JP2012227078A

JP2012227078A - 温度ヒューズの実装方法

Info

Publication number: JP2012227078A
Application number: JP2011095744A
Authority: JP
Inventors: Koichi Morimoto; 光一森本; Kohei Nagafuji; 浩平長藤; Kenji Senda; 謙治仙田; Hiroshi Tomita; 浩史冨田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】本発明は、温度ヒューズを実装基板に影響を与えることなく実装できる温度ヒューズの実装方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の温度ヒューズの実装方法は、Ｃｕで構成された第１の金属端子１１および第２の金属端子１２と、前記第１の金属端子１１の一端部１１ａと第２の金属端子１２の一端部１２ａとの間に橋設され、かつ周囲にフラックス１３が塗布された可溶合金１４と、前記可溶合金１４を覆うように設けられた絶縁体１５、１６と、前記可溶合金１４と絶縁体１５、１６からなる本体部１７とを備えた温度ヒューズの実装方法であって、前記第１の金属端子１１、第２の金属端子１２の上面に金属体２３を当接させた状態でレーザ照射することによって、前記第１の金属端子１１および第２の金属端子１２を実装基板２１の上面に形成された一対のランドパターン２２に接続するようにしたものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、過昇温による機器の損傷を防止するために使用される温度ヒューズの実装方法に関するものである。

従来のこの種の温度ヒューズは、図５に示すように、第１の金属端子１および第２の金属端子２と、上面に前記金属端子１、２のそれぞれの一端部１ａ、２ａが配置された第１の絶縁フィルム３と、前記金属端子１、２の一端部間に橋設された可溶合金４と、前記可溶合金４を覆うように一部が前記金属端子１、２の上面に配置され、かつ前記第１の絶縁フィルム３に固着された第２の絶縁フィルム５とを備えた構成としていた。そして、前記可溶合金４の周囲にはフラックス６が塗布されていた。

そして、この温度ヒューズを電池装置に取り付ける場合、第１の金属端子１を電池装置の本体、第２の金属端子２を電池装置の保護回路を有する実装基板に形成された接続用リード端子に、抵抗溶接によってそれぞれ接続させるようにしていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平１１−３５３９９５号公報

近年、電池装置等が組み込まれている電子機器を小型化することが求められているが、そのためには電子機器内部の実装基板に直接実装する必要性がある。

しかしながら、上記従来の温度ヒューズにおいては、さらに大電流に対応できるように金属端子１、２をＣｕで構成した場合は、Ｃｕの抵抗値が低いため、抵抗溶接を用いて実装することは困難であり、さらに、小型化に対応するために金属端子１、２の長さを短くすると、Ｃｕは熱伝導が良好であるため、はんだ溶融による実装は、可溶合金４への影響が大きく採用できない。そこで、新たにレーザ照射により金属端子１、２の他端部１ｂ、２ｂを直接実装基板のランドパターンに接続して温度ヒューズを実装基板に面実装する方法が考えられる。しかし、実装基板のランドパターンの厚みは薄くかつ熱伝導率の良いＣｕで構成されているため、そのレーザの熱がランドパターンを介し実装基板に伝わる場合があり、これにより、このレーザの熱によって実装基板がダメージを受けてしまう可能性があるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、温度ヒューズを実装基板に影響を与えることなく実装できる温度ヒューズの実装方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、Ｃｕで構成された第１の金属端子および第２の金属端子と、前記第１の金属端子の一端部と第２の金属端子の一端部との間に橋設され、かつ周囲にフラックスが塗布された可溶合金と、前記可溶合金を覆うように設けられた絶縁体と、前記可溶合金と絶縁体からなる本体部とを備えた温度ヒューズの実装方法であって、前記第１の金属端子、第２の金属端子の上面に金属体を当接させた状態でレーザ照射することによって、前記第１の金属端子および第２の金属端子を実装基板の上面に形成された一対のランドパターンに接続するようにしたもので、この方法によれば、レーザ照射で発生した熱を金属体に逃がすことができるため、レーザの熱によって実装基板がダメージを受けてしまうのを抑制でき、これにより、温度ヒューズを実装基板に影響を与えることなく実装でき、さらに、レーザの熱によって可溶合金が溶融するのを防止できる。また、金属体で第１の金属端子、第２の金属端子を固定することができるため、小型化されても容易に実装できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、金属体を筒状とし、その内面よりも内側に本体部が位置するように配置し、かつ上方から筒の内面の下方へ向けてエアーを吹き付けるようにしたもので、この方法によれば、レーザ照射によって第１、第２の金属端子に発生した熱をエアーによって本体部と金属体の間から下方に逃がすことができるため、第１、第２の金属端子の発熱で可溶合金が溶融するのを防止できるという作用効果が得られるものである。

以上のように本発明の温度ヒューズの実装方法は、第１の金属端子、第２の金属端子の上面に金属体を当接させた状態でレーザ照射することによって、第１の金属端子および第２の金属端子を実装基板の上面に形成された一対のランドパターンに接続するようにしているため、レーザ照射で発生した熱を金属体に逃がすことができ、これにより、レーザの熱によって実装基板がダメージを受けてしまうのを抑制でき、さらに、レーザの熱によって可溶合金が溶融するのを防止でき、また、金属体で第１の金属端子、第２の金属端子を固定することができるため、小型化されても容易に実装できるという優れた効果を奏するものである。

本発明の一実施の形態における温度ヒューズの断面図同温度ヒューズを実装基板に実装した状態を示す側面図同温度ヒューズを実装基板に実装した状態の他の例を示す側面図（ａ）同温度ヒューズを実装する方法を示す上面図、（ｂ）同温度ヒューズを実装する方法を示す断面図従来の温度ヒューズの断面図

以下、本発明の一実施の形態における温度ヒューズを実装した実装基板について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における温度ヒューズの断面図である。

本発明の一実施の形態における温度ヒューズ１０は、図１に示すように、Ｃｕで構成された第１の金属端子１１および第２の金属端子１２と、前記第１の金属端子１１の一端部１１ａと第２の金属端子１２の一端部１２ａとの間に橋設され、かつ周囲にフラックス１３が塗布された可溶合金１４と、前記可溶合金１４の下方に配置された第１の絶縁フィルム１５と、前記可溶合金１４を覆うようにその一部が前記第１の金属端子１１、第２の金属端子１２の上面に配置され、かつ前記第１の絶縁フィルム１５に固着された第２の絶縁フィルム１６とを備えているものである。

上記構成において、前記第１の金属端子１１および第２の金属端子１２は、Ｃｕからなる金属により構成され、かつ、可溶合金１４に接合される一端部１１ａ、１２ａと、外方へ突出する他端部１１ｂ、１２ｂとをそれぞれ有している。なお、第１の金属端子１１、第２の金属端子１２の表面は、他端部１１ｂ、１２ｂを除いて、はんだめっき、錫めっき等を形成してもよく、さらに、第１の金属端子１１、第２の金属端子１２の先端部１１ａ、１２ａの幅を他の部分の幅より狭くしてもよい。

また、前記可溶合金１４は、第１の金属端子１１の一端部１１ａと第２の金属端子１２の一端部１２ａとの間に橋設されて、錫、ビスマス、インジウムなどのうち２つ以上の金属の合金により構成されている。なお、前記可溶合金１４の周囲にはロジンからなるフラックス１３が塗布されている。

そして、前記第１の絶縁フィルム１５は、方形板状に構成され、かつその上面の一部に第１の金属端子１１および第２の金属端子１２の各一端部１１ａ、１２ａが形成されている。なお、第１の絶縁フィルム１５の一部に貫通孔を設けるとともに、第１、第２の金属端子１１、１２の各一端部１１ａ、１２ａに突出部を設け、かつこの貫通孔に前記突出部を下から嵌め込み、第１、第２の金属端子１１、１２の突出部を第１の絶縁フィルム１５の上面に露出させるようにしてもよい。

そしてまた、前記第２の絶縁フィルム１６は、可溶合金１４を覆うように第１の絶縁フィルム１５の上面の周縁部に溶着されるもので、このように第２の絶縁フィルム１６を第１の絶縁フィルム１５に溶着することにより、これらの間に可溶合金１４を密封する空間を形成でき、また第１の絶縁フィルム１５と第２の絶縁フィルム１６とで第１の金属端子１１を固定できる。なお、第１の絶縁フィルム１５、第２の絶縁フィルム１６は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどの熱可塑性樹脂により構成されている。そして、第１の絶縁フィルム１５、第２の絶縁フィルム１６は、超音波融着、熱圧着、レーザ照射等の方法で互いに溶着される。また、可溶合金１４および第１、第２の絶縁フィルム１５、１６で温度ヒューズの本体部１７が構成される。

なお、他の絶縁フィルムをさらに設け、他の絶縁フィルムと第１の絶縁フィルム１５とで第１、第２の金属端子１１、１２を挟み込むようにしてもよく、この場合、可溶合金１４の密封性を高めることができる。また、可溶合金１４は、２つの絶縁フィルム１５、１６ではなく、セラミックケース等の他の絶縁体で密封されるようにしてもよい。

さらに、第１の金属端子１１および第２の金属端子１２は、すべてＣｕで構成される必要はなく、実装される他端部１１ｂ、１２ｂの下面のみをＣｕで構成すれば、他の部分はＮｉ等の他の金属で構成されてもよい。なお、第１の金属端子１１および第２の金属端子１２の全体をＣｕで構成することで、大電流に対応することができる。

図１のように構成された温度ヒューズ１０は、図２に示すように実装基板２１に実装される。

このとき、温度ヒューズ１０の第１の金属端子１１の他端部１１ｂおよび第２の金属端子１２の他端部１２ｂを、実装基板２１の上面に形成された一対のランドパターン２２上に直接接続するようにしている。

また、前記実装基板２１はガラスエポキシ等で構成され、電池装置等が組み込まれている電子機器の内部に設けられており、他の各種電子部品も実装されている。

さらに、前記一対のランドパターン２２は、実装基板２１の上面に間隔をおいて対向するように形成され、銅箔で構成されている。この一対のランドパターン２２を第１、第２の金属端子１１、１２の他端部１１ｂ、１２ｂとレーザで接合し、一対のランドパターン２２に温度ヒューズ１０が実装される。なお、一対のランドパターン２２の温度ヒューズ１０が実装されていない箇所にはレジスト（以下、図示せず）が形成されている。

このとき、第１、第２の金属端子１１、１２だけでなく一対のランドパターン２２の表面部分も溶融させる必要があるが、この場合、レーザ条件のバラツキにより、そのレーザの熱が実装基板に伝わる場合があるため、このレーザ熱によって実装基板がダメージを受けてしまう。このことを防ぐために、ランドパターン２２の厚みを、第１、第２の金属端子１１、１２の厚みより厚くしている。

なお、図３に示すように、第１、第２の金属端子１１、１２の他端部１１ｂ、１２ｂと一対のランドパターン２２の間に、Ｃｕからなる中間層２２ａを形成してもよい。この構成により、レーザの熱が中間層２２ａを介して実装基板２１に伝わるため、レーザの熱によって実装基板２１がダメージを受けてしまうのをより効果的に抑制でき、さらに、温度ヒューズ１０と実装基板２１との間に空間を設けることができる。

また、レーザで互いに接続されるランドパターン２２と第１、第２の金属端子１１、１２の他端部１１ｂ、１２ｂの下面を同一材料で構成することになり、これにより、同一材料の金属同士をレーザで溶接することになるため、第１、第２の金属端子１１、１２とランドパターン２２との接合強度が強くなる。

次に、温度ヒューズ１０の実装方法について説明する。

図２において、まず、上述したような、一対のランドパターン２２が形成された実装基板２１を用意する。

次に、温度ヒューズ１０を上記の構成になるように作製し、その後、温度ヒューズ１０の第１の金属端子１１の他端部１１ｂおよび第２の金属端子１２の他端部１２ｂを、ランドパターン２２の上面の所定位置に配置する。

このとき、図４（ａ）に示すように、第１、第２の金属端子１１、１２を筒状の金属体２３で上から軽く押さえつける。この金属体２３は、アルミニウムや銅等の熱伝導性の良い金属で構成され、かつ、その内面２３ａよりも内側に温度ヒューズ１０の本体部１７が位置するように配置し、本体部１７と金属体２３の間に隙間ができるようになっている。なお、図４（ａ）では実装基板２１を省略している。

最後に、第１の金属端子１１の他端部１１ｂおよび第２の金属端子１２の他端部１２ｂの上からレーザを照射して、第１の金属端子１１の他端部１１ｂ、第２の金属端子１２の他端部１２ｂを、ランドパターン２２にレーザ溶接する。このとき、金属端子１１の他端部１１ｂの２箇所、第２の金属端子１２の他端部１２ｂの２箇所それぞれにレーザを１パルス照射してスポット溶接する。

なお、金属体２３の形状は筒状に限られないが、筒状にした場合は、図４（ｂ）に示すように、上方から筒の内面２３ａの内側において下方へ向けてエアーを吹き付けるようにすることができ、これにより、レーザ照射によって第１、第２の金属端子１１、１２に発生した熱をエアーによって本体部１７と金属体２３の間から下方に逃がすことができるため、第１、第２の金属端子１１、１２の発熱で可溶合金が溶融するのを防止できる。なお、図４（ｂ）では、説明を簡単にするために、本体部１７の断面は示していない。また、金属体２３を板状とし、さらに金属体２３を貫通しかつレーザ照射する位置に切欠部を備えるようにしてもよい。この構成により、切欠部に向けてレーザ照射すれば、小型化して第１、第２の金属端子１１、１２の長さが短くなっても、レーザ照射の位置決めが容易になる。

上記のように本発明の一実施の形態における温度ヒューズの実装方法は、第１の金属端子１１、第２の金属端子１２の上面に金属体２３を当接させた状態でレーザ照射することによって、第１の金属端子１１および第２の金属端子１２を実装基板２１の上面に形成された一対のランドパターン２２に接続するようにしているため、レーザ照射で発生した熱を金属体２３に逃がすことができ、これにより、レーザの熱によって実装基板２１がダメージを受けてしまうのを抑制でき、さらに、レーザの熱によって可溶合金１４が溶融するのを防止でき、また、金属体２３で第１の金属端子１１、第２の金属端子１２を固定することができるため、小型化されても容易に実装できるという効果が得られるものである。

すなわち、金属体２３を第１の金属端子１１、第２の金属端子１２の上面に当接させることによって、大電流に対応するために第１、第２の金属端子１１、１２がＣｕで構成された温度ヒューズを小型化し、レーザで実装する場合でも、レーザの熱によって実装基板２１がダメージを受けてしまったり、可溶合金１４が溶融したりするのを防止できるものである。さらに、金属体２３によって、第１の金属端子１１、第２の金属端子１２を固定することも同時に実現できる。特に、温度ヒューズが小型化されて第１、第２の金属端子１１、１２の長さが短くなれば、実装時に第１の金属端子１１、第２の金属端子１２を固定するのは困難となるため、本発明のようにすることは非常に有用となる。

さらに、温度ヒューズを実装基板に面実装するとき、レーザを使用しているため、圧接、超音波等による他の方法に比べ、実装基板に実装されている他の電子部品への影響も抑えることができる。

本発明に係る温度ヒューズの実装方法は、レーザの熱によって実装基板がダメージを受けてしまうのを抑制できるという効果を有するものであり、特に、過昇温による機器の損傷を防止するために使用される温度ヒューズ等において有用となるものである。

１１第１の金属端子
１１ａ第１の金属端子の一端部
１２第２の金属端子
１２ａ第２の金属端子の一端部
１３フラックス
１４可溶合金
１５第１の絶縁フィルム（絶縁体）
１６第２の絶縁フィルム（絶縁体）
１７本体部
２１実装基板
２２ランドパターン
２３金属体

Claims

Ｃｕで構成された第１の金属端子および第２の金属端子と、前記第１の金属端子の一端部と第２の金属端子の一端部との間に橋設され、かつ周囲にフラックスが塗布された可溶合金と、前記可溶合金を覆うように設けられた絶縁体と、前記可溶合金と絶縁体からなる本体部とを備えた温度ヒューズの実装方法であって、前記第１の金属端子、第２の金属端子の上面に金属体を当接させた状態でレーザ照射することによって、前記第１の金属端子および第２の金属端子を実装基板の上面に形成された一対のランドパターンに接続するようにした温度ヒューズの実装方法。
金属体を筒状とし、その内面よりも内側に本体部が位置するように配置し、かつ上方から筒の内面の下方へ向けてエアーを吹き付けるようにした請求項１記載の温度ヒューズの実装方法。