KR102233539B1 - 단락 소자 및 단락 회로 - Google Patents

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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

단락 소자에 있어서, 미약한 전류 경로 상에서도, 발열체의 가열에 의한 가용 도체의 용단에 수반하여 개방 회로를 단락시키는 단락 소자를 실현시킨다.
절연 기판 (10) 과, 발열체 (17) 와, 서로 인접하는 제 1 및 제 2 전극 (11), (12) 과, 제 1 전극 (11) 과 인접하는 제 3 전극 (13) 과, 제 2 전극 (12) 과 인접하는 제 4 전극 (14) 과, 제 1, 제 3 전극 (11), (13) 사이에 걸쳐 탑재된 제 1 가용 도체 (21) 와, 제 2, 제 4 전극 (12), (14) 사이에 걸쳐 탑재된 제 2 가용 도체 (22) 와, 발열체 (17) 와 접속된 제 5 전극 (15) 과, 제 5 전극 (15) 과 인접하는 제 6 전극 (16) 과, 제 5, 제 6 전극 (15), (16) 사이에 걸쳐 탑재된 제 3 가용 도체 (23) 를 구비하고, 발열체 (17) 에 의해 제 1, 제 2 가용 도체 (21), (22) 를 용융시켜, 제 1, 제 2 전극 (11), (12) 사이를 용융 도체에 의해 단락시킨다.

Description

단락 소자 및 단락 회로{BYPASS ELEMENT AND BYPASS CIRCUIT}
본 발명은, 개방 상태의 전원 라인이나 신호 라인을 전기 신호에 의해 물리적 또한 전기적으로 단락시키는 단락 소자 및 단락 회로에 관한 것이다. 본 출원은, 일본에서 2013년 8월 7일에 출원된 일본 특허출원번호 특허출원 2013-164616호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조됨으로써 본 출원에 원용된다.
충전하여 반복해서 이용할 수 있는 이차 전지의 상당수는, 배터리 팩으로 가공되어 사용자에게 제공된다. 특히 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 이차 전지에 있어서는, 사용자 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해서, 일반적으로, 과충전 보호, 과방전 보호 등의 여러 보호 회로를 배터리 팩에 내장하여, 소정의 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 가지고 있다.
이러한 종류의 보호 소자에는, 배터리 팩에 내장된 FET 스위치를 사용하여 출력의 ON/OFF 를 실시함으로써, 배터리 팩의 과충전 보호 또는 과방전 보호 동작을 실시하는 것이 있다. 그러나, 어떠한 원인으로 FET 스위치가 단락 파괴된 경우, 뇌 (雷) 서지 등이 인가되어 순간적인 대전류가 흐른 경우, 혹은 배터리 셀의 수명에 의해 출력 전압이 비정상적으로 저하되거나, 반대로 과대한 이상 전압을 출력시킨 경우라 하더라도, 배터리 팩이나 전자 기기는, 발화 등의 사고로부터 보호되어야 한다. 그래서, 이와 같은 상정할 수 있는 어떠한 이상 상태에 있어서도, 배터리 셀의 출력을 안전하게 차단하기 위해서, 외부로부터의 신호에 의해 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 퓨즈 소자로 이루어지는 보호 소자가 사용되고 있다.
리튬 이온 이차 전지 등을 위한 보호 회로의 보호 소자로는, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 전류 경로 상의 제 1 전극, 발열체 인출 전극, 제 2 전극 사이에 걸쳐 가용 도체를 접속하여 전류 경로의 일부를 이루어, 이 전류 경로 상의 가용 도체를, 과전류에 의한 자기 발열, 혹은 보호 소자 내부에 형성한 발열체에 의해 용단시키는 것이 있다. 이와 같은 보호 소자에서는, 용융된 액체상의 가용 도체를 발열체로 이어지는 도체층 상에 모음으로써 전류 경로를 차단한다.
일본 공개특허공보 2010-003665호 일본 공개특허공보 2004-185960호 일본 공개특허공보 2012-003878호
그런데, 최근, 배터리와 모터를 사용한 HEV (Hybrid Electric Vehicle) 나 EV (Electric Vehicle) 가 급속히 보급되고 있다. HEV 나 EV 의 동력원으로는, 에너지 밀도와 출력 특성으로부터 리튬 이온 이차 전지가 사용되게 되었다. 자동차 용도에서는, 고전압, 대전류가 필요해진다. 이 때문에, 고전압, 대전류에 견딜 수 있는 전용 셀이 개발되고 있지만, 제조 비용상의 문제로부터 많은 경우, 복수의 배터리 셀을 직렬, 병렬로 접속함으로써, 범용 셀을 사용하여 필요한 전압 전류를 확보하고 있다.
여기에서, 고속 이동 중의 자동차 등에서는, 급격한 구동력의 저하나 급정지는 오히려 위험한 경우가 있어, 비상시를 상정한 배터리 관리가 요구되고 있다. 예를 들어, 주행 중에 배터리 시스템의 이상이 일어났을 때에도, 수리 공장 혹은 안전한 장소까지 이동시키기 위한 구동력, 혹은 해저드 램프나 에어콘용 구동력을 공급할 수 있는 것이 위험 회피상 바람직하다.
그러나, 특허문헌 1 과 같은 복수의 배터리 셀이 직렬로 접속된 배터리 팩에 있어서는, 충방전 경로 상에만 보호 소자를 형성한 경우, 배터리 셀의 일부에 이상이 발생하여 보호 소자를 작동시키면, 배터리 팩 전체의 충방전 경로가 차단되어 버려, 더 이상 전력을 공급할 수 없다.
그래서, 복수 셀로 구성된 배터리 팩 내의 비정상적인 배터리 셀만을 배제하고, 정상적인 배터리 셀을 유효하게 활용하기 위해서, 비정상적인 배터리 셀만을 바이패스하는 바이패스 경로를 형성할 수 있는 단락 소자가 제안되어 있다.
이 단락 소자 (50) 는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 충방전 경로 상에서 배터리 셀 (51) 과 병렬로 접속되어, 정상시에는 개방되어 있는 2 개의 개방 전극 (52, 53) 과, 용융됨으로써 2 개의 개방 전극 (52, 53) 사이를 단락시키는 가용 도체 (54) 와, 가용 도체 (54) 와 직렬로 접속되고, 당해 가용 도체 (54) 를 용융시키는 발열체 (55) 를 갖는다.
발열체 (55) 는, 충방전 경로를 통해 전류가 흐름으로써 자기 발열되고, 이 열 (줄 열) 에 의해 가용 도체 (54) 를 용융시킨다. 발열체 (55) 는, FET 등의 전류 제어 소자 (56) 와 접속되어 있다. 전류 제어 소자 (56) 는, 배터리 셀 (51) 의 정상시에는 발열체 (55) 로의 급전을 규제하고, 이상시에 충방전 경로를 통해 발열체 (55) 로 전류가 흐르도록 제어한다.
단락 소자 (50) 가 사용된 배터리 회로는, 배터리 셀 (51) 에 이상 전압 등이 검출되면, 보호 소자 (57) 에 의해 당해 배터리 셀 (51) 을 충방전 경로 상으로부터 차단함과 함께, 전류 제어 소자 (56) 를 작동시켜 발열체 (55) 로 전류를 흘린다. 이로써, 발열체 (55) 의 열에 의해 가용 도체 (54) 가 용융되어, 용융 도체가 2 개의 개방 전극 (52, 53) 상에 응집, 결합된다. 따라서, 개방 전극 (52, 53) 은 용융 도체에 의해 단락되고, 이로써, 배터리 셀 (51) 을 바이패스하는 전류 경로를 형성할 수 있다.
그러나, 단락 소자 (50) 를, 전원 라인보다 미약한 전류를 흘리는 디지털 신호 라인에서 사용하는 경우에는, 발열체 (55) 에 가용 도체 (54) 를 용단시키기에 충분한 발열량을 얻을 정도의 전력을 공급할 수 없어, 단락 소자 (50) 의 용도가 전원 라인 용도에 한정되어 있었다.
또, 전류 경로를 발열체 (55) 측으로 전환하는 전류 제어 소자 (56) 도, 전류 정격의 향상에 수반하여 마찬가지로 정격의 향상이 요구된다. 그리고, 고정격의 전류 제어 소자는 일반적으로 고가로, 비용상으로도 불리해진다.
그래서, 본 발명은, 미약한 전류 경로에 장착된 경우에도, 발열체에 가용 도체를 용단시키기에 충분한 전력을 공급할 수 있고, 모든 용도에 사용할 수 있는 단락 소자 및 단락 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 단락 소자는, 절연 기판과, 발열체와, 상기 절연 기판에, 서로 인접하여 형성된 제 1 및 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 인접하여 형성된 제 3 전극과, 상기 제 2 전극과 인접하여 형성된 제 4 전극과, 상기 제 1 전극에서부터 상기 제 3 전극에 걸쳐 탑재되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이에서 용단되는 제 1 가용 도체와, 상기 제 2 전극에서부터 상기 제 4 전극에 걸쳐 탑재되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이에서 용단되는 제 2 가용 도체와, 상기 발열체와 전기적으로 접속된 제 5 전극과, 상기 제 5 전극과 인접하여 형성된 제 6 전극과, 상기 제 5 전극에서부터 상기 제 6 전극에 걸쳐 탑재됨으로써 상기 발열체와 직렬로 접속되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 5 전극과 상기 제 6 전극 사이에서 용단되는 제 3 가용 도체를 구비하고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해 상기 제 1, 제 2 가용 도체를 용융시켜, 상기 제 1, 제 2 전극 상에 응집된 용융 도체가 결합됨으로써 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시키는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 단락 회로는, 제 1 퓨즈와, 서로 인접하여 형성됨과 함께 절연되어 있는 제 1, 제 2 전극을 갖는 제 1 회로와, 상기 제 1 회로와 전기적으로 독립되어 형성되고, 발열체와, 상기 발열체의 일단 (一端) 과 접속된 제 2 퓨즈를 갖는 제 2 회로를 구비하고, 상기 제 2 회로에 전류를 흘려 상기 발열체가 발열한 열에 의해, 상기 제 1 퓨즈를 용융시켜 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시킨 후에, 상기 제 2 퓨즈를 용단시켜 상기 발열체의 발열을 정지시키는 것이다.
본 발명에 의하면, 외부 회로에 장착되는 제 1, 제 2 전극 사이에 걸친 전류 경로와, 제 1, 제 2 가용 도체를 용단시키는 발열체로의 급전 경로가, 전기적으로 독립되어 있기 때문에, 외부 회로의 종류에 상관없이, 발열체에 대해 제 1, 제 2 가용 도체를 용단시키기에 충분한 발열량을 얻는 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 외부 회로로서, 전원 회로 외에, 미약한 전류를 흘리는 디지털 신호 회로에도 적용할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 외부 회로에 장착되는 제 1, 제 2 전극 사이에 걸친 전류 경로와 전기적으로 독립되어 발열체로의 급전 경로를 형성하고 있기 때문에, 발열체로의 급전을 제어하는 전류 제어 소자를, 외부 회로의 전류 정격에 상관없이, 발열체의 정격에 따라 선택할 수 있고, 보다 저렴하게 제조할 수 있다.
도 1 은 본 발명이 적용된 단락 소자를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 2 는 단락 소자에 있어서의 발열체의 발열 중심을 나타내는 평면도이다.
도 3 은 본 발명이 적용된 단락 소자의 회로도이다.
도 4 는 본 발명이 적용된 단락 회로를 나타내는 회로도이다.
도 5 는 제 1, 제 2 전극 사이가 단락된 단락 소자를 나타내는 도면이며, (A) 는 단면도, (B) 는 회로도이다.
도 6 은 제 5, 제 6 전극 사이가 차단되어 발열체의 발열이 정지된 단락 소자를 나타내는 도면이며, (A) 는 단면도, (B) 는 회로도이다.
도 7 은 본 발명이 적용된 다른 단락 소자를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 8 은 본 발명이 적용된 다른 단락 소자를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 9 는 발열체가 절연 기판의 이면에 형성된 단락 소자를 나타내는 단면도이다.
도 10 은 발열체가 절연층의 내부에 형성된 단락 소자를 나타내는 단면도이다.
도 11 은 발열체가 절연 기판의 내부에 형성된 단락 소자를 나타내는 단면도이다.
도 12 는 발열체 및 제 1 ∼ 제 6 전극이 절연 기판의 표면에 형성된 단락 소자를 나타내는 평면도이다.
도 13 은 보호 저항을 구비한 단락 소자를 갖는 배터리 팩의 회로도이다.
도 14 는 고융점 금속층과 저융점 금속층을 갖고, 피복 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이며, (A) 는 고융점 금속층을 내층으로 하고 저융점 금속층으로 피복한 구조를 나타내고, (B) 는 저융점 금속층을 내층으로 하고 고융점 금속층으로 피복한 구조를 나타낸다.
도 15 는 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이며, (A) 는 상하 2 층 구조, (B) 는 내층 및 외층의 3 층 구조를 나타낸다.
도 16 은 고융점 금속층과 저융점 금속층의 다층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 단면도이다.
도 17 은 고융점 금속층의 표면에 선상의 개구부가 형성되고 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이며, (A) 는 길이 방향을 따라 개구부가 형성된 것, (B) 는 폭 방향을 따라 개구부가 형성된 것이다.
도 18 은 고융점 금속층의 표면에 원형의 개구부가 형성되고 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 19 는 고융점 금속층에 원형의 개구부가 형성되고, 내부에 저융점 금속이 충전된 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 20 은 참고예에 관련된 단락 소자가 사용된 배터리 회로를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명이 적용된 단락 소자 및 단락 회로에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 물론이다. 또, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등은, 이하의 설명을 참작하여 판단해야 한다. 또, 도면 상호 간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
[단락 소자]
[제 1 형태]
본 발명이 적용된 단락 소자 (1) 는, 도 1 의 (A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 과, 발열체 (17) 와, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 측에, 서로 인접하여 형성된 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 과, 제 1 전극 (11) 과 인접하여 형성된 제 3 전극 (13) 과, 제 2 전극 (12) 과 인접하여 형성된 제 4 전극 (14) 과, 제 1 전극 (11) 에서부터 제 3 전극 (13) 에 걸쳐 탑재되고, 발열체 (17) 로부터의 가열에 의해, 제 1 전극 (11) 과 제 3 전극 (13) 의 사이에서 용단되는 제 1 가용 도체 (21) 와, 제 2 전극 (12) 에서부터 제 4 전극 (14) 에 걸쳐 탑재되고, 발열체 (17) 로부터의 가열에 의해, 제 2 전극 (12) 과 제 4 전극 (14) 의 사이에서 용단되는 제 2 가용 도체 (22) 를 구비한다.
또, 단락 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 측에, 발열체 (17) 와 전기적으로 접속된 제 5 전극 (15) 과, 제 5 전극 (15) 과 인접하여 형성된 제 6 전극 (16) 과, 제 5 전극 (15) 에서부터 제 6 전극 (16) 에 걸쳐 탑재됨으로써 발열체 (17) 와 직렬로 접속되고, 발열체 (17) 로부터의 가열에 의해, 제 5 전극 (15) 과 제 6 전극 (16) 의 사이에서 용단되는 제 3 가용 도체 (23) 를 구비한다.
그리고, 단락 소자 (1) 는, 발열체 (17) 로부터의 가열에 의해 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 용융시켜, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 응집된 용융 도체가 결합됨으로써, 이들 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시킨다.
절연 기판 (10) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 대략 방형상으로 형성되어 있다. 절연 기판 (10) 은, 그 밖에도, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 되지만, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 의 용단시의 온도에 유의할 필요가 있다.
발열체 (17) 는, 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재로서, 예를 들어 W, Mo, Ru 등으로 이루어진다. 이들 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체를 수지 바인더 등과 혼합하여, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판 (10) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하고, 소성하는 등에 의해 형성한다.
발열체 (17) 는, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에서 절연층 (18) 에 피복되어 있다. 절연층 (18) 은, 발열체 (17) 의 보호 및 절연을 도모함과 함께, 발열체 (17) 의 열을 효율적으로 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 에 전달하기 위해 형성되고, 예를 들어 유리층으로 이루어진다. 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 은, 발열체 (17) 에 의해 가열됨으로써, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 의 용융 도체를 응집하기 쉽게 할 수 있다.
또, 발열체 (17) 는, 일단이 절연 기판 (10) 에 형성된 발열체 인출 전극 (19) 과 접속되고, 타단 (他端) 이 후술하는 제 5 전극 (15) 과 접속되어 있다. 발열체 인출 전극 (19) 은, 절연 기판 (10) 의 측가장자리에 면하는 발열체 전극 단자부 (20) 가 형성되어 있다. 발열체 인출 전극 (19) 은, 스루홀 (27) 을 통해 절연 기판 (10) 의 이면에 형성된 외부 접속 단자 (도시 생략) 와 접속되어 있다. 발열체 (17) 는, 발열체 인출 전극 (19), 발열체 전극 단자부 (20) 및 외부 접속 단자를 통하여, 후술하는 전류 제어 소자 (33) 와 접속되어 있다.
[제 1 ∼ 제 6 전극]
발열체 (17) 를 피복하는 절연층 (18) 상에는, 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 이 형성되어 있다. 제 1 전극 (11) 은, 일방측에서 제 2 전극 (12) 과 인접하여 형성됨과 함께, 이간됨으로써 절연되어 있다. 제 1 전극 (11) 의 타방측에는 제 3 전극 (13) 이 형성되고, 이들 제 1, 제 3 전극 (11, 13) 에 의해 제 1 가용 도체 (21) 의 양측 가장자리를 지지함으로써, 제 1 가용 도체 (21) 의 위치 어긋남 방지를 도모한다. 제 1 전극 (11) 과 제 3 전극 (13) 은, 절연층 (18) 상에서 일체로 형성됨으로써 전기적으로 접속됨과 함께, 유리 등의 절연 부재 (25) 가 적층됨으로써 물리적으로 이간되어 있다. 제 1, 제 3 전극 (11, 13) 을 절연층 (18) 상에 일체로 형성함과 함께, 절연 부재 (25) 를 적층하고, 추가로 절연 부재 (25) 상에 제 1 가용 도체 (21) 를 적층함으로써, 절연 부재 (25) 가 발열체 (17) 의 열을 제 1 가용 도체 (21) 나 제 1 및 제 3 전극 (11, 13) 으로 효율적으로 전달하는 히트 스프레더로서 기능한다. 따라서, 단락 소자 (1) 는, 발열체 (17) 가 발열하면, 단시간에 제 1 가용 도체 (21) 를 용단할 수 있다.
제 1, 제 3 전극 (11, 13) 은, 실장용 땜납 (26) 을 개재하여, 후술하는 제 1 가용 도체 (21) 가 탑재되어 있다. 또, 제 1 전극 (11) 은, 절연 기판 (10) 의 측면에 면하는 제 1 전극 단자부 (11a) 가 형성되어 있다. 제 1 전극 단자부 (11a) 는, 스루홀 (27) 을 통해 절연 기판 (10) 의 이면에 형성된 외부 접속 단자 (도시 생략) 와 접속되어 있다. 그리고, 제 1 전극 단자부 (11a) 는, 외부 접속 단자를 통하여, 단락 소자 (1) 가 실장되는 디바이스의 전류 경로의 일단과 접속된다.
제 2 전극 (12) 의 제 1 전극 (11) 과 인접하는 일방측과 반대의 타방측에는, 제 4 전극 (14) 이 형성되고, 이들 제 2, 제 4 전극 (12, 14) 에 의해 제 2 가용 도체 (22) 의 양측 가장자리를 지지함으로써, 제 2 가용 도체 (22) 의 위치 어긋남 방지를 도모한다. 제 2 전극 (12) 과 제 4 전극 (14) 도, 제 1, 제 3 전극과 마찬가지로, 절연층 (18) 상에서 일체로 형성됨으로써 전기적 접속됨과 함께, 유리 등의 절연 부재 (25) 가 적층됨으로써 물리적으로 이간되어 있다. 제 2, 제 4 전극 (12, 14) 은, 실장용 땜납 (26) 을 개재하여, 후술하는 제 2 가용 도체 (22) 가 탑재되어 있다. 또, 제 2 전극 (12) 은, 절연 기판 (10) 의 측면에 면하는 제 2 전극 단자부 (12a) 가 형성되어 있다. 제 2 전극 단자부 (12a) 는, 스루홀 (27) 을 통해 절연 기판 (10) 의 이면에 형성된 외부 접속 단자 (도시 생략) 와 접속되어 있다. 제 2 전극 단자부 (12a) 는, 외부 접속 단자를 통하여, 단락 소자가 실장되는 디바이스의 전류 경로의 타단과 접속된다.
제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 용융 도체가 응집, 결합됨으로써 단락시키는 점에서, 보다 많은 용융 도체를 유지하여, 확실하게 결합할 수 있도록, 제 3, 제 4 전극 (13, 14) 보다 넓은 면적에 형성하는 것이 바람직하다 (도 1 의 (B) 참조).
제 5 전극 (15) 은, 발열체 (17) 와 접속되어 있는 하층부 (15a) 와, 절연층 (18) 상에 형성되고, 제 3 가용 도체 (23) 가 탑재되는 상층부 (15b) 를 갖는다. 제 5 전극 (15) 의 상층부 (15b) 의 하층부 (15a) 가 형성된 측과 반대측에는, 소정 거리를 두고 제 6 전극 (16) 이 형성되어 있다. 제 5, 제 6 전극 (15, 16) 은, 실장용 땜납 (26) 을 개재하여, 후술하는 제 3 가용 도체 (23) 가 탑재되어 있다. 또, 제 6 전극 (16) 은, 절연 기판 (10) 의 측면에 면하는 제 6 전극 단자부 (16a) 가 형성되어 있다. 제 6 전극 단자부 (16a) 는, 스루홀 (27) 을 통해 절연 기판 (10) 의 이면에 형성된 외부 접속 단자 (도시 생략) 와 접속되어 있다. 제 6 전극 단자부 (16a) 는, 외부 접속 단자를 통하여, 발열체 (17) 에 전류를 공급하는 외부 전원 (34) 과 접속된다.
이들 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 및 발열체 인출 전극 (19) 은, Cu 나 Ag 등의 일반적인 전극 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또, 적어도 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 표면 상에는, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막이, 공지된 도금 처리에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 산화를 방지하여, 용융 도체를 확실하게 유지시킬 수 있다. 또, 단락 소자 (1) 를 리플로우 실장하는 경우에, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 접속시키는 실장용 땜납 (26) 혹은 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 외층을 형성하는 저융점 금속이 용융됨으로써 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 을 용식 (溶食) (땜납 깎임) 하여 절단시키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 에 더하여, 제 3 ∼ 제 6 전극 (13 ∼ 16) 의 표면 상에도 Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막을 형성해도 되는 것은 물론이다.
또, 각각 절연 기판 (10) 의 측면에 면하는 제 1 전극 단자부 (11a), 제 2 전극 단자부 (12a), 제 6 전극 단자부 (16a) 및 발열체 전극 단자부 (20) 에는, 단락 소자 (1) 를 회로 기판에 실장하기 위한 땜납이 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 으로 올라오는 것을 방지하는 절연벽 (28) 이 형성되어 있다. 제 1 전극 단자부 (11a) 상에 형성된 절연벽 (28) 은, 제 1 ∼ 제 4 전극 (11 ∼ 14) 의 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 탑재 영역을 따라, 제 2 전극 (12) 상에 걸쳐 형성되어 있다. 이로써, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 용융 도체가 제 1, 제 2 전극 단자부 (11a, 12a) 를 통해서 유출되는 것을 방지하여, 확실하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 응집, 결합시킬 수 있다.
[제 1 ∼ 제 3 가용 도체]
제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 발열체 (17) 의 발열에 의해 빠르게 용단되는 어느 금속을 사용할 수 있으며, 예를 들어, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속을 바람직하게 사용할 수 있다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유해도 된다. 저융점 금속으로는, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 땜납을 사용하는 것이 바람직하고, 고융점 금속으로는, Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등을 사용하는 것이 바람직하다. 고융점 금속과 저융점 금속을 함유함으로써, 단락 소자 (1) 를 리플로우 실장하는 경우에, 리플로우 온도가 저융점 금속의 용융 온도를 초과하여 저융점 금속이 용융되어도, 저융점 금속의 외부로의 유출을 억제하여, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 의 형상을 유지할 수 있다. 또, 용단시에도, 저융점 금속이 용융됨으로써, 고융점 금속을 용식 (땜납 깎임) 시킴으로써, 고융점 금속의 융점 이하의 온도에서 신속하게 용단할 수 있다. 또한, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 이후에 설명하는 바와 같이, 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.
[제 1 가용 도체의 선(先)용융]
여기에서, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가, 제 3 가용 도체 (23) 보다 먼저 용단되도록 형성되어 있다. 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 보다 먼저 제 3 가용 도체 (23) 가 용단되면, 발열체 (17) 로의 급전이 정지되어, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 용융되지 않아, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시킬 수 없기 때문이다.
그래서, 단락 소자 (1) 는, 발열체 (17) 가 발열하면, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 먼저 용단되도록 형성되어 있다. 구체적으로, 단락 소자 (1) 의 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 는, 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있다.
여기에서, 발열체 (17) 의 발열 중심이란, 발열체 (17) 가 발열함으로써 발현되는 열 분포 중에서, 발열 초기의 단계에서 가장 고온이 되는 영역을 말한다. 발열체 (17) 로부터 발해지는 열은, 절연 기판 (10) 으로부터의 방열량이 가장 많아, 절연 기판 (10) 을, 내열 충격성이 우수하지만 열전도율도 높은 세라믹스 재료에 의해 형성하거나 한 경우에는, 절연 기판 (10) 으로 열이 확산되어 버린다. 그 때문에, 발열체 (17) 는 통전이 개시된 발열 초기의 단계에서는, 절연 기판 (10) 과 접하는 외측 가장자리로부터 가장 먼 중심이 가장 뜨겁고, 절연 기판 (10) 과 접하는 외측 가장자리를 향함에 따라 방열되어 온도가 올라가기 어려워진다.
그래서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를, 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 초기에 있어서 가장 고온이 되는 발열 중심 (C) 에 가까운 위치에 탑재함으로써, 제 3 가용 도체 (23) 보다 빨리 열이 전달되어 용단되도록 한다. 제 3 가용 도체 (23) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 보다 늦게 가열되기 때문에, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 용단된 후에 용단된다.
또, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 와 제 3 가용 도체 (23) 의 형상을 바꿈으로써, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 제 3 가용 도체 (23) 보다 먼저 용단되도록 해도 된다. 예를 들어, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 두께가 얇을수록 용단이 용이해지는 점에서, 도 1 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 두께를 제 3 가용 도체 (23) 의 두께보다 얇게 함으로써, 제 3 가용 도체 (23) 보다 먼저 용단시킬 수 있다. 또한, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 예를 들어 저융점 금속박을 고융점 금속 도금으로 피복한 구조를 갖는 경우, 고융점 금속층의 두께를 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 에서는 얇고, 제 2 가용 도체 (23) 에서는 두껍게 해도 되고, 혹은 저융점 금속박의 두께를 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 에서는 얇고, 제 3 가용 도체 (23) 에서는 두껍게 해도 된다.
그 밖에도, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 저융점 금속에 의해 형성하고, 제 3 가용 도체 (23) 를 고융점 금속에 의해 형성하는 등 층 구조를 바꿈으로써 융점에 차이를 두어, 상대적으로 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 제 3 가용 도체 (23) 보다 용단되기 쉽게 하여, 발열체 (17) 의 발열에 의해, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 제 3 가용 도체 (23) 보다 먼저 용단시키도록 해도 된다.
[기타]
또한, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 의 산화 방지, 및 용융시에 있어서의 젖음성을 향상시키기 위해서, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 상에는 플럭스 (32) 가 도포되어 있다.
또, 단락 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 이 커버 부재 (29) 에 덮임으로써 그 내부가 보호되어 있다. 커버 부재 (29) 는 측벽 (29a) 과, 윗면부 (29b) 를 가지고, 측벽 (29a) 이 절연 기판 (10) 상에 접속됨으로써, 단락 소자 (1) 의 내부를 폐색시키는 덮개체가 된다. 커버 부재 (29) 는, 상기 절연 기판 (10) 과 마찬가지로, 예를 들어, 열가소성 플라스틱, 세라믹스, 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 형성되어 있다.
또, 커버 부재 (29) 는, 윗면부 (29b) 의 내면측에, 커버부 전극 (29c) 이 형성되어도 된다. 커버부 전극 (29c) 은, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과 중첩되는 위치에 형성되어 있다. 이 커버부 전극 (29c) 은, 발열체 (17) 가 발열하여, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 용융되면, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 응집된 용융 도체가 접촉하여 젖으면서 확산됨으로써, 용융 도체를 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 확실하게 유지시킴과 함께, 유지하는 용융 도체의 허용량을 증가시킬 수 있다.
[회로 구성]
이어서, 단락 소자 (1) 의 회로 구성에 대해서 설명한다. 도 3 에 단락 소자 (1) 의 회로도를 나타낸다. 도 4 에, 단락 소자 (1) 가 적용된 단락 회로 (30) 의 일례를 나타낸다.
단락 소자 (1) 는, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 이, 초기 상태에 있어서 서로 개방됨과 함께, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 용융됨으로써 단락되는 스위치 (2) 를 구성하고, 당해 스위치 (2) 에 의해 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 이 접속되는 제 1 회로 (3) 를 갖는다. 제 1 회로 (3) 는, 단락 소자 (1) 가 실장되는 회로 기판의 전류 경로 상에 직렬 접속됨으로써, 전원 회로나 디지털 신호 회로 등의 각종 외부 회로 (31A, 31B) 사이에 장착된다.
또, 단락 소자 (1) 는, 제 5 전극 (15), 제 6 전극 (16), 발열체 (17) 및 제 3 가용 도체 (23) 가, 초기 상태에 있어서 발열체 (17) 로의 급전 경로를 구성함과 함께, 발열체 (17) 의 발열에 의해 제 3 가용 도체 (23) 가 용단되어 당해 급전 경로가 차단되는 제 2 회로 (4) 를 구성한다. 제 2 회로 (4) 는, 제 1 회로 (3) 와 전기적으로 독립되고, 발열체 (17) 의 열에 의해 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 용융시키는 점에서, 제 1 회로 (3) 와 열적으로 접속되어 있다. 발열체 (17) 는, 일단이 발열체 인출 전극 (19) 및 발열체 전극 단자부 (20) 를 통하여, 제 2 회로 (4) 로의 급전을 제어하는 전류 제어 소자 (33) 에 접속되어 있다. 또, 발열체 (17) 는, 타단이, 제 5 전극 (15) 을 통하여 제 3 가용 도체 (23) 와 직렬로 접속되어 있다. 또, 제 3 가용 도체 (23) 는, 제 5, 제 6 전극 (15, 16) 상에 탑재되고, 제 6 전극 (16) 은, 외부 전원 (34) 과 접속되어 있다.
전류 제어 소자 (33) 는, 제 2 회로 (4) 로의 급전을 제어하는 스위치 소자이고, 예를 들어 FET 에 의해 구성되고, 제 1 회로 (3) 의 물리적인 단락의 여부를 검출하는 검출 회로 (35) 와 접속되어 있다. 검출 회로 (35) 는, 단락 소자 (1) 의 제 1 회로 (3) 가 장착된 각종 외부 회로 (31A, 31B) 사이를 통전할 필요가 생겼는지를 검출하는 회로이고, 예를 들어 배터리 팩의 이상 전압시에 있어서의 바이패스 전류 경로의 구축, 네트워크 통신 기기에 있어서의 해킹이나 크래킹에 대해 데이터 서버를 우회하는 바이패스 신호 경로의 구축, 혹은 디바이스나 소프트웨어의 액티베이션 등, 제 1 회로 (3) 의 단락에 의해 물리적, 불가역적으로 외부 회로 (31A, 31B) 사이의 전류 경로를 단락시킬 필요가 생긴 경우에 전류 제어 소자 (33) 를 동작시킨다.
이로써, 제 2 회로 (4) 에 외부 전원 (34) 의 전력이 공급되어, 발열체 (17) 가 발열함으로써, 먼저 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 용단된다 (도 5 의 (A), (B)). 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 용융 도체의 대부분은, 젖음성이 높아 넓은 면적의 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상으로 끌어당겨져, 제 1 전극 (11) 상에 응집된 용융 도체와, 제 2 전극 (12) 상에 응집된 용융 도체가 결합한다. 이로써, 용융 도체를 통하여 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 이 단락되어, 외부 회로 (31A, 31B) 가 접속된다.
이 때, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를, 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심 가까이에 형성하고, 또 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를, 제 3 가용 도체 (23) 보다 두께를 얇게 형성함으로써, 제 3 가용 도체 (23) 보다 먼저 용단시킬 수 있다. 따라서, 단락 소자 (1) 는, 제 1 회로 (3) 가 단락될 때까지 확실하게 제 2 회로 (4) 의 발열체 (17) 에 계속해서 급전할 수 있다.
또, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 을, 제 3, 제 4 전극 (13, 14) 보다 넓은 면적에 형성함으로써, 보다 많은 용융 도체를 유지할 수 있어, 확실하게 용융 도체를 결합시켜, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시킬 수 있다 (도 1 의 (B), 도 5 의 (A)).
발열체 (17) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 용단 후에도 발열을 계속하지만, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 에 이어, 제 3 가용 도체 (23) 도 용단됨으로써, 제 2 회로 (4) 도 차단된다 (도 6 의 (A), (B)). 이로써, 발열체 (17) 로의 급전 경로가 차단되어, 발열이 정지된다.
이와 같은 단락 소자 (1) 및 단락 소자 회로 (30) 에 의하면, 외부 회로 (31A, 31B) 에 장착되는 제 1 회로 (3) 와, 제 1 회로 (3) 를 단락시키는 제 2 회로 (4) 가 전기적으로 독립되어 있기 때문에, 외부 회로 (31) 의 종류에 상관없이, 제 2 회로의 전원 전압을 높게 설정할 수 있어, 저정격의 발열체 (17) 를 사용해도, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 용단시키기에 충분한 발열량을 얻는 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 단락 소자 (1) 및 단락 회로 (30) 에 의하면, 제 1 회로 (3) 가 장착되는 외부 회로 (31) 로서, 전원 회로 외에, 미약한 전류를 흘리는 디지털 신호 회로에도 적용할 수 있다.
또, 단락 소자 (1) 및 단락 회로 (30) 에 의하면, 제 1 회로 (3) 와 전기적으로 독립되어 제 2 회로 (4) 를 형성하고 있기 때문에, 발열체 (17) 로의 급전을 제어하는 전류 제어 소자 (33) 를, 제 1 회로 (3) 의 정격에 상관없이, 발열체 (17) 의 정격에 따라 선택할 수 있고, 저정격의 발열체 (17) (예를 들어, 1 A) 를 제어하는 전류 제어 소자 (33) 를 사용함으로써 보다 저렴하게 제조할 수 있다.
[제 2 형태]
또, 본 발명이 적용된 단락 소자는, 이하와 같이 구성해도 된다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 상기 서술한 단락 소자 (1) 및 단락 회로 (30) 와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략한다.
제 2 형태에 관련된 단락 소자 (40) 는, 도 7 의 (A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 제 4 전극 (14) 및 제 2 가용 도체 (22) 가 형성되어 있지 않은 점이 단락 소자 (1) 와 상이하다. 단락 소자 (40) 에서는, 제 1 가용 도체 (21) 가 용융됨으로써, 그 용융 도체가 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 에 걸쳐 응집되고, 이로써, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시킬 수 있다.
또, 단락 소자 (40) 에 있어서도, 제 1 가용 도체 (21) 는, 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있다. 또, 단락 소자 (40) 는, 제 1 가용 도체 (21) 가 제 3 가용 도체 (23) 보다 두께가 얇게 형성되어 있다. 이로써, 단락 소자 (40) 에 있어서도, 제 1 가용 도체 (21) 를 제 3 가용 도체 (23) 보다 먼저 용단시킬 수 있다.
또, 단락 소자 (40) 에 있어서도, 제 1 전극 (11) 과 제 3 전극 (13) 은, 절연층 (18) 상에서 일체로 형성됨으로써 전기적으로 접속됨과 함께, 유리 등의 절연 부재 (25) 가 적층됨으로써 물리적으로 이간되어 있다. 또, 제 2 전극 (12) 은, 제 1 전극 (11) 과 인접하는 측이 제 1 전극 (11) 과 동일한 정도로 노출되고, 제 1 전극 (11) 과 반대측은 절연 부재 (25) 에 의해 피복되어 있다.
[제 3 형태]
제 3 형태에 관련된 단락 소자 (50) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 4 전극 (14) 이 형성되어 있지 않은 점이 단락 소자 (1) 와 상이하다. 단락 소자 (50) 에서는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 용융됨으로써, 그 용융 도체가 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 상에 응집, 결합하고, 이로써, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시킬 수 있다.
또, 단락 소자 (50) 에 있어서도, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 는, 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있다. 또, 단락 소자 (50) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 제 3 가용 도체 (23) 보다 두께가 얇게 형성되어 있다. 이로써, 단락 소자 (50) 에 있어서도, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 제 3 가용 도체 (23) 보다 먼저 용단시킬 수 있다.
또, 단락 소자 (50) 에 있어서도, 제 1 전극 (11) 과 제 3 전극 (13) 은, 절연층 (18) 상에서 일체로 형성됨으로써 전기적으로 접속됨과 함께, 유리 등의 절연 부재 (25) 가 적층됨으로써 물리적으로 이간되어 있다. 또, 제 2 전극 (12) 은, 제 1 전극 (11) 과 인접하는 측이 제 1 전극 (11) 과 동일한 정도로 노출됨과 함께, 실장용 땜납 (26) 을 개재하여 제 2 가용 도체 (22) 가 실장되고, 제 1 전극 (11) 과 반대측은 절연 부재 (25) 에 의해 피복되어 있다.
[발열체]
상기 서술한 단락 소자 (1) 에 있어서는, 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성하고, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 를 중첩시켰지만, 발열체 (17) 는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (17) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 있어서 절연층 (18) 에 피복되어 있다. 또, 발열체 (17) 의 일단과 접속되는 발열체 인출 전극 (19) 및 발열체 전극 단자부 (20) 도 마찬가지로 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성된다. 제 5 전극 (15) 은, 발열체 (17) 의 타단과 접속되는 하층부 (15a) 가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성되고, 제 3 가용 도체 (23) 가 탑재되는 상층부 (15b) 가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성되고, 하층부 (15b) 와 상층부 (15b) 가, 도전 스루홀을 통해 연속된다.
또, 발열체 (17) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 있어서, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 와 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되는 것이 바람직하다.
단락 소자 (1) 는, 발열체 (17) 가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성됨으로써, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 이 평탄화되고, 이로써, 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 을 표면 (10a) 상에 형성할 수 있다. 따라서, 단락 소자 (1) 는, 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 의 제조 공정을 간략화할 수 있음과 함께, 저배화 (低背化) 를 도모할 수 있다.
또, 단락 소자 (1) 는, 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성한 경우에도, 절연 기판 (10) 의 재료로서 파인 세라믹 등의 열전도성이 우수한 재료를 사용함으로써, 발열체 (17) 에 의해, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 적층한 경우와 동등하게 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 를 가열, 용단할 수 있다.
또한, 단락 소자 (40, 50) 에 있어서도 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성해도 된다.
또, 단락 소자 (1) 는, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성된 절연층 (18) 의 내부에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (17) 의 일단이 접속된 발열체 인출 전극 (19) 도, 발열체 (17) 와 접속하는 일단부가 절연층 (18) 의 내부까지 형성된다. 또, 발열체 (17) 의 타단이 접속된 제 5 전극 (15) 은, 하층부 (15a) 가 절연층 (18) 의 내부까지 형성되어 있다.
또, 발열체 (17) 는, 절연층 (18) 의 내부에 있어서, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 와 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되는 것이 바람직하다. 또, 단락 소자 (1) 는, 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 상에 형성된 절연층 (18) 의 내부에 형성해도 된다.
또한, 단락 소자 (40, 50) 에 있어서도 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 또는 이면 (10b) 상에 형성된 절연층 (18) 의 내부에 형성해도 된다.
또, 단락 소자 (1) 는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 내부에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (17) 를 피복하는 절연층 (18) 은 형성할 필요가 없다. 또, 발열체 (17) 의 일단이 접속된 발열체 인출 전극 (19) 은, 발열체 (17) 와 접속하는 일단부가 절연 기판 (10) 의 내부까지 형성되어, 도전 스루홀을 통해 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성된 타단부 및 발열체 전극 단자부 (20) 와 접속된다. 제 5 전극 (15) 은, 발열체 (17) 의 타단과 접속되는 하층부 (15a) 가 절연 기판 (10) 의 내부까지 형성되어, 제 3 가용 도체 (23) 가 탑재되는 상층부 (15b) 와 도전 스루홀을 통해 연속된다.
또, 발열체 (17) 는, 절연 기판 (10) 의 내부에 있어서, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 와 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 가 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되는 것이 바람직하다.
또한, 단락 소자 (40, 50) 에 있어서도 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 내부에 형성해도 된다.
또, 단락 소자 (1) 는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 있어서, 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 과 나란히 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (17) 는, 절연층 (18) 에 의해 피복되어 있다. 또, 발열체 (17) 의 타단과 접속되는 제 5 전극 (15) 은, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 단층으로 형성된다. 또한, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 는, 제 3 가용 도체 (23) 보다 발열체 (17) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되는 것이 바람직하다.
또한, 단락 소자 (40, 50) 에 있어서도 발열체 (17) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 있어서, 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 과 나란히 형성해도 된다.
[보호 저항]
또, 단락 소자 (1) 는, 제 1 전극 (11) 또는 제 2 전극 (12) 중 어느 일방에 접속되는 보호 저항을 구비하는 구성으로 해도 된다. 여기에서, 보호 저항은, 단락 소자 (1) 에 접속되는 전자 부품의 내부 저항 상당의 저항값으로 한다. 예를 들어, 단락 소자 (1) 는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩 내의 회로 (60) 에 있어서, 과충전이나 과방전 등의 이상 전압이 발생한 배터리 셀 (61) 을 바이패스하는 바이패스 전류 경로의 구축에 사용되는 경우, 제 1 전극 (11) 에, 배터리 셀 (61) 의 내부 저항 상당의 저항값을 갖는 보호 저항 (62) 이 접속된다.
도 13 에 있어서, 배터리 팩의 회로 (60) 는, 단락 소자 (1) 와, 단락 소자 (1) 의 동작을 제어하는 전류 제어 소자 (33) 와, 배터리 셀 (61) 과, 배터리 셀 (61) 을 충방전 경로 상으로부터 차단하는 보호 소자 (63) 로 구성되는 배터리 유닛 (64) 을 복수 구비하고, 복수의 배터리 유닛 (64) 이 직렬로 접속되어 있다.
또, 배터리 팩의 회로 (60) 는, 각 배터리 유닛 (64) 의 배터리 셀 (61) 의 전압을 검출함과 함께, 보호 소자 (63) 와 전류 제어 소자 (33) 에 이상 신호를 출력하는 검출 회로 (35) 를 구비한다.
각 배터리 유닛 (64) 은, 보호 소자 (63) 가 배터리 셀 (61) 과 직렬로 접속되어 있다. 또, 배터리 유닛 (64) 은, 단락 소자 (1) 의 제 1 전극 (11) 이 보호 저항 (62) 을 통하여 보호 소자 (63) 의 개방단과 접속되고, 제 2 전극 (12) 이 배터리 셀 (61) 의 개방단과 접속되고, 이로써, 보호 소자 (63) 및 배터리 셀 (61) 과, 단락 소자 (1) 가 병렬로 접속되어 있다.
또, 배터리 유닛 (64) 은, 전류 제어 소자 (33) 및 보호 소자 (63) 가, 각각 검출 회로 (35) 와 접속되어 있다. 검출 회로 (35) 는, 각 배터리 셀 (61) 과 접속되고, 각 배터리 셀 (61) 의 전압값을 검출하여, 배터리 셀 (61) 이 과충전 전압 또는 과방전 전압이 되었을 때, 당해 배터리 셀 (61) 을 갖는 배터리 유닛 (64) 의 보호 소자 (63) 를 구동시키고, 또 전류 제어 소자 (33) 에 이상 신호를 출력한다.
보호 소자 (63) 는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 (이하, FET 라고 한다) 에 의해 구성할 수 있다. 또, 보호 소자 (62) 는, 충방전 경로 상에 접속된 1 쌍의 전극과, 당해 전극 사이에 걸쳐 탑재되고, 당해 전극 사이를 단락시키는 가용 도체와, 가용 도체와 직렬로 접속되고, 전압 이상시에 통전되어 발열하고, 가용 도체를 용융시키는 발열체를 갖는 소자에 의해 구성할 수 있다.
이 회로 (60) 는, 검출 회로 (35) 로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀 (61) 의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 보호 소자 (63) 및 단락 소자 (1) 를 동작시켜, 당해 배터리 유닛 (64) 을 충방전 전류 경로로부터 차단함과 함께, 단락 소자 (1) 의 스위치 (2) 를 단락시켜, 당해 배터리 유닛 (64) 을 바이패스하는 바이패스 전류 경로를 형성하도록 제어한다.
이와 같은 배터리 팩의 회로 (60) 는, 정상시에는, 단락 소자 (1) 의 스위치 (2) 가 개방되어 있기 때문에, 전류는 보호 소자 (63) 및 배터리 셀 (61) 측으로 흐른다. 배터리 셀 (61) 에 전압 이상 등이 검지되면, 회로 (60) 는, 검출 회로 (35) 로부터 보호 소자 (63) 에 이상 신호가 출력되고, 보호 소자 (63) 에 의해 비정상적인 배터리 셀 (61) 을, 배터리 팩의 충방전 전류 경로 상으로부터 차단한다.
이어서, 회로 (60) 는, 검출 회로 (35) 에 의해 전류 제어 소자 (33) 에도 이상 신호가 출력되어, 단락 소자 (1) 의 발열체 (17) 에 전류가 흐르도록 제어된다. 단락 소자 (1) 는, 발열체 (17) 에 의해 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 를 가열, 용융시킴으로써, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 용융 도체가 응집, 결합되어, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이가 단락된다. 이로써, 회로 (60) 는, 단락 소자 (1) 에 의해 배터리 셀 (61) 을 바이패스하는 바이패스 전류 경로를 형성할 수 있다. 또한, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (21, 22) 의 용단 후에 제 3 가용 도체 (23) 가 용단됨으로써, 발열체 (17) 로의 급전은 정지된다.
이로써, 회로 (60) 는, 1 개의 배터리 셀 (61) 에 이상이 일어난 경우에도, 단락 소자 (1) 를 개재하여 당해 배터리 셀 (61) 을 우회하는 바이패스 전류 경로를 형성할 수 있으며, 나머지 정상적인 배터리 셀 (61) 에 의해 충방전 기능을 유지할 수 있다. 이 때, 단락 소자 (1) 에는, 차단된 배터리 셀 (61) 의 내부 저항과 거의 동일한 저항값을 갖는 보호 저항 (62) 이 형성되어 있기 때문에, 회로 (60) 는, 바이패스 전류 경로를 구축한 후에 있어서도, 정상시와 동일한 저항값으로 할 수 있다.
또한, 보호 저항 (62) 은, 도 13 에 나타내는 바와 같이 단락 소자 (1) 에 형성해도 되고, 혹은 회로 (60) 에 형성하고, 단락 소자 (1) 의 제 1 전극 단자부 (11a) 와 접속되어도 된다.
[제 1 ∼ 제 3 가용 도체]
상기 서술한 바와 같이, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 중 어느 것 또는 전부는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유해도 된다. 이 때, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 14 의 (A) 에 나타내는 바와 같이, 내층으로서 Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등으로 이루어지는 고융점 금속층 (70) 이 형성되고, 외층으로서 Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등으로 이루어지는 저융점 금속층 (71) 이 형성된 가용 도체를 사용해도 된다. 이 경우, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 고융점 금속층 (70) 의 전체면이 저융점 금속층 (71) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조로 해도 된다. 고융점 금속층 (70) 이나 저융점 금속층 (71) 에 의한 피복 구조는, 도금 등의 공지된 성막 기술을 사용하여 형성할 수 있다.
또, 도 14 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 내층으로서 저융점 금속층 (71) 이 형성되고, 외층으로서 고융점 금속층 (70) 이 형성된 가용 도체를 사용해도 된다. 이 경우에도, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 저융점 금속층 (71) 의 전체면이 고융점 금속층 (70) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조로 해도 된다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (70) 과 저융점 금속층 (71) 이 적층된 적층 구조로 해도 된다.
이 경우, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 15 의 (A) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 6 전극 (11 ∼ 16) 에 탑재되는 하층과, 하층 상에 적층되는 상층으로 이루어지는 2 층 구조로서 형성되고, 하층이 되는 고융점 금속층 (70) 의 상면에 상층이 되는 저융점 금속층 (71) 을 적층해도 되고, 반대로 하층이 되는 저융점 금속층 (71) 의 상면에 상층이 되는 고융점 금속층 (70) 을 적층해도 된다. 혹은 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 15 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 내층과 내층의 상하면에 적층되는 외층으로 이루어지는 3 층 구조로서 형성해도 되고, 내층이 되는 고융점 금속층 (70) 의 상하면에 외층이 되는 저융점 금속층 (71) 을 적층해도 되고, 반대로 내층이 되는 저융점 금속층 (71) 의 상하면에 외층이 되는 고융점 금속층 (70) 을 적층해도 된다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (70) 과 저융점 금속층 (71) 이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 해도 된다. 이 경우, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 최외층을 구성하는 금속층에 의해, 전체면 또는 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조로 해도 된다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (71) 의 표면에 고융점 금속층 (70) 을 스트라이프상으로 부분적으로 적층시켜도 된다. 도 17 은, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 의 평면도이다.
도 17 의 (A) 에 나타내는 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 저융점 금속층 (71) 의 표면에, 폭 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (70) 이 길이 방향에 복수 형성됨으로써, 길이 방향을 따라 선상의 개구부 (72) 가 형성되어, 이 개구부 (72) 로부터 저융점 금속층 (71) 이 노출되어 있다. 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 저융점 금속층 (71) 이 개구부 (72) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 늘어, 고융점 금속층 (70) 의 침식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다. 개구부 (72) 는, 예를 들어, 저융점 금속층 (71) 에 고융점 금속층 (70) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 17 의 (B) 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (71) 의 표면에, 길이 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (70) 을 폭 방향에 복수 형성함으로써, 폭 방향을 따라 선상의 개구부 (72) 를 형성해도 된다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (71) 의 표면에 고융점 금속층 (70) 을 형성함과 함께, 고융점 금속층 (70) 의 전체면에 걸쳐 원형의 개구부 (73) 가 형성되어, 이 개구부 (73) 로부터 저융점 금속층 (71) 을 노출시켜도 된다. 개구부 (73) 는, 예를 들어, 저융점 금속층 (71) 에 고융점 금속층 (70) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.
제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 저융점 금속층 (71) 이 개구부 (73) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 늘어, 고융점 금속의 침식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 내층이 되는 고융점 금속층 (70) 에 다수의 개구부 (74) 를 형성하고, 이 고융점 금속층 (70) 에, 도금 기술 등을 사용하여 저융점 금속층 (71) 을 성막하고, 개구부 (74) 내에 충전해도 된다. 이로써, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 용융되는 저융점 금속이 고융점 금속에 접하는 면적이 증대되기 때문에, 보다 단시간에 저융점 금속이 고융점 금속을 용식시킬 수 있게 된다.
또, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 저융점 금속층 (71) 의 체적을, 고융점 금속층 (70) 의 체적보다 많게 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 발열체 (17) 에 의해 가열됨으로써, 저융점 금속이 용융됨으로써 고융점 금속을 용식시키고, 이로써 신속하게 용융, 용단시킬 수 있다. 따라서, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 저융점 금속층 (71) 의 체적을, 고융점 금속층 (70) 의 체적보다 많게 형성함으로써, 이 용식 작용을 촉진시켜, 신속하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상으로의 용융 도체의 응집, 결합을 실시하고, 또 제 5, 제 6 전극 (15, 16) 사이의 차단을 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 단락 소자는, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한정되지 않고, 전자 기기의 전원 라인이나 디지털 신호 라인 등, 전기 신호에 의한 전류 경로의 차단 및 바이패스를 필요로 하는 여러 가지 용도에도 물론 응용 가능하다. 또, 전류 제어 소자 (33) 의 작동 조건은, 배터리 셀 (61) 의 전압 이상의 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 주위 온도의 비정상적인 상승이나, 수몰 (水沒) 등, 모든 액시던트를 검지함으로써 작동시킬 수 있다.
1 : 단락 소자
2 : 스위치
3 : 제 1 회로
4 : 제 2 회로
10 : 절연 기판
10a : 표면
10b : 이면
11 : 제 1 전극
11a : 제 1 전극 단자부
12 : 제 2 전극
12a : 제 2 전극 단자부
13 : 제 3 전극
14 : 제 4 전극
15 : 제 5 전극
15a : 하층부
15b : 상층부
16 : 제 6 전극
16a : 제 6 전극 단자부
17 : 발열체
18 : 절연층
19 : 발열체 인출 전극
20 : 발열체 전극 단자부
21 : 제 1 가용 도체
22 : 제 2 가용 도체
23 : 제 3 가용 도체
25 : 절연 부재
26 : 실장용 땜납
27 : 스루홀
28 : 절연벽
32 : 플럭스
29 : 커버 부재
30 : 단락 회로
31 : 외부 회로
33 : 전류 제어 소자
34 : 외부 전원
35 : 검출 회로
40 : 단락 소자
50 : 단락 소자
60 : 회로
61 : 배터리 셀
62 : 보호 저항
63 : 보호 소자
64 : 배터리 유닛
70 : 고융점 금속층
71 : 저융점 금속층
72 : 개구부
73 : 개구부
74 : 개구부

Claims (46)

  1. 절연 기판과,
    발열체와,
    상기 절연 기판에, 서로 인접하여 형성된 제 1 및 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 인접하고, 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극을 향하는 방향과 반대 방향에 형성된 제 3 전극과,
    상기 제 2 전극과 인접하고, 상기 제 2 전극으로부터 상기 제 1 전극을 향하는 방향과 반대 방향에 형성된 제 4 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극에 의해 양측 가장자리가 지지되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이에서 용단되는 제 1 가용 도체와,
    상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극에 의해 양측 가장자리가 지지되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극 사이에서 용단되는 제 2 가용 도체와,
    상기 발열체와 전기적으로 접속된 제 5 전극과,
    상기 제 5 전극과 인접하여 형성된 제 6 전극과,
    상기 제 5 전극에서부터 상기 제 6 전극에 걸쳐 탑재됨으로써 상기 발열체와 직렬로 접속되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 5 전극과 상기 제 6 전극 사이에서 용단되는 제 3 가용 도체를 구비하고,
    상기 발열체로부터의 가열에 의해 상기 제 1, 제 2 가용 도체를 용융시켜, 상기 제 1, 제 2 전극 상에 응집된 용융 도체가 결합됨으로써 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시키는, 단락 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1, 제 2 가용 도체를 용융시켜 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시킨 후, 상기 제 3 가용 도체를 용융시킴으로써, 상기 발열체로의 급전 경로를 차단하여 발열을 정지시키는, 단락 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극, 및 상기 제 2 전극과 상기 제 4 전극은, 각각 전기적으로 접속됨과 함께, 절연 부재에 의해 물리적으로 이간되어 있는, 단락 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 상기 발열체의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있는, 단락 소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 두께가 얇게 형성되어 있는, 단락 소자.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 융점이 낮은, 단락 소자.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 가용 도체의 재료 구성이, 상기 제 1 및 제 2 가용 도체와 동일한, 단락 소자.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 4 전극이 형성된 표면측에 적층된 절연층을 구비하고,
    상기 제 1 ∼ 제 4 전극은, 상기 절연층 상에 형성되고,
    상기 발열체는, 상기 절연층의 내부, 또는 상기 절연층과 상기 절연 기판 사이에 형성되어 있는, 단락 소자.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 내부에 형성되어 있는, 단락 소자.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 4 전극이 형성된 표면과 반대측의 이면에 형성되어 있는, 단락 소자.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체 및 상기 제 1 ∼ 제 4 전극은, 상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 4 전극이 형성된 표면에 형성되어 있는, 단락 소자.
  12. 절연 기판과,
    발열체와,
    상기 절연 기판에, 서로 인접하여 형성된 제 1 및 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 인접하고, 상기 제 1 전극으로부터 상기 제 2 전극을 향하는 방향과 반대 방향에 형성된 제 3 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극에 의해 양측 가장자리가 지지되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극 사이에서 용단되는 제 1 가용 도체와,
    상기 발열체와 전기적으로 접속된 제 5 전극과,
    상기 제 5 전극과 인접하여 형성된 제 6 전극과,
    상기 제 5 전극에서부터 상기 제 6 전극에 걸쳐 탑재됨으로써 상기 발열체와 직렬로 접속되고, 상기 발열체로부터의 가열에 의해, 상기 제 5 전극과 상기 제 6 전극 사이에서 용단되는 제 3 가용 도체를 구비하고,
    상기 발열체로부터의 가열에 의해 상기 제 1 가용 도체를 용융시켜, 상기 제 1 전극 상에 응집된 용융 도체가 상기 제 2 전극 상에도 응집됨으로써 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시키는, 단락 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체를 용융시켜 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시킨 후, 상기 제 3 가용 도체를 용융시킴으로써, 상기 발열체로의 급전 경로를 차단하여 발열을 정지시키는, 단락 소자.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 3 전극은, 전기적으로 접속됨과 함께, 절연 부재에 의해 물리적으로 이간되어 있는, 단락 소자.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 상에 탑재된 제 2 가용 도체를 구비하고,
    상기 발열체로부터의 가열에 의해 상기 제 1, 제 2 가용 도체를 용융시켜, 상기 제 1, 제 2 전극 상에 응집된 용융 도체가 결합됨으로써 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시키는, 단락 소자.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 상기 발열체의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있는, 단락 소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 상기 발열체의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있는, 단락 소자.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 두께가 얇게 형성되어 있는, 단락 소자.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 두께가 얇게 형성되어 있는, 단락 소자.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 융점이 낮은, 단락 소자.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 상기 제 3 가용 도체보다 융점이 낮은, 단락 소자.
  22. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 3 가용 도체의 재료 구성이, 상기 제 1 가용 도체와 동일한, 단락 소자.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 3 가용 도체의 재료 구성이, 상기 제 1 및 제 2 가용 도체와 동일한, 단락 소자.
  24. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 3 전극이 형성된 표면측에 적층된 절연층을 구비하고,
    상기 제 1 ∼ 제 3 전극은, 상기 절연층 상에 형성되고,
    상기 발열체는, 상기 절연층의 내부, 또는 상기 절연층과 상기 절연 기판 사이에 형성되어 있는, 단락 소자.
  25. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 내부에 형성되어 있는, 단락 소자.
  26. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 3 전극이 형성된 표면과 반대측의 이면에 형성되어 있는, 단락 소자.
  27. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 발열체 및 상기 제 1 ∼ 제 3 전극은, 상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 3 전극이 형성된 표면에 형성되어 있는, 단락 소자.
  28. 제 1 항, 제 2 항, 제 12 항, 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 표면에, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 중 어느 것이 피복되어 있는, 단락 소자.
  29. 제 1 항, 제 2 항, 제 12 항, 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 면적이 상기 제 3 전극의 면적보다 넓은, 단락 소자.
  30. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극의 면적이 상기 제 3 전극의 면적보다 넓고, 상기 제 2 전극의 면적이 상기 제 4 전극의 면적보다 넓은, 단락 소자.
  31. 제 1 항, 제 2 항, 제 12 항, 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 기판 상에 형성되고, 내부를 보호하는 커버 부재를 구비하고,
    상기 커버 부재는, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 중첩되는 위치에, 커버부 전극이 형성되어 있는, 단락 소자.
  32. 제 1 항, 제 2 항, 제 12 항, 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에는, 보호 저항이 접속되어 있는, 단락 소자.
  33. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납인, 단락 소자.
  34. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유하고,
    상기 저융점 금속이 상기 발열체로부터의 가열에 의해 용융되어, 상기 고융점 금속을 용식시키는, 단락 소자.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 저융점 금속은 땜납이고,
    상기 고융점 금속은, Ag, Cu 또는 Ag 혹은 Cu 를 주성분으로 하는 합금인, 단락 소자.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 내층이 고융점 금속이고, 외층이 저융점 금속의 피복 구조인, 단락 소자.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 내층이 저융점 금속이고, 외층이 고융점 금속의 피복 구조인, 단락 소자.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속이 적층된 적층 구조인, 단락 소자.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조인, 단락 소자.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 내층을 구성하는 저융점 금속의 표면에 형성된 고융점 금속에 개구부가 형성되어 있는, 단락 소자.
  41. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 다수의 개구부를 갖는 고융점 금속층과, 상기 고융점 금속층 상에 형성된 저융점 금속층을 갖고, 상기 개구부에 저융점 금속이 충전되어 있는, 단락 소자.
  42. 제 34 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체 및 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속의 체적이, 고융점 금속의 체적보다 많은, 단락 소자.
  43. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체는, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납인, 단락 소자.
  44. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유하고,
    상기 저융점 금속이 상기 발열체로부터의 가열에 의해 용융되어, 상기 고융점 금속을 용식시키는, 단락 소자.
  45. 제 1 퓨즈와, 서로 인접하여 형성됨과 함께 절연되어 있는 제 1, 제 2 전극을 갖는 제 1 회로와,
    상기 제 1 회로와 전기적으로 독립되어 형성되고, 발열체와, 상기 발열체의 일단과 접속된 제 2 퓨즈를 갖는 제 2 회로를 구비하고,
    상기 제 2 회로에 전류를 흘려 상기 발열체가 발열한 열에 의해, 상기 제 1 퓨즈를 용융시켜 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시킨 후에, 상기 제 2 퓨즈를 용단시켜 상기 발열체의 발열을 정지시키는, 단락 회로.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 2 회로는, 상기 발열체 및 상기 제 2 퓨즈가 전원 및 스위치 소자에 접속되고, 상기 스위치 소자를 구동시킴으로써 전류가 흐르는, 단락 회로.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6719983B2 (ja) * 2015-06-04 2020-07-08 デクセリアルズ株式会社 ヒューズエレメント、ヒューズ素子、保護素子、短絡素子、切替素子
DE102015222939A1 (de) * 2015-11-20 2017-05-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrische Überbrückungseinrichtung zum Überbrücken elektrischer Bauelemente, insbesondere einer Energiequelle oder eines Energieverbrauchers
US9923187B2 (en) * 2016-08-01 2018-03-20 Ford Global Technologies, Llc Sensor fuse for an electric battery array
CN109980736B (zh) * 2019-04-04 2023-02-10 创泽智能机器人集团股份有限公司 一种机器人充电桩对桩确认方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000200529A (ja) 1999-01-07 2000-07-18 Nec Kansai Ltd 保護素子およびその製造方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH073559Y2 (ja) * 1989-04-17 1995-01-30 内橋エステック株式会社 感温スイッチ
JP2004185960A (ja) * 2002-12-03 2004-07-02 Kamaya Denki Kk 回路保護素子とその製造方法
JP5072796B2 (ja) * 2008-05-23 2012-11-14 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 保護素子及び二次電池装置
JP2010165685A (ja) * 2010-03-04 2010-07-29 Sony Chemical & Information Device Corp 保護素子及びバッテリーパック
JP5656466B2 (ja) * 2010-06-15 2015-01-21 デクセリアルズ株式会社 保護素子、及び、保護素子の製造方法
JP2012164756A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Denso Corp 電子制御装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000200529A (ja) 1999-01-07 2000-07-18 Nec Kansai Ltd 保護素子およびその製造方法

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