CN105745733B - 短路元件 - Google Patents
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Abstract
提供在发热体的供电电路切断之前使开路电极之间短路的短路元件。所述短路元件包括:第一电极(11)、第二电极(12);第一支持电极(21),与第一电极(11)一起支持第一可熔导体(14);第二支持电极(22),与第二电极(12)一起支持第二可熔导体(15);发热体(16);以及第三电极(13),与发热体(16)连接,且经由第一可熔导体(14)与第一电极(11)连接,其中,设置有经由发热体(16)、第三电极(13)、第一可熔导体(14)、及第一电极(11)的对发热体(16)供电的供电路径(3),通过发热体(16)的发热使第一可熔导体(14)、第二可熔导体(15)偏靠并凝聚于第一电极(11)、第二电极(12)侧,由此使第一电极(11)、第二电极(12)短路,之后,切断第一电极(11)和第三电极(13)之间。
Description
对关联申请的交叉引用
本申请主张日本专利申请2013-240265号(2013年11月20日申请)的优先权,并为了在此参照该申请的公开的全部内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及一种通过电信号使开路状态的电源线或信号线在物理上且电气上短路的短路元件。
背景技术
可充电并反复使用的二次电池大多被加工成电池组而提供给使用者。尤其是在重量能量密度高的锂离子二次电池中,为了确保使用者及电子设备的安全,一般而言,在电池组内置过充电保护、过放电保护等多个保护电路,从而具有在规定的情况下将电池组的输出切断的功能。
在这种保护元件中有使用内置于电池组的场效应晶体管(FET:Field EffectTransistor)开关进行输出的ON/OFF(开/关),由此进行电池组的过充电保护或过放电保护动作的情况。然而,即便在因某些原因导致FET开关短路损坏的情况、被施加雷电浪涌等而流过瞬间大电流的情况、或因电池单元的寿命导致输出电压异常降低、或相反地输出过大的异常电压、或串联连接电池单元各自的电压偏差变大的情况下,也必须保护电池组或电子设备免受起火等事故的伤害。因此,为了在这种可设想的任何异常状态下均安全地切断电池单元的输出,使用包括熔断元件的保护元件,该熔断元件具有根据来自外部的信号而切断电流路径的功能。
作为适于锂离子二次电池等的保护电路的保护元件,有如下保护元件:如专利文献1所记载,横跨电流路径上的第一电极、发热体引出电极、第二电极之间而连接可熔导体,成为电流路径的一部分,并通过因过电流导致的自身发热、或设置于保护元件内部的发热体而熔断该电流路径上的可熔导体。在这种保护元件中,将熔融的液态的可熔导体汇集于与发热体连接的导体层上,由此将第一电极、第二电极之间隔离而切断电流路径。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2010-003665号公报
专利文献2:日本特开2004-185960号公报
专利文献3:日本特开2012-003878号公报
发明内容
技术问题
然而,近年来,使用电池与马达的混合动力车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)或电动车(Electric Vehicle,EV)正在急速普及。作为HEV或EV的动力源,基于能量密度与输出特性而逐渐开始使用锂离子二次电池。在汽车用途中,需要高电压、大电流。因此,开发出可耐高电压、大电流的专用单元,但基于制造成本上的问题,多数情况下通过将多个电池单元串联、并联地连接,使用通用单元确保必需的电压电流。
这里,在高速移动中的汽车等中,存在驱动力急剧降低或急停反而危险的情况,从而谋求设想到紧急情况的电池管理。例如,在行驶中发生电池系统的异常时,也可供给用于移动至修理厂或安全场所的驱动力、或者危险指示灯或用于空调的驱动力,这在避免危险方面是优选的。
然而,在如专利文献1的串联地连接有多个电池单元的电池组中,在仅在充放电路径上设置保护元件的情况下,若在电池单元的一部分产生异常而使保护元件动作,则电池组整体的充放电路径被切断,而无法继续供电。
因此,为了仅排除包括多个单元的电池组内的异常的电池单元,有效地利用正常的电池单元,而提出了能够形成只将异常的电池单元进行旁路的旁路路径的短路元件。
图28表示短路元件的一构成例,图29表示应用短路元件的电池电路的电路图。如图29所示,该短路元件50具有:第一开路电极52、第二开路电极53,其在充放电路径上与电池单元51并联连接,在正常时开路;两个可熔导体54、54,其通过熔融使第一开路电极52、第二开路电极53之间短路;以及发热体55,其与可熔导体54串联连接,使该可熔导体54熔融。
短路元件50在陶瓷基板等绝缘基板60上,形成有发热体55及与发热体55的一端连接的外部连接电极61。另外,短路元件50在发热体55上,隔着玻璃等绝缘层62形成有与发热体55的另一端连接的发热体电极63、第一开路电极52、第二开路电极53、及与第一开路电极52、第二开路电极53一起支持可熔导体54的第一支持电极64、第二支持电极65。
第一支持电极64与露出在绝缘层62上的发热体电极63连接,此外,与第一开路电极52相邻。第一支持电极64与第一开路电极52一起支持一个可熔导体54的两侧。同样地,第二支持电极65与第二开路电极53相邻,并与第二开路电极53一起支持另一个可熔导体54的两侧。
短路元件50构成有对发热体55供电的供电路径,该供电路径从外部连接电极61起经由发热体55、发热体电极63、可熔导体54直到第一开路电极52。
发热体55通过电流经由该供电路径流通而自身发热,并利用该热(焦耳热)使可熔导体54熔融。如图29所示,发热体55经由外部连接电极61与FET等电流控制元件56连接。电流控制元件56以如下方式进行控制:在电池单元51正常时限制对发热体55的供电,在电池单元51异常时使电流经由充放电路径流至发热体55。
使用了短路元件50的电池电路当在电池单元51上检测出异常电压等时,通过保护元件57自充放电路径上切断该电池单元51,并且使电流控制元件56动作,使电流向发热体55流动。由此,可熔导体54通过发热体55的热而熔融。可熔导体54在偏靠向面积相对较大的第一开路电极52、第二开路电极53侧之后熔融,熔融导体横跨两个开路电极52、53之间而凝聚、结合。因此,通过可熔导体54的熔融导体使开路电极52、开路电极53短路,由此,可形成将电池单元51旁路的电流路径。
另外,短路元件50通过可熔导体54移动至第一开路电极52侧并且熔融,而使第一支持电极64与第一开路电极52之间开路,由此切断对发热体55供电的供电路径,因而发热体55的发热停止。
这里,在这种短路元件50中,要求通过可熔导体54的熔融使开路电极52、开路电极53之间可靠地短路。即,短路元件50通过可熔导体54的熔融导体横跨开路电极52、开路电极53之间并凝聚,使开路电极52、开路电极53短路,此外,若可熔导体54熔融,则使第一支持电极64与第一开路电极52之间开路,由此切断对发热体55供电的供电路径,并且,无法继续进行可熔导体54的加热。
因此,短路元件50在可熔导体54的熔融导体横跨开路电极52、开路电极53之间并凝聚之前,通过可熔导体54的移动使第一支持电极64与第一开路电极52之间开路,在此情况下,在无法使第一开路电极52、第二开路电极53短路的状态下,也停止对发热体55通电,因而无法形成旁路电流路径。因此,在电池电路等各种电路中,期望如下短路元件,该短路元件可通过可熔导体的熔融可靠地使开路电极之间短路,并形成旁路电流路径。
另外,还提出:除电源电路以外,在例如并非利用软件进行各种设备的启动(Activation),而是使用短路元件在物理上、不可逆地进行各种设备的启动等用途中,也通过可熔导体的熔融使开路电极之间短路,使功能电路导通,由此可靠地进行该设备的启动。在这种启动电路中,也需要通过可熔导体的熔融,可靠地使开路电极之间短路,使功能电路导通。
因此,本发明的目的在于提供一种可在切断发热体的供电电路之前可靠地使开路电极之间短路的短路元件。
技术方案
为了解决上述课题,本发明的短路元件包括:彼此接近地配置并且彼此开路的第一电极和第二电极;第一支持电极,其与上述第一电极相邻;第二支持电极,其与上述第二电极相邻;第一可熔导体,其被上述第一电极及上述第一支持电极支持;第二可熔导体,其被上述第二电极及上述第二支持电极支持;发热体,其使上述第一可熔导体和上述第二可熔导体熔融;以及第三电极,其与上述第一电极接近地配置并且彼此开路,与上述发热体连接并且经由上述第一可熔导体与上述第一电极连接,其中,设置有经由上述发热体、上述第三电极、上述第一可熔导体、及上述第一电极的对上述发热体供电的供电路径,通过上述发热体发热,使上述第一可熔导体和上述第二可熔导体熔融而向上述第一电极和上述第二电极侧偏靠,由此,经由该可熔导体的熔融导体使上述第一电极和上述第二电极短路,上述第一可熔导体凝聚于上述第一电极上,由此切断上述第一电极和上述第三电极。
另外,本发明的短路元件包括:彼此接近地配置并且彼此开路的第一电极和第二电极;第一可熔导体,其被上述第一电极支持;发热体,其使上述第一可熔导体熔融;以及第三电极,其与上述第一电极接近地配置并且彼此开路,与上述发热体连接并且经由上述第一可熔导体与上述第一电极连接,其中,设置有经由上述发热体、上述第三电极、上述第一可熔导体、及上述第一电极的对上述发热体供电的供电路径,通过上述发热体发热,使上述第一可熔导体熔融而凝聚于上述第一电极和上述第二电极上,由此,经由该可熔导体的熔融导体使上述第一电极和上述第二电极短路,上述第一可熔导体凝聚于上述第一电极上,由此切断上述第一电极和上述第三电极阻断。
发明效果
根据本发明,由于与支持第一可熔导体的第一支持电极分开地设有构成对发热体供电的供电路径的第三电极,因而在通过被发热体加热的第一可熔导体发生偏靠、熔融而将第一电极与第一支持电极切断的情况下,也可防止在第一电极、第二电极经由熔融导体而短路之前将对发热体供电的供电路径切断的情况,从而能够可靠地使第一电极、第二电极短路。
附图说明
图1是表示本发明的短路元件的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图2是表示本发明的短路元件的电极配置的俯视图。
图3是表示本发明的短路元件的动作前的状态的电路图。
图4是表示被发热体加热的第一可熔导体、第二可熔导体偏靠的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图5是表示通过第一可熔导体、第二可熔导体的熔融导体进行结合,使第一电极、第二电极短路并且使第一电极与第三电极的导通被切断的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图6是表示本发明的短路元件的动作后的状态的电路图。
图7是表示在兼用了支持可熔导体的支持电极与对发热体进行供电的电极的短路元件中在第一电极、第二电极短路之前供电电极被切断的状态的俯视图。
图8是表示将发热体设置在不与第三电极重叠的位置的短路元件的俯视图。
图9是表示不设置第二支持电极及第二可熔导体的短路元件的电极配置的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图10是表示不设置第二支持电极及第二可熔导体的短路元件的动作前的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图11是表示在不设置第二支持电极及第二可熔导体的短路元件中,被发热体加热的第一可熔导体偏靠的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图12是表示在不设置第二支持电极及第二可熔导体的短路元件中,通过第一可熔导体的熔融导体使第一电极、第二电极短路并且使第一电极与第三电极的导通被切断的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图13是表示应用本发明的短路元件的电池电路的电路图。
图14是表示在绝缘基板的表面形成发热体的短路元件的剖视图。
图15是表示在绝缘基板的背面形成发热体的短路元件的剖视图。
图16是表示在绝缘基板的内部形成发热体的短路元件的剖视图。
图17是表示在绝缘基板的表面与第一电极~第三电极排列地形成发热体的短路元件的剖视图。
图18是表示具有高熔点金属层与低熔点金属层且具备被覆结构的可熔导体的立体图,(A)表示使高熔点金属层为内层且以低熔点金属层被覆的结构,(B)表示使低熔点金属层为内层且以高熔点金属层被覆的结构。
图19是表示具备高熔点金属层与低熔点金属层的层积结构的可熔导体的立体图,(A)表示上下双层结构,(B)表示内层及外层的三层结构。
图20是表示具备高熔点金属层与低熔点金属层的多层结构的可熔导体的剖视图。
图21是表示在高熔点金属层的表面形成线状的开口部而露出低熔点金属层的可熔导体的俯视图,(A)是沿长度方向形成有开口部的可熔导体,(B)是沿宽度方向形成有开口部的可熔导体。
图22是表示在高熔点金属层的表面形成圆形的开口部而露出低熔点金属层的可熔导体的俯视图。
图23是表示在高熔点金属层形成圆形的开口部并在开口部内部填充低熔点金属的可熔导体的俯视图。
图24是表示露出有被高熔点金属包围的低熔点金属的可熔导体的立体图。
图25是表示使用图24所示的可熔导体的短路元件的动作前的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图26是表示在使用图24所示的可熔导体的短路元件中,被发热体加热的第一可熔导体、第二可熔导体偏靠的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图27是表示在使用图24所示的可熔导体的短路元件中,通过第一可熔导体、第二可熔导体的熔融导体使第一电极、第二电极短路并且使第一电极与第三电极的导通被切断的状态的图,(A)是俯视图,(B)是剖视图。
图28是表示兼用了支持可熔导体的支持电极与对发热体进行供电的电极的短路元件的俯视图。
图29是应用图28所示的短路元件的电池电路的电路图。
标记说明
1、40:短路元件,2:开关,3:供电路径,10:绝缘基板,10a:表面,10b:背面,11:第一电极,11a:外部连接端子,12:第二电极,12a:外部连接端子,13:第三电极,14:第一可熔导体,14a:主面部,14b:第一侧缘部,14c:第二侧缘部,15:第二可熔导体,15a:主面部,15b:第一侧缘部,15c:第二侧缘部,16:发热体,17:绝缘层,18:发热体电极,18a:外部连接端子,19:发热体引出电极,21:第一支持电极,22:第二支持电极,23:连接用焊料,30:电池电路,31:电池单元,32:电流控制元件,33:保护元件,34:电池组件,35:检测元件,41:导体带,70:高熔点金属层,71:低熔点金属层,72~74:开口部
具体实施方式
以下,参照附图对应用本发明的短路元件进行详细地说明。另外,本发明并不仅限定于以下的实施方式,当然可在不脱离本发明的主旨的范围内,进行各种变更。另外,附图为示意性附图,存在各尺寸的比例等与实际尺寸的比例不同的情况。具体的尺寸等应参考以下的说明进行判断。另外,当然,在附图之间也包含彼此的尺寸关系或比例不同的部分。
如图1的(A)(B)所示,应用本发明的短路元件1在绝缘基板10上设置有:第一电极11、第二电极12,两者彼此接近地配置并且彼此开路;第一可熔导体14,其被第一电极11支持;第二可熔导体15,其被第二电极12支持;发热体16,其使第一可熔导体14、第二可熔导体15熔融;以及第三电极13,其与第一电极11接近地配置并且彼此开路,与发热体16连接并且经由第一可熔导体14而与第一电极11连接。
(绝缘基板)
绝缘基板10例如使用氧化铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的构件而形成为大致方形状。除此以外,绝缘基板10也可使用玻璃环氧树脂基板、酚(Phenol)基板等印刷布线基板所使用的材料,但需要注意第一可熔导体14、第二可熔导体15熔断时的温度。
(发热体)
发热体16是电阻值较高且在通电时发热的具有导电性的构件,例如包含W、Mo、Ru等。发热体16通过如下等方法而形成:将上述这些的合金或组成物、化合物的粉状体与树脂黏合剂等混合,制成糊状,并使用网版印刷技术将该糊状物形成图案,进行烧制。
发热体16在绝缘基板10的表面10a上被绝缘层17被覆。绝缘层17是为了谋求发热体16的保护及绝缘并且将发热体16的热高效率地向第一电极11、第二电极12传导而设置,例如包含玻璃层。第一电极11、第二电极12被发热体16加热,由此可易于凝聚第一可熔导体14、第二可熔导体15的熔融导体。在绝缘层17上,形成第一电极11~第三电极13、及第一支持电极21、第二支持电极22。
另外,发热体16的一端与发热体电极18连接,另一端经由发热体引出电极19与第三电极13连接。发热体电极18设置有导出至绝缘基板10的侧缘部的外部连接端子18a。发热体16经由该外部连接端子18a与外部电路连接。
(第一电极~第三电极、第一支持电极、第二支持电极)
第一电极11、第二电极12被接近地配置并且开路,并构成通过短路元件1动作,下述第一可熔导体14、第二可熔导体15的熔融导体凝聚、结合,从而经由该熔融导体短路的开关2。第一电极11、第二电极12分别在绝缘基板10的侧缘部设置有外部连接端子11a、外部连接端子12a。第一电极11、第二电极12经由这些外部连接端子11a、外部连接端子12a与电源电路或数字信号电路等外部电路连接,并通过短路元件1动作,而成为该外部电路的旁路电流路径、或对功能电路供电的供电路径3。
第三电极13形成于绝缘层17上,经由发热体引出电极19与发热体16连接,并且与第一电极11接近地配置。另外,第三电极13经由第一可熔导体14与第一电极11连接。由此,短路元件1设置有经由发热体电极18、发热体16、发热体引出电极19、第三电极13、第一可熔导体14、及第一电极11的对发热体16供电的供电路径3。
供电路径3通过与发热体电极18连接的电流控制元件32而控制通电,在电池出现异常电压时或进行设备的启动等时,根据需要进行通电,使发热体16发热。另外,供电路径3中,在第一可熔导体14通过发热体16发热而熔融时,经由第一可熔导体14连接的第一电极11与第三电极13之间被切断,因此停止供电,停止发热体16的发热。
在第一电极11的与第二电极12相反的一侧,相邻地设置有第一支持电极21。第一支持电极21与第一电极11一起支持第一可熔导体14,并在绝缘层17上由与第一电极11相同的材料形成。
另外,在第二电极12的与第一电极11相反的一侧,相邻地设置有第二支持电极22。第二支持电极22与第二电极12一起支持第二可熔导体15,并在绝缘层17上由与第二电极12相同的材料形成。
(涂覆处理)
这里,第一电极11~第三电极13和/或第一支持电极21、第二支持电极22可使用铜(Cu)或银(Ag)等通常的电极材料形成。另外,优选为在第一电极11~第三电极13和/或第一支持电极21、第二支持电极22的表面上,通过镀敷处理等公知的方法涂覆有镀镍/金(镀Ni/Au)、镀镍/钯(镀Ni/Pd)、镀镍/钯/金(镀Ni/Pd/Au)等被膜。由此,短路元件1可防止第一电极11~第三电极13和/或第一支持电极21、第二支持电极22的氧化,可靠地保持第一可熔导体14、第二可熔导体15。另外,在回流焊安装短路元件1的情况下,可防止因连接第一可熔导体14、第二可熔导体15的连接用焊料23或形成第一可熔导体14、第二可熔导体15的外层的低熔点金属熔融而熔蚀(焊料熔蚀)第一电极11~第三电极13和/或第一支持电极21、第二支持电极22。另外,短路元件1也可仅在第一电极11~第三电极13的表面上形成镀Ni/Au、镀Ni/Pd、镀Ni/Pd/Au等被膜。
(第一可熔导体、第二可熔导体)
第一可熔导体14、第二可熔导体15可使用通过发热体16的发热而快速熔融的任何金属,例如可优选地使用以Sn为主成分的无铅焊料等低熔点金属。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可含有低熔点金属与高熔点金属。作为低熔点金属,优选使用以Sn为主成分的无铅焊料等焊料,作为高熔点金属,优选使用Ag、Cu或以它们为主成分的合金等。通过含有高熔点金属与低熔点金属,在回流焊安装短路元件1的情况下,即便回流焊温度超过低熔点金属的熔融温度而引起低熔点金属熔融,也可抑制低熔点金属向外部流出,维持第一可熔导体14、第二可熔导体15的形状。另外,在熔断时,也通过低熔点金属熔融来熔蚀(焊料熔蚀)高熔点金属,由此可在高熔点金属的熔点以下的温度下快速地熔断。另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15可如下文所说明的那样由各种构成而形成。
第一可熔导体14形成为大致矩形板状,并经由连接用焊料23等连接在第一电极11、第三电极13及第一支持电极21上。另外,第一可熔导体14在发热体16发热之前,将第一电极11与第三电极13之间连接,构成对发热体16供电的供电路径3的一部分。第二可熔导体15形成为大致矩形板状,并经由连接用焊料23等连接在第二电极12及第二支持电极22上。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15在发热体16发热时通过发热体16的热而熔融,熔融导体凝聚于第一电极11、第二电极12上,由此使第一电极11、第二电极12之间短路。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15为了抗氧化、提高润湿性等,涂布有助焊剂(Flux)24。
(短路元件的电路构成)
短路元件1具有图3所示的电路构成。即,短路元件1构成如下开关2,该开关2在动作前的状态下,通过第一电极11与第二电极12接近并且被分离而绝缘,并通过第一可熔导体14、第二可熔导体15熔融而短路。第一电极11、第二电极12串联连接在安装短路元件1的电路基板的电流路径上,由此被安装在电源电路等各种外部电路28A、外部电路28B之间。
另外,短路元件1形成有如下供电路径3,该供电路径3自第一电极11经由第一可熔导体14、第三电极13及发热体引出电极19而与发热体16连接,进而到达发热体电极18。
短路元件1在通常情况下通过经由发热体电极18连接的电流控制元件32而控制对供电路径3的通电。电流控制元件32是控制供电路径3的通电的开关元件,例如由FET构成,并与检测元件35连接,该检测元件35检测安装短路元件1的外部电路是否有必要进行物理性短路。检测元件35在检测是否有必要对安装短路元件1的各种外部电路28A、28B之间通电的电路,例如,在电池组出现异常电压时的旁路电流路径的构筑、针对网络通信设备中的黑客入侵或破解而绕过数据服务器的旁路信号路径的构筑、或进行设备或软件的启动等需要通过第一电极11、第二电极12的短路而在物理上、不可逆地使外部电路28A、外部电路28B之间的电流路径短路的情况下,使电流控制元件32动作。
由此,短路元件1通过电流控制元件32对供电路径3进行通电,使发热体16发热。在经由供电路径3对发热体16通电时,连接用焊料23熔融,并且如图4的(A)(B)所示,第一可熔导体14向第一电极11侧偏靠、熔融,通过该熔融导体使被绝缘的第一电极11、第二电极12短路,而连接外部电路28A、外部电路28B。
另外,如图5的(A)(B)所示,短路元件1中,在第一电极11、第二电极12之间短路之后,连接第一电极11、第三电极13之间的第一可熔导体14偏靠向第一电极11侧。由此,短路元件1使经由第一可熔导体14而连接的第一电极11与第三电极13之间开路,从而切断对发热体16供电的供电路径3。由此,停止对发热体16供电,使发热体16的发热停止。将短路元件1动作时的电路构成示于图6。
此时,短路元件1分离地形成有第一支持电极21及第三电极13,该第一支持电极21支持第一可熔导体14,该第三电极13与第一可熔导体14连接从而构成对发热体16供电的供电路径3。关于上述方面,在如图7所示那样将图4A的第一支持电极21与第三电极13一体化而形成第一支持电极64的构成中,通过第一可熔导体54在第一支持电极64与第一电极52之间偏靠向第一电极52侧来切断对发热体55供电的供电路径,具有在第一可熔导体54熔融使第一电极52、第二电极53之间短路之前,发热体55的发热停止的可能性。另外,若为了防止由第一可熔导体54的偏靠导致第一电极52与第一支持电极64的切断而宽幅地形成第一支持电极64,则会导致短路元件整体的大型化,而无法谋求小型化。
另一方面,在短路元件1中,由于在第一支持电极21和第一电极11断开的情况下,也维持着与构成供电路径3的第三电极13的连接,因而在直至第一电极11、第二电极12短路为止的期间不会停止对发热体16供电而能够可靠地使第一电极11、第二电极12短路。另外,也无需将第一支持电极21宽幅地形成为支持第一可熔导体14所需的宽度以上,可谋求短路元件1的小型化、紧凑化。
因此,短路元件1在通过熔融导体使第一电极11、第二电极12之间短路的状态下,切断供电路径3,因而可防止第一电极11、第二电极12未短路而切断供电路径3的情况。
(面积)
这里,优选地使第一电极11的面积大于第三电极13的面积。例如,如图2所示那样使第一电极11形成得比第三电极13长,从而扩大面积,由此,短路元件1中,在横跨第一电极11、第三电极13之间而搭载的第一可熔导体14被加热时,第一可熔导体14偏靠向大面积的第一电极11侧,并且熔融导体的大部分被引至第一电极11上。因此,短路元件1可通过凝聚于第一电极11上的熔融导体使第一电极11与第二电极12短路,且可通过第一可熔导体14在第一电极11与第三电极13之间熔断,来切断供电路径3。
另外,优选地使第一电极11的面积大于第一支持电极21的面积。例如,如图2所示那样使第一电极11形成得比第一支持电极21宽,从而扩大面积,由此,短路元件1中,在横跨第一电极11与第一支持电极21之间而搭载的第一可熔导体14被加热时,第一可熔导体14偏靠向大面积的第一电极11侧,并且熔融导体的大部分被引至第一电极11上。因此,短路元件1可通过凝聚于第一电极11上的熔融导体使第一电极11与第二电极12短路。
同样,优选地使第二电极12的面积大于第二支持电极22的面积。由此,短路元件1中,在第二可熔导体15被加热时,第二可熔导体15偏靠向大面积的第一电极11侧,并且熔融导体的大部分被引至第二电极12上。因此,短路元件1可通过凝聚于第一电极11、第二电极12上的熔融导体使第一电极11与第二电极12短路。
(间隔)
另外,优选地如图2所示那样使短路元件1的第一电极11与第三电极13的间隔G1大于等于第一电极11与第二电极12的间隔G2(G1≥G2)。如上所述,第一电极11、第二电极12之间的短路是由第一可熔导体14、第二可熔导体15向第一电极11、第二电极12侧的偏靠、熔融而引起。同样地,第一电极11、第三电极13之间的切断也由第一可熔导体14向第一电极11侧的偏靠、熔融而引起。
因此,通过将第一电极11与第三电极13的间隔G1形成得比第一电极11与第二电极12的间隔G2宽(G1>G2),使第一可熔导体14在第一电极11、第二电极12之间(G2)的移动距离比在第一电极11、第三电极13之间(G1)的移动距离短。因此,短路元件1可比第一电极11、第三电极13之间的切断快速地使第一电极11、第二电极12之间短路。
另外,即便在第一电极11与第三电极13的间隔G1和第一电极11与第二电极12的间隔G2为等距离(G1=G2)的情况下,由于在第一电极11与第二电极12之间,第一可熔导体14、第二可熔导体15向彼此接近的方向移动,因而至短路为止所需的移动距离比只有第一可熔导体14向第一电极11侧移动的距离短。因此,短路元件1可比第一电极11、第三电极13之间的切断快速地使第一电极11、第二电极12之间短路。即,短路元件1可防止如下情况:在第一电极11、第二电极12之间短路之前第一电极11、第三电极13之间被切断,使对发热体16的供电停止,由此导致不能使第一电极11、第二电极12之间短路。
另外,优选地使短路元件1的第一电极11与第一支持电极21的间隔G3形成得比第一电极11与第三电极13的间隔G1宽(G3>G1)。第一可熔导体14被第一电极11及第一支持电极21支持,并且也连接在第一电极11、第三电极13之间。另外,在第一可熔导体14被发热体16加热时,电极间的间隔越宽越容易引起偏靠。即,关于第一可熔导体14,在第一电极11与第一支持电极21的间隔G3比第一电极11与第三电极13的间隔G1宽时,在第三电极13与第一电极11之间的偏靠产生之前,先产生第三电极13与第一电极11之间的偏靠。
如上所述,短路元件1通过将第一电极11形成为比第一支持电极21及第三电极13大的面积,使第一可熔导体14偏靠向第一电极11侧。因此,短路元件1将第一电极11与第一支持电极21的间隔G3形成得比第一电极11与第三电极13的间隔G1宽,由此在第一可熔导体14被发热体16加热时,先产生自第一支持电极21向第一电极11侧的偏靠。
由此,短路元件1使偏靠在第一电极11上的第一可熔导体14熔融,并通过熔融导体使第一电极11、第二电极12之间短路,之后,使第一可熔导体14自第三电极13向第一电极11侧偏靠,或将第一可熔导体14的熔融导体自第三电极13引至第一电极11侧,从而切断第一电极11、第三电极13之间。即,短路元件1可防止如下情况:在第一电极11、第二电极12之间短路之前第一电极11、第三电极13之间被切断,使对发热体16的供电停止,由此导致不能使第一电极11、第二电极12之间短路。
另外,优选地也使短路元件1的第二电极12与第二支持电极22的间隔G4形成得比第一电极11、第三电极13之间的间隔G1宽。由此,短路元件1可在第一电极11、第三电极13之间的切断之前,使第二可熔导体15也与第一可熔导体14一起凝聚于第一电极11、第二电极12上,从而更可靠地使第一电极11、第二电极12之间短路。
(第三电极)
另外,优选地如图4所示那样,短路元件1将第三电极13形成在第一可熔导体14自第一支持电极21向第一电极11侧偏靠的偏靠方向上。由此,短路元件1在第一可熔导体14自第一支持电极21向第一电极11侧偏靠时,由于在该偏靠方向上形成有第三电极13,因而可防止如下情况:第一可熔导体14从第三电极13偏离,使经由第一可熔导体14的第三电极13与第一电极11的导通被断开,从而切断对发热体16供电的供电路径3。
(发热体)
另外,优选地短路元件1将发热体16形成在与第一可熔导体14、第二可熔导体15及第一电极11、第二电极12的至少一部分重叠的位置。由此,可使发热体16的热高效率地传导至第一可熔导体14、第二可溶导体15及第一电极11、第二电极12,并在发热后,快速地使第一可熔导体14、第二可熔导体15熔融。另外,熔融导体由于具有在高温的电极上润湿扩散的倾向,因而快速在被发热体16加热的第一电极11、第二电极12上凝聚并结合。因此,短路元件1可通过该熔融导体,在发热体16发热后,快速地使第一电极11、第二电极12短路。
另外,此时,如图8所示,短路元件1也可将发热体16形成在不与第三电极13重叠的位置。由此,短路元件1使发热体16的热优先传导至第一可熔导体14及第一电极11、第二电极12,较晚传导至第三电极13。另外,短路元件1在第一可熔导体14被加热、熔融时,首先,使第一电极11与第一支持电极21之间被熔融、切断,并经由该溶融导体使第一电极11、第二电极12之间短路。之后,第一可熔导体14使第一电极11、第三电极13之间熔融、切断。
因此,短路元件1在发热体16开始发热时,首先,使第一电极11、第二电极12之间短路,之后,将第一电极11、第三电极13之间切断。即,短路元件1可防止如下情况:在第一电极11、第二电极12之间短路之前第一电极11、第三电极13之间被切断,使对发热体16的供电停止,由此导致不能使第一电极11、第二电极12之间短路。
(发热中心)
另外,优选地短路元件1以自发热体16的发热中心至第三电极13的距离比自发热体16的发热中心至第一支持电极21的距离短的方式形成。
这里,所谓发热体16的发热中心是指如下区域:通过发热体16发热而表现出的热分布中,在发热初期阶段中成为最高温的区域。由发热体16发出的热中自绝缘基板10释放的放热量最多,在利用耐热冲击性优异且导热率也高的陶瓷材料形成绝缘基板10的情况等下,热扩散至绝缘基板10。因此,发热体16在开始通电的发热初期阶段,距离与绝缘基板10接触的外缘最远的中心最热,并随着朝向与绝缘基板10接触的外缘而被放热,温度难以上升。
因此,如图2所示,短路元件1通过将第三电极13形成在比第一支持电极21更接近于发热体16的发热初期中成为最高温的发热中心C的位置,使第三电极13与第一支持电极21相比成为高温,并使被加热的第一可熔导体14相对容易偏靠向第三电极13,且熔融导体凝聚于第三电极13。第一支持电极21因自绝缘基板10的放热,使温度比第三电极13难以上升,因而第一可熔导体14偏靠向第一电极11、第三电极13侧。由此,短路元件1可通过偏靠在第一电极11上的第一可熔导体14的熔融导体凝聚,更可靠地使第一电极11、第二电极12之间短路。
另外,短路元件1将第一电极11、第二电极12设置于比第三电极13更接近发热体16的发热中心C的位置,且将第一电极11、第二电极12的一部分设置于发热中心C上。因此,短路元件1使第一电极11、第二电极12与第三电极13相比成为高温,并使被加热的第一可熔导体14相对容易偏靠向第一电极11、第二电极12,且熔融导体凝聚于第一电极11、第二电极12。因此,短路元件1先进行第一电极11、第二电极12的短路,然后将第一电极11、第三电极13之间切断。
(变形例)
另外,本发明的短路元件也可如图9的(A)(B)所示那样省略第二支持电极22及第二可熔导体15而形成。在该短路元件40中,通过横跨第一电极11、第三电极13及第一支持电极21之间而连接的第一可熔导体14熔融而凝聚于第一电极11上,并且该熔融导体润湿扩散至相邻地形成的第二电极12,从而使第一电极11、第二电极12短路。另外,短路元件40除了省略第二支持电极22及第二可熔导体15以外,与上述短路元件1的构成相同,因而标注相同的符号并省略详细说明。
如图10的(A)(B)所示,短路元件40在动作前的状态下,通过连接用焊料23使第一可熔导体14支持于第一电极11及第一支持电极21上,并且经由第一可熔导体14使第一电极11、第三电极13连接。另外,短路元件40在第二电极12上未搭载可熔导体。发热体16与第一电极11、第二电极12及第一可熔导体14的至少一部分重叠。
如图11的(A)(B)所示,短路元件40在发热体16发热时,连接用焊料23熔融,并且第一可熔导体14偏靠向面积相对较大的第一电极11侧,经由第一可熔导体14使第一电极11、第二电极12之间短路。另外,此时,短路元件40维持着经由第一可熔导体14的第一电极11、第三电极13之间的连接。因此,在直到第一电极11、第二电极12之间短路为止的期间,维持着对发热体16的供电。
如图12的(A)(B)所示,短路元件40通过在第一电极11、第二电极12短路后还进一步使发热体16发热,而使连接第一电极11、第三电极13之间的第一可熔导体14向第一电极11侧偏靠、凝聚。由此,短路元件40在第一电极11、第三电极13之间切断供电路径3,停止发热体16的发热。
在该短路元件40中,也与上述短路元件1同样地,优选使第一电极11的面积大于第三电极13的面积。由此,短路元件40在横跨第一电极11、第三电极13之间而搭载的第一可熔导体14被加热时,第一可熔导体14的熔融导体的大部分被引至大面积的第一电极11上。因此,短路元件40可通过凝聚于第一电极11上的熔融导体使第一电极11与第二电极12短路,且可通过第一可熔导体14在第一电极11与第三电极13之间熔断,来切断供电路径3。
另外,在短路元件40中,也优选使第一电极11的面积大于第一支持电极21的面积。由此,短路元件40在横跨第一电极11与第一支持电极21之间而搭载的第一可熔导体14被加热时,第一可熔导体14向大面积的第一电极11侧偏靠,并且熔融导体的大部分被引至第一电极11上。因此,短路元件40可通过凝聚于第一电极11上的熔融导体使第一电极11与第二电极12短路。
进一步地,在短路元件40中,也优选使第一电极11与第三电极13的间隔G1形成得比第一电极11与第二电极12的间隔G2宽(G1>G2)。由此,短路元件40在第一可熔导体14被发热体16加热时,先产生自第一支持电极21向第一电极11侧的偏靠,且偏靠在第一电极11上的第一可熔导体14熔融,通过熔融导体使第一电极11、第二电极12之间短路,之后,第一可熔导体14自第三电极13向第一电极11侧偏靠,或第一可熔导体14的熔融导体自第三电极13被引至第一电极11侧,从而将第一电极11、第三电极13之间切断。即,短路元件1可防止如下情况:在第一电极11、第二电极12之间短路之前第一电极11、第三电极13之间被切断,使对发热体16的供电停止,由此导致不能使第一电极11、第二电极12之间短路。
此外,短路元件40与上述短路元件1同样地,优选将第三电极13形成在第一可熔导体14自第一支持电极21向第一电极11侧偏靠的偏靠方向上。另外,短路元件40优选将发热体16形成在至少与第一可熔导体14及第一电极11、第二电极12重叠的位置,且将发热体16形成在不与第三电极13重叠的位置。进一步地,短路元件40优选以自发热体16的发热中心C至第三电极13的距离比自发热体16的发热中心C至第一支持电极21的距离短的方式形成。
(电路构成例)
在图13中将电池电路30作为应用有短路元件1的短路电路的一例而示出。在电池电路30中,短路元件1可用于构筑将多个电池单元31中表示出过充电等异常电压的电池单元31进行旁路的旁路电流路径。
在图13中,电池电路30包括电池组件34,且串联连接有多个电池组件34,其中该电池组件34具有:短路元件1;电流控制元件32,其控制短路元件1的动作;电池单元31;保护元件33,其自充放电路径上切断电池单元31;以及电流控制元件32,其控制保护元件33的动作。
另外,电池电路30具有检测元件35,该检测元件35检测各电池组件34的电池单元31的电压,并且向保护元件33与电流控制元件32输出异常信号。
各电池组件34中,保护元件33与电池单元31串联连接。另外,电池组件34中,短路元件1的第一电极11与保护元件33的开路端连接,第二电极12与电池单元31的开路端连接,由此,保护元件33及电池单元31与短路元件1并联连接。
另外,电池组件34中,电流控制元件32、及保护元件33分别与检测元件35连接。检测元件35与各电池单元31连接,检测各电池单元31的电压值,在电池单元31成为过充电电压或过放电电压时,驱动具有该电池单元31的电池组件34的保护元件33,另外向与短路元件1连接的电流控制元件32输出动作信号。
电流控制元件32可包括例如场效应晶体管(以下称为FET)。电流控制元件32与发热体电极18连接,可控制对短路元件1的供电路径3的通电。另外,电流控制元件32与保护元件33的驱动端子连接。
保护元件33可包括如下元件,该元件具有:一对电极,连接在充放电路径上;可熔导体,横跨上述一对电极之间而搭载,使上述一对电极之间短路;以及发热体16,其与可熔导体串联连接,并在电压异常时被通电而发热,熔融可熔导体。
该电池电路30以如下方式进行控制:根据自检测元件35输出的检测信号,在电池单元31的电压值成为超过规定的过放电或过充电状态的电压时,使保护元件33及短路元件1动作,将该电池组件34自充放电电流路径切断,并且使短路元件1的开关2短路,形成将该电池组件34旁路的旁路电流路径。
这种电池电路30在正常时短路元件1的开关2为开路,因而电流在保护元件33及电池单元31侧流动。当在电池单元31上检测出电压异常等时,电池电路30中,自检测元件35向保护元件33输出异常信号,并通过保护元件33将异常的电池单元31自充放电电流路径上切断。
接下来,电池电路30以如下方式进行控制:通过检测元件35还向电流控制元件32输出异常信号,使电流在短路元件1的发热体16上流动。短路元件1利用发热体16使第一可熔导体14、第二可熔导体15加热、熔融,由此使熔融导体在第一电极11、第二电极12上凝聚并结合,从而使第一电极11、第二电极12短路。由此,电池电路30可通过短路元件1形成将电池单元31旁路的旁路电流路径。接下来,短路元件1通过第一可溶导体14在第一电极、第三电极之间熔断,而停止对发热体16供电。
由此,电池电路30即使在一个电池单元31产生异常的情况下,也可经由短路元件1形成绕过该电池单元31的旁路电流路径,并可通过剩余的正常的电池单元31维持充放电功能。
此时,短路元件1中,将支持第一可熔导体14的第一支持电极21、与构成对发热体16供电的供电路径3的第三电极13分开地设置,因而在第一可熔导体14熔融并在第一支持电极21与第一电极11之间熔断的情况下,也维持着第一电极11、第三电极13之间的连接。因此,短路元件1在直到第一电极11、第二电极12之间短路为止的期间,发热体16持续发热,因而能够可靠地使第一电极11、第二电极12之间短路,形成旁路电流路径。
另外,短路元件1通过发热体16在第一电极11、第二电极12短路后也持续发热,来使连接第一电极11、第三电极13之间的第一可熔导体14熔断,切断供电路径3,因而发热体16的发热被停止。
应予说明,短路元件1或电池电路30也可设置具有与被切断的电池单元31的内部电阻大致相同的电阻值的保护电阻。通过在旁路电流路径上设置保护电阻,电池电路30在构筑旁路电流路径之后,也可为与正常时相同的电阻值。
(发热体位置)
应予说明,在上述短路元件1中,通过在绝缘基板10的表面10a上,在绝缘层17的内部形成发热体16而被覆发热体16,但也可如图14所示,短路元件1中,将发热体16形成在绝缘基板10的表面10a上,并通过层积绝缘层17来被覆发热体16。
此时,与发热体16连接的发热体电极18及发热体引出电极19也形成于绝缘基板10的表面10a上,并且被绝缘层17被覆。
另外,如图15所示,短路元件1也可将发热体16形成在绝缘基板10的背面10b。此时,发热体16在绝缘基板10的背面10b被绝缘层17被覆。另外,与发热体16的一端连接的发热体电极18及发热体引出电极19也同样地形成于绝缘基板10的背面10b。与发热体引出电极19连接的第三电极13形成于绝缘基板10的表面10a侧,经由贯通绝缘基板10的导电通孔与发热体引出电极19连接。
短路元件1通过将发热体16形成于绝缘基板10的背面10b,使绝缘基板10的表面10a平坦化,由此,可利用印刷等将第一电极11~第三电极13和/或第一支持电极21、第二支持电极22一并形成在表面10a上。因此,短路元件1可使第一电极11~第三电极13和/或第一支持电极21、第二支持电极22的制造工序简化,并且可谋求低矮化。
另外,短路元件1在将发热体16形成在绝缘基板10的背面10b的情况下,也可通过使用精细陶瓷等导热性优异的材料作为绝缘基板10的材料,来与层积于绝缘基板10的表面l0a上的情况等同地利用发热体16将第一可熔导体14、第二可熔导体15加热、熔断。
另外,短路元件1也可如图16所示那样将发热体16形成在绝缘基板10的内部。此时,无需设置被覆发热体16的绝缘层17。另外,就与发热体16连接的发热体电极18及发热体引出电极19而言,分别与发热体16连接的下层部形成至绝缘基板10的内部,并经由导电通孔在绝缘基板10的表面l0a侧设置上层部。
另外,短路元件1也可如图17所示那样将发热体16与第一电极11~第三电极13和/或第一支持电极21、第二支持电极22排列地形成在绝缘基板10的表面10a上。此时,发热体16被绝缘层17被覆。
(可熔导体构成)
如上所述,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可含有低熔点金属与高熔点金属。作为低熔点金属,优选使用以Sn为主成分的无铅焊料等焊料,作为高熔点金属,优选使用Ag、Cu或以它们为主成分的合金等。此时,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可如图18(A)所示那样使用设置高熔点金属层70作为内层且设置低熔点金属层71作为外层的可熔导体。此时,第一可熔导体14、第二可熔导体15可采用高熔点金属层70的所有面被低熔点金属层71被覆的结构,也可为高熔点金属层70的所有面中的除相向的一对侧面以外的其他面被低熔点金属层71被覆的结构。由高熔点金属层70及低熔点金属层71形成的被覆结构可使用镀敷等公知的成膜技术来形成。
另外,如图18(B)所示,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可使用设置低熔点金属层71作为内层且设置高熔点金属层70作为外层的可熔导体。在此情况下,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可采用低熔点金属层71的所有面被高熔点金属层70被覆的结构,还可为低熔点金属层71的所有面中的除相向的一对侧面以外的其他面被高熔点金属层70被覆的结构。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可如图19所示那样采用层积有高熔点金属层70与低熔点金属层71的层积结构。
此时,第一可熔导体14、第二可熔导体15如图19(A)所示那样形成为包括与第一电极11~第三电极13及第一支持电极21、第二支持电极22连接的下层、和层积于下层上的上层的双层结构,可在成为下层的高熔点金属层70的上表面层积成为上层的低熔点金属层71,相反也可在成为下层的低熔点金属层71的上表面层积成为上层的高熔点金属层70。或者,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可如图19(B)所示那样形成为包括内层与层积于内层的上表面和下表面的外层的三层结构,可在成为内层的高熔点金属层70的上表面和下表面层积成为外层的低熔点金属层71,相反也可在成为内层的低熔点金属层71的上表面和下表面层积成为外层的高熔点金属层70。
另外,第一可熔导体14、第二可溶导体15也可如图20所示那样为交替地层积有高熔点金属层70与低熔点金属层71的四层以上的多层结构。此时,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可为所有面或除相向的一对侧面以外的其他面被构成最外层的金属层被覆的结构。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可在构成内层的低熔点金属层71的表面以条纹(stripe)状局部地层积高熔点金属层70。图21是第一可熔导体14、第二可熔导体15的俯视图。
图21(A)所示的第一可熔导体14、第二可熔导体15通过在低熔点金属层71的表面在宽度方向上以规定间隔将多个线状的高熔点金属层70形成在长度方向上,而沿长度方向形成线状的开口部72,自该开口部72露出低熔点金属层71。第一可熔导体14、第二可熔导体15可通过低熔点金属层71自开口部72露出,使熔融的低熔点金属与高熔点金属的接触面积增加,进一步促进高熔点金属层70的熔蚀作用,从而提高熔断性。开口部72例如可通过在低熔点金属层71上实施构成高熔点金属层70的金属的局部镀敷而形成。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可如图21(B)所示那样通过在低熔点金属层71的表面在长度方向以规定间隔将多个线状的高熔点金属层70形成在宽度方向上,而沿宽度方向形成线状的开口部72。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可如图22所示那样在低熔点金属层71的表面形成高熔点金属层70,并且遍及高熔点金属层70的整个面形成圆形的开口部73,自该开口部73露出低熔点金属层71。开口部73例如可通过在低熔点金属层71上实施构成高熔点金属层70的金属的局部镀敷而形成。
第一可熔导体14、第二可熔导体15可通过低熔点金属层71自开口部73露出,而使熔融的低熔点金属与高熔点金属的接触面积增加,进一步促进高熔点金属的熔蚀作用,从而提高熔断性。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可如图23所示那样在成为内层的高熔点金属层70形成多个开口部74,使用镀敷技术等将低熔点金属层71成膜于该高熔点金属层70,并填充至开口部74内。由此,第一可溶导体14、第二可熔导体15由于熔融的低熔点金属与高熔点金属接触的面积增大,因而低熔点金属可在更短的时间内将高熔点金属熔蚀。
另外,优选地,第一可熔导体14、第二可熔导体15使低熔点金属层71的体积形成得比高熔点金属层70的体积大。第一可熔导体14、第二可熔导体15通过发热体16的发热而被加热,并通过低熔点金属熔融而熔蚀高熔点金属,由此可快速地熔融、熔断。因此,第一可熔导体14、第二可熔导体15可通过使低熔点金属层71的体积形成得比高熔点金属层70的体积大,而促进该熔蚀作用,从而快速地使第一电极11、第二电极12之间短路。
另外,第一可熔导体14、第二可熔导体15也可如图24所示那样形成为大致矩形板状,且具有:相向的一对第一侧缘部14b、第一侧缘部15b,其被构成外层的高熔点金属被覆,且形成为壁厚较主面部14a、主面部15a厚;以及相向的一对第二侧缘部14c、第二侧缘部15c,其露出构成内层的低熔点金属,且形成为厚度较第一侧缘部14b、第一侧缘部15b薄。如图25所示,第一可熔导体14中,第一侧缘部14b横跨第一电极11、第三电极13之间而连接,并且沿第一支持电极21上而连接,第二侧缘部14c在成为熔断方向的两侧端的方向上,横跨第一电极11及第一支持电极21之间而连接。另外,第二可熔导体15中,第一侧缘部15b沿第二电极上及第二支持电极22上而连接,第二侧缘部15c在成为熔断方向的两侧端的方向上,横跨第二电极12及第二支持电极22之间而连接。
第一侧缘部14b、第一侧缘部15b的侧面被高熔点金属层70被覆,并且由此形成为壁厚较第一可熔导体14、第二可熔导体15的主面部14a、主面部15a厚。第二侧缘部14c、第二侧缘部15c在侧面露出外周被高熔点金属层70围绕的低熔点金属层71。第二侧缘部14c、第二侧缘部15c除与第一侧缘部14b、第一侧缘部15b相邻的两端部以外,形成为与主面部14a、主面部15a相同的厚度。
另外,如图25所示,第一可熔导体14、第二可熔导体15沿第二侧缘部14c、第二侧缘部15c横跨自第一支持电极21、第二支持电极22到第一电极11、第二电极12之间的第一可熔导体14、第二可熔导体15的熔断方向进行配设。另外,第一可熔导体14以第一侧缘部14b横跨自第一电极11至第三电极13的方式进行配设。由此,短路元件1可使第一可熔导体14、第二可熔导体15快速地凝聚于第一电极11、第二电极12上,使第一电极11、第二电极12短路,并且延迟第一电极11、第三电极13之间的切断,维持发热体16的发热,从而可靠地使第一电极11、第二电极12短路。
即,第二侧缘部14c、第二侧缘部15c形成为厚度较第一侧缘部14b、第一侧缘部15b相对较薄。另外,在第二侧缘部14c、第二侧缘部15c的侧面,露出构成内层的低熔点金属层71。由此,第二侧缘部14c、第二侧缘部15c通过低熔点金属层71对高熔点金属层70的熔蚀作用发挥效用,且被熔蚀的高熔点金属层70的厚度也比第一侧缘部14b、第一侧缘部15b形成得薄,从而与通过高熔点金属层70较厚地形成的第一侧缘部14b、第一侧缘部15b相比,可用较少的热能快速地熔融。对此,第一侧缘部14b被高熔点金属层70较厚地被覆,与第二侧缘部14c相比,至熔断为止需要较多的热能。
因此,如图26所示,短路元件1通过发热体16发热,首先,横跨有第二侧缘部14c的第一电极11与第一支持电极21之间、及横跨有第二侧缘部15c的第二电极12与第二支持电极22之间熔断,熔融导体在第一电极11、第二电极12上凝聚并结合。由此,短路元件1的第一电极11、第二电极12短路。然后,如图27所示,横跨有第一侧缘部14b的第一电极11、第三电极13之间熔断,对发热体16供电的供电路径3被切断,使发热体16的发热停止。即,短路元件1可防止如下情况:在第一电极11、第二电极12之间短路之前第一电极11、第三电极13之间被切断,使对发热体16的供电停止,由此导致不能使第一电极11、第二电极12之间短路。
具有这种构成的第一可熔导体14、第二可熔导体15可通过用构成高熔点金属层70的Ag等金属被覆构成低熔点金属层71的焊料箔等低熔点金属箔而制造。作为以高熔点金属被覆低熔点金属层箔的方法,可在长条状的低熔点金属箔上连续地实施高熔点金属镀敷的电解镀敷法在作业效率上、制造成本上有利。
在利用电解镀敷实施高熔点金属镀敷时,在长条状的低熔点金属箔的边缘部分、即侧缘部,电场强度相对变强,而将高熔点金属层70镀敷为较厚(参照图24)。由此,形成长条状的导体带(ribbon)41,该导体带41的侧缘部通过高熔点金属层70而较厚地形成。然后,通过将该导体带41在与长度方向正交的宽度方向(图24中C-C’方向)切割成规定长度,而制造第一可熔导体14、第二可熔导体15。由此,对于第一可熔导体14、第二可熔导体15,导体带41的侧缘部成为第一侧缘部14b、第一侧缘部15b,导体带41的切割面成为第二侧缘部14c、第二侧缘部15c。另外,第一侧缘部14b、第一侧缘部15b被高熔点金属被覆,第二侧缘部14c、第二侧缘部15c在端面(导体带41的切割面)向外侧露出有上下一对高熔点金属层70与被高熔点金属层70夹持的低熔点金属层71。
Claims (32)
1.一种短路元件,其特征在于,包括:
彼此接近地配置并且彼此开路的第一电极和第二电极;
第一支持电极,其与所述第一电极相邻;
第二支持电极,其与所述第二电极相邻;
第一可熔导体,其被所述第一电极及所述第一支持电极支持;
第二可熔导体,其被所述第二电极及所述第二支持电极支持;
发热体,其使所述第一可熔导体和所述第二可熔导体熔融;以及
第三电极,其比所述第一支持电极更加接近所述第一电极而配置并且与所述第一电极彼此开路,与所述发热体连接并且经由所述第一可熔导体与所述第一电极连接,
其中,设置有经由所述发热体、所述第三电极、所述第一可熔导体、所述第一电极的对所述发热体供电的供电路径,
通过所述发热体发热,使所述第一可熔导体和所述第二可熔导体熔融而向所述第一电极和所述第二电极侧偏靠,由此,经由所述第一可熔导体和所述第二可熔导体的熔融导体使所述第一电极和所述第二电极短路,
所述第一可熔导体凝聚于所述第一电极上,由此切断所述第一电极和所述第三电极。
2.根据权利要求1所述的短路元件,其特征在于,所述第一电极的面积大于所述第三电极的面积;
所述第二电极的面积大于所述第二支持电极的面积;
所述第一电极的面积大于所述第一支持电极的面积。
3.根据权利要求2所述的短路元件,其特征在于,所述第一电极与所述第三电极之间的间隔G1、所述第一电极与所述第二电极之间的间隔G2为以下的关系:G1>G2。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述第三电极形成在所述第一可熔导体的偏靠方向上。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述发热体形成在至少与所述第一可熔导体、所述第二可熔导体以及所述第一电极、所述第二电极重叠的位置。
6.根据权利要求5所述的短路元件,其特征在于,所述发热体形成在不与所述第三电极重叠的位置。
7.一种短路元件,其特征在于,包括:彼此接近地配置并且彼此开路的第一电极和第二电极;
第一支持电极,其与所述第一电极相邻;
第一可熔导体,其被所述第一电极支持;
发热体,其使所述第一可熔导体熔融;
以及第三电极,其比所述第一支持电极更加接近所述第一电极而配置并且与所述第一电极彼此开路,与所述发热体连接并且经由所述第一可熔导体与所述第一电极连接,
其中,设置有经由所述发热体、所述第三电极、所述第一可熔导体、所述第一电极的对所述发热体供电的供电路径,
通过所述发热体发热,使所述第一可熔导体熔融而凝聚于所述第一电极和所述第二电极上,由此,经由该可熔导体的熔融导体使所述第一电极和所述第二电极短路,
所述第一可熔导体凝聚于所述第一电极上,由此切断所述第一电极和所述第三电极。
8.根据权利要求7所述的短路元件,其特征在于,所述第一电极的面积大于所述第三电极的面积;
所述第一电极的面积大于所述第一支持电极的面积。
9.根据权利要求8所述的短路元件,其特征在于,所述第一电极与所述第三电极之间的间隔G1、所述第一电极与所述第二电极之间的间隔G2为以下的关系:G1>G2。
10.根据权利要求7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述第三电极形成在所述第一可熔导体的偏靠方向上。
11.根据权利要求7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述发热体形成在至少与所述第一可熔导体及所述第一电极、所述第二电极重叠的位置。
12.根据权利要求11所述的短路元件,其特征在于,所述发热体形成在不与所述第三电极重叠的位置。
13.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,自所述发热体的发热中心至所述第三电极的距离比自所述发热体的发热中心至所述第一支持电极的距离短。
14.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述发热体设置在层积于绝缘基板上的绝缘层的内部、或所述绝缘层与所述绝缘基板之间。
15.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述发热体形成于绝缘基板的内部。
16.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述发热体形成在绝缘基板的与形成有所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极的面侧相反一侧的面。
17.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述发热体形成在绝缘基板的与形成有所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极的面相同的面。
18.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述第一电极、所述第二电极及所述第三电极的表面被覆有镀镍/金、镀镍/钯、镀镍/钯/金中的任一个。
19.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体为焊料。
20.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体含有低熔点金属与高熔点金属,
所述低熔点金属因所述发热体进行的加热而熔融,并熔蚀所述高熔点金属。
21.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述低熔点金属为焊料;
所述高熔点金属为银、铜、或以银或铜为主成分的合金。
22.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体是内层为所述高熔点金属、外层为所述低熔点金属的被覆结构。
23.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体是内层为所述低熔点金属、外层为所述高熔点金属的被覆结构。
24.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体为层积有所述低熔点金属与所述高熔点金属的层积结构。
25.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体为交替地层积有所述低熔点金属与所述高熔点金属的四层以上的多层结构。
26.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体在构成内层的低熔点金属的表面以条纹状层积有高熔点金属。
27.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体包括具有多个开口部的高熔点金属层、及形成于所述高熔点金属层上的低熔点金属层,并在所述开口部填充有低熔点金属。
28.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体的所述低熔点金属的体积大于所述高熔点金属的体积。
29.根据权利要求20所述的短路元件,其特征在于,所述第一可熔导体包括:相向的一对第一侧缘部,其被构成外层的所述高熔点金属被覆,并且形成为壁厚比主面部厚;以及相向的一对第二侧缘部,其露出构成内层的所述低熔点金属,并且形成为厚度比所述第一侧缘部薄,所述第一侧缘部横跨所述第一电极和所述第三电极之间而连接,所述第二侧缘部横跨所述第一电极和所述第一支持电极之间而连接。
30.根据权利要求1~3中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述第二可熔导体与权利要求19~29中任一项所述的所述第一可熔导体的构成相同。
31.根据权利要求1~3、7~9中任一项所述的短路元件,其特征在于,所述第一电极和所述第二电极设置于比所述第三电极更接近所述发热体的发热中心的位置。
32.根据权利要求31所述的短路元件,其特征在于,所述第一电极及所述第二电极设置于所述发热体的发热中心上。
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