CN1732546A - 保护元件 - Google Patents

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Abstract

使低熔点金属体加热熔融时的球状分裂化性能提高的保护元件是一种在基板上具有发热体和低熔点金属体并通过发热体的发热使低熔点金属体熔断的保护元件。该保护元件具有低熔点金属体离开基底(例如绝缘层)而浮置的区域，当将夹持该区域的一对低熔点金属体用电极3a和3b、3b和3c间的低熔点金属体4的横截面积设为S(μm2)，将上述浮置区域的浮置高度设为H(μm)时，满足H/S≥5×10－5的关系式。这里，上述一对低熔点金属体用电极两者的上面最好是位于比上述基底的绝缘层的上面突出的位置。或者最好是上述一对低熔点金属体用电极的上面之间有台阶差，在该一对低熔点金属体用电极之间，低熔点金属体处于倾斜状态。

Description

保护元件
                        技术领域
本发明涉及在异常时对发热体通电从而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
目前，作为截断过电流的保护元件，广为人知的有由铅、锡、锑等低熔点金属体构成的电流保险丝。
此外，作为不仅可以用于防止过电流也可以用作防止过电压的保护元件，公知有这样的保护元件，即在基板上依次层叠发热体、绝缘层和低熔点金属体，在过电压时使发热体发热，由此来使低熔点金属体熔断(日本专利2790433号)。
然而，对于这样的保护元件，被指出有下述这样的问题，即在利用丝网印刷形成绝缘层时，在绝缘层表面上形成由丝网印刷的网眼引起的凹凸，由于存在此凹凸，故妨碍了在绝缘层上层叠的低熔点金属体在加热时的圆滑球状化分裂。于是，对于此问题，提出：不隔着绝缘层层叠发热体和低熔点金属体，而是将其在基板上平面配置(特开平10-116549号公报、特开平10-116550号公报)。
但是，平面配置发热体和低熔点金属体时，不能实现元件的紧凑化。此外，由于即便在这种情况下，低熔点金属体也被设成紧密地连接到基板上，因此无法避免基板成为加热熔融状态下低熔点金属体的流动阻碍，不能保证低熔点金属体的圆滑的球状分裂化。
                        发明内容
因此，本发明的目的为：提供一种保护元件，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被加热并熔断，其中，使低熔点金属体在加热熔融时切实实现球状分裂化。
本发明的发明者发现：当在基板上使低熔点金属体在与该低熔点金属体相连的电极之间浮置并且使该情况下的浮置高度H与低熔点金属体的横截面积S具有一定的关系时，低熔点金属体在加热熔融时的球状分裂化的性能就会提高。
即，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，通过发热体的发热使低熔点金属体熔断，其特征在于：具有低熔点金属体离开基底浮置的区域，当将夹持该区域的一对低熔点金属体用电极之间的低熔点金属体的横截面积设为S(μm2)、将上述浮置区域的浮置高度设为H(μm)时，H/S≥5×10-5。
其中，所谓低熔点金属体的横截面是指与流过该低熔点金属体的电流的方向相垂直的低熔点金属体的截面。
                        附图说明
图1A是本发明的保护元件的俯视图，图1B以及图1C是其剖面图。
图2A～图2E是本发明的保护元件的制造工程图。
图3是过电压防止装置的电路图。
图4是本发明的保护元件的剖面图。
图5是本发明的保护元件的剖面图。
图6A是本发明的保护元件的俯视图，图6B是其剖面图。
图7是本发明的保护元件的剖面图。
图8是本发明的保护元件的剖面图。
图9A是本发明的保护元件的俯视图，图9B是其剖面图。
图10是过电压防止装置的电路图。
图11是比较例的保护元件的剖面图。
                        具体实施方式
以下，一边参照附图一边对本发明进行详细说明。另外，各图中同样的符号表示同样的或同等的构成要素。
图1A是本发明的一种方式的保护元件1A的俯视图，图1B以及图1C是其剖面图。
该保护元件1A具有在基板2上使发热体6、绝缘层5以及低熔点金属体4依次层叠的构造。这里，低熔点金属体4连接到其两端的低熔点金属体用电极3a、3c与中央部的低熔点金属体用电极3b上。由于所有这些电极3a、3b、3c的上面都比成为低熔点金属体4的基底的绝缘层5的上面突出，所以低熔点金属体4不与其基底的绝缘层5相连接而是浮置着。
此保护元件1A的特征在于：将一对低熔点金属体用电极3a、3b或者电极3b、3c之间的低熔点金属体4的横截面积(在图1C中，附加双线阴影的部分：W×t)设为S(μm2)、浮置区域的浮置高度设为H(μm)的情况下，H/S≥5×10-5。
由此，在通过发热体6的发热使低熔点金属体4被加热并成为熔融状态的情况下，低熔点金属体4不受基底的绝缘层5或基板2等的表面性状的影响，可切实地进行球状分裂化。
该保护元件1A的制造如图2所示。首先，在基板2上形成发热体6用的电极(称为枕电极)3x、3y(图2A)，接下来形成发热体6(图2B)。该发热体6是通过印刷、烧制如氧化钌类糊剂来形成的。接下来，根据需要，在为了调节发热体6的电阻值而使用受激准分子激光器等对发热体6进行了修整后，形成绝缘层5以便覆盖发热体6(图2C)。接下来，形成低熔点金属体用电极3a、3b、3c(图2D)，在这些电极3a、3b、3c上像架桥一样设置低熔点金属体4(图2E)。
这里，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的形成母材及其自身的形成方法可以与现有例相同。因此，例如作为基板2，可以使用塑料膜、环氧玻璃基板、陶瓷基板、金属基板等，最好是使用无机类基板。
可以通过涂抹由例如氧化钌、炭黑等导电材料和水玻璃等无机类粘结剂或者热硬化性树脂等有机类粘结剂构成的电阻糊剂，并根据需要进行烧制来形成发热体6。此外，发热体6也可以通过对氧化钌、炭黑等的薄膜进行印刷、镀金、蒸镀、溅射等形成，也可以通过对这些膜进行粘贴、层叠等形成。
作为低熔点金属体4的形成材料，可以使用现有的用作保险丝材料的各种低熔点金属体，例如可以使用特开平8-161990号公报的[0019]段的表1中记载的合金。
作为低熔点金属体用电极3a、3b、3c，可以使用铜等金属单体、或者表面以Ag-Pt、Au等镀金的电极。
作为图1A的保护元件1A的使用方法，如图3所示可在过电压防止装置中使用。在图3的过电压防止装置中，在端子A1、A2上连接如锂离子电池等被保护装置的电极端子，在端子B1、B2上连接与被保护装置相连使用的充电器等装置的电极端子。通过该过电压防止装置，在对锂离子电池进行充电的过程中，当在稳压二极管D上施加击穿电压以上的反向电压时，基极电流ib急速流动，由此较大的集电极电流ic流过发热体6，使发热体6发热。该热量传递到发热体6上的低熔点金属体4，使低熔点金属体4熔断，防止了在端子A1、A2上施加过电压。这时，由于低熔点金属体4在4a和4b两个地方熔断，因此熔断后对于发热体6的通电被完全截断。
本发明的保护元件可以选用其他的各种各样的方式。例如亦可在一对低熔点金属体用电极的上面之间设置出台阶差，使在该一对低熔点金属体用电极上连接的低熔点金属体在这些电极间倾斜。
图4的保护元件1B是此类保护元件的一个例子，其使中间的电极3b的上面比两端的电极3a、3c的上面突出，使与电极3a、3b、3c相连的低熔点金属体4倾斜成向保护元件1B的上面一侧形成凸起。这时，使通过中间的电极3b的上面和两侧的电极3a、3c的上面之间的台阶差确定的浮置高度H(μm)与低熔点金属体的横截面积S(μm2)满足H/S≥5×10-5的关系。通过使低熔点金属体4倾斜并浮置，能够更加切实地产生加热熔融时的球状分裂化。
图5的保护元件1C形成为使中间的电极3b的上面比两端的电极3a、3c的上面低，使与电极3a、3b、3c相连的低熔点金属体4倾斜成向保护元件的下面一侧形成凸起。这时也使通过中间的电极3b的上面和两侧的电极3a、3c的上面的台阶差确定的浮置高度H(μm)与低熔点金属体的横截面积S(μm2)满足H/S≥5×10-5的关系。另外，像此保护元件1C一样，为了使中间的电极3b的上面和绝缘层5的上面形成在一个面上，例如，印刷形成绝缘层5的玻璃糊剂，并在其上印刷形成电极3b的导电糊剂，进而进行按压，使这些印刷面成为一个面，其后进行烧制处理形成绝缘层5和电极3b即可。
图6A的保护元件1D中，在中间的电极3b和两端的电极3a、3c之间设置绝缘玻璃等构成的隔板7，在此隔板7上形成低熔点金属体4，由此使低熔点金属体4浮置。这时，使通过隔板7的上面与中间的电极3b的上面或者两侧的电极3a、3c的上面的高度差确定的浮置高度H(μm)与低熔点金属体4的横截面积S(μm2)满足H/S≥5×10-5的关系。
另外，虽然在上述保护元件1A、1B、1C、1D中，低熔点金属体4浮置于电极3a、3b之间以及电极3b、3c之间的全部区域，低熔点金属体未与其下方的绝缘层5相接触，但是在本发明中，低熔点金属体4不是必须在与电极3a、3b、3c相连之外的所有区域中都浮置。例如，如图7所示的保护元件1E中，低熔点金属体4可以在两侧的电极3a、3c的附近与绝缘层5相接触。
此外，如图8所示的保护元件1F中，在一个保护元件中具有低熔点金属体4的高度不同的浮置(高度H1、H2)的情况下，针对各个浮置，满足上述浮置高度H和低熔点金属体的横截面积S之间的关系。
本发明的保护元件并不限于低熔点金属体在电极3a和电极3b、以及电极3b和电极3c这两对电极之间分别熔断，根据其用途，也可以构成为只在一对电极之间熔断。例如在如图10所示的电路图的过电压防止装置中使用的保护元件，能够像如图9A所示的保护元件1G那样，采用省略电极3b的结构。该保护元件1G也在一对电极3a、3c之间具有高度为H的浮置。
此外，在本发明的保护元件中，各个低熔点金属体4的形状并不限于平板状。例如可以采用圆棒状。此外，低熔点金属体4并不限于在发热体6上隔着绝缘层5层叠的情况。也可以平面配置低熔点金属体和发热体，并通过发热体的发热使低熔点金属体熔断。
在将本发明的保护元件芯片化的情况下，最好是在低熔点金属体4上覆盖4，6-尼龙、液晶聚合物等的罩体。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行具体的说明。
实施例1
通过以下方法，制作图1A的保护元件1A。准备铝类陶瓷基板(厚度0.5mm、大小5mm×3mm)作为基板2，通过在其上印刷银-钯糊剂(杜邦公司生产、6177T)并进行烧制(850℃、0.5小时)来形成发热体6用的电极3x、3y(厚度10μm、大小2.4mm×0.2mm)。
接下来，通过印刷氧化钌类糊剂(杜邦公司生产、DP1900)并进行烧制(850℃、0.5小时)来形成发热体6(厚度10μm、大小2.4mm×1.6mm、图形电阻5Ω)。
之后，通过在发热体6上印刷绝缘玻璃糊剂来形成绝缘层5(厚度15μm)，进而通过印刷银-白金糊剂(杜邦公司生产、5164N)并进行烧制(850oC、0.5小时)来形成低熔点金属体用电极3a、3b、3c(大小2.2mm×0.7mm，3a、3c的厚度20μm，3b的厚度10μm)。像架桥一样在这些电极3a、3b、3c上连接用作低熔点金属体4的焊锡箔(Sn∶Sb＝95∶5、液化温度240oC、厚度t＝100μm、长度L＝4000μm、宽度W＝1000μm)，得到焊锡箔的浮置高度H为10μm、焊锡箔的横截面积S为100μm×1000μm＝1×105μm2的保护元件1A。
比较例1
在实施例1的保护元件的制造方法中，通过在烧制电极3a、3b、3c之前进行按压，使电极3a、3b、3c和绝缘层5平面化，通过在其上连接焊锡箔，如图11所示，制作了焊锡箔(低熔点金属体4)不浮置的保护元件1X。
实施例2～7、比较例2～5
在实施例1的保护元件的制造方法中，通过改变低熔点金属体4的宽度、厚度和电极3a、3b、3c的印刷厚度，制作了如表1所示的低熔点金属体的浮置高度H和横截面积S不同的保护元件。
评价
在向实施例1～7以及比较例1～5的各保护元件的发热体6上施加4W功率的情况下，测定从在发热体6上施加电压到低熔点金属体4熔断为止的时间(工作时间)，工作时间在15秒以内时评价为G，超过15秒时评价为NG。
结果显示在表1上。由表1可知，通过在低熔点金属体4上设置浮置区域，工作时间将缩短，当低熔点金属体4的浮置高度H与横截面积S的比为H/S大于等于5×10-5时，工作时间变为15秒以内。
                                    表1
  宽度W(μm)   厚度t(μm)  面积S(μm2)   浮置H(μm)   H/S   工作时间(秒)   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比较例1比较例2比较例3比较例4比较例5   10001000100010005005005001000100010001000500   100100150300150150300100100150300300  1000001000001500003000007500075000150000100000100000150000300000150000   105102051010005105   1.0×10-45.0×10-56.7×10-56.7×10-56.7×10-51.3×10-46.7×10-5--3.3×10-53.3×10-53.3×10-5   10131215109133021242525   GGGGGGGNGNGNGNGNG
通过本发明的保护元件，即在基板上具有发热体和低熔点金属体，通过发热体的发热来加热并熔断低熔点金属体，就能够在低熔点金属体的加热熔融时使低熔点金属体切实实现球状分裂化。

Claims (4)

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，其特征在于：
具有低熔点金属体离开基底而浮置的区域，当将夹持该区域的一对低熔点金属体用电极之间的低熔点金属体的横截面积设为S(μm2)、将上述浮置区域的浮置高度设为H(μm)时，H/S≥5×10-5。
2.如权利要求1中所述的保护元件，其中，上述一对低熔点金属体用电极两者的上面位于比上述基底的绝缘层的上面突出的位置。
3.如权利要求1中所述的保护元件，其中，在上述一对低熔点金属体用电极的上面之间有台阶差，在该一对低熔点金属体用电极之间低熔点金属体处于倾斜状态。
4.如权利要求1中所述的保护元件，其中，在上述一对低熔点金属体用电极之间设置绝缘性的隔板，该隔板的上面比一对低熔点金属体用电极的上面突出。
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