JP2015111526A - Protection element and fuse element - Google Patents

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幸市 向
Koichi Mukai
幸市 向
裕治 古内
Yuji Kouchi
裕治 古内
亨 柿沼
Toru Kakinuma
亨 柿沼
貴史 藤畑
Takashi Fujihata
貴史 藤畑
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection element which prevents deformation of a fuse element even in reflow packaging and maintains stable fusion characteristics.SOLUTION: A protection element includes: an insulation substrate 10; a heating element 14; an insulation member 15 which covers the heating element 14; a heating element extraction electrode 16 electrically connected with the heating element 14; first and second electrodes 11, 12; and a fuse element 13 which is connected with the heating element extraction electrode 16 and the first and second electrodes 11, 12 and fuses a current path between the first and second electrodes 11, 12 when being heated. The fuse element 13 includes: a low melting point metal layer 13a forming an inner layer; and a high melting point metal layer 13b forming an outer layer. End surfaces of the fuse element 13, on which the low melting point metal layer 13a is exposed, are folded.

Description

本発明は、電流経路を遮断する保護素子、及び保護素子に用いるヒューズエレメントに関する。   The present invention relates to a protection element that interrupts a current path, and a fuse element used for the protection element.

充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。   Many secondary batteries that can be charged and used repeatedly are processed into battery packs and provided to users. Particularly in lithium ion secondary batteries with high weight energy density, in order to ensure the safety of users and electronic devices, in general, a battery pack incorporates a number of protection circuits such as overcharge protection and overdischarge protection, It has a function of shutting off the output of the battery pack in a predetermined case.

この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられている。   This type of protection element includes an overcharge protection or overdischarge protection operation of the battery pack by turning on / off the output using an FET switch built in the battery pack. However, when the FET switch is short-circuited for some reason, when a lightning surge or the like is applied and an instantaneous large current flows, the output voltage drops abnormally due to the life of the battery cell, or conversely an excessively abnormal voltage Even when a battery pack is output, battery packs and electronic devices must be protected from accidents such as fire. Therefore, in order to safely shut off the output of the battery cell in any possible abnormal state, a protection element made of a fuse element having a function of cutting off the current path by an external signal is used. .

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子８０としては、電流経路上に接続された第１及び第２の電極８１，８２間に亘ってヒューズエレメント８３を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上のヒューズエレメント８３を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子８０内部に設けた発熱体８４によって溶断するものが提案されている。なお、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ‐Ａ‘断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＢ‐Ｂ‘断面図である。   As shown in FIGS. 8A to 8C, the protective element 80 of the protective circuit for such a lithium ion secondary battery or the like includes the first and second electrodes connected on the current path. A fuse element 83 is connected between 81 and 82 to form a part of a current path, and the fuse element 83 on the current path is self-heated due to overcurrent or by a heating element 84 provided inside the protection element 80. What is blown has been proposed. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 8A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 8A.

具体的に、保護素子８０は、絶縁基板８５と、絶縁基板８５に積層され、絶縁部材８６に覆われた発熱体８４と、絶縁基板８５の両端に形成された第１、第２の電極８１，８２と、絶縁部材８６上に発熱体８４と重畳するように積層された発熱体引出電極８８と、両端が接続用ハンダを介して第１、第２の電極８１，８２にそれぞれ接続され、中央部が接続用ハンダを介して発熱体引出電極８８に接続されたヒューズエレメント８３とを備える。   Specifically, the protection element 80 includes an insulating substrate 85, a heating element 84 laminated on the insulating substrate 85 and covered with an insulating member 86, and first and second electrodes 81 formed on both ends of the insulating substrate 85. , 82, a heating element extraction electrode 88 laminated on the insulating member 86 so as to overlap the heating element 84, and both ends thereof are connected to the first and second electrodes 81, 82 via connection solder, The center portion includes a fuse element 83 connected to the heating element extraction electrode 88 via connection solder.

保護素子８０は、過充電、過放電等の異常が検知されると、発熱体８４が通電されることにより発熱する。すると、この熱によりヒューズエレメント８３が溶融し、この溶融導体を発熱体引出電極８８に集めることにより、第１及び第２の電極８１，８２間の電流経路を遮断する。   When an abnormality such as overcharge or overdischarge is detected, the protection element 80 generates heat when the heating element 84 is energized. Then, the fuse element 83 is melted by this heat, and the molten conductor is collected on the heating element extraction electrode 88, thereby interrupting the current path between the first and second electrodes 81 and 82.

特開２０１０−００３６６５号公報JP 2010-003665 A 特開２００４−１８５９６０号公報JP 2004-185960 A 特開２０１２−００３８７８号公報JP 2012-003878 A

ところで、この種の保護素子８０に用いられるヒューズエレメント８３としては、例えばＰｂフリーハンダ等の低融点金属８３ａからなる箔を、ＡｇやＣｕあるいはこれらを主成分とする合金等の高融点金属８３ｂで被覆したものが提案されている。保護素子８０は、低融点金属８３ａの箔が高融点金属８３ｂで被覆されたヒューズエレメント８３を用いることにより、リフロー等の実装温度における溶断を防止し、実装の容易化を図るとともに、溶断時には、低融点金属８３ａによる高融点金属８３ｂの侵食作用（食われ現象）を利用し、高融点金属８３ｂの融点以下の温度で溶融させ、速やかな溶断を実現することができる。   By the way, as the fuse element 83 used for this kind of protection element 80, for example, a foil made of a low melting point metal 83a such as Pb-free solder is replaced with a high melting point metal 83b such as Ag, Cu or an alloy mainly composed of these. Coated ones have been proposed. The protective element 80 uses the fuse element 83 in which the foil of the low melting point metal 83a is covered with the high melting point metal 83b, thereby preventing fusing at a mounting temperature such as reflow and facilitating mounting. By using the erosion action (erosion phenomenon) of the high melting point metal 83b by the low melting point metal 83a, the melting point can be melted at a temperature equal to or lower than the melting point of the high melting point metal 83b, thereby realizing rapid fusing.

このようなヒューズエレメント８３において、低融点金属８３ａの箔を高融点金属８３ｂで被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。   In such a fuse element 83, as a method of coating the foil of the low melting point metal 83a with the high melting point metal 83b, an electrolytic plating method capable of continuously performing the high melting point metal plating on the long low melting point metal foil. However, this is advantageous in terms of work efficiency and manufacturing cost.

図９に示すように、長尺状の低融点金属箔に電解メッキ法により高融点金属メッキを施工することにより導体リボン９０が形成される。この導体リボン９０を長手方向と直交する幅方向（図９中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断することにより、ヒューズエレメント８３が製造される。これにより、ヒューズエレメント８３は、導体リボン９０の側縁部が第１の側縁部９１となり、導体リボン９０の切断面が第２の側縁部９２となる。また、第１の側縁部９１は、高融点金属８３ｂによって被覆され、第２の側縁部９２は、端面（導体リボン９０の切断面）に上下一対の高融点金属層８３ｂと高融点金属層８３ｂによって挟持された低融点金属層８３ａが外方に露出されている。   As shown in FIG. 9, a conductor ribbon 90 is formed by applying high melting point metal plating to an elongated low melting point metal foil by electrolytic plating. The fuse element 83 is manufactured by cutting the conductor ribbon 90 into a predetermined length in the width direction (C-C ′ direction in FIG. 9) perpendicular to the longitudinal direction. Thus, in the fuse element 83, the side edge portion of the conductor ribbon 90 becomes the first side edge portion 91, and the cut surface of the conductor ribbon 90 becomes the second side edge portion 92. The first side edge portion 91 is covered with a refractory metal 83b, and the second side edge portion 92 has a pair of upper and lower refractory metal layers 83b and a refractory metal on the end surface (cut surface of the conductor ribbon 90). The low melting point metal layer 83a sandwiched between the layers 83b is exposed to the outside.

このようにして製造されたヒューズエレメント８３は、接続用ハンダ等の低融点金属によって、第１及び第２の電極８１（Ａ１），８２（Ａ２）上、及び発熱体引出電極８８上に接続される。このとき、ヒューズエレメント８３は、高融点金属層８３ｂによって肉厚に形成された第１の側縁部９１が第１及び第２の電極８１（Ａ１），８２（Ａ２）間にわたって配設され、導体リボン９０の切断面となる第２の側縁部９２が第１及び第２の電極８１（Ａ１），８２（Ａ２）上に接続される。   The fuse element 83 manufactured in this way is connected to the first and second electrodes 81 (A1) and 82 (A2) and the heating element extraction electrode 88 by a low melting point metal such as a connecting solder. The At this time, in the fuse element 83, the first side edge 91 formed thick by the refractory metal layer 83b is disposed between the first and second electrodes 81 (A1) and 82 (A2), A second side edge 92 serving as a cut surface of the conductor ribbon 90 is connected to the first and second electrodes 81 (A1) and 82 (A2).

ここで、保護素子８０は、バッテリ回路等の回路基板にリフロー実装により搭載される。このとき、ヒューズエレメント８３は、リフロー実装時の加熱によって低融点金属８３ｂが溶融し、第２の側縁部９２から溶出する恐れがある。すなわち、ヒューズエレメント８３は、第１、第２の電極８１，８２及び発熱体引出電極８８上に実装用ハンダを介して搭載され、第２の側縁部９２が第１、第２の電極８１，８２上に配置されている。第２の側縁部９２は、低融点金属層８３ａが露出されているため、溶融した低融点金属が濡れ性の高い第１、第２の電極８１，８２に引き寄せられることにより溶出する。   Here, the protection element 80 is mounted on a circuit board such as a battery circuit by reflow mounting. At this time, in the fuse element 83, the low melting point metal 83b may be melted by heating during reflow mounting and may be eluted from the second side edge portion 92. That is, the fuse element 83 is mounted on the first and second electrodes 81 and 82 and the heating element extraction electrode 88 via mounting solder, and the second side edge 92 is the first and second electrodes 81. , 82. Since the low melting point metal layer 83a is exposed, the second side edge portion 92 is eluted by the molten low melting point metal being drawn to the first and second electrodes 81 and 82 having high wettability.

このように、リフロー実装によって低融点金属が溶出すると、ヒューズエレメント８３が変形することにより抵抗値が変動して溶断特性にばらつきが生じてしまう。また、ヒューズエレメント８３は、低融点金属が溶出することによって高融点金属を溶食する作用が損なわれ、溶断時間が延びる恐れもある。   As described above, when the low melting point metal is eluted by reflow mounting, the fuse element 83 is deformed, and the resistance value fluctuates and the fusing characteristics vary. Further, the fuse element 83 may lose its function of eroding the high melting point metal due to the elution of the low melting point metal, which may extend the fusing time.

そこで、本発明は、リフロー実装によってもヒューズエレメントの変形を防止し、安定した溶断特性を維持する保護素子及び保護素子に用いるヒューズエレメントを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a protection element that prevents deformation of the fuse element even by reflow mounting and maintains stable fusing characteristics, and a fuse element used for the protection element.

上述した課題を解決するために、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、発熱体と、少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、第１及び第２の電極と、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられているものである。   In order to solve the above-described problems, a protection element according to the present invention includes an insulating substrate, a heating element, an insulating member covering at least the heating element, and a heating element extraction electrode electrically connected to the heating element. The first and second electrodes are connected to the first and second electrodes from the heating element extraction electrode, and the current path between the first electrode and the second electrode is blown by heating. The fuse element has a low melting point metal layer constituting an inner layer and a high melting point metal layer constituting an outer layer, and an end surface where the low melting point metal layer is exposed is bent. It is.

また、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、発熱体と、少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、第１及び第２の電極と、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されているものである。   The protection element according to the present invention includes an insulating substrate, a heating element, an insulating member that covers at least the heating element, a heating element extraction electrode that is electrically connected to the heating element, and first and second elements. An electrode and a fuse element connected from the heating element extraction electrode to the first and second electrodes, and fusing a current path between the first electrode and the second electrode by heating, The fuse element has a low melting point metal layer constituting an inner layer and a high melting point metal layer constituting an outer layer, and is sealed by the high melting point metal layer by crushing an end surface where the low melting point metal layer is exposed. It is what.

また、本発明に係るヒューズエレメントは、回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられているものである。   In addition, a fuse element according to the present invention is mounted on a circuit board and used as a protective element that cuts off a current path of the circuit. In the fuse element, a low melting point metal layer constituting an inner layer and a high melting point metal constituting an outer layer And the end surface from which the low melting point metal layer is exposed is bent.

また、本発明に係るヒューズエレメントは、回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されているものである。   In addition, a fuse element according to the present invention is mounted on a circuit board and used as a protective element that cuts off a current path of the circuit. In the fuse element, a low melting point metal layer constituting an inner layer and a high melting point metal constituting an outer layer And the end face where the low melting point metal layer is exposed is crushed and sealed with the high melting point metal layer.

本発明によれば、ヒューズエレメントは、リフロー実装によって加熱され低融点金属が溶融した場合にも、低融点金属層が露出する端面からの溶出を防止することができる。したがって、保護素子は、低融点金属の溶出によるヒューズエレメントの変形が防止され、ヒューズエレメントの変形による抵抗値の変動、及び溶断特性のばらつきを防止することができる。また、保護素子は、低融点金属が溶出することによる高融点金属の溶食作用が損なわれることもなく、ヒューズエレメントを速やかに溶断することができる。   According to the present invention, the fuse element can prevent elution from the end face where the low melting point metal layer is exposed even when the low melting point metal is melted by being heated by reflow mounting. Therefore, the protection element can prevent deformation of the fuse element due to elution of the low melting point metal, and can prevent variation in resistance value and variation in fusing characteristics due to deformation of the fuse element. Further, the protective element can quickly blow the fuse element without impairing the erosion effect of the high melting point metal due to the elution of the low melting point metal.

図１は、本発明が適用された保護素子を示す図であり、（Ａ）は、平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図であり、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。1A and 1B are diagrams showing a protection element to which the present invention is applied, in which FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view along AA ′, and FIG. 1C is a cross-sectional view along BB ′. FIG. 図２は、本発明が適用されたヒューズエレメントを切り出す導体リボンを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a conductor ribbon for cutting out a fuse element to which the present invention is applied. 図３は、本発明が適用されたヒューズエレメントを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a fuse element to which the present invention is applied. 図４は、本発明が適用された他の保護素子を示す図であり、（Ａ）は、平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図であり、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。4A and 4B are diagrams showing another protection element to which the present invention is applied, in which FIG. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cross-sectional view along AA ′, and FIG. 'Cross section. 図５は、保護素子が適用されたバッテリパックの回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a battery pack to which the protection element is applied. 図６は、保護素子の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of the protection element. 図７は、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す図であり、（Ａ）は保護素子の平面図、（Ｂ）は保護素子の回路図である。7A and 7B are diagrams showing a state where the fuse element is blown, wherein FIG. 7A is a plan view of the protection element, and FIG. 7B is a circuit diagram of the protection element. 図８は、（Ａ）は、参考例に係る保護素子の平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図であり、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。8A is a plan view of a protective element according to a reference example, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along A-A ′, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along B-B ′. 図９は、参考例に係るヒューズエレメントを切り出す導体リボンを示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a conductor ribbon for cutting out a fuse element according to a reference example.

以下、本発明が適用された保護素子及びヒューズエレメントについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Hereinafter, a protection element and a fuse element to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Specific dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

［保護素子］
本発明が適用された保護素子１は、図１（Ａ）に示すように、絶縁基板１０と、絶縁基板１０に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１０の両端に形成された第１の電極１１（Ａ１）及び第２の電極１２（Ａ２）と、絶縁部材１５上に発熱体１４と重畳するように積層され、発熱体１４に電気的に接続された発熱体引出電極１６と、両端が第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続されたヒューズエレメント１３とを備える。 [Protective element]
As shown in FIG. 1A, the protection element 1 to which the present invention is applied includes an insulating substrate 10, a heating element 14 laminated on the insulating substrate 10 and covered with an insulating member 15, and both ends of the insulating substrate 10. The first electrode 11 (A 1) and the second electrode 12 (A 2) formed on the insulating member 15 are stacked so as to overlap the heating element 14 and are electrically connected to the heating element 14. A body extraction electrode 16 and a fuse element 13 having both ends connected to the first and second electrodes 11 (A 1) and 12 (A 2) and a central portion connected to the heating element extraction electrode 16 are provided.

絶縁基板１０は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。   The insulating substrate 10 is formed of an insulating member such as alumina, glass ceramics, mullite, zirconia, and the like. In addition, although the material used for printed wiring boards, such as a glass epoxy board | substrate and a phenol board | substrate, may be used, it is necessary to pay attention to the temperature at the time of fuse blowing.

発熱体１４は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１０上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。なお、発熱体１４は、絶縁基板１０の第１、第２の電極１１，１２が形成された表面と反対側の裏面１０ａに形成してもよく、あるいは、絶縁基板１０の表面に第１、第２の電極１１，１２と隣接して形成してもよい。また、発熱体１４は、絶縁基板１０の内部に形成してもよい。   The heating element 14 is a conductive member that has a relatively high resistance value and generates heat when energized, and is made of, for example, W, Mo, Ru, or the like. These alloys, compositions, or compound powders are mixed with a resin binder or the like to form a paste on the insulating substrate 10 using a screen printing technique and then fired. The heating element 14 may be formed on the back surface 10a opposite to the surface on which the first and second electrodes 11 and 12 of the insulating substrate 10 are formed. It may be formed adjacent to the second electrodes 11 and 12. Further, the heating element 14 may be formed inside the insulating substrate 10.

発熱体１４を覆うように絶縁部材１５が配置され、この絶縁部材１５を介して発熱体１４に対向するように発熱体引出電極１６が配置される。発熱体１４の熱を効率良くヒューズエレメント１３に伝えるために、発熱体１４と絶縁基板１０の間にも絶縁部材１５を積層しても良い。絶縁部材１５としては、例えばガラスを用いることができる。   An insulating member 15 is disposed so as to cover the heating element 14, and a heating element extraction electrode 16 is disposed so as to face the heating element 14 through the insulating member 15. In order to efficiently transfer the heat of the heating element 14 to the fuse element 13, an insulating member 15 may be laminated between the heating element 14 and the insulating substrate 10. As the insulating member 15, for example, glass can be used.

発熱体引出電極１６の一端は、発熱体電極１８（Ｐ１）に接続されるとともに、発熱体１４の一端と連続される。また、発熱体１４の他端は、他方の発熱体電極１９（Ｐ２）に接続される。なお、発熱体電極１８（Ｐ１）は、絶縁基板１０の第３の辺１０ｄ側に形成され、発熱体電極１９（Ｐ２）は、絶縁基板１０の第４の辺１０ｅ側に形成されている。また、発熱体電極１９（Ｐ２）は、絶縁基板１０の裏面１０ａに形成された外部接続電極２０（Ｐ２）と接続されている。   One end of the heating element extraction electrode 16 is connected to the heating element electrode 18 (P1) and is continuous with one end of the heating element 14. The other end of the heating element 14 is connected to the other heating element electrode 19 (P2). The heating element electrode 18 (P1) is formed on the third side 10d side of the insulating substrate 10, and the heating element electrode 19 (P2) is formed on the fourth side 10e side of the insulating substrate 10. The heating element electrode 19 (P2) is connected to the external connection electrode 20 (P2) formed on the back surface 10a of the insulating substrate 10.

絶縁基板１０の両側縁１０ｂ，１０ｃに形成され、ヒューズエレメント１３によって接続されている第１の電極１１（Ａ１）、第２の電極１２（Ａ２）は、それぞれ、スルーホール（図示せず）を介して、絶縁基板の裏面１０ａに設けられた第１、第２の外部接続端子２１（Ａ１），２２（Ａ２）と接続されている。保護素子１は、外部接続端子２１（Ａ１），２２（Ａ２）が、保護素子１が実装される回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。   The first electrode 11 (A1) and the second electrode 12 (A2) formed on both side edges 10b and 10c of the insulating substrate 10 and connected by the fuse element 13 respectively have through holes (not shown). The first and second external connection terminals 21 (A1) and 22 (A2) provided on the back surface 10a of the insulating substrate are connected to each other. The protection element 1 has a current path formed on the circuit board by connecting the external connection terminals 21 (A1) and 22 (A2) to connection electrodes provided on the circuit board on which the protection element 1 is mounted. Part of

なお、第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）、発熱体引出電極１６及び外部接続端子２０（Ｐ２），２１（Ａ１），２２（Ａ２）の各表面には、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３が形成されている。これにより、ヒューズエレメント１３の低融点金属１３ａやヒューズエレメント１３の接続用ハンダ２９による第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６の侵食を抑制することができる。   The first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2), the heating element extraction electrode 16 and the external connection terminals 20 (P2), 21 (A1), and 22 (A2) have Ni / An Au plating layer 23 is formed. This suppresses the erosion of the first and second electrodes 11 (A 1) and 12 (A 2) and the heating element extraction electrode 16 by the low melting point metal 13 a of the fuse element 13 and the solder 29 for connecting the fuse element 13. it can.

また、第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）には、後述するヒューズエレメント１３の溶融導体やヒューズエレメント１３の接続用ハンダ２９の流出を防止するガラス等の絶縁材料からなる流出防止部２４が形成されている。   The first and second electrodes 11 (A 1) and 12 (A 2) are made of an insulating material such as glass that prevents the molten conductor of the fuse element 13 (described later) and the solder 29 for connection of the fuse element 13 from flowing out. An outflow prevention part 24 is formed.

［ヒューズエレメント］
ヒューズエレメント１３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、内層となる低融点金属層１３ａが、外層となる高融点金属層１３ｂによって被覆されている。低融点金属層１３ａは、特に限定はなく、例えば、Ｓｎを主成分とする金属であり、「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料（たとえば千住金属工業製、Ｍ７０５等）を好適に用いることができる。低融点金属層１３ａの融点は、必ずしもリフロー炉の温度よりも高い必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。高融点金属層１３ｂも、特に限定はなく、例えば、Ａｇ若しくはＣｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする金属等、リフロー炉によって基板実装を行う場合においても溶融しない高い融点を有する金属を好適に用いることができる。 [Fuse element]
The fuse element 13 is a laminated structure including an inner layer and an outer layer, and a low melting point metal layer 13a serving as an inner layer is covered with a high melting point metal layer 13b serving as an outer layer. The low melting point metal layer 13a is not particularly limited. For example, a metal mainly composed of Sn, and a material generally called “Pb-free solder” (for example, M705, manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd.) is preferably used. Can do. The melting point of the low melting point metal layer 13a is not necessarily higher than the temperature of the reflow furnace, and may be melted at about 200 ° C. The refractory metal layer 13b is also not particularly limited. For example, a metal having a high melting point that does not melt even when board mounting is performed by a reflow furnace, such as Ag or Cu, or a metal mainly composed of either of them. It can be used suitably.

ヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａを高融点金属層１３ｂで被覆することによって、リフロー温度が低融点金属層１３ａの溶融温度を超えて、低融点金属が溶融した場合であっても、ヒューズエレメント１３として溶断するに至らず、保護素子１の回路基板への実装を容易に行うことができる。   Even if the low melting point metal layer 13a is covered with the high melting point metal layer 13b and the reflow temperature exceeds the melting temperature of the low melting point metal layer 13a, The protection element 1 can be easily mounted on the circuit board without fusing as the element 13.

また、ヒューズエレメント１３は、発熱体１４によって加熱されると、低融点金属層１３ａが溶融して、高融点金属層１３ｂを侵食する。したがって、保護素子１は、ヒューズエレメント１３を高融点金属層１３ｂの溶融温度以下の温度で溶断し、速やかに電流経路を遮断することができる。なお、ヒューズエレメント１３は、定格を超える過電流が流れた場合にも、自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、電流経路を遮断することができる。   Further, when the fuse element 13 is heated by the heating element 14, the low melting point metal layer 13a is melted and the high melting point metal layer 13b is eroded. Therefore, the protective element 1 can melt the fuse element 13 at a temperature equal to or lower than the melting temperature of the refractory metal layer 13b and quickly cut off the current path. The fuse element 13 can be melted by self-heating (Joule heat) even when an overcurrent exceeding the rating flows, and the current path can be interrupted.

［第１、第２の側縁部］
ここで、図２に示すように、ヒューズエレメント１３は、主面部２８よりも肉厚に形成された一対の第１の側縁部２６と、主面部２８と同じ厚さに形成された一対の第２の側縁部２７とを有する。第１の側縁部２６は、相対向して一対設けられ、第２の側縁部２７は、第１の側縁部２６と略直交して、相対向して一対設けられている。 [First and second side edges]
Here, as shown in FIG. 2, the fuse element 13 includes a pair of first side edge portions 26 formed thicker than the main surface portion 28, and a pair of thicknesses equal to the main surface portion 28. And a second side edge portion 27. A pair of first side edge portions 26 are provided opposite to each other, and a pair of second side edge portions 27 are provided substantially opposite to the first side edge portion 26 to face each other.

第１の側縁部２６は、側面が高融点金属層１３ｂによって被覆されるとともに、これによりヒューズエレメント１３の主面部２８よりも肉厚に形成されている。第２の側縁部２７は、側面に、外周を高融点金属層１３ｂによって囲繞された低融点金属１３ａが露出されている。第２の側縁部２７は、第１の側縁部２６と隣接する両端部を除き主面部２８と同じ厚さに形成されている。   The side surface of the first side edge portion 26 is covered with the refractory metal layer 13 b and is thereby formed thicker than the main surface portion 28 of the fuse element 13. The second side edge portion 27 has a low-melting-point metal 13a whose outer periphery is surrounded by the high-melting-point metal layer 13b on the side surface. The second side edge portion 27 is formed to have the same thickness as the main surface portion 28 except for both end portions adjacent to the first side edge portion 26.

［第２の側縁部の折曲げ・封止］
本発明に係るヒューズエレメント１３は、図１に示すように、低融点金属層が露出する一対の第２の側縁部２７が同一方向に折り曲げられた折り曲げ部３１が形成されている。ヒューズエレメント１３は、折り曲げ部３１の折り曲げ方向を第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６と反対側に向けて搭載される。 [Bending and sealing the second side edge]
As shown in FIG. 1, the fuse element 13 according to the present invention is formed with a bent portion 31 in which a pair of second side edge portions 27 where the low melting point metal layer is exposed are bent in the same direction. The fuse element 13 is mounted with the bending direction of the bent portion 31 facing the first and second electrodes 11 (A 1) and 12 (A 2) and the heating element extraction electrode 16.

これにより、ヒューズエレメント１３は、リフロー実装によって加熱され低融点金属が溶融した場合にも、第２の側縁部２７からの溶出を防止することができる。したがって、保護素子１は、低融点金属の溶出によるヒューズエレメント１３の変形が防止され、ヒューズエレメント１３の変形による抵抗値の変動、及び溶断特性のばらつきを防止することができる。また、保護素子１は、低融点金属が溶出することによる高融点金属の溶食作用が損なわれることもなく、ヒューズエレメント１３を速やかに溶断することができる。   Thereby, the fuse element 13 can prevent elution from the second side edge portion 27 even when the low melting point metal is melted by being heated by reflow mounting. Therefore, the protection element 1 can prevent the deformation of the fuse element 13 due to the elution of the low melting point metal, and can prevent the fluctuation of the resistance value and the variation of the fusing characteristics due to the deformation of the fuse element 13. Further, the protection element 1 can quickly blow the fuse element 13 without impairing the erosion action of the high melting point metal due to the elution of the low melting point metal.

折り曲げ部３１は、後述する導体リボン３０から切り出されたヒューズエレメント１３の第２の側縁部２７をプレスする等により形成することができる。また、折り曲げ角度は、図３（Ａ）に示すように、ヒューズエレメント１３の主面部２８に対して略直角に折り曲げてもよく、あるいは、図３（Ｂ）に示すように、主面部２８に対して鋭角に折り曲げてもよい。   The bent portion 31 can be formed by pressing the second side edge portion 27 of the fuse element 13 cut out from a conductor ribbon 30 described later. Further, the bending angle may be bent at a substantially right angle with respect to the main surface portion 28 of the fuse element 13 as shown in FIG. 3 (A), or the main surface portion 28 may be bent as shown in FIG. 3 (B). On the other hand, it may be bent at an acute angle.

また、ヒューズエレメント１３は、図３（Ｃ）に示すように、低融点金属層が露出する第２の側縁部２７を押しつぶすことにより、低融点金属層１３ａを高融点金属層１３ｂによって封止する封止部３２を形成してもよい。封止部３２を形成することによっても、ヒューズエレメント１３は、低融点金属の第２の側縁部２７からの溶出を防止することができる。   Further, as shown in FIG. 3C, the fuse element 13 seals the low melting point metal layer 13a with the refractory metal layer 13b by crushing the second side edge 27 where the low melting point metal layer is exposed. The sealing part 32 to be formed may be formed. By forming the sealing portion 32, the fuse element 13 can prevent the low melting point metal from eluting from the second side edge portion 27.

封止部３２も、導体リボン３０から切り出されたヒューズエレメント１３の一対の第２の側縁部２７を両面からプレスすることにより形成することができる。このとき、封止部３２は、第２の側縁部２７からやや内側をプレスすることにより、ヒューズエレメント１３を略板状に保ちながら高融点金属層１３ｂによって封止することができる。また、ヒューズエレメント１３は、封止部３２が第２の側縁部２７からやや内側に形成されることにより、封止部３２の外側は低融点金属層１３ａが露出しているため溶出しうるが、溶出量は僅かであり、抵抗値や溶断特性に影響を与えるような変形は生じない。   The sealing portion 32 can also be formed by pressing the pair of second side edge portions 27 of the fuse element 13 cut out from the conductor ribbon 30 from both sides. At this time, the sealing portion 32 can be sealed with the refractory metal layer 13b while keeping the fuse element 13 in a substantially plate shape by pressing the inner side slightly from the second side edge portion 27. Further, the fuse element 13 can be eluted because the low melting point metal layer 13a is exposed to the outside of the sealing portion 32 when the sealing portion 32 is formed slightly inside from the second side edge portion 27. However, the amount of elution is small, and deformation that affects the resistance value and fusing characteristics does not occur.

［ヒューズエレメントの実装］
このようなヒューズエレメント１３は、図１に示すように、第１の電極１１（Ａ１）、発熱体引出電極１６、第２の電極１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って搭載され、保護素子１が回路基板にリフロー実装される際に接続用ハンダ２９を介して接続される。 [Fuse element mounting]
As shown in FIG. 1, such a fuse element 13 is mounted along a current path extending between the first electrode 11 (A1), the heating element extraction electrode 16, and the second electrode 12 (A2). When 1 is reflow-mounted on a circuit board, it is connected via a connecting solder 29.

このとき、保護素子１は、ヒューズエレメント１３が第２の側縁部２７を第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って配設される。また、保護素子１は、図４に示すように、第１の側縁部２６を第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って配設してもよい。   At this time, the protection element 1 is disposed along the current path in which the fuse element 13 extends through the second side edge 27 between the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2). Further, as shown in FIG. 4, the protection element 1 may be arranged with the first side edge portion 26 along a current path extending between the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2). Good.

なお、図１に示すように、ヒューズエレメント１３は、第２の側縁部２７が発熱体引出電極１６から第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って配設さることが好ましい。これにより、保護素子１は、発熱体引出電極１６から第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路を速やかに遮断することができる。   As shown in FIG. 1, the fuse element 13 has a second side edge 27 along a current path extending from the heating element extraction electrode 16 to the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2). Are preferably arranged. Thereby, the protection element 1 can interrupt | block rapidly the electric current path from the heat generating body extraction electrode 16 to 1st and 2nd electrode 11 (A1), 12 (A2).

すなわち、第２の側縁部２７は、第１の側縁部２６よりも相対的に薄肉に形成されている。また、第２の側縁部２７は、低融点金属層１３ａが高融点金属に被覆されて形成されている。これにより、第２の側縁部２７は、低融点金属層１３ａによる高融点金属層１３ｂの侵食作用が働き、かつ、侵食される高融点金属層１３ｂの厚さも第１の側縁部２６に比して薄く形成されていることにより、高融点金属層１３ｂによって肉厚に形成されている第１の側縁部２６に比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶断することができる。   That is, the second side edge portion 27 is formed to be relatively thinner than the first side edge portion 26. The second side edge portion 27 is formed by covering the low melting point metal layer 13a with a high melting point metal. As a result, the second side edge portion 27 acts on the erosion action of the refractory metal layer 13b by the low melting point metal layer 13a, and the thickness of the eroded refractory metal layer 13b also changes to the first side edge portion 26. Compared with the 1st side edge part 26 currently formed thickly by the high melting-point metal layer 13b, it can melt | disconnect rapidly with less heat energy by forming thinly compared with.

また、保護素子１は、外縁から最も遠い絶縁基板１０の中心が最も熱く、外縁にかけて放熱により温度が上がりにくくなるが、第２の側縁部２７が第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたされることにより、絶縁基板１０の外縁側においても少ない熱エネルギーでも溶断でき、速やかに電流経路を遮断することができる。   Further, the protection element 1 has the hottest center of the insulating substrate 10 farthest from the outer edge, and the temperature hardly rises due to heat radiation toward the outer edge, but the second side edge 27 is formed by the first and second electrodes 11 (A1). , 12 (A2), the outer edge side of the insulating substrate 10 can be melted even with a small amount of heat energy, and the current path can be quickly cut off.

［ヒューズエレメントの製法］
次いで、ヒューズエレメント１３の製造工程について説明する。ヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａを構成する低融点金属箔を高融点金属層１３ｂを構成する金属で被覆することにより製造される。低融点金属層箔を高融点金属被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。 [Fuse element manufacturing method]
Next, the manufacturing process of the fuse element 13 will be described. The fuse element 13 is manufactured by coating a low melting point metal foil constituting the low melting point metal layer 13a with a metal constituting the high melting point metal layer 13b. As a method for coating a low melting point metal layer foil with a high melting point metal, an electrolytic plating method capable of continuously applying a high melting point metal plating to a long low melting point metal foil is advantageous in terms of work efficiency and manufacturing cost. It becomes.

電解メッキによって高融点金属メッキを施すと、長尺状の低融点金属箔のエッジ部分、すなわち、側縁部において電界強度が相対的に強まり、高融点金属層１３ｂが厚くメッキされる（図２参照）。これにより、側縁部が高融点金属層によって肉厚に形成された長尺状の導体リボン３０が形成される。   When refractory metal plating is performed by electrolytic plating, the electric field strength is relatively increased at the edge portion of the long low melting point metal foil, that is, the side edge portion, and the refractory metal layer 13b is thickly plated (FIG. 2). reference). Thereby, the elongate conductor ribbon 30 by which the side edge part was formed thickly by the high melting-point metal layer is formed.

次いで、この導体リボン３０を長手方向と直交する幅方向（図２中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断する。これにより、ヒューズエレメント１３は、導体リボン３０の側縁部が第１の側縁部２６となり、導体リボン３０の切断面が第２の側縁部２７となる。また、第１の側縁部２６は、高融点金属１３ｂによって被覆され、第２の側縁部２７は、端面（導体リボン３０の切断面）に上下一対の高融点金属層１３ｂと高融点金属層１３ｂによって挟持された低融点金属層１３ａが外方に露出されている。   Next, the conductor ribbon 30 is cut into a predetermined length in the width direction (C-C ′ direction in FIG. 2) perpendicular to the longitudinal direction. As a result, in the fuse element 13, the side edge portion of the conductor ribbon 30 becomes the first side edge portion 26, and the cut surface of the conductor ribbon 30 becomes the second side edge portion 27. The first side edge portion 26 is covered with a refractory metal 13b, and the second side edge portion 27 has a pair of upper and lower refractory metal layers 13b and a refractory metal on an end surface (cut surface of the conductor ribbon 30). The low melting point metal layer 13a sandwiched between the layers 13b is exposed to the outside.

次いで、導体リボン３０から切り出されたヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａが露出された第２の側縁部２７がプレスされる等により折り曲げ部３１又は封止部３２が形成される。   Next, the fuse element 13 cut out from the conductor ribbon 30 is formed with a bent portion 31 or a sealing portion 32 by pressing the second side edge portion 27 where the low melting point metal layer 13a is exposed.

なお、図１に示す保護素子１において、導体リボン３０は、所定の長さに切断される長手方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）上に接続される第１の側縁部２６となり、長手方向と直交する幅方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間に亘って配設される第２の側縁部２７となる。したがって、導体リボン３０は、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間の幅に応じた幅とし、また第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）への実装及び折り曲げ部３１又は封止部３２の形成に必要な長さに切断される。   In the protection element 1 shown in FIG. 1, the conductor ribbon 30 is connected to the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2) in the longitudinal direction cut to a predetermined length. 1 side edge portion 26, and the width direction orthogonal to the longitudinal direction becomes the second side edge portion 27 disposed between the first and second electrodes 11 (A 1) and 12 (A 2). . Accordingly, the conductor ribbon 30 has a width corresponding to the width between the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2), and to the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2). Are cut to a length necessary for mounting and forming the bent portion 31 or the sealing portion 32.

また、図４に示す保護素子１において、導体リボン３０は、所定の長さに切断される長手方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間に亘って配設される第１の側縁部２６となり、長手方向と直交する幅方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）上に接続される第２の側縁部２７となる。したがって、導体リボン３０は、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる実装及び折り曲げ部３１又は封止部３２の形成に必要な長さに切断され、また第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）への実装に必要な幅に形成される。   Further, in the protection element 1 shown in FIG. 4, the conductor ribbon 30 is disposed so that the longitudinal direction of the conductor ribbon 30 is cut to a predetermined length between the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2). The first side edge portion 26 and the width direction perpendicular to the longitudinal direction become the second side edge portion 27 connected on the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2). . Therefore, the conductor ribbon 30 is cut to a length necessary for mounting and forming the bent portion 31 or the sealing portion 32 between the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2), and the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2). It is formed to have a width necessary for mounting on the second electrodes 11 (A1) and 12 (A2).

このようにして製造されたヒューズエレメント１３は、保護素子１が回路基板にリフロー実装される際に、接続用ハンダ２９等の低融点金属によって、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）上、及び発熱体引出電極１６上に接続される。このとき、ヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａが露出している第２の側縁部２７に折り曲げ部３１又は封止部３２が形成されているため、リフロー加熱により低融点金属層１３ａが溶融した場合にも、低融点金属層１３ａが第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）又は発熱体引出電極１６に濡れ広がることによる溶出が防止されている。   The fuse element 13 manufactured in this manner is made of the first and second electrodes 11 (A1) and 12 by the low melting point metal such as the connecting solder 29 when the protective element 1 is reflow-mounted on the circuit board. (A2) and the heating element extraction electrode 16 are connected. At this time, since the bent portion 31 or the sealing portion 32 is formed on the second side edge portion 27 where the low melting point metal layer 13a is exposed, the fuse element 13 has the low melting point metal layer 13a formed by reflow heating. Even when melted, the low melting point metal layer 13a is prevented from elution due to wetting and spreading to the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2) or the heating element extraction electrode 16.

したがって、保護素子１は、ヒューズエレメント１３の変形による抵抗値の変動や溶断特性のばらつきが防止されるとともに、低融点金属による高融点金属の溶食作用を維持し、発熱体１４の発熱、あるいは過電流による自己発熱により速やかに溶断することができる。   Therefore, the protection element 1 prevents the variation of the resistance value and the fusing characteristics due to the deformation of the fuse element 13 and maintains the erosion action of the high melting point metal due to the low melting point metal. It can be melted quickly by self-heating due to overcurrent.

なお、ヒューズエレメント１３は、外層の高融点金属層１３ｂの酸化防止のために、ヒューズエレメント１３上のほぼ全面にフラックス１７を塗布されてもよい。また、保護素子１は、このようにして構成された保護素子１の内部を保護するためにカバー部材２５を絶縁基板１０上に設けてもよい。   The fuse element 13 may be coated with a flux 17 on almost the entire surface of the fuse element 13 in order to prevent oxidation of the outer refractory metal layer 13b. Further, the protection element 1 may be provided with the cover member 25 on the insulating substrate 10 in order to protect the inside of the protection element 1 configured as described above.

［保護素子の使用方法］
次いで、保護素子１の使用方法について説明する。図５に示すように、上述した保護素子１は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパック内の回路に実装されて用いられる。 [How to use protection elements]
Next, a method for using the protection element 1 will be described. As shown in FIG. 5, the protection element 1 described above is used by being mounted on a circuit in a battery pack of a lithium ion secondary battery, for example.

たとえば、保護素子１が実装される回路は、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル４１〜４４からなるバッテリスタック４５を有するバッテリパック４０に組み込まれて使用される。   For example, the circuit on which the protection element 1 is mounted is used by being incorporated in a battery pack 40 having a battery stack 45 including battery cells 41 to 44 of a total of four lithium ion secondary batteries.

バッテリパック４０は、バッテリスタック４５と、バッテリスタック４５の充放電を制御する充放電制御回路５０と、バッテリスタック４５の異常時に充電を遮断する本発明が適用された保護素子１と、各バッテリセル４１〜４４の電圧を検出する検出回路４６と、検出回路４６の検出結果に応じて保護素子１の動作を制御する電流制御素子４７とを備える。   The battery pack 40 includes a battery stack 45, a charge / discharge control circuit 50 that controls charging / discharging of the battery stack 45, a protection element 1 to which the present invention that cuts off charging when the battery stack 45 is abnormal, and each battery cell A detection circuit 46 that detects the voltages 41 to 44 and a current control element 47 that controls the operation of the protection element 1 according to the detection result of the detection circuit 46 are provided.

バッテリスタック４５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル４１〜４４が直列接続されたものであり、バッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂを介して、着脱可能に充電装置５５に接続され、充電装置５５からの充電電圧が印加される。充電装置５５により充電されたバッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。   The battery stack 45 includes battery cells 41 to 44 that need to be controlled for protection from overcharge and overdischarge states, and can be attached and detached via the positive terminal 40a and the negative terminal 40b of the battery pack 40. Are connected to the charging device 55, and the charging voltage from the charging device 55 is applied. The electronic device can be operated by connecting the positive terminal 40a and the negative terminal 40b of the battery pack 40 charged by the charging device 55 to the electronic device operated by the battery.

充放電制御回路５０は、バッテリスタック４５から充電装置５５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子５１、５２と、これらの電流制御素子５１、５２の動作を制御する制御部５３とを備える。電流制御素子５１、５２は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部５３によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック４５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部５３は、充電装置５５から電力供給を受けて動作し、検出回路４６による検出結果に応じて、バッテリスタック４５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子５１、５２の動作を制御する。   The charge / discharge control circuit 50 includes two current control elements 51 and 52 connected in series to a current path flowing from the battery stack 45 to the charging device 55, and a control unit 53 that controls operations of these current control elements 51 and 52. Is provided. The current control elements 51 and 52 are configured by, for example, field effect transistors (hereinafter referred to as FETs), and control the gate voltage by the control unit 53 to control conduction and interruption of the current path of the battery stack 45. . The control unit 53 operates by receiving power supply from the charging device 55, and controls current control so as to cut off the current path when the battery stack 45 is overdischarged or overcharged according to the detection result by the detection circuit 46. The operation of the elements 51 and 52 is controlled.

保護素子１は、たとえば、バッテリスタック４５と充放電制御回路５０との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子４７によって制御される。   The protection element 1 is connected to, for example, a charge / discharge current path between the battery stack 45 and the charge / discharge control circuit 50, and its operation is controlled by the current control element 47.

検出回路４６は、各バッテリセル４１〜４４と接続され、各バッテリセル４１〜４４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路５０の制御部５３に供給する。また、検出回路４６は、いずれか１つのバッテリセル４１〜４４が過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子４７を制御する制御信号を出力する。   The detection circuit 46 is connected to each battery cell 41 to 44, detects the voltage value of each battery cell 41 to 44, and supplies each voltage value to the control unit 53 of the charge / discharge control circuit 50. Further, the detection circuit 46 outputs a control signal for controlling the current control element 47 when any one of the battery cells 41 to 44 becomes an overcharge voltage or an overdischarge voltage.

電流制御素子４７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路４６から出力される検出信号によって、バッテリセル４１〜４４の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子１を動作させて、バッテリスタック４５の充放電電流経路を電流制御素子５１、５２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。   The current control element 47 is composed of, for example, an FET, and when the voltage value of the battery cells 41 to 44 exceeds a predetermined overdischarge or overcharge state by a detection signal output from the detection circuit 46, the protection element 1 is operated to control the charge / discharge current path of the battery stack 45 to be cut off regardless of the switch operation of the current control elements 51 and 52.

以上のような構成からなるバッテリパック４０において、保護素子１の構成について具体的に説明する。   In the battery pack 40 having the above configuration, the configuration of the protection element 1 will be specifically described.

まず、本発明が適用された保護素子１は、図６に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１は、発熱体引出電極１６を介して直列接続されたヒューズエレメント１３と、ヒューズエレメント１３の接続点を介して通電して発熱させることによってヒューズエレメント１３を溶融する発熱体１４とからなる回路構成である。また、保護素子１では、たとえば、ヒューズエレメント１３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱体１４が電流制御素子４７と接続される。保護素子１の第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）は、それぞれ外部接続端子２１（Ａ１），２２（Ａ２）を介して、一方は、Ａ１に接続され、他方は、Ａ２に接続される。また、発熱体引出電極１６とこれに接続された発熱体電極１８は、Ｐ１に接続され、他方の発熱体電極１９は、外部接続端子２０（Ｐ２）を介してＰ２に接続される。   First, the protection element 1 to which the present invention is applied has a circuit configuration as shown in FIG. That is, the protection element 1 includes a fuse element 13 connected in series via a heating element lead electrode 16, and a heating element 14 that melts the fuse element 13 by energizing and generating heat through a connection point of the fuse element 13. It is the circuit composition which consists of. In the protection element 1, for example, the fuse element 13 is connected in series on the charge / discharge current path, and the heating element 14 is connected to the current control element 47. The first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2) of the protective element 1 are connected to A1 via the external connection terminals 21 (A1) and 22 (A2), respectively, and the other is Connected to A2. Further, the heating element extraction electrode 16 and the heating element electrode 18 connected thereto are connected to P1, and the other heating element electrode 19 is connected to P2 via the external connection terminal 20 (P2).

このような回路構成からなる保護素子１は、発熱体１４の発熱により、電流経路上のヒューズエレメント１３を溶断させ、バッテリパック４０の充放電経路を遮断することができる。このとき、保護素子１は、ヒューズエレメント１３の第２の側縁部２７に折り曲げ部３１又は封止部３２が形成されることにより低融点金属層１３ａの溶出が防止されているため、溶断特性のばらつきもなく、また、低融点金属による高融点金属の侵食作用によって、高融点金属の融点に至る前の低い温度で溶断することができ、より速やかに溶断することができる。   The protection element 1 having such a circuit configuration can cut off the charging / discharging path of the battery pack 40 by fusing the fuse element 13 on the current path by the heat generation of the heating element 14. At this time, the protective element 1 has the fusing characteristics because the bent portion 31 or the sealing portion 32 is formed on the second side edge portion 27 of the fuse element 13 to prevent the elution of the low melting point metal layer 13a. In addition, the high melting point metal is eroded by the low melting point metal and can be melted at a low temperature before reaching the melting point of the high melting point metal.

図７（Ａ）に示すように、ヒューズエレメント１３の溶融導体は、濡れ性の高い発熱体引出電極１６及び第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）に引き寄せられて溶断される。したがって、ヒューズエレメント１３は、確実に第１の電極１１（Ａ１）〜発熱体引出電極１６〜第２の電極１２（Ａ２）の間を溶断させることができる（図７（Ｂ））。また、ヒューズエレメント１３が溶断することにより、発熱体１４への給電も停止される。   As shown in FIG. 7A, the molten conductor of the fuse element 13 is attracted to the heating element extraction electrode 16 and the first and second electrodes 11 (A1) and 12 (A2) having high wettability and is blown. The Therefore, the fuse element 13 can surely melt the space between the first electrode 11 (A1) to the heating element extraction electrode 16 to the second electrode 12 (A2) (FIG. 7B). Further, when the fuse element 13 is melted, power supply to the heating element 14 is also stopped.

なお、本発明の保護素子は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。   The protection element of the present invention is not limited to use in a battery pack of a lithium ion secondary battery, and can of course be applied to various uses that require interruption of a current path by an electric signal.

１ 保護素子、１０ 絶縁基板、１１ 第１の電極、１２ 第２の電極、１３ ヒューズエレメント、１４ 発熱体、１５ 絶縁部材、１６ 発熱体引出電極、１７ フラックス、１８，１９ 発熱体電極、２０〜２２ 外部接続端子、２３ Ｎｉ／Ａｕメッキ層、２４ 流出防止部、２５ カバー部材、２６ 第１の側縁部、２７ 第２の側縁部、２８ 主面部、２９ 接続用ハンダ、３０ 導体リボン、３１ 折り曲げ部、３２ 封止部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protection element, 10 Insulation board | substrate, 11 1st electrode, 12 2nd electrode, 13 Fuse element, 14 Heating body, 15 Insulation member, 16 Heating body extraction electrode, 17 Flux, 18, 19 Heating body electrode, 20-20 22 external connection terminals, 23 Ni / Au plating layer, 24 outflow prevention part, 25 cover member, 26 first side edge part, 27 second side edge part, 28 main surface part, 29 solder for connection, 30 conductor ribbon, 31 Bending part, 32 Sealing part

Claims (10)

絶縁基板と、
発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、
上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
第１及び第２の電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、
上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられている保護素子。 An insulating substrate;
A heating element;
An insulating member covering at least the heating element;
A heating element extraction electrode electrically connected to the heating element;
First and second electrodes;
A fuse element connected from the heating element extraction electrode to the first and second electrodes and fusing a current path between the first electrode and the second electrode by heating;
The fuse element includes a low-melting-point metal layer constituting an inner layer and a high-melting-point metal layer constituting an outer layer, and an end surface where the low-melting-point metal layer is exposed is bent. 上記ヒューズエレメントは、上記第１及び第２の電極への接続面と反対側に上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられている請求項１記載の保護素子。   The protection element according to claim 1, wherein the fuse element has an end surface at which the low-melting-point metal layer is exposed on a side opposite to a connection surface to the first and second electrodes. 上記ヒューズエレメントは、上記低融点金属層が露出する端面が鋭角に折り曲げられている請求項１又は２に記載の保護素子。   The protection element according to claim 1, wherein the fuse element has an end surface at which the low melting point metal layer is exposed bent at an acute angle. 上記ヒューズエレメントは、フィルム状の低融点金属に電解メッキ法により高融点金属が被覆された導体リボンを切断することにより形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の保護素子。   The said fuse element is a protection element of any one of Claims 1-3 formed by cut | disconnecting the conductor ribbon by which the high melting point metal was coat | covered by the electrolytic plating method to the film-like low melting point metal. 絶縁基板と、
発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、
上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
第１及び第２の電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、
上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されている保護素子。 An insulating substrate;
A heating element;
An insulating member covering at least the heating element;
A heating element extraction electrode electrically connected to the heating element;
First and second electrodes;
A fuse element connected from the heating element extraction electrode to the first and second electrodes and fusing a current path between the first electrode and the second electrode by heating;
The fuse element has a low melting point metal layer constituting an inner layer and a high melting point metal layer constituting an outer layer, and is sealed by the high melting point metal layer by crushing an end surface where the low melting point metal layer is exposed. Protective element. 上記ヒューズエレメントは、上記低融点金属層が露出する端面から内側を押しつぶされる請求項５記載の保護素子。   The protection element according to claim 5, wherein the fuse element is crushed inside from an end face where the low melting point metal layer is exposed. 上記ヒューズエレメントは、両面から上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされる請求項５又は６に記載の保護素子。   The protection element according to claim 5 or 6, wherein the fuse element is crushed at an end face where the low melting point metal layer is exposed from both sides. 上記ヒューズエレメントは、フィルム状の低融点金属に電解メッキ法により高融点金属が被覆された導体リボンを切断することにより形成される請求項５〜７のいずれか１項に記載の保護素子。   The protection element according to any one of claims 5 to 7, wherein the fuse element is formed by cutting a conductive ribbon in which a high melting point metal is coated on a film-like low melting point metal by an electrolytic plating method. 回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、
内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられているヒューズエレメント。 In a fuse element that is mounted on a circuit board and used as a protective element that interrupts the current path of the circuit,
A fuse element having a low melting point metal layer constituting an inner layer and a high melting point metal layer constituting an outer layer, wherein an end surface where the low melting point metal layer is exposed is bent. 回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、
内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されているヒューズエレメント。
In a fuse element that is mounted on a circuit board and used as a protective element that interrupts the current path of the circuit,
A fuse element having a low melting point metal layer constituting an inner layer and a high melting point metal layer constituting an outer layer and sealed by a high melting point metal layer by crushing an end face where the low melting point metal layer is exposed.
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