CN102239535A - 保护元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种保护元件，可将可熔性导体上的助熔剂稳定地保持在规定的位置，使异常时的可熔性导体可迅速且准确地熔断。该保护元件包含：可熔性导体13，其配置于绝缘性的基底基板11上，连接于保护对象设备的电力供给线路，并通过规定的异常电力而熔断；助熔剂19，其涂布在可熔性导体13表面；绝缘罩14，其覆盖可熔性导体13而安装在基底基板11上。并且，该保护元件包含由台阶部20a形成的凸条部20，该台阶部20a与可熔性导体13相对地形成在绝缘罩14的内面，与助熔剂19接触而将助熔剂19保持在规定的位置上。在可熔性导体13上，具备保持助熔剂19的孔部13a。

Description

保护元件

技术领域

本发明涉及一种在对电子设备等施加了过大的电流或电压时，可熔性导体因该热量而熔断，以阻断电流的保护元件。

背景技术

公知技术中，装载在二次电池装置等中的保护元件，不仅使用具有过电流防止功能的保护元件，也使用具有过电压防止功能的保护组件。该保护元件由下述形式构成，在基板上积层发热体及由低熔点金属体构成的可熔性导体，通过过电流使可熔性导体熔断，同时，在产生过电压的时候也可对保护元件内的发热体通电，以便通过发热体的热量而使可熔性导体熔断。可熔性导体的熔断是由于作为低熔点金属的可熔性导体在熔融时，对所连接的电极表面具有良好的湿润性而产生。熔融了的低熔点金属被吸引至电极上，其结果是可熔性导体被切断从而电流被阻断。

另一方面，随着近年来便携式设备等的电子设备的小型化，对此种保护元件也被要求小型化/薄型化，进而被要求动作的稳定性及高速化，作为其办法，有一种在绝缘基板上配置低熔点金属体的可熔性导体的同时，利用绝缘罩将其密封，并在可熔性导体上涂布助熔剂的办法。该助熔剂设置为，实现可熔性导体的表面的抗氧化的同时，在可熔性导体加热时可熔性导体可迅速且稳定地熔断。

作为这样的保护元件，有如图13所示的构造的产品。该保护元件在基底基板1上设有一对电极2，并在与电极2垂直相交的对向缘部也设有图中未示出的一对电极。在图中未示出的电极之间，设有由电阻体构成的发热体5，并通过绝缘层6设有与图中未示出的一对电极的其中之一连接的导体层7。在该保护元件中，在形成于基底基板1的两端上的一对电极2之间，设有由低熔点金属箔构成的可熔性导体3。可熔性导体3的中央部连接于导体层7。并且，与基底基板1上的可熔性导体3相面对地设有绝缘罩4。安装于基底基板1上的绝缘罩4相对于可熔性导体3覆盖，从而形成规定的空间8。在可熔性导体3上涂布有助熔剂9，助熔剂9被收纳至绝缘罩4内的空间8之内。

另外，如专利文献1所公开的那样，作为既能缩短因低熔点金属体熔断时的凝聚所造成的电路阻断时间，又能降低动作时间的不均匀的保护元件，有一种在使电流通过低熔点金属体的一对电极之间，设置两条以上的低熔点金属体，或设置在电极间方向形成有狭缝的低熔点金属体的产品。该保护元件，将该电极间的低熔点金属体区分为独立的状态，可增加低熔点金属体的熔断开始点，在缩短动作时间的同时实现稳定化。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-214032号公报

在低熔点金属的可熔性导体上设有助熔剂的保护元件中，助熔剂作为可熔性导体的抗氧化、以及作为在异常电流/电压下熔断的活性剂而起作用，助熔剂的保留状态会对动作速度造成影响。尤其是，在电子装置的制造步骤或废弃物处理过程中，为了减轻环境负担而使用不含溴(Br)等卤素成分的无卤素助熔剂的时候，由于此种助熔剂的活性较低，因此助熔剂的状态会较大地影响可熔性导体的熔断速度或稳定性。

即，如图14所示，在绝缘罩4中，可熔性导体3上的助熔剂9有时不会稳定地保持在空间8的中央部而左右偏移。在此时，会出现可熔性导体3的熔融金属容易流入可以保持助熔剂9的其他部位，而在助熔剂9不足的部分呈现可熔性导体3难以熔融的现象，从而存在到完全地熔断为止所要的时间将会延长的问题。

进而，如专利文献1所公开的发明那样，在形成有两条以上的低熔点金属体或形成有形成了狭缝的低熔点金属体的情况时，也会产生所述的无卤素助熔剂等的活性较低的助熔剂所造成的问题，进而，狭缝等的形成，在保护元件的制造上需要特殊模具，使得制造成本变高。

本发明有鉴于所述现有技术而完成，其目的在于，提供一种可将可熔性导体上的助熔剂稳定地保持于规定位置，在异常时可熔性导体可迅速且准确地熔断的保护元件。

发明内容

本发明提供一种保护元件，其包含：可熔性导体，该可熔性导体配置于绝缘性的基底基板上，连接于保护对象设备的电力供给线路，通过规定的异常电力而熔断；绝缘罩，该绝缘罩通过规定的空间覆盖所述可熔性导体并安装于所述基底基板上；以及助熔剂，该助熔剂涂布于所述可熔性导体表面且位于所述空间内；当对所述保护对象设备供给所述异常电力时，所述可熔性导体熔断而阻断该电流线路，其中，该保护元件包含：台阶部，该台阶部与所述可熔性导体相对地形成于所述绝缘罩的内面，与所述助熔剂接触而将所述助熔剂保持于所述空间内的规定位置，在所述可熔性导体上，形成有保持所述助熔剂的孔部。

所述可熔性导体的孔部是形成于所述可熔性导体中央部的通孔。所述台阶部形成于所述绝缘罩的内面，且由与所述可熔性导体的孔部相面对地设置的凸条部构成。另外，也可以在所述可熔性导体的中央部的所述孔部的周围表面，沿周缘部形成有凸部。

进而，在所述可熔性导体上，除所述可熔性导体的中央部以外，也可以形成有相对较小的孔部，在所述可熔性导体上也可以形成有多个较小的孔部。进而，在所述绝缘罩的台阶部的内侧，也可以形成作为通孔的开口部。

根据本发明的保护元件，在绝缘罩的内侧设置助熔剂的保持用台阶部的同时，在可熔性导体上设置有孔部，因此可使助熔剂稳定地保持在可熔性导体的规定位置。由此，特别是在使用活性较低的助熔剂(无卤素类的助熔剂等)的时候，也可防止因助熔剂涂布后的助熔剂保持状态的偏移所造成的活性度不均匀。进而，可熔性导体的熔断动作，特别是在低电力的发热动作特性中，可使动作的不均匀变得极小。并且，通过使用无卤素的助熔剂，可提供环境负担较小的保护元件。在维持现有的可熔性导体的箔的尺寸大小的同时可减轻熔融体积，从而变得更易熔断。

通过在可熔性导体的助熔剂保持部以外也形成较小的孔部，可在可熔性导体的周边部确实地保持助熔剂，并可减小熔断体积，因此在异常时可更确实地在短时间内熔断。

通过在可熔性导体的孔部周围形成凸部，可更确实地保持助熔剂，有助于熔断特性的稳定化。

除此以外，通过在绝缘罩上设置开口部，可通过目视检查内部的助熔剂的状况。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的保护元件拆下绝缘罩的状态的平面图。

图2是在图1的保护元件上安装有绝缘罩的状态的图1A-A剖面图。

图3是在本发明的第一实施例的保护元件上安装可熔性导体之前的平面图(a)，以及可熔性导体的平面图(b)。

图4是本发明的第一实施例的保护元件的绝缘罩的平面图。

图5是设有本发明的第一实施例的保护元件的二次电池装置的电路图。

图6是本发明的第二实施例的保护元件拆下绝缘罩的状态的平面图。

图7是在图6的保护元件上安装有绝缘罩的状态的图6A-A剖面图。

图8是本发明的第三实施例的保护元件拆下绝缘罩的状态的平面图。

图9是在图8的保护元件上安装有绝缘罩的状态的图8A-A剖面图。

图10是本发明的第四实施例的保护元件拆下绝缘罩的状态的平面图。

图11是在图10的保护元件上安装有绝缘罩的状态的图10A-A剖面图。

图12是本发明的第五实施例的保护元件的纵剖面图。

图13是公知技术的保护元件的纵剖面图。

图14是示出了公知技术的保护元件的助熔剂的状态的纵剖面图。

[附图标记说明]

10    保护元件

11    基底基板

12、21    电极

13    可熔性导体

13a   孔部

14    绝缘罩

14a   内面

15    发热体

16    绝缘层

18    空间

19    助熔剂

20    凸条部

20a   台阶部

具体实施方式

以下，对本发明的保护元件的第一实施例，根据图1至图5进行说明。本实施例的保护元件10具有在绝缘性的基底基板11的上面两端形成的一对电极12，在与一对电极12垂直相交的对向缘部上也设有另外的一对电极21。在电极21之间，连接有由电阻构成的发热体15。在发热体15上，隔着绝缘层16积层有连接于其中一方的电极21的导体层17。在导体层17上，连接有与一对电极12连接的由低熔点金属构成的保险丝的可熔性导体13的中央部。并且，在基底基板11上，与可熔性导体13相面对地设有绝缘体的绝缘罩14。

作为基底基板11的材质，只要是具有绝缘性的材料即可，例如优选为诸如陶瓷基板、玻璃环氧基板那样的用于印刷电路板的绝缘基板。除此以外，可根据适当的用途使用玻璃基板、树脂基板、绝缘处理金属基板等，但更优选为，耐热性优秀且导热性良好的陶瓷基板。

作为电极12、21及导体层17，可使用铜等的金属箔或者表面由Ag-Pt、Au等电镀的导体材料。另外，也可为涂布Ag糊膏等的导电性糊膏后经煅烧而成的导体层及电极，也可为通过蒸镀等形成的金属薄膜构造。

在可熔性导体13上，形成有由在其中央部形成的环状的通孔构成的孔部13a。如图3所示，孔部13a形成为圆形，且位于与后述的绝缘罩14的凸条部20成同心的位置并与其相面对。作为可熔性导体13的低熔点金属箔，只要是在规定的电力下熔融的物质即可，可使用作为保险丝材料的各种公知的低熔点金属。例如，可使用BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。

形成发热体15的电阻，例如是涂布由氧化钌、碳黑等导电材料，与玻璃等无机系粘合剂或热固性树脂等有机系粘合剂组成的电阻糊膏并经煅烧而成的制品。另外，也可为印刷氧化钌、碳黑等的薄膜并经烧结而成的制品，或者既可为通过电镀、蒸镀、溅镀而形成，也可为贴附这些电阻体材料的薄膜并经积层等而形成的制品。

安装于基底基板11上的绝缘罩14，形成为一侧面开口的箱状，对可熔性导体13形成规定的空间18而被覆于基底基板11。绝缘罩14的材质只要是具有可耐受可熔性导体13熔断时的热量的耐热性、和具有作为保护元件10的机械强度的绝缘材料即可即可。例如，可采用诸如玻璃、陶瓷、塑料、玻璃环氧树脂那样的用于印刷电路板的基板材料等各种各样的材料。进而，也可是使用金属板在与基底基板11的对向面上形成有绝缘性树脂等的绝缘层的材料。优选为像陶瓷那样的机械强度及绝缘性较高的材料，这样也有助于保护元件整体的薄型化，故而优选。

在绝缘罩14的内面14a上，在与可熔性导体13的中央部的孔部13a相对向的位置处，形成有具备同心圆的台阶部20a的低圆筒状的凸条部20。凸条部20与绝缘罩14一体成形，对基底基板11的投影位置位于发热体15上。

在可熔性导体13的整个表面上，设有助熔剂19以防止其表面的氧化。助熔剂19优选为不含溴等的卤族元素的无卤素助熔剂。助熔剂19充满至可熔性导体13的孔部13a内，进而也滞留在其周围，并通过表面张力而保持在可熔性导体13上。进而，如图2所示，助熔剂19通过表面张力呈隆起状地被收纳在绝缘罩14的空间18内的同时，附着在形成于绝缘罩14的内面14a的凸条部20上，并通过其湿润性由台阶部20a稳定地保持。由此，助熔剂19在绝缘罩14的空间18内被稳定地保持，而不会在可熔性导体13的中央部发生位置偏移。

在这里，凸条部20从绝缘罩内面14a突出的高度，为能够接触涂布在可熔性导体13的助熔剂19的表面，并通过其湿润性及表面张力而能够使助熔剂19停留于中央部的高度，优选为通过异常电力熔融的低熔点金属的熔融后的可熔性导体13，以刚好接触到其因表面张力而呈球状隆起的顶部的程度为限度，最好是接触不到熔融后的可熔性导体13的程度的突出高度。

接着，作为将本实施例的保护元件10用于电子设备的示例，根据图5说明二次电池装置的过电流/过电压保护电路26。该过电流/过电压保护电路26中，保护元件10的一对电极12串联连接于输出端子A1与输入端子B1之间，保护元件10的一对电极12的其中一个的端子连接于输入端子B1，另一个电极12连接于输出端子A1。并且，可熔性导体13的中点连接于发热体15的一端，电极21的其中一个的端子连接于发热体15的另一个端子。发热体15的另一个端子连接于晶体管Tr的集电极，晶体管Tr的发射极连接于另一个的输入端子A2与输出端子B2之间。进而，在晶体管Tr的基极上，通过电阻R而连接齐纳二极管ZD的阳极，齐纳二极管ZD的阴极连接于输出端子A1。电阻R被设定为如下所述的值，当输出端子A1、A2之间施加有被设定为异常的规定的电压时，对齐纳二极管ZD施加击穿电压以上的电压。

在输出端子A1、A2之间，连接有例如锂离子电池等的被保护装置即二次电池23的电极端子，在输入端子B1、B2上，连接有与二次电池23连接使用的图中未示出的充电器等的装置的电极端子。

接着，对本实施例的保护元件10的保护动作进行说明。在安装有本实施例的过电流/过电压保护电路26的锂离子电池等的二次电池装置中，在其充电时一旦有异常的电压被施加于输出端子A1、A2，则以被设定为异常的规定的电压对齐纳二极管ZD施加击穿电压以上的反向电压，齐纳二极管ZD导通。通过齐纳二极管ZD的导通，基极电流ib流入晶体管TR的基极，由此，晶体管Tr接通，集电极电流ic流入发热体15，发热体15发热。该热量传导至发热体15上的低熔点金属的可熔性导体13，可熔性导体13熔断，输入端子B1与输出端子A1间的导通被阻断，从而防止过电压施加至输出端子A1、A2。

此时，助熔剂19被保持在可熔性导体13的中央部，在规定的熔断位置迅速且确实地熔断。另外，设定为在异常电流向输出端子A1流入了的情形下，可熔性导体13也通过该电流发热而熔断。

根据本实施例的保护元件10，在绝缘罩14的内面14a上，与可熔性导体13相对向地设有凸状的圆筒状的凸条部20的同时，在可熔性导体13的中央部，也与凸条部20相面对地形成有孔部13a，因此，可使助熔剂19稳定地保持在可熔性导体13的中央部的固定的位置。由此，特别是在使用活性较低的无卤素助熔剂等的助熔剂19的时候，也可防止因助熔剂19的涂布状态的偏移或不均匀所造成的助熔剂的作用的偏差，从而使可熔性导体13确实地熔断。进而，熔断体积也相应地减少了可熔性导体13的孔部13a的量，因此可使异常时的熔断更确实且短时间地进行。

接着，根据图6、图7说明本发明的保护元件的第二实施例。此处，对于与上述实施例同样的部件，标注相同的符号并省略其说明。本实施例的保护元件10在绝缘罩14的内面14a上，与可熔性导体13相对向地设有具有台阶部20a的圆筒状的凸条部20的同时，沿可熔性导体13的孔部13a的周缘部形成凸部22。

根据本实施例的保护元件10，可通过凸部22使助熔剂19更稳定地保持在固定的位置，从而可更稳定地进行可熔性导体13的熔断动作。

接着，根据图8、图9说明本发明的保护元件的第三实施例。此处，对于与上述实施例同样的部件，标注相同的符号并省略其说明。本实施例中，除了绝缘罩14的内面14a的具有台阶部20a的凸条部20、以及可熔性导体13的中央部的孔部13a以外，也在其它位置形成有相对较小的孔部，即小孔部13b。

根据本实施例的保护元件10，可通过孔部13a将助熔剂19稳定地保持在中央部的同时，在可熔性导体13的中央部以外的位置也可将助熔剂19保持在小孔部13b，使得可熔性导体13的熔断特性更为稳定。再者，也可在本实施例的可熔性导体13上形成上述第二实施例的凸部22。由此，可进一步使助熔剂19的位置稳定化，并使熔断特性提高。

接着，根据图10、图11说明本发明的保护元件的第四实施例。此处，对于与上述实施例同样的部件，标注相同的符号并省略其说明。本实施例中，在具有绝缘罩14的内面14a的具有台阶部20a的凸条部20的同时，还在整个可熔性导体13上形成有相对较小的孔部，即小孔部13b，用来取代可熔性导体13的中央部的孔部13a。

根据本实施例的保护元件10，可通过绝缘罩14的凸条部22与可熔性导体13的小孔部13b将助熔剂19稳定地保持在中央部的同时，通过可熔性导体13的中央部以外的小孔部13b，也能够在可熔性导体13的周边部保持助熔剂19，从而使熔断特性变得稳定。

接着，根据图12说明本发明的保护元件的第五实施例。此处，对于与上述实施例同样的部件，标注相同的符号并省略其说明。本实施例的保护元件13，在具有绝缘罩14的内面14a的具有台阶部20a的圆筒状的凸条部20的同时，还在绝缘罩14的凸条部20所处的中央部设有开口部24。

根据本实施例的保护元件10，除了通过开口部24周围的凸条部20获得与上述实施例同样的效果以外，还可通过开口部24通过目视来观察助熔剂19的保持状态，从而可更容易且确实地进行制品检查。再者，开口部24也可由透明的玻璃或树脂所封堵。由此，可防止尘埃等从开口部24侵入。另外，由于开口部24的台阶部，也可不形成凸条部20。

另外，本发明的保护元件并不限定于所述实施例，只要是在绝缘罩内的空间的规定位置上，具备可保持助熔剂的绝缘罩及可熔性导体的形状的结构即可，不论其保持形态如何。另外，助熔剂及绝缘罩的材料为任何材料均可，可适当地选择合适的材料。

Claims (7)

1.一种保护元件，其包含：

可熔性导体，配置在绝缘性的基底基板上，连接于保护对象设备的电力供给线路，并通过规定的异常电力而熔断；

绝缘罩，隔着规定的空间覆盖所述可熔性导体而安装在所述基底基板上；

助熔剂，涂布在所述可熔性导体表面且位于所述空间内；

当对所述保护对象设备供给所述异常电力时，所述可熔性导体熔断而阻断该电流线路，

其特征在于，该保护元件包含：

台阶部，与所述可熔性导体相对地形成在所述绝缘罩的内面，与所述助熔剂接触而将所述助熔剂保持在所述空间内的规定的位置上，以及

在所述可熔性导体上，形成有保持所述助熔剂的孔部。

2.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，所述可熔性导体的孔部是形成在所述可熔性导体的中央部的通孔。

3.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，所述台阶部形成在所述绝缘罩内面，且由与所述可熔性导体的孔部相面对地设置的凸条部所构成。

4.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，在所述可熔性导体的中央部的所述孔部的周围表面，沿周缘部形成有凸部。

5.根据权利要求2所述的保护元件，其特征在于，在所述可熔性导体上，除了所述可熔性导体的中央部以外，形成有相对较小的孔部。

6.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，所述可熔性导体形成有多个较小的孔部。

7.根据权利要求1所述的保护元件，其特征在于，在所述绝缘罩的台阶部的内侧，形成有作为通孔的开口部。

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