JP6959964B2 - 保護素子 - Google Patents
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また、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、上記絶縁基板上に設けられた第1の電極及び第2の電極と、上記絶縁基板上に設けられた発熱体と、上記発熱体に接続する第1の発熱体電極と、上記第1の発熱体電極に接続する第3の電極と、上記第1の電極と上記第2の電極との間で可溶導体を支持する発熱体引出電極と、上記第1の電極及び第2の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する上記可溶導体とを有し、少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記第1の発熱体電極と上記発熱体とが接続し、少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記発熱体と上記発熱体引出電極とが接続するものである。
また、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、上記絶縁基板上に設けられた第1の電極及び第2の電極と、上記絶縁基板上に設けられた発熱体と、上記発熱体に接続する第1の発熱体電極と、上記第1の発熱体電極に接続する第3の電極と、上記発熱体に接続する発熱体引出電極と、上記第1の電極及び第2の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記発熱体引出電極が上記絶縁基板に向かって垂直方向に延在し、上記発熱体に接続するものである。
ヒューズ素子1は、図1乃至図3に示すように、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等の回路基板にリフローにより表面実装されることにより、リチウムイオン二次電池の充放電経路上に可溶導体10を組み込むものである。
ヒューズ素子1は、図1乃至図3に示すように、絶縁基板2と、絶縁基板2上に設けられた第1の電極3及び第2の電極4と、絶縁基板2上に設けられた発熱体5と、発熱体5に接続する第1の発熱体電極6及び第2の発熱体電極7と、第1の発熱体電極6及び第2の発熱体電極7のうち、一方に接続する発熱体引出電極9と、第1の発熱体電極6及び第2の発熱体電極7のうち、他方に接続する第3の電極8と、第1の電極3及び第2の電極4間を発熱体引出電極9を経由して各々に接続する可溶導体10とを有し、少なくとも可溶導体10と重畳する位置にて、第2の発熱体電極7もしくは発熱体5と発熱体引出電極9とを接続するように構成したものである。
絶縁基板2は、例えば、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方形状に形成される。その他、絶縁基板2は、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。
第1の電極3及び第2の電極4は、絶縁基板2の表面2a上に、相対向する側縁近傍にそれぞれ離間して配置されることにより開放され、可溶導体10が搭載されることにより、可溶導体10を介して電気的に接続されている。また、第1の電極3及び第2の電極4は、ヒューズ素子1に定格を超える大電流が流れ可溶導体10が自己発熱(ジュール熱)によって溶断し、あるいは発熱体5が通電に伴って発熱し可溶導体10が溶断することによって、電流経路が遮断される。
発熱体5は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばニクロム、W、Mo、Ru、Cu、Ag、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。発熱体5は、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2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ことができる。また、発熱体5は、一端が第1の発熱体電極6と接続され、他端が第2の発熱体電極7と接続されている。また、発熱体5は、他端が発熱体引出電極9の接続部9aの先端の一部と接続されている。
第1の発熱体電極6及び第2の発熱体電極7は、絶縁基板2の表面2a上で、相対向する側縁近傍がそれぞれ離間して配置されることにより開放され、発熱体5が搭載されることにより、発熱体5を介して電気的に接続されている。
ヒューズ素子1は、発熱体5と発熱体引出電極9との間に積層された第1の絶縁層12を有する。第1の絶縁層12は、発熱体5を覆い発熱体5と発熱体引出電極9との接触を妨げる。第1の絶縁層12としては、例えばガラス材料を用いることができる。
発熱体引出電極9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、発熱体引出電極9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。
可溶導体10は、発熱体5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フリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
ここで、ヒューズ素子1の回路構成と、通電経路の遮断動作について説明する。ヒューズ素子1は、図4(A)に示すように、第1の電極3から第2の電極4にわたって可溶導体10が接続されており、可溶導体10の中途部分に発熱体引出電極9が接続されている。また、発熱体引出電極9は、可溶導体10と接続された側の反対側に、第2の発熱体電極7、発熱体5、第1の発熱体電極6の順に接続されている。従って、ヒューズ素子1は、第1の電極3、第2の電極4及び第1の発熱体電極6から、それぞれ第1のハーフスルーホール3b、第2のハーフスルーホール4b及び第3のハーフスルーホール8bを介して接続される第1の実装電極3a、第2の実装電極4a及び第3の実装電極8aを外部端子とする3端子の素子であるといえる。
次に、第2の実施の形態について説明する。また、第1の実施の形態で説明したヒューズ素子1と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図4で説明したものと同じであるため説明を省略する。
第2の実施の形態にかかるヒューズ素子20は、図6乃至図8に示すように、絶縁基板2の両面を貫通し電気的に接続するためのスルーホール9bを有し、発熱体5、第1の発熱体電極6及び第2の発熱体電極7が、絶縁基板2の発熱体引出電極9が設けられた面の反対面に設けられ、第2の発熱体電極7と発熱体引出電極9とをスルーホール9bを介して接続するように構成したものである。
次に、第3の実施の形態について説明する。また、第1の実施の形態で説明したヒューズ素子1と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図4で説明したものと略同じであるが、一部に差異があるため簡単な説明を行う。
第3の実施の形態にかかるヒューズ素子30は、図9乃至図11に示すように、ヒューズ素子1と比較して絶縁基板2上の発熱体5に接続される第2の発熱体電極7を省略した構成であり、絶縁基板2と、絶縁基板2上に設けられた第1の電極3及び第2の電極4と、絶縁基板2上に設けられた発熱体5と、発熱体5に接続する第1の発熱体電極6と、第1の発熱体電極6に接続する第3の電極8と、発熱体5に接続する発熱体引出電極9と、第1の電極3及び第2の電極4間を発熱体引出電極9を経由して各々に接続する可溶導体10とを有し、少なくとも可溶導体10と重なる位置にて、発熱体5と発熱体引出電極9とを接続しているものである。
ここで、ヒューズ素子30の回路構成と、通電経路の遮断動作について説明する。ヒューズ素子30は、図12(A)に示すように、第1の電極3から第2の電極4にわたって可溶導体10が接続されており、可溶導体10の中途部分に発熱体引出電極9が接続されている。また、発熱体引出電極9は、可溶導体10と接続された側の反対側に、発熱体5、第1の発熱体電極6の順に接続されている。
次に、第4の実施の形態について説明する。また、第1の実施の形態で説明したヒューズ素子1と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図4で説明したものと同じであるため説明を省略する。
第4の実施の形態にかかるヒューズ素子40は、図13乃至図15に示すように、絶縁基板2の両面を貫通し電気的に接続するためのスルーホール9bを有し、発熱体5、第1の発熱体電極6及び第2の発熱体電極7が、絶縁基板2の発熱体引出電極9が設けられた面の反対面に設けられ、第2の発熱体電極7と発熱体引出電極9とをスルーホール9bを介して接続するように構成したものである。
ここで、第1の実施の形態乃至第4の実施の形態として説明したヒューズ素子が有する熱伝導経路を可溶導体10と重畳させない構成について、参考例を用いて説明する。また、第1の実施の形態で説明したヒューズ素子1と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図4で説明したものと略同じであるが、一部に差異があるため簡単な説明を行う。
参考例にかかるヒューズ素子50は、図16乃至図18に示すように、ヒューズ素子1と比較して発熱体引出電極9の接続先が抵抗測定電極11とされ、可溶導体10と重畳する位置で発熱体5や第2の発熱体電極7と接続しない構成であり、絶縁基板2と、絶縁基板2上に設けられた第1の電極3及び第2の電極4と、絶縁基板2上に設けられた発熱体5と、発熱体5に接続する第1の発熱体電極6と、第1の発熱体電極6に接続する第3の電極8と、第2の発熱体電極7に接続する抵抗測定電極11と、抵抗測定電極11に接続する発熱体引出電極9と、第1の電極3及び第2の電極4間を発熱体引出電極9を経由して各々に接続する可溶導体10とを有するものである。
ここで、ヒューズ素子50の回路構成と、通電経路の遮断動作について説明する。ヒューズ素子50は、図19(A)に示すように、第1の電極3から第2の電極4にわたって可溶導体10が接続されており、可溶導体10の中途部分に発熱体引出電極9が接続されている。また、発熱体引出電極9は、可溶導体10と接続された側の反対側に、抵抗測定電極11、第2の発熱体電極7、発熱体5、第1の発熱体電極6の順に接続されている。
以上のように第1の実施の形態乃至第4の実施の形態として説明したヒューズ素子は、発熱体から可溶導体を結ぶ最短ルートを絶縁基板や絶縁層よりも高熱伝導率の発熱体引出電極を用いて熱伝導経路を形成したことで、可溶導体に対して発熱体の熱を速やかに伝達し、可溶導体を速やかに溶断し、大電流に対応しつつ速溶断性に優れた保護素子を得ることができる。
Claims (8)
- 絶縁基板と、
上記絶縁基板上に設けられた第1の電極及び第2の電極と、
上記絶縁基板上に設けられた第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極と、
上記絶縁基板上に設けられ、且つ上記第1の発熱体電極及び上記第2の発熱体電極に接続された発熱体と、
上記第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極のうち、一方に接続する発熱体引出電極と、
上記第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極のうち、他方に接続する第3の電極と、
上記第1の電極及び第2の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、
少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極のうち少なくとも上記発熱体引出電極と接続する一方と上記発熱体とが接続し、
少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記発熱体と上記発熱体引出電極とが接続する保護素子。 - 絶縁基板と、
上記絶縁基板上に設けられた第1の電極及び第2の電極と、
上記絶縁基板上に設けられた発熱体と、
上記発熱体に接続する第1の発熱体電極と、
上記第1の発熱体電極に接続する第3の電極と、
上記第1の電極と上記第2の電極との間で可溶導体を支持する発熱体引出電極と、
上記第1の電極及び第2の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する上記可溶導体とを有し、
少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記第1の発熱体電極と上記発熱体とが接続し、
少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記発熱体と上記発熱体引出電極とが接続する保護素子。 - 絶縁基板と、
上記絶縁基板上に設けられた第1の電極及び第2の電極と、
上記絶縁基板上に設けられた第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極と、
上記絶縁基板上に設けられ、且つ上記第1の発熱体電極及び上記第2の発熱体電極に接続された発熱体と、
上記第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極のうち、一方に上記発熱体を介し接続する発熱体引出電極と、
上記第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極のうち、他方に接続する第3の電極と、
上記第1の電極及び第2の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、
少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記発熱体引出電極が上記絶縁基板に向かって垂直方向に延在し、上記発熱体に接続する保護素子。 - 絶縁基板と、
上記絶縁基板上に設けられた第1の電極及び第2の電極と、
上記絶縁基板上に設けられた発熱体と、
上記発熱体に接続する第1の発熱体電極と、
上記第1の発熱体電極に接続する第3の電極と、
上記発熱体に接続する発熱体引出電極と、
上記第1の電極及び第2の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、
少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記発熱体引出電極が上記絶縁基板に向かって垂直方向に延在し、上記発熱体に接続する保護素子。 - 上記可溶導体は、上記第1の電極及び第2の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々にハンダにて接続され、
少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記発熱体と、上記ハンダにて上記可溶導体と接続された上記発熱体引出電極とを接続する請求項1〜4のいずれか1項に記載の保護素子。 - 上記発熱体と上記発熱体引出電極との間に積層された第1の絶縁層を有する請求項1〜5のいずれか1項に記載の保護素子。
- 上記絶縁基板と上記発熱体との間に第2の絶縁層を有する請求項6に記載の保護素子。
- 上記絶縁基板の両面を貫通し電気的に接続するためのスルーホールを有し、
上記発熱体、上記第1の発熱体電極及び上記第2の発熱体電極は、上記絶縁基板の上記発熱体引出電極が設けられた面の反対面に設けられ、
上記第1の発熱体電極及び第2の発熱体電極のうち、一方と上記発熱体引出電極とを上記スルーホールを介して接続する請求項1又は3に記載の保護素子。
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