DE10135256B4

DE10135256B4 - Thermische Sicherung und Verfahren zur Herstellung der Thermischen Sicherung

Info

Publication number: DE10135256B4
Application number: DE10135256A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Izaki; Takahiro Mukai; Shinichi Otsuka; Kenzo Isozaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2021-07-20
Also published as: KR100757623B1; JP3478785B2; JP2002042621A; US6556122B2; CN1218344C; US20020113685A1; DE10135256B8; CN1334580A; KR20020008774A; DE10135256A1

Abstract

Thermische Schmelzsicherung, mit zwei nach außen stehenden Kontakten (4, 5), deren einander zugewandten Kontaktenden (6, 7) durch einen Schmelzmetallkörper (16) elektrisch miteinander verbunden sind, der aus einem Metall besteht, das bei einer vorgegebenen Temperatur schmilzt, um die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktenden (6, 7) zu unterbrechen,
ferner mit einer Trägerschicht (1) auf der die beiden Kontakte (4, 5) aufgebracht sind und einer die Kontaktenden (6, 7) und den Schmelzmetallkörper (16) schützenden Abdeckung (18), dadurch gekennzeichnet, dass
der durch die Abdeckung (18), die darunter liegenden Teile der Kontakte (4, 5) und der Trägerschicht (1) definierte Körper (50) der Schmelzsicherung folgende Maße aufweist: 2,0 mm <L1 < 8,5 mm; L1 = Länge, 0,4 mm <L3 < 2,5 mm; L3 = Dicke, dass die Kontakte (4, 5) einen Elastizitätsmodul im Bereich von 3×10¹⁰Pa bis 8×10¹⁰Pa und eine Zugfestigkeit im Bereich von 4 × 10⁸Pa bis 6 × 10⁸Pa aufweisen, und
dass der Schmelzmetallkörper (16) einen vorgegebenen Reinheitsgrad nicht unterschreitet, der definiert ist durch:
tatsächliche Dichte (D2) / theoretische Dichte (D1) > 0,98.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine thermische Sicherung, die verwendet wird, um zu verhindern, daß ein Gerät durch Überhitzung beschädigt wird.
In letzter Zeit sind die Fortschritte bei der technischen Entwicklung von Akkumulatoren sehr beachtlich. Insbesondere als Batterien für Geräte, wie Handys, PHS und Personalcomputer in der Größe eines Notebooks sind Akkumulatoren, die kompakt sind, und die pro Ladung für eine lange Zeit verwendet werden können, entwickelt worden, und sie haben auch praktische Anwendung gefunden. Es werden insbesondere Batterien, wie Ni-Cd-Zellen, Ni-H-Zellen, Lithiumionen-Zellen, Lithiumpolymer-Zellen, zunehmend entwickelt und zur praktischen Anwendung gebracht, was die Entwicklung von Akkumulatoren, die kleiner sind und die eine längere Lebensdauer aufweisen, verstärkt.
Bei der Verminderung der Größe von Batterien wird jedoch durch eine schnelle Entladung, die beispielsweise durch einen Kurschluß zwischen den positiven und negativen Elektroden verursacht wird, Hitze erzeugt. Es besteht daher eine erhöhte Gefahr einer Beschädigung oder einer Explosion der Batterien. Um ein solches Problem zu verhindern, wird eine thermische Sicherung verwendet, die auslöst, wenn Hitze durch einen Kurzschluß oder dergleichen erzeugt wird, um somit die Sicherheit der Akkumulatoren zu gewährleisten. Als thermische Sicherung für diesen Zweck wird eine thermische Sicherung, die ein schmelzbares Metall verwendet, allgemein verwendet.
Ein solches schmelzbares Metall wird über eine Isolierschicht an einem Teil in einer Batterie oder einer Leistungsquelle, das sich erhitzen kann, befestigt.Wenn eine Batterie oder eine Stromquelle erhitzt wird, so wird das schmelzbare Metall geschmolzen, um die Schaltung zu unterbrechen, bevor die Temperatur einen gefährlichen Pegel erreicht. Somit wird das Entladen oder Laden der Batterie unterbrochen, um ein Überhitzen der Batterie zu verhindern. Weiterhin kann ein Zusammenbruch der Stromquelle durch die Hitze verhindert werden.

Die 22, 23 und 24 zeigen eine konventionelle thermische Sicherung. In den 22, 23 und 24 ist die verwendete thermische Sicherung eine Dünnfilmsicherung, die Bleileiter 40, 41 und eine Isolationsplatte 42 umfaßt. Die konventionelle thermische Sicherung weist eine Isolationsplatte 42, die eine größere Breite als die Bleileiter 40, 41 besitzt, auf.

Die Distanz "d" zwischen den Anschlüssen des Bleileiters 40 und des Bleileiters 41 ist kleiner als die Breite der Schweißposition 46 der schmelzbaren Legierung. Somit ist die Distanz d zwischen den Anschlüssen kürzer als die Schmelzdistanz, wenn die thermische Sicherung normalerweise geschmolzen wird.

21 ist eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Batteriesatzes. Der Batteriesatz wird als quadratischer Batteriesatz, dessen Dicke identisch zur Breite der Isolationsplatte 42 ist, verwendet.

Der konventionelle Batteriesatz weist eine Dicke von 6 mm bis 5 mm auf. Mit der neuerdings stattfindenden Verkleinerung der Abmessungen und der Dicke von Handys hat sich eine erhöhte Forderung nach Batteriesätzen eines kleineren und dünneren Typs, die eine Dicke im Bereich von 2,5 bis 4 mm aufweisen, ergeben. Bei einer konventionellen thermischen Sicherung des Dünnfilmtyps besteht das Problem, daß die Breite der Isolationsplatte 42 nicht ohne eine Reduzierung der Breite der Bleileiter 40, 41 erfolgen kann. Es hat sich auch eine Grenze bei der Verminderung der Größe in Bezug auf die Längsrichtung der Isolationsplatte ergeben, da die Haltespannungsdistanz zwischen den Anschlüssen die obige Distanz "d" zwischen den Anschlüssen in eine Luftatmosphäre ist.

Eine Schmelzsicherung gemäß dem Oberbegriff ist aus EP-A-0 964 419 bekannt. Weitere thermische Sicherungen beschreiben US-A-5 097 247 und JP-A-2000 164093 .

EP-A-O 964 419 und JP-A-2000 164093 zeigen thermische Sicherungen bei denen auf einem Isolatormaterial zwei Leiter angebracht sind. Diese Leiter sind durch ein schmelzbares Metallstück verbunden. Über dem schmelzbaren Metallstück befinden sich ein Flussmittel sowie eine Abdeckung.

US-A-5 097 247 beschreibt eine Temperatursicherung, bei der auf einer Leiterplatte zwei Leiter durch ein leicht schmelzbares Lot verbunden sind. Dieses Lot ist mit Flussmittel beschichtet und mit Gummimaterial abgedeckt.

Auch wenn die konventionelle thermische Sicherung einfach in der Größe reduziert wird, so findet natürlich eine Verschlechterung verschiedener Eigenschaften, wie der Bindungsfestigkeit jedes Elements und der Temperaturanstiegsrate statt.

Es ist die Aufgabe der vorliegende Erfindung eine thermische Sicherung anzugeben, die eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit, eine hohe Qualität und niedrigere Kosten bietet, wobei weniger Leistung durch die Verdrahtung im Batteriekörper, sogar nachdem dessen Größe vermindert wurde, verbraucht wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 für eine thermische Schmelzsicherung, den Merkmalen des Anspruchs 8 für ein Herstellungsverfahren und den Merkmalen des Anspruchs 9 für die Verwendung der thermische Schmelzsicherung in einem Batteriesatz gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Durch die erfindungsgemäße Konfiguration kann man eine thermische Sicherung mit reduzierter Größe und Dicke erhalten. Weiterhin ist es möglich, eine thermische Sicherung und einen Batteriesatz, die eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit, eine hohe Qualität und geringe Kosten aufweisen, wobei durch die Verdrahtung im Batteriekörper, sogar nachdem dieser in der Größe reduziert wurde, weniger Leistung verbraucht wird, zu erhalten.

1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherüng in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Teilschnittansicht einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Teilschnittansicht einer thermischen Sicherungin einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer thermi- schen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine perspektivische Ansicht einer thermischen Sicherung in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Batteriesatzes i.n einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Schaubild, das eine Zugfestigkeits-Dehnungs-Kurve im Zugfestigkeitstest einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist eine perspektivische Ansicht einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine perspektivische Ansicht einer thermischen Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Batteriesatzes.
22 zeigt das Aussehen und das Innere einer konventionellen thermischen Sicherung.
23 ist eine Schnittansicht einer konventionellen thermischen Sicherung.
24 zeigt einen Teil der Konfiguration einer konventionellen thermischen Sicherung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine thermische Sicherung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Trägerschicht, im folgenden auch Substrat, ein Paar Kontakte oder Anschlüsse, die auf der Trägerschicht angeordnet sind, einen Körper aus schmelzbaren Metall, mit dem die Kontakte verbunden sind, und eine Abdeckung, die angeordnet ist, um das schmelzbare Metall abzudecken, wobei die Eigenschaften, Größen, Materialien etc. jedes Elements gemäß den Anforderungen spezifiziert werden. Das Wort "das Paar der Anschlüsse" bedeutet dasselbe wie "gepaarte Anschlüsse". Die Kontaktenden, als Verbindungsstücke zum Schmelzmetallkörper, sind im folgenden als „schmelzbare Metallverbindung" bezeichnet.
Eine thermische Sicherung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt:

(a) einen Sicherungshauptkörper, der ein Substrat, ein schmelzbares Metall und eine Abdeckung aufweist;
(b) ein Anschlußpaar, das vom Sicherungshauptkörper vorsteht, wobei das Anschlußpaar einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß umfaßt, wobei ein Ende des ersten Anschlusses von einem Ende des Sicherungshauptkörpers vorsteht, und ein Ende des zweiten Anschlusses vom anderen Ende des Sicherungshauptkörpers vorsteht, wobei das andere Ende des ersten Anschlusses eine erste schmelzbare Metallverbindung umfaßt; und das andere Ende des zweiten Anschlusses eine zweite schmelzbare Metallverbindung umfaßt; das schmelzbare Metall zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß angeordnet ist; ein Ende des schmelzbaren Metalls mit der ersten schmelzbaren Metallverbindung verbunden ist, und das andere Endes des schmelzbaren Metalls mit der zweiten schmelzbaren Metallverbindung verbunden ist; die Abdeckung so angeordnet ist, daß sie das schmelzbare Metall, die erste schmelzbare Metallverbindung und die zweite schmelzbare Metallverbindung abdeckt; und die Länge L1 des Sicherungshauptkörpers, die sich zwischen dem ersten Anschluß und dem zweiten Anschluß erstreckt, und die Dicke L3 des Hauptkörpers folgende Beziehungen erfüllen: 2,0 mm < L1 < 8,5 mm 0,4 mm < L3 < 2,5 mm.

Ein Batteriesatz unter Verwendung der Schmelzsicherung der vorliegenden Erfindung umfaßt:

(i) eine Batterie;
(ii) einen Hauptkörper, um die Batterie aufzunehmen;
(iii) Leiter, die aus dem Hauptkörper hinausgeführt und elektrisch mit der Batterie verbunden sind; und
(iv) eine thermische Sicherung, die zwischen den Leitern angeordnet ist, so daß sie mit dem Hauptkörper in Kontakt steht, wobei die thermische Sicherung die oben erwähnte Struktur umfaßt.

Durch die obige Konfiguration kann man eine thermische Sicherung und einen Batteriesatz, die eine verminderte Größe und Dicke aufweisen, erzielt werden.
Vorzugsweise ist die Breite der ersten schmelzbaren Metallverbindung kleiner als die Breite des ersten Anschlusses, und die Breite der zweiten schmelzbaren Metallverbindung ist kleiner als die Breite des zweiten Anschlusses.
Vorzugsweise liegt die Dicke jedes Anschlusses des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses im Bereich von 0,08 mm bis 0, 25 mm.
Vorzugsweise umfaßt der Sicherungshauptkörper weiter einen Bindungsfilm, der zwischen dem Substrat und der Abdeckung angeordnet ist, und der Bindungsfilm weist eine Fensteröffnung auf, im folgenden drittes Durchgangsloch, während das schmelzbare Metall, die erste schmelzbare Metallverbindung und die zweite schmelzbare Metallverbindung im dritten Durchgangsloch angeordnet sind.
Vorzugsweise ist der Bindungsfilm aus einem thermoplastischen Material hergestellt; die Kontakte weisen eine haftverbessernde Oberfläche auf, im folgenden erster Filmbindungsteil und zweiter Filmbindungsteil mit Oberflächen, die rauher als die anderen Oberflächen des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses sind; und die Oberflächen des ersten Filmbindungsteils und des zweiten Filmbindungsteils sind mit dem Bindungsfilm durch eine thermische Ablagerung des Bindungsfilms verbunden.
Durch diese Konfiguration kann die thermische Sicherung in ihrer Größe und Dicke reduziert werden. Weiterhin ist es, sogar wenn der Anschlußteil und das Substrat ein vermindertes Bindungsgebiet aufweisen, möglich, die Bindungsfestigkeit des Anschlußteils und des Substrats aufrecht zu halten. Zusätzlich kann durch das Regulieren der Dicke des Anschlußteils verhindert werden, daß der Widerstand der Verdrahtung steigt. Weiterhin kann eine Verbesserung der Eigenschaften und eine Reduktion der Kosten der thermischen Sicherung verwirklicht werden. Auch das Herstellungsverfahren wird vereinfacht. Darüberhinaus kann der Unterschied in der Breite zwischen dem Substrat und dem Anschlußteil minimiert werden. Somit kann der Sicherungshauptkörper in seiner Größe vermindert werden.
Vorzugsweise weist jeder Anschluß des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses ein Elastizitätsmodul im Bereich von 3 × 10¹⁰ Pa bis 8 × 10¹⁰ Pa und eine Zugfestigkeit im Bereich von 4 × 10⁸ Pa bis 6 × 10⁸ Pa auf .
Durch diese Konfiguration kann die Festigkeit des Anschlußteils aufrecht erhalten werden, sogar wenn die thermische Sicherung eine reduzierte Größe und Dicke aufweist. Somit ist es möglich, ein Biegen des Anschlusses während der Handhabung des Anschlusses im Herstellungsverfahren oder während des Transports zu verhindern. Somit wird die Wahrscheinlichkeit für das Entstehen von defekten Produkten minimiert. Weiterhin kann beim Biegen des Anschlußteils ein Lösen der Verbindung des Anschlußteils verhindert werden. Somit wird die Produktivität erhöht .
Vorzugsweise weist jeder Anschluß des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses einen guten Leiter auf, der in der Zone angeordnet ist, die vom Sicherungshauptkörper vorsteht.
Vorzugsweise ist jeder Anschluß des ersten Anschlusses und des zweiten Anschlusses aus Nickel oder einer Nickellegierung hergestellt, und der gute Leiter weist einen spezifischen elektrischen Widerstand im Bereich von 1,4 × 10^–8 Ωm bis 5 × 10^–8 Ωm auf .
Durch diese Konfiguration kann, sogar wenn die thermische Sicherung in ihrer Größe vermindert wird und wenn der Anschlußteil in seiner Größe vermindert wird, der elektrische Widerstand des Anschlußteils vermindert werden, um somit den Leistungsverbrauch der thermischen Sicherung selbst zu vermindern. Weiterhin wird die Wärmeleitung verbessert, da der gute Leiter einen geringen elektrischen Widerstand aufweist. Somit wird die thermische Reaktion ebenfalls verbessert.
Vorzugsweise ist die Seitenfläche des Sicherungshauptkörpers durch die Schmelzzone, die durch das Schmelzen des Bindungsfilm ausgebildet wird, abgedichtet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Breite der Schmelzzone T1 und die Dicke T2 dieser Zone die folgende Beziehung erfüllen: 0,9 < T1 / T2 < 4,0.
Durch diese Konfiguration wird, sogar wenn die thermische Sicherung eine reduzierte Größe und Dicke aufweist, sie vollständig abgedichtet. Somit kann das Eindringen von Wasser in schmelzbare Metallteile verhindert werden. Weiterhin wird die Wetterbeständigkeit erhöht.
Wenn die theoretische Dichte des schmelzbaren Metalls Dl ist, und wenn die gemessene Dichte des schmelzbaren Metalls nach der Bearbeitung D2 ist, so wird vorzugsweise folgende Beziehung erfüllt: D2 / Dl > 0,98.
Durch diese Konfiguration wird, sogar wenn die thermische Sicherung in ihrer Größe und Dicke reduziert wird, während das schmelzbare Metall und der Anschlußteil in ihrem Bindungsgebiet reduziert werden, das Auftreten eines fehlerhaften Verschweißen des schmelzbaren Metalls und des Anschlußteils verringert. Weiterhin wird die Produktivität verbessert und man erhält eine preisgünstige thermische Sicherung hoher Qualität.
Vorzugsweise umfaßt der Sicherungshauptkörper ein Flussmittel, das dicht beim schmelzbaren Metall oder in Kontakt mit diesem angeordnet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Flussmittel Terpentinharz als Hauptkomponente enthält, und das Terpentinharz 50 bis 90 Gewichtsprozent Abietinsäure und 10 bis 50 Gewichts- prozent dehydrierter Abietinsäure enthält, und wenn das Flussmittel gefärbt ist, so daß es Strahlen im sichtbaren Bereich aussendet.
Durch diese Konfiguration, kann, sogar wenn die thermische Sicherung in ihrer Größe und Dicke reduziert ist, eine Variation in den Schmelzeigenschaften des schmelzbaren Metalls verhindert werden. Weiterhin kann die Farberkennung mit einer gelben Farbe des Schweißmittels durchgeführt werden, so daß es möglich ist, die quantitative Erkennung durch ein automatische Bildprüfverfahren durchzuführen. Somit erhält man eine sehr zuverlässige thermische Sicherung hoher Qualität.
Vorzugsweise enthält das Terpentinharz weiter Alkohol.
Durch diese Konfiguration kann eine Variation der Schmelzeigenschaft des schmelzbaren Metalls weiter verhindert werden.
Vorzugsweise sind das Substrat und die Abdeckung aus einem thermoplastischen Harz, das hauptsächlich mindestens einen der Stoffe Polyethylenterephthalat und Polyethylennaphthalat enthält, hergestellt.
Durch diese Konfiguration kann die thermische Sicherung trotz ihrer reduzierten Größe und Dicke eine ausgezeichnete Hitzeresistenz zeigen.
Vorzugsweise sind das Substrat und die Abdeckung aus thermoplastischem Harz hergestellt; der Sicherungshauptkörper umfaßt eine Schweißgutzone und einen erhabenen Teil; die Schweißgutzone wird durch das Schweißgut des Substrats und der Abdeckung ausgebildet; und der erhabene Teil wird durch das schmelzbare Metall und die Abdeckung, die das schmelzbare Metall abdeckt, gebildet.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Grenzbereich zwischen der Schweißgutzone und dem erhabenen Teil abgerundet oder abgeschrägt ist, so daß er eine Krümmung mit einem Radius von mindestens 0,1 mm aufweist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erhabene Teil eine im allgemeinen quadratische Form aufweist, und der Grenzbereich zwischen der Ecke des erhabenen Teils und der Schweißgutzone abgerundet oder abgeschrägt wird, so daß er eine Krümmung mit einem Radius von mindestens 0,3 mm aufweist.
Durch diese Konfiguration wird ein Defekt der Abdichtung reduziert, sogar wenn die thermische Sicherung in ihrer Größe und Dicke vermindert wird. Somit kann die Ausbeute und die Produktivität verbessert werden.
Vorzugsweise umfaßt der Sicherungshauptkörper einen Anzeigeabschnitt, der auf der Oberfläche der Abdeckung angeordnet ist. Der Anzeigeabschnitt umfaßt eine im Ultravioletten aushärtende Tinte, die durch ein Drucken aufgebracht wird.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Dicke des Anzeigeabschnitts im Bereich von 1 bis 5 μm liegt.
Durch diese Konfiguration kann eine präzise Anzeige für eine lange Zeit gewährleistet werden, sogar dann, wenn die thermische Sicherung in ihrer Größe und Dicke vermindert wird, wobei auch das Anzeigegebiet des Anzeigeabschnitts vermindert wird.
Ein Batteriesatz mit einer thermischen Sicherung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt:

(i) eine Batterie;
(ii) einen Hauptkörper, um die Batterie aufzunehmen; (iii) Leiter; die aus dem Hauptkörper hinaus geführt und elektrisch mit der Batterie verbunden sind; und
(iv) eine thermische Sicherung, die zwischen den Leitern angeordnet ist, so daß sie in Kontakt mit dem Hauptkörper steht, wobei die thermische Sicherung, die oben angegebenen Elemente enthält.

Durch diese Konfiguration können, sogar wenn der Batteriesatz in seiner Dicke beispielsweise auf 2,5 mm bis 4 mm verringert wird, die oben beschriebenen Eigenschaften und Vorteile gewährleistet werden, so daß zuverlässig eine Überhitzung verhindert werden kann.
BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Das Herstellungsverfahren und die Konfiguration einer thermischen Sicherung und eines Batteriesatzes in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, wird zuerst ein streifen- oder plattenförmiger Substratfilm 1 als Substrat vorbereitet. Erste Durchgangslöcher 2, 3 werden im Substratfilm 1 ausgebildet. Die ersten Durchgangslöcher 2, 3 werden für die Positionierung in Bezug auf einen anderen Film, der auf den Substratfilm 1 in einem später beschriebenen Verfahren laminiert wird, ausgebildet. Da der Substratfilm 1 insbesondere ein streifenförmiges Substrat ist, ist es möglich, eine Vielzahl von Anschlußpaaren anzuordnen, wie das später beschrieben werden wird. Somit wird die Produktivität stark verbessert.
Wenn keine Positionierung benötigt wird, so brauchen die ersten Durchgangslöcher 2, 3 nicht ausgebildet werden.
Vorzugsweise weist der Substratfilm 1 eine Isolation auf. Als Substratfilm wird ein Harz oder ein keramisches Substrat oder eine Metallplatte, die eine isolierte Oberfläche aufweist, verwendet. Es ist insbesondere vorteilhaft, einen Harzfilm als Substratfilm zu verwenden, wodurch die Bearbeitbarkeit als auch die Produktivität verbessert wird.
Das für den Substratfilm 1 verwendete Material ist insbesondere Harz (vorzugsweise ein thermoplastisches Harz), das mindestens PET (Polyethylenterephthalat), PEN- (Polyethylennaphthalat), ABS-Harz, SAN-Harz, Polysanphon-Harz, Polycarbonat-Harz, Noryl, Vinylchlorid-Harz, Polyethylen-Harz, Polyester-Harz, Polypropylen-Harz, Polyamid-Harz, PPS-Harz, Polyacetal-Harz, Fluor-Harz oder Polyester umfaßt.
Als Substratfilm 1 wird ein einheitlicher Substratfilm oder ein laminierter Film mit verschiedenen laminierten Materialschichten verwendet. Als laminierter Film wird beispielsweise ein aus einem PET-Film (Polyethylenterephthalat-Film) und PEN (Polyethylennaphthalat) laminierter Film verwendet. Ein solcher laminierter Film zeigt eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit. Die Festigkeit des Substratfilms 1 selbst wird verbessert, um somit die mechanische Festigkeit des Films zu verbessern. Da eine PEN-Schicht verwendet wird, weist der Film, eine verbesserte Hitzefestigkeit auf, und somit kann eine thermische Sicherung, die bei Temperaturen von mehr als 130°C verwendet werden kann, erhalten werden. Und wenn ein laminierter Film als Substratfilm 1 verwendet wird, so ist der verwendete Film ein laminierter Film, das ist eine Kombination von Filmen, die die gewünschten Eigenschaften in Bezug auf die Hitzefestigkeit, die mechanische Festigkeit, Feuchtigkeitsresistenz, Wasserresistenz und Haftung aufweisen.
Als Substratfilm 1 wird ein Substratfilm, der eine optimale Form, wie beispielsweise eine scheibenförmige oder ovale Form aufweist, verwendet.
Wie in 2 gezeigt ist, wird ein Anschlußpaar 4, 5, das einen ersten Anschluß 4 und einen zweiten Anschluß 5 aufweist, auf dem Substrat 1 so angeordnet, daß die Anschlüsse des Anschlußpaars in sich nicht berührender Weise zwischen den ersten Durchgangslöchern 2, 3 einander gegenüber stehen.
Die Enden der Anschlüsse 4, 5 weisen eine geringere Breite als die anderen Teile auf. Dies ermöglicht eine Reduktion der Größe des Elements selber. Als Form der Anschlüsse 4, 5 ist es möglich einen plattenförmigen, einen stabförmigen oder einen leiterartigen Anschluß zu verwenden. Eine plattenartige Form ist für einen Anschlußblock vorteilhaft, und diese Kon figuration verbessert die Produktivität und die Eigenschaften.
Als Material für die Anschlüsse wird insbesondere ein leitendes Material verwendet, wobei ein metallisches Material speziell bevorzugt wird. Ein leitendes Material, das ein metallisches Material verwendet, gewährleistet insbesondere eine ausgezeichnete Festigkeit und andere Eigenschaften. Als metallisches Material können ein einzelnes Metall, wie Nickel, Eisen, Kupfer und Silber oder eine Legierung aus diesen Materialien oder ein Metall, bei dem andere Elemente zu dem einzelnen Metall hinzugefügt sind, oder eine Legierung mit anderen Elementen, die einer solchen Legierung hinzugefügt wird, verwendet werden.
Die Anschlüsse 4, 5 enthalten vorzugsweise zu mindestens 98% Nickel. Der spezifische elektrische Widerstand dieses Materials beträgt nur 8 × 10^–8 Ωm bis 12 × 10^–8 Ωm. Somit wird die Zuverlässigkeit der Anschlüsse im Hinblick auf eine Korrosionsbeständigkeit und dergleichen stark verbessert.
Die Anschlüsse 4, 5 enthalten vorzugsweise 90 bis 99,9% Kupfer. Durch diese Konfiguration beträgt der spezifische elektrische Widerstand der Anschlüsse 4, 5 4 × 10^–8 Ωm bis 8 × 10^–8 Ωm. Weiterhin weisen Anschlüsse, die eine Kupfer enthaltende Legierung verwenden, eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit auf. Somit weist durch die Wärmeleitung durch die Elektronen eine thermische Sicherung, die eine Kupfer enthaltende Legierung verwendet, eine bessere Temperaturanstiegsrate als thermische Sicherungen, die unter Verwendung von Nickel oder einer Nickellegierung hergestellt wurden, auf.
Vorzugsweise liegt die Dicke der Anschlüsse 4, 5 im Bereich von 0,08 mm bis 0,25 mm. Durch diese Konfiguration weist die thermische Sicherung verbesserte Eigenschaften auf und läßt sich leichter handhaben. Wenn die Dicke der Anschlüsse 4, 5 weniger als 0,08 mm beträgt, wird der elektrische Widerstand der Anschlüsse erhöht und es wird weiter ihre mechanische Festigkeit vermindert. Somit ergeben sich beim Biegen Probleme, wenn die thermische Sicherung beispielsweise im Herstellungsverfahren gehandhabt wird. Wenn die Anschlüsse 4, 5, dicker als 0,25 mm sind, so wird die thermische Sicherung selbst auch dicker, und somit wird die Größe der thermischen Sicherung etwas größer.
Vorzugsweise ist die Breite des Anschlusses 4, 5 größer als die Breite des Filmverbindungsteils 8, 9 und der schmelzbaren Metallverbindung 6, 7. Durch diese Konfiguration kann der Widerstand des Anschlußteils durch das Regeln der Breite des Anschlusses gesteuert werden. Das heißt, der Widerstand des Anschlußteils kann durch das Erhöhen der Breite des Anschlusses 4, 5 selbst erniedrigt werden. Die Breite (Gehäusebreite) nach dem Abschneiden der Schweißgutzone 23a, 23b, die in 12 gezeigt sind, kann gleich der Breite des Anschlusses 4, 5 durch das Ausbilden der Breiten des Filmbindungsteils 8, 9 und der schmelzbaren Metallverbindung 6, 7 schmäler als die Breite des Anschlusses 4, 5 gemacht werden. Somit wird der Widerstand der Verdrahtung nicht stark erhöht, sogar wenn die Größe der thermischen Sicherung vermindert wird. Somit wird der Leistungsverbrauch reduziert. Vorzugsweise werden die Anschlüsse, die die beabsichtigte Breite aufweisen, durch das Herausschneiden in einem Stanzverfahren hergestellt. Somit ist es möglich, in effizienter Weise die gewünschten, in ihrer Breite reduzierten Anschlüsse herzustellen.
Vorzugsweise beträgt das Elastizitätsmodul der Anschlüsse 4, 5 3 × 10¹⁰ Pa bis 8 × 10¹⁰ Pa. Die Zugfestigkeit der Anschlüsse 4, 5 beträgt 4 × 10⁸ Pa bis 6 × 10⁸ Pa. Durch diese Konfiguration kann während der Herstellung oder des Transports der thermischen Sicherung ein thermisches Verbiegen verhindert werden. Weiterhin wird es leichter, die Anschlüsse zu biegen. Es ist auch möglich, das Auftreten eines Brechens beim Biegeverfahren des Anschlusses zu verhindern.
Wenn das Elastizitätsmodul der Anschlüsse 4, 5 weniger als 3 × 10¹⁰ Pa beträgt, so können die Anschlüsse leichter gebogen werden. Beispielsweise ist es wahrscheinlich, daß elektrisch verbundene Teile, wie die Enden der Anschlüsse 4, 5, die nicht gebogen werden sollten, unregelmäßig werden, was es schwierig macht, die Teile durch ein Schweißen miteinander zu verbinden.
Wenn das Elastizitätsmodul mehr als 8 × 10¹⁰ Pa beträgt, so bricht der Anschluß leichter und er ist nur schwer zu biegen. Beispielsweise wird es schwierig, einen Teil, wie den mittleren Teil des Anschlusses 4, der in 15 gezeigt ist, der gebogen werden sollte, zu biegen, wobei es sein kann, daß er bricht und die Verbindung gelöst wird.
Wenn die Zugfestigkeit der Anschlüsse 4, 5 weniger als 4 × 10⁸ Pa beträgt, ergibt sich das Problem, daß sie leichter zu biegen sind. Wenn die Zugfestigkeit mehr als 6 × 10⁸ Pa beträgt, so wird es schwierig, einen Teil, wie den mittleren Teil des Anschlusses 4, der in 15 gezeigt ist und der gebogen werden sollte, zu biegen, wobei es sein kann, daß er bricht und die Verbindung gelöst wird.
Das Elastizitätsmodul, die Zugfestigkeit, die Daten des Anschlußbiegetests und des Aufpralltests sind in Tabelle 1 gezeigt.
Für das Messen des Elastizitätsmoduls und der Zugfestigkeit wurde der Shimadzu Autograph RGS-500D von Shimadzu Sensakusho Ltd. verwendet, um die Zugfestigkeit des Materials zu messen. Die Zugfestigkeit wurde bei eine Zuggeschwindigkeit von 1 mm/min gemessen, um die Beziehung zwischen der Dehnung. des Teststücks und der Zugkraft heraus zu finden. Das Elastizitätsmodul wurde aus dem Bereich berechnet, in welchem die Dehnung und die Zugkraft eine nahezu lineare Beziehung aufweisen. Die Zugfestigkeit wurde aus der maximalen Kraft, die benötigt wurde, um das Teststück zu brechen, berechnet. Die Beziehung zwischen der Zugkraft und der Dehnung ist in 18 gezeigt.
Der Anschlußbiegetest wurde durch das wiederholte Biegen und Zurückbiegen des Anschlusses in einem Winkel von 90° in derselben Richtung unter Verwendung einer Einspannvorrichtung, die einen Winkel von 90° aufweist, durchgeführt. Unter wiederholtem Biegen und Zurückbiegen, bis der. Anschluß bricht, wurde die Frequenz des Biegens und des Zurückbiegens gemessen. Wenn die Frequenz des Biegens und des Zurückbiegens kleiner als zwei ist, so wird sie als "x" bezeichnet. Wenn die Frequenz zwei ist, so wird sie als "Δ" bezeichnet. Wenn die Frequenz drei oder mehr beträgt, so wird sie als "°" bezeichnet.
Der Falltest wurde anhand des folgenden Verfahrens durchgeführt. Teststücke mit einer Größe von 3 mm. × 20 mm würden durch das Bearbeiten des zu testenden Materials vorbereitet. Die Teststücke wurden in einen Polyethylenbeutel getan, und der Polyethylenbeutel, der 50 g der Teststücke enthielt, wurde sechs Ma1 aus einer Höhe von 1 m auf eine Betonflächel fallen gelassen. Die Rate des. Auftretens eines Bruchs oder einer Biegung wurde in Abhängigkeit vom Material gemessen. Wenn ein Bruch oder ein Biegen auftrat, so wird dies mit "x" bezeichnet. Wenn kein Bruch oder Biegen auftrat, so wird dies mit "°" bezeichnet.
Tabelle 1 Elastizitätsmodul und Zugfestigkeit der Anschlüsse, Daten des Biege- und Falltests der Anschlüsse
Tabelle 1 zeigt Folgendes. Wenn das Elastizitätsmodul des Anschlusses 4, 5 in einem Bereich von 3 × 10¹⁰ Pa bis 8 × 10¹⁰ Pa liegt, und seine Zugfestigkeit in einem Bereich von 4 × 10⁸ Pa bis 6 × 10⁸ Pa liegt, so werden im Biegetest ausgezeichnete Ergebnisse erhalten. Das heißt, wenn das Material des Anschlusses sich in den obigen Bereichen in Bezug auf das Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit bewegt, so kann ein Biegen des Anschlusses beim Herstellungsverfahren oder während des Transports der thermischen Sicherungen verhindert werden. Zusätzlich kann das Biegen der Anschlüsse erleichtert werden. Weiterhin ist es möglich, ein Brechen des Anschlusses beim Biegen zu verhindern.
Wie oben beschrieben wurde, so ist es, wenn der Substratfilm 1 eine laminierte Struktur aus einer PET-Schicht und einer PEN-Schicht aufweist, vorteilhaft, die Anschlüsse 4, 5 auf der Seite der PET-Schicht zu montieren.
Schmelzbare Metallverbindungen 6, 7 werden in einer Zone angeordnet, wo sich die Anschlußpaare 4, 5 einander gegenüber liegen. Die Zone, wo sich die Anschlußpaare 4, 5 einander gegenüber liegen, ist die Oberfläche, bei der jeder der Anschlüsse 4, 5 sich gegenüber dem Substratfilm 1 befindet oder die Anschlußoberfläche, die auf der gegenüberliegenden Seite des Substratfilms 1 angeordnet ist. Da die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 angeordnet sind, so wird die Schweißbarkeit zwischen dem Anschluß und dem schmelzbaren Metall verbessert, wie das später beschrieben werden wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die schmelzbare Metallverbindung 6, 7 auf der Hauptoberfläche nur eines der Anschlüsse 4, 5 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 jeweils auf den zwei Hauptoberflächen der Anschlüsse 4, 5 anzuordnen. Eine Konfiguration, bei der die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 jeweils auf den gesamten Umfangsgebieten der Enden der Anschlüsse 4, 5 angeordnet sind, ist ebenfalls verwendbar. Die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 werden unter Verwendung von Filmausbildungstechniken, wie Metallisieren, Spritz- oder Verdampfungsverfahren oder durch das Aufkleben einer Metallschicht oder dergleichen hergestellt. Als Materialien für die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 wird vorzugsweise ein einziges Material verwendet, das aus der Gruppe, die aus Schweißmaterialien, wie Gold, Silber, Kupfer, Zinn, Blei, Wismut, Indium, Gallium und Palladium besteht, ausgewählt wird, oder aus einen Material, bei dem andere Elemente dem einzigen Material hinzugefügt sind, oder einer Legierung aus Metallen, die aus der Gruppe ausgewählt wurden, die aus den Schweißmaterialien besteht, oder einer Legierung mit anderen Elementen, die der Legierung hinzugefügt wurden.
Vorzugsweise wird, wenn die Anschlüsse 4, 5 unter Verwendung von Nickel oder einer Nickellegierung hergestellt werden, ein guter Leiter 4a, 5a auf mindestens einer der schmelzbaren Me tallverbindungen 6, 7, den Abdichtteilen 8, 9 und den Anschlüssen 4, 5, die in 16 gezeigt sind, angeordnet. In diesem Fall liegt der spezifische elektrische Widerstand des Metalls im Bereich von 1,4 × 10^–8 Ωm bis 5 × 10^–8 Ωm. Durch diese Konfiguration wird die thermische Reaktion durch die durch die Elektronen verursachte thermische Leitung verbessert. Es wird außerdem leichter, das elektrische Verschweißen mit Drähten oder Mustern, die Nickel enthalten, durchzuführen.
Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen den Materialien des Anschlusses und den Eigenschaften der Schmelztemperatur des Anschlusses (thermische Antwort).
Ein schmelzbares Metall, dessen Schmelztemperatur bei 89±2°C bei einem Temperaturanstieg von 1°C/min liegt, wurde als thermische Sicherung verwendet. Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Dicke von 0,125 mm wurde als Substratfilm 1, Bindungsfilm 10 und Abdeckfilm 18 verwendet. Nickelanschlüsse, die Nickel enthalten, wurden als Anschlüsse 4, 5 verwendet.
Das Material für die Nickelanschlüsse ist eine Nickellegierung, die aus Ni + [Co (99,3 Gewichtsprozent), C (0,1 Gewichtsprozent), Si (0,1 Gewichtsprozent), Mn (0,1 Gewichtsprozent), Mg (0,1 Gewichtsprozent), Fe (0,2 Gewichtsprozent), Cu (0,1 Gewichtsprozent)] besteht. Der spezifische elektrische Widerstand der Nickellegierung beträgt 11,25 × 10^–8 Ωm.
Unter Verwendung einer Probe mit einer Heizvorrichtung, die am Ort des Anschlusses 8 mm vom Zentrum der thermischen Sicherung entfernt angeordnet ist, wird die Temperatur der Heizvorrichtung mit einer Rate von ungefähr 10°C/min erhöht, wobei dann die Temperatur der Heizvorrichtung, bei der die thermische Sicherung auslöst, die Anschlußschmelztemperatur ist. In Bezug auf die Anschlußschmelztemperatur, wobei eine Standardtemperatur angenommen wird, wenn kein Metall ausgebildet wird, wenn der Anschluß einer Temperatur, die mindestens 5°C niedriger als die Standardtemperatur liegt, unterworfen wird, wird dies mit "°" bezeichnet, wenn die Anschlußschmelztemperatur innerhalb eines Bereiches von ±5°C in Bezug auf die Standardtemperatur liegt, so wird dies mit "Δ" bezeichnet, und wenn die Anschlußschmelztemperatur die Standardtemperatur um 5°C oder mehr übersteigt, so wird dies mit "x" bezeichnet.
Tabelle 2 Beziehung zwischen den Materialien des Anschlusses und den Eigenschaften der Anschlußschmelztemperatur (thermische Antwort)
Tabelle 2 zeigt Folgendes. Man erhält eine ausgezeichnete thermische Reaktion, wenn ein Metall, dessen spezifischer elektrischer Widerstand im Bereich von 1,4 × 10^–8 Ωm bis 5 × 10^–8 Ωm liegt, auf der Oberfläche des Nickelanschlusses angeordnet wird. Ein Metall, das einen solchen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, ist Kupfer oder Silber, das durch eine Metallisierung ausgebildet werden kann.
Filmbindungsteile 8, 9 sind jeweils auf den Anschlüssen 4, 5 angeordnet. Durch diese Konfiguration wird die Bindungsstärke zwischen dem Anschlußteil und dem Substrat 1 und zwischen dem später beschriebenen Bindungsfilm und den Anschlüssen verbessert. Vorzugsweise weisen die Filmbindungsteile 8, 9 Oberflächen auf, die rauher als die anderen Teile sind. Somit kann die Bindungsfestigkeit zwischen dem Anschluß 4, 5 und dem Substrat etc. verbessert werden. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Oberflächenrauhigkeit auf einer zentralen Linie im Mittel ungefähr 5 bis 100 μm beträgt. Als Verfahren zum Aufrauhen der Oberfläche ist es vorteilhaft, ein Sandstrahlverfahren, um die Oberflächen durch das Aufsprühen feiner harter Teilchen aufzurauhen, oder ein Polierverfahren, um die Oberflächen durch das Rotieren eines Schleifsteins (Klinge) aufzurauhen, oder ein Polierverfahren, um die Oberflächen durch eine Drahtbürste aufzurauhen, zu verwenden.
Ein anderes Verfahren für das Verbessern der Bindungsfestigkeit der Filmbindungsteile 8, 9 besteht darin, eine Verstärkungsschicht durch das Aufbringen eines Verbindungsmittels auf die Oberflächen der Filmbindungsteile 8, 9 auszubilden. Als Verbindungsmittel wird eine organischen Silikonverbindung oder eine organischen Titanverbindung oder dergleichen verwendet.
Tabelle 3 zeigt die Daten, die die Beziehung der Oberflächenrauhigkeit, der Dichtungsanschlußbreite, des Verdrehwiderstandstests und des Widerstands bei einer Distanz von 20 mm zwischen den Anschlüssen zeigt.
Tabelle 3 Oberflächenrauhigkeit, Dichtungsanschlußbreite und Test der Verdrehfestigkeit
Die verwendete thermische Sicherung ist ein schmelzbares Metall, dessen Schmelztemperatur bei 89±2°C bei einer Anstiegsrate der Temperatur von 1°C/min liegt. Ein laminierter Film aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer Dicke von 0,1 mm und Polyethylennaphthalat (PEN) mit einer Dicke von 0,125 mm wurde als Substratfilm 1 und Abdeckfilm 18 verwendet. Die Hitzeresistenz des PET beträgt 120°C und die des PEN 160°C. Es wurde auch PET mit einer Dicke von 0,125 mm als Bindungsfilm 10 verwendet. Nickelanschlüsse, die aus einer Nickellegierung hergestellt sind, wurden für die Anschlüsse 4, 5 verwendet. Das Material der Nickellegierung besteht aus Ni + [Co (99,3 Gewichtsprozent), C (0,1 Gewichtsprozent), Si (0,1 Gewichtsprozent), Mn (0,1 Gewichtsprozent), Mg (0,1 Gewichtsprozent), Fe (0,2 Gewichtsprozent), Cu (0,1 Gewichtsprozent)]. Der spezifische elektrische Widerstand der Nickelle gierung liegt bei 11,25 × 10^–8 Ωm. Die Distanz zwischen den Anschlüssen 4, 5 beträgt 1,7 mm.
Der Test der Verdrehfestigkeit wurde gemäß dem folgenden Verfahren durchgeführt. Die Anschlüsse 4, 5 wurden zuerst befestigt. Danach wurden die Anschlüsse 4, 5 drei Mal um 90° nach vorn und zurück um die zentrale Achse in Längsrichtung der thermischen Sicherung gedreht. Danach wurde der Schmelztest durchgeführt. Wenn ein Schmelzen des Anschlusses stattgefunden hat, so wie es spezifiziert wurde, so wird dies mit "°" bezeichnet, und wenn das Schmelzen des Anschlusses nicht so stattgefunden hat, wie das spezifiziert wurde, so wird das mit "x" bezeichnet.
Im Dichtungsprüfungstest wird, wenn ein Auslaufen des Schweißmittels nach dem Schmelzen des Anschlusses im Verdrehfestigkeitstest auftritt, dies mit "x" bezeichnet, und wenn kein Auslaufen auftritt, so wird dies mit "°" bezeichnet.
Beim Widerstandstest mit einem Abstand von 20 mm zwischen den Anschlüssen, wobei Anschlüsse mit einer Brite von 3 mm und eine Dicke von 0,15 mm verwendet werden, wird ein Standartwiderstand festgestellt, und wenn der gemessene Widerstandswert bis zu 2 mΩ größer als der Standardwert ist, so wird dies mit "°" bezeichnet, und wenn der gemessene Widerstandswert mehr als 2 mΩ größer als der Standardwert ist, so wird diese mit "x" bezeichnet.
Tabelle 3 zeigt das Folgende. Da die Oberflächen der Filmbindungsteile 8, 9 rauher als die Oberflächen der anderen Teile sind, wird die Bindungsfestigkeit zwischen dem Filmbindungsteil 8, 9 und dem Substratfilm etc. erhöht. Da die Filmbindungsteile 8, 9 und die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 eine geringere Breite als die Anschlüsse 4, 5 aufweisen, ist es möglich, die Breite (die Gehäusebreite) nach dem Weg schneiden der Schweißablagerungszone 23 identisch mit der Anschlußbreite zu machen. Somit wird, sogar wenn die Größe der thermischen Sicherung reduziert wird, bei der so erhaltenen thermischen Sicherung keine Erhöhung des Widerstands der Verdrahtung auftreten.
Vorzugsweise werden die Anschlüsse, wenn sie tatsächlich auf dem Substrat 1 installiert werden, so angeordnet, daß mindestens ein Teil des Filmbindungsteils 8, 9 direkt gegenüber dem Substratfilm 1 liegt.
Vorzugsweise sind die Endteile der Anschlüsse 4, 5, wo die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 und die Filmbindungsteile 8, 9 angeordnet sind, dicker als die anderen Teile. Durch diese Konfiguration können, wenn die Anschlüsse 4, 5 auf dem Substratfilm 1 und dem später beschriebenen Bindungsfilm befestigt werden, die Lücken zwischen jedem Film und den Anschlüssen 4, 5 verkleinert werden. Somit wird die Bindungsfestigkeit zwischen dem Anschluß 4, 5 und jedem Film verbessert.
Die Ecke der Anschlüsse sind vorzugsweise durch ein Abschrägen gerundet, um somit die Erzeugung eines Grates zu verhindern.
Als nächstes wird der Bindungsfilm 10, wie das in 3 gezeigt ist, auf dem Substratfilm 1, wie das in 4 gezeigt ist, plaziert. Danach werden die Anschlüsse 4, 5 sandwichartig zwischen dem Substratfilm 1 und dem Bindungsfilm 10 angeordnet.
Wie in 3 gezeigt ist, werden zweite Durchgangslöcher 11, 12 im Bindungsfilm 10 ausgebildet. Ein drittes Durchgangsloch 13, das eine runde Kante aufweist, wird zwischen den Durchgangslöchern 11, 12 ausgebildet. Die Form der drit ten Durchgangslochs 13 ist im allgemeinen rechteckig. Der Substratfilm 1 und der Bindungsfilm 10 werden so angeordnet, daß die zweiten Durchgangslöcher 11, 12 auf den ersten Durchgangslöchern 2, 3 des Substratfilms 1 zu liegen kommen.
Wie in 4 gezeigt ist, werden die schmelzbaren Metallwerbindungen 6, 7 der Anschlüsse 4, 5 vom dritten Durchgangsloch 13 freigelegt. In der vorliegenden Ausführungsform werden die schmelzbare Metallverbindung 6, 7 und der Filmbindungsteil 8, 9 vom dritten Durchgangsloch 13 freigelegt, wobei man aber nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist. Eine Konfiguration, bei der die Filmbindungsteile 8, 9 vom dritten Durchgangsloch 13 freigelegt werden, ist ebenfalls verwendbar. Da die Filmbindungsteile 8, 9 vom dritten Durchgangsloch 13 freigelegt werden, wird zumindest der Bindungsfilm 10 in das dritte Durchgangsloch 13 im nachfolgenden Bindungsverfahren eindringen. Somit ist es, wie es in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt ist, vorteilhaft, daß ein Teil der Filmbindungsteile 8, 9 vom dritten Durchgangsloch 13 freigelegt wird.
Vorzugsweise ist der Bindungsfilm 10 aus einem Material hergestellt, das eine Isolation aufweist. Insbesondere wird thermoplastisches Harz, das hauptsächlich mindestens einen Bestandteil, der aus der Gruppe ausgewählt wurde, die aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN), ABS-Harz, SAN-Harz, Polysanfon-Harz, Polycarbonat-Harz, Noryl, Vinylchlorid-Harz, Polyethylen-Harz, Polyester-Harz, Polypropylen-Harz, Polyamid-Harz, PPS-Harz, Polyacetal, Fluorkohlenwasserstoff-Harz und Polyester besteht, enthält, als Bindungsfilm 10 verwendet.
Als nächstes werden, wie das in 5 gezeigt ist, die Anschlüsse 4, 5 durch den Substratfilm 1 und den Bindungsfilm 10 befestigt. In diesem Fall wird, um die Anschlüsse zu befe stigen, zuerst ein Druck von der Oberfläche und den Rückseiten über den Substratfilm 1 und den Bindungsfilm 10 in entgegengesetzter Richtung ausgeübt. Danach wird ein Strom über die Anschlüsse 4, 5 geführt, so daß die Anschlüsse 4, 5 Hitze erzeugen, um den Substratfilm 1 und den Bindungsfilm 10 zu schmelzen. Das dann produzierte Schweißgut befestigt die Anschlüsse 4, 5 auf dem Substratfilm 1 und dem Bindungsfilm 10, und es werden auch der Substratfilm 1 und der Bindungsfilm 10 miteinander verbunden.
In diesem Fall wird durch die aufgebrachte Hitze und den Druck die Zone 10a zwischen dem Durchgangsloch 13 und dem Seitenteil des Bindungsfilms 10 breiter als die anderen Teile, und darüber hinaus dringt die Zone 10a, die über den Anschlüssen 4, 5 angeordnet ist, kreisförmig in Richtung des Durchgangslochs 13 vor, (das heißt, auf die Enden der Anschlüsse 4, 5). Weiterhin erstreckt sich die Zone 10a auch kreisförmig zum Endteil auf der gegenüber liegenden Seite des Durchgangslochs 13. Weiterhin erstreckt sich der Substratfilm 1 kreisförmig in Richtung der Verbindung mit anderen Schaltungsmustern der Anschlüsse 4, 5. Auf diese Weise erstrecken sich der Bindungsfilm 10 und der Substratfilm 1 kreisförmig in Längsrichtung der Anschlüsse 4, 5. Somit können das Bindungsgebiet des Substrats 1 und des Bindungsfilms 10 gegenüber den Anschlüssen 4, 5 im Vergleich zum Gebiet, das vor dem Erhitzen vorhanden vor, vergrößert werden. Somit wird die Bindungsfestigkeit der Anschlüsse 4, 5 erhöht.
Im Teil, an dem. die Anschlüsse 4, 5 und der Bindungsfilm 10 einander direkt gegenüber liegen, werden die Anschlüsse 4, 5 und der Bindungsfilm 10 durch die Heißschmelze des Bindungsfilms 10 miteinander verbunden. Etwas von der Heißschmelze des Bindungsfilms 10 fließt durch den aufgebrachten Druck in Längsrichtung der Anschlüsse 4, 5 getrennt von der sich kreisförmig erstreckenden Zone 10a nach außen. Das Heraus fließen der Heißschmelze verbessert die Wirkung der Abdichtung der Lücken, die zwischen der Außenseite, dem Durchgangsloch 13 und dem Substratfilm 1 gebildet werden.
In ähnlicher Weise dient beim Teil, wo der Substratfilm 1 und die Anschlüsse 4, 5 sich direkt gegenüber liegen, ein Teil der Heißschmelze des Substratfilms 1, der durch die Hitze geschmolzen wurde, dazu, den Substratfilm 1 mit den Anschlüssen 4, 5 zu verbinden, während eine gewisse Menge der Heißschmelze des Substratfilms in Längsrichtung der Anschlüsse 4, 5 heraus fließt. Somit wird die Abdichtwirkung verbessert.
Auch an den Seitenteilen der Anschlüsse 4, 5 werden sowohl der Substratfilm 1 als auch der Bindungsfilm 10 durch die Hitze, die durch das Selbstaufheizen der Anschlüsse 4, 5 erzeugt wird, geschmolzen, und die Mischung der Schmelzen füllt die Lücken zwischen dem Substratfilm 1 und dem Bindungsfilm 10 an den Seiten der Anschlüsse 4, 5. Weiterhin fließt die gemischte Schmelze nach innen in Richtung des Durchgangslochs 13 und nach außen in entgegengesetzter Richtung, um kreisförmige Vorsprünge lOb zu bilden. Somit wird die Abdichtwirkung weiter verbessert.
6 ist eine Schnittansicht des Substratfilms 1 und des Bindungsfilms 10, wie sie miteinander verbunden sind. Die Dicke der Anschlüsse 4, 5 ist mit T2 bezeichnet. Die Länge (Absatzgröße) in Seitenrichtung der Anschlüsse 4, 5 der Schmelze 10c des Substratfilms 1 und des Bindungsfilm, die durch die Hitze geschmolzen werden, ist mit T1 bezeichnet. In diesem Fall werden der Hitzewert und der Druck und dergleichen der Anschlüsse 4, 5 so eingestellt, daß sie folgende Beziehung erfüllen: 0,9 < T1 / T2 < 4,0. Wenn T1 / T2 0,9 oder weniger ist, so ist die Abdichtwirkung an den Seitenteilen der Anschlüsse 4, 5 etwas geringer. Wenn T1 / T2 über 4,0 liegt, so ist es notwendig, die Selbsterhitzung der An schlüsse 4, 5 zu erhöhen oder einen höheren Druck auszuüben. Das ergibt aber die Gefahr einer Beschädigung der Teile oder es bewirkt eine geringere Steigerung der Produktivität.
Tabelle 4 zeigt die Größe der Ablagerung und die Auswertung der Abdichtung.
Tabelle 4 Größe der Ablagerung und Auswertung der Abdichtung
Der Wert der Ablagerungsgröße T1 kann durch das Regulieren des Stroms, der Schweißzeit und des Drucks eingestellt werden. Die Anschlüsse wurden aus einer Nickellegierung mit einer Breite von 3 mm und einer Dicke (T2) von 0,15 mm hergestellt. Polyethylenterephthalat (PET) wurde als Substratfilm 1, Bindungsfilm 10 und Abdeckfilm 18 verwendet. Der Substratfilm 1, der Bindungsfilm 10 und der Abdeckfilm 18 wurden durch ein Ultraschallschweißverfahren mit einem kreisförmigen Vorsprung verbunden.
Bei der Auswertung der Abdichtung, wie sie in 16 gezeigt ist, wurde eine fertige thermische Sicherung in einer Atmosphäre bei 150°C für 10 Minuten gelassen. In diesem Zustand wurde das Auslaufen des Schweißmittels beobachtet. Wenn kein Flussmittel 17 ausläuft, so wird das mit "°" bezeichnet, und wenn Flussmittel ausläuft, so wird das mit "x" bezeichnet.
Tabelle 4 zeigt das Folgende. Durch das Einstellen des Hitzewerts und des Drucks der Anschlüsse 4, 5, so daß die Beziehung 0,9 < T1 / T2 < 4 erfüllt wird, ist es möglich, eine thermische Sicherung, die eine ausgezeichnete Abdichtung zeigt, zu erhalten.
Als nächstes wird, wie das in 7 gezeigt ist, Flussmittel 14, 15 auf den Endteilen (schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7) der Anschlüsse 4, 5, die innerhalb des Durchgangslochs 13 freigelegt sind, angeordnet. Das Flussmittel 14, 15 wird angeordnet, um die Anschlüsse 4, 5 mit dem später erläuterten schmelzbaren Metall korrekt zu verschweißen. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Flussmittel 14 und 15 getrennt angeordnet, wobei man aber nicht auf diese Konfiguration beschränkt bleibt. Es ist auch möglich, beide Flussmittel integral abzulagern.
Als spezielle Zusammensetzung des Schweißmittels 14, 15 wird beispielsweise ein Flussmittel, das durch das Lösen von 15 bis 60 Gewichtsprozent Terpentinharz in einem alkoholischen Lösungsmittel hergestellt wird, verwendet. Als Terpentinharzverbindung wird Terpentinharz, das 50 bis 90 Gewichtsprozent Abietinsäure und 10 bis 50 Gewichtsprozent dehydrierte Abietinsäure enthält, verwendet. Durch das Verwenden des Schweißmittels 14, 15, das die obige Zusammensetzung aufweist, kann die Schweißfestigkeit zwischen dem schmelzbaren Metall und den Anschlüssen 4, 5 verbessert werden. Weiterhin wird ermöglicht, daß der Alkohol dicht am schmelzbaren Metall verbleibt.
Da der Alkohol dicht am schmelzbaren Metall verbleibt, so kann das feste Flussmittel, das später beschrieben wird, auch eine kleine Menge Alkohol enthalten. Somit wird bei einer Temperatur, die höher als die Siedetemperatur des Alkohols liegt, die Aktivität des festen Schweißmittels, das später beschrieben wird, verbessert. Somit wird die Funktion als thermische Sicherung stabilisiert.
Als nächstes werden, wie das in 8 gezeigt ist, ein oder mehrere Stücke eines schmelzbaren Metalls 16, das aus einer niedrig schmelzenden Legierung oder dergleichen hergestellt ist, und das sich über den Anschlüssen 4, 5 erstreckt, tatsächlich montiert. Danach werden die Anschlüsse 4, 5 (schmelzbare Metallverbindungen 6, 7) und das schmelzbare Metall 16 miteinander durch Schweißen oder dergleichen verbunden. Ein Verfahren des Schweißens mittels eines Lötmetalls, eines elektrischen Schweißens, eines Laserschweißens oder eines Weichglühschweißens (soft beam welding) wird verwendet.
Wenn bei der Legierung des schmelzbaren Metalls 16 die theoretische Dichte "D1" beträgt, und die Dichte, die nach der Bearbeitung gemessen wird, als "Ll2" bezeichnet wird, so ist vorzugsweise D2 / D1 > 0,98. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn D2 / Dl > 0,995 ist. Somit werden Leerstellen im schmelzbaren Metall 16 vermindert. Darüberhinaus kann die Entstehung einer defekten Verschweißung vermieden werden, da kaum restliches Oxid vorhanden ist. Somit wird die Ausbeute nicht defekter Produkte bei der Herstellung verbessert. Bei der Messung der theoretischen Dichte "D1" des schmelzbaren Metalls wurden ungefähr 100 g des schmelzbaren Metalls erhitzt und im Flussmittel geschmolzen, um das Oxid zu eliminieren. Danach wurde es in einem Vakuum erhitzt und geschmolzen, um den Gasgehalt im geschmolzenen Metall zu eliminieren. Danach wurde es in einem Vakuum abgekühlt und erhärtet und in einer Trocknungsvorrichtung bei 25°C für 168 Stunden belassen. Die Dichte des so behandelten schmelzbaren Metalls wurde dann nach dem Archimedischen Verfahren gemessen. Die Dichte des schmelzbaren Metalls 16, das in Form einer Platte oder eines Drahts ausgebildet wurde, wurde mit dem Archimedischen Verfahren gemessen.
Tabelle 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Dichteverhältnis D1 / D2 und dem Schweißergebnis.
Tabelle 5 Dichte der schmelzbaren Legierung und Schweißergebnis
Die Anschlüsse 4, 5 werden aus einer Nickellegierung mit einer Breite von 3 mm, einer Dicke von 0,15 mm und einer Länge von 13 mm ausgebildet. Die schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 werden in einer Dicke von 3 μm verzinnt. PET (Polyethylenterephthalat) mit einer Dicke von 0,125 mm wurde als Substrat 1 und Bindungsfilm 10 verwendet. Eine thermische Sicherung, die aus einem Legierungsmaterial, das Sn, In und Pb enthält, ausgebildet wurde, wurde als schmelzbares Metall 16 verwendet. Die Legierung schmilzt bei 89±2°C. Das schmelzbare Metall 16 weist eine Dicke von 0,14 mm, eine Breite von 0,91 mm und eine Länge von 3 mm auf. Die Distanz zwischen den Anschlüssen 4, 5 beträgt 1,7 mm. Ein Laserschweißverfahren wurde für das Schweißen verwendet. Bei der Auswertung des Schweißergebnisses wurden 1000 Stück verwendet, wobei, wenn der Widerstand in einem Bereich von 13±1 mΩ lag, die Schweißung als "korrekt" eingestuft wurde. Wenn die Menge der korrekten Schweißungen unter 50% liegt, so wird das mit "x" bezeichnet, und wenn sie zwischen 50% und 90% lag, so wird das mit "Δ" bezeichnet, und wenn sie über 90% liegt, so wird das mit "°" bezeichnet.
Tabelle 5 zeigt das Folgende. Wenn ein Dichteverhältnis D2 / Dl > 0,995 errichtet wird, so werden Leerstellen im schmelzbaren Metall 16 vermindert. Da das Restoxid in ausreichend kleiner Menge vorliegt, so findet kaum eine defekte Verschweißung der Anschlüsse 4,.5 statt. Somit wird das Ergebnis verbessert. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis D2 / Dl > 0,98, wobei die obigen Vorteile noch ausgeprägter auftreten.
In der vorliegenden Ausführungsform weist das schmelzbare Metall 16 eine Plattenform mit einem recheckigen Querschnitt auf, wobei aber keine Begrenzung auf diese Form gegeben ist. Es ist auch möglich, ein schmelzbares Metall 16, das eine Drahtform oder eine Stabform aufweist, zu verwenden, wobei man dieselben Vorteile, wie sie oben beschrieben wurden, erhält.
Weiterhin kann beim schmelzbaren Metall 16, bei dem die theoretische Dichte D1 und die Dichte, die man nach dem Bearbeiten mißt, D2 ist, neben der Konfiguration, bei der das Verhältnis D2 / D1 > 0,995 beträgt, es auch möglich sein, eine Konfiguration, wie sie in 19 oder 20 gezeigt ist, zu verwenden. Die 19 und 20 zeigen Konfigurationen der thermischen Sicherung in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 19 wird ein schmelzbares Metall 103, das mit den Endteilen einer Leiterpaars 101, 102 verbunden ist, in ein Gehäuse 100, das eine Öffnung aufweist, eingeschoben. Die Öffnung des Gehäuses 100 ist an einem Ende des Gehäuses ausgebildet. Ein Flussmittel 104 wird im äußeren Teil des schmelzbaren Metalls 103 angeordnet. Das Dichtelement 105 wird dicht an der Öffnung des Gehäuses 100 angeordnet. Harz oder dergleichen wird als Dichtelement 105 verwendet. Die Innenseite des Gehäuses 100 wird von der Außenseite durch das Dichtelement 105 isoliert. In dieser Konfiguration können, wenn das schmelzbare Metall die Beziehung D2 / D1 > 0,995 (vorzugsweise D2 / D1 > 0,98) erfüllt, dieselben Vorteile, wie sie oben beschrieben wurden, erzielt werden. Eine thermische Sicherung dieses Typs ist im allgemeinen eine radiale thermische Sicherung.
Wie in 20 gezeigt ist, ist auch ein schmelzbares Metall 203, das mit den Endteilen des Leiterpaars 201, 202 verbunden ist, in ein Gehäuse 200, das Öffnungen aufweist, eingeschoben. Die Öffnungen des Gehäuses 200 sind in jedem Ende des Gehäuses ausgebildet. Ein Flussmittel 204 ist am äußeren Teil des schmelzbaren Metalls 203 angeordnet. Dichtungselemente 205 sind so dicht wie möglich an den Öffnungen des Gehäuses 200 angeordnet. Harz oder dergleichen wird als Dichtungselement 205 verwendet. Die Innenseite des Gehäuses 200 ist von der Außenseite durch das Dichtungselement 205 isoliert. In dieser Konfiguration können, wenn das schmelzbare Metall 203 die Beziehung D2 / D1 > 0,995 (vorzugsweise D2 / Dl > 0,98) erfüllt, dieselben Vorteile, wie sie oben erwähnt wurden, erzielt werden. Eine thermische Sicherung dieses Typs ist im allgemeinen eine axiale thermische Sicherung.
Weiterhin ist insbesondere eine Legierung, die auf einem Material basiert, das mindestens einen Bestandteil, der aus der Gruppe, die aus Sn, In, Bi, Pb und Cd besteht, ausgewählt wurde, enthält, gemeinhin als ein Material für das schmelzbare Metall 16 bekannt. In der vorliegenden Ausführungsform wurde das schmelzbare Metall 16 unter Verwendung eines Me talls, das mit Sn, In, Bi oder Pb legiert wurde, das aber kein Cd, das schädlich ist, enthält, hergestellt.
Als nächstes wird, wie das in 9 gezeigt ist, ein festes Flussmittel 17 so angeordnet, das es das schmelzbare Metall 16 bedeckt. Vorzugsweise bedeckt das feste Flussmittel das schmelzbare Metall 16 vollständig. Mindestens 50% des Oberflächengebiets des schmelzbaren Metalls, das freigelegt ist, wird mit dem festen Flussmittel 17 bedeckt. Auf diese Weise können ausreichende Schmelzeigenschaften erhalten werden.
Flussmittel in einem Zustand, in dem es mit Hitze oder einem Lösungsmittel geschmolzen wird, wird auf das schmelzbare Metall 16 aufgebracht, und danach wird das Flussmittel erhärtet, um das feste Flussmittel 17 zu bilden.
Vorzugsweise enthält das feste Flussmittel 17 Terpentinharz. Das verwendete Terpentinharz enthält 50 bis 90 Gewichtsprozent Abietinsäure und 10 bis 50 Gewichtsprozent dehydrierte Abietinsäure. Das heißt, das Terpentinharz, das im festen Flussmittel 17 enthalten ist, weist nahezu dieselbe Zusammensetzung wie das Terpentinharz, das im Flussmittel 14, 15 enthalten ist, auf. So werden die Schmelzeigenschaften weiter verbessert. Durch das Anordnen des festen Schweißmittels 17, das das oben erwähnte Terpentinharz enthält, wird es möglich, die gelbe Farbe zu erkennen, und somit kann die quantitative Erkennung durch eine Bildanalyse durchgeführt werden. Zusätzlich wird, wie das oben erwähnt ist, Alkohol, der im festen Flussmittel enthalten ist, hereingebracht: Das Flussmittel ist auch bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunkts inaktiv. Somit ist das Flussmittel, das die obige Zusammensetzung aufweist, am besten als festes Flussmittel für thermische Sicherungen geeignet.
In den thermischen Sicherungen, die in 19 und 20 gezeigt sind, kann dasselbe Material wie für das obige feste Flussmittel für das Flussmittel 104 und 204 verwendet werden. Durch diese Konfiguration können dieselben Vorteile, wie sie oben beschrieben wurden, erzielt werden.
Als nächstes wird ein Abdeckfilm 18, wie er in 10 gezeigt ist, auf dem Bindungsfilm 10 plaziert, wie das in 11 gezeigt ist. Der Abdeckfilm 18 umfaßt vierte Durchgangslöcher 19, 20 für das Positionieren und eine Aussparung 21, die zwischen den vierten Durchgangslöchern 19, 20 angeordnet ist und die ein niedrigeres Niveau als die anderen Teile aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Profil der Aussparung 21 nahezu rechteckig. Es ist jedoch auch möglich, eine kreisförmige Form, eine ovale Form, eine rechteckige Form oder dergleichen als Form der Aussparung 21 zu verwenden. Die Aussparung 21 bildet einen Raum um das schmelzbare Metall 16. Somit kann das schmelzbare Metall 16 präzise die Funktion einer Unterbrechung erfüllen.
Wie in 11 gezeigt ist, ist der Abdeckfilm 18 auf dem Bindungsfilm 10 so angeordnet, daß das dritte Durchgangsloch 13 gegenüber der Aussparung 21 liegt, und daß die vierten Durchgangslöcher 19, 20 so angeordnet sind, daß sie auf den ersten Durchgangslöchern 2, 3 und den zweiten Durchgangslöchern 11, 12 plaziert werden. In 11 bewirkt die Aussparung 21, das ein erhabener Teil 22 ausgebildet wird. Die obere Fläche des erhabenen Teils 22 trägt die Modellnummer und die Sicherheitsvermerke, die dort durch ein Drucken oder dergleichen aufgebracht sind. Für das Drucken der Modehlnummer und der Sicherheitsvermerke auf den erhabenen Teil 22 wurde eine durch Ultraviolettlicht trocknenden Tinte (durch Ultraviolettlicht aushärtende Tinte), die auf einem Acryloligomer basiert und die eine Hitzebeständigkeit von 150°C aufweist, verwendet. Die Tinte enthält ein Farbpigment, das je nach Wunsch weiß, schwarz, rot, grün, orange, blau, Violett, grau, Silber etc. sein kann. Beim Druckverfahren wird die Tinte von der Hochdruckplatte auf die Gummiwalze und weiter auf den Abdeckfilm 18 übertragen. Der Druck der Gummiwalze und des Abdeckfilms 18 wird so eingestellt, daß die Tinte auf dem Abdeckfilm 18 eine Dicke zwischen 1 und 5 μm erhält. Eine Ultravioletttrocknung wird durch das Aufbringen von Ultraviolettstrahlen mit einer Wellenlänge von ungefähr 365 nm für 5 bis 15 Sekunden in einer Atmosphäre mit einer Temperatur von 90±10°C durchgeführt: Wenn die Filmdicke weniger als 1 μm beträgt, wird die Konzentration der Tinte zu niedrig, so daß die Bezeichnungen unlesbar werden. Wenn die Dicke der Tinte 5 μm überschreitet, so werden die Ultraviolettstrahlen kaum das Innere der Tinte im Trocknungsverfahren erreichen, was zu einer ungenügenden Aushärtung der Tinte und zu einer verminderten Anhaftung der Tinte führt.
Die Tabelle 6 zeigt die Dicke der Tinte für die Modellnummer und die Sicherheitsvermerke und die Beziehung zwischen der Lesbarkeit der Bezeichnungen und den Schmelztemperaturen.
Tabelle 6 Dicke der Tinte für die Modellnummer und die Sicherheitsvermerke, Lesbarkeit der Bezeichnungen und Schmelztemperaturen
Die Anschlüsse 4, 5 wurden als Proben unter Verwendung einer Nickellegierung mit einer Breite von 3 mm und einer Dicke (T2) von 0,15 mm hergestellt. Das Substrat 1, der Bindungsfilm 10 und der Abdeckfilm 18 sind aus PET (Polyethylenterephthalat) mit einer Dicke von 0,125 mm hergestellt. Eine Pb, Bi, Sn-Legierung, die bei 102±7°C schmilzt, wurde als schmelzbares Metall 16 verwendet. Die Bezeichnungen, die Modellnummer, GT102 als Schmelztemperatur und OOA als Fertigungsnummer wurden auf den erhabenen Teil 22 gedruckt und das Profil wurde fertiggestellt, wie das in 16 gezeigt ist.
Im Anhaftungstest wurden die thermischen Sicherungen jeweils 100 Ma 1 verwendet, und ein Klebeband wurde auf den erhabenen Teil 22 der 16 geklebt und dann wieder entfernt. Beim prüfen der Lesbarkeit wird, wenn alle Bezeichnungen visuell öder durch Verwendung eines Vergrößerungsglases mit 10-facher Vergrößerung gelesen werden können, dies mit "°" bezeichnet, und wenn eine oder mehrere Bezeichnungen unlesbar sind, wird dies mit "x" bezeichnet. Auch bei der Überprüfung, ob die Bezeichnungen und die Schmelztemperaturen übereinstimmen, wird, wenn alle bei den Temperaturen geschmolzen sind, die den lesbaren Modellnummern entsprechen, dies mit "°" bezeichnet, und wenn das Zusammenfallen der Schmelztemperatur und der Bezeichnung wegen der nicht lesbaren Modellnummer bei einer oder mehreren Proben nicht bestätigt werden kann, so wird dies mit "x" bezeichnet.
Die Tabelle 6 zeigt das Folgende. Durch das Einstellen der Dicke der Tinte auf dem Abdeckfilm 18 im Bereich von 1 bis 5 μm können die Modellnummer und die Sicherheitsvermerke präzise gedruckt werden. Weiterhin können die Eigenschaften (Schmelztemperaturen des schmelzbaren Metalls 16) und die Bezeichnungen des Inhalts präzise in Übereinstimmung zueinander gebracht werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein PET-Film (Polyethylenterephthalat-Film) als isolierendes Gehäusematerial verwendet, wobei man aber nicht auf dieses Material beschränkt ist. Es ist auch möglich, ein Gehäuse, das eine keramische Oberfläche, wie Aluminiumoxid, aufweist, als isolierendes Gehäuse zu verwenden. Auch ein metallisches Material, wie rostfreier Stahl, kann für ein solches isolierendes Gehäuse verwendet werden. In diesem Fall ist es, wenn die Dicke der Tinte im Bereich von 1 bis 5 μm liegt, möglich, Bezeichnungen anzugeben, die eine ausgezeichnete Lesbarkeit und Anhaftung aufweisen.
Vorzugsweise wird der Abdeckfilm 18 aus einem Material ausgebildet, das eine Isolation. aufweist. Ein thermoplastisches Harz, das hauptsächlich Bestandteile, die aus der Gruppe, die aus PET (Polyethylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphthalat), ABS-Harz, SAN-Harz, Polysanfon-Harz, Polycarbonat-Harz, Noryl, Vinylchlorid-Harz, Polyethylen-Harz, Polyester-Harz, Polypropylen-Harz, Polyamid-Harz, PPS-Harz, Polyacetal, Fluorkohlenwasserstoff-Harz und Polyester umfaßt, ausgewählt werden, umfaßt, wird als Abdeckfilm 18 verwendet.
Als nächstes wird, wie das in 12 gezeigt ist, ein Ultraschallschweißhorn gegen das Gebiet um den erhabenen Teil 22 des Abdeckfilms 18 geschoben, um den Abdeckfilm 18 und den Bindungsfilm 10 zu verschweißen. Die 13 und 14 sind Schnittansichten der thermischen Sicherung, die in 12 gezeigt ist, in einem Zustand, bei dem sie bei P1 und P2 geschnitten wurden. In 13 und 14 wird eine Gasblase 38 zwischen dem Substrat 1 und dem Abdeckfilm 18 ausgebildet, das heißt in einem Raum (nachfolgend abgedichteter Raum), der gegenüber der Außenseite abgedichtet ist. Schmelze 39 dringt in den abgedichteten Raum vor. Das Substrat 1, der Bindungsfilm 10 und der Abdeckfilm 18 werden alle einem Ultraschallschweißen, wie es oben beschrieben wurde, unterworfen. Eine Schweißgutzone 23a wird in Längsrichtung der Anschlüsse 4, 5 ausgebildet, um den Körper der thermischen Sicherung sandwichartig einzuschließen, und es wird eine Schweißgutzone 23b nahezu rechtwinklig zur Schweißgutzone 23a ausgebildet, um den Körper der thermischen Sicherung sandwichartig einzuschließen.
Vorzugsweise wird, wie das in den 13 und 14 gezeigt ist, eine Krümmung "R" oder Abschrägung "R1" von 0,1 mm oder mehr im Grenzbereich zwischen dem erhabenen Teil 22 und der Schweißgutzone 23a ausgebildet. Auf diese Weise kann ein abgedichteter Raum präzise geschaffen werden. Somit besteht nur eine sehr kleine Wahrscheinlichkeit, daß die Dichtung während einer langen Nutzungsdauer bricht. Weiterhin ist es möglich, zu verhindern, daß der Abdeckfilm 18 während der Herstellung beschädigt wird. In ähnlicher Weise wird, obwohl dies nicht dargestellt ist, ein abgedichteter Raum präzise ausgebildet werden, da die Krümmung "R" oder Abschrägung (R1) von 0,1 mm oder mehr am Grenzabschnitt zwischen der Schweißgutzone 23b, die auf den Anschlüssen 4, 5 ausgebildet ist, und dem Teil, der durch die Schweißgutzonen 23b sandwichartig eingeschlossen wird, ausgebildet wird. Somit besteht nur eine sehr kleine Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Dichtung bei der Verwendung über lange Zeit kollabiert. Weiterhin ist es möglich, zu verhindern, daß der Abdeckfilm 18 während der Herstellung beschädigt wird.
Vorzugsweise wird als Mittel, um die Abschrägung "R1" herzustellen, ein Ultraschallschweißhorn mit einer Krümmung "R" oder einer Abschrägung von 0,1 mm oder mehr an der Kante verwendet.
Wie in 12 gezeigt ist, wird eine Krümmung "R" ("R2" in 12) von 0,3 mm oder mehr an der äußeren Umfangsecke des erhabenen Teils 22 oder am Grenzabschnitt zwischen dem erha benen Teil 22 und der Schweißgutzone 23a, 23b ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform kann, da das Profil eine quadratische Form aufweist, eine Krümmung "R" an den vier Ec??ken ausgebildet werden. Somit kann ein abgedichteter Raum präzise geschaffen werden. Somit gibt es nur eine sehr kleine Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Abdichtung während einer langen Verwendungszeit kollabiert. Weiterhin ist es möglich zu verhindern, daß der Abdeckfilm 18 während der Herstellung beschädigt wird.
Schließlich wird, wie das in 15 gezeigt ist, ein überflüssiger Teil weggeschnitten. So wird die thermische Sicherung vollends vollendet. Das heißt, die thermische Sicherung umfaßt Anschlußpaare 4, 5, ein schmelzbares Metall 16, das zwischen den Anschlußpaaren angeordnet ist, ein festes Flussmittel 17, das das schmelzbare Metall 16 bedeckt, einen Abdeckfilm 18, der das feste Flussmittel 17 bedeckt, und einen Bindungsfilm 10. Der Bindungsfilm weist ein drittes Durchgangsloch 13 auf, und das feste Flussmittel 17 wird innerhalb des dritten Durchgangslochs 13 freigelegt. Der Abdeckfilm 18 ist so angeordnet, daß er den Bindungsfilm 10 und das freigelegte feste Flussmittel 17 bedeckt. Die Anschlüsse 4, 5 umfassen jeweils schmelzbare Metallverbindungen 6, 7 und Filmbindungsteile 8, 9. Das schmelzbare Metall 16 ist zwischen den schmelzbaren Metallverbindungen 6, 7 angeordnet. Der Bindungsfilm 10 ist mit jedem der Filmbindungsteile 8, 9 verbunden. Der Hauptkörper 50 der Sicherung umfaßt den Teil, der zwischen den freigelegten Anschlußpaaren 4, 5 angeordnet ist. Das heißt, der Hauptkörper 50 der Sicherung umfaßt das schmelzbare Metall 16, das zwischen den Anschlußpaaren angeordnet ist, das feste Flussmittel 17, das das schmelzbare Metall 16 bedeckt, den Bindungsfilm, der in einer Zone mit Ausnahme des festen Schweißmittels angeordnet ist, und den Abdeckfilm 18, der das feste Flussmittel 17 abdeckt und der auf dem Bindungsfilm angeordnet ist. Der Hauptkörper 50 der Sicherung hat die Funktion eines Gehäuses.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde das feste Flussmittel 17 direkt auf das schmelzbare Metall 16 aufgebracht, wobei man aber nicht auf dieses Verfahren beschränkt ist. Es ist auch möglich, das folgende Verfahren zu verwenden. Das heißt, das feste Flussmittel 17, das in einem festen Zustand vorliegt, wird vorher in einer Aussparung 21, die im Abdeckfilm 18 hergestellt wurde, plaziert. Danach wird der Abdeckfilm 18 auf dem Bindungsfilm 10 plaziert und dann erhitzt, um das feste Flussmittel 17 zu schmelzen, und das Flussmittel wird auf das schmelzbare Metall 16 aufgebracht. Danach wird der Abdeckfilm 18 mit dem Bindungsfilm durch ein Ultraschallverschweißen verbunden.
Wie in 17 gezeigt ist, ist eine thermische Sicherung der vorliegenden Erfindung auf der Seitenfläche eines Batteriesatzes angeordnet. Durch diese Konfiguration kann der Batteriesatz dünner und kleiner als der konventionelle Batteriesatz, der in 19 gezeigt ist, gemacht werden. Weiterhin kann der Verlust durch den Widerstandswert des Verdrahtungsteils 23 auf dem Niveau eines konventionellen Batteriesatzes gehalten werden.
In 17 werden (nicht gezeigte) Batterien in den Körper 29 des Batteriesatzes eingebaut. Der Batteriesatz umfaßt äußere Elektroden 26 der eingebauten Batterien, eine Schutzschaltungsleiterplatte 28, die mit den Batterien verbunden ist, und Nickelstreifenleiter 27, die mit der Schutzschaltungsleiterplatte 28 verbunden sind. Die thermische Sicherung der vorliegenden Ausführungsform wird zwischen der äußeren Elektrode und dem Nickelstreifenleiter 27 installiert. Wenn die Hitze, die von den eingebauten Batterien und dergleichen erzeugt wird, den vorbestimmten Pegel überschreitet, so löst die thermische Sicherung aus, um somit die Schaltung, die die eingebauten Batterien einschließt, zu unterbrechen.
Somit ist es durch die Anordnung der thermischen Sicherung der vorliegenden Ausführungsform auf der Seitenfläche eines im allgemeinen kubischen Batteriegehäuses möglich, die Batteriegröße zu reduzieren.
Vorzugsweise hat in der thermischen Sicherung der 15, wenn die Länge des Hauptkörpers (des Gehäuses) der thermischen Sicherung L1 ist, die Breite L2 ist und die Dicke L3 ist, der Hauptkörper 50 eine Form, die folgende Bedingungen erfüllt 2,0 mm < L1 < 7,5 mm 0,4 mm < L3 < 1,5 mm.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Hauptkörper 50 eine Form aufweist, die folgende Bedingung erfüllt: 1,5 mm < L2 < 3,5 mm.
Wenn L1, L2 und L3 kleiner als die jeweiligen oben angegebenen Bereiche sind, so wird ein schlechter Isolationswiderstand und eine schlechte dielektrische Festigkeit beim Betrieb der thermischen Sicherung oder bei der Auslösung der Verbindung durch die Hitze gegeben sein. Wenn L1, L2 und L3 größer als die oben angegeben Bereiche sind, so wird die thermische Sicherung größer werden, was stark die Größe des kleinen zu verwendenden Batteriesatzes begrenzt.
Wie oben beschrieben wurde kann durch die Konfiguration der vorliegenden Erfindung eine thermische Sicherung, die eine reduzierte Größe und Dicke aufweist, erhalten werden. Zusätzlich wird die thermische Sicherung keine verschlechterten Eigenschaften, Produktivität, Zuverlässigkeit, Qualität etc. aufwesein, sogar wenn sie in der Größe und Dicke verkleinert wurde. Weiterhin kann ein Batteriesatz, der die thermische Sicherung verwendet, in der Größe reduziert werden, wobei der Batteriesatz dennoch ausgezeichnete Eigenschaften der thermischen Sicherung gewährleistet.

Claims

Thermische Schmelzsicherung, mit zwei nach außen stehenden Kontakten (4, 5), deren einander zugewandten Kontaktenden (6, 7) durch einen Schmelzmetallkörper (16) elektrisch miteinander verbunden sind, der aus einem Metall besteht, das bei einer vorgegebenen Temperatur schmilzt, um die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktenden (6, 7) zu unterbrechen, ferner mit einer Trägerschicht (1) auf der die beiden Kontakte (4, 5) aufgebracht sind und einer die Kontaktenden (6, 7) und den Schmelzmetallkörper (16) schützenden Abdeckung (18), dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Abdeckung (18), die darunter liegenden Teile der Kontakte (4, 5) und der Trägerschicht (1) definierte Körper (50) der Schmelzsicherung folgende Maße aufweist: 2,0 mm <L1 < 8,5 mm; L1 = Länge, 0,4 mm <L3 < 2,5 mm; L3 = Dicke, dass die Kontakte (4, 5) einen Elastizitätsmodul im Bereich von 3×10¹⁰ Pa bis 8×10¹⁰ Pa und eine Zugfestigkeit im Bereich von 4 × 10⁸ Pa bis 6 × 10⁸ Pa aufweisen, und dass der Schmelzmetallkörper (16) einen vorgegebenen Reinheitsgrad nicht unterschreitet, der definiert ist durch: tatsächliche Dichte (D2) / theoretische Dichte (D1) > 0,98.
Thermische Schmelzsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Enden (6, 7) der Kontakte (4, 5) eine geringere Breite aufweisen als die nach außen stehenden Kontaktabschnitte.
Thermische Schmelzsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (4, 5) eine Dicke von 0,08 mm bis 0,25 mm aufweisen.
Thermische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung (18) und dem Schmelzmetallkörper (16) eine Schicht Flussmittel (17) angeordnet ist.
Thermische Schmelzsicherung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel (17) Terpentinharz als Hauptkomponente aufweist; wobei das Terpentinharz 50 bis 90 Gewichtsprozent Abietinsäure und 10 bis 50 Gewichtsprozent einer dehydrierten Abietinsäure enthält.
Thermische Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (18) auf dem gesamten Umfang zur Abdichtung mit den darunter liegenden Kontakten (4, 5) und der Trägerschicht (1) verschweißt ist.
Thermische Schmelzsicherung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (4, 5), in einem Bereich der unter dem verschweißten Umfang der Abdeckung (18) liegt, eine haftverbessernde Oberfläche (8, 9) aufweisen.
Verfahren zur Herstellung einer thermischen Schmelzsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (4, 5) zunächst mit einem Film (10) auf der Trägerschicht (1) fixiert werden und der Film (10) eine Fensteröffnung (13) aufweist, die die einander zugewandten Kontaktenden (6, 7) freigibt, und dass in späteren Verfahrensschritten die Abdeckung (18), der Film (10) und die darunter liegende Trägerschicht (1) verschweißt werden, und überstehende Teile und sonstige Montage- und Positionierhilfen (2, 3, 11, 12, 19, 20) abgeschnitten werden.
Verwendung einer thermischen Schmelzsicherung (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 an einem Batteriesatz und in einer Zuleitung zu einem der Pole des Batteriesatzes.