JP6324684B2 - Protective element - Google Patents

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Description

本発明は、過充電、過放電等の異常時に、電流経路を遮断する保護素子、及びこの保護素子が実装された保護回路基板に関する。   The present invention relates to a protective element that cuts off a current path when an abnormality such as overcharge or overdischarge occurs, and a protective circuit board on which the protective element is mounted.

充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。   Many secondary batteries that can be charged and used repeatedly are processed into battery packs and provided to users. Particularly in lithium ion secondary batteries with high weight energy density, in order to ensure the safety of users and electronic devices, in general, a battery pack incorporates a number of protection circuits such as overcharge protection and overdischarge protection, It has a function of shutting off the output of the battery pack in a predetermined case.

この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたFETスイッチを用いて出力のON/OFFを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でFETスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられている。   This type of protection element includes an overcharge protection or overdischarge protection operation of the battery pack by turning on / off the output using an FET switch built in the battery pack. However, when the FET switch is short-circuited for some reason, when a lightning surge or the like is applied and an instantaneous large current flows, the output voltage drops abnormally due to the life of the battery cell, or conversely an excessively abnormal voltage Even when a battery pack is output, battery packs and electronic devices must be protected from accidents such as fire. Therefore, in order to safely shut off the output of the battery cell in any possible abnormal state, a protection element made of a fuse element having a function of cutting off the current path by an external signal is used. .

図7(A)〜図7(C)に示すように、このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子80としては、電流経路上に接続された第1及び第2の電極81,82間に亘って可溶導体83を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体83を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子80内部に設けた発熱体84によって溶断するものが提案されている。なお、図7(B)は、図7(A)のA‐A‘断面図であり、図7(C)は、図7(A)のB‐B‘断面図である。   As shown in FIGS. 7A to 7C, the protective element 80 of the protective circuit for such a lithium ion secondary battery or the like includes the first and second electrodes connected on the current path. A fusible conductor 83 is connected between 81 and 82 to form part of the current path, and the fusible conductor 83 on the current path is self-heated due to overcurrent or a heating element provided inside the protection element 80. What is blown by H.84 is proposed. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 7A, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 7A.

具体的に、保護素子80は、絶縁基板85と、絶縁基板85に積層され、絶縁部材86に覆われた発熱体84と、絶縁基板85の両端に形成された第1、第2の電極81,82と、絶縁部材86上に発熱体84と重畳するように積層された発熱体引出電極88と、両端が第1、第2の電極81,82にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極88に接続された可溶導体83とを備える。   Specifically, the protection element 80 includes an insulating substrate 85, a heating element 84 laminated on the insulating substrate 85 and covered with an insulating member 86, and first and second electrodes 81 formed on both ends of the insulating substrate 85. , 82, a heating element extraction electrode 88 laminated on the insulating member 86 so as to overlap the heating element 84, both ends are connected to the first and second electrodes 81, 82, respectively, and the central portion is the heating element extraction A soluble conductor 83 connected to the electrode 88.

保護素子80は、過充電、過放電等の異常が検知されると、発熱体84が通電されることにより発熱する。すると、この熱により可溶導体83が溶融し、この溶融導体を発熱体引出電極88に集めることにより、第1及び第2の電極81,82間の電流経路を遮断する。   When an abnormality such as overcharge or overdischarge is detected, the protection element 80 generates heat when the heating element 84 is energized. Then, the soluble conductor 83 is melted by this heat, and the molten conductor is collected on the heating element extraction electrode 88, thereby interrupting the current path between the first and second electrodes 81 and 82.

特開2010−003665号公報JP 2010-003665 A 特開2004−185960号公報JP 2004-185960 A 特開2012−003878号公報JP 2012-003878 A

ところで、この種の保護素子80に用いられる可溶導体83としては、例えばPbフリーハンダ等の低融点金属83aからなる箔を、AgやCuあるいはこれらを主成分とする合金等の高融点金属83bで被覆したものが提案されている。保護素子80は、低融点金属83aの箔が高融点金属83bで被覆された可溶導体83を用いることにより、リフロー等の実装温度における溶断を防止し、実装の容易化を図るとともに、溶断時には、低融点金属83aによる高融点金属83bの侵食作用(食われ現象)を利用し、高融点金属83bの融点以下の温度で溶融させ、速やかな溶断を実現することができる。   By the way, as the soluble conductor 83 used for this kind of protection element 80, for example, a foil made of a low melting point metal 83a such as Pb-free solder is used, and a high melting point metal 83b such as Ag, Cu or an alloy containing these as a main component. The one coated with is proposed. The protective element 80 uses a soluble conductor 83 in which a foil of a low melting point metal 83a is covered with a high melting point metal 83b, thereby preventing fusing at a mounting temperature such as reflow and facilitating mounting. By using the erosion action (erosion phenomenon) of the high melting point metal 83b by the low melting point metal 83a, it is melted at a temperature equal to or lower than the melting point of the high melting point metal 83b, so that quick fusing can be realized.

このような可溶導体83において、低融点金属83aの箔を高融点金属83bで被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。   In such a soluble conductor 83, as a method of coating the foil of the low melting point metal 83a with the high melting point metal 83b, electrolytic plating that can continuously apply the high melting point metal plating to the long low melting point metal foil. The method is advantageous in terms of work efficiency and manufacturing cost.

しかし、電解メッキによって高融点金属メッキを施すと、長尺状の低融点金属箔のエッジ部分、すなわち、側縁部において電界強度が相対的に強まり、高融点金属83bが厚くメッキされる(図2参照)。可溶導体83は、側縁部における高融点金属83bの厚みは、主面部における高融点金属83bの厚さの110〜200%程度にまで達する。このように、側縁部に沿って高融点金属83bが厚く形成された可溶導体83を所定の長さに切断し、図7(A)(C)に示すように、第1の電極81〜発熱体引出電極88〜第2の電極82の間に、当該側縁部を渡して接続すると、肉厚の側縁部によって溶断時間が長くなってしまう。   However, when refractory metal plating is performed by electrolytic plating, the electric field strength is relatively increased at the edge portion of the long low melting point metal foil, that is, the side edge portion, and the refractory metal 83b is thickly plated (see FIG. 2). In the fusible conductor 83, the thickness of the refractory metal 83b at the side edge reaches about 110 to 200% of the thickness of the refractory metal 83b at the main surface. Thus, the soluble conductor 83 in which the refractory metal 83b is formed thick along the side edge is cut into a predetermined length, and the first electrode 81 is cut as shown in FIGS. When the side edge portion is connected between the heating element extraction electrode 88 and the second electrode 82 and connected, the fusing time becomes long due to the thick side edge portion.

すなわち、高融点金属83bによって形成されている肉厚の側縁部が、溶断すべき第1の電極81〜発熱体引出電極88〜第2の電極82の間にわたされているため、当該側縁部を溶断するためには、より多くの熱エネルギーが必要となる。また、当該外縁部は、高融点金属83bによって相対的に肉厚に形成されていることから、低融点金属83aによる食われ現象によっても、溶断するためには相当の時間を要する。さらに、保護素子80は、絶縁基板85の外縁から最も遠い基板中心が最も熱く、基板外縁に向かうにつれて放熱されて温度が上がりにくくなる。そして、保護素子80は、可溶導体83の高融点金属によって形成される肉厚の側縁部が、絶縁基板85の中心から外縁にかけて形成されているため、溶断するためには、より多くの時間が必要となってしまう。   That is, since the thick side edge portion formed of the refractory metal 83b is extended between the first electrode 81 to the heating element extraction electrode 88 to the second electrode 82 to be fused, In order to melt the edge, more heat energy is required. In addition, since the outer edge portion is formed relatively thick by the high melting point metal 83b, it takes a considerable time to blow out even by the erosion phenomenon caused by the low melting point metal 83a. Further, the protection element 80 is hotter at the center of the substrate farthest from the outer edge of the insulating substrate 85 and is radiated as it goes toward the outer edge of the substrate, making it difficult for the temperature to rise. And since the thick side edge part formed of the high melting point metal of the fusible conductor 83 is formed from the center of the insulating substrate 85 to the outer edge, the protective element 80 is more in order to blow out. Time is required.

また、側縁部に沿って形成される肉厚部を切断し、可溶導体83全体の厚さを均一にするには、切断工程が増加し生産性が落ちてしまうほか、いずれの側面も高融点金属によって被覆されなくなることで、リフロー実装時や通電時の温度により、可溶導体83の形状が不安定となり、溶断特性にばらつきが生じる恐れもある。   Moreover, in order to cut | disconnect the thick part formed along a side edge part, and to make the thickness of the whole soluble conductor 83 uniform, a cutting process will increase and productivity will fall. By not being covered with the refractory metal, the shape of the soluble conductor 83 becomes unstable depending on the temperature during reflow mounting or energization, and there is a possibility that the fusing characteristics may vary.

そこで、本発明は、可溶導体の製造工数を増やすことなく、かつ溶断時間の短縮を図ることができる保護素子を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the protection element which can aim at shortening of fusing time, without increasing the manufacturing man-hour of a soluble conductor.

上述した課題を解決するために、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、発熱体と、少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、第1及び第2の電極と、上記発熱体引出電極から上記第1及び第2の電極にわたって接続され、加熱により、上記第1の電極と上記第2の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、上記可溶導体は、主面部よりも肉厚に形成され、相対向する一対の第1の側縁部と、上記第1の側縁部よりも薄い厚さに形成され、相対向する一対の第2の側縁部とを有し、上記第2の側縁部が上記発熱体引出電極から上記第1及び第2の電極にわたる電流経路に沿って配設され、上記可溶導体は、上記第1の側縁部が高融点金属によって被覆され、上記第2の側縁部には低融点金属及び上記低融点金属の表面を被覆する上記高融点金属が積層されているものである。 In order to solve the above-described problems, a protection element according to the present invention includes an insulating substrate, a heating element, an insulating member covering at least the heating element, and a heating element extraction electrode electrically connected to the heating element. The first and second electrodes are connected to the first and second electrodes from the heating element extraction electrode, and the current path between the first electrode and the second electrode is blown by heating. The soluble conductor is formed to be thicker than the main surface portion, and has a pair of first side edge portions opposed to each other and a thickness thinner than the first side edge portion. A pair of second side edges formed opposite to each other, and the second side edges are disposed along a current path extending from the heating element extraction electrode to the first and second electrodes. The fusible conductor has the first side edge covered with a refractory metal and the second side edge. The refractory metal covering the low melting point metal and the surface of the low melting point metal is one that is layered.

本発明によれば、可溶導体は、主面と同じ厚さに形成された第2の側縁部が発熱体引出電極から第1及び第2の電極にわたる電流経路に沿って配設されているため、第1の側縁部を電流経路に沿って配設した場合に比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶断することができる。   According to the present invention, the fusible conductor has the second side edge portion formed to the same thickness as the main surface and disposed along the current path extending from the heating element extraction electrode to the first and second electrodes. Therefore, as compared with the case where the first side edge portion is disposed along the current path, the fusing can be performed quickly with less heat energy.

(A)は、本発明が適用された保護素子の平面図であり、(B)はA−A’断面図であり、(C)はB−B’断面図である。(A) is a top view of the protection element to which this invention was applied, (B) is A-A 'sectional drawing, (C) is B-B' sectional drawing. 可溶導体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a soluble conductor. 保護素子が適用されたバッテリパックの回路図である。It is a circuit diagram of a battery pack to which a protection element is applied. 保護素子の回路図である。It is a circuit diagram of a protection element. 可溶導体が溶断した状態を示す図であり、(A)は保護素子の平面図、(B)は保護素子の回路図である。It is a figure which shows the state by which the soluble conductor was blown, (A) is a top view of a protection element, (B) is a circuit diagram of a protection element. 第2の実施例に係る高融点金属層のメッキ厚と溶断時間及び溶融発生率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the plating thickness of the refractory metal layer which concerns on a 2nd Example, fusing time, and a fusion | melting incidence. (A)は、参考例に係る保護素子の平面図であり、(B)はA−A’断面図であり、(C)はB−B’断面図である。(A) is a top view of the protection element which concerns on a reference example, (B) is A-A 'sectional drawing, (C) is B-B' sectional drawing.

以下、本発明が適用された保護素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Hereinafter, a protection element to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Further, the drawings are schematic, and the ratio of each dimension may be different from the actual one. Specific dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

[保護素子]
本発明が適用された保護素子1は、図1(A)に示すように、絶縁基板11と、絶縁基板11に積層され、絶縁部材15に覆われた発熱体14と、絶縁基板11の両端に形成された第1の電極12(A1)及び第2の電極12(A2)と、絶縁部材15上に発熱体14と重畳するように積層され、発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極16と、両端が第1、第2の電極12(A1),12(A2)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。
[Protective element]
As shown in FIG. 1A, the protection element 1 to which the present invention is applied includes an insulating substrate 11, a heating element 14 stacked on the insulating substrate 11 and covered with an insulating member 15, and both ends of the insulating substrate 11. The first electrode 12 (A1) and the second electrode 12 (A2) formed on the heating member 14 are stacked on the insulating member 15 so as to overlap the heating member 14, and are electrically connected to the heating member. The lead electrode 16 and the soluble conductor 13 having both ends connected to the first and second electrodes 12 (A 1) and 12 (A 2) and the center connected to the heating element lead electrode 16 are provided.

絶縁基板11は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。   The insulating substrate 11 is formed of an insulating member such as alumina, glass ceramics, mullite, zirconia, and the like. In addition, although the material used for printed wiring boards, such as a glass epoxy board | substrate and a phenol board | substrate, may be used, it is necessary to pay attention to the temperature at the time of fuse blowing.

発熱体14は、比較的抵抗値が高く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等からなる。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11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。   The heating element 14 is a conductive member that has a relatively high resistance value and generates heat when energized, and is made of, for example, W, Mo, Ru, or the like. These alloys, compositions, or compound powders are mixed with a resin binder or the like to form a paste on the insulating substrate 11 by patterning using a screen printing technique and firing.

発熱体14を覆うように絶縁部材15が配置され、この絶縁部材15を介して発熱体14に対向するように発熱体引出電極16が配置される。発熱体14の熱を効率良く可溶導体13に伝えるために、発熱体14と絶縁基板11の間にも絶縁部材15を積層しても良い。絶縁部材15としては、例えばガラスを用いることができる。   An insulating member 15 is disposed so as to cover the heating element 14, and a heating element extraction electrode 16 is disposed so as to face the heating element 14 through the insulating member 15. In order to efficiently transfer the heat of the heating element 14 to the soluble conductor 13, an insulating member 15 may be laminated between the heating element 14 and the insulating substrate 11. As the insulating member 15, for example, glass can be used.

発熱体引出電極16の一端は、発熱体電極18(P1)に接続されるとともに、発熱体14の一端と連続される。また、発熱体14の他端は、他方の発熱体電極18(P2)に接続される。なお、発熱体電極18(P1)は、絶縁基板11の第3の辺11d側に形成され、発熱体電極18(P2)は、絶縁基板11の第4の辺11e側に形成されている。また、発熱体電極18(P2)は、絶縁基板11の裏面11aに形成された外部接続電極21(P2)と接続されている。   One end of the heating element extraction electrode 16 is connected to the heating element electrode 18 (P1) and is continuous with one end of the heating element 14. The other end of the heating element 14 is connected to the other heating element electrode 18 (P2). The heating element electrode 18 (P1) is formed on the third side 11d side of the insulating substrate 11, and the heating element electrode 18 (P2) is formed on the fourth side 11e side of the insulating substrate 11. The heating element electrode 18 (P2) is connected to the external connection electrode 21 (P2) formed on the back surface 11a of the insulating substrate 11.

絶縁基板11の両側縁11b,11cに形成され、可溶導体13によって接続されている第1の電極12(A1)、第2の電極12(A2)は、それぞれ、スルーホール(図示せず)を介して、絶縁基板の裏面11aに設けられた第1、第2の外部接続端子21(A1),21(A2)と接続されている。保護素子1は、外部接続端子21(A1),21(A2)が、保護素子1が実装される回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。   The first electrode 12 (A1) and the second electrode 12 (A2) formed on both side edges 11b and 11c of the insulating substrate 11 and connected by the soluble conductor 13 are through holes (not shown). Are connected to the first and second external connection terminals 21 (A1) and 21 (A2) provided on the back surface 11a of the insulating substrate. The protection element 1 has a current path formed on the circuit board by connecting the external connection terminals 21 (A1) and 21 (A2) to connection electrodes provided on the circuit board on which the protection element 1 is mounted. Part of

なお、第1、第2の電極12(A1),12(A2)、発熱体引出電極16及び外部接続端子21(A1),21(A2),21(P2)の各表面には、Ni/Auメッキ層22が形成されている。これにより、可溶導体13の低融点金属13aや可溶導体13の接続用ハンダ29による第1、第2の電極12(A1),12(A2)及び発熱体引出電極16の侵食を抑制することができる。   The first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2), the heating element extraction electrode 16 and the external connection terminals 21 (A1), 21 (A2), and 21 (P2) have Ni / An Au plating layer 22 is formed. Thereby, erosion of the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) and the heating element extraction electrode 16 by the low melting point metal 13a of the soluble conductor 13 and the solder 29 for connection of the soluble conductor 13 is suppressed. be able to.

また、第1、第2の電極12(A1),12(A2)には、後述する可溶導体13の溶融導体や可溶導体13の接続用ハンダの流出を防止するガラス等の絶縁材料からなる流出防止部23が形成されている。   Further, the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) are made of an insulating material such as glass that prevents the melted conductor of the soluble conductor 13 and the solder for connecting the soluble conductor 13 from flowing out, which will be described later. The outflow prevention part 23 which becomes is formed.

[可溶導体]
可溶導体13は、内層と外層とからなる積層構造体であり、内層となる低融点金属層13aが、外層となる高融点金属層13bによって被覆されている。低融点金属層13aは、特に限定はなく、例えば、Snを主成分とする金属であり、「Pbフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料(たとえば千住金属工業製、M705等)を好適に用いることができる。低融点金属層13aの融点は、必ずしもリフロー炉の温度よりも高い必要はなく、200℃程度で溶融してもよい。高融点金属層13bも、特に限定はなく、例えば、Ag若しくはCu又はこれらのうちのいずれかを主成分とする金属等、リフロー炉によって基板実装を行う場合においても溶融しない高い融点を有する金属を好適に用いることができる。
[Soluble conductor]
The soluble conductor 13 is a laminated structure composed of an inner layer and an outer layer, and a low melting point metal layer 13a serving as an inner layer is covered with a high melting point metal layer 13b serving as an outer layer. The low melting point metal layer 13a is not particularly limited. For example, a metal mainly composed of Sn, and a material generally called “Pb-free solder” (for example, M705, manufactured by Senju Metal Industry Co., Ltd.) is preferably used. Can do. The melting point of the low melting point metal layer 13a is not necessarily higher than the temperature of the reflow furnace, and may be melted at about 200 ° C. The refractory metal layer 13b is also not particularly limited. For example, a metal having a high melting point that does not melt even when board mounting is performed by a reflow furnace, such as Ag or Cu, or a metal mainly composed of either of them. It can be used suitably.

可溶導体13は、低融点金属層13aを高融点金属層13bで被覆することによって、リフロー温度が低融点金属層13aの溶融温度を超えて、低融点金属が溶融した場合であっても、可溶導体13として溶断するに至らず、保護素子1の回路基板への実装を容易に行うことができる。   Even when the low melting point metal layer 13a is covered with the high melting point metal layer 13b and the reflow temperature exceeds the melting temperature of the low melting point metal layer 13a and the low melting point metal is melted, The protective element 1 can be easily mounted on the circuit board without being fused as the fusible conductor 13.

また、可溶導体13は、発熱体14によって加熱されると、低融点金属層13aが溶融して、高融点金属層13bを侵食する。したがって、保護素子1は、可溶導体13を高融点金属層13の溶融温度以下の温度で溶断し、速やかに電流経路を遮断することができる。なお、可溶導体13は、定格を超える過電流が流れた場合にも、自己発熱(ジュール熱)によって溶断し、電流経路を遮断することができる。   Further, when the soluble conductor 13 is heated by the heating element 14, the low melting point metal layer 13a melts and erodes the high melting point metal layer 13b. Therefore, the protection element 1 can melt the fusible conductor 13 at a temperature equal to or lower than the melting temperature of the refractory metal layer 13 to quickly cut off the current path. The fusible conductor 13 can be melted by self-heating (Joule heat) even when an overcurrent exceeding the rating flows, and the current path can be cut off.

[第1、第2の側縁部]
ここで、図2に示すように、可溶導体13は、主面部25よりも肉厚に形成された一対の第1の側縁部26と、主面部25と同じ厚さに形成された一対の第2の側縁部27とを有する。第1の側縁部26は、相対向して一対設けられ、第2の側縁部27は、第1の側縁部26と略直交して、相対向して一対設けられている。
[First and second side edges]
Here, as shown in FIG. 2, the fusible conductor 13 includes a pair of first side edge portions 26 formed thicker than the main surface portion 25 and a pair formed to the same thickness as the main surface portion 25. Second side edge portion 27. A pair of first side edge portions 26 are provided opposite to each other, and a pair of second side edge portions 27 are provided substantially opposite to the first side edge portion 26 to face each other.

第1の側縁部26は、側面が高融点金属層13bによって被覆されるとともに、これにより可溶導体13の主面部25よりも肉厚に形成されている。第2の側縁部27は、側面に、外周を高融点金属層13bによって囲繞された低融点金属13aが露出されている。第2の側縁部27は、第1の側縁部26と隣接する両端部を除き主面部25と同じ厚さに形成されている。   The side surface of the first side edge portion 26 is covered with the refractory metal layer 13 b and is thereby formed thicker than the main surface portion 25 of the soluble conductor 13. The second side edge portion 27 has a low-melting-point metal 13a whose outer periphery is surrounded by the high-melting-point metal layer 13b on the side surface. The second side edge portion 27 is formed to have the same thickness as the main surface portion 25 except for both end portions adjacent to the first side edge portion 26.

そして、図1に示すように、可溶導体13は、第2の側縁部27が発熱体引出電極16から第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間にわたる電流経路に沿って配設されている。これにより、保護素子1は、発熱体引出電極16から第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間にわたる電流経路を速やかに遮断することができる。   As shown in FIG. 1, the fusible conductor 13 has a second side edge portion 27 in a current path extending from the heating element extraction electrode 16 to the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2). It is arranged along. Thereby, the protection element 1 can interrupt | block rapidly the electric current path | route from the heat generating body extraction electrode 16 to 1st and 2nd electrode 12 (A1), 12 (A2).

すなわち、第2の側縁部27は、第1の側縁部26よりも相対的に薄肉に形成されている。また、第2の側縁部27は、低融点金属層13aが高融点金属に被覆されて形成されている。これにより、第2の側縁部27は、低融点金属層13aによる高融点金属層13bの侵食作用が働き、かつ、侵食される高融点金属層13bの厚さも第1の側縁部26に比して薄く形成されていることにより、高融点金属層13bによって肉厚に形成されている第1の側縁部26に比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶断することができる。   That is, the second side edge portion 27 is formed to be relatively thinner than the first side edge portion 26. The second side edge portion 27 is formed by covering the low melting point metal layer 13a with a high melting point metal. As a result, the second side edge portion 27 acts on the erosion action of the refractory metal layer 13b by the low melting point metal layer 13a, and the thickness of the eroded refractory metal layer 13b also changes to the first side edge portion 26. Compared with the 1st side edge part 26 currently formed thickly by the high melting-point metal layer 13b, it can melt | disconnect rapidly with less heat energy by forming thinly compared with.

また、保護素子1は、外縁から最も遠い絶縁基板11の中心が最も熱く、外縁にかけて放熱により温度が上がりにくくなるが、第2の側縁部27が第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間にわたされることにより、絶縁基板11の外縁側においても少ない熱エネルギーでも溶断でき、速やかに電流経路を遮断することができる。   In the protection element 1, the center of the insulating substrate 11 furthest from the outer edge is the hottest, and the temperature hardly rises due to heat radiation toward the outer edge, but the second side edge 27 is the first and second electrodes 12 (A1). , 12 (A2), the outer edge side of the insulating substrate 11 can be melted even with a small amount of heat energy, and the current path can be quickly cut off.

さらに、可溶導体13の第2の側縁部27は、後述する製法によると、低融点金属層13aが端面より外方に露出されているが、比較的狭小の発熱体引出電極16に対峙されているため、保護素子1のリフロー実装時等、高温環境においても、低融点金属層13aの溶出が抑制され、可溶導体13の形状を維持することができる。   Further, the second side edge portion 27 of the soluble conductor 13 is exposed to the relatively narrow heating element extraction electrode 16 although the low melting point metal layer 13a is exposed outward from the end surface according to the manufacturing method described later. Therefore, elution of the low melting point metal layer 13a is suppressed even in a high temperature environment such as when the protective element 1 is reflow-mounted, and the shape of the soluble conductor 13 can be maintained.

すなわち、第2の側縁部27を第1及び第2の電極12(A1),12(A2)上に配設した場合、端面より外方に露出している低融点金属層13aが、比較的広い面積で形成された第1及び第2の電極12(A1),12(A2)と対峙するため、低融点金属層13aが溶融すると、濡れ性の高い第1及び第2の電極12(A1),12(A2)に溶出し、形状が維持できなくなる恐れがある。そのため、製品ごとに、可溶導体13の溶断時間にばらつきが生じ、溶断特性が不安定となるおそれがある。   That is, when the second side edge portion 27 is disposed on the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2), the low melting point metal layer 13a exposed outward from the end surface is compared. When the low melting point metal layer 13a is melted to oppose the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) formed in a wide area, the first and second electrodes 12 ( It elutes into A1) and 12 (A2), and the shape may not be maintained. Therefore, the fusing time of the soluble conductor 13 varies for each product, and the fusing characteristics may become unstable.

一方、保護素子1は、低融点金属層13aが端面より外方に露出されている第2の側縁部27が、狭小の発熱体引出電極16と対峙しているため、低融点金属層13aの溶出が抑制され、安定した溶断特性を有する。   On the other hand, the protective element 1 has the low melting point metal layer 13a because the second side edge 27 where the low melting point metal layer 13a is exposed outward from the end face faces the narrow heating element extraction electrode 16. Elution is suppressed, and it has stable fusing characteristics.

[可溶導体の製法]
次いで、可溶導体13の製造工程について説明する。可溶導体13は、低融点金属層13aを構成する低融点金属箔を高融点金属層13bを構成する金属で被覆することにより製造される。低融点金属層箔を高融点金属被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。
[Production method of soluble conductor]
Next, the manufacturing process of the soluble conductor 13 will be described. The fusible conductor 13 is manufactured by coating the low melting point metal foil constituting the low melting point metal layer 13a with the metal constituting the high melting point metal layer 13b. As a method for coating a low melting point metal layer foil with a high melting point metal, an electrolytic plating method capable of continuously applying a high melting point metal plating to a long low melting point metal foil is advantageous in terms of work efficiency and manufacturing cost. It becomes.

電解メッキによって高融点金属メッキを施すと、長尺状の低融点金属箔のエッジ部分、すなわち、側縁部において電界強度が相対的に強まり、高融点金属層13bが厚くメッキされる(図2参照)。これにより、側縁部が高融点金属層によって肉厚に形成された長尺状の導体リボン30が形成される。次いで、この導体リボン30を長手方向と直交する幅方向(図2中C−C’方向)に、所定長さに切断することにより、可溶導体13が製造される。これにより、可溶導体13は、導体リボン30の側縁部が第1の側縁部26となり、導体リボン30の切断面が第2の側縁部27となる。また、第1の側縁部26は、高融点金属13bによって被覆され、第2の側縁部27は、端面(導体リボン30の切断面)に上下一対の高融点金属層13bと高融点金属層13bによって挟持された低融点金属層13aが外方に露出されている。   When refractory metal plating is performed by electrolytic plating, the electric field strength is relatively increased at the edge portion of the long low melting point metal foil, that is, the side edge portion, and the refractory metal layer 13b is thickly plated (FIG. 2). reference). Thereby, the elongate conductor ribbon 30 by which the side edge part was formed thickly by the high melting-point metal layer is formed. Next, the conductor ribbon 30 is cut into a predetermined length in the width direction (C-C ′ direction in FIG. 2) perpendicular to the longitudinal direction, whereby the soluble conductor 13 is manufactured. Thus, in the fusible conductor 13, the side edge portion of the conductor ribbon 30 becomes the first side edge portion 26, and the cut surface of the conductor ribbon 30 becomes the second side edge portion 27. The first side edge portion 26 is covered with a refractory metal 13b, and the second side edge portion 27 has a pair of upper and lower refractory metal layers 13b and a refractory metal on an end surface (cut surface of the conductor ribbon 30). The low melting point metal layer 13a sandwiched between the layers 13b is exposed to the outside.

すなわち、導体リボン30は、所定の長さに切断される長手方向が、第1及び第2の電極12(A1),12(A2)上に接続される第1の側縁部26となり、長手方向と直交する幅方向が、第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間に亘って配設される第2の側縁部27となる。したがって、導体リボン30は、第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間の幅に応じた幅とし、また第1及び第2の電極12(A1),12(A2)のサイズに応じた長さに切断する。   That is, the conductor ribbon 30 has a first side edge portion 26 connected to the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) in the longitudinal direction cut to a predetermined length. The width direction orthogonal to the direction becomes the second side edge 27 disposed between the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2). Therefore, the conductor ribbon 30 has a width corresponding to the width between the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2), and the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2). Cut to length according to size.

このようにして製造された可溶導体13は、接続用ハンダ29等の低融点金属によって、第1及び第2の電極12(A1),12(A2)上、及び発熱体引出電極16上に接続される。このとき、可溶導体13は、高融点金属層13bによって肉厚に形成された第1の側縁部26が第1及び第2の電極12(A1),12(A2)上に接続され、導体リボン30の切断面となる第2の側縁部27が第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間にわたって配設される。   The soluble conductor 13 manufactured in this way is formed on the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) and on the heating element extraction electrode 16 by a low melting point metal such as the solder 29 for connection. Connected. At this time, the fusible conductor 13 is connected to the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) at the first side edge 26 formed thick by the refractory metal layer 13b, A second side edge 27 serving as a cut surface of the conductor ribbon 30 is disposed between the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2).

なお、可溶導体13は、外層の高融点金属層13bの酸化防止のために、可溶導体13上のほぼ全面にフラックス17を塗布されている。また、保護素子1は、このようにして構成された保護素子1の内部を保護するためにカバー部材20を絶縁基板11上に設けてもよい。   The fusible conductor 13 is coated with a flux 17 on almost the entire surface of the fusible conductor 13 in order to prevent oxidation of the outer refractory metal layer 13b. Further, the protection element 1 may be provided with the cover member 20 on the insulating substrate 11 in order to protect the inside of the protection element 1 configured as described above.

[保護素子の使用方法]
次いで、保護素子1の使用方法について説明する。図3に示すように、上述した保護素子1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に実装されて用いられる。
[How to use protection elements]
Next, a method for using the protection element 1 will be described. As shown in FIG. 3, the protection element 1 mentioned above is mounted and used for the circuit in the battery pack of a lithium ion secondary battery, for example.

たとえば、保護素子1が実装される回路は、合計4個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル41〜44からなるバッテリスタック45を有するバッテリパック40に組み込まれて使用される。   For example, the circuit on which the protection element 1 is mounted is used by being incorporated in a battery pack 40 having a battery stack 45 including battery cells 41 to 44 of a total of four lithium ion secondary batteries.

バッテリパック40は、バッテリスタック45と、バッテリスタック45の充放電を制御する充放電制御回路50と、バッテリスタック45の異常時に充電を遮断する本発明が適用された保護素子1と、各バッテリセル41〜44の電圧を検出する検出回路46と、検出回路46の検出結果に応じて保護素子1の動作を制御する電流制御素子47とを備える。   The battery pack 40 includes a battery stack 45, a charge / discharge control circuit 50 that controls charging / discharging of the battery stack 45, a protection element 1 to which the present invention that cuts off charging when the battery stack 45 is abnormal, and each battery cell A detection circuit 46 that detects the voltages 41 to 44 and a current control element 47 that controls the operation of the protection element 1 according to the detection result of the detection circuit 46 are provided.

バッテリスタック45は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル41〜44が直列接続されたものであり、バッテリパック40の正極端子40a、負極端子40bを介して、着脱可能に充電装置55に接続され、充電装置55からの充電電圧が印加される。充電装置55により充電されたバッテリパック40の正極端子40a、負極端子40bをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。   The battery stack 45 includes battery cells 41 to 44 that need to be controlled for protection from overcharge and overdischarge states, and can be attached and detached via the positive terminal 40a and the negative terminal 40b of the battery pack 40. Are connected to the charging device 55, and the charging voltage from the charging device 55 is applied. The electronic device can be operated by connecting the positive terminal 40a and the negative terminal 40b of the battery pack 40 charged by the charging device 55 to the electronic device operated by the battery.

充放電制御回路50は、バッテリスタック45から充電装置55に流れる電流経路に直列接続された2つの電流制御素子51、52と、これらの電流制御素子51、52の動作を制御する制御部53とを備える。電流制御素子51、52は、たとえば電界効果トランジスタ(以下、FETと呼ぶ。)により構成され、制御部53によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック45の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部53は、充電装置55から電力供給を受けて動作し、検出回路46による検出結果に応じて、バッテリスタック45が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子51、52の動作を制御する。   The charge / discharge control circuit 50 includes two current control elements 51 and 52 connected in series to a current path flowing from the battery stack 45 to the charging device 55, and a control unit 53 that controls operations of these current control elements 51 and 52. Is provided. The current control elements 51 and 52 are configured by, for example, field effect transistors (hereinafter referred to as FETs), and control the gate voltage by the control unit 53 to control conduction and interruption of the current path of the battery stack 45. . The control unit 53 operates by receiving power supply from the charging device 55, and controls the current so that the current path is interrupted when the battery stack 45 is overdischarged or overcharged according to the detection result by the detection circuit 46. The operation of the elements 51 and 52 is controlled.

保護素子1は、たとえば、バッテリスタック45と充放電制御回路50との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子47によって制御される。   The protection element 1 is connected to, for example, a charge / discharge current path between the battery stack 45 and the charge / discharge control circuit 50, and its operation is controlled by the current control element 47.

検出回路46は、各バッテリセル41〜44と接続され、各バッテリセル41〜44の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路50の制御部53に供給する。また、検出回路46は、いずれか1つのバッテリセル41〜44が過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子47を制御する制御信号を出力する。   The detection circuit 46 is connected to each battery cell 41 to 44, detects the voltage value of each battery cell 41 to 44, and supplies each voltage value to the control unit 53 of the charge / discharge control circuit 50. Further, the detection circuit 46 outputs a control signal for controlling the current control element 47 when any one of the battery cells 41 to 44 becomes an overcharge voltage or an overdischarge voltage.

電流制御素子47は、たとえばFETにより構成され、検出回路46から出力される検出信号によって、バッテリセル41〜44の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子1を動作させて、バッテリスタック45の充放電電流経路を電流制御素子51、52のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。   The current control element 47 is composed of, for example, an FET, and when the voltage value of the battery cells 41 to 44 exceeds a predetermined overdischarge or overcharge state by a detection signal output from the detection circuit 46, the protection element 1 is operated to control the charge / discharge current path of the battery stack 45 to be cut off regardless of the switch operation of the current control elements 51 and 52.

以上のような構成からなるバッテリパック40において、保護素子1の構成について具体的に説明する。   In the battery pack 40 having the above configuration, the configuration of the protection element 1 will be specifically described.

まず、本発明が適用された保護素子1は、図4に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子1は、発熱体引出電極16を介して直列接続された可溶導体13と、可溶導体13の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体13を溶融する発熱体14とからなる回路構成である。また、保護素子1では、たとえば、可溶導体13が充放電電流経路上に直列接続され、発熱体14が電流制御素子47と接続される。保護素子1の2個の電極12は、それぞれ外部接続端子21を介して、一方は、A1に接続され、他方は、A2に接続される。また、発熱体引出電極16とこれに接続された発熱体電極18は、P1に接続され、他方の発熱体電極18は、外部接続端子21を介してP2に接続される。   First, the protection element 1 to which the present invention is applied has a circuit configuration as shown in FIG. That is, the protection element 1 generates heat by melting the soluble conductor 13 by causing the soluble conductor 13 connected in series via the heating element extraction electrode 16 and the connection point of the soluble conductor 13 to generate heat. This is a circuit configuration comprising the body 14. In the protection element 1, for example, the fusible conductor 13 is connected in series on the charge / discharge current path, and the heating element 14 is connected to the current control element 47. One of the two electrodes 12 of the protection element 1 is connected to A1 via the external connection terminal 21, and the other is connected to A2. Further, the heating element extraction electrode 16 and the heating element electrode 18 connected thereto are connected to P1, and the other heating element electrode 18 is connected to P2 via the external connection terminal 21.

このような回路構成からなる保護素子1は、発熱体14の発熱により、電流経路上の可溶導体13を溶断させ、バッテリパック40の充放電経路を遮断することができる。このとき、保護素子1は、可溶導体13の第2の側縁部27が、発熱体引出電極16から第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間にわたる電流経路に沿って配設されている。第2の側縁部27は、相対的に薄肉に形成されているため、発熱体引出電極16から第1及び第2の電極12(A1),12(A2)間にわたる電流経路を、少ない熱エネルギーで遮断することができる。   The protection element 1 having such a circuit configuration can melt the soluble conductor 13 on the current path by the heat generation of the heating element 14 and block the charge / discharge path of the battery pack 40. At this time, the protection element 1 has a second side edge portion 27 of the fusible conductor 13 along a current path extending from the heating element extraction electrode 16 to the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2). Arranged. Since the second side edge portion 27 is formed relatively thin, a current path extending from the heating element extraction electrode 16 to the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) is reduced in heat. Can be cut off with energy.

また、第2の側縁部27は、低融点金属層13aの上下面に高融点金属層13bが積層されているため、低融点金属による高融点金属の侵食作用によって、高融点金属の融点に至る前の低い温度で溶断することができ、より速やかに溶断することができる。   Further, since the high melting point metal layer 13b is laminated on the upper and lower surfaces of the low melting point metal layer 13a, the second side edge portion 27 has the melting point of the high melting point metal due to the erosion action of the high melting point metal by the low melting point metal. It can be melted at a low temperature before reaching, and can be melted more quickly.

図5(A)に示すように、可溶導体13の溶融導体は、濡れ性の高い発熱体引出電極16及び第1、第2の電極12(A1),12(A2)に引き寄せられて溶断される。したがって、可溶導体13は、確実に第1の電極12(A1)〜発熱体引出電極16〜第2の電極12(A2)の間を溶断させることができる(図5(B))。また、可溶導体13が溶断することにより、発熱体14への給電も停止される。   As shown in FIG. 5A, the melted conductor of the fusible conductor 13 is attracted to the heating element lead electrode 16 having high wettability and the first and second electrodes 12 (A1) and 12 (A2) and blown. Is done. Therefore, the fusible conductor 13 can surely melt the space between the first electrode 12 (A1) to the heating element extraction electrode 16 to the second electrode 12 (A2) (FIG. 5B). In addition, when the fusible conductor 13 is melted, power supply to the heating element 14 is also stopped.

なお、本発明の保護素子は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。   The protection element of the present invention is not limited to use in a battery pack of a lithium ion secondary battery, and can of course be applied to various uses that require interruption of a current path by an electric signal.

次いで、本発明の第1の実施例について説明する。第1の実施例では、低融点金属箔を電解メッキ法により高融点金属で被覆した導体リボンを作成、幅方向に切断することにより可溶導体を得た。低融点金属箔は、厚さ60μmのPbフリーハンダ箔を用い、電解メッキ法により低融点金属箔の全面にAgメッキを施し、片側厚さ4μmの高融点金属層を形成した。   Next, a first embodiment of the present invention will be described. In the first example, a conductive ribbon obtained by coating a low melting point metal foil with a high melting point metal by electrolytic plating was prepared, and a soluble conductor was obtained by cutting in the width direction. As the low melting point metal foil, a Pb-free solder foil having a thickness of 60 μm was used, and Ag plating was applied to the entire surface of the low melting point metal foil by an electrolytic plating method to form a high melting point metal layer having a thickness of 4 μm on one side.

実施例1では、可溶導体の、高融点金属が被覆することにより肉厚に形成された第1の側縁部を第1及び第2の電極上に配設し、導体リボンの切断面となる第2の側縁部を第1の電極〜発熱体引出電極〜第2の電極に亘る電流経路に沿って配設した(図1参照)。比較例1では、第1の側縁部を電流経路上に沿って配設し、第2の側縁部を第1及び第2の電極上に配設した(図7参照)。   In Example 1, the first side edge portion of the fusible conductor, which is formed thick by coating with a refractory metal, is disposed on the first and second electrodes, and the cut surface of the conductor ribbon The second side edge portion is arranged along a current path extending from the first electrode to the heating element extraction electrode to the second electrode (see FIG. 1). In Comparative Example 1, the first side edge was disposed along the current path, and the second side edge was disposed on the first and second electrodes (see FIG. 7).

実施例1及び比較例1ともに、35Wの電力を印加し、溶断時間を比較した。結果を表1に示す。   In both Example 1 and Comparative Example 1, a power of 35 W was applied and the fusing time was compared. The results are shown in Table 1.

Figure 0006324684
Figure 0006324684

表1に示すように、比較例1では、可溶導体の溶断委0.30秒を要したのに対して、実施例1では、0.24秒で溶断することができた。これは、比較例1の溶断時間に比して80%に短縮できたこととなり、第2の側縁部を電流経路に沿って配設することにより、速やかな溶断が可能となった。   As shown in Table 1, in Comparative Example 1, it took 0.30 seconds to melt the fusible conductor, whereas in Example 1, it was possible to blow in 0.24 seconds. This was shortened to 80% as compared with the fusing time of Comparative Example 1, and quick fusing became possible by arranging the second side edge portion along the current path.

これは、実施例1では、高融点金属によって肉厚に形成された第1の側縁部に比して、相対的に薄肉に形成されるとともに、低融点金属と高融点金属が積層された第2の側縁部を第1及び第2の電極に亘る電流経路に沿って配設しているため、少ない熱エネルギーで、かつ低融点金属による高融点金属の侵食作用を利用して速やかに溶断できたことによる。   In Example 1, this was formed relatively thin compared to the first side edge portion formed thick with the high melting point metal, and the low melting point metal and the high melting point metal were laminated. Since the second side edge portion is disposed along the current path extending to the first and second electrodes, it can be quickly utilized with less thermal energy and by utilizing the erosion action of the high melting point metal by the low melting point metal. It depends on being able to blow.

[高融点金属層の厚さ]
次いで、可溶導体13の高融点金属層13bの最適な厚さについて説明する。上述したように、本発明に係る可溶導体13は、内層となる低融点金属層13aが、外層となる高融点金属層13bによって被覆されている。
[Thickness of refractory metal layer]
Next, the optimum thickness of the refractory metal layer 13b of the soluble conductor 13 will be described. As described above, in the soluble conductor 13 according to the present invention, the low melting point metal layer 13a serving as the inner layer is covered with the high melting point metal layer 13b serving as the outer layer.

ここで、可溶導体13は、高融点金属層13bの膜厚が薄いほど、発熱体14が発熱すると低融点金属によって速やかに侵食され、溶断時間を速めることができる。したがって、可溶導体13は、速溶断の観点からは、高融点金属層13bをできるだけ薄く形成することが好ましい。   Here, as the film thickness of the high melting point metal layer 13b is thinner, the soluble conductor 13 is rapidly eroded by the low melting point metal when the heating element 14 generates heat, and the fusing time can be shortened. Therefore, in the soluble conductor 13, it is preferable to form the refractory metal layer 13b as thin as possible from the viewpoint of fast fusing.

一方で、保護素子1を回路基板にハンダリフローにより実装する場合、高融点金属層13bの膜厚が薄いと、リフロー加熱の際に低融点金属に侵食されることによって可溶導体13が変形し、溶断時間にばらつきが生じるなど、安定した溶断特性を維持することができなくなる恐れがある。したがって、可溶導体13は、リフロー実装による実装を可能としつつ溶断特性を維持する観点からは、高融点金属層13bをできるだけ厚く形成することが好ましい。   On the other hand, when the protective element 1 is mounted on the circuit board by solder reflow, if the refractory metal layer 13b is thin, the soluble conductor 13 is deformed by being eroded by the low melting point metal during reflow heating. There is a risk that stable fusing characteristics cannot be maintained, such as variations in fusing time. Therefore, it is preferable that the fusible conductor 13 is formed as thick as possible from the viewpoint of maintaining the fusing characteristics while enabling the mounting by reflow mounting.

そこで、可溶導体13は、発熱体14の発熱時における速溶断とリフロー実装及び溶断特性の維持を両立することができる、最適な膜厚で高融点金属層13bが形成されている。具体的に、可溶導体13は、主面部25における高融点金属層13bの膜厚が、表裏それぞれ2μm以上に形成されている。高融点金属層13bの膜厚を2μ以上に形成することにより、可溶導体13は、保護素子1を回路基板にリフロー実装により搭載する場合にも、高融点金属層13bが低融点金属により侵食されることなく、可溶導体13の変形を防止することができる。したがって、可溶導体13は、定格やサイズに関わらず、高融点金属層13bの膜厚を2μm以上とすることにより、製品ごとに溶断時間のばらつきもなく安定した溶断特性を有する。   Therefore, the fusible conductor 13 is formed with the refractory metal layer 13b with an optimum film thickness that can achieve both fast fusing, reflow mounting, and maintenance of fusing characteristics when the heat generating element 14 generates heat. Specifically, the soluble conductor 13 is formed such that the thickness of the refractory metal layer 13b in the main surface portion 25 is 2 μm or more on each of the front and back sides. By forming the film thickness of the refractory metal layer 13b to 2 μm or more, the fusible conductor 13 is eroded by the low melting metal even when the protective element 1 is mounted on the circuit board by reflow mounting. Therefore, deformation of the soluble conductor 13 can be prevented. Therefore, the soluble conductor 13 has stable fusing characteristics without variation in fusing time for each product by setting the film thickness of the refractory metal layer 13b to 2 μm or more regardless of the rating or size.

また、可溶導体13は、主面部25における高融点金属層13bの膜厚を、表裏それぞれ6μm以下に形成することが好ましい。高融点金属層13bの膜厚を6μm以下に形成することにより、可溶導体13は、定格やサイズに関わらず、発熱体14の発熱時において、低融点金属が高融点金属を速やかに侵食することができ、短時間で溶断することができる。可溶導体13は、高融点金属層13bの膜厚が6μmより厚くなると、低融点金属による侵食量が増えるため、その分、溶断時間も長くなってしまう。   Moreover, it is preferable that the soluble conductor 13 forms the film thickness of the high melting-point metal layer 13b in the main surface part 25 below 6 micrometers on both sides. By forming the film thickness of the refractory metal layer 13b to 6 μm or less, the fusible conductor 13 quickly corrodes the refractory metal when the heating element 14 generates heat regardless of the rating or size. Can be blown out in a short time. When the film thickness of the high melting point metal layer 13b is greater than 6 μm, the fusible conductor 13 increases the amount of erosion caused by the low melting point metal, so that the fusing time is increased accordingly.

なお、上述したように、可溶導体13は、電解メッキ法により長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属層13bを形成することができる。このとき、可溶導体13は、電流制御によって高融点金属層13bを所望の膜厚で形成することができる。   As described above, the fusible conductor 13 can continuously form the high melting point metal layer 13b on the long low melting point metal foil by the electrolytic plating method. At this time, the soluble conductor 13 can form the refractory metal layer 13b with a desired film thickness by current control.

次いで、本発明の第2の実施例について説明する。第2の実施例では、低融点金属箔を被覆する高融点金属層の厚さを変えた可溶導体のサンプルを用意し、これら各サンプルを用いて形成された保護素子を回路基板上にハンダリフローによって実装し、各可溶導体サンプルについて変形や溶断の有無を調べた。また、各保護素子に電力を印加し、可溶導体サンプルの溶断時間を測定した。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, samples of soluble conductors with different thicknesses of the high melting point metal layer covering the low melting point metal foil are prepared, and the protective elements formed using these samples are soldered on the circuit board. It was mounted by reflow, and each soluble conductor sample was examined for deformation and fusing. Moreover, electric power was applied to each protection element, and the fusing time of the soluble conductor sample was measured.

第2の実施例に用いた可溶導体サンプルは、低融点金属箔として厚さ60μmのPbフリーハンダ箔を用い、電解メッキ法によりPbフリーハンダ箔の全面にAgメッキを施し、片側厚さ1〜7μmの高融点金属層を形成した。なお、各可溶導体サンプルは、電流の量を制御することにより、Agメッキ層を所望の膜厚で形成することができる。各可溶導体サンプルは、電解メッキ後に、幅方向に亘って切断され、所定の長さに形成される。   The fusible conductor sample used in the second example uses a Pb-free solder foil having a thickness of 60 μm as a low melting point metal foil, and Ag plating is performed on the entire surface of the Pb-free solder foil by an electrolytic plating method. A refractory metal layer of ˜7 μm was formed. In addition, each soluble conductor sample can form an Ag plating layer with a desired film thickness by controlling the amount of current. Each soluble conductor sample is cut across the width direction after electrolytic plating and formed into a predetermined length.

各可溶導体サンプルとして、比較例2では、片側厚さ1μmの高融点金属層を形成した。また、実施例2では、片側厚さ2μmの高融点金属層を形成した。また、実施例3では、片側厚さ3μmの高融点金属層を形成した。また、実施例4では、片側厚さ4μmの高融点金属層を形成した。また、実施例5では、片側厚さ5μmの高融点金属層を形成した。また、実施例6では、片側厚さ6μmの高融点金属層を形成した。また、実施例7では、片側厚さ7μmの高融点金属層を形成した。   As each soluble conductor sample, in Comparative Example 2, a refractory metal layer having a thickness of 1 μm on one side was formed. In Example 2, a refractory metal layer having a thickness of 2 μm on one side was formed. In Example 3, a refractory metal layer having a thickness of 3 μm on one side was formed. In Example 4, a refractory metal layer having a thickness of 4 μm on one side was formed. In Example 5, a refractory metal layer having a thickness of 5 μm on one side was formed. In Example 6, a refractory metal layer having a thickness of 6 μm on one side was formed. In Example 7, a refractory metal layer having a thickness of 7 μm on one side was formed.

比較例2及び実施例2〜7に係る各可溶導体サンプルを、高融点金属を被覆することにより肉厚に形成された第1の側縁部を第1及び第2の電極上に配設し、導体リボンの切断面となる第2の側縁部を第1の電極〜発熱体引出電極〜第2の電極に亘る電流経路に沿って配設することにより、実施例2に係る保護素子を形成した(図1参照)。保護素子は、比較例2及び実施例2〜7に係る各可溶導体のそれぞれにつき24個用意した。   Each soluble conductor sample according to Comparative Example 2 and Examples 2 to 7 is disposed on the first and second electrodes with the first side edges formed thick by coating a refractory metal. Then, the second side edge portion that becomes the cut surface of the conductor ribbon is disposed along the current path extending from the first electrode to the heating element extraction electrode to the second electrode, whereby the protection element according to the second embodiment (See FIG. 1). 24 protection elements were prepared for each of the soluble conductors according to Comparative Example 2 and Examples 2 to 7.

次いで、各保護素子を回路基板上にハンダリフローによって実装した。リフロー温度は約260℃である。リフロー実装後、保護素子のカバー部材をあけて可溶導体サンプルを目視観察し、可溶導体の変形について評価し、また可溶導体の溶融発生率(%)を求めた。また、リフロー実装後、各保護素子に35Wの電力を印加し、溶断時間(sec)を比較した。   Next, each protection element was mounted on the circuit board by solder reflow. The reflow temperature is about 260 ° C. After reflow mounting, the cover member of the protective element was opened, the soluble conductor sample was visually observed, the deformation of the soluble conductor was evaluated, and the melting rate (%) of the soluble conductor was determined. In addition, after reflow mounting, a power of 35 W was applied to each protection element, and the fusing time (sec) was compared.

可溶導体の変形についての評価は、リフロー加熱により可溶導体が溶断してしまった場合を×、リフロー加熱により可溶導体の溶断には至らないが、実使用上問題の無い程度の変形がみられた場合を○、リフロー加熱によっても可溶導体が溶断せず、変形もほとんど見られない場合を◎とした。   The evaluation of the deformation of the fusible conductor is × when the fusible conductor is blown by reflow heating, but the fusible conductor is not blown by reflow heating, but there is no deformation in practical use. The case where it was observed was marked with ◯, and the case where the soluble conductor was not melted by reflow heating and almost no deformation was observed.

可溶導体の溶融発生率は、各可溶導体のサンプル数24個のうち、溶断に至ったサンプル数から求めた。結果を表2及び図6に示す。   The melting occurrence rate of the fusible conductor was determined from the number of samples that resulted in fusing out of 24 samples of each fusible conductor. The results are shown in Table 2 and FIG.

Figure 0006324684
Figure 0006324684

表2及び図6に示すように、高融点金属層の膜厚が2μ以上である実施例2〜7に係る保護素子においては、いずれのサンプルも、リフロー実装によっても可溶導体の実使用に影響するほどの変形は見られなかった。また、Agメッキ厚を2〜6μmとした実施例2〜実施例6においては、可溶導体の溶断時間も0.44sec以下と短く、速溶断の要請に十分応えることができた。   As shown in Table 2 and FIG. 6, in the protective elements according to Examples 2 to 7 in which the film thickness of the refractory metal layer is 2 μm or more, any sample can be used for a soluble conductor by reflow mounting. There was no significant deformation. Further, in Examples 2 to 6 in which the Ag plating thickness was 2 to 6 μm, the melting time of the soluble conductor was as short as 0.44 sec or less, and it was possible to sufficiently meet the demand for fast melting.

一方、Agメッキ厚を1μmとした比較例1では、溶断時間は短くなったものの、リフロー実装によって可溶導体が溶断してしまったサンプルが全体の30%発生した。これは、Agメッキ層が薄すぎて、リフロー加熱によってハンダ箔が溶融し、この溶融ハンダによってAgメッキ層が侵食されたことによる。   On the other hand, in Comparative Example 1 in which the Ag plating thickness was 1 μm, although the fusing time was shortened, 30% of the samples in which the soluble conductor was melted by reflow mounting occurred. This is because the Ag plating layer is too thin, the solder foil is melted by reflow heating, and the Ag plating layer is eroded by the molten solder.

以上のことから、可溶導体の外層を構成するAgメッキ層は、厚さ2μm以上で形成することが好ましく、6μm以下とすることがより好ましいことが分かる。   From the above, it can be seen that the Ag plating layer constituting the outer layer of the soluble conductor is preferably formed with a thickness of 2 μm or more, and more preferably 6 μm or less.

1 保護素子、11 絶縁基板、11a 裏面、11b 第1の辺、11c 第2の辺、11d 第3の辺、12 電極、13 可溶導体、14 発熱体、15 絶縁部材、16 発熱体引出電極、17 フラックス、18 発熱体電極、20 カバー部材、21 外部接続端子、25 主面部、26 第1の側縁部、27 第2の側縁部、30 導体リボン、40 バッテリパック、41〜44 バッテリセル、45 バッテリスタック、46 検出回路、47 電流制御素子、50 充放電制御回路、51,52 電流制御素子、53 制御部、55 充電装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Protection element, 11 Insulation board | substrate, 11a Back surface, 11b 1st edge | side, 11c 2nd edge | side, 11d 3rd edge | side, 12 electrode, 13 soluble conductor, 14 heat generating body, 15 insulating member, 16 heating element extraction electrode , 17 flux, 18 heating element electrode, 20 cover member, 21 external connection terminal, 25 main surface portion, 26 first side edge portion, 27 second side edge portion, 30 conductor ribbon, 40 battery pack, 41 to 44 battery Cell, 45 battery stack, 46 detection circuit, 47 current control element, 50 charge / discharge control circuit, 51, 52 current control element, 53 control unit, 55 charging device

Claims (9)

絶縁基板と、
発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、
上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
第1及び第2の電極と、
上記発熱体引出電極から上記第1及び第2の電極にわたって接続され、加熱により、上記第1の電極と上記第2の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、主面部よりも肉厚に形成され、相対向する一対の第1の側縁部と、上記第1の側縁部よりも薄い厚さに形成され、相対向する一対の第2の側縁部とを有し、上記第2の側縁部が上記発熱体引出電極から上記第1及び第2の電極にわたる電流経路に沿って配設され
上記可溶導体は、上記第1の側縁部が高融点金属によって被覆され、上記第2の側縁部には低融点金属及び上記低融点金属の表面を被覆する上記高融点金属が積層されている保護素子。
An insulating substrate;
A heating element;
An insulating member covering at least the heating element;
A heating element extraction electrode electrically connected to the heating element;
First and second electrodes;
A soluble conductor connected from the heating element extraction electrode to the first and second electrodes, and by heating to melt a current path between the first electrode and the second electrode;
The fusible conductor is formed to be thicker than the main surface portion, and is formed to have a pair of first side edge portions facing each other and a thickness thinner than the first side edge portion. A second side edge, and the second side edge is disposed along a current path extending from the heating element extraction electrode to the first and second electrodes ,
The soluble conductor has the first side edge covered with a refractory metal, and the second side edge is laminated with a low melting point metal and the refractory metal covering the surface of the low melting point metal. Protective element.
上記可溶導体は、長尺状に形成された上記低融点金属の箔の表面に、上記高融点金属が被覆された導体リボンを、幅方向に切断することにより形成される請求項記載の保護素子。 The accepted溶導body, the surface of the foil of the low melting point metal formed into an elongated shape, the conductor ribbon in which the refractory metal is coated, according to claim 1 wherein formed by cutting in the width direction Protective element. 上記可溶導体は、上記低融点金属の表面に、電解メッキ法により上記高融点金属が被覆されている請求項又はに記載の保護素子。 The accepted溶導body, above the low melting point metal surfaces of the protective element according to claim 1 or 2 the refractory metal is coated by electroplating. 上記第2の側縁部は、上記低融点金属が端面より外方に露出されている請求項又は請求項に記載の保護素子。 Said second side edge, the protection device according to claim 1 or claim 2 said low melting point metal is exposed to the outside from the end face. 上記可溶導体は、上記第2の側縁部が上記発熱体引出電極に対峙されている請求項記載の保護素子。 The protection element according to claim 4 , wherein the soluble conductor has the second side edge portion opposed to the heating element extraction electrode. 上記可溶導体は、上記第1の側縁部が、上記第1及び第2の電極に接続されている請求項1〜のいずれか1項に記載の保護素子。 The accepted溶導body, the first side edge of the protection element according to any one of claims 1 to 5 connected to the first and second electrodes. 上記低融点金属は、Pbフリーハンダであり、上記高融点金属は、Ag若しくはCu又はAg若しくはCuを主成分とする金属である請求項〜6のいずれか1項に記載の保護素子。 The low melting point metal is a Pb-free solder, the refractory metal is protective device according to any one of claims 1 to 6 is a metal mainly composed of Ag or Cu or Ag or Cu. 上記可溶導体は、主面部における上記低融点金属の表裏面に積層された上記高融点金属の膜厚が、それぞれ2μm以上である請求項1〜7のいずれか1項に記載の保護素子。 The accepted溶導body, the thickness of the refractory metal laminated on both surfaces of the low melting point metal in the main surface portion, the protection device according to any one of claims 1 to 7 is respectively 2μm or more. 上記高融点金属の膜厚が6μm以下である請求項記載の保護素子。 The protective element according to claim 8 , wherein the refractory metal has a film thickness of 6 μm or less.
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