流加倍的电流，所以加速熔断残留的平板状低熔点金属体。因此，减少保护元件1A的工作时间的偏差。
此外，对于熔断后聚集在电极3a、3b或3c上的低熔点金属体4的厚度来说，图1A的保护元件1A比图15的保护元件1X要薄。因此，使一对电极间的低熔点金属体为两条的图1A的保护元件1A能够推进元件的薄型化。
图1A的保护元件1A，例如能够按图3A～图3E所示来进行制造。首先，在基板2上形成发热体6用的电极(所谓枕电极)3x、3y(图3A)，接着，形成发热体6(图3B)。例如通过印刷氧化钌类膏，经烧结来形成此发热体6。接着，按照要求，为调节发热体6的电阻值，利用准分子激光器等对发热体6进行休整之后，形成绝缘层5以便覆盖发热体6(图3C)。接着，形成低熔点金属体用的电极3a、3b、3c(图3D)。并且，设置两条平板状低熔点金属体4a、4b以便桥接到此电极3a、3b、3c(图3E)。
在此，可使基板2，电极3a、3b、3c、3x、3y，发热体6，绝缘层5，低熔点金属体4的形成材料和其自身的形成方法与现有例子相同。因此，例如，对于基板2而言，能够使用塑料薄膜、玻璃环氧树脂基板、陶瓷基板、金属基板等，优选使用无机类基板。
例如，涂敷由氧化钌、碳黑等导电材料和水玻璃等无机类粘合剂或热硬化树脂等有机类粘合剂构成的电阻膏，按照要求通过烧结就能够形成发热体6。此外，发热体6也可通过例如印刷、电镀、蒸发、溅射氧化钌、碳黑等薄膜来形成，也可通过例如粘贴、层叠这些薄膜来形成。
作为低熔点金属体4的形成材料，能够使用现有的作为保险丝材料使用的各种低熔点金属体，例如，可以使用特开平8-161990号公报第[0019]段表1中记载的合金。
作为低熔点金属体用的电极3a、3b、3c，可以使用铜等金属单体或表面用Ag-Pt、Au等电镀的电极。
作为图1A的保护元件1A的使用方法，例如，如图4所示，由过电压防止装置所利用。在图4的过电压防止装置中，在端子A1、A2，连接例如锂离子电池等被保护装置的电极端子，在端子B1、B2，连接用于连接被保护装置的充电器等装置的电极端子。根据此过电压防止装置，进行锂离子电池的充电，当对齐纳二极管D施加击穿电压以上的反电压时，突然流过基极电流ib，由此，大的集电极电流ic流到发热体6，发热体6发热。此热传递到发热体6上的低熔点金属体4，使低熔点金属体4熔断，可防止在端子A1、A2上施加过电压。此外，此情况下，由于低熔点金属体4分别在电极3a和电极3b之间、及电极3b和电极3c之间熔断，因此熔断后就完全切断了向发热体6的通电。
本发明的保护元件能够制成各种方式。保护元件的工作特性上，虽然两条低熔点金属体4a、4b的间隔宽好，但如图5所示的保护元件1B所示，也可使两条平板状低熔点金属体4a、4b相接触来加以配置。这样即使两条平板状低熔点金属体4a、4b相接触，发热体6发热时，如图6所示，由于从8处的熔断开始点P开始熔断，所以缩短工作时间，可减少工作时间的偏差，能够实现元件的薄型化。
图7的保护元件1C，替代图1A的两条平板状低熔点金属体4a、4b，设置四条平板状低熔点金属体4c、4d、4e、4f的保护元件，以使它们的总横截面积与图1A的两条平板状低熔点金属体4a、4b的总横截面积相等。
如此，通过增加低熔点金属体4的横截面的划分数量，进一步缩短工作时间，此外还能够抑制工作时间的偏差。在本发明中，对划分低熔点金属体的横截面的数量没有特别地限制。
图8的保护元件1D，是在电极3a和电极3b、及电极3b和电极3c之间，为了能够将低熔点金属体4的横截面划分为两个区域，而在这些电极间在低熔点金属体4上设置在电流流动方向延伸的缝隙7的保护元件。
利用这样形成的缝隙7，在发热体6发热时，由于低熔点金属体4如图9所示从8处的熔断开始点P按箭头标记所示开始收缩，所以缩短工作时间，可减少工作时间的偏差，能够实现元件的薄型化。
再有，即使在利用缝隙将低熔点金属体的横截面划分为独立的区域的情况下，也不特别限制其划分的数量。
图10A的保护元件1E是：在发热体6发热前，低熔点金属体4的横截面由一个连续区域构成，通过在低熔点金属体4的中央部分设置在电流流动方向延伸的槽8，并使此部分的低熔点金属体4成为薄壁，在发热体6发热时，如图11所示，快速地被划分为两个独立截面。划分为两个独立截面后，与图1A的保护元件作用相同。
本发明的保护元件，并不限定于低熔点金属体分别在所谓电极3a和电极3b、及电极3b和电极3c两对电极间熔断，按照其用途，也可构成为仅在一对电极间熔断。例如，在图13所示的电路图的过电压防止装置中使用的保护元件，如图12A所示的保护元件1F所示，能够构成省略电极3b的结构。在此保护元件1F中，在一对电极间3a、3c设置两条平板状低熔点金属体4a、4b。
另外，在本发明的保护元件中，各低熔点金属体4的形状不限定于平板状。例如，也可为圆棒状。此外，低熔点金属体4不限定于经由绝缘层5层叠在发热体6上的情况。也可平面配置低熔点金属体和发热体，通过发热体的发热来使低熔点金属体熔断。
此外，根据本发明的保护元件，可以使用4，6-尼龙、液晶聚合物等压盖在低熔点金属体上。
实施例
下面，根据实施例具体说明本发明。
实施例1
按下面所示制作图1A的保护元件1A。作为基板2，准备氧化铝类陶瓷基板(厚度0.5mm、大小5mm×3mm)，对其印刷银-钯膏(杜邦(デユポン)公司制、6177T)，通过烧结(850℃、0.5小时)形成发热体6用电极3x、3y。
然后，印刷氧化钌类膏(杜邦公司制、DP1900)，通过烧结(850℃、0.5小时)形成发热体6。
此后，通过在发热体6上印刷绝缘玻璃膏以形成绝缘层5，进一步，印刷银-铂膏(杜邦公司制、5164N)，通过烧结(850℃、0.5小时)形成低熔点金属体用电极3a、3b、3c。以桥接该电极3a、3b、3c的方式，连接两条作为低熔点金属体4的焊料箔(Sn∶Sb＝95∶5、液相点240℃、宽度W＝0.5mm、厚度t＝0.1mm、长度L＝4.0mm)，获得保护元件1A。
实施例2
作为低熔点金属体4，除替代两条宽度W＝0.5mm的焊料箔使用四条宽度W＝0.25mm的焊料箔外，与实施例1相同，制作保护元件1C(图7)。
比较例1
作为低熔点金属体4，除替代两条宽度W＝0.5mm的焊料箔使用一条宽度W＝1mm的焊料箔外，与实施例1相同，制作保护元件1X(图14)。
实施例3
除设低熔点金属体的厚度t为0.3mm外，与实施例1相同，制作保护元件1A。
实施例4
除设低熔点金属体的厚度t为0.3mm外，与实施例2相同，制作保护元件1A。
比较例2
除设低熔点金属体的厚度t为0.3mm外，与比较例1相同，制作保护元件1X。
评价
对实施例1～4及比较例1、2的各保护元件的发热体施加4W的电力，测量从开始施加此电力到低熔点金属体熔断的时间(保险丝熔断时间)。
此外，针对实施例3、4及比较例2的保护元件，在低熔点金属体中流有12A的电流，测量通电后到低熔点金属体熔断的时间。结果用表1表示。
表1
| 低熔点金属体尺寸(单位：mm) 电阻条数 | 熔断时间(秒)发热体 低熔点金属体 |
| 宽W厚t长L(mΩ)(条) | 4W施加时12A通电时 | |
| 实施例1 | 0.5 0.1 4.0 10±1 2 | 12～16 |
| 实施例2 | 0.25 0.1 4.0 10±1 4 | 10～13 |
| 比较例1 | 1.0 0.1 4.0 10±1 1 | 15～25 |
| 实施例3 | 0.5 0.3 4.0 5±1 2 | 20～30 9～12 |
| 实施例4 | 0.25 0.3 4.0 5±1 4 | 15～18 8～11 |
| 比较例2 | 1.0 0.3 4.0 5±1 1 | 120秒未熔断 10～16 |
基于此结果表明，根据本发明的实施例，能够不改变额定电流(保险丝电阻值)，缩短发热体发热时的工作时间，并且能够抑制工作时间的偏差。此外，表明能够缩短在低熔点金属体中流有过电流时的工作时间，抑制该偏差。
产业上的利用领域
根据本发明的保护元件，该保护元件在基板上具有发热体及低熔点金属体，通过发热体的发热来使低熔点金属体熔断，该保护元件能够缩短工作时间并且使其工作稳定化。因此，由于提高额定电流，即使增大低熔点金属体的截面积也能够充分缩短工作时间，并且能够抑制工作时间的偏差。
Claims (1)
1.一种保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，通过发热体的发热使低熔点金属体熔断，其特征是，
在使电流通过低熔点金属体的一对电极间，在低熔点金属体中形成薄壁部，以便当发热体发热时将该低熔点金属体的至少一部分的横截面划分为大于等于两个的独立截面；
在该低熔点金属体中央部分配置设在该一对电极间的电极。
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