JP2018032525A - 保護素子、回路モジュール及び保護素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
保護素子1は、図2〜図5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とを備える。
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、保護素子1に定格を超える大電流が流れ可溶導体13が自己発熱(ジュール熱)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。
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。
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。
また、保護素子1は、内部を保護するために、絶縁基板10の表面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に示すように、カバー部材20は、可溶導体13が設けられた絶縁基板10の表面10a上に接続される側面21と、絶縁基板10の表面10a上を覆う天面22とを有し、絶縁基板10の表面10a上に、可溶導体13が溶融時に球状に膨張し、溶融導体が発熱体引出電極16や第1、第2の電極11,12上に凝集するのに十分な内部空間25を有する。
また、図1、図2に示すように、カバー部材20は、カバー部材20内部に貫通する通気孔23が設けられるとともに、通気孔23内が封止部材24によって封止されている。通気孔23は、例えばカバー部材20の天面22に開口されている。また、通気孔23は、カバー部材20の側面21と、可溶導体13が配置される内部空間25との間を隔てる隔壁27とによって構成されている。隔壁27はカバー部材20の天面22から下方に向かって形成され、カバー部材20が絶縁基板10の表面10a上に接続されたときに、絶縁基板10の表面10aとの間に若干の隙間が生じる高さに形成されている。すなわち、通気孔23は、隔壁27と絶縁基板10との隙間を介して内部空間25と連続され、カバー部材20の接続時等に内部空間25に発生する膨張気体を外部に放出することが可能とされている。通気孔23は、カバー部材20の接続後に封止部材24によって封止される。この保護素子1の製造工程については、後に詳述する。
通気孔23を封止する封止部材24は、例えば熱硬化性の樹脂24aが好適に用いられる。熱硬化性樹脂24aの具体例を上げると、例えば、熱硬化性樹脂(例えばセメダイン社製:SX720B)を用いることができる。また、熱硬化性樹脂24aは、封止シート(京セラケミカル社製:TMS−701)等を用いてもよい。その他、樹脂材料としては、例えば、ポリアミド系樹脂接着剤(ヘンケル社製:OM678)を用いてもよい。熱硬化性樹脂24aは、カバー部材20の通気孔23を封止し、後述する実装工程で用いられる樹脂材料や洗浄液の内部空間25への流入を防止することができ、かつ素子内部の気体が膨張することにより内圧が高まった場合にもカバー部材20の絶縁基板10との接続を維持できる粘度又は強度を有するものであれば、液状、シート状等の形態は問わない。
次いで、図5を参照しながら、保護素子1の製造工程について説明する。図5(A)に示すように、まず絶縁基板10の表面10aに第1、第2の電極11,12、発熱体14、第1、第2の発熱体電極18,19、絶縁部材15及び発熱体引出電極16を形成する。また、絶縁基板10の裏面10fに外部接続電極11a,12a,19aを形成するとともに、キャスタレーションを介して第1、第2の電極11,12及び第2の発熱体電極19と接続する。そして、可溶導体13を、発熱体引出電極16を介して第1、第2の電極11,12間に跨って搭載する。なお、可溶導体13と第1、第2の電極11,12及び発熱体引出電極16との間には接続はんだが供給されてもよい。
次いで、本技術の変形例について説明する。なお、以下の各変形例の説明において上述した保護素子1及び回路モジュール3と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。
図8に示すように、通気孔23は、内側面が断面視で通気方向にわたってテーパ状に形成されたテーパ部32を形成してもよい。保護素子1は、通気孔23の内側面にテーパ部32を形成することにより、封止部材24として熱光硬化性樹脂24aや光硬化性樹脂を充填すると、通気孔23内における接触面積が増加し、よりカバー部材20の接続強度を向上させることができる。
また、保護素子1は、図9に示すように、カバー部材20の内部に、内部空間25を形成する隔壁部材33を配し、カバー部材20の天面22と隔壁部材33との間に熱硬化性樹脂24aや光硬化性樹脂を充填してもよい。
ここで、本技術の参考例にかかる保護素子パッケージ37の構成について図10を参照しながら説明する。図10に示す保護素子35は、絶縁基板10の表面10a上に上述した隔壁部材33のみが搭載されている。保護素子35は、さらにインターポーザ基板36に実装され、カバー部材20がインターポーザ基板36に搭載されることによりパッケージ化され、これにより、保護素子パッケージ37が形成される。インターポーザ基板36は、第1、第2の外部接続電極11a,12aや発熱体電極19と接続された外部接続電極と接続される接続電極37aを備え、さらに図示しない回路基板2にリフロー実装等により実装される。また、カバー部材20は、接続信頼性に優れる熱硬化性の接着剤等によりインターポーザ基板36に接続、あるいは超音波溶着等により接続される。
また、保護素子1は、図11に示すように、隔壁部材33及び天面22が設けられていないカバー部材38を用いるとともに、隔壁部材33の隔壁天面33b上に熱硬化性樹脂24aや光硬化性樹脂等の封止部材24を充填してもよい。図11に示す保護素子1は、カバー部材38の側面21と隔壁部材33の隔壁側面33aとの間及び隔壁天面33bの上面が樹脂によって固められているため、カバー部材38及び隔壁部材33の絶縁基板10への接続強度を向上させることができる。
また、保護素子1は、図12に示すように、通気孔23を封止する封止部材24として、熱硬化性樹脂24a等の接着剤に加えて、通気孔23に嵌合される嵌合ピン24bを用いてもよい。図12に示す保護素子1は、通気孔23内に嵌合ピン24bが係止される係止段部39が設けられている。また、通気孔23は、嵌合ピン24bの形状に応じて、円柱状に形成されている。なお、通気孔23は、第1、第2の電極11,12の上方に、第1、第2の側面10b,10cに沿って複数形成してもよい。図12に示すほかにも、通気孔23は、第1、第2の発熱体電極18,19の上方に設けてもよい。
また、保護素子1は、図13に示すように、通気孔23を封止する封止部材24として、嵌合ピン24bのみを用いてもよい。この場合、嵌合ピン24bは絶縁基板10と接続されていることが、カバー部材20の接続強度を向上させる上で好ましい。例えば、嵌合ピン24bは、ねじ溝が形成され、絶縁基板10の表面10aに設けられたねじ穴に螺合することにより、カバー部材20を絶縁基板10にねじ止めすることができる。その他、嵌合ピン24bは、鋭利な先端部を形成して絶縁基板10の表面10aに挿通させることにより接続されてもよい。
ここで、本技術の参考例にかかる保護素子パッケージ37の構成について図14を参照しながら説明する。図14(A)〜(C)に示す保護素子40は、絶縁基板10の裏面10fにカバー部材41の側面42に形成された係止片42aが係止されたものである。カバー部材41は、絶縁基板10と略同等の内寸を有し、相対向する一対の側面42には絶縁基板10の裏面10fに係止される係止片42aが形成されている。
次いで、保護素子1が実装される回路基板2について説明する。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、図2に示すように、保護素子1がリフロー等によって表面実装される実装部を有し、実装部内に保護素子1の絶縁基板10の裏面10fに設けられた外部接続電極11a,12a及び第2の発熱体電極19と接続された外部接続電極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、保護素子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。
次いで、保護素子1及び保護素子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15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。
Claims (12)
- 絶縁基板と、
上記絶縁基板に設けられた第1、第2の電極と、
上記第1、第2の電極間に跨って配置された可溶導体と、
上記絶縁基板の上記可溶導体が配置された一面側に配置されたカバー部材とを備え、
上記可溶導体が配置された内部空間を素子外部に臨ませる通気孔が設けられ、
上記通気孔が封止部材により封止されている保護素子。 - 上記封止部材は、リフロー温度よりも低いガラス転移点を有する樹脂である請求項1に記載の保護素子。
- 上記樹脂のガラス転移点は、100℃以上である請求項2に記載の保護素子。
- 上記封止部材は、上記通気孔に嵌合される嵌合部材である請求項1に記載の保護素子。
- 上記通気孔は上記カバー部材に設けられている請求項1〜4のいずれか1項に記載の保護素子。
- 上記通気孔は、内側面に上記通気孔内部に張り出す張出し部が設けられている請求項5に記載の保護素子。
- 上記通気孔は、内側面が断面視でテーパ状に形成されたテーパ部が設けられている請求項5に記載の保護素子。
- 上記カバー部材の内部に、上記内部空間を形成する隔壁部材を有し、上記カバー部材と上記隔壁部材との間に上記樹脂が充填される請求項2又は3に記載の保護素子。
- 上記カバー部材の天面と上記隔壁部材の天面との間に上記樹脂が充填される請求項8に記載の保護素子。
- 天面が設けられていないカバー部材を用い、
上記隔壁部材の天面上に上記樹脂が充填される請求項8に記載の保護素子。 - 保護素子と、
上記保護素子が表面実装された回路基板とを有し、
上記保護素子は、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に設けられた第1、第2の電極と、
上記第1、第2の電極間に跨って配置された可溶導体と、
上記絶縁基板の上記可溶導体が配置された一面側に配置されたカバー部材とを備え、
上記可溶導体が配置された内部空間を素子外部に臨ませる通気孔が設けられ、
上記通気孔が封止部材により封止されている回路モジュール。 - 絶縁基板上に第1、第2の電極を形成し、上記第1、第2の電極間に跨って可溶導体を配置し、
上記絶縁基板上に、熱硬化性樹脂を介してカバー部材を搭載し、上記可溶導体が配置された内部空間を素子外部に臨ませる通気孔を有する構造体を形成し、
上記構造体を加熱することにより上記カバー部材を上記絶縁基板上に接続し、
上記通気孔を封止部材で封止する保護素子の製造方法。
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