JP5549427B2 - 温度ヒューズ、温度ヒューズ取付方法および保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度ヒューズ、温度ヒューズ取付方法および保護装置に関し、より詳しくは、各種電子機器が備える電池ユニットに用いられる温度ヒューズ、該温度ヒューズの取付方法および該温度ヒューズを用いた保護装置に関する。

近年、携帯電話やノートパソコン等の携帯電子機器では、リチウムイオン二次電池等の充電可能な電池が用いられており、この電池電源を用いて携帯電子機器を操作するための電池ユニットが各種携帯電子機器に備えられている。

このような電池ユニットは、例えば、電池と、電池から携帯電子機器の電子回路に電源を供給したり、充電器等から電池に充電を行うスイッチング装置とを有している。

このようなスイッチング装置としては、機器を操作する際に電池から携帯電子機器の電子回路に電源を供給するとともに、電池を充電する際に充電器等から電池に充電を行うためのＦＥＴ等のスイッチング素子と、それに加え、万が一、電子回路に短絡等が生じて、スイッチング素子に過電流が流れて異常発熱した場合に、異常発熱を検出して電池からの電源供給を遮断する温度ヒューズとが基板（配線基板）に設けられたものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。このような構成のスイッチング装置は、温度ヒューズが設けられることにより、携帯電子機器の電子回路に短絡等が生じた際に機器や電池の損傷等を未然に防ぐための保護装置として機能する。

このような保護装置（スイッチング装置）を製作する際には、まず、配線基板に設けられたランドにスイッチング素子の端子をはんだ付けして、配線基板にスイッチング素子を実装する。

そして、配線基板に実装されたスイッチング素子の近傍にスイッチング素子と接触するように熱伝導性樹脂を塗布する。

その後、温度ヒューズのヒューズ本体の両端から延出した一対の略Ｌ字状のリードの先端がランド上に位置するように、温度ヒューズのヒューズ本体を熱伝導性樹脂に埋め込んで配線基板上に配置し、リードの先端を作業者がはんだごてを使用しランドにはんだ付けすることにより保護装置が完成する。

しかしながら、上記の保護装置の製作工程において、温度ヒューズが何ら位置決めされておらず不安定な状態にあることから、温度ヒューズのリードの先端を作業者がはんだごてを使用しランドにはんだ付けする際に、リードに無理な応力がかかってしまうと、温度ヒューズの取り付け位置がズレたり、ヒューズ本体とリードの接続部分が破損したりしてしまうことがある。そのため、配線基板に温度ヒューズを取り付ける際にリードへの機械的ストレスがかかることが防止され、正確に位置決めされた状態で配線基板に取り付けることが可能な温度ヒューズが望まれる。

特開平１１−３３０６６５号公報

本発明は、上記従来の問題点を鑑みたものであり、その目的は、配線基板に温度ヒューズを取り付ける際にリードへの機械的ストレスがかかることが防止され、正確に位置決めされた状態で配線基板に取り付けることが可能な温度ヒューズを提供すること、また、該温度ヒューズを用いた温度ヒューズ取付方法を提供すること、さらには、該温度ヒューズを用いた保護装置を提供することにある。

このような目的は以下の（１）〜（７）の本発明により達成される。
（１） 発熱体および複数のランドが設けられた基板の該発熱体近傍に配置され、可溶金属が内蔵された略筒状のヒューズ本体と、
該ヒューズ本体の両端からそれぞれ延出し、前記可溶金属と電気的に接続する一対の略Ｌ字状のリードとを有する温度ヒューズであって、
各前記リードは、前記ヒューズ本体から直線状に伸びた第１部分と、前記基板に設けられた前記複数のランドの一部に接続される前記第１部分から略直角に伸びた第２部分とを有し、
前記第１部分は、前記ヒューズ本体側に、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記基板から空隙を置いて位置する延出部と、前記第２部分側に、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記基板と接触する基板接触部と、前記延出部と前記基板接触部との間に、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記延出部から前記基板接触部に向かって前記基板側に傾斜する段差とを有し、
前記第２部分は、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記基板と接触し、
前記一対のリードは、各前記リードの前記第１部分の前記段差および前記基板接触部と前記第２部分とから構成され、前記温度ヒューズを前記基板に取り付ける際に前記一対のリードにかかる応力を緩和する応力緩和部を有することを特徴とする温度ヒューズ。

（２） 前記基板の前記温度ヒューズが配置された側の面には、少なくとも１つの回路素子が設けられており、
前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で、前記延出部から前記基板までの距離が、前記少なくとも１つの回路素子の高さよりも大きくなるように構成されている上記（１）に記載の温度ヒューズ。

（３） 上記（１）に記載の前記温度ヒューズを前記基板に取り付ける方法であって、
前記発熱体および前記複数のランドが設けられた前記基板を準備する工程と、
前記基板上の前記発熱体近傍に、前記発熱体と接触するように熱伝導性樹脂を塗布する工程と、
前記温度ヒューズの各前記リードの第２部分の先端が前記ランド上に位置するように、前記温度ヒューズの前記ヒューズ本体を前記基板上の前記発熱体近傍に塗布された前記熱伝導性樹脂の一部に埋め込んで、前記ヒューズ本体を前記基板の前記発熱体近傍に配置する工程と、
各前記リードの第２部分の先端を、前記ランドにはんだ付けする工程とを有し、
各前記リードの第２部分の先端を、前記ランドにはんだ付けする工程において、前記温度ヒューズの前記応力緩和部が前記一対のリードにかかる応力を緩和することを特徴とする温度ヒューズ取付方法。

（４） 前記ヒューズ本体を前記基板の前記発熱体近傍に配置する際に、各前記リードの第１部分と第２部分との角部分を内側および外側から保持可能な治具を用いる上記（３）に記載の温度ヒューズ取付方法。

（５） 各前記リードの第２部分の先端を前記ランドにはんだ付けする工程は、前記はんだの熱を前記第２部分から放熱可能な治具を用いて行う上記（３）または（４）に記載の温度ヒューズ取付方法。

（６） 複数のランドが設けられた基板と、
該基板の前記複数のランドが設けられた側の面に設けられた発熱体と、
前記基板上の前記発熱体近傍に、該発熱体と接触するように塗布された熱伝導性樹脂と、
前記基板の該発熱体近傍に塗布された熱伝導性樹脂に埋め込まれることにより前記発熱体近傍に配置され、可溶金属が内蔵された略筒状のヒューズ本体と、該ヒューズ本体の両端からそれぞれ延出し、前記可溶金属と電気的に接続する一対の略Ｌ字状のリードとを有する温度ヒューズとを有し、
前記温度ヒューズの各前記リードは、前記ヒューズ本体から直線状に伸びた第１部分と、前記基板に設けられた前記複数のランドの一部に接続される前記第１部分から略直角に伸びた第２部分とを有し、
前記第１部分は、前記ヒューズ本体側に、前記基板から空隙を置いて位置する延出部と、前記第２部分側に、前記基板と接触する基板接触部と、前記延出部と前記基板接触部との間に、前記延出部から前記基板接触部に向かって前記基板側に傾斜する段差とを有し、
前記第２部分は、前記基板と接触し、
前記一対のリードは、各前記リードの前記第１部分の前記段差および前記基板接触部と前記第２部分とから構成され、前記温度ヒューズを前記基板に取り付ける際に前記一対のリードにかかる応力を緩和する応力緩和部を有することを特徴とする保護装置。

（７） 前記基板の前記温度ヒューズが配置された側の面には、少なくとも１つの回路素子が設けられており、
前記延出部から前記基板までの距離が、前記少なくとも１つの回路素子の高さよりも大きくなるように構成されている上記（６）に記載の保護装置。

本発明によれば、基板（配線基板）に温度ヒューズを取り付ける際にリードへの機械的ストレスがかかることが防止され、温度ヒューズを正確に位置決めされた状態で配線基板に取り付けることができる。また、温度ヒューズのリードへの機械的ストレスを確実に防止することができるため、温度ヒューズを用いた保護装置の生産性を優れたものとすることができる。

本発明の温度ヒューズの好適な実施形態の上面図である。 図１に示す温度ヒューズをＡ方向から見た際の側面図である。 図１に示す温度ヒューズを用いた本発明の保護装置の好適な実施形態の上面図である。 図３に示す保護装置をＢ方向から見た際の側面図である。

以下、本発明の温度ヒューズ、温度ヒューズ取付方法、および保護装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。

まず、本発明の温度ヒューズおよび該温度ヒューズを用いた本発明の保護装置について説明する。

図１は、本発明の温度ヒューズの好適な実施形態の上面図、図２は、図１に示す温度ヒューズをＡ方向から見た際の側面図、図３は、図１に示す温度ヒューズを用いた保護装置の好適な実施形態の上面図、図４は、図３に示す保護装置をＢ方向から見た際の側面図である。

なお、以下の説明では、図２および図４の上側を「上側」と言い、図２および図４の下側を「下側」と言う。

図３、図４に示す保護装置１００は、図示しない複数のランドやコンデンサや抵抗等の素子が上面に設けられた基板１０上に、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成される発熱体２０と、温度ヒューズ１とが設けられた構成を有している。

基板１０は、例えば、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラス入りエポキシ樹脂基板等の配線基板であり、上下面には、銅等によって図示しない複数の配線パターンが形成されている。この配線パターンは、基板１０の上面に形成された複数のランドと電気的に接続されている。

発熱体２０は、ＦＥＴ等のスイッチング素子である。発熱体２０の端子２１は、基板１０の上面に設けられたランドにはんだ付けによって実装されており、発熱体２０は、配線パターンを介して電池（図示せず）および機器（各種携帯電子機器）の電子回路（図示せず）に接続している。

温度ヒューズ１は、略筒状のヒューズ本体２と、ヒューズ本体２の両端からそれぞれ延出した一対の略Ｌ字状のリード３、３とを有している。

ヒューズ本体２は、発熱体２０近傍に配置されており、略筒状のセラミック等の筒内に、図示しない可溶金属が内蔵された構成を有している。この筒内に内蔵された可溶金属は、その両端側で各リード３と電気的に接続している。また、このような可溶金属の構成材料としては、所望の溶断（溶融）温度範囲に合わせて適宜選択されるが、例えば、Ｓｎ−Ｉｎ−Ａｇ系合金等の低融点金属が用いられる。

なお、保護装置１００では、後述するように、発熱体２０を基板１０に実装した後に、発熱体２０近傍に発熱体２０と接触するように熱伝導性樹脂４が塗布されており、ヒューズ本体２は、熱伝導性樹脂４の一部４１に埋め込まれて基板１０に配置されている。すなわち、ヒューズ本体２も、発熱体２０と同様に熱伝導性樹脂４と接触している。これにより、保護装置１００では、万が一、機器の電子回路に短絡等が生じ、発熱体２０に過電流が流れて発熱体２０が異常発熱した際に、発熱体２０の熱が熱伝導性樹脂４を介してヒューズ本体２に伝わることによって、ヒューズ本体２の筒内の可溶金属が溶断し、電池からの発熱体２０や機器の電子回路への電源供給が遮断される。これにより、保護装置１００は、携帯電子機器の電子回路に短絡等が生じた際に機器や電池の損傷等を未然に防ぐ機能を有する。

また、各リード３は、図１、図３に示すように、ヒューズ本体２から直線状に伸びた第１部分３１と、第１部分３１から略直角に伸びた第２部分３２とを有しており、第２部分３２の先端３２１が基板１０に設けられた複数のランドの一部にはんだ付けによって接続されている。

各リード３の第１部分３１は、図２、図４に示すように、ヒューズ本体２の両端からそれぞれ延出し、温度ヒューズ１が基板１０に取り付けられた状態で基板１０から空隙を置いて位置する延出部３１１と、第２部分３２の基端に接続され、温度ヒューズ１が基板１０に取り付けられた状態で基板１０と接触する基板接触部３１２とを有しており、延出部３１１と基板接触部３１２との間に、温度ヒューズ１が基板１０に取り付けられた状態で演出部３１１から基板接触部３１２に向かって、基板１０側（図２、４中、下側）に傾斜する段差３１３が形成されている。すなわち、各リード３の第１部分３１は、ヒューズ本体２側に設けられた延出部３１１と、第２部分３２側に設けられた基板接触部３１２と、延出部３１１と基板接触部３１２とを連結する段差３１３とを有している。

また、各リード３の第２部分３２は、温度ヒューズ１が基板１０に取り付けられた状態で、第１部分３１の基板接触部３１２の一方の端部から基板１０と平行に伸びており、第１部分３１の基板接触部３１２と同様に基板１０と接触している。

各リード３を上記のような構成にすることにより、温度ヒューズ１を基板１０に取り付ける際に（各リード３の第２部分３２の先端を、ランドにはんだ付けする工程において、温度ヒューズ１の各リード３の先端を作業者がはんだごてを使用しランドにはんだ付けする際に）、各リード３にかかる応力が、第１部分３１の段差３１３および基板接触部３１２と第２部分３２とで緩和される。すなわち、第１部分３１の段差３１３および基板接触部３１２と第２部分３２とが、温度ヒューズ１を基板１０に取り付ける際にリード３にかかる応力を緩和する応力緩和部として機能する。このように、各リード３の第１部分３１の基板接触部３１２および第２部分３２全体が、基板１０と平行に、かつ接触しているため、基板１０に温度ヒューズ１を取り付ける際に、各リード３の第２部分３２の先端３２１を安定した状態でランド上に位置させることができる。その結果、各リード３に無理な応力がかかることなく第２部分３２の先端３２１をランドに容易にはんだ付けすることができる。

よって、本発明の温度ヒューズ１では、リードにかかる無理な応力により、温度ヒューズの取り付け位置がズレたり、ヒューズ本体とリードの接続部分が破損してしまうといった不具合を確実に防止することができる。その結果、温度ヒューズ１を正確に位置決めされた状態で基板１０に取り付けることができる。

さらに、温度ヒューズ１の各リード３は、第１部分３１の延出部３１１と基板接触部３１２との間に段差３１３を形成することにより、段差３１３を形成しないリードに比べてリードの全長を長くすることができる。

このように、各リード３の全長を長くすることにより、ランド上にはんだ付けされる第２部分３２の先端３２１からヒューズ本体２までの距離が長くなる。そのため、後述する各リード３の第２部分３２をランドにはんだ付けする工程において、はんだの熱がヒューズ本体２まで伝わりづらくなり、ヒューズ本体２の筒内の可溶金属が溶断するのを確実に防止することができる。

また、段差３１３により基板１０から各リード３の第１部分３１の延出部３１１までの高さをコンデンサや抵抗等の回路素子の高さよりも高くすることで、基板１０上に配置されたコンデンサや抵抗等の回路素子との干渉を確実に防止することができる。

なお、上述したような形状を有する各リード３の形成方法は特に限定されないが、各種金属をプレス加工および曲げ加工を駆使して容易に複雑な形状に形成することが可能なフォーミング加工を用いるのが好ましい。これにより、温度ヒューズのリードを、上述したようなリード３の形状に容易に加工することができる。

次に、上述した温度ヒューズ１を基板１０に取り付ける方法（本発明の温度ヒューズ取付方法）について説明する。

まず、発熱体２０および複数のランドが上側（図３中、紙面手前側）の面に設けられた（発熱体２０が実装された）基板１０を準備する。

次に、基板１０上の発熱体２０近傍に、発熱体２０と接触するように熱伝導性樹脂４を塗布する。この熱伝導性樹脂４としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等の接着剤を用いることができる。

次に、温度ヒューズ１の各リード３の第２部分３２の先端３２１が所定のランド上に位置するように、温度ヒューズ１のヒューズ本体２を基板１０上の発熱体２０近傍に塗布された熱伝導性樹脂の一部４１に埋め込んで、ヒューズ本体２を基板１０の発熱体２０近傍に配置する。その際、塗布された熱伝導性樹脂４が完全に硬化する前にヒューズ本体２を熱伝導性樹脂の一部４１に埋め込むようにする。

また、本工程において、各リード３の第１部分３１と第２部分３２との角部分を内側および外側から保持可能な治具を用いるのが好ましい。これにより、ヒューズ本体２を基板１０の発熱体２０近傍に配置する際に、温度ヒューズ１の位置ズレを確実に防止することができ、後述する各リード３のはんだ付けの際に、各リード３の第２部分３２の先端３２１をより正確な位置でランドにはんだ付けすることができる。また、このような治具を用いることにより、温度ヒューズ１の各リード３が、基板１０上に配置された発熱体２０以外のコンデンサや抵抗等の回路素子に干渉するのを確実に防止することができる。

次に、温度ヒューズ１の各リード３の第２部分３２の先端３２１を、作業者がはんだごてを使用し所定のランドにはんだ付けする。これにより、温度ヒューズ１を基板１０に取り付けることができる。

また、本工程は、はんだ付けを行う際のはんだの熱を各リード３の第２部分３２から放熱可能な治具を用いて行うのが好ましい。これにより、各リード３の第２部分３２をランドにはんだ付けする際に、はんだの熱によって、ヒューズ本体２の筒内の可溶金属が溶断するのを確実に防止することができる。特に、保護装置１００の設計上、各リード３の第１部分３１の長さを短くする必要がある場合でも、このような治具を用いることにより、ヒューズ本体２の筒内の可溶金属が溶断するのを確実に防止することができる。

１…温度ヒューズ ２…ヒューズ本体 ３…リード ３１…第１部分 ３１１…延出部 ３１２…基板接触部 ３１３…段差 ３２…第２部分 ３２１…先端 ４…熱伝導性樹脂 ４１…熱伝導性樹脂の一部 １０…基板（配線基板） ２０…発熱体 ２１…端子 １００…保護装置

Claims (7)

1. 発熱体および複数のランドが設けられた基板の該発熱体近傍に配置され、可溶金属が内蔵された略筒状のヒューズ本体と、
   該ヒューズ本体の両端からそれぞれ延出し、前記可溶金属と電気的に接続する一対の略Ｌ字状のリードとを有する温度ヒューズであって、
   各前記リードは、前記ヒューズ本体から直線状に伸びた第１部分と、前記基板に設けられた前記複数のランドの一部に接続される前記第１部分から略直角に伸びた第２部分とを有し、
   前記第１部分は、前記ヒューズ本体側に、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記基板から空隙を置いて位置する延出部と、前記第２部分側に、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記基板と接触する基板接触部と、前記延出部と前記基板接触部との間に、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記延出部から前記基板接触部に向かって前記基板側に傾斜する段差とを有し、
   前記第２部分は、前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で前記基板と接触し、
   前記一対のリードは、各前記リードの前記第１部分の前記段差および前記基板接触部と前記第２部分とから構成され、前記温度ヒューズを前記基板に取り付ける際に前記一対のリードにかかる応力を緩和する応力緩和部を有することを特徴とする温度ヒューズ。
2. 前記基板の前記温度ヒューズが配置された側の面には、少なくとも１つの回路素子が設けられており、
   前記温度ヒューズを前記基板に取り付けた状態で、前記延出部から前記基板までの距離が、前記少なくとも１つの回路素子の高さよりも大きくなるように構成されている請求項１に記載の温度ヒューズ。
3. 請求項１に記載の前記温度ヒューズを前記基板に取り付ける方法であって、
   前記発熱体および前記複数のランドが設けられた前記基板を準備する工程と、
   前記基板上の前記発熱体近傍に、前記発熱体と接触するように熱伝導性樹脂を塗布する工程と、
   前記温度ヒューズの各前記リードの第２部分の先端が前記ランド上に位置するように、前記温度ヒューズの前記ヒューズ本体を前記基板上の前記発熱体近傍に塗布された前記熱伝導性樹脂の一部に埋め込んで、前記ヒューズ本体を前記基板の前記発熱体近傍に配置する工程と、
   各前記リードの第２部分の先端を、前記ランドにはんだ付けする工程とを有し、
   各前記リードの第２部分の先端を、前記ランドにはんだ付けする工程において、前記温度ヒューズの前記応力緩和部が前記一対のリードにかかる応力を緩和することを特徴とする温度ヒューズ取付方法。
4. 前記ヒューズ本体を前記基板の前記発熱体近傍に配置する際に、各前記リードの第１部分と第２部分との角部分を内側および外側から保持可能な治具を用いる請求項３に記載の温度ヒューズ取付方法。
5. 各前記リードの第２部分の先端を前記ランドにはんだ付けする工程は、前記はんだの熱を前記第２部分から放熱可能な治具を用いて行う請求項３または４に記載の温度ヒューズ取付方法。
6. 複数のランドが設けられた基板と、
   該基板の前記複数のランドが設けられた側の面に設けられた発熱体と、
   前記基板上の前記発熱体近傍に、該発熱体と接触するように塗布された熱伝導性樹脂と、
   前記基板の該発熱体近傍に塗布された熱伝導性樹脂に埋め込まれることにより前記発熱体近傍に配置され、可溶金属が内蔵された略筒状のヒューズ本体と、該ヒューズ本体の両端からそれぞれ延出し、前記可溶金属と電気的に接続する一対の略Ｌ字状のリードとを有する温度ヒューズとを有し、
   前記温度ヒューズの各前記リードは、前記ヒューズ本体から直線状に伸びた第１部分と、前記基板に設けられた前記複数のランドの一部に接続される前記第１部分から略直角に伸びた第２部分とを有し、
   前記第１部分は、前記ヒューズ本体側に、前記基板から空隙を置いて位置する延出部と、前記第２部分側に、前記基板と接触する基板接触部と、前記延出部と前記基板接触部との間に、前記延出部から前記基板接触部に向かって前記基板側に傾斜する段差とを有し、
   前記第２部分は、前記基板と接触し、
   前記一対のリードは、各前記リードの前記第１部分の前記段差および前記基板接触部と前記第２部分とから構成され、前記温度ヒューズを前記基板に装着する際に前記一対のリードにかかる応力を緩和する応力緩和部を有することを特徴とする保護装置。
7. 前記基板の前記温度ヒューズが配置された側の面には、少なくとも１つの回路素子が設けられており、
   前記延出部から前記基板までの距離が、前記少なくとも１つの回路素子の高さよりも大きくなるように構成されている請求項６に記載の保護装置。

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