JP4219502B2 - 抵抗体付きヒュ−ズ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子・電気機器のプロテクタ−として使用される抵抗体付きヒュ−ズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器用プロテクタ−として、絶縁基板上にヒュ−ズエレメントと膜抵抗とを設けた抵抗体付きヒュ−ズと異常センサ−とを組合せ、機器の異常を異常センサで検出して膜抵抗を通電発熱させ、この発生熱でヒュ−ズエレメントを溶断させて機器を電源から遮断させるものが公知である。
図８は前記抵抗体付きヒュ−ズの一例を示し、絶縁基板１’上にヒュ−ズ電極２’，２’とヒ−タ電極５’，５’とを形成し、ヒュ−ズ電極２’，２’間にヒュ−ズエレメント３’を接続し、ヒュ−ズエレメント３’上にフラックス４’を塗布し、ヒ−タ電極５’，５’間に膜抵抗６’を形成し、各電極にリ−ド線１０’を接続し、全体を樹脂モ−ルド（図示されていない）で封止してある。
従来の抵抗体付きヒュ−ズでは、ヒュ−ズ電極とヒ−タ電極とを同一の導電性ペ−ストによる印刷・焼成等で形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記電極に使用される導電性ペ−ストは、導電性金属粒子にガラスフリットや有機溶剤を混合した組成であり、導電性金属粒子にはＡｇ、Ａｕ等の単体金属やＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ等の合金が用いられている。
【０００４】
而るに、上記抵抗体付きヒュ−ズのヒュ−ズ電極及びヒ−タ電極をＡｇ、Ａｕ等の単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成すると、それらの単体金属が移行性であり膜抵抗への単体金属の移行のために膜抵抗の抵抗値が変動し易い。
これに対し、Ａｇ、Ａｕ等の単体金属を合金化すると、その単体金属の移行性を著しく低くでき（例えば、Ｐｄ３５％重量％のＡｇ−Ｐｄ合金の移行速度はＰｄ１０重量％のＡｇ−Ｐｄ合金の移行速度の１／１００）、上記ヒュ−ズ電極及びヒ−タ電極をＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ等の合金粒子の導電性ペ−ストで形成すれば、膜抵抗の前記抵抗値変動を防止できるが、合金粒子の導電性ペ−ストで形成したで形成した電極は単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成した電極に較べ抵抗値が相当に高く（例えば、Ａｇの場合の２〜４ｍΩ／□に対し、Ａｇ−Ｐｄの場合２０〜１００ｍΩ／□）、ヒュ−ズエレメントに低融点のはんだ線を使用すると、ヒュ−ズ電極の発熱でヒュ−ズエレメントが溶断され易く、定格電流を高く設定することが困難であり、例えば、高出力のリチウムイオン二次電池用プロテクタ−として満足に使用し難い。
【０００５】
本発明の目的は、抵抗体付きヒュ−ズにおける膜抵抗及びヒュ−ズエレメントの前記電極材に起因する特性変動や誤動作を排除して高定格の作動性に優れた抵抗体付きヒュ−ズを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズは、絶縁基板上にヒュ−ズエレメントと膜抵抗を有し、ヒュ−ズエレメントに対する電極をＡｇ、Ａｕ等の単体金属の導電性材料により形成し、膜抵抗に対する電極をＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔ等の合金の導電性材料により形成し、膜抵抗からヒュ−ズエレメントにわたる共通電極を有するものに対し、該共通電極の全体を単体金属の導電性材料で形成するか、または、該共通電極の全体を合金の導電性材料で形成するか、或いは該共通電極のヒュ−ズエレメント側部分を単体金属の導電性材料で形成し残部を合金の導電性材料で形成するものである。
【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は後述の本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズの実施例を説明するための参考図である。
図１において、１は耐熱性の絶縁基板であり、例えばセラミックス板、ガラスエポキシ板を使用できる。２，２はヒュ−ズ電極であり、単体金属粒子の導電性材料、例えばＡｇ、Ａｕの何れかの単体金属粒子の導電性ペ−ストを印刷し、焼成することにより形成してある。３はヒュ−ズ電極２，２間に接続したヒュ−ズエレメント（通常、Φ１０００μｍ以下の金属線、例えば、はんだ線が使用される）、４はヒュ−ズエレメント３上に塗布したフラックスである。５，５はヒ−タ電極であり、合金粒子の導電性材料、例えばＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔの何れかの合金粒体の導電性ペ−ストを印刷し、焼成することにより形成してある。６はヒ−タ電極５，５間に跨って形成した膜抵抗である。
【０００８】
前記の抵抗体付きヒュ−ズにおいては、図２に示すように一のヒュ−ズ電極２と一のヒ−タ電極５とを結線し（２，５）三端子構造として回路異常センサＳとＦＥＴとの組合せで電子・電気機器Ａの保護に使用される。
図２において、Ｂは電源を示し、ヒュ−ズエレメントｈが常時通電状態に置かれているが、ヒュ−ズ電極をＡｇ、Ａｕ等の単体金属の導電性材料により形成してあるから、ヒュ−ズ電極の抵抗値を低く抑え得、ヒュ−ズエレメントｈに低融点のはんだ線を使用し、または定格電流を高く設定しても、平常時でのヒュ−ズエレメントの溶断を防止できる。
図２において、回路Ａに異常が発生すると、例えば過電圧状態になると異常センサ−Ｓの作動によりＦＥＴが導通状態にされて膜抵抗ｈが通電発熱される。而るに、ヒ−タ電極をＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ等の合金の導電性材料で形成してあるから、移行性の単体金属Ａｇ、Ａｕ等の合金化による難移行性化のために膜抵抗値の低下を防止でき、更にＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔ等の合金の導電性材料による電極がＡｇ、Ａｕ等の単体金属の導電性材料による電極よりも低熱伝導性であるために、膜抵抗発生熱の漏洩もよく防止できる。
而して、これらのこととヒュ−ズエレメントに充分に低融点の金属線を使用できることとが相俟って、ヒュ−ズエレメントの迅速な溶断を保証できる。
【０００９】
図３は本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズの一実施例を示し、前記の図１に対しヒ−タ電極５のうち膜抵抗側部分５ａを合金の導電性材料、例えばＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔの何れかの合金粒子の導電性ペ−ストにより形成し、同膜抵抗５の残部５ｂを単体金属の導電性材料、例えばＡｇ、Ａｕの何れかの単体金属粒子の導電性ペ−ストにより形成してあり、他の構成は図１に示したものと実質的に同じである。
【００１０】
上記図３に示す実施例では、一のヒュ−ズ電極と一のヒ−タ電極とを結線し三端子構造として使用されるが、図４に示すように、一のヒュ−ズ電極と一のヒ−タ電極とを結合した共通電極５２を設けた構成とすることもできる。
この場合、共通電極５２のヒ−タ側部分５０をＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔの何れかの合金粒子の導電性ペ−ストで形成し、同共通電極５２の残部（ヒュ−ズ側部分）２０をＡｇ、Ａｕの何れかの単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成することが望ましいが、共通電極全体５２を単体金属粒子の導電性ペ−ストまたは合金粒子の導電性ペ−ストで形成しても（何れの場合も、ヒュ−ズ電極２は単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成し、ヒ−タ電極５は合金粒子の導電性ペ−ストで形成するか、ヒ−タ電極５のうち膜抵抗側部分を合金粒子の導電性ペ−ストにより形成し、同膜抵抗５の残部を単体金属粒子の導電性ペ−ストにより形成する）、全ての電極２、５、５２を合金粒子の導電性ペ−ストで形成した場合よりも高い定格電流下での平常時のヒュ−ズエレメントの溶断防止、或いは全ての電極２、５、５２を単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成した場合よりもＡｇ、Ａｕ等の単体金属の移行性軽減にによる膜抵抗値変動の緩和を充分に達成できる。
【００１１】
本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズは、図５に示すように、ヒュ−ズ電極２，２間に共通電極５２を設けてヒュ−ズ部を２ヵ所３ａ，３ｂにし、この共通電極５２とヒ−タ電極５との間に跨り膜抵抗６を形成した構成とし、図６に示すように過電圧センサ−ＳとＦＥＴとの組合せでリチウムイオン二次電池Ａの過充電保護に使用できる。
この実施例においても、共通電極５２のヒ−タ側部分５０をＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔの何れかの合金粒子の導電性ペ−ストで形成し、同共通電極５２の残部（ヒュ−ズ側部分）２０をＡｇ、Ａｕの何れかの単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成することが望ましいが、共通電極全体５２を単体金属粒子の導電性ペ−ストまたは合金粒子の導電性ペ−ストで形成する（何れの場合も、ヒュ−ズ電極２，２は単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成し、ヒ−タ電極５は合金粒子の導電性ペ−ストで形成するか、またはヒ−タ電極５のうち膜抵抗側部分を合金粒子の導電性ペ−ストにより形成し、同膜抵抗５の残部を単体金属粒子の導電性ペ−ストにより形成する）こともできる。
【００１２】
図６において、Ａは二次電池を、Ｂは充電器を、Ｈは本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズを、ｒは膜抵抗を、ｈａ，ｈｂはヒュ-ズ部を、Ｓは過電圧センサ−（ＩＣ）を、ＦＥＴは電界効果型トランジスタ−をそれぞれ示し、二次電池Ａが過充電状態になってその端子電圧が急上昇すると、過電圧センサ−Ｓが作動しその出力でＦＥＴが導通され、膜抵抗ｒが通電発熱されてヒュ−ズｈａ，ｈｂが溶断され、二次電池Ａの端子間が開放されると共に膜抵抗ｒが二次電池Ａ及び充電器Ｂから遮断されて膜抵抗ｒの通電発熱が停止される。
【００１３】
上記図３、図４及び図６に示す実施例では、ヒューズ電極２を単体金属の導電性材料で形成しているが、例えば図７に示すように、ヒューズ電極２のうちヒューズエレメント側部分２３を単体金属の導電性材料、例えばＡｇ、Ａｕの何れかの単体金属粒子の導電性ペ−ストで形成し、ヒューズエレメント３から離れた遠方部分２１０を合金の導電性材料、例えばＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔの何れかの合金粒子の導電性ペ−ストで形成することも可能である。
【００１４】
本発明において、単体金属の導電性材料としては、Ａｇ、Ａｕ等の単体金属粒子にガラスフリット及び有機溶剤（エチルセルロ−ス、ニトロセルロ−ス、ポリビニルブチラ−ル）を混合した組成の焼成型導電性ペ−ストを印刷し、焼成したもの、Ａｇ、Ａｕ等の単体金属粒子に硬化型樹脂（エポキシ樹脂、フェノ−ル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等）及び有機溶剤を混合した組成のポリマ−型導電性ペ−ストを印刷し、硬化させたものを使用できる。
【００１５】
また、合金の導電性材料としては、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔ等の合金粒子にガラスフリット及び有機溶剤（エチルセルロ−ス、ニトロセルロ−ス、ポリビニルブチラ−ル）を混合した組成の焼成型導電性ペ−ストをを印刷し、焼成したもの、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔ等の合金粒子に硬化型樹脂（エポキシ樹脂、フェノ−ル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等）及び有機溶剤を混合した組成のポリマ−型導電性ペ−ストを印刷し、硬化させたものを使用できる。
【００１６】
上記において、合金には使用する単体金属の合金を使用することが好ましいが、例えば、Ａｇに対してＡｕ−Ｐｄ，Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕに対してＡｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ等の異種系で使用することも可能である。
【００１７】
また、Ｃｕ粒子の導電性ペ−ストで形成した電極はＡｇ、Ａｕ粒子で形成した電極と同程度の低い抵抗値を呈するが（３〜５ｍΩ／□）、移行速度がかなり高いので、単体金属粒子の導電性ペ−ストとしてＣｕ単体粒子の導電性ペ−ストを、合金粒子の導電性ペ−ストとしてＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔ等の合金粒子の導電性ペ−ストを使用することも可能である。
【００１８】
上記実施例では、電極を導電性ペ−ストの印刷・焼き付け等により形成しているが、スパッタリング、溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ、電気めっき、無電解めっき、あるいは箔状導電材料の張付け等で形成することも可能である。
また、絶縁基板としては、上記セラミックス板、ガラスエポキシ板以外に、ガラス板、ステンレス等の絶縁処理金属板、ほうろう板、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチックフィルム等を使用することも可能である。
【００１９】
なお、上記何れの実施例もリ−ド線方式としているが（図３、図４、図５及び図７において、１０はリ−ド線を示す）、電極のリ−ド線を省略してその電極を絶縁基板の側面または裏面にまで廻し、チップタイプとすることも可能である。この場合、はんだ付け性の向上のために電極表面に易はんだ付け性金属をめっきすることも可能である。
【００２０】
また、上記何れの実施例も絶縁基板上の二次元スペ−スのみを使用しているか、絶縁層を介し多層化して三次元構成とすることも可能である。また、絶縁板の表裏を使用することも可能である。
更に、上記何れの実施例も、封止部材の図示が省略されているが、ケ−スや樹脂モ−ルドやプラスチックフィルムのヒ−トシ−ル若しくは接着剤シ−ル等により封止して使用される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズにおいては、ヒュ−ズ電極の抵抗値をヒ−タ電極の抵抗値よりも相当に低くしているから、ヒュ−ズエレメントに低融点のはんだ線を用いたり、定格電流値を高く設定しても、ヒュ−ズ電極の発熱によるヒュ−ズエレメント溶断の誤動作を防止できる。また、ヒ−タ電極のヒータ近傍部分をヒュ−ズ電極よりも移行速度の低い合金粒子の導電性材料で形成しているから、膜抵抗の抵抗値低下を防止できると共にそのヒ−タ電極の低熱伝導性のために膜抵抗の発生熱の漏洩を抑制できる。
従って、定格電流を高くしてもヒュ−ズエレメントの溶断誤動作を防止し、かつヒュ−ズエレメントの迅速な溶断を保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズの実施例を示すための参考図である。
【図２】 図１の抵抗体付きヒュ−ズの使用状態を示す等価回路である。
【図３】 本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズの一実施例を示す図面である。
【図４】 本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図５】 本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図６】 図６の抵抗体付きヒュ−ズの使用状態を示す等価回路である。
【図７】 本発明に係る抵抗体付きヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図８】 従来の抵抗体付きヒュ−ズを示す図面である。
【符号の説明】
１ 絶縁基板
２ ヒュ−ズ電極
３ ヒュ−ズエレメント
５ ヒ−タ電極
５２ 共通電極
２０ 共通電極のヒュ−ズ側部分
５０ 共通電極のヒ−タ側部分

Claims (9)

1. 絶縁基板上にヒュ−ズエレメントと膜抵抗を有し、膜抵抗からヒュ−ズエレメントにわたる共通電極のヒュ−ズエレメント側部分が単体金属の導電性材料で形成され、同共通電極の残部が合金の導電性材料で形成され、ヒュ−ズエレメントのみに対する電極が単体金属の導電性材料により形成され、膜抵抗のみに対する電極が合金の導電性材料により形成されていることを特徴とする抵抗体付きヒュ−ズ。
2. ヒュ−ズエレメントのみに対する電極のうちヒュ−ズエレメントから離れた遠方部分が合金の導電性材料で形成されている請求項１記載の抵抗体付きヒュ−ズ。
3. 単体金属がＡｇ、Ａｕの何れかであり、合金がＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔの何れかである請求項１〜２何れか記載の抵抗体付きヒュ−ズ。
4. 絶縁基板上にヒュ−ズエレメントと膜抵抗を有し、ヒュ−ズエレメントに対する電極が単体金属の導電性材料により形成され、膜抵抗に対する電極のうち膜抵抗側部分が合金の導電性材料により形成され、同電極の残部が単体金属の導電性材料により形成されていることを特徴とする抵抗体付きヒュ−ズ。
5. 膜抵抗からヒュ−ズエレメントにわたる共通電極を有し、該共通電極のヒュ−ズエレメント側部分が単体金属の導電性材料で形成され、同共通電極の残部が合金の導電性材料で形成されている請求項４記載の抵抗体付きヒュ−ズ。
6. 膜抵抗からヒュ−ズエレメントにわたる共通電極を有し、該共通電極の全体が単体金属の導電性材料で形成されている請求項４記載の抵抗体付きヒュ−ズ。
7. 膜抵抗からヒュ−ズエレメントにわたる共通電極を有し、該共通電極の全体が合金の導電性材料で形成されている請求項４記載の抵抗体付きヒュ−ズ。
8. ヒュ−ズエレメントに対する電極のうちヒュ−ズエレメントから離れた遠方部分が合金の導電性材料で形成されている請求項４〜７何れか記載の抵抗体付きヒュ−ズ。
9. 単体金属がＡｇ、Ａｕの何れかであり、合金がＡｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ−Ｐｔの何れかである請求項４〜８何れか記載の抵抗体付きヒュ−ズ。

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