KR102239935B1

KR102239935B1 - 단락 소자

Info

Publication number: KR102239935B1
Application number: KR1020167006589A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 요네다
Original assignee: 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2021-04-13
Also published as: CN105593962A; JP6173859B2; WO2015045278A1; TW201526064A; JP2015069728A; KR20160058781A; CN105593962B; TWI628687B

Abstract

가용 도체의 용융에 의해 확실하게 개방 전극 사이를 단락시킬 수 있는 단락 소자를 제공한다. 단락 소자는, 근접 배치됨과 함께 절연되어 있는 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과, 용융됨으로써 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시키는 가용 도체 (13) 와, 절연 기판 (14) 과, 절연 기판 (14) 에 형성되고, 통전됨으로써 발열하여, 가용 도체 (13) 를 용융시키는 발열체 (15) 와, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과 대향 배치되고, 가용 도체 (13) 의 용융 도체를 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 모으는 브릿지 전극 (16) 을 갖는다.

Description

단락 소자{SHORT-CIRCUITING ELEMENT}

관련 출원에 대한 크로스 레퍼런스

본 출원은, 일본 특허출원 2013-200555호 (2013년 9월 26일 출원) 의 우선권을 주장하는 것으로, 당해 출원의 개시 전체를 여기에 참조를 위해서 취입한다.

본 발명은, 개방 상태의 전원 라인이나 신호 라인을 전기 신호에 의해 물리적 또한 전기적으로 단락시키는 단락 소자에 관한 것이다.

충전하여 반복 이용할 수 있는 이차 전지의 대부분은, 배터리 팩으로 가공되어 사용자에 제공된다. 특히 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 이차 전지에 있어서는, 사용자 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해서, 일반적으로 과충전 보호, 과방전 보호 등의 몇 가지의 보호 회로를 배터리 팩에 내장하여, 소정의 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 갖고 있다.

이 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 서지 등이 인가되어 순간적인 대전류가 흐른 경우, 혹은 배터리 셀의 수명에 의해 출력 전압이 이상적으로 저하되거나 반대로 과대한 이상 전압을 출력하거나 직렬 접속 배터리 셀의 각각의 전압 편차가 커지거나 한 경우라도, 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 휴즈 소자로 이루어지는 보호 소자가 사용되고 있다.

리튬 이온 이차 전지용 등으로의 보호 회로의 보호 소자로는, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 전류 경로상의 제 1 전극, 발열체 인출 전극, 제 2 전극 사이에 걸쳐 가용 도체를 접속하여 전류 경로의 일부를 이루고, 이 전류 경로상의 가용 도체를, 과전류에 의한 자기 발열, 혹은 보호 소자 내부에 형성한 발열체에 의해 용단하는 것이 있다. 이와 같은 보호 소자에서는, 용융된 액체상의 가용 도체를 발열체에 연결되는 도체층 상에 모음으로써 제 1, 제 2 전극 사이를 분리하여 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 보급되어 있다. HEV 나 EV 의 동력원으로는, 에너지 밀도와 출력 특성으로부터 리튬 이온 이차 전지가 사용되어 왔다. 자동차 용도에서는, 고전압, 대전류가 필요하게 된다. 이 때문에, 고전압, 대전류에 견딜 수 있는 전용 셀이 개발되고 있지만, 제조 비용상의 문제로부터 대부분의 경우, 복수의 배터리 셀을 직렬, 병렬로 접속함으로써 범용 셀을 사용하여 필요한 전압 전류를 확보하고 있다.

여기서, 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 램프 등이나 에어콘용의 구동력을 공급할 수 있는 것이 위험 회피상 바람직하다.

그러나, 특허문헌 1 과 같은 복수의 배터리 셀이 직렬로 접속된 배터리 팩에 있어서는, 충방전 경로상에만 보호 소자를 형성한 경우, 배터리 셀의 일부에 이상이 발생하여 보호 소자를 작동시키면, 배터리 팩 전체의 충방전 경로가 차단되어, 더 이상 전력을 공급할 수 없다.

그래서, 복수 셀로 구성된 배터리 팩 내의 이상이 있는 배터리 셀만을 배제하고, 정상인 배터리 셀을 유효하게 활용하기 위해서, 이상이 있는 배터리 셀만을 바이패스하는 바이패스 경로를 형성할 수 있는 단락 소자가 제안되어 있다.

이 단락 소자 (50) 는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 충방전 경로상에 있어서 배터리 셀 (51) 과 병렬로 접속되고, 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 통하여 전류가 흐름으로써 자기 발열하고, 이 열 (줄열) 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 통하여 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 경로상으로부터 차단함과 함께, 전류 제어 소자 (56) 를 작동시켜, 발열체 (55) 로 전류를 흘린다. 이로써, 발열체 (55) 의 열에 의해 가용 도체 (54) 가 용융되고, 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.

또, 단락 소자 (50) 는, 가용 도체 (54) 가 용융됨으로써, 발열체 (55) 로의 통전 경로가 차단되기 때문에, 발열체 (55) 의 발열이 정지된다.

여기서, 이 종류의 단락 소자 (50) 에 있어서는, 가용 도체 (54) 의 용융에 의해 개방 전극 (52, 53) 사이를 확실하게 단락시킬 것이 요구된다. 즉, 단락 소자 (50) 는, 가용 도체 (54) 의 용융 도체가 개방 전극 (52, 53) 사이에 걸쳐 응집됨으로써 개방 전극 (52, 53) 을 단락시키는 것으로, 또 가용 도체 (54) 가 용융되면 발열체 (55) 로의 통전 경로가 차단되어, 더 이상의 가용 도체 (54) 의 가열을 할 수 없게 된다.

따라서, 단락 소자 (50) 는, 가용 도체 (54) 의 용융 도체가 개방 전극 (52, 53) 사이에 걸쳐 응집되지 않는 경우에는 단락시킬 수 없는 상태에서, 가용 도체 (54) 가 용융됨으로써 발열체 (55) 로의 통전도 정지되는 것으로부터, 바이패스 전류 경로를 형성할 수 없다. 그 때문에, 전원 회로에 있어서는, 가용 도체의 용융에 의해 확실하게 개방 전극 사이를 단락시켜 바이패스 전류 경로를 형성할 수 있는 단락 소자가 요망되고 있다.

또, 전원 회로 이외에도, 예를 들어 각종 디바이스의 액티베이션을 소프트웨어로 실시하는 것이 아니라, 단락 소자를 사용하여 물리적, 불가역적으로 실시하거나 하는 용도에 있어서도, 가용 도체의 용융에 의해 개방 전극 사이를 단락시키고, 기능 회로를 도통시킴으로써, 확실하게 당해 디바이스의 액티베이션을 실시하는 것도 제안되어 있다.

그래서, 본 발명은, 가용 도체의 용융에 의해 확실하게 개방 전극 사이를 단락시킬 수 있는 단락 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 단락 소자는, 근접 배치됨과 함께 절연되어 있는 제 1, 제 2 전극과, 용융됨으로써 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시키는 가용 도체와, 통전됨으로써 발열하여, 상기 가용 도체를 용융시키는 발열체와, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 걸쳐 상기 제 1, 제 2 전극과 대향 배치되고, 상기 가용 도체의 용융 도체를 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 모으는 브릿지 전극을 갖는 것이다.

본 발명에 의하면, 가용 도체의 용융 도체를 모으는 브릿지 전극이, 제 1, 제 2 전극 사이에 걸쳐, 제 1, 제 2 전극과 대향하여 형성되어 있기 때문에, 용융 도체가 제 1, 제 2 전극 사이에 걸쳐 응집되어, 확실하게 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명이 적용된 단락 소자를 나타내는 도면으로, (A) 는 단면도, (B) 는 회로도이다.
도 2 는 본 발명이 적용된 단락 소자를 나타내는 도 1(A) 의 중앙부 단면도이다.
도 3 은 본 발명이 적용된 단락 소자를, 덮개체를 생략하고 나타내는 평면도이다.
도 4 는 가용 도체가 용융된 단락 소자를 나타내는 도면으로, (A) 는 단면도, (B) 는 회로도이다.
도 5 는 발열체 유닛을 탑재하는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6 은 본 발명이 적용된 단락 소자를 사용한 단락 회로를 나타내는 회로도이다.
도 7 은 본 발명이 적용된 단락 소자를 사용한 배터리 회로도를 나타내는 회로도이다.
도 8 은 발열체가 절연 기판의 이면에 형성된 발열체 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 9 는 발열체가 절연층의 내부에 형성된 발열체 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 10 은 발열체가 절연 기판의 내부에 형성된 발열체 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 11 은 발열체, 브릿지 전극 및 발열체 전극이 절연 기판의 표면에 형성된 발열체 유닛을 나타내는 평면도이다.
도 12 는 고융점 금속층과 저융점 금속층을 갖고, 피복 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도로, (A) 는 고융점 금속층을 내층으로 하고 저융점 금속층으로 피복한 구조를 나타내고, (B) 는 저융점 금속층을 내층으로 하고 고융점 금속층으로 피복한 구조를 나타낸다.
도 13 은 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도로, (A) 는 상하 2 층 구조, (B) 는 내층 및 외층의 3 층 구조를 나타낸다.
도 14 는 고융점 금속층과 저융점 금속층의 다층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 단면도이다.
도 15 는 고융점 금속층의 표면에 선상의 개구부가 형성되고 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도로, (A) 는 길이 방향을 따라 개구부가 형성된 것, (B) 는 폭 방향을 따라 개구부가 형성된 것이다.
도 16 은 고융점 금속층의 표면에 원형의 개구부가 형성되고 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 17 은 고융점 금속층에 원형의 개구부가 형성되고, 내부에 저융점 금속이 충전된 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 18 은 고융점 금속에 의해 둘러싸인 저융점 금속이 노출된 가용 도체를 나타내는 사시도이다.
도 19 는 도 18 에 나타내는 가용 도체를 사용한 단락 소자를 나타내는 단면도이다.
도 20 은 참고예에 관련된 단락 소자가 사용된 배터리 회로를 나타내는 회로도이다.

이하, 본 발명이 적용된 단락 소자에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 변경이 가능하다는 것은 물론이다. 또, 도면은 모식적인 것으로, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.

본 발명이 적용된 단락 소자 (1) 는, 도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 바와 같이, 근접 배치됨과 함께 절연되어 있는 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과, 용융됨으로써 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시키는 가용 도체 (13) 와, 절연 기판 (14) 과, 절연 기판 (14) 상에 형성되고 통전됨으로써 발열하여, 가용 도체 (13) 를 용융시키는 발열체 (15) 와, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과 대향 배치되고, 가용 도체 (13) 의 용융 도체를 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 모으는 브릿지 전극 (16) 을 갖는다.

[제 1, 제 2 전극]

제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 근접 배치됨과 함께 절연되고 단락 소자 (1) 가 작동함으로써, 후술하는 가용 도체 (13) 의 용융 도체를 통하여 단락되는 스위치 (2) 를 구성한다. 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 보호 케이스 (25) 의 내외에 걸쳐 배치 형성되고, 일단이 보호 케이스 (25) 의 내부에 있어서 서로 근접되고 타단이 보호 케이스 (25) 의 외부에 도출되어 있다. 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 타단을 통하여 전원 회로나 디지털 신호 회로 등의 외부 회로와 접속된다.

[절연 기판]

절연 기판 (14) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 대략 방형상으로 형성되어 있다. 절연 기판 (14) 은, 그 외에도 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 되는데, 가용 도체 (13) 의 용단시의 온도에 유의할 필요가 있다.

[발열체]

발열체 (15) 는, 비교적 저항값이 높게 통전되면 발열하는 도전성을 갖는 부재로서, 예를 들어 W, Mo, Ru 등으로 이루어진다. 이들의 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체를 수지 바인더 등과 혼합하고, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판 (14) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하고, 소성하거나 함으로써 형성한다.

발열체 (15) 는, 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 상에 있어서 절연층 (17) 으로 피복되어 있다. 절연층 (17) 은, 발열체 (15) 의 보호 및 절연을 도모함과 함께, 발열체 (15) 의 열을 효율적으로 브릿지 전극 (16) 에 전달하기 위해서 형성되고, 예를 들어 유리층으로 이루어진다. 브릿지 전극 (16) 은, 발열체 (15) 에 의해 가열됨으로써, 가용 도체 (13) 의 용융 도체를 쉽게 응집되게 할 수 있다.

또, 발열체 (15) 는, 일단이 발열체 전극 (18) 과 접속되고, 타단이 발열체 인출 전극 (19) 과 접속되어 있다. 발열체 전극 (18) 은, 절연 기판 (14) 에 형성됨과 함께 발열체 (15) 의 일단과 접속된 상층부 (18a) 와, 절연층 (17) 상에 형성됨과 함께 가용 도체 (13) 와 접속된 하층부 (18b) 를 갖는다. 발열체 (15) 의 타단과 접속되어 있는 발열체 인출 전극 (19) 은, 절연 기판 (14) 에 형성됨과 함께, 제 3 전극 (20) 과 접속되어 있다. 제 3 전극 (20) 은, 보호 케이스 (25) 의 내외에 걸쳐 배치 형성되고, 일단이 보호 케이스 (25) 의 내부에 있어서 발열체 인출 전극 (19) 과 접속되고, 타단이 보호 케이스 (25) 의 외부에 도출됨과 함께 외부 회로와 접속되어 있다.

이러한 단락 소자 (1) 는, 제 1 전극 (11) 으로부터 가용 도체 (13), 발열체 전극 (18), 발열체 (15), 발열체 인출 전극 (19) 을 거쳐 제 3 전극 (20) 에 이르는, 발열체 (15) 로의 통전 경로 (3) 가 형성되어 있다. 통전 경로 (3) 는, 제 3 전극 (20) 과 접속된 전류 제어 소자 (32) 에 의해 통전이 제어되고, 배터리의 이상 전압시나 디바이스의 액티베이션 등, 필요에 따라 통전되어 발열체 (15) 가 발열된다. 또, 통전 경로 (3) 는, 발열체 (15) 가 발열함으로써 가용 도체 (13) 가 용융되면, 가용 도체 (13) 를 통하여 접속되어 있던 제 1 전극 (11) 과 발열체 전극 (18) 사이가 차단되기 때문에, 급전이 정지되어 발열체 (15) 의 발열이 멈춘다.

[브릿지 전극]

브릿지 전극 (16) 은, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과 대향 배치되어 있다. 그리고, 가용 도체 (13) 의 용융 도체는, 브릿지 전극 (16) 에 의해 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 모이고, 이로써 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 가용 도체 (13) 의 용융 도체를 개재하여 단락된다.

브릿지 전극 (16) 은, 절연층 (17) 상에 형성된다. 또, 브릿지 전극 (16) 은, 절연층 (17) 을 개재하여 발열체 (15) 와 중첩된 위치에 형성된다. 이로써, 브릿지 전극 (16) 은 발열체 (15) 의 열에 의해 가열되고, 보다 많은 용융 도체를 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 모을 수 있다. 따라서, 브릿지 전극 (16) 은, 확실하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 을 단락시킬 수 있다.

또, 브릿지 전극 (16) 은, 절연층 (17) 상에 있어서, 발열체 전극 (18) 의 하층부 (18b) 와 이간되어 형성되어 있다. 가용 도체 (13) 의 용융 도체는, 브릿지 전극 (16) 과 발열체 전극 (18) 이 유리 등의 절연층 (17) 을 개재하여 분리되어 있기 때문에, 브릿지 전극 (16) 과 발열체 전극 (18) 의 일방측으로 끌어 당겨진다. 이로써 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 에 끌어 당겨진 용융 도체와, 발열체 전극 (18) 에 끌어 당겨진 용융 도체가 이간되어, 제 1 전극 (11) 과 발열체 전극 (18) 사이를 차단시킬 수 있다.

[전극 표면 도금 처리]

여기서, 브릿지 전극 (16) 이나 발열체 전극 (18) 은, Cu 나 Ag 등의 일반적인 전극 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 또, 브릿지 전극 (16) 이나 발열체 전극 (18) 의 표면 상에는, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막이 공지된 도금 처리에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 이나 발열체 전극 (18) 의 산화를 방지하고, 용융 도체를 확실하게 유지시킬 수 있다. 또, 단락 소자 (1) 를 리플로우 실장하는 경우에, 가용 도체 (13) 를 접속하는 접속용 땜납 (21) 혹은 가용 도체 (13) 의 외층을 형성하는 저융점 금속이 용융됨으로써 브릿지 전극 (16) 이나 발열체 전극 (18) 을 용식 (땜납 침식) 하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 이나 발열체 전극 (18) 에 더하여 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 표면 상에도 Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막을 형성해도 되는 것은 물론이다.

[가용 도체]

가용 도체 (13) 는, 발열체 (15) 의 발열에 의해 신속하게 용융되는 어느 금속을 사용할 수 있고, 예를 들어, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속을 바람직하게 사용할 수 있다.

또, 가용 도체 (13) 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, 가용 도체 (13) 의 형상을 유지할 수 있다. 또, 용단시에도, 저융점 금속이 용융됨으로써, 고융점 금속을 용식 (땜납 침식) 함으로써, 고융점 금속의 융점 이하의 온도에서 신속하게 용단할 수 있다. 또한, 가용 도체 (13) 는, 이후에 설명하는 바와 같이 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.

가용 도체 (13) 는, 발열체 (15) 가 발열되면 발열체 (15) 의 열에 의해 용융되고, 용융 도체가 브릿지 전극 (16) 상에 응집됨으로써, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시키는 것으로, 예를 들어 도 1 에 나타내는 바와 같이, 브릿지 전극 (16) 상에 접속용 땜납 (21) 을 통하여 접속됨으로써, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 걸쳐 배치되어 있다.

또, 가용 도체 (13) 는, 발열체 (15) 의 발열 전에 있어서는 제 1 전극 (11) 과 발열체 전극 (18) 사이에 접속되고, 발열체 (15) 로의 통전 경로 (3) 의 일부를 구성한다. 그리고, 가용 도체 (13) 는, 제 1 전극 (11) 상에 접속용 땜납 (21) 을 통하여 도통 접속됨과 함께, 제 2 전극 (12) 상의 적어도 일부분에 형성된 절연 스페이서 (22) 를 개재하여 지지되어 있다. 절연 스페이서 (22) 는, 예를 들어 수지층에 의해 제 1 전극 (11) 상에 형성된 접속용 땜납 (21) 과 대략 동일한 두께로 형성된다. 이로써, 가용 도체 (13) 는, 용융 전에 있어서는, 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 상에 있어서 접속용 땜납 (21) 및 절연 스페이서 (22) 에 의해 지지됨과 함께, 제 1 전극 (11) 과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극 (12) 과는 절연된다.

[그 밖의 구성]

단락 소자 (1) 는, 가용 도체 (13) 의 산화 방지, 및 용융시에 있어서의 젖음성을 향상시키기 위해서, 가용 도체 (13) 와 절연층 (17) 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에는 플럭스 (23) 가 공급되고 있다.

또, 단락 소자 (1) 는, 보호 케이스 (25) 에 수납됨으로써 보호되고 있다. 보호 케이스 (25) 는, 케이싱 (25a) 과 덮개체 (25b) 를 갖는다. 보호 케이스 (25) 는, 예를 들어 열가소성 플라스틱 등의 엔지니어링 플라스틱을 사용하여 형성할 수 있다. 또, 케이싱 (25a) 은, 인젝션 몰드 성형에 의해 미리 형성된 제 1 ∼ 제 3 전극 (11, 12, 20) 과 일체에 성형되고, 이로써 도 1(A), 도 2, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 케이싱 (25a) 의 내부에 있어서, 일단이 근접됨과 함께 절연된 상태로 배치되고, 또, 제 1 ∼ 제 3 전극 (11, 12, 20) 의 각 타단이 외부로 도출되어 있다.

단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 을, Cu 합금계 소재, 철합금계 소재, 그 밖의 기계적 강도, 전기 전도도, 열전도도, 내식성 등이 우수한 금속 소재의 박판에 의해 형성해도 된다. 이로써, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 을 저저항, 고정격의 리드 프레임으로서 사용할 수 있고, 대전류 용도에도 견딜 수 있는 것이 된다.

케이싱 (25a) 내에 배치된 제 1 전극 (11) 에는 절연 스페이서 (22) 및 가용 도체 (13) 와 접속하는 접속용 땜납 (21) 이 형성되고, 제 2 전극 (12) 에는, 가용 도체 (13) 와의 절연을 도모함과 함께 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 지지하는 절연 스페이서 (22) 가 형성된다. 또, 제 3 전극 (20) 에는, 발열체 인출 전극 (19) 과 접속되는 접속용 땜납 (21) 이 형성된다.

[발열체 유닛]

이 케이싱 (25a) 내에는, 절연 기판 (14), 발열체 (15) 및 가용 도체 (13) 가 일체로 형성된 발열체 유닛 (27) 이 탑재된다. 도 5 에 나타내는 발열체 유닛 (27) 은, 절연 기판 (14) 에 발열체 (15) 및 절연층 (17) 이 형성되고, 이 절연층 (17) 상에 브릿지 전극 (16), 발열체 전극 (18) 및 발열체 인출 전극 (19) 이 형성되고, 또한 브릿지 전극 (16) 및 발열체 전극 (18) 상에 접속용 땜납 (21) 을 개재하여 가용 도체 (13) 가 접속되어 있다.

발열체 유닛 (27) 은, 가용 도체 (13) 가 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에 탑재된다. 그 후, 케이싱 (25a) 내에 플럭스 (23) 가 공급되고, 덮개체 (25b) 에 의해 폐색됨으로써 단락 소자 (1) 가 형성된다.

이와 같은 단락 소자 (1) 는, 도 6 에 나타내는 회로 구성을 갖는다. 즉, 단락 소자 (1) 는, 동작 전 상태에 있어서, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 이 근접됨과 함께 이간됨으로써 절연되고, 가용 도체 (13) 가 용융됨으로써 단락되는 스위치 (2) 를 구성한다. 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 단락 소자 (1) 가 실장되는 회로 기판의 전류 경로상에 직렬 접속됨으로써, 전원 회로 등의 각종 외부 회로 (28A, 28B) 사이에 장착된다.

또, 단락 소자 (1) 는, 제 1 전극 (11) 으로부터 가용 도체 (13) 및 발열체 전극 (18) 을 통하여 발열체 (15) 가 연속되고, 또한 발열체 인출 전극 (19) 을 통하여 제 3 전극 (20) 에 이르는 통전 경로 (3) 가 형성된다.

단락 소자 (1) 는, 통상에 있어서는, 제 3 전극 (20) 을 통하여 접속되어 있는 전류 제어 소자 (32) 에 의해 통전 경로 (3) 로의 통전이 제어되고 있다. 전류 제어 소자 (32) 는, 통전 경로 (3) 의 통전을 제어하는 스위치 소자이며, 예를 들어 FET 에 의해 구성되고, 단락 소자 (1) 가 장착되는 외부 회로의 물리적인 단락의 필요와 불필요를 검출하는 검출 소자 (35) 와 접속되어 있다. 검출 소자 (35) 는, 단락 소자 (1) 가 장착된 각종 외부 회로 (28A, 28B) 사이를 통전할 필요가 발생했는지를 검출하는 회로이며, 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, 제 2 전극 (11, 12) 의 단락에 의해 물리적, 불가역적으로 외부 회로 (28A, 28B) 사이의 전류 경로를 단락시킬 필요가 발생한 경우에 전류 제어 소자 (32) 를 동작시킨다.

이로써, 단락 소자 (1) 는 전류 제어 소자 (32) 에 의해 통전 경로 (3) 가 통전되어 발열체 (15) 가 발열된다. 통전 경로 (3) 를 통하여 발열체 (15) 에 전기가 통전되면, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 단락 소자 (1) 는, 제 1 절연층 (14) 을 통하여 접속되어 있는 가용 도체 (13) 가 용융되고, 이 용융 도체가 브릿지 전극 (16) 상에 응집된다. 이로써, 절연되어 있던 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 단락되고 외부 회로 (28A, 28B) 가 접속된다. 단락 소자 (1) 의 동작시의 회로 구성을 도 4(B) 에 나타낸다.

이 때, 단락 소자 (1) 는, 가용 도체 (13) 의 용융 도체를 모으는 브릿지 전극 (16) 이 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과 대향하여 형성되어 있기 때문에, 용융 도체가 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 응집되어, 확실하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시킬 수 있다.

또, 단락 소자 (1) 는, 가용 도체 (13) 의 용융 도체가 브릿지 전극 (16) 과 발열체 전극 (18) 으로 분리되어 응집됨으로써, 가용 도체 (13) 를 통하여 접속되어 있던 제 1 전극 (11) 과 발열체 전극 (18) 사이가 개방되고, 발열체 (15) 로의 통전 경로 (3) 가 차단된다. 이로써, 발열체 (15) 로의 급전이 멈추어 발열체 (15) 의 발열이 정지된다.

그리고, 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 에 의해 응집된 용융 도체에 의해 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이가 단락된 상태로, 통전 경로 (3) 가 차단되기 때문에, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 단락되지 않고 통전 경로 (3) 가 차단되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 의 면적이 발열체 전극 (18) 의 면적보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 가용 도체 (13) 의 용융 도체는, 표면 장력에 의해 보다 큰 체적의 부위에 응집되는 경향이 있는 점에서, 단락 소자 (1) 는 브릿지 전극 (16) 을 발열체 전극 (18) 보다 넓게 형성함으로써, 보다 많은 용융 도체를 응집할 수 있고, 확실하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시키고, 그 후에 통전 경로 (3) 를 차단할 수 있다.

또, 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 이 발열체 전극 (18) 보다 발열체 (15) 의 발열 중심에 가까운 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 발열체 (15) 의 발열 중심이란, 발열체 (15) 가 발열함으로써 발현하는 열분포 가운데, 발열 초기의 단계에서 가장 고온이 되는 영역을 말한다. 발열체 (15) 로부터 발하여지는 열은 절연 기판 (14) 으로부터의 방열량이 가장 많고, 절연 기판 (14) 을 내열 충격성이 우수한데, 열전도율도 높은 세라믹스 재료에 의해 형성한 경우 등에는, 절연 기판 (14) 에 열이 확산된다. 그 때문에, 발열체 (15) 는 통전이 개시된 발열 초기의 단계에서는, 절연 기판 (14) 과 접하는 외측 가장자리로부터 가장 먼 중심이 가장 뜨겁고, 절연 기판 (14) 과 접하는 외측 가장자리를 향함에 따라 방열되어 온도가 오르기 어려워진다.

그래서, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 을 발열체 전극 (18) 보다 발열체 (15) 의 발열 초기에 있어서 가장 고온이 되는 발열 중심 (C) 에 가까운 위치에 형성함으로써, 발열체 전극 (18) 보다 빨리 열이 전달되어, 보다 신속하게 용융 도체가 응집되도록 한다. 발열체 전극 (18) 은, 브릿지 전극 (16) 보다 늦게 가열되기 때문에, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 단락된 후에 용융 도체가 응집되고, 브릿지 전극 (16) 에 응집된 용융 도체와 분리되어 통전 경로 (3) 가 차단된다.

따라서, 단락 소자 (1) 는, 브릿지 전극 (16) 을 발열체 전극 (18) 보다 발열체 (15) 의 발열 중심의 가까이에 형성함으로써, 통전 경로 (3) 의 차단보다 먼저 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시킬 수 있고, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이가 단락될 때까지 확실하게 발열체 (15) 에 계속 급전할 수 있다.

또, 가용 도체 (13) 의 폭을 제 1 전극 (11), 제 2 전극 (12), 브릿지 전극 (16) 보다 넓게 하고, 브릿지 전극 (16) 과 중첩되는 제 1 전극 (11) 의 면적을 제 2 전극 (12) 의 면적보다 좁게 함으로써, 제 1 전극 (11) 상에 응집된 용융 도체를 빠른 단계에서 넘치게 하여, 응집된 용융 도체를 제 2 전극 (12) 측으로 신속하게 단락시킬 수 있다.

또한, 도 5 에 나타내는 발열체 유닛 (27) 에 있어서는, 가용 도체 (13) 가 발열체 (15) 와 중첩되는 위치에 형성되고, 또 발열체 (15) 에 절연층 (17), 브릿지 전극 (16) 및 접속용 땜납 (21) 을 개재하여 적층되어 있기 때문에, 발열체 (15) 의 열이 효율적으로 전달되어 단시간에 가열, 용융할 수 있다.

[회로 구성예]

도 7 에 단락 소자 (1) 가 적용된 단락 회로의 일례로서, 배터리 회로 (30) 를 나타낸다. 배터리 회로 (30) 에 있어서, 단락 소자 (1) 는, 복수의 배터리 셀 (31) 중, 과충전 등의 이상 전압을 나타낸 배터리 셀을 바이패스하는 바이패스 전류 경로의 구축에 사용할 수 있다.

도 7 에 있어서, 배터리 회로 (30) 는, 단락 소자 (1) 와, 단락 소자 (1) 의 동작을 제어하는 전류 제어 소자 (32) 와, 배터리 셀 (31) 과, 배터리 셀 (31) 을 충방전 경로상으로부터 차단하는 보호 소자 (33) 와, 보호 소자 (33) 의 동작을 제어하는 전류 제어 소자 (32) 를 갖는 배터리 유닛 (34) 을 구비하고, 복수의 배터리 유닛 (34) 이 직렬로 접속되어 있다.

또, 배터리 회로 (30) 는, 각 배터리 유닛 (34) 의 배터리 셀 (31) 의 전압을 검출함과 함께, 보호 소자 (33) 와 전류 제어 소자 (32) 에 이상 신호를 출력하는 검출 소자 (35) 를 갖는다.

각 배터리 유닛 (34) 은, 보호 소자 (33) 가 배터리 셀 (31) 과 직렬로 접속되어 있다. 또, 배터리 유닛 (34) 은, 단락 소자 (1) 의 제 1 전극 (11) 이 보호 소자 (33) 의 개방단과 접속되고, 제 2 전극 (12) 이 배터리 셀 (31) 의 개방단과 접속되며, 이로써, 보호 소자 (33) 및 배터리 셀 (31) 과 단락 소자 (1) 가 병렬로 접속되어 있다.

또, 배터리 유닛 (34) 은, 전류 제어 소자 (32) 및 보호 소자 (33) 가, 각각 검출 소자 (35) 와 접속되어 있다. 검출 소자 (35) 는 각 배터리 셀 (31) 과 접속되어 각 배터리 셀 (31) 의 전압값을 검출하고, 배터리 셀 (31) 이 과충전 전압 또는 과방전 전압이 되었을 때에, 당해 배터리 셀 (31) 을 갖는 배터리 유닛 (34) 의 보호 소자 (33) 를 구동시키고, 또 단락 소자 (1) 에 연결되는 전류 제어 소자 (32) 에 동작 신호를 출력한다.

전류 제어 소자 (32) 는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 (이하, FET 라고 한다) 에 의해 구성할 수 있다. 전류 제어 소자 (32) 는, 제 3 전극 (20) 과 접속되고, 단락 소자 (1) 의 통전 경로 (3) 로의 통전을 제어할 수 있다. 또, 전류 제어 소자 (32) 는 보호 소자 (33) 의 구동 단자와 접속된다.

보호 소자 (33) 는, 충방전 경로상에 접속된 1 쌍의 전극과, 당해 전극 사이에 걸쳐서 탑재되고, 당해 전극 사이를 단락시키는 가용 도체와, 가용 도체와 직렬로 접속되어 전압 이상시에 통전되어 발열하고, 가용 도체를 용융시키는 발열체를 갖는 소자에 의해 구성할 수 있다.

이 배터리 회로 (30) 는 검출 소자 (35) 로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀 (31) 의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 보호 소자 (33) 및 단락 소자 (1) 를 동작시키고, 당해 배터리 유닛 (34) 을 충방전 전류 경로로부터 차단함과 함께, 단락 소자 (1) 의 스위치 (2) 를 단락시키고, 당해 배터리 유닛 (34) 을 바이패스하는 바이패스 전류 경로를 형성하도록 제어한다.

이와 같은 배터리 회로 (30) 는, 정상시에는 단락 소자 (1) 의 스위치 (2) 가 개방되어 있기 때문에, 전류는 보호 소자 (33) 및 배터리 셀 (31) 측에 흐른다. 배터리 셀 (31) 에 전압 이상 등이 검지되면, 배터리 회로 (30) 는 검출 소자 (35) 로부터 보호 소자 (33) 에 이상 신호가 출력되고, 보호 소자 (33) 에 의해 이상이 있는 배터리 셀 (31) 을 충방전 전류 경로상으로부터 차단한다.

이어서, 배터리 회로 (30) 는, 검출 소자 (35) 에 의해 전류 제어 소자 (32) 에도 이상 신호가 출력되고, 단락 소자 (1) 의 발열체 (15) 에 전류가 흐르도록 제어된다. 단락 소자 (1) 는, 발열체 (15) 에 의해 가용 도체 (13) 를 가열, 용융시킴으로써 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 형성된 브릿지 전극 (16) 상에 용융 도체가 응집되고, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이가 단락된다. 이로써, 배터리 회로 (30) 는, 단락 소자 (1) 에 의해 배터리 셀 (31) 을 바이패스하는 바이패스 전류 경로를 형성할 수 있다. 이어서, 단락 소자 (1) 는 가용 도체 (13) 의 용단에 의해 제 1 전극 (11) 과 발열체 전극 (18) 사이가 차단되어, 발열체 (15) 로의 급전이 정지된다.

이로써, 배터리 회로 (30) 는 하나의 배터리 셀 (31) 에 이상이 발생한 경우에도, 단락 소자 (1) 를 통하여 당해 배터리 셀 (31) 을 우회하는 바이패스 전류 경로를 형성할 수 있고, 나머지의 정상적인 배터리 셀 (31) 에 의해 충방전 기능을 유지할 수 있다. 이 때, 단락 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과 대향하여 형성되어 있는 브릿지 전극 (16) 에 의해 가용 도체 (13) 의 용융 도체가 응집되기 때문에, 확실하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이를 단락시켜 바이패스 전류 경로를 형성할 수 있다.

또한, 단락 소자 (1) 또는 배터리 회로 (30) 는, 차단된 배터리 셀 (31) 의 내부 저항과 거의 동일한 저항값을 갖는 보호 저항을 형성해도 된다. 바이패스 전류 경로상에 보호 저항을 형성함으로서, 배터리 회로 (30) 는 바이패스 전류 경로를 구축한 후에 있어서도 정상시와 동일한 저항값으로 할 수 있다.

[발열체 유닛의 변형예]

또한, 상기 서술한 발열체 유닛 (27) 에 있어서는, 발열체 (15) 를 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 상에 형성했지만, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 발열체 유닛 (27) 은, 발열체 (15) 를 절연 기판 (14) 의 이면 (14b) 에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (15) 는, 절연 기판 (14) 의 이면 (14b) 에 있어서 절연층 (17) 으로 피복되어 있다. 또, 발열체 (15) 의 일단과 접속되는 발열체 전극 (18) 및 발열체 인출 전극 (19) 도 동일하게 절연 기판 (14) 의 이면 (14b) 에 형성된다. 발열체 전극 (18) 은, 발열체 (15) 와 접속되는 상층부 (18a) 가 절연 기판 (14) 이면 (14b) 에 형성되고, 가용 도체 (13) 와 접속되는 하층부 (18b) 가 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 에 형성되고, 하층부 (18b) 와 상층부 (18a) 가 도전 스루홀을 통하여 연속된다.

또, 발열체 (15) 는, 절연 기판 (14) 의 이면 (14b) 에 있어서, 브릿지 전극 (16) 및 가용 도체 (13) 와 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 또, 브릿지 전극 (16) 은, 발열체 전극 (18) 의 하층부 (18b) 보다 발열체 (15) 의 발열 중심에 가까운 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

발열체 유닛 (27) 은 발열체 (15) 가 절연 기판 (14) 의 이면 (14b) 에 형성 됨으로써, 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 이 평탄화되고, 이로써, 브릿지 전극 (16) 이나 발열체 전극 (18) 의 하층부 (18b) 를 표면 (14a) 상에 형성할 수 있다. 따라서, 발열체 유닛 (27) 은, 브릿지 전극 (16) 이나 발열체 전극 (18) 의 하층부 (18b) 의 제조 공정을 간략화할 수 있음과 함께 저배화를 도모할 수 있다.

또, 발열체 유닛 (27) 은, 발열체 (15) 를 절연 기판 (14) 의 이면 (14b) 에 형성한 경우라도, 절연 기판 (14) 의 재료로서 파인 세라믹 등의 열전도성이 우수한 재료를 사용함으로써, 발열체 (15) 에 의해 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 상에 적층한 경우와 동등하게 가용 도체 (13) 를 가열, 용단할 수 있다.

또, 발열체 유닛 (27) 은, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (15) 를 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 상에 형성된 절연층 (17) 의 내부에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (15) 의 일단이 접속된 발열체 전극 (18) 및 발열체 인출 전극 (19) 도 일단부가 절연층 (17) 의 내부까지 형성된다.

또, 발열체 (15) 는 절연층 (17) 의 내부에 있어서 브릿지 전극 (16) 및 가용 도체 (13) 와 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 또, 브릿지 전극 (16) 은 발열체 전극 (18) 보다 발열체 (15) 의 발열 중심에 가까운 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 또, 발열체 유닛 (27) 은 발열체 (15) 를 절연 기판 (14) 의 이면 (14b) 상에 형성된 절연층 (17) 의 내부에 형성해도 된다.

또, 발열체 유닛 (27) 은, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (15) 를 절연 기판 (14) 의 내부에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (15) 를 피복하는 절연층 (17) 은 형성할 필요가 없다. 또, 발열체 (15) 와 접속되는 발열체 전극 (18) 및 발열체 인출 전극 (19) 은 발열체 (15) 와 접속하는 상층부가 절연 기판 (14) 의 내부까지 형성되고, 도전 스루홀을 통하여 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 측에 하층부가 형성된다.

또, 발열체 (15) 는, 절연 기판 (14) 의 내부에 있어서, 브릿지 전극 (16) 및 가용 도체 (13) 와 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 또, 브릿지 전극 (16) 은, 발열체 전극 (18) 보다 발열체 (15) 의 발열 중심에 가까운 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

또, 단락 소자 (1) 는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (15) 를 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 상에 있어서, 브릿지 전극 (16) 및 발열체 전극 (18) 과 나란히 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (15) 는 절연층 (17) 에 의해 피복되어 있다. 또, 발열체 (15) 와 접속되는 발열체 전극 (18) 은, 절연 기판 (14) 의 표면 (14a) 상에 단층으로 형성된다. 또한, 브릿지 전극 (16) 은 발열체 전극 (18) 보다 발열체 (15) 의 발열 중심에 가까운 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

[가용 도체의 변형예]

상기 서술한 바와 같이, 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유해도 된다. 이 때, 가용 도체 (13) 는, 도 12(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, 가용 도체 (13) 는, 고융점 금속층 (70) 의 전체면이 저융점 금속층 (71) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다. 고융점 금속층 (70) 이나 저융점 금속층 (71) 에 의한 피복 구조는, 도금 등의 공지된 성막 기술을 사용하여 형성할 수 있다.

또, 도 12(B) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (13) 는, 내층으로서 저융점 금속층 (71) 이 형성되고, 외층으로서 고융점 금속층 (70) 이 형성된 가용 도체를 사용해도 된다. 이 경우도, 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (71) 의 전체면이 고융점 금속층 (70) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다.

또, 가용 도체 (13) 는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (70) 과 저융점 금속층 (71) 이 적층된 적층 구조로 해도 된다.

이 경우, 가용 도체 (13) 는, 도 13(A) 에 나타내는 바와 같이, 브릿지 전극 (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, 가용 도체 (13) 는, 도 13(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, 가용 도체 (13) 는, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (70) 과 저융점 금속층 (71) 이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 해도 된다. 이 경우, 가용 도체 (13) 는 최외층을 구성하는 금속층에 의해, 전체면 또는 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조로 해도 된다.

또, 가용 도체 (13) 는, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (71) 의 표면에 고융점 금속층 (70) 을 스트라이프상으로 부분적으로 적층시켜도 된다. 도 15 는 가용 도체 (13) 의 평면도이다.

도 15(A) 에 나타내는 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (71) 의 표면에, 폭 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (70) 이 길이 방향으로 복수 형성됨으로써, 길이 방향을 따라 선상의 개구부 (72) 가 형성되고, 이 개구부 (72) 로부터 저융점 금속층 (71) 이 노출되어 있다. 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (71) 이 개구부 (72) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하고, 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, 가용 도체 (13) 는, 도 15(B) 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (71) 의 표면에, 길이 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (70) 을 폭 방향으로 복수 형성함으로써, 폭 방향을 따라 선상의 개구부 (72) 를 형성해도 된다.

또, 가용 도체 (13) 는, 도 16 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 형성되고, 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.

가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (71) 이 개구부 (73) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하여, 고융점 금속의 침식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다.

또, 가용 도체 (13) 는, 도 17 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, 가용 도체 (13) 는, 용융되는 저융점 금속이 고융점 금속에 접하는 면적이 증대되므로, 보다 단시간에 저융점 금속이 고융점 금속을 용식할 수 있게 된다.

또, 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (71) 의 체적을, 고융점 금속층 (70) 의 체적보다 많이 형성하는 것이 바람직하다. 가용 도체 (13) 는, 발열체 (15) 에 의해 가열됨으로써, 저융점 금속이 용융됨으로써 고융점 금속을 용식하고, 이로써 신속하게 용융, 용단할 수 있다. 따라서, 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (71) 의 체적을 고융점 금속층 (70) 의 체적보다 많이 형성함으로써, 이 용식 작용을 촉진시키고, 신속하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이로의 용융 도체의 응집, 단락을 실시하고, 또, 제 1 전극 (11) 과 발열체 전극 (18) 사이의 통전 경로 (3) 를 차단할 수 있다.

또, 가용 도체 (13) 는, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 외층을 구성하는 고융점 금속에 의해 피복되고, 주면부 (13a) 보다 두꺼운 두께로 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 측부 가장자리부 (13b) 와, 내층을 구성하는 저융점 금속이 노출되고 제 1 측부 가장자리부 (13b) 보다 얇은 두께로 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 2 측부 가장자리부 (13c) 를 갖고, 제 2 측부 가장자리부 (13c) 가 발열체 (15) 로의 통전 방향의 양측단이 되는 방향에서, 브릿지 전극 (16) 과 발열체 전극 (18) 사이에 걸쳐 접속되도록 해도 된다.

제 1 측부 가장자리부 (13b) 는, 측면이 고융점 금속층 (70) 에 의해 피복됨과 함께, 이로써 가용 도체 (13) 의 주면부 (13a) 보다 두껍게 형성되어 있다. 제 2 측부 가장자리부 (13c) 는, 측면에 외주를 고융점 금속층 (70) 에 의해 둘러싸여진 저융점 금속층 (71) 이 노출되어 있다. 제 2 측부 가장자리부 (13c) 는, 제 1 측부 가장자리부 (13b) 와 인접하는 양 단부를 제외하고, 주면부 (13a) 와 동일한 두께로 형성되어 있다.

그리고, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (13) 는, 제 2 측부 가장자리부 (13c) 가 브릿지 전극 (16) 으로부터 발열체 전극 (18) 사이에 걸치는 통전 경로 (3) 를 따라 배치 형성되어 있다. 이로써, 단락 소자 (1) 는, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸치는 가용 도체 (13) 를 신속하게 용융, 단락시킬 수 있다.

즉, 제 2 측부 가장자리부 (13c) 는, 제 1 측부 가장자리부 (13b) 보다 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있다. 또, 제 2 측부 가장자리부 (13c) 의 측면은, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (71) 이 노출되어 있다. 이로써, 제 2 측부 가장자리부 (13c) 는, 저융점 금속층 (71) 에 의한 고융점 금속층 (70) 의 침식 작용이 기능하고, 또한, 침식되는 고융점 금속층 (70) 의 두께도 제 1 측부 가장자리부 (13b) 에 비해 얇게 형성되어 있음으로써, 고융점 금속층 (70) 에 의해 두껍게 형성되어 있는 제 1 측부 가장자리부 (13b) 에 비하여 적은 열에너지로 신속하게 용융시킬 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (71) 을 구성하는 땜납박 등의 저융점 금속박을, 고융점 금속층 (70) 을 구성하는 Ag 등의 금속으로 피복함으로써 제조된다. 저융점 금속층박을 고융점 금속 피복하는 공법으로는, 장척상의 저융점 금속박에 연속하여 고융점 금속 도금을 실시할 수 있는 전해 도금법이 작업 효율상, 제조 비용상, 유리해진다.

전해 도금에 의해 고융점 금속 도금을 실시하면, 장척상의 저융점 금속박의 에지 부분, 즉, 측부 가장자리부에 있어서 전계 강도가 상대적으로 강해져, 고융점 금속층 (70) 이 두껍게 도금된다 (도 18 참조). 이로써, 측부 가장자리부가 고융점 금속층에 의해 두꺼운 두께로 형성된 장척상의 도체 리본 (40) 이 형성된다. 이어서, 이 도체 리본 (40) 을 길이 방향과 직교하는 폭 방향 (도 18 중 C-C' 방향) 으로, 소정 길이로 절단함으로써 가용 도체 (13) 가 제조된다. 이로써, 가용 도체 (13) 는, 도체 리본 (40) 의 측부 가장자리부가 제 1 측부 가장자리부 (13b) 가 되고, 도체 리본 (40) 의 절단면이 제 2 측부 가장자리부 (13c) 가 된다. 또, 제 1 측부 가장자리부 (13b) 는 고융점 금속에 의해 피복되고, 제 2 측부 가장자리부 (13c) 는 단면 (도체 리본 (40) 의 절단면) 에 상하 1 쌍의 고융점 금속층 (70) 과 고융점 금속층 (70) 에 의해 협지된 저융점 금속층 (71) 이 외측으로 노출되어 있다.

또한, 본 발명에 관련된 단락 소자는, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한정되지 않고, 전자 기기의 전원 라인 등, 전기 신호에 의한 전류 경로의 차단 및 바이패스를 필요로 하는 여러 가지 용도에도 물론 응용 가능하다. 또, 전류 제어 소자 (32) 의 작동 조건은, 배터리 셀 (31) 의 전압 이상의 경우에 한정되지 않고, 예를 들어 주위 온도의 이상적인 상승이나 수몰 등, 모든 엑시던트를 검지함으로써 작동시킬 수 있다.

1 : 단락 소자
2 : 스위치
3 : 통전 경로
11 : 제 1 전극
12 : 제 2 전극
13 : 가용 도체
14 : 절연 기판
15 : 발열체
16 : 브릿지 전극
17 : 절연층
18 : 발열체 전극
19 : 발열체 인출 전극
20 : 제 3 전극
21 : 접속용 땜납
22 : 절연 스페이서
23 : 플럭스
25 : 보호 케이스
27 : 발열체 유닛
30 : 배터리 회로
31 : 배터리 셀
32 : 전류 제어 소자
33 : 보호 소자
34 : 배터리 유닛
35 : 검출 소자

Claims

근접 배치됨과 함께 절연되어 있는 제 1, 제 2 전극과,
용융됨으로써 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시키는 가용 도체와,
통전됨으로써 발열하여, 상기 가용 도체를 용융시키는 발열체와,
상기 제 1, 제 2 전극 사이에 걸쳐 상기 제 1, 제 2 전극과 대향 배치되고, 상기 가용 도체의 용융 도체를 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 모으는 브릿지 전극을 갖는, 단락 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 가용 도체가 상기 제 1 전극과 접속됨과 함께 상기 발열체와 접속됨으로써, 상기 제 1 전극으로부터 상기 가용 도체를 개재하여 상기 발열체와 연속하고, 그 발열체를 통전시키는 통전 경로가 형성되고,
상기 가용 도체가 용융됨으로써, 상기 제 1, 제 2 전극 사이를 단락시킴과 함께, 상기 제 1 전극과 상기 발열체 사이가 차단되는, 단락 소자.
제 2 항에 있어서,
절연 기판을 갖고,
상기 발열체와 상기 브릿지 전극은 상기 절연 기판 상에 형성되고,
상기 발열체는 상기 절연 기판 상에 형성된 발열체 전극을 개재하여 상기 가용 도체와 접속되고,
상기 브릿지 전극은 상기 발열체 전극보다 면적이 넓은, 단락 소자.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
절연 기판을 갖고,
상기 발열체와 상기 브릿지 전극은 상기 절연 기판 상에 형성되고,
상기 발열체는 상기 절연 기판 상에 형성된 발열체 전극을 개재하여 상기 가용 도체와 접속되고,
상기 브릿지 전극은 상기 발열체 전극보다 상기 발열체의 발열 중심에 가까운 위치에 형성되어 있는, 단락 소자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브릿지 전극은 상기 발열체와 중첩되는 위치에 형성되어 있는, 단락 소자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 걸쳐 상기 제 1, 제 2 전극과 대향 배치되고,
상기 제 2 전극과 상기 가용 도체 사이의 적어도 일부분에는, 상기 제 2 전극과 상기 가용 도체의 절연을 도모하는 절연층이 형성되어 있는, 단락 소자.
제 3 항에 있어서,
상기 절연 기판, 상기 발열체 및 상기 가용 도체를 수납하고, 상기 제 1, 제 2 전극을 외부에 도출시키는 보호 케이스를 갖는, 단락 소자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 전극은 리드 프레임재인, 단락 소자.
제 3 항에 있어서,
상기 절연 기판 상에 적층된 절연층을 갖고,
상기 브릿지 전극은 상기 절연층 상에 적층되고,
상기 발열체는 상기 절연층의 내부, 또는 상기 절연층과 상기 절연 기판 사이에 형성되어 있는, 단락 소자.
제 3 항에 있어서,
상기 발열체는 상기 절연 기판의 내부에 형성되어 있는, 단락 소자.
제 3 항에 있어서,
상기 발열체는 상기 절연 기판의 상기 브릿지 전극이 형성된 면측과 반대측의 면에 형성되어 있는, 단락 소자.
제 3 항에 있어서,
상기 발열체는 상기 절연 기판의 상기 브릿지 전극이 형성된 면과 동일 면에 형성되어 있는, 단락 소자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브릿지 전극은 표면에 Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 중 어느 것이 피복되어 있는, 단락 소자.
제 3 항에 있어서,
상기 발열체 전극은 표면에 Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 중 어느 것이 피복되어 있는, 단락 소자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가용 도체는, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납인, 단락 소자.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유하고,
상기 저융점 금속이 상기 발열체로부터의 가열에 의해 용융되고, 상기 고융점 금속을 용식하는, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 저융점 금속은 땜납이며,
상기 고융점 금속은 Ag, Cu 또는 Ag 혹은 Cu 를 주성분으로 하는 합금인, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 내층이 상기 고융점 금속이고, 외층이 상기 저융점 금속의 피복 구조인, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 내층이 상기 저융점 금속이고, 외층이 상기 고융점 금속의 피복 구조인, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 상기 저융점 금속과 상기 고융점 금속이 적층된 적층 구조인, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 상기 저융점 금속과 상기 고융점 금속이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조인, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 내층을 구성하는 저융점 금속의 표면에, 고융점 금속이 스트라이프상으로 적층되어 있는, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 다수의 개구부를 갖는 고융점 금속층과 상기 고융점 금속층 상에 형성된 저융점 금속층을 갖고, 상기 개구부에 저융점 금속이 충전되어 있는, 단락 소자.
제 16 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 상기 저융점 금속의 체적이 상기 고융점 금속의 체적보다 많은, 단락 소자.
제 19 항에 있어서,
상기 가용 도체는, 외층을 구성하는 상기 고융점 금속에 의해 피복되고 주면부보다 두꺼운 두께로 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 측부 가장자리부와, 내층을 구성하는 상기 저융점 금속이 노출되고 상기 제 1 측부 가장자리부보다 얇은 두께로 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 2 측부 가장자리부를 갖고, 상기 제 2 측부 가장자리부가 상기 발열체로의 통전 방향의 양측단이 되는 방향에서, 상기 브릿지 전극 및 상기 발열체와 접속된 발열체 전극 사이에 걸쳐 접속되어 있는, 단락 소자.