CN1242442C - 保护元件 - Google Patents

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Abstract

一种保护元件(1p)，在基板上具有发热体(3)和低熔点金属体(5)，由发热体(3)的发热来熔融低熔点金属体(5)，通过流过电极(7a、7b、7c)来熔断该低熔点金属体(5)，满足下式：[低熔点金属体的截面积]/[熔断有效电极面积]≤0.15；或者，将通过熔融的低熔点金属体(5)流过的电极(7a、7b、7c)中低融点金属体(5)而相邻的电极彼此间的距离作为电极间距离的情况下，满足下式：2.5≤[电极间距离]/[低熔点金属体的截面积]≤30。

Description

保护元件
技术领域
本发明涉及异常时发热体发热、熔断低熔点金属体的保护元件。
背景技术
作为用于防止过电流和过电压的保护元件，已知一种在基板上层叠发热体和低熔点金属体的保护元件(特许2790433号公报、特开平8-161990号公报等)。在该类型保护元件中，当异常时在发热体中通电，通过发热体发热来熔融低熔点金属，通过沾湿设置该低熔点金属体的电极表面来熔断熔融的低融点金属体。
图1是使用这种保护元件1p的过电压防止装置的一个实例的电路图，图2是该保护元件1p的平面图(同图(a))和x-x方向剖面图(同图(b))。
该保护元件1p由在基板2上层叠由涂覆抗蚀胶等形成的发热体3、绝缘层4、由熔丝材料构成的低熔点金属体5来构成。图中，6a、6b为发热体用电极，其中，电极6与低熔点金属体5的中部电极(中间电极)7c相连接，通过夹着该连接部位，低熔点金属体5被分为两个部位5a、5b。7a、7b为低熔点金属体用电极。另外，8为由固体焊剂构成的、防止低熔点金属体5的表面氧化而密封低熔点金属体5的内侧密封部，9为由具有比低熔点5高的熔点或软化点的材料构成的、在低熔点金属体5熔断时防止熔融物流出保护元件的外侧密封部。
对于使用该保护元件1p的图1的过电压防止装置而言，例如锂离子电池等的被保护装置的电极端子被连接到端子A1、A2上，连接到被保护装置上而使用的充电器等装置的电极端子被连接到端子B1、B2上。根据该过电压防止装置，进行锂离子电池的充电，d在齐纳二极管D中施加击穿电压以上的过电压时，流过突变基极电流ib，比其大的集电极电流ic流过发热体3，发热体3发热。该热量在发热体3上的低熔点金属体内传导，分别熔断低熔点金属体5的两个部分5a、5b。因此，防止向端子A1、A2施加过电压，同时，截断了向发热体3的电流。
作为该类型的保护元件的低熔点金属体和发热体的连接模式，如特开平10-116549号公报、特开平10-116550号公报中所记载的，通过在发热体上不层叠低熔点金属体而是在基板上平面地配置低熔点金属体和发热体来连接的模式，也能得到在低熔点金属体熔断的同时截断向发热体的电流的相同的效果。
图3为与图1的保护元件1p相同的、由发热体3通电发热来熔断低熔点金属体5、与此同时、截断向发热体3的电流的保护元件1q的平面图(同图(a))、x-x方向剖面图(同图(b))及y-y方向剖面图(同图(c))(参照特愿平11-110163号说明书)。在该保护元件1q中，在基板2上设置低熔点金属体用电极7a、7b、7c。设置低熔点金属体5(5a、5b)以跨接这些电极7a、7b、7c。另外，通过绝缘层4在电极7c的下面设置发热体3。发热体3在发热体用电极6a引出的配线6x、6y和发热体用电极6b之间通电加热。发热体用电极6b与低熔点金属体用电极7c连接。因此，通过发热体3的发热，分别熔断电极7a、7c之间的低熔点金属体5a和电极7b、7c之间的低熔点金属体5b，截断向被保护装置的电流，另外，也截断了向发热体3的电流。
因此，在上述已有的保护元件1p、1q中存在的问题是，即使在发热体3发热时低熔点金属体5为熔融状态，但由于低熔点金属体用电极7a、7b、7c的面积窄，熔融的低熔点电极体5不能充分地流过这些电极，所以低熔点金属体5不能熔断。
另外，在低熔点金属体用电极7a、7b、7c中，当相邻的电极间彼此的距离(电极间距离)窄的情况下，也存在在发热体3发热时，即使低熔点金属体处于熔融状态也不熔断的问题。相对的电极间距离变大，通过低熔点金属体5连接到基板2上时的热量，低熔点金属体5局部变细，阻抗值不恒定，另外，即使显示相同阻抗值的情况下，抗脉冲电流的性能也变差。在电极间的距离变大时，当将低熔点金属体5通过热焊接等来连接到基板上时，低熔点金属体5会熔断。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，由发热体的发热来熔断低熔点金属体，通过流过电极来熔断该低熔点金属体，通过最优化发热体发热时熔融状态的低熔点金属体流过的电极面积和电极间的距离，来提高保护元件的生产稳定性和可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供一种保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，由发热体的发热来熔断低熔点金属体，通过流过低熔点金属体用电极来熔断该低熔点金属体，其特征在于：对于至少一个熔融的低熔点金属体流过的低熔点金属体用电极而言，满足下式：
[低熔点金属体的截面积]/[熔断有效电极面积]≤0.15    (1)
其中，低熔点金属体的截面积定义为在与流过低熔点金属体的电流方向垂直的面中的该低熔点金属体的截面积的平均值，熔断有效电极面积定义为对于流过熔融的低熔点金属体的各电极而言、低熔点金属体完全熔融、开始流动后的一分钟内熔融状态的低熔点金属体沾湿所得到的低熔点金属体用电极面积。
另外，本发明还提供一种保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，由发热体的发热来熔断低熔点金属体，通过流过低熔点金属体用电极来熔断该低熔点金属体，其特征在于：满足下式：
2.5≤[电极间距离]/[低熔点金属体的截面积]≤30    (2)
其中，电极间距离定义为熔融的低熔点金属体流过的低熔点金属体用电极中相邻的电极彼此间的距离，低熔点金属体的截面积定义为在与流过低熔点金属体的电流方向垂直的面中的该低熔点金属体的截面积的平均值。
这里，所谓的低熔点金属体的截面积，如上所述，虽然为与流过低熔点金属体的电流方向垂直的面上的该低熔点金属体的截面积，但在该截面积对于流过低熔点金属体的电流方向不一定的情况下，可以是对该电流方向通过平均截面积所得到的值。
所谓的熔断有效电极面积，为当变为完全熔融状态、开始流动的低熔点金属体在流动开始后一分钟内沾湿所得到的电极的表面积，但在熔融状态的低熔点金属体沾湿所得到的电极为多个时，其中至少一个电极满足公式(1)。
另外，熔断有效电极面积通常等于熔融的低熔点金属体流过电极的全部表面积，但在电极的全部表面积比熔融状态的低熔点金属体在流动开始一分钟内沾湿所得到的面积大的情况下，部分电极的全部表面积为熔断有效电极面积。
因为本发明的保护元件由满足上述公式(1)或公式(2)形成，所以在发热体发热时，可快速地熔断低熔点金属体，提高作为保护元件的可靠性。另外，也提高了生产稳定性。
附图说明
图1是保护元件的电路图；
图2是保护元件的平面图(同图(a))和x-x方向剖面图(同图(b))；
图3是保护元件的平面图(同图(a))、x-x方向剖面图(同图(b))和y-y方向剖面图(同图(c))。
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明。另外，各图中的同一符号表示同一或同等的构成元件。
本发明的保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，由发热体的发热来熔断低熔点金属体，通过流过电极来熔断该低熔点金属体，通过适当设定低熔点金属体的截面积和熔融的低熔点金属体流过的电极的表面积来满足下式：
[低熔点金属体的截面积]/[熔断有效电极面积]≤0.15    (1)
或通过适当地设定熔融的低熔点金属体流过的电极的相互间隔和低熔点金属体的截面积来满足公式(2)：
2.5≤[电极间距离]/[低熔点金属体的截面积]≤30       (2)。
最好是，通过适当设定低熔点金属体的截面积、熔融的低熔点金属体流过的电极的表面积和熔融的低熔点金属体流过的电极的相互间隔，来同时满足公式(1)和公式(2)。
具体而言，例如根据图2所示的保护元件1p，将低熔点金属体5的y-y方向的截面的截面积设定为低熔点金属体的截面积来满足上述公式(1)、公式(2)。另外，作为熔断有效电极面积，对于熔融的低熔点金属体5流过所构成的低熔点金属体用电极7a、7b、7c的至少一个电极而言，设定来满足上述公式，同样地将低熔点金属体用电极7a、7c之间的距离d1和低熔点金属体用电极7b、7c之间的距离d2设定来作为电极间距离。
另外，根据图3所示的保护元件1q，将低熔点金属体5的y-y方向的截面的截面积设定为低熔点金属体5的截面积来满足上述公式(1)、公式(2)。将熔融的低熔点金属体5流过构成的低熔点金属体用电极7a、7b、7c的至少一个电极的表面积设不定期为熔断有效电极面积来满足上述公式，同样地将低熔点金属体用电极7a、7c之间的距离d1和低熔点金属体用电极7b、7c之间的距离d2设定来作为电极间距离。
由此，因为在低熔点金属体5熔融的情况下确实发生熔断，所以可提高作为保护元件的动作可靠性。另外，在制造保护元件时，不会边局部细地形成低熔点金属体，边熔断，所以能提高保护元件的生产稳定性。
本发明的保护元件限定满足上述公式(1)和公式(2)，但不特别限定低熔点金属体、电极、发热体、基板等的每个的构成材料或配置。例如，低熔点金属体5的形成材料可以使用已有的被用作熔丝材料的各种低熔点金属体，例如，可使用在特开平8-161990号公报第[0019]段的表1中记载的合金。另外，低熔点金属体的形状既可以是薄片状，也可以是棒状。
也不特别限定熔融的低熔点金属体5流过所构成的电极、例如图2的保护元件1p中的低熔点金属体用电极7a、7b、7c和图3的保护元件1q中的低熔点金属体用电极7a、7b、7c的构成材料，最好使用与熔融状态的低熔点金属体5沾湿性能好的材料。例如，铅等金属单体和表面由Ag-Pt、Au、Ag-Pd等形成的材料。
另外，对发热体3涂覆例如，由氧化钌、碳黑等导体材料和水玻璃等无机粘结剂或热固化树脂等有机粘结剂构成的阻抗胶，必要时可通过烘烤形成。另外，也可由印刷、电镀、蒸发、溅射来形成氧化钌、碳黑等薄膜，也可由粘贴、层叠这些膜来形成。
作为基板2而言，不特别限定，既可使用塑料膜、玻璃环氧基板、陶瓷基板、金属基板等，也可使用无机基板。
绝缘层4为绝缘发热体3和低熔点金属体5的层，例如，可使用环氧系列、丙烯酸系列、聚脂系列等各种有机树脂或以SiO2为主要成分的无机材料。另外，在由有机树脂形成绝缘层4的情况下，也可含有热传导性高的无机粉末来高效地向低熔点金属体5传导发热体3发热时的热量。
以上，参照附图详细地说明了本发明的保护元件，另外，本发明可以为各种模式。例如，必要时可增加低熔点金属体的数量和流过熔融的低熔点金属体所构成的电极的数量。另外，在如图所示的保护元件1p、1q中，在发热体3上设置绝缘层4，也可省略该绝缘层4(特愿平11-94385号说明书)。另外，如特开平10-116549号公报、特开平10-116550号公报所记载的，也可在基板2上平面地配置发热体3和低熔点金属体5。
在低熔点金属体5上，为了防止其表面氧化，设置了由固体焊剂构成的内侧密封部，在其外侧设置了防止低熔点金属体5熔断时熔融物流出元件外的外侧密封部或盖。
下面，基于实施例来具体说明本发明。
实施例1-8，比较例1-8
如下制造图3的保护元件1q。准备铝基板(大小为3mm×5mm)来作为基板2，其中，为了形成低熔点金属体用电极7a、7b和发热体用电极6a、6b，印刷Ag胶(デユポン社制造，QS174)，在870度下烘烤30分钟。接着，为了形成发热体3，印刷氧化钌阻抗胶(デユポン社制造、DP1900)，在870度下烘烤30分钟(厚度为10μm，大小为0.1mm×2.0mm)。接着，在发热体3上印刷硅绝缘胶(デユポン社制造，AP5346)，在500度下烘烤30分钟后形成绝缘层4。在绝缘层4上与上述低熔点金属体用电极7a、7b相同地形成低熔点金属体用电极7c。在低熔点金属体用电极7a、7b、7c上涂覆焊料膏(Sn∶Pb＝90∶10)，在其上热焊接焊料箔(Sn∶Sb＝5∶95)(宽度W1＝1mm、长度L1＝4.2mm)来作为低熔点金属体5。
此时，如表1所示变化低熔点金属体用电极7c的宽度W2、长度L2，另外，通过变化焊料箔的厚度D1来如表1所示变化焊料箔的y-y方向的截面的截面积。
在向如此得到的各实施例和比较例的保护元件的发热体3施加4W(动力值)来加热发热体3(4W操作)、熔断焊料箔(低熔点金属体5)时，测量从开始施加4W到焊料箔熔断所需时间。对于4W操作而言，在20秒内熔断为OK，超过20秒熔断的或未熔断的为NG。结果如表1所示。
表1
L2(mm)  电极W2(mm) 面积(mm2)    焊料箔截面积(mm2)  [焊料箔截面积]/[电极面积]  判定
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8比较例1比较例2比较例3比较例4比较例5比较例6比较例7比较例8  0.30.40.50.70.91.41.41.60.30.40.50.70.91.41.41.6  1.51.51.51.51.81.82.02.01.51.51.51.51.81.82.02.0   0.450.600.751.051.622.522.803.200.450.600.751.051.622.522.803.20     0.020.060.060.150.200.300.300.400.080.100.150.180.300.400.500.50     0.0440.1000.0800.1430.1230.1190.1070.1250.1780.1670.2000.1710.1850.1590.1790.156   OKOKOKOKOKOKOKOKNGNGNGNGNGNGNGNG
从表1可知，[焊料箔截面积]/[电极面积]为0.15以下的实施例1-8的保护元件在4W操作时稳定熔断，[焊料箔截面积]/[电极面积]超过0.15的比较例1-8的保护元件在4W操作时不熔断，缺少作为保护元件的可靠性。
实施例9-14，比较例9-14
以实施例1来制造图3的保护元件1q。此时，使用大小为3mm×5mm-3mm×9mm作为铝基板。焊料箔的宽度W1为1mm，其长度L1为低熔点金属体用电极7a、7b之间的距离加上0.5mm后的长度。低熔点金属体用电极7a、7b、7c的整个大小为L2＝1mm，W2＝2mm。低熔点金属体用电极7a、7c之间的电极间距离d1与低熔点金属体用电极7b、7c之间的电极间距离d2相同，电极间距离d1(及d2)随表2变化。
目视观察如此得到的各实施例和比较例的保护元件，在焊料箔(低熔点金属体5)中，观察到的其面积在局部初期截面积的75％以下的细部分的情况下为NG。另外，对于未构成NG时，进行向发热体3施加4W(动力值)以使发热体3发热的4W操作，测量从4W施加开始到焊料箔熔断所需的时间。对于该4W操作而言，在20秒内熔断为OK，超过20秒熔断的或未熔断的为NG。结果如表2所示。
表2
    焊料箔截面积(mm2)  电极间距离(mm)     [电极间距离]/[焊料箔截面积](mm-1)   判定
  实施例9实施例10实施例11实施例12实施例13实施例14比较例9比较例10比较例11比较例12比较例13比较例14     0.020.040.060.150.200.500.020.040.060.150.200.50     0.60.61.00.40.61.51.01.52.00.20.41.0     30.015.016.72.73.03.050.037.533.31.32.02.0   OKOKOKOKOKOKNG*1NG*2NG*2NG*3NG*3NG*4
*1：焊料箔焊接时焊料箔熔断
*2：焊料箔的截面积在局部上有初期截面积的75％的细部分
*3：4W操作开始后，即使经过60秒也未熔断
*4：在4W操作开始后40秒内熔断
在从表2可知，存在于[电极间距离]/[焊料箔截面积]为2.5-30的范围内的实施例9-14的保护元件在保护元件的制造中在局部不形成细的部分，另外，虽在4W操作时确实熔断焊料箔，但在电极间距离]/[焊料箔截面积]小于2.5的比较例12-14中，在4W操作时保护元件不熔断，作为保护元件的可靠性变差。另外，电极间距离]/[焊料箔截面积]超过30的比较例9-11中，在保护元件的制造时焊料箔熔断，或在焊料箔中形成局部细的部分，生产稳定变差。
因为本发明的保护元件以低熔点金属体的截面积与熔断有效电极面积的比或电极间距离与低熔点金属体的截面积的比以规定范围形成，所以提高了作为保护元件的操作可靠性，另外，提高了生产稳定性。

Claims (2)

1.一种保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，由发热体的发热来熔融该低熔点金属体，通过流过低熔点金属体用电极来熔断该低熔点金属体，其特征在于：对于至少一个熔融的低熔点金属体流过的低熔点金属体用电极而言，满足下式：
[低熔点金属体的截面积]/[熔断有效电极面积]≤0.15
其中，低熔点金属体的截面积定义为在与流过低熔点金属体的电流方向垂直的面中的该低熔点金属体的截面积的平均值，熔断有效电极面积定义为对于流过熔融的低熔点金属体的各电极而言、低熔点金属体完全熔融、开始流动后的一分钟内熔融状态的低熔点金属体沾湿所得到的低熔点金属体用电极面积。
2.一种保护元件，在基板上具有发热体和低熔点金属体，由发热体的发热来熔融该低熔点金属体，通过流过低熔点金属体用电极来熔断该低熔点金属体，其特征在于：满足下式：
2.5≤[电极间距离]/[低熔点金属体的截面积]≤30
其中，电极间距离定义为熔融的低熔点金属体流过的低熔点金属体用电极中相邻的电极彼此间的距离，低熔点金属体的截面积定义为在与流过低熔点金属体的电流方向垂直的面中的该低熔点金属体的截面积的平均值。
CNB011215003A 2000-05-17 2001-05-17 保护元件 Expired - Lifetime CN1242442C (zh)

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JP145692/00 2000-05-17
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