JP4080038B2

JP4080038B2 - 温度ヒュ−ズ・抵抗体の製作方法

Info

Publication number: JP4080038B2
Application number: JP27508997A
Authority: JP
Inventors: 充明植村
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: JPH1196870A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は絶縁基板の片面に温度ヒュ−ズエレメントと抵抗エレメントとを併設した温度ヒュ−ズ・抵抗体、すなわち基板型温度ヒュ−ズ・抵抗体の製作方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
温度ヒュ−ズ・抵抗体は、回路保護素子として用いられ、温度ヒュ−ズエレメントと抵抗エレメントとを併設してなり、抵抗エレメントのジュ−ル発熱で温度ヒュ−ズエレメントを溶断させ、この溶断により回路への通電を遮断している。
【０００３】
最近では、リチウムイオン二次電池の過充電保護に温度ヒュ−ズ・抵抗体が使用されている。
すなわち、リチウムイオン二次電池は、充電・放電の際、正極と負極間での可動イオンの移動による酸化還元反応のために電気エネルギ−を発生し、満充電後、電池電圧が上昇して過電圧を発生し、溶媒の分解が招来されるので、その過電圧を検出素子で検出して上記温度ヒュ−ズ・抵抗体の抵抗エレメントに電流を流し、該抵抗エレメントのジュ−ル発熱で温度ヒュ−ズエレメントを溶断させ、該溶断でリチウムイオン二次電池を充電器から遮断することが行われている。
この温度ヒュ−ズ・抵抗体としては、小型化、特に薄型化のために、絶縁基板の片面に温度ヒュ−ズエレメントと抵抗エレメントとを併設し、その絶縁基板片面上をエポキシ樹脂等の絶縁材で封止した、所謂基板型が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の温度ヒュ−ズ・抵抗体においては、温度ヒュ−ズエレメント、すなわち低融点可溶合金片の溶断の円滑・迅速化を図るためにフラックスを塗布している。而して、温度ヒュ−ズエレメントの溶断熱でフラックスが熱膨張や気化することにより発生する内圧のために、溶融合金と溶融フラツクスとの混成物が絶縁封止層と絶縁基板との界面を経て外部に流出し、その流出物が回路に付着凝固して短絡等の障害を来す畏れがある。
かかる不具合は、絶縁基板の平面寸法を大きくして絶縁封止層と絶縁基板との界面を広くすれば、排除できるが、これでは温度ヒュ−ズ・抵抗体の寸法増大が余儀なくされ、基板型温度ヒュ−ズ・抵抗体の有利性を維持できない。
【０００５】
本発明の目的は、基板型温度ヒュ−ズ・抵抗体の小型性の特徴を維持しつつ温度ヒュ−ズエレメント溶断時での溶融物の流出を確実に防止することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る温度ヒュ−ズ・抵抗体の製作方法は、絶縁基板の片面に温度ヒュ−ズエレメントと抵抗エレメントとが併設され、その絶縁基板片面の周囲に前記絶縁基板と同材質の成形外壁枠が付設され、該外壁枠の内側に絶縁封止材が充填され、前記温度ヒュ−ズエレメントに対する電極及び前記抵抗エレメントに対する電極が絶縁基板片面上への導電ペーストの印刷・焼付けにより形成されており、これらの各電極に導通される実装用電極が前記外壁枠及び絶縁基板の外面に設けられ、前記各電極と実装用電極との導通が外壁枠下面を通る各電極の端と実装用電極との接続により行われている温度ヒュ−ズ・抵抗体を製作する方法であり、未焼成セラミックスの絶縁基板材に抵抗エレメントのパタ−ンで抵抗ペ−ストを塗布し、同上基板材の片面外周に未焼成セラミックスの外壁枠材を配置し、未焼成セラミックス絶縁基板材と未焼成セラミックス外壁枠材及び抵抗ペ−ストを焼成して絶縁基板材と外壁枠材とを一体化し、而るのち、温度ヒュ−ズエレメントとしての低融点可溶合金片を取付け、更に外壁枠内に絶縁封止材を充填することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明により製作される温度ヒュ−ズ・抵抗体の一例を示し、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図を、図１の（ハ）は図１の（イ）におけるハ−ハ断面図をそれぞれ示している。
図１の（イ）乃至図１の（ハ）において、１は耐熱性の絶縁基板であり、セラミックス板や樹脂板を用いることができる。２は温度ヒュ−ズエレメントであり、絶縁基板１の片面に設けた共通電極３０及び個別電極３１，３２における電極３０−３１間に橋設してある。これらの電極は絶縁基板に導電ペ−スト（例えば、Ａｇペ−スト、Ａｇ−Ｐｄペ−スト、Ａｕペ−スト、Ｃｕペ−スト等）を電極パタ−ンでスクリ−ン印刷し、これを焼き付ける方法、金属箔の貼付や金属蒸着またはメッキ等により導電層または導電膜を設けた絶縁基板の導電層または膜を電極パタ−ンに化学エッチングする方法等により形成できる。温度ヒュ−ズエレメント２には、通常低融点可溶合金片が用いられるが、これに限定されず、例えば、金属粉末を樹脂バンインダ−で結合した成型体も使用できる。
図１の（イ）乃至図１の（ハ）において、４は低融点可溶合金片の温度ヒュ−ズエレメント２に塗布したフラックスである。５は共通電極３０と個別電極３２との間に橋設した抵抗エレメントであり、抵抗ペ−スト（例えば、酸化ルテニウムのペ−スト）を印刷・焼き付けてなる厚膜抵抗、抵抗体を真空蒸着してなる薄膜抵抗を使用できる。６は膜抵抗５の保護膜であり、ガラスの焼付け膜を使用できる。抵抗エレメント５には、チップ抵抗の使用も可能である。７は絶縁基板１の片面周囲に前記温度ヒュ−ズエレメント２と抵抗エレメント５を囲んで付設した外壁枠であり、通常絶縁基板１と同材質のセラミックス成型品や樹脂成型品が用いられ、絶縁基板１にこの外壁枠７を接着剤、例えば、エポキシ樹脂で固着してある。１０は外壁枠７内に充填した絶縁封止材であり、通常フィラ−（シリカや炭酸カルシウム）配合のエポキシ樹脂組成物が使用される。
８０〜８２は上記の共通電極３０〜個別電極３２に対応して設けた実装用電極であり、絶縁基板１と外壁枠７とにまたがり設けてあり、共通電極３０〜個別電極３２に導通接続されている。これらの電極は絶縁基板や外壁枠に予め導電ペ−ストの塗布・焼付けにより形成しておくこともできる。
【０００８】
図１の温度ヒュ−ズ・抵抗体は本発明により次ぎのようにして製作することもできる。
すなわち、未焼成セラミックスの絶縁基板材（セラミックス粉末とフチラ−ルやアクリル系樹脂等のバンンダ−との混合物をシ−ト状に成形したもの）に各電極（共通電極、個別電極及び実装用電極の一部）のパタ−ンを導電ペ−ストで塗布形成し、更に抵抗エレメントのパタ−ンを抵抗ペ−ストで塗布形成し、また未焼成セラミックスの外壁枠材に実装用電極の一部のパタ−ンを導電ぺ−ストで塗布形成したうえで、同上基板材の片面外周に外壁枠材を配置し、未焼成セラミックス絶縁基板材と未焼成セラミックス外壁枠材、導電ペ−スト及び抵抗ペ−ストを焼成すると共に絶縁基板材と外壁枠材とを一体化し、次いで、焼成膜抵抗に保護ガラス膜を被覆し、而るのち、温度ヒュ−ズエレメントとしての低融点可溶合金片を電極間に取付け、フラックスを塗布し、更に外壁枠内に絶縁封止材を充填することにより図１の温度ヒュ−ズ・抵抗体を製作することができる。
【０００９】
図２は上記した温度ヒュ−ズ・抵抗体の使用例を示している。
図２において、Ａは本発明に係る温度ヒュ−ズ・抵抗体を、２は温度ヒュ−ズエレメントを、５は抵抗エレメントを、８０〜８２は実装用電極をそれぞれ示し、回路（リチウムイオン二次電池）ｚと電源ｓとの間に上記温度ヒュ−ズ・抵抗体Ａと過電圧検出通電回路Ｆ（トランジスタ−Ｔｒのベ−ス側にツエナダイオ−ドＤを接続）とを挿入し、回路ｚにツエナダイオ−ドＤの降伏電圧以上の逆電圧が作用すると、ベ−ス電流が流れ、このベ−ス電流に応じてコレクタ電流が流れて抵抗エレメント５が通電発熱し、この発生熱が主に共通電極８０を熱伝導路として温度ヒュ−ズエレメント２に伝達されて温度ヒュ−ズエレメントとしての低融点可溶合金片が溶断され回路ｚが電源ｓから遮断される。
【００１０】
この場合、低融点可溶合金片に塗布されたフラックスが低融点可溶合金片の加熱により溶融・熱膨張されて内圧が発生し、低融点可溶合金片の溶融合金がこの溶融フラックスとの混成下、加圧流体として挙動する。而して、この加圧流体が絶縁基板と絶縁封止素材層との界面を経て外部に流出しようとするが、この流体が外壁枠の垂直面に当り、外壁枠がその流出に対して高流体抵抗として作用するから、その外部流出を効果的に防止できる。
【００１１】
すなわち、外壁枠での流出抵抗をＲ、絶縁基板と絶縁封止材層との界面での流出抵抗をｒとすれば、総流出抵抗が（Ｒ＋ｒ）となり充分に高くできるから、上記溶融合金と溶融フラックスとの混成高圧流体の流出をよく防止できるのである。
本発明に係る基板型の温度ヒュ−ズ・抵抗体においては、外壁枠を温度ヒュ−ズエレメントのみならず抵抗エレメントに対しても外側に設けているので、絶縁基板と絶縁封止材層との界面を広くでき、上記ｒを充分に高くできるので、かかる点からも上記混成高圧流体の流出防止を効果的に行い得る。例えば、上記外壁枠に代え、後述の比較例のように、低融点可溶合金片に対してのみ開口し、抵抗エレメントは覆うようにしたスペ−サ板を用い、そのスペ−サ板を絶縁基板に当接しそのスペ−サ板の開口に絶縁封止材を充填した場合、絶縁封止材層と絶縁基板との界面の面積が狭くなるので、上記ｒが低くなり、混成高圧流体の流出防止を満足に行い難い。
【００１２】
本発明により製作される温度ヒュ−ズ・抵抗体おいて、電極や温度ヒュ−ズエレメントや抵抗エレメントの個数や配置は、使用形態に応じて設定される。
図３は本発明により製作される温度ヒュ−ズ・抵抗体の別例の要部を示し、絶縁封止材層や実装用電極の図示は省略してある。
【００１３】
図３において、１は耐熱性の絶縁基板、３１〜３４は絶縁基板１の片面上に印刷形成した電極であり、第１電極３１と第３電極３３と第４電極３４とを並行に配設し、第２電極３２は第１電極３１の先端部と第３電極３３の先端部との間に配設してある。５は第１電極３１の先端部と第２電極３２の先端部との間に橋設した膜抵抗である。６は膜抵抗５の保護膜（ガラス焼付け膜）である。２ａは第２電極３２の先端部と第３電極３３の先端部との間に橋設した低融点可溶合金片、２ｂは第３電極３３の先端部と第４電極３４の先端部との間に橋設した低融点可溶合金片であり、低融点可溶合金片２ｂの融点を２ａよりも低くすることにより２ｂが２ａに先行して溶断するようにしてある。４は低融点可溶合金片２ａ及び２ｂ上に塗布したフラックスである。７は外壁枠、１０は絶縁封止材である。
【００１４】
図４は上記別実施例の温度ヒュ−ズ・抵抗体の使用状態を示し、回路（リチウムイオン二次電池）ｚと電源（充電器）ｓとの間に当該温度ヒュ−ズ・抵抗体Ａと過電圧検出通電用回路Ｆを組み込み、トランジスタＴｒのコレクタを同温度ヒュ−ズ・抵抗体Ａの第１電極３１に接続し、ツエナダイオ−ドＤの高電圧側電極及び同温度ヒュ−ズ・抵抗体Ａの第４電極３４を回路ｚの高電圧側端子に接続し、同温度ヒュ−ズ・抵抗体Ａの第３電極３３を電源ｓの高電圧側端子に接続し、トランジスタＴｒのエミッタを接地してある。
【００１５】
而して、回路ｚにツエナダイオ−ドＤの降伏電圧以上の過電圧が作用すると、トランジスタＴｒにベ−ス電流が流れ、これに伴い大なるコレクタ電流が流れて膜抵抗５が発熱され、この発生熱が第２電極３２を介し低融点可溶合金片２ａ及び２ｂに伝達されて両低融点可溶合金片２ａ及び２ｂが既溶融のフラックスの活性作用を受けつつ溶断され、回路ｚが電源ｓから遮断されると共に膜抵抗５が電源から遮断される。従って、低融点可溶合金片２ｂが溶断されたのち、回路ｚの過電圧状態が残留電荷のために維持されてトランジスタＴｒが導通状態にあっても、低融点可溶合金片２ａの溶断による膜抵抗５の電源ｓからの遮断のために、膜抵抗５の発熱続行を排除できる。
【００１６】
本発明に係る温度ヒュ−ズ・抵抗体の上記の例は、実装用電極を実装面に直接はんだ付けするチップタイプであるが、例えば、図５に示すようにリ−ド線９０〜９２を実装用電極に導通させるように取付けてリ−ド線タイプとすることもできる。
【００１７】
【実施例】
〔実施例〕
図１において、絶縁基板に厚さ０．５ｍｍ、長さ(温度ヒュ−ズエレメントの長手方向の長さ)６ｍｍ、巾７ｍｍのセラミックス板を使用し、温度ヒュ−ズエレメントに融点１１０℃の低融点可溶合金片を、抵抗エレメントに抵抗値１００Ωをそれぞれ使用し、フラックスにロジンを使用し、抵抗エレメントの保護膜にガラス焼付け膜を使用し、外壁枠に巾１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのセラミックス枠を使用し、このセラミックス枠を絶縁基板片面の外周にエポキシ接着剤で接着し、封止材にエポキシ樹脂を使用した。
〔比較例〕
外郭が絶縁基板の外郭に一致し低融点可溶合金片に対し巾２ｍｍ、長さ４ｍｍの方形孔を開口した厚さ０．５ｍｍのセラミックスペ−サ板を外壁枠に代え使用し、膜抵抗を覆い低融点可溶合金片は現出させるようにこのセラミックスペ−サ板を絶縁基板にエポキシ接着剤で接着し、セラミックスペ−サ板の開口の封止に実施例でのエポキシ樹脂を使用し、他は、実施例に同じとした。
【００１８】
これらの実施例品及び比較例品のそれぞれ試料数５０箇について、膜抵抗を通電発熱させ、その発生熱で低融点可溶合金片を溶断させる試験を行ったところ、実施例品では、溶融流体（溶融した低融点可溶合金と溶融フラツクスとの混成物）の外部への流出は皆無であったが、比較例では５０箇中の５箇から流出が観られた。
【００１９】
【発明の効果】
本発明に係る基板タイプの温度ヒュ−ズ・抵抗体の製作方法においては、小型性を保持させたままで、作動時での基板と絶縁封止材層との界面を経ての溶融物の流出を効果的に防止でき、その流出物の回路への付着凝固による短絡事故等を排除できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製作される温度ヒュ−ズ・抵抗体の一例を示す図面である。
【図２】図１に示す温度ヒュ−ズ・抵抗体の使用形態を示す図面である。
【図３】本発明により製作される温度ヒュ−ズ・抵抗体の別例を示す図面である。
【図４】図３に示す温度ヒュ−ズ・抵抗体の使用形態を示す図面である。
【図５】本発明より製作される温度ヒュ−ズ・抵抗体の上記とは異なる別例を示す図面である。
【符号の説明】
１絶縁基板
２温度ヒュ−ズエレメント
２ａ温度ヒュ−ズエレメント
２ｂ温度ヒュ−ズエレメント
５抵抗エレメント
７外壁枠
１０絶縁封止材

Claims

絶縁基板の片面に温度ヒュ−ズエレメントと抵抗エレメントとが併設され、その絶縁基板片面の周囲に前記絶縁基板と同材質の成形外壁枠が付設され、該外壁枠の内側に絶縁封止材が充填され、前記温度ヒュ−ズエレメントに対する電極及び前記抵抗エレメントに対する電極が絶縁基板片面上への導電ペーストの印刷・焼付けにより形成されており、これらの各電極に導通される実装用電極が前記外壁枠及び絶縁基板の外面に設けられ、前記各電極と実装用電極との導通が外壁枠下面を通る各電極の端と実装用電極との接続により行われている温度ヒュ−ズ・抵抗体を製作する方法であり、未焼成セラミックスの絶縁基板材に抵抗エレメントのパタ−ンで抵抗ペ−ストを塗布し、同上基板材の片面外周に未焼成セラミックスの外壁枠材を配置し、未焼成セラミックス絶縁基板材と未焼成セラミックス外壁枠材及び抵抗ペ−ストを焼成して絶縁基板材と外壁枠材とを一体化し、而るのち、温度ヒュ−ズエレメントとしての低融点可溶合金片を取付け、更に外壁枠内に絶縁封止材を充填することを特徴とする温度ヒュ−ズ・抵抗体の製作方法。