JP2023126322A - circuit module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒューズ素子が実装された回路モジュールに関する。 The present invention relates to a circuit module in which a fuse element is mounted.
従来、ヒューズ素子は、携帯電話や携帯型コンピュータなどの電子機器や、充電式の電動機器など、二次電池が搭載された様々な電気機器の保護素子として利用されている。ヒューズ素子としては、絶縁基板の表面に形成された第1電極および第2電極と、この第1電極と第2電極の間に接続され、溶断することにより第1電極と第2電極との間を遮断する可溶導体とを備える構成のものが知られている。このような構成のヒューズ素子では、可溶導体に過電流が流れることによって、可溶導体が自己発熱して溶断する。また、ヒューズ素子内部に発熱体を設けて、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できる構成とされているものも知られている。 Conventionally, fuse elements have been used as protection elements for various electrical devices equipped with secondary batteries, such as electronic devices such as mobile phones and portable computers, and rechargeable electric devices. As a fuse element, a first electrode and a second electrode formed on the surface of an insulating substrate are connected between the first electrode and the second electrode, and when the fuse element is blown, a gap between the first electrode and the second electrode is formed. A configuration is known that includes a fusible conductor that blocks . In a fuse element having such a configuration, when an overcurrent flows through the fusible conductor, the fusible conductor self-heats and fuses. In addition, there is also a structure in which a heating element is provided inside the fuse element, and the fusible conductor can be fused at the timing intended by the circuit side by energizing the heating element installed inside the fuse element in response to an external signal. It is being
ヒューズ素子の絶縁基板の表面に配置されている第1電極、第2電極および可溶導体などの構成部品は、通常、ケースで覆われており、これにより、ケース内部を保護すると共に取扱い性を向上させている。しかしながら、ヒューズ素子の構成部品をケースで覆うと、過電流などによる可溶導体の溶断時の発熱によって、ケース内部が高温となり、ケース内部の空気が急激に膨張することがある。この熱や空気の膨張によるケースの破損を防止するため、ケースに貫通孔を設けて、ケース内部で急激に膨張した空気や熱を外部に放出させることが行われている(特許文献1)。 Components such as the first electrode, second electrode, and fusible conductor arranged on the surface of the insulating substrate of the fuse element are usually covered with a case, which protects the inside of the case and makes handling easier. Improving. However, if the components of the fuse element are covered with a case, the inside of the case may become hot due to heat generated when the fusible conductor melts due to overcurrent or the like, and the air inside the case may expand rapidly. In order to prevent damage to the case due to the expansion of heat and air, a through hole is provided in the case to release air and heat that rapidly expands inside the case to the outside (Patent Document 1).
近年の電気機器の高電圧化や高出力化に伴って、ヒューズ素子の可溶導体の溶断時の発熱量は大きくなる傾向にあり、可溶導体の溶断時にアーク放電が発生することがある。このため、ヒューズ素子のケースに貫通孔を設けて、ケース内部で膨張した空気や熱と共にアークを外部に放出させることができるようにすることは有効である。しかしながら、ケースの貫通孔から熱やアークを外部に放出させると、ヒューズ素子の周囲の回路基板に対して配線パターンを部分的に溶融させるなどの損傷を与えるおそれがある。一方、電気機器の小型化や軽量化に伴って、ヒューズ素子は小型化が要求されている。このため、電気機器の高電圧化や高出力化および小型化や軽量化の要求を満足しつつ、ヒューズ素子の周囲に損傷を与えずにヒューズ素子を作動できるようにするには、ヒューズ素子を改良することのみでは対応するのが困難な状況となっている。 BACKGROUND ART With the increase in voltage and output of electrical equipment in recent years, the amount of heat generated when the fusible conductor of a fuse element is fused tends to increase, and arc discharge may occur when the soluble conductor is fused. For this reason, it is effective to provide a through hole in the case of the fuse element so that the arc can be released to the outside together with the air and heat expanded inside the case. However, if heat or arc is emitted to the outside from the through hole of the case, there is a risk of damaging the circuit board surrounding the fuse element, such as partially melting the wiring pattern. On the other hand, as electrical equipment becomes smaller and lighter, fuse elements are required to be smaller. Therefore, in order to satisfy the demands for higher voltage, higher output, smaller size, and lighter weight in electrical equipment, and to be able to operate the fuse element without damaging the surrounding area, it is necessary to The situation is difficult to deal with simply by making improvements.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ヒューズ素子の可溶導体の溶断時にて発生した熱やアークが外部に放出してもヒューズ素子の周囲に損傷を与えにくい回路モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a circuit module that is less likely to cause damage to the area around the fuse element even if the heat and arc generated when the fusible conductor of the fuse element melts is released to the outside. The purpose is to provide.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。 The present invention provides the following means to solve the above problems.
(1)本発明の一態様に係る回路モジュールは、配線パターンを有する回路基板と、前記回路基板の上に配置された絶縁性保護部材と、前記絶縁性保護部材を介して前記回路基板の上に実装されたヒューズ素子とを備え、前記ヒューズ素子は、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に形成された複数の表面電極と、前記複数の表面電極間に接続され、溶断することにより前記複数の表面電極間を遮断する可溶導体と、前記絶縁基板の裏面に形成され、前記複数の表面電極と電気的に接続された複数の裏面電極と、前記絶縁基板の表面を覆うケースとを備え、前記ケースは側面または天面に貫通孔を有し、前記ヒューズ素子は平面視したときに前記絶縁性保護部材の外周よりも内側に配置されている。 (1) A circuit module according to one aspect of the present invention includes a circuit board having a wiring pattern, an insulating protection member disposed on the circuit board, and a circuit board disposed on the circuit board via the insulating protection member. and a fuse element mounted on an insulating substrate, a plurality of surface electrodes formed on a surface of the insulating substrate, and a fuse element connected between the plurality of surface electrodes, and the fuse element is connected between the plurality of surface electrodes by blowing. , a plurality of back electrodes formed on the back surface of the insulating substrate and electrically connected to the plurality of surface electrodes, and a case covering the front surface of the insulating substrate. The case has a through hole on a side surface or a top surface, and the fuse element is disposed inside the outer periphery of the insulating protection member when viewed from above.
(2)上記(1)に記載の態様において、前記絶縁性保護部材は、平板状である構成としてもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の態様において、前記絶縁性保護部材は、前記ヒューズ素子の前記裏面電極と前記回路基板の前記配線パターンとを電気的に接続する導電部を備える構成としてよい。
(4)上記(3)に記載の態様において、前記導電部は、前記絶縁性保護部材の面内に設けられた導電性のスルーホール、または前記絶縁性保護部材の外周部に設けられた導電性のサイドスルーホールである構成としてもよい。
(2) In the aspect described in (1) above, the insulating protection member may have a flat plate shape.
(3) In the aspect described in (1) or (2) above, the insulating protection member includes a conductive portion that electrically connects the back electrode of the fuse element and the wiring pattern of the circuit board. Good as a structure.
(4) In the aspect described in (3) above, the conductive portion is a conductive through hole provided in the plane of the insulating protection member, or a conductive through hole provided in the outer peripheral portion of the insulating protection member. It may also be configured as a side through hole.
本発明によれば、ヒューズ素子の可溶導体の溶断時にて発生した熱やアークを外部に放出してもヒューズ素子の周囲に損傷を与えにくい回路モジュールを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a circuit module that does not easily damage the area around the fuse element even if heat and arc generated when the fusible conductor of the fuse element is blown are released to the outside.
以下、本発明に係る回路モジュールの実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a circuit module according to the present invention will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following explanation, characteristic parts may be shown enlarged for convenience in order to make the characteristics easier to understand, and the dimensional ratio of each component may be different from the actual one. The materials, dimensions, etc. exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and can be implemented with appropriate changes within the scope of achieving the effects of the present invention.
図1は、本発明の一実施形態に係る回路モジュールの平面図である。図2は、図1のII-II線断面図であり、図3は、図1に示すヒューズ素子を、ケースを省略して示す平面図であり、図4は、図1に示すヒューズ素子の斜視図である。 FIG. 1 is a plan view of a circuit module according to an embodiment of the present invention. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 is a plan view showing the fuse element shown in FIG. 1 with the case omitted, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the fuse element shown in FIG. FIG.
図1、2に示すように、本実施形態の回路モジュール1は、回路基板2と、回路基板の上に配置された絶縁性保護部材3と、絶縁性保護部材3を介して回路基板2の上に実装されたヒューズ素子4とを備える。ヒューズ素子4は、平面視したときに絶縁性保護部材3の外周よりも内側に配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[回路基板]
回路基板2は、絶縁シート20と、絶縁シート20の表面に形成された配線パターン21a、21b、21c、22とを有する。配線パターン21a、21b、21cはヒューズ素子4に接続する配線パターンであり、配線パターン22はヒューズ素子4に接続しない配線パターンである。絶縁シート20は電気絶縁性を有するものであれば特に制限はなく、樹脂シート、セラミックスシート、樹脂とセラミック粒子との複合体シートなど回路基板に用いられている公知の絶縁シートを用いることができる。樹脂シートの例としては、エポキシ樹脂シート、フェノール樹脂シート、ポリイミドシートを挙げることができる。セラミックスシートの例としては、アルミナシート、ガラスセラミックスシート、ムライトシート、ジルコニアシートを挙げることができる。複合体シートの例としては、ガラスエポキシシートを挙げることができる。配線パターン21a、21b、21c、22の材料としては、CuやAgなどの一般的な電極材料を用いることができる。
[Circuit board]
The
[絶縁性保護部材]
絶縁性保護部材3は、ヒューズ素子4から放出される熱やアークから回路基板2の配線パターン21a、21b、21c、22を保護する機能を有する。このため、絶縁性保護部材3の外周は、ヒューズ素子4の外周よりも広くなっている。絶縁性保護部材3の外周と、ヒューズ素子4の外周の距離は、ヒューズ素子4のサイズや回路モジュール1の使用条件によって異なるが、一般に、ヒューズ素子4の外形の2倍~3倍の範囲内にあることが好ましい。
[Insulating protection member]
The
絶縁性保護部材3は、平板状であることが好ましい。絶縁性保護部材3の厚さは、絶縁性保護部材3の耐熱性や熱伝導性によっても異なるが、一般に、100μm~1000μmの範囲内にあることが好ましい。また、絶縁性保護部材3の外周は壁状に立ち上げてもよい。
It is preferable that the
絶縁性保護部材3は、非導電部30と導電部31とを備える。導電部31は、回路基板2の配線パターン21a、21b、21cと、ヒューズ素子4の第1電極41、第2電極42、第1発熱体電極43とを電気的に接続する。非導電部30は、耐熱性および熱伝導性に優れるセラミックス材料で形成されていることが好ましい。セラミックス材料の例としては、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアを挙げることができる。導電部31の材料としては、CuやAgなどの一般的な電極材料を用いることができる。導電部31の形態としては、本実施形態では、絶縁性保護部材3の面内に設けられた導電性のスルーホールとされている。ただし、導電部31の形態は特に制限はなく、絶縁性保護部材3の外周部に設けられた導電性のサイドスルーホールであってもよい。
The
[ヒューズ素子]
ヒューズ素子4は、絶縁基板40を有する。絶縁基板40は、第1電極41、第2電極42、第1発熱体電極43、第2発熱体電極44が形成されている。第1電極41は、絶縁基板40の表面40aに形成された第1表面電極41aと、絶縁基板40の裏面40bに形成された第1裏面電極41cと、第1表面電極41aと第1裏面電極41cとを接続するキャスタレーション41bとからなる。第2電極42は、絶縁基板40の表面40aに形成された第2表面電極42aと、絶縁基板40の裏面40bに形成された第2裏面電極42cと、第2表面電極42aと第2裏面電極42cとを接続するキャスタレーション42bとからなる。第1発熱体電極43は、絶縁基板40の表面40aに形成された第1発熱体表面電極43aと、絶縁基板40の裏面40bに形成された第1発熱体裏面電極43cと、第1発熱体表面電極43aと第1発熱体裏面電極(不図示)とを接続するキャスタレーション43bとからなる。第2発熱体電極44は、絶縁基板40の表面40aに形成された第2発熱体表面電極44aのみからなる。
[Fuse element]
第1表面電極41aと第2表面電極42aの間は、溶断することにより第1表面電極41aと第2表面電極42aの間を遮断する可溶導体45が電気的に接続されている。第1裏面電極41cは配線パターン21aと、第2裏面電極42cは配線パターン21bと、第1発熱体裏面電極は配線パターン21cと、それぞれ絶縁性保護部材3の導電部31を介して電気的に接続されている。配線パターン21cは、外部の制御素子(不図示)に電気的に接続されており、制御素子からの信号により第1発熱体電極43に電流が供給されるようにされている。
A
また、絶縁基板40の表面40aには、発熱体46と、発熱体46を覆う絶縁部材47が備えられている。絶縁部材47の上には、発熱体46に対向するように発熱体引出電極48が形成されている。発熱体46の一方の端部が第1発熱体表面電極43aに、他方の端部が第2発熱体表面電極44aにそれぞれ電気的に接続されている。発熱体引出電極48は、一方の端部が第2発熱体表面電極44aに電気的に接続されると共に、可溶導体45とも電気的に接続されている。
Further, the
可溶導体45の表面には、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス49が塗布されている。
ヒューズ素子4は、絶縁基板40の表面40aを覆うケース50を備える。ケース50は、絶縁基板40の表面上に接着された側面51と、絶縁基板40の表面上を覆う天面53とを有する。ケース50は、側面51にのみ貫通孔52が設けられている。貫通孔52の個数やサイズに特に制限はないが、貫通孔52は、ケース50の4つの側面51にそれぞれ1個以上設けられていることが好ましい。
The
ケース50は、耐熱性および熱伝導性に優れるセラミックス材料で形成されていることが好ましい。セラミックス材料の例としては、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアを挙げることができる。
The
第1電極41、第2電極42、第1発熱体電極43、第2発熱体電極44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電極41、第2電極42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、第1電極41および第2電極42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4をリフロー実装する場合に、第1電極41および第2電極42と可溶導体45を接続する接続用ハンダあるいは可溶導体45の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第1電極41および第2電極42が溶食(ハンダ食われ)されるのを防ぐことができる。
The
可溶導体45は、過電流が流れたときの自己発熱(ジュール熱)により、あるいは発熱体46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、In等の低融点金属を好適に用いることができる。また、可溶導体45は、Pb、Ag、Cuまた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4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45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(ハンダ食われ)されることで、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。
The
発熱体46は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えば、W、Mo、Ru、Cu、Ag、あるいはこれらを主成分とする合金もしくはこれらを含む組成物または化合物などの高抵抗導電性材料からなる。発熱体46は、高抵抗導電性材料の粉末と樹脂バインダ等とを混合して調製したペーストを、絶縁基板40上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する方法等によって形成することができる。
The
絶縁部材47としては、例えばガラスを用いることができる。
発熱体引出電極48は、発熱体46にて発生した熱を、第2発熱体表面電極44aを介して、可溶導体45に伝える機能を有する。発熱体引出電極48の材料としては、CuやAgなどの熱伝導性が高い金属材料を用いることができる。また、発熱体46の熱を効率良く可溶導体45に伝えるために、発熱体46と絶縁基板40の間に絶縁部材を介在させてもよい。
As the insulating
The heating
本実施形態の回路モジュール1は、例えば、次のようにして製造することができる。 まず始めに、ヒューズ素子4の第1電極41、第2電極42、第1発熱体電極43に対応する位置に配線パターン21a、21b、21cを有する回路基板2と、表面側がヒューズ素子4の第1電極41、第2電極42、第1発熱体電極43と対応し、裏面側が回路基板2の配線パターン21a、21b、21cと対応する導電部31を有する絶縁性保護部材3とを用意する。
The
用意した回路基板2の上に絶縁性保護部材3を搭載し、回路基板2の配線パターン21a、21b、21cと絶縁性保護部材3の導電部31との間にハンダを配置する。次いで、絶縁性保護部材3の上にヒューズ素子4を搭載し、絶縁性保護部材3の導電部31とヒューズ素子4の第1電極41、第2電極42、第1発熱体電極43との間にハンダを配置する。そして、リフロー炉にて、ハンダを加熱することによって、回路基板2の配線パターン21a、21b、21cとヒューズ素子4の第1電極41、第2電極42、第1発熱体電極43とを、絶縁性保護部材3の導電部31を介して電気的に接続する。
The insulating
本実施形態の回路モジュール1は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパックの保護回路として用いることができる。本実施形態の回路モジュール1は、ヒューズ素子4にてアークが発生した場合でも、ヒューズ素子4の周囲に損傷を与えにくいので、大電流を使用する電気機器のバッテリパックの保護回路として有利に利用することができる。大電流を使用する電気機器としては、数10A~100Aを超えるような大電流を利用する電気機器、例えば、電動ドライバ等の電動工具や、ハイブリッドカー、電気自動車、電動アシスト自転車等の輸送機器等を挙げることができる。
The
以上のような構成とされた本実施形態の回路モジュール1では、回路基板2の配線パターン21a、21bに過電流が流れたときには、配線パターン21a、21bに接続するヒューズ素子4の第1電極41と第2電極42とを接続する可溶導体45に過電流が流れる。可溶導体45に過電流が流れることによって、可溶導体45は自己発熱して、溶解することによって、溶断して、回路モジュール1内の電流経路が遮断される。
In the
また、本実施形態の回路モジュール1では、回路モジュール1内で、例えば、電池電圧値の異常などの不具合が検出された場合は、外部の制御素子(不図示)からの信号により、第1発熱体電極43に電流が供給される。これにより、発熱体46が発熱し、その熱が第2発熱体表面電極44aと発熱体引出電極48とを介して、可溶導体45に伝わって、可溶導体45が溶解することによって、溶断して、回路モジュール1内の電流経路が遮断される。
Furthermore, in the
本実施形態の回路モジュール1では、ヒューズ素子4のケース50の側面51に貫通孔52が形成されているため、可溶導体45の溶断時に発生した熱、その熱によって膨張した空気およびアークが貫通孔52から放出される。このため、可溶導体45の溶断時にケース50が破損することが起こりにくい。また、本実施形態の回路モジュール1では、ヒューズ素子4は、平面視したときに絶縁性保護部材3の外周よりも内側に配置されていて、ヒューズ素子4の周囲の回路基板2の表面は絶縁性保護部材3で保護されている。このため、ヒューズ素子4の可溶導体45の溶断時にて発生した熱やアークを、貫通孔52を介して外部に放出してもヒューズ素子4の周囲に損傷を与えにくい。
In the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本実施形態では、ヒューズ素子4は、第1電極41と第2電極42との間に可溶導体45を接続しているが、電極の個数は2個以上の複数個であれば制限ない。例えば、さらに一対の電極を設けて、その一対の電極の間に別の可溶導体を接続してもよい。
また、本実施形態では、ケース50の側面51にのみ貫通孔52が設けられているが、貫通孔52は天面53に設けてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described within the scope of the claims. is possible.
In this embodiment, the
Further, in this embodiment, the through
1 回路モジュール
2 回路基板
3 絶縁性保護部材
4 ヒューズ素子
20 絶縁シート
21a、21b、21c、22 配線パターン
30 非導電部
31 導電部
40 絶縁基板
40a 表面
40b 裏面
41 第1電極
41a 第1表面電極
41b キャスタレーション
41c 第1裏面電極
42 第2電極
42a 第2表面電極
42b キャスタレーション
42c 第2裏面電極
43 第1発熱体電極
43a 第1発熱体表面電極
43b キャスタレーション
44 第2発熱体電極
44a 第2発熱体表面電極
45 可溶導体
46 発熱体
47 絶縁部材
48 発熱体引出電極
49 フラックス
50 ケース
51 側面
52 貫通孔
53 天面
1
Claims (3)
前記回路基板の上に配置された絶縁性保護部材と、
前記絶縁性保護部材を介して前記回路基板の上に実装されたヒューズ素子とを備え、
前記ヒューズ素子は、
絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面に形成された複数の表面電極と、
前記複数の表面電極間に接続され、溶断することにより前記複数の表面電極間を遮断する可溶導体と、
前記絶縁基板の裏面に形成され、前記複数の表面電極と電気的に接続された複数の裏面電極と、
前記絶縁基板の表面を覆うケースとを備え、
前記ケースは側面に貫通孔を有し、
前記ヒューズ素子は平面視したときに前記絶縁性保護部材の外周よりも内側に配置されており、
前記絶縁性保護部材は、平板状であり、前記絶縁性保護部材の外周が壁状に立ち上がっている回路モジュール。 a circuit board having a wiring pattern;
an insulating protection member disposed on the circuit board;
a fuse element mounted on the circuit board via the insulating protection member,
The fuse element is
an insulating substrate;
a plurality of surface electrodes formed on the surface of the insulating substrate;
a fusible conductor that is connected between the plurality of surface electrodes and cuts off the connection between the plurality of surface electrodes by being fused;
a plurality of back electrodes formed on the back surface of the insulating substrate and electrically connected to the plurality of front electrodes;
and a case that covers the surface of the insulating substrate,
The case has a through hole on the side surface,
The fuse element is arranged inside the outer periphery of the insulating protection member when viewed in plan,
In the circuit module, the insulating protection member has a flat plate shape, and the outer periphery of the insulating protection member stands up like a wall.
前記絶縁性保護部材の外周部に設けられた導電性のサイドスルーホールである請求項3に記載の回路モジュール。 4. The conductive portion is a conductive through hole provided in the plane of the insulating protection member, or a conductive side through hole provided in the outer peripheral portion of the insulating protection member. circuit module.
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