JP2006173047A - 薄型温度ヒューズとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求される特性、強度を満足させながら加熱工程を減らして、信頼性を向上することを可能にする薄型温度ヒューズとその製造方法を提供する。
【解決手段】 温度上昇に応じて可溶する可溶金属３と、導電性の板状体であり、この板状体が、長手方向に対して交差する方向に表面から突出して設けられた凸部と、この板状体の短辺側に設けられると共に可溶金属３を保持する保持部とを具備する構造のリードフレーム１、２と、絶縁性の樹脂シート４、５とを有し、保持部が互いに向かい合うようにリードフレーム１、２が配置され、２つの保持部により可溶金属３が保持されて溶接され、可溶金属３と凸部とを覆うように、リードフレーム１、２に樹脂シート４が配置されると共にリードフレーム１、２の裏面側に樹脂シート５が配置され、リードフレーム１、２の凸部を含めて、樹脂シート４と樹脂シート５との間が接着剤６で充填されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、周囲温度の上昇により溶断する薄型温度ヒューズとその製造方法に関する。

薄型温度ヒューズとして、図９に示すものがある。この薄型温度ヒューズでは、一対の帯状リ−ド導体２１１、２１２の先端間に低融点可溶合金片２２０を接続し、低融点可溶合金片２２０を樹脂フィルム２３１、２３２で挾む。そして、樹脂フィルム２３１、２３２の周辺を封止すると共に、各樹脂フィルム２３１、２３２と帯状リ−ド導体２１１、２１２との間を封止する。このとき、帯状リ−ド導体２１１、２１２の被封止部に樹脂層２４１、２４２を被覆して、樹脂フィルム２３１、２３２と帯状リ−ド導体２１１、２１２の被封止部の樹脂層２４１、２４２との間を融着する。

こうして作られた温度ヒュ−ズは薄型であり、各種の用途、例えばリチウムイオン電池のような二次電池の過充電や過放電から、この二次電池を保護する。こうした薄型温度ヒューズが特許文献１に記載されている。
特開平１１−３５３９９５号公報

しかし、先に述べた薄型温度ヒューズには次の課題がある。つまり、薄型温度ヒューズを作る際に、低融点可溶合金片２２０を一対の帯状リ−ド導体２１１、２１２に対して溶接等で接続する工程に加えて、さらに、ヒ−トシ−ル、超音波融着、レ−ザ照射により、樹脂フィルム２３１と樹脂フィルム２３２とを融着し、かつ樹脂フィルム２３１、２３２と帯状リ−ド導体２１１、２１２の被封止部の樹脂層２４１、２４２とを融着する必要がある。

しかし、一般に、温度ヒューズの製造工程では、低融点可溶合金片やロジンの酸化を防いで、不良品の発生を抑えるために、加熱工程を極力避ける必要がある。薄型温度ヒューズの場合も同様である。しかし、従来の薄型温度ヒューズには複数の加熱工程が必要であり、薄型温度ヒューズの信頼性を低くするという課題がある。

先に述べた薄型温度ヒューズには次の課題もある。一般に、薄型温度ヒューズでは、平板形状のリードフレームを使用する。こうした形状により、リード線に比べて断面積に対する表面積の割合が大きく、熱流束の低下や放熱を引き起こし、動作精度や応答速度に影響を与えていると考えられている。

また、温度ヒューズは、低融点可溶合金片の溶融体が表面張力を下げるためにリード線に濡れ拡がることで溶断して役割を果たす。しかし、一般に薄型温度ヒューズでは、低融点可溶合金片とリードフレームとは同一平面上で取り付けられているために、濡れ拡がる方向は２次元平面上に限られ、厳しい環境下で確実に動作するには、限られた種類のロジンの特性に頼らなければならないという課題がある。

本発明は、前記の課題を解決し、要求される特性、強度を満足させながら加熱工程を減らして、信頼性を向上することを可能にする薄型温度ヒューズとその製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、温度上昇に応じて可溶する可溶金属と、導電性の板状体であり、この板状体が、長手方向に対して交差する方向に表面から突出して設けられた凸部と、この板状体の短辺側に設けられると共に前記可溶金属を保持する保持部とを具備する構造の第１および第２のリードフレームと、絶縁性の第１および第２の樹脂シートとを有し、前記保持部が互いに向かい合うように前記２つのリードフレームが配置され、前記２つの保持部により前記可溶金属が保持されて溶接され、前記可溶金属と前記凸部とを覆うように、前記第１および前記第２のリードフレームに前記第１の樹脂シートが配置されると共にこれら２つのリードフレームの裏面側に前記第２の樹脂シートが配置され、前記第１および前記第２のリードフレームの凸部を含めて、前記第１の樹脂シートと前記第２の樹脂シートとの間が接着剤で充填されていることを特徴とする薄型温度ヒューズである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の薄型温度ヒューズにおいて、前記第１および前記第２の樹脂シートの少なくとも一方が紫外線を透過し、前記接着剤が紫外線を当てると硬化する紫外線硬化接着剤であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の薄型温度ヒューズにおいて、前記接着剤は、無色または顔料により着色されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型温度ヒューズにおいて、前記第１および前記第２の樹脂シートの大きさを変えたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１に記載の薄型温度ヒューズを製造する薄型温度ヒューズの製造方法であって、前記第１および前記第２のリードフレームの一方の短辺側に設けられた保持部を互いに向かい合うように配して、これらの保持部で前記可溶金属を保持し、前記第１および前記第２のリードフレームの他方の短辺側端部から加熱することにより、前記可溶金属を前記第１および前記第２のリードフレームにそれぞれ溶接して、前記２つのリードフレームと前記可溶金属とからなる可溶体を形成し、前記第２の樹脂シートに前記可溶体を載せて前記可溶金属に特殊活性樹脂を塗布した後、前記可溶体に向けて接着剤を滴下し、前記可溶体を覆うように、前記第１の樹脂シートを被せ、この第１の樹脂シートの両側を押圧して、前記接着剤を硬化させることを特徴とする薄型温度ヒューズの製造方法である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の薄型温度ヒューズの製造方法において、前記第１および前記第２の樹脂シートの少なくとも一方に紫外線を透過するものを用い、紫外線を当てると硬化する紫外線硬化接着剤を前記接着剤として用い、紫外線を当てて前記接着剤を硬化させることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項５または６に記載の薄型温度ヒューズの製造方法において、前記接着剤に着色用の顔料を混入することを特徴とする。

本発明によれば、可溶合金の接続以外は、接着剤を用いて第１および第２のシートを、第１および第２のリードフレームに固定するので、可溶金属に対する加熱処理を減らして可溶金属をシールすることができ、信頼性の高い薄型温度ヒューズを提供することができる。
接着剤として紫外線硬化接着剤を用いると、紫外線照射により接着剤が硬化するので、短時間での薄型温度ヒューズを作ることができる。また、接着剤に着色用の顔料を加えて接着剤を着色することにより、たとえば、薄型温度ヒューズの動作温度を識別することができる。
第１および第２のリードフレームの短辺側に設けられた保持部の形状により、溶接などによる可溶金属の取り付けが容易になり、さらに、可溶金属付近の伝熱面の増加および可溶金属の溶融体が濡れ拡がる面が３次元で配置されることによって、動作精度を向上させることができる。

本実施の形態による薄型温度ヒューズを図１および図２に示す。本実施の形態による薄型温度ヒューズは、リードフレーム１（第１のリードフレーム）と、リードフレーム２（第２のリードフレーム）と、可溶金属３と、樹脂シート４（第１の樹脂シート）と、樹脂シート５（第２の樹脂シート）と、接着剤６とで構成されている。

可溶金属３は、周囲温度の上昇に応じて可溶する径ｄの丸棒状の金属であり、可溶金属３としては、Ｓｎ、ＡｇおよびＣｕの一種またはそれ以上を混合したものがある。溶断の速度調節などをするために、可溶金属３の表面にはロジン（図示を省略）が塗られている。

リードフレーム１は、可溶金属３を位置決めして保持するものであり、図３に示すように板状体１１で作られている。板状体１１には導電性があり、具体的には、板状体１１としてニッケルなどの金属が用いられている。板状体１１の長手方向に対して交差する方向に、かつ、板状体１１の表面から突出して凸部１２が設けられている。凸部１２の高さｈあるいは２つの立ち上げ部１５のうち、少なくとも１つ以上は可溶金属３の径ｄよりも高くなることが望ましい。同時に、２つの立ち上げ部１５の間のスリット幅Ｌよりも広くなることが望ましい。その結果、保持した可溶金属３と樹脂シート４との接触を防ぎ、かつ、取り付けが容易になる。なお、板状体１１の先端部１３には可溶金属３の溶着を容易にするために、銅メッキなどが施されている。

板状体１１の一方の短辺側にある端面１４には、２つの立ち上げ部１５が可溶金属３の保持部として設けられ、これらの立ち上げ部１５は可溶金属３が入る間隔に配置されている。２つの立ち上げ部１５は次のように形成される。図４に示すように、板状体１１に対して、プレス加工により凸部１２が形成されると共に、分断加工により２つの突起１５Ａが設けられる。この後、凸部１２が形成されている側に２つの突起１５Ａが立ち上げられて、立ち上げ部１５が形成される。なお、こうして立ち上げ部１５を形成する以外に、プレス加工によって先端部１３に凹部を形成するなどの、各種の形成方法がある。

こうして、凸部１２および立ち上げ部１５が設けられたリードフレーム１が形成される。リードフレーム２はリードフレーム１と同様であるので、その構造の説明を省略する。なお、リードフレーム２では、２１が板状体、２２が凸部、２３が先端部、２４が端面、２５が立ち上げ部である。リードフレーム１に対してリードフレーム２は、図５に示すように、端面１４に設けられた立ち上げ部１５が端面２４に設けられた立ち上げ部２５と向かい合うように配置される。そして、立ち上げ部１５と立ち上げ部２５とによって、可溶金属３が保持されて溶接される。こうして、リードフレーム１、２および可溶金属３により、図５の可溶体が組み立てられる。

樹脂シート４は、可溶金属３が溶接されたリードフレーム１、２の表面側（凸部１２が設けられている側）に配置され、樹脂シート５は、リードフレーム１、２の裏面側に配置されている。樹脂シート４、５は、それぞれ厚さが異なる組み合わせも可能であり、少なくとも紫外線を透過するものであり、本実施の形態では樹脂シート４、５として例えば透明なポリカーボネートが用いられている。樹脂シート４の幅が樹脂シート５に比べて狭く、これにより、樹脂シート４、５を接着する際に、接着剤６が樹脂シート４の表面４Ａ（図２）に回り込み、樹脂シート５の表面５Ａに回り込むことがない。リードフレーム１の長手方向に対して交差する方向に対する樹脂シート４の断面形状が湾曲している。この湾曲形状により、リードフレーム１、２に対して力がＡ１、Ａ２方向（図１）またはその逆方向に加えられたときに、リードフレーム１、２に溶接された可溶金属３の変形を防ぎ、薄型温度ヒューズの信頼性を高めている。

接着剤６は、樹脂シート４、５を接着して、可溶金属３のシールをしている。接着剤６は、紫外線が照射されると硬化する紫外線硬化接着剤である。接着剤６は、リードフレーム１、２を接着すると共に、リードフレーム１の凸部１２およびリードフレーム２の凸部２２内部にも回り込み易いので、リードフレーム１、２に対して力がＢ１、Ｂ２（図２）方向に加えられて、薄型温度ヒューズが引っ張られたときに、接着剤６および凸部１２、２２により、この引っ張りに強く、可溶金属３が延びて変形することを防ぐことができ、薄型温度ヒューズの信頼性を高めることができる。

また、接着剤６として次のものを用いている。本実施の形態では、接着剤６に顔料を混入し、接着剤６を着色する。本実施の形態による薄型温度ヒューズの動作温度に応じて接着剤６の色を別にすることにより、製品の識別を容易にする。

本実施の形態による薄型温度ヒューズは前記の構造である。つぎに、この薄型温度ヒューズの製造について図６を用いて説明する。ロール状に巻かれた板状体１０１を加工してリードフレーム１、２を製造する。リードフレーム１、２の端面１４、２４を互いに向かい合うように配置し、リードフレーム１、２の立ち上げ部１５、２５により可溶金属３を保持し、この後、溶接装置１５１を用いて、可溶金属３をリードフレーム１、２に溶接する。このとき、リードフレーム１、２の端部から、つまり、立ち上げ部１５、２５が設けられている端面１４、２４と反対側に位置する端面側から、リードフレーム１、２を加熱して可溶金属３を溶融し、可溶金属３をリードフレーム１、２に溶接する。この結果、可溶金属３に対して直接、熱源を当てることがないので、薄型温度ヒューズの信頼性を高めることができる。また、リードフレーム１の立ち上げ部１５、２５側の先端部１３、２３（図５）が例えば銅メッキされているので、溶接を確実に行うことができる。

こうして、リードフレーム１、２と可溶金属３とから構成される可溶体（図５）を組み立てる。

可溶体を組み立てると、樹脂シート５を形成するために、ロール状の樹脂シート１０２の上に前記の可溶体を配置する。この後、吐出装置１５２により特殊活性樹脂１０３、つまりロジンを可溶体の可溶金属３に滴下し、さらに、吐出装置１５３により接着剤６として紫外線硬化接着剤１０４（ＵＶ接着剤）を可溶金属３に向けて滴下する。この後、樹脂シート４を形成するために、前記の可溶体を覆うように、ロール状の樹脂シート１０３を被せる。

ロール状の樹脂シート４、５で前記の可溶体を挟むと、照射装置１５４を樹脂シート４に下ろす。照射装置１５４は、紫外線を出力する紫外線発生部１５４Ａと、互いに平行に配置され、中央に紫外線発生部１５４Ａが設置された脚部１５４Ｂとを備えている。照射装置１５４を樹脂シート４に下ろす際に、図７の押圧位置１６１に照射装置１５４の脚部１５４Ｂがそれぞれ位置するように、つまり、前記可溶体の両側に位置するようにする。一方、樹脂シート５は平面状の冶具（図示を省略）上にあるので、樹脂シート４が湾曲する（図１）。照射装置１５４を樹脂シート４に下ろすと、余剰の接着剤６が樹脂シート４、５の両側から流れ出すが、樹脂シート４、５の幅Ｗ１、Ｗ２間で差を設けるとき、たとえば、樹脂シート４の幅Ｗ１が樹脂シート５の幅Ｗ２に比べて狭いとき、樹脂シート５から接着剤６が流れ出す前に樹脂シート４から接着剤６が流れ出す。この結果、図２に示すように、樹脂シート５からはほとんど接着剤６が流れ出すことがない。さらに、樹脂シート４の面積をＳ１とし樹脂シート５の面積をＳ２とするとき、多角形の形状であれば少なくとも１辺の長さを揃えて、円形であれば長径、短径方向を揃えて、面積Ｓ１と面積Ｓ２に差をつけることで、その効果は顕著に現れる。また、この際に、樹脂シート４と樹脂シート５のどちらかに孔や切り欠きをつけることも、同様の理由で有効である。

照射装置１５４の脚部１５４Ｂを樹脂シート４に下ろすと同時に紫外線発生部１５４Ａを点灯する。これにより、紫外線硬化接着剤である接着剤６が硬化し、前記の可溶体が樹脂シート４、５で挟まれ、かつ、樹脂シート４と樹脂シート５の間に接着剤６が充填されたヒューズ体が作られる。この後、カッター１５５により、冶具上にあるヒューズ体を押圧位置１６１（図７）で切断して、余分な樹脂シートを切り離し、本実施の形態による薄型温度ヒューズが完成する。このとき、接着剤６は着色されているので、接着剤６の色分けによる動作温度の識別を可能にすると共に、接着剤６が可溶金属３を完全にシールしているかどうかの良否の判別も、目視で容易に可能である。

以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は本実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれる。たとえば、本実施の形態では、接着剤６として紫外線硬化接着剤を用いたが、通常の接着剤を用いても良い。この場合には、自然乾燥により接着剤が硬化するので、照射装置１５４の紫外線発生部１５４Ａを不要にして、照射装置１５４の構造を簡単にすることができる。

また、リードフレームとして図３に示すものを用いたが、リードフレームがこれに限定されることはない。たとえば、図８に示すように、リードフレーム１の凸部１２に切り欠き部分１２Ａを設ければ、接着剤６が切り欠き部分１２Ａを流れるので、接着剤６が凸部１２内部に入りやすい構造としても良い。

本発明の一実施の形態による薄型温度ヒューズを示す斜視図である。 図１のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。 図１のリードフレームを示す斜視図である。 図３のリードフレームの立ち上げ部の形成を説明するための平面図である。 可溶金属が溶接されたリードフレームを示す斜視図である。 本実施の形態による薄型温度ヒューズの製造を説明するための説明図である。 樹脂シートで可溶体を挟む様子を説明する平面図である。 図３のリードフレームの変形例を示す斜視図である。 従来の薄型温度ヒューズを説明するための説明図であり、（ａ）が薄型温度ヒューズの平面図、（ｂ）が（ａ）のVIII−VIII断面図である。

符号の説明

１、２ リードフレーム
１１、２１ 板状体
１２、２２ 凸部
１２Ａ 切り欠き部分
１３、２３ 先端部
１４、２４ 端面
１５、２５ 立ち上げ部
１５Ａ 突起
３ 可溶金属
４、５ 樹脂シート
４Ａ、５Ａ 表面
６ 接着剤

Claims (7)

1. 温度上昇に応じて可溶する可溶金属（３）と、
   導電性の板状体であり、この板状体が、長手方向に対して交差する方向に表面から突出して設けられた凸部と、この板状体の短辺側に設けられると共に前記可溶金属（３）を保持する保持部とを具備する構造の第１および第２のリードフレーム（１、２）と、
   絶縁性の第１および第２の樹脂シート（４、５）とを有し、
   前記保持部が互いに向かい合うように前記２つのリードフレーム（１、２）が配置され、前記２つの保持部により前記可溶金属（３）が保持されて溶接され、
   前記可溶金属（３）と前記凸部とを覆うように、前記第１および前記第２のリードフレーム（１、２）に前記第１の樹脂シート（４）が配置されると共にこれら２つのリードフレーム（１、２）の裏面側に前記第２の樹脂シート（５）が配置され、
   前記第１および前記第２のリードフレーム（１、２）の凸部を含めて、前記第１の樹脂シート（４）と前記第２の樹脂シート（５）との間が接着剤（６）で充填されていることを特徴とする薄型温度ヒューズ。
2. 前記第１および前記第２の樹脂シート（４、５）の少なくとも一方が紫外線を透過し、前記接着剤（６）が紫外線を当てると硬化する紫外線硬化接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の薄型温度ヒューズ。
3. 前記接着剤（６）は、無色または顔料により着色されていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄型温度ヒューズ。
4. 前記第１および前記第２の樹脂シート（４、５）の大きさを変えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型温度ヒューズ。
5. 請求項１に記載の薄型温度ヒューズを製造する薄型温度ヒューズの製造方法であって、
   前記第１および前記第２のリードフレーム（１、２）の一方の短辺側に設けられた保持部を互いに向かい合うように配して、これらの保持部で前記可溶金属（３）を保持し、
   前記第１および前記第２のリードフレーム（１、２）の他方の短辺側端部から加熱することにより、前記可溶金属（３）を前記第１および前記第２のリードフレーム（１、２）にそれぞれ溶接して、前記２つのリードフレーム（１、２）と前記可溶金属（３）とからなる可溶体を形成し、
   前記第２の樹脂シート（５）に前記可溶体を載せて前記可溶金属（３）に特殊活性樹脂を塗布した後、前記可溶体に向けて接着剤（６）を滴下し、
   前記可溶体を覆うように、前記第１の樹脂シート（４）を被せ、この第１の樹脂シート（４）の両側を押圧して、前記接着剤（６）を硬化させることを特徴とする薄型温度ヒューズの製造方法。
6. 前記第１および前記第２の樹脂シート（４、５）の少なくとも一方に紫外線を透過するものを用い、紫外線を当てると硬化する紫外線硬化接着剤を前記接着剤（６）として用い、
   紫外線を当てて前記接着剤（６）を硬化させることを特徴とする請求項５に記載の薄型温度ヒューズの製造方法。
7. 前記接着剤（６）に着色用の顔料を混入することを特徴とする請求項５または６に記載の薄型温度ヒューズの製造方法。

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