JP2017147162A - Fuse element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源ラインや信号ライン等に接続され、内蔵された可溶導体を溶断することにより、電源ラインや信号ライン等を遮断等するヒューズ素子に関する。 The present invention relates to a fuse element that is connected to a power supply line, a signal line, and the like and cuts off a power supply line, a signal line, and the like by fusing a built-in soluble conductor.
従来、例えばリチウムイオン二次電池向けの保護回路のヒューズ素子として、絶縁基板に形成された第1の電極、発熱体引出電極、第2の電極間に亘って可溶導体を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体を、過電流による自己発熱によって溶断するもの、あるいは外部からの信号によりヒューズ素子内部に設けた発熱体へ通電することによって回路側が意図するタイミングで可溶導体を溶断するものがある。このヒューズ素子では、溶融した液体状の可溶導体を発熱体に繋がる導体層上に集めることにより第1、第2の電極間を分離し電流経路を遮断する。 Conventionally, for example, as a fuse element of a protection circuit for a lithium ion secondary battery, a fusible conductor is connected between a first electrode, a heating element extraction electrode, and a second electrode formed on an insulating substrate, thereby providing a current path. The circuit side intends to make the fusible conductor on this current path blown by self-heating due to overcurrent, or by energizing a heating element provided inside the fuse element by an external signal. There are some which melt the soluble conductor. In this fuse element, the melted liquid soluble conductor is collected on the conductor layer connected to the heating element, whereby the first and second electrodes are separated to interrupt the current path.
図6(A)に示すように、このようなヒューズ素子60は、一般に、第1、第2の電極61,62及び発熱体引出電極63が形成された絶縁基板64上に可溶導体65が搭載されるとともに、絶縁基板64の表面に接着されたカバー部材66によって覆われることにより、内部が保護されるとともに取扱い性を向上させている。
As shown in FIG. 6A, such a
また、ヒューズ素子60は、可溶導体65の表面に酸化防止、溶融促進及び溶断特性の維持、向上を目的としてフラックス67が塗布されている。フラックス67が可溶導体65の溶断部位に均一に保持されることによって、可溶導体65の酸化及び酸化に伴う溶断温度の上昇を防止して、溶断特性の変動を抑制することができる。
The
また、ヒューズ素子60には、フラックス67を可溶導体65上の所定の位置に均一に保持するとともに保持量を増加させるために、カバー部材66の天面内側に、円筒状の突条部からなるフラックス保持部68を形成したものがある(特許文献1参照)。フラックス保持部68は、矩形板状に形成された可溶導体65の略中央部に対向した位置に設けられている。可溶導体65とフラックス保持部68とにフラックス67が接触することにより、ヒューズ素子60が回路基板等にリフロー実装される際にフラックス67が加熱された場合にも、フラックス保持部68とその周辺にフラックス67を保持することができる。
Further, in order to hold the
ところで、電子機器の小型化に伴い、ヒューズ素子においても小型化、低背化が求められており、例えば外形寸法3mm×2mm程度のヒューズ素子も提案されている。しかし、ヒューズ素子の小型化、低背化が進むと、カバー部材内部の空間も狭小化されていき、フラックスを可溶導体上の所定の位置に保持できなくなる問題が発生する。 By the way, with miniaturization of electronic equipment, miniaturization and low profile of the fuse element are also required. For example, a fuse element having an outer dimension of about 3 mm × 2 mm has been proposed. However, when the fuse element is further reduced in size and height, the space inside the cover member is also narrowed, causing a problem that the flux cannot be held at a predetermined position on the soluble conductor.
これは、図6(B)に示すように、ヒューズ素子60の小型化、低背化により、フラックス保持部68とカバー部材66の側壁との距離が近づいたこと、また、フラックス保持部68の低背化が進みフラックス67の保持力が低下したことから、フラックス保持部68に保持されていたフラックス67がカバー部材66の側壁に接触することで、当該側壁側に吸引され、フラックス保持部68から流出してしまうためと考えられる。
As shown in FIG. 6B, this is because the distance between the
このようにフラックス67が可溶導体65の所定の位置から流動し、カバー部材66の側壁側に偏在したり、あるいは可溶導体65の中央部上におけるフラックス67の保持量が低減したりすると、実使用時において可溶導体65の溶断部位における酸化を抑制しにくく、溶断時間が伸びる等、溶断特性が変動するおそれがある。
In this way, when the
一方で、カバー部材66の側壁との間の距離を十分に保持するためにフラックス保持部68を小型化すると、フラックス67の保持量が減少し、酸化防止効果が低下するおそれもある。
On the other hand, if the
そこで、本発明は、フラックス保持部による保持性を向上し、ヒューズ素子の小型化、低背化によってもフラックスを所定の位置に最大量保持でき、可溶導体の溶断特性の変動を防止して安定して動作させることができるヒューズ素子を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention improves the holding performance by the flux holding section, can hold the maximum amount of flux in a predetermined position even when the fuse element is reduced in size and height, and prevents fluctuations in the fusing characteristics of the soluble conductor. It is an object of the present invention to provide a fuse element that can be stably operated.
上述した課題を解決するために、本発明に係るヒューズ素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板上に配置され、電流経路に接続されるとともに、溶断することにより上記電流経路を遮断する可溶導体と、側壁と上記絶縁基板の上記可溶導体が搭載された表面上を覆う天面とを有するカバー部材と、上記可溶導体上に塗布されたフラックスとを備え、上記カバー部材の上記天面内側には、上記フラックスを上記可溶導体上の所定の位置に保持するフラックス保持壁が設けられ、上記フラックス保持壁の外面と、上記カバー部材の側壁の内壁面との最小距離Dが0.08mm以上である。 In order to solve the above-described problems, a fuse element according to the present invention includes an insulating substrate, a fusible conductor disposed on the insulating substrate, connected to a current path, and cut off the current path by fusing. A cover member having a side wall and a top surface covering the surface of the insulating substrate on which the soluble conductor is mounted, and a flux coated on the soluble conductor, the top surface of the cover member Inside, a flux holding wall for holding the flux at a predetermined position on the soluble conductor is provided, and a minimum distance D between the outer surface of the flux holding wall and the inner wall surface of the side wall of the cover member is 0. It is 08 mm or more.
本発目によれば、フラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離Dが0.08mm以上とされることにより、リフロー実装等によって加熱されフラックスが軟化した場合にも、フラックスがカバー部材の側壁側に付着、吸引され、流出することを防止でき、フラックスを所定の位置に保持することができる。したがって、本発明によれば、所定の溶断特性を安定的に維持できるヒューズ素子を得ることができる。 According to the present invention, the minimum distance D between the outer surface of the flux holding wall and the inner wall surface of the side wall is 0.08 mm or more, so that the flux is covered even when the flux is softened by heating by reflow mounting or the like. It can be prevented from adhering to, being sucked from, and flowing out to the side wall side of the member, and the flux can be held at a predetermined position. Therefore, according to the present invention, a fuse element that can stably maintain a predetermined fusing characteristic can be obtained.
以下、本発明が適用されたヒューズ素子について、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 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.
本発明が適用されたヒューズ素子1は、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等の回路基板にリフローにより表面実装されることにより、リチウムイオン二次電池の充放電経路上に可溶導体13が組み込まれる。この保護回路は、ヒューズ素子1の定格を超える大電流が流れると、可溶導体13が自己発熱(ジュール熱)によって溶断することにより電流経路を遮断する。また、この保護回路は、ヒューズ素子1が実装された回路基板等に設けられた電流制御素子によって所定のタイミングで発熱体14へ通電し、発熱体14の発熱によって可溶導体13を溶断させることによって電流経路を遮断することができる。なお、図1(A)は、本発明が適用されたヒューズ素子1を、ケースを省略して示す平面図であり、図1(B)は、回路基板に実装されたヒューズ素子1の断面図である。
The
[ヒューズ素子]
ヒューズ素子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及び第2の電極12と、絶縁部材15上に発熱体14と重畳するように積層された発熱体引出電極16と、両端が第1、第2の電極11,12にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極16に接続された可溶導体13と、絶縁基板10の可溶導体13が搭載された表面10a上を覆うカバー部材20とを備える。また、ヒューズ素子1は、可溶導体13上に、可溶導体13に発生する酸化膜を除去するとともに可溶導体13の濡れ性を向上させるフラックス17が保持されている。
[Fuse element]
As shown in FIG. 1A, the
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略方形状に形成される。絶縁基板10は、その他にも、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。
The
[第1、第2の電極]
第1、第2の電極11,12は、絶縁基板10の表面10a上に、相対向する側縁近傍にそれぞれ離間して配置されることにより開放され、後述する可溶導体13が搭載されることにより、可溶導体13を介して電気的に接続されている。また、第1、第2の電極11,12は、ヒューズ素子1に定格を超える大電流が流れ可溶導体13が自己発熱によって溶断し、あるいは発熱体14が通電に伴って発熱し可溶導体13が溶断することにより、遮断される。
[First and second electrodes]
The first and
図2に示すように、第1、第2の電極11,12は、それぞれ、絶縁基板10の第1、第2の側面10b,10cに設けられたキャスタレーションを介して裏面10fに設けられた外部接続電極11a,12aと接続されている。ヒューズ素子1は、これら外部接続電極11a,12aを介して外部回路が形成された回路基板2と接続され、当該外部回路の通電経路の一部を構成する。
As shown in FIG. 2, the first and
第1、第2の電極11,12は、CuやAg等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第1、第2の電極11,12の表面上には、Ni/Auメッキ、Ni/Pdメッキ、Ni/Pd/Auメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、ヒューズ素子1は、第1、第2の電極11,12の酸化を防止し、導通抵抗の上昇に伴う定格の変動を防止することができる。また、ヒューズ素子1をリフロー実装する場合に、可溶導体13を接続する接続用ハンダあるいは可溶導体13の外層に低融点金属層が形成されている場合に当該低融点金属が溶融することにより第1、第2の電極11,12を溶食(ハンダ食われ)するのを防ぐことができる。
The first and
[発熱体]
発熱体14は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばニクロム、W、Mo、Ru、Cu、Ag、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。発熱体14は、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ことができる。また、発熱体14は、一端が第1の発熱体電極18と接続され、他端が第2の発熱体電極19と接続されている。
[Heating element]
The
ヒューズ素子1は、発熱体14を覆うように絶縁部材15が配設され、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が形成されている。発熱体14の熱を効率良く可溶導体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。
In the
発熱体引出電極16の一端は、第1の発熱体電極18に接続されるとともに、第1の発熱体電極18を介して発熱体14の一端と連続されている。なお、第1の発熱体電極18は、絶縁基板10の第3の側面10d側に形成され、第2の発熱体電極19は、絶縁基板10の第4の側面10e側に形成されている。また、第2の発熱体電極19は、第4の側面10eに形成されたキャスタレーションを介して絶縁基板10の裏面10fに形成された外部接続電極19aと接続されている。
One end of the heating
発熱体14は、ヒューズ素子1が回路基板2に実装されることにより、外部接続電極19aを介して回路基板2に形成された外部回路と接続される。そして、発熱体14は、外部回路の通電経路を遮断する所定のタイミングで外部接続電極19aを介して通電され、発熱することにより、第1、第2の電極11,12を接続している可溶導体13を溶断することができる。また、発熱体14は、可溶導体13が溶断することにより、自身の通電経路も遮断されることから発熱が停止する。
The
[可溶導体]
可溶導体13は、発熱体14の発熱により速やかに溶断される材料からなり、例えばハンダや、Snを主成分とするPbフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
[Soluble conductor]
The
また、可溶導体13は、In、Pb、Ag、Cu又はこれらのうちのいずれかを主成分とする合金等の高融点金属を用いてもよく、あるいは内層を低融点金属層とし外層を高融点金属層とする等の低融点金属と高融点金属との積層体であってもよい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、ヒューズ素子1をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、低融点金属の外部への流出を抑制し、可溶導体13の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。
Further, the
なお、可溶導体13は、発熱体引出電極16及び第1、第2の電極11,12へ、ハンダ等により接続されている。可溶導体13は、リフローはんだ付けによって容易に接続することができる。可溶導体13は、発熱体引出電極16上に搭載されることにより、発熱体14と重畳される。また、発熱体引出電極16を介して第1、第2の電極11,12間に亘って接続された可溶導体13は、発熱体引出電極16と第1の電極11との間、及び発熱体引出電極16と第2の電極12との間において溶断し、第1、第2の電極11,12間を遮断する。すなわち、可溶導体13は、中央部が発熱体引出電極16に支持されるとともに、発熱体引出電極16に支持された中央部の両側が溶断部13aとされている。
The
また、可溶導体13は、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス17が塗布されている。可溶導体13は、フラックス17が保持されることによって、可溶導体13の酸化及び酸化に伴う溶断温度の上昇を防止して、溶断特性の変動を抑制し、速やかに溶断することができる。
The
[カバー部材]
また、ヒューズ素子1は、内部を保護するために、絶縁基板10の可溶導体13が搭載された表面10a上にカバー部材20が設けられている。カバー部材20は、絶縁基板10の形状に応じて略矩形状に形成されている。また、図1(B)に示すように、カバー部材20は、側壁21と、絶縁基板10の表面10a上を覆う天面22とを有し、可溶導体13上にフラックス17を充填、保持可能な内部空間を有する。カバー部材20は、例えば側壁21が絶縁基板10の表面10a上に接着剤により接続されることにより、ヒューズ素子1の外筐体を構成する。
[Cover member]
Further, in order to protect the inside of the
また、図3に示すように、カバー部材20の天面22内側には、フラックス17を可溶導体13上の所定の位置に保持するフラックス保持壁24が設けられている。フラックス保持壁24は、カバー部材20の天面22よりヒューズ素子1の内部に突出して設けられ、例えば、環状に形成された突条部からなる。カバー部材20は、フラックス保持壁24によって、絶縁基板10の表面10a側に円筒状に突出するフラックス保持部23が形成される。ヒューズ素子1は、フラックス17がフラックス保持部23と可溶導体13との間に充填されることで、フラックス17がフラックス保持壁24との張力によって、可溶導体13の表面と、円筒状に突出するフラックス保持部23の内部及びその周辺との間に保持される。
As shown in FIG. 3, a
フラックス保持部23は、可溶導体13と対峙する位置に形成され、好ましくは発熱体14と重畳する可溶導体13の略中央に対向する位置に形成され、フラックス17を可溶導体13の発熱体引出電極16及び発熱体14と重畳する位置に保持する。このため、フラックス保持部23は、カバー部材20の天面22の略中央に形成されることが好ましい。
The
フラックス保持部23が可溶導体13の略中央に対向して設けられることにより、フラックス17が可溶導体13の表面を広範囲にカバーすることができ、発熱体14の発熱により、フラックス17を可溶導体13の全面にわたって均一に拡散させる。したがって、ヒューズ素子1は、可溶導体13の酸化防止や濡れ性の向上によって、第1、第2の電極11,12間の電流経路を速やかに溶断することができる。
By providing the
このとき、フラックス保持部23が発熱体14と重畳して形成されることで、フラックス17が発熱体14の熱により可溶導体13の発熱体14との重畳位置から外縁部にかけて拡散し、可溶導体13の全面にわたって均一に拡散することで、可溶導体13を速やかに溶断することができる。
At this time, since the
なお、フラックス保持部23は、フラックス保持壁24の一部に、高さ方向のスリットを形成してもよい。また、フラックス保持部23は、フラックス保持壁24の一部に、開口部を形成してもよい。また、ヒューズ素子1は、円筒状に突出するフラックス保持部23が、可溶導体13の長手方向に沿って並列するあるいは発熱体14の長手方向に沿って並列する等、フラックス保持部23を複数形成してもよい。
In addition, the
また、フラックス保持部23は、同心円状の複数の円筒であってもよい。また、フラックス保持部23は、円筒形状に限らず、楕円形状等、フラックス17を保持できるあらゆる形状を採用することができる。
Further, the
このようなヒューズ素子1は、近年の電子機器の小型化に伴い、小型化、低背化が図られており、例えば絶縁基板10に応じてカバー部材20の外形寸法が3mm×2.2mm、側壁21の厚さが0.2mm、内部寸法が2.6mm×1.8mmとされている。カバー部材20は、これ以外の寸法で形成することができることは勿論である。
Such a
[フラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離D]
また、カバー部材20は、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dが0.08mm以上とされている。フラックス保持壁24の外面24aとは、フラックス保持壁24の側壁21と対向する面をいい、図3に示すカバー部材20においては、円筒状に突出するフラックス保持部23を形成するフラックス保持壁24の外周面をいう。また、側壁21の内壁面21aとは、側壁21のカバー部材20の内側の壁面をいう。なお、内壁面21aは、側壁21の壁面となる部位で仮にフラックス17が接触した場合にはその張力が作用し得る程度に広範囲な面であり、局所的に突出するような部位は含まれない。
[Minimum distance D between the outer surface of the flux retaining wall and the inner wall surface of the side wall]
The
フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dが0.08mm以上とされることにより、ヒューズ素子1は、リフロー実装等によって加熱されフラックス17が軟化した場合にも、フラックス17がカバー部材20の側壁21側に付着、吸引され、フラックス保持部23から流出することを防止でき、フラックス17をフラックス保持部23及びその周辺に保持することができる。
When the minimum distance D between the
すなわち、ヒューズ素子1は、小型化、低背化によってカバー部材20の内部空間が狭小化されていくなかでも、可溶導体13の酸化を防止するとともに溶断特性を維持するために、フラックス保持部23を大きくとり、フラックス17はできるだけ多く供給することが好ましい。一方で、フラックス保持部23を構成するフラックス保持壁24の外周面とカバー部材20の側壁21の内壁面21aとが近接すると、側壁21にフラックス17が接触して側壁21側に吸引されてしまう。このため、ヒューズ素子1は、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを0.08mm以上確保したうえで、フラックス保持部23を最大限大きく設けてフラックス17をできるだけ多く保持するとともに、供給されたフラックス17を安定的に保持し、リフロー加熱を経てもフラックス保持部23及びその周辺にフラックス17を保持することができる。
That is, the
ここで、フラックス17としては、軟化したときの粘度が略3〜20Pa・sのものを用いることができる。ヒューズ素子1は、フラックス保持部23を構成するフラックス保持壁24の外面24aとカバー部材20の側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを0.08mm以上とすることで、軟化したときの粘度が略3Pa・sと低粘度のフラックス17を用いた場合にもフラックス保持部23に保持することができる。
Here, as the
なお、フラックス17の軟化したときの粘度が20Pa・sを超えると可溶導体13上に供給する際の作業性が悪くなるが、本発明においては本質的な問題ではなく、ヒューズ素子1に適用可能である。また、フラックス保持壁24の高さは、ヒューズ素子1の小型化、低背化によって狭小化されているカバー部材20の内部空間に応じて低背化され、例えば0.1mmに形成されている。
In addition, when the viscosity when the
また、フラックス保持部23を複数並列した場合にも、各フラックス保持部23を構成するフラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dが0.08mm以上とされる。隣接するフラックス保持壁24同士の最小距離は問わず、0.08mm未満で、フラックス17が隣接するフラックス保持壁24に付着しても構わない。フラックス保持部23を同心円状の複数の円筒により形成した場合、最外周のフラックス保持壁24の外周24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dが0.08mm以上とされる。
Even when a plurality of
なお、カバー部材20の側壁21は、絶縁基板10の表面10aに接着剤26によって接続されている。ヒューズ素子1は、接着剤26の余剰分が側壁21の内壁面21aに沿って這い上がってきた場合にも、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを0.08mm以上確保することで、内壁面21aに沿って這い上がってきた接着剤とフラックス17とが接触して内壁面21a側に吸引されることもない。
The
このようなヒューズ素子1は、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等の外部回路が構成される回路基板にリフロー等により表面実装されることにより当該外部回路の通電経路上に組み込まれる。このとき、ヒューズ素子1は、リフロー加熱によりフラックス13が軟化した場合にも、フラックス保持壁24の外周24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dが0.08mm以上とされることで、軟化したフラックス17が側壁21の内壁面21aに接触しフラックス保持部23から流出することが防止されている。
Such a
したがって、ヒューズ素子1は、フラックス17を可溶導体13上の所定の位置に保持することができ、可溶導体13の酸化及び酸化に伴う溶断温度の上昇を防止し、溶断特性を安定化させることができる。
Therefore, the
そして、ヒューズ素子1は、外部接続電極19aを介して発熱体14が通電、発熱されると、可溶導体13が溶融し、その濡れ性によって、第1、第2の電極11,12及び発熱体引出電極16上に引き寄せられる。その結果、ヒューズ素子1は、可溶導体13が溶断することにより、第1、第2の電極11,12間にわたる電流経路を遮断することができる。また、可溶導体13が溶断することにより発熱体14への給電経路も遮断されるため、発熱体14の発熱も停止する。
In the
また、ヒューズ素子1は、第1、第2の電極11,12間にわたる通電経路上に定格を超える予期しない大電流が流れた場合に、可溶導体13が自己発熱により溶断することによって、電流経路を遮断することができる。
Further, when an unexpected large current exceeding the rating flows on the energizing path extending between the first and
なお、上述したヒューズ素子1では、発熱体14を備え、定格を超える大電流による可溶導体13の自己発熱遮断の他、発熱体14の発熱によっても可溶導体13を溶断させる構成について説明したが、本発明が適用されたヒューズ素子1は、発熱体14を備えずに、定格を超える大電流による可溶導体13の自己発熱遮断によって電流経路を遮断させるものであってもよい。
In the
[回路基板]
ヒューズ素子1が実装される回路基板2は、例えばガラスエポキシ基板やガラス基板、セラミック基板等のリジッド基板や、フレキシブル基板等、公知の絶縁基板が用いられる。また、回路基板2は、図1(B)に示すように、ヒューズ素子1がリフロー等によって表面実装される実装部を有し、実装部内にヒューズ素子1の絶縁基板10の裏面10fに設けられた外部接続端子11a,12a,19aとそれぞれ接続される接続電極が設けられている。なお、回路基板2は、ヒューズ素子1の発熱体14に通電させるFET等の素子が実装されている。
[Circuit board]
As the
[回路モジュールの使用方法]
次いで、ヒューズ素子1及びヒューズ素子1が回路基板2に表面実装された回路モジュール3の使用方法について説明する。図4に示すように、回路モジュール3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として用いられる。
[Usage of circuit module]
Next, a method of using the
たとえば、ヒューズ素子1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
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ヒューズ素子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ヒューズ素子1の動作を制御する電流制御素子47とを備える。
The
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
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 /
ヒューズ素子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
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
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、ヒューズ素子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
以上のような構成からなるバッテリパック40において、ヒューズ素子1の構成について具体的に説明する。
In the
まず、本発明が適用されたヒューズ素子1は、図5に示すような回路構成を有する。すなわち、ヒューズ素子1は、発熱体引出電極16を介して直列接続された可溶導体13と、可溶導体13の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体13を溶融する発熱体14とからなる回路構成である。また、ヒューズ素子1では、たとえば、可溶導体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。ヒューズ素子1の第1の電極11は、外部接続電極11aを介してバッテリスタック45の開放端と接続され、第2の電極12は、外部接続電極12aを介してバッテリパック40の正極端子40a側の開放端と接続される。また、発熱体14は、発熱体引出電極16を介して可溶導体13と接続されることによりバッテリパック40の充放電電流経路と接続され、また発熱体引出電極16及び外部接続電極19aを介して電流制御素子47と接続される。
First, the
このようなバッテリパック40は、ヒューズ素子1の発熱体14が通電、発熱されると、可溶導体13が溶融し、その濡れ性によって、発熱体引出電極16上に引き寄せられる。その結果、ヒューズ素子1は、可溶導体13が溶断することにより、確実に電流経路を遮断することができる。また、可溶導体13が溶断することにより発熱体14への給電経路も遮断されるため、発熱体14の発熱も停止する。
In such a
また、バッテリパック40は、充放電経路上にヒューズ素子1の定格を超える予期しない大電流が流れた場合に、可溶導体13が自己発熱により溶断することによって、電流経路を遮断することができる。
In addition, when an unexpected large current exceeding the rating of the
なお、本発明が適用されたヒューズ素子1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適用可能である。また、ヒューズ素子1は、電流経路や信号経路の遮断を行う保護素子(SCP)の他にも、可溶導体の溶融導体を介して電流経路や信号経路を接続する短絡素子や、可溶導体を溶断するとともに可溶導体の溶融導体を介して電流経路や信号経路を切り替える切替素子に用いることができる。
Note that the
次いで、本発明の実施例について説明する。本実施例では、小型化、低背化が図られたカバー部材を用いて、可溶導体13の略中央に対向する位置に設けたフラックス保持部23の寸法、及びフラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを変えて、リフロー温度に相当する温度(260℃)で加熱した後の、フラックスの流動の有無を確認した。
Next, examples of the present invention will be described. In the present embodiment, the size of the
実施例及び比較例に係るカバー部材20は、図3に示すように、外形寸法が3mm×2.2mm、側壁21の厚さが0.2mm、内部寸法が2.6mm×1.8mmとされている。フラックス保持部23はフラックス保持壁24が円筒状に突出することにより形成されている。フラックス保持壁24は、厚さ0.1mmで、カバー部材の天面からの突出高さは0.1mmである。
As shown in FIG. 3, the
各実施例及び比較例とも20個のヒューズ素子サンプルを用意し、リフロー温度に相当する温度(260℃)で加熱した後、カバー部材20を外してフラックスの流出の有無を確認した。
In each of the examples and comparative examples, 20 fuse element samples were prepared and heated at a temperature corresponding to the reflow temperature (260 ° C.), and then the
[実施例1]
実施例1では、フラックス保持部23の内径φを1.44mm、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを左右とも0.08mmとした。実施例1に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部23より流出した個数が20個中4個であった。
[Example 1]
In Example 1, the inner diameter φ of the
[実施例2]
実施例2では、フラックス保持部23の内径φを1.4mm、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを左右とも0.1mmとした。実施例2に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部23より流出した個数が20個中0個であった。
[Example 2]
In Example 2, the inner diameter φ of the
[実施例3]
実施例1では、フラックス保持部23の内径φを1.3mm、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを左右とも0.15mmとした。実施例3に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部23より流出した個数が20個中0個であった。
[Example 3]
In Example 1, the inner diameter φ of the
[実施例4]
実施例4では、フラックス保持部23の内径φを1.2mm、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを左右とも0.2mmとした。実施例4に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部23より流出した個数が20個中0個であった。
[Example 4]
In Example 4, the inner diameter φ of the
[比較例1]
比較例1では、フラックス保持部23の内径φを1.5mm、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを左右とも0.05mmとした。比較例1に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部23より流出した個数が20個中16個であった。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, the inner diameter φ of the
表1に示すように、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを0.05mmとした比較例1に比して、0.08mmとした実施例1では、フラックスの流出が生じたヒューズ素子の数が16個から4個へと激減した。また、フラックス保持壁24の外面24aと側壁21の内壁面21aとの最小距離Dを0.1mm以上とした実施例2〜4では、フラックスの流出が生じたヒューズ素子の数が0個であった。
As shown in Table 1, in Example 1 in which the minimum distance D between the
すなわち、ヒューズ素子において、カバー部材のフラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離Dを0.08mm以上とすることで、リフロー加熱を経てもフラックスをフラックス保持部に保持することができることが分かる。また、フラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離Dを0.1mm以上とすることで、より確実にフラックスの流出を防止できることが分かる。 That is, in the fuse element, by setting the minimum distance D between the outer surface of the flux holding wall of the cover member and the inner wall surface of the side wall to 0.08 mm or more, the flux can be held in the flux holding portion even after reflow heating. I understand. Moreover, it turns out that the outflow of a flux can be prevented more reliably by making the minimum distance D of the outer surface of a flux holding wall and the inner wall surface of a side wall into 0.1 mm or more.
1 ヒューズ素子、 2 回路基板、3 回路モジュール、10 絶縁基板、10a 表面、10b 第1の側面、10c 第2の側面、10d 第3の側面、10e 第4の側面、10f 裏面、11 第1の電極、11a 外部接続電極、12 第2の電極、12a 外部接続電極、13 可溶導体、13a 溶断部位、14 発熱体、15 絶縁部材、16 発熱体引出電極、18 第1の発熱体電極、19 第2の発熱体電極、19a 外部接続電極、20 ケース、21 側壁、21a 内壁面、22 天面、22a 側縁部、23 フラックス保持部、24 フラックス保持壁、24a 外面、40 バッテリパック、41〜44 バッテリセル、45 バッテリスタック、46 検出回路、47 電流制御素子、50 充放電制御回路、51,52 電流制御素子、53 制御部、55 充電装置
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記絶縁基板上に配置され、電流経路に接続されるとともに、溶断することにより上記電流経路を遮断する可溶導体と、
側壁と上記絶縁基板の上記可溶導体が搭載された表面上を覆う天面とを有するカバー部材と、
上記可溶導体上に塗布されたフラックスとを備え、
上記カバー部材の上記天面内側には、上記フラックスを上記可溶導体上の所定の位置に保持するフラックス保持壁が設けられ、
上記フラックス保持壁の外面と、上記カバー部材の側壁の内壁面との最小距離Dが0.08mm以上であるヒューズ素子。 An insulating substrate;
A fusible conductor disposed on the insulating substrate, connected to the current path, and cut off the current path by fusing; and
A cover member having a side wall and a top surface covering the surface on which the soluble conductor of the insulating substrate is mounted;
A flux applied on the soluble conductor,
Inside the top surface of the cover member, a flux holding wall that holds the flux in a predetermined position on the soluble conductor is provided,
A fuse element in which a minimum distance D between the outer surface of the flux holding wall and the inner wall surface of the side wall of the cover member is 0.08 mm or more.
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