KR20160040567A - Protective element and battery pack - Google Patents
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Abstract
과전류 보호시의 전류 용량을 확보하면서 발열체의 발열에 의해 확실하게 용단시킨다. 제 1 절연 기판 (55) 과, 제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 과, 제 1 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측에 형성된 발열체 (57) 와, 제 1 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 의 제 1 외부 전극 (51) 과 제 2 외부 전극 (52) 사이에 형성된 표리면 전극 (56, 64) 과, 표면 (55a) 에, 표면 전극 (56) 과 중첩되도록, 제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 에 걸쳐 적층되는 가용 도체 (53) 와, 내측면에 도전층 (65) 이 형성된 관통공 (58) 과, 관통공 (58) 내에 충전된 예비 땜납 (66) 을 구비한다. 발열체 (57) 의 열에 의해, 예비 땜납 (66) 및 가용 도체 (53) 가 용융되어, 표리면 전극 (56, 64), 관통공 (58) 내의 도전층 (65) 등의 젖음성에 의해, 온도가 높은 제 1 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측으로, 용융된 예비 땜납 (66) 및 가용 도체 (53) 가 이동한다.While ensuring the current capacity at the time of overcurrent protection, it is surely fused by the heat of the heating element. The first insulating substrate 55 and the first and second external electrodes 51 and 52 and the heating element 57 formed on the back surface 55b side of the first insulating substrate 55 and the first insulating substrate 55 Front and back surface electrodes 56 and 64 formed between the first external electrode 51 and the second external electrode 52 on the surface 55a of the surface 55a and the surface electrode 55 on the surface 55a, A through hole 58 in which an electrically conductive layer 65 is formed on the inner side surface and a through hole 58 which is filled in the through hole 58 are formed on the first and second external electrodes 51 and 52, (66). The preliminary solder 66 and the usable conductor 53 are melted by the heat of the heating element 57 and the temperature of the conductive layer 65 and the like in the front and back surface electrodes 56 and 64, The molten preliminary solder 66 and the usable conductor 53 move to the side of the back surface 55b of the first insulating substrate 55 having a high temperature.
Description
본 발명은, 전류 경로를 용단함으로써, 전류 경로 상에 접속된 회로를 보호하는 보호 소자 및 배터리 팩에 관한 것이다. 본 출원은, 일본에서 2013년 8월 7일에 출원된 일본 특허출원번호 특원 2013-163950호, 및 2014년 5월 30일에 출원된 일본 특허출원번호 특원 2014-113044호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이들 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.The present invention relates to a protection element and a battery pack which protect a circuit connected on a current path by fusing an electric current path. This application is based on and claims priority to Japanese Patent Application No. 2013-163950, filed on August 7, 2013, and Japanese Patent Application No. 2014-113044, filed on May 30, 2014, Which are hereby incorporated by reference in their entirety.
충전하여 반복 이용할 수 있는 이차 전지의 상당수는, 배터리 팩에 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 몇 개나 되는 보호 회로를 배터리 팩에 내장하고, 소정의 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 가지고 있다.A large number of rechargeable secondary batteries that are recharged and recharged are processed into battery packs and provided to the user. Particularly, in a lithium ion secondary battery having a high weight energy density, in order to secure the safety of a user and an electronic device, several protection circuits such as overcharge protection and over discharge protection are built in a battery pack, And the output of the battery pack is cut off.
많은 리튬 이온 이차 전지를 사용한 전자 장치에 있어서는, 배터리 팩에 내장된 FET 스위치를 사용하여 출력의 ON/OFF 를 실시함으로써, 배터리 팩의 과충전 보호 또는 과방전 보호 동작을 실시한다. 그러나, 어떠한 원인으로 FET 스위치가 단락 파괴된 경우, 뇌서지 등이 인가되어 순간적인 대전류가 흐른 경우, 혹은 배터리 셀의 수명에 의해 출력 전압이 비정상적으로 저하되거나, 반대로 과대 이상 전압을 출력한 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 퓨즈 소자로 이루어지는 보호 소자가 사용된다.In an electronic device using many lithium ion secondary batteries, an output switch is turned ON / OFF using an FET switch incorporated in the battery pack to perform overcharge protection or over-discharge protection operation of the battery pack. However, even if the FET switch is short-circuited for some reason, an instantaneous large current flows due to a brain surge or the like, or the output voltage abnormally decreases due to the life of the battery cell, or an over- , Battery packs or electronic devices must be protected from accidents such as ignition. In order to safely shut off the output of the battery cell even in such an assumed abnormal state, a protection element composed of a fuse element having a function of cutting off the current path by an external signal is used.
이와 같은 리튬 이온 이차 전지 등을 위한 보호 회로의 보호 소자로서, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 보호 소자 내부에 발열체를 갖고, 이 발열체의 발열에 의해 전류 경로 상의 가용 도체를 용단하는 구조가 일반적으로 사용되고 있다.As a protection element for a protection circuit for such a lithium ion secondary battery and the like, as disclosed in
특허문헌 1 에 기재되어 있는 보호 소자에 있어서, 휴대 전화나 노트북 PC 와 같은 전류 용량이 비교적 낮은 용도에 사용하기 위해서, 가용 도체 (퓨즈) 는, 최대 15 A 정도의 전류 용량을 가지고 있다. 리튬 이온 이차 전지의 용도는 최근 확대되고 있으며, 보다 대전류의 용도, 예를 들어 전동 드라이버 등의 전동 공구나, 하이브리드카, 전기 자동차, 전동 어시스트 자전거 등의 수송 기기에 채용이 검토되고, 일부 채용이 개시되고 있다. 이러한 용도에 있어서, 특히 기동시 등에는, 수십 A ∼ 100 A 를 초과하는 대전류가 흐르는 경우가 있다. 이와 같은 대전류 용량에 대응한 보호 소자의 실현이 요망되고 있다.In the protection device described in
대전류에 대응하는 보호 소자를 실현하기 위해서는, 가용 도체의 단면적을 증대시키면 된다. 그러나, 보호 소자는, 과전류 상태에 의해 용단시키는 경우 이외에도, 전지 셀의 과전압 상태를 검출하여, 저항체로 형성된 발열체에 전류를 흘리고, 그 발열에 의해 가용 도체를 절단할 필요가 있다. 대전류에 대응하기 위해서 단면적을 증대시키면, 용단시의 가용 도체의 용융량이 많아지기 때문에, 가용 도체를 안정적으로 용단하는 것이 곤란해진다. 또, 가용 도체의 용융량이 많아지면 과전류에 의한 전류 차단의 직전에 용융 도체가 응집량도 증대되고, 차단시의 아크 방전에 의해 용융 도체가 다량으로 비산하여, 절연 저항의 저하나 가용 도체의 탑재 위치의 주변 회로의 단락 등의 리스크도 높아진다. 또한, 보호 소자가 배치되는 자세에 따라 용단 동작이 변동되는 것도 문제이다.In order to realize a protective element corresponding to a large current, it is sufficient to increase the cross-sectional area of the usable conductor. However, in addition to the case where the protection element is fused by the overcurrent state, it is necessary to detect the overvoltage state of the battery cell, to supply current to the heating element formed of the resistor, and to cut the usable conductor by the heat generation. If the cross-sectional area is increased in order to cope with a large current, the melting amount of the usable conductor at the time of melting becomes large, and it becomes difficult to stably fuse the usable conductor. If the melting amount of the usable conductor is large, the amount of aggregation of the molten conductor also increases immediately before the current interruption due to the overcurrent, and the molten conductor is scattered by a large amount due to the arc discharge at the time of interruption, The risk of short circuit of the peripheral circuit at the position becomes high. It is also a problem that the fusing operation varies depending on the posture in which the protection element is disposed.
그래서, 본 발명은, 과전류 보호시의 전류 용량을 확보하면서, 과전류에 의한 전류 차단시에 아크 방전에 의한 용융 도체의 비산을 억제할 수 있는 보호 소자 및 배터리 팩을 얻는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은, 과전류 보호시의 전류 용량을 확보하면서, 발열체에 의한 발열에 의해 가용 도체를 확실하게 용단시킬 수 있는 보호 소자 및 배터리 팩을 얻는 것을 목적으로 한다.It is therefore an object of the present invention to obtain a protection element and a battery pack capable of suppressing the scattering of the molten conductor due to arc discharge when the current is cut by the overcurrent while securing the current capacity at the time of overcurrent protection. It is another object of the present invention to provide a protection element and a battery pack which can surely fuse a usable conductor by heat generated by a heating element while securing current capacity at the time of overcurrent protection.
상기 서술한 과제를 해결하는 본 발명에 관련된 보호 소자는, 제 1 절연 기판과, 상기 제 1 절연 기판의 표면에 탑재된 가용 도체를 갖고, 상기 제 1 절연 기판의 표면에는, 용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인공 (吸引孔) 이 개구되어 있는 것이다.A protective element according to the present invention for solving the above-mentioned problems has a first insulating substrate and a usable conductor mounted on a surface of the first insulating substrate, and on the surface of the first insulating substrate, (Suction holes) for sucking the suction holes.
또, 본 발명에 관련된 배터리 팩은, 1 개 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되고, 그 충방전 경로를 차단하는 보호 소자를 구비하고, 상기 보호 소자는, 제 1 과, 상기 제 1 절연 기판의 표면에 탑재되고, 상기 충방전 경로가 되는 가용 도체를 갖고, 상기 제 1 절연 기판의 표면에는, 용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인공이 개구되어 있는 것이다.The battery pack according to the present invention includes at least one battery cell and a protection element connected to the charge and discharge path of the battery cell for blocking the charge and discharge path, And a usable conductor mounted on a surface of the first insulating substrate and serving as the charging / discharging path, and a suction hole for sucking the melted usable conductor is opened on the surface of the first insulating substrate.
또, 본 발명에 관련된 보호 소자는, 제 1, 제 2 외부 전극과, 상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 걸쳐 접속된 가용 도체와, 상기 가용 도체에 접속되고, 용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인 부재를 갖고, 상기 흡인 부재는, 상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 배치 형성된 제 1 절연 기판과, 상기 제 1 절연 기판의 표면에 형성되고, 상기 가용 도체의 일부와 접속된 표면 전극과, 상기 제 1 절연 기판에 형성된 발열체와, 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 상기 표면 전극과 연속되는 관통공을 구비하고, 상기 가용 도체가 용융됨으로써 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 차단하는 것이다.The protection element according to the present invention is a protection element comprising first and second external electrodes, a usable conductor connected between the first and second external electrodes, and a second electrode connected to the usable conductor, And the suction member includes a first insulating substrate disposed between the first and second external electrodes, a second insulating substrate formed on the surface of the first insulating substrate and having a surface electrode connected to a part of the usable conductor, And a through hole continuous with the surface electrode, the through hole being formed in the thickness direction of the first insulating substrate, wherein the first external electrode and the second external electrode are formed by melting the usable conductor, 2, the current path between the external electrodes is cut off.
또, 본 발명에 관련된 배터리 팩은, 1 개 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되고, 그 충방전 경로를 차단하는 보호 소자와, 상기 배터리 셀의 전압값을 검출하여 상기 보호 소자로의 통전을 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고, 상기 보호 소자는, 제 1, 제 2 외부 전극과, 상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 걸쳐 접속된 가용 도체와, 용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인 부재를 갖고, 상기 흡인 부재는, 상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 배치 형성된 제 1 절연 기판과, 상기 제 1 절연 기판의 표면에 형성되고, 상기 가용 도체의 일부와 접속된 표면 전극과, 상기 제 1 절연 기판에 형성된 발열체와, 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 상기 표면 전극과 연속되는 관통공을 구비하고, 상기 가용 도체가 용융됨으로써 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 차단하는 것이다.A battery pack according to the present invention includes at least one battery cell, a protection element connected to the charging / discharging path of the battery cell, for blocking a charging / discharging path thereof, And a current control element for controlling energization to the protection element, wherein the protection element includes first and second external electrodes, a usable conductor connected between the first and second external electrodes, And a suction member for sucking a conductor, wherein the suction member includes: a first insulating substrate disposed between the first and second external electrodes; and a second insulating substrate formed on a surface of the first insulating substrate, And a through-hole formed in the thickness direction of the first insulating substrate and continuous with the surface electrode, wherein the through-hole is formed by melting the usable conductor, The first outer electrode and to interrupt the current path between the second external electrode.
또, 상기 서술한 과제를 해결하는 본 발명에 관련된 보호 소자는, 제 1 절연 기판과, 제 1 및 제 2 외부 전극과, 상기 제 1 절연 기판의 일방의 면측에 있는, 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 중간 전극과, 상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성된 발열체와, 상기 제 1 절연 기판의 일방의 면에, 상기 중간 전극과 접속됨과 함께 상기 제 1 및 제 2 외부 전극에 걸쳐 접속되고, 상기 발열체에 의한 가열에 의해, 그 제 1 외부 전극과 그 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체와, 상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성되고, 상기 발열체의 일방의 단자에 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극 사이에 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 내측면에 상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극과 연속되는 도전층이 형성된 관통공을 구비한다.A protection element according to the present invention for solving the above-mentioned problems includes a first insulating substrate, first and second external electrodes, a first external electrode on one surface side of the first insulating substrate, An intermediate electrode formed between the second external electrodes, a heating element formed on the other surface side of the first insulating substrate, and a second insulating substrate connected to the intermediate electrode on one surface of the first insulating substrate, And a second external electrode formed on the other surface of the first insulating substrate and electrically connected to the first external electrode and the second external electrode, A heating element lead-out electrode electrically connected to one terminal of the heating element, and a heating element lead-out electrode formed in the thickness direction of the first insulating substrate between the middle electrode and the heating element lead- And a through hole having a conductive layer continuous with the heating-element lead-out electrode.
본 발명에 관련된 배터리 팩은, 1 개 이상의 배터리 셀과, 배터리 셀에 흐르는 전류를 차단하도록 접속된 보호 소자와, 배터리 셀 각각의 전압값을 검출하여 보호 소자를 가열하는 전류를 제어하는 전류 제어 소자를 구비한다. 그리고, 보호 소자는, 제 1 절연 기판과, 제 1 및 제 2 외부 전극과, 상기 제 1 절연 기판의 일방의 면측에 있는, 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 중간 전극과, 상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성된 발열체와, 상기 제 1 절연 기판의 일방의 면에, 상기 중간 전극과 접속됨과 함께 상기 제 1 및 제 2 외부 전극에 걸쳐 접속되고, 상기 발열체에 의한 가열에 의해, 그 제 1 외부 전극과 그 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체와, 상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성되고, 상기 발열체의 일방의 단자에 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극 사이에 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 내측면에 상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극과 연속되는 도전층이 형성된 관통공을 구비한다.A battery pack according to the present invention includes at least one battery cell, a protection element connected to cut off current flowing in the battery cell, and a current control element for detecting a voltage value of each battery cell and controlling a current for heating the protection element Respectively. The protection element includes a first insulating substrate, first and second external electrodes, an intermediate electrode formed between the first external electrode and the second external electrode on one surface side of the first insulating substrate, , A heating element formed on the other surface side of the first insulating substrate, and a heating element connected to the intermediate electrode on one surface of the first insulating substrate and connected to the first and second external electrodes, And a second external electrode formed on the other surface of the first insulating substrate and electrically connected to one terminal of the first heating substrate, And a conductive layer which is formed on the inner surface of the intermediate insulating layer in a thickness direction between the intermediate electrode and the heating element lead-out electrode and which is continuous with the intermediate electrode and the heating-element lead- Provided with a through hole formed.
본 발명에 의하면, 가용 도체가 용융되면, 용융된 가용 도체가 제 1 절연 기판에 형성된 흡인공으로 인입되기 때문에, 용융 도체가 다량으로 발생한 경우에도 확실하게 용단된다. 따라서, 정격을 향상시키기 위해서 가용 도체의 단면적을 증대시킨 경우에도, 전류 경로를 확실하게 절단할 수 있다.According to the present invention, when the soluble conductor is melted, the molten soluble conductor is drawn into the suction hole formed in the first insulating substrate, so that it is surely fused even when a large amount of the molten conductor is generated. Therefore, even when the cross-sectional area of the usable conductor is increased to improve the rating, the current path can be reliably cut.
도 1 은, 본 발명이 적용된 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명이 적용된 보호 소자에 있어서, 용융 도체가 흡인되어 있는 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3 은, 본 발명이 적용된 보호 소자에 있어서, 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 보호 소자가 사용된 배터리 팩의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 5 는, 본 발명이 적용된 보호 소자의 회로도이다.
도 6 은, 제 1 절연 기판의 표면측에 발열체를 구비한 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 7 은, 제 1 절연 기판의 이면측에 발열체를 구비한 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 8 은, 제 1 절연 기판 내에 발열체를 구비한 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 9 는, 보호 소자가 사용된 배터리 팩의 구성예를 나타내는 블록도이다.
도 10 은, 본 발명이 적용된 보호 소자의 회로도이다.
도 11(A) 는, 본 발명이 적용된 보호 소자의 평면도이다. 도 11(B) 는, 도 11(A) 의 AA' 선 단면도이다.
도 12 는, 본 발명이 적용된 보호 소자의 응용예를 나타내는 블록도이다.
도 13 은, 본 발명이 적용된 보호 소자의 회로 구성예를 나타내는 도면이다.
도 14(A) 는, 본 발명이 적용된 보호 소자의 발열체의 동작시를 나타내는 단면도이다. 도 14(B) 는, 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 15(A) - (E) 는, 본 발명이 적용된 보호 소자의 사용 양태의 자세를 나타내는 도면이다.
도 16 은, 도 15(A) - (E) 의 각 자세에 있어서의 가용 도체의 용단 시간을 나타내는 도면이다.
도 17(A) 는, 참고예가 되는 응집식 보호 소자의 평면도이고, 도 17(B) 는, 도 17(A) 의 AA' 선 단면도이다. 도 17(C) 는, 용단된 상태의 단면도이다.
도 18(A) - (E) 는, 도 17 에 나타내는 참고예의 보호 소자의 사용 양태에 있어서의 자세를 나타내는 도면이다.
도 19 는, 도 18(A) - (E) 의 각 자세에 있어서의 가용 도체의 용단 시간을 나타내는 도면이다.
도 20 은, 제 1 절연 기판의 중간 전극에 형성되는 관통공의 변형예를 나타내는 도면이고, (A) 는, 관통공을 2 열로 형성한 예를 나타내고, (B) 는, 관통공을 슬릿으로 한 예를 나타낸다.
도 21 은, 제 1 절연 기판의 표면측에 발열체를 구비한 보호 소자를 나타내는 단면도이다.
도 22(A) - (E) 는, 본 발명이 적용된 보호 소자의 사용 양태의 자세를 나타내는 도면이다.
도 23 은, 도 22(A) - (E) 의 각 자세에 있어서의 가용 도체의 용단 시간을 나타내는 도면이다.
도 24 는, 응집 부재를 구비한 보호 소자를 나타내는 단면도이고, (A) 는 가용 도체의 용단 전, (B) 는 가용 도체의 용단 후를 나타낸다.
도 25 는, 응집 부재를 구비한 보호 소자를 나타내는 회로도이다.
도 26 은, 흡인 부재를 복수 구비한 보호 소자를 나타내는 단면도이고, (A) 는 가용 도체의 용단 전, (B) 는 가용 도체의 용단 후를 나타낸다.
도 27 은, 흡인 부재를 복수 구비한 보호 소자를 나타내는 회로도이다.
도 28 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층을 갖고, 피복 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이고, (A) 는 고융점 금속층을 내층으로 하여 저융점 금속층으로 피복한 구조를 나타내고, (B) 는 저융점 금속층을 내층으로 하여 고융점 금속층으로 피복한 구조를 나타낸다.
도 29 는, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이고, (A) 는 상하 2 층 구조, (B) 는 내층 및 외층의 3 층 구조를 나타낸다.
도 30 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 다층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 단면도이다.
도 31 은, 고융점 금속층의 표면에 선상의 개구부가 형성되어 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이고, (A) 는 길이 방향을 따라 개구부가 형성된 것, (B) 는 폭 방향을 따라 개구부가 형성된 것이다.
도 32 는, 고융점 금속층의 표면에 원형의 개구부가 형성되어 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 33 은, 고융점 금속층에 원형의 개구부가 형성되고, 내부에 저융점 금속이 충전된 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 34 는, 고융점 금속에 피복되어 두꺼운 제 1 측가장자리부와, 저융점 금속이 노출되는 제 2 측가장자리부가 형성된 가용 도체를 나타내는 평면도이다.1 is a cross-sectional view showing a protective element to which the present invention is applied.
2 is a cross-sectional view showing a state in which a molten conductor is sucked in a protective element to which the present invention is applied.
3 is a cross-sectional view showing a state in which a usable conductor is fused in a protection element to which the present invention is applied.
4 is a block diagram showing a configuration example of a battery pack in which a protection element is used.
5 is a circuit diagram of a protection device to which the present invention is applied.
6 is a cross-sectional view showing a protective element having a heating element on the surface side of the first insulating substrate.
7 is a cross-sectional view showing a protective element having a heating element on the back side of the first insulating substrate.
8 is a cross-sectional view showing a protective element having a heating element in a first insulating substrate.
9 is a block diagram showing a configuration example of a battery pack in which a protection element is used.
10 is a circuit diagram of a protection device to which the present invention is applied.
11 (A) is a plan view of a protection device to which the present invention is applied. 11B is a sectional view taken along the line AA 'in Fig. 11A.
Fig. 12 is a block diagram showing an application example of a protection element to which the present invention is applied.
13 is a diagram showing an example of the circuit configuration of a protection element to which the present invention is applied.
14 (A) is a cross-sectional view showing the operation of a heating element of a protection element to which the present invention is applied. 14 (B) is a cross-sectional view showing a state in which the usable conductor is fused.
Figs. 15A to 15E are diagrams showing attitudes of a usage pattern of a protection device to which the present invention is applied.
Fig. 16 is a diagram showing the fusing time of the usable conductor in each posture of Figs. 15 (A) - (E).
FIG. 17A is a plan view of the agglomerated protective device for reference, and FIG. 17B is a sectional view taken along line AA 'of FIG. 17A. Fig. 17 (C) is a cross-sectional view in a fused state.
18A to 18E are diagrams showing the posture in the use mode of the protection element of the reference example shown in Fig.
Fig. 19 is a diagram showing the fusing time of the usable conductor in each posture of Figs. 18 (A) - (E).
Fig. 20 is a view showing a modified example of the through hole formed in the intermediate electrode of the first insulating substrate, Fig. 20 (A) showing an example in which the through holes are formed in two rows, Fig. 20 (B) An example is shown.
21 is a cross-sectional view showing a protective element having a heating element on the surface side of the first insulating substrate.
Figs. 22A to 22E are diagrams showing attitudes of the usage pattern of the protection device to which the present invention is applied. Fig.
Fig. 23 is a diagram showing the fusing time of the usable conductor in each posture of Figs. 22 (A) - (E).
Fig. 24 is a cross-sectional view showing a protective element provided with a coagulating member, in which (A) shows the state before the fusing of the usable conductor, and (b) after the fusing of the fusible conductor.
Fig. 25 is a circuit diagram showing a protective element provided with a coagulating member. Fig.
Fig. 26 is a cross-sectional view showing a protection element having a plurality of suction members, wherein (A) shows a state before the melting of the usable conductor, and (B) after the melting of the usable conductor.
FIG. 27 is a circuit diagram showing a protection device having a plurality of suction members. FIG.
28 is a perspective view showing a usable conductor having a high melting point metal layer and a low melting point metal layer and having a covering structure, (A) showing a structure in which a high melting point metal layer is covered with a low melting point metal layer as an inner layer, Shows a structure in which a low melting point metal layer is covered with a high melting point metal layer as an inner layer.
Fig. 29 is a perspective view showing an available conductor having a laminated structure of a refractory metal layer and a refractory metal layer. Fig. 29A shows a three-layer structure of an upper and a lower two-layer structure, and Fig.
30 is a cross-sectional view showing an available conductor having a multilayer structure of a refractory metal layer and a refractory metal layer.
Fig. 31 is a plan view showing a usable conductor in which a line-shaped opening is formed on the surface of the refractory metal layer to expose the refractory metal layer. Fig. 31 (A) shows an opening formed along the longitudinal direction, And an opening portion is formed.
32 is a plan view showing a usable conductor in which a circular opening is formed on the surface of the high melting point metal layer and the low melting point metal layer is exposed.
33 is a plan view showing a usable conductor in which a circular opening is formed in the refractory metal layer and a low melting point metal is filled in the refractory metal layer.
34 is a plan view showing a thick conductor covered with a refractory metal and a usable conductor formed with a second side edge portion where a low melting point metal is exposed;
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경이 가능한 것은 물론이다. Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
[제 1 실시형태][First Embodiment]
본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 절연 기판 (10) 과, 제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 탑재된 가용 도체 (13) 를 갖고, 제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에는, 용융된 가용 도체 (13) 를 흡인하는 흡인공 (20) 이 개구되어 있다. 그리고, 보호 소자 (1) 는, 외부 회로에 장착됨으로써, 가용 도체 (13) 가 당해 외부 회로의 전류 경로의 일부를 구성하고, 정격을 초과하는 과전류에 의해 용단됨으로써 전류 경로를 차단하는 것이다.The
제 1 절연 기판 (10) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 방 (方) 형상으로 형성된다. 그 밖에, 제 1 절연 기판 (10) 은, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 된다.The first insulating
제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 의 서로 대향하는 양단부에는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 형성되어 있다. 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 각각 Cu 배선 등의 도전 패턴에 의해 형성되고, 표면에 적절히 산화 방지 대책으로서 Sn 도금 등의 보호층이 형성되어 있다. 또, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 제 1 절연 기판 (10) 의 측면을 개재하여 이면 (10b) 에 이르는 도전층 (11b, 12b) 을 개재하여, 이면 (10b) 에 형성된 제 1, 제 2 외부 접속 전극 (11a, 12a) 과 접속되어 있다. 보호 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 외부 접속 전극 (11a, 12a) 이 외부 회로를 구성하는 회로 기판에 접속됨으로써, 당해 회로 기판의 전류 경로 상에 접속된다. 그리고, 보호 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 후술하는 가용 도체 (13) 가 탑재됨으로써, 가용 도체 (13) 가 제 1, 제 2 외부 접속 전극 (11a, 12a) 을 개재하여 회로 기판의 전류 경로의 일부가 된다.First and
또, 제 1 절연 기판 (10) 은, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 흡인공 (20) 이 형성되어 있다. 흡인공 (20) 은, 가용 도체 (13) 가 과전류에 의한 자기 발열에 의해 용융되면, 모세관 현상에 의해 이 용융 도체 (13a) 를 흡인하여, 용융 도체 (13a) 의 체적을 감소시키는 것이다 (도 2 참조). 보호 소자 (1) 는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (13) 의 단면적을 증대시킴으로써, 용융량이 증대된 경우에도, 흡인공 (20) 에 흡인시킴으로써, 용융 도체 (13a) 의 체적을 감소시킬 수 있다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 차단시의 아크 방전에 의한 용융 도체 (13a) 의 비산을 경감하여, 절연 저항의 저하를 방지하고, 또, 가용 도체 (13) 의 탑재 위치의 주변 회로에의 부착에 의한 단락 고장을 방지할 수 있다.In the first insulating
흡인공 (20) 은, 내면에 도전층 (21) 이 형성되어 있다. 도전층 (21) 이 형성됨으로써, 흡인공 (20) 은, 용융 도체 (13a) 를 쉽게 흡인할 수 있다. 도전층 (21) 은, 예를 들어 구리, 은, 금, 철, 니켈, 팔라듐, 납, 주석 중 어느 것, 또는 어느 것을 주성분으로 하는 합금에 의해 형성되고, 흡인공 (20) 의 내면을 전해 도금이나 도전 페이스트의 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다. 또, 도전층 (21) 은, 복수의 금속선이나, 도전성을 갖는 리본의 집합체를 흡인공 (20) 내에 삽입함으로써 형성해도 된다.The
또, 흡인공 (20) 은, 제 1 절연 기판 (10) 의 두께 방향으로 관통하는 관통공으로서 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 흡인공 (20) 은, 용융 도체 (13a) 를 제 1 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측까지 흡인할 수 있으며, 보다 많은 용융 도체 (13a) 를 흡인하여, 용단 부위에 있어서의 용융 도체 (13a) 의 체적을 감소시킬 수 있다. 또한, 흡인공 (20) 은, 비관통공으로서 형성해도 된다.It is preferable that the
제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에는, 흡인공 (20) 의 도전층 (21) 과 접속된 표면 전극 (22) 이 형성되어 있다. 표면 전극 (22) 은, 가용 도체 (13) 가 접속되는 지지 전극이 된다. 또, 표면 전극 (22) 은, 도전층 (21) 과 연속됨으로써, 가용 도체 (13) 가 용융되면, 용융 도체 (13a) 가 응집되어 흡인공 (20) 내에 유도되기 쉽게 한다.A
또, 제 1 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에는, 흡인공 (20) 의 도전층 (21) 과 접속된 이면 전극 (23) 이 형성되어 있다. 이면 전극 (23) 은, 도전층 (21) 과 연속됨으로써, 가용 도체 (13) 가 용융되면, 흡인공 (20) 을 통해 이동한 용융 도체 (13a) 가 응집된다 (도 3 참조). 이로써, 보호 소자 (1) 는, 보다 많은 용융 도체 (13a) 를 흡인하여, 용단 부위에 있어서의 용융 도체 (13a) 의 체적을 감소시킬 수 있다.A
또한, 보호 소자 (1) 는, 흡인공 (20) 을 복수 형성함으로써, 가용 도체 (13) 의 용융 도체 (13a) 를 흡인하는 경로를 늘려, 보다 많은 용융 도체 (13a) 를 흡인함으로써, 용단 부위에 있어서의 용융 도체 (13a) 의 체적을 감소시키도록 해도 된다.The
이어서, 가용 도체 (13) 에 대해 설명한다. 가용 도체 (13) 는, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 실장되고, 정격을 초과하는 전류가 통전됨으로써 자기 발열 (줄열) 에 의해 용단되어, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이의 전류 경로를 차단하는 것이다.Next, the
가용 도체 (13) 는, 과전류 상태에 의해 용융되는 도전성의 재료이면 되고, 예를 들어, SnAgCu 계의 Pb 프리 땜납 외에, BiPbSn 합금, BiPb 합금, BiSn 합금, SnPb 합금, PbIn 합금, ZnAl 합금, InSn 합금, PbAgSn 합금 등을 사용할 수 있다.For example, in addition to SnAgCu-based Pb-free solder, the
또, 가용 도체 (13) 는, 고융점 금속과 저융점 금속을 함유하는 구조체여도 된다. 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (13) 는, 내층과 외층으로 이루어지는 적층 구조체이고, 내층으로서 저융점 금속층 (13b), 저융점 금속층 (13b) 에 적층된 외층으로서 고융점 금속층 (13c) 을 갖는다. 가용 도체 (13) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 및 표면 전극 (22) 상에 땜납 등의 접합 재료를 개재하여 접속된다.The
저융점 금속층 (13b) 은, 바람직하게는, 땜납 또는 Sn 을 주성분으로 하는 금속이고, 「Pb 프리 땜납」 이라고 일반적으로 불리는 재료이다 (예를 들어 센쥬 금속 공업 제조, M705 등). 저융점 금속층 (13b) 의 융점은, 반드시 리플로로의 온도보다 높을 필요는 없고, 200 ℃ 정도에서 용융되어도 된다. 고융점 금속층 (13c) 은, 저융점 금속층 (13b) 의 표면에 적층된 금속층이고, 예를 들어, Ag 혹은 Cu 또는 이들 중 어느 것을 주성분으로 하는 금속이며, 보호 소자 (1) 를 리플로로에 의해 외부 회로 기판 상에 실장을 실시하는 경우에 있어서도 용융되지 않는 높은 융점을 갖는다.The low-melting-
이와 같은 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속박에 고융점 금속층을 도금 기술을 사용하여 성막함으로써 형성할 수 있고, 혹은 다른 주지된 적층 기술, 막형성 기술을 사용하여 형성할 수도 있다. 또한, 가용 도체 (13) 는, 고융점 금속층을 내층으로 하고, 저융점 금속층을 외층으로 하여 구성해도 되고, 또 저융점 금속층과 고융점 금속층이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 하는 등, 이후에 설명하는 바와 같이, 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.Such a
가용 도체 (13) 는, 내층이 되는 저융점 금속층 (13b) 에, 외층으로서 고융점 금속층 (13c) 을 적층함으로써, 리플로 온도가 저융점 금속층 (13b) 의 용융 온도를 초과한 경우에도, 가용 도체 (13) 로서 용단되는 데에 이르지 않는다. 따라서, 보호 소자 (1) 는, 리플로에 의해 효율적으로 실장할 수 있다.The
또, 가용 도체 (13) 는, 소정의 정격 전류가 흐르고 있는 동안은, 자기 발열에 의해서도 용단되는 경우가 없다. 그리고, 정격보다 높은 값의 전류가 흐르면, 자기 발열에 의해 용융되어, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이의 전류 경로를 차단한다. 이 때, 가용 도체 (13) 는, 용융된 저융점 금속층 (13b) 이 고융점 금속층 (13c) 을 침식함으로써, 고융점 금속층 (13c) 이 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융된다. 따라서, 가용 도체 (13) 는, 저융점 금속층 (13b) 에 의한 고융점 금속층 (13c) 의 침식 작용을 이용하여 단시간에 용단할 수 있다. 또, 가용 도체 (13) 의 용융 도체 (13a) 는, 상기 서술한 흡인공 (20) 에 의한 흡인 작용에 더하여, 표면 전극 (22) 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 물리적인 인입 작용에 의해 분단되므로, 신속하게, 또한 확실하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이의 전류 경로를 차단할 수 있다.The
또, 가용 도체 (13) 는, 내층이 되는 저융점 금속층 (13b) 에 고융점 금속층 (13c) 이 적층되어 구성되어 있기 때문에, 용단 온도를 종래의 고융점 금속으로 이루어지는 칩 퓨즈 등보다 대폭 저감시킬 수 있다. 따라서, 가용 도체 (13) 는, 동일 사이즈의 칩 퓨즈 등에 비해, 단면적을 크게 할 수 있어 전류 정격을 대폭 향상시킬 수 있다. 또, 동일한 전류 정격을 갖는 종래의 칩 퓨즈보다 소형화, 박형화를 도모할 수 있고, 속(速)용단성이 우수하다.Since the
또, 가용 도체 (13) 는, 보호 소자 (1) 가 장착된 전기 계통에 비정상적으로 높은 전압이 순간적으로 인가되는 서지에 대한 내성 (내펄스성) 을 향상시킬 수 있다. 즉, 가용 도체 (13) 는, 예를 들어 100 A 의 전류가 수 msec 흐른 경우까지 용단해서는 안 된다. 이 점에서, 극히 단시간에 흐르는 대전류는 도체의 표층을 흐르는 점에서 (표피 효과), 가용 도체 (13) 는, 외층으로서 저항값이 낮은 Ag 도금 등의 고융점 금속층 (13c) 이 형성되어 있기 때문에, 서지에 의해 인가된 전류를 흐르게 하기 쉬워, 자기 발열에 의한 용단을 방지할 수 있다. 따라서, 가용 도체 (13) 는, 종래의 땜납 합금으로 이루어지는 퓨즈에 비해, 대폭 서지에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.In addition, the
또한, 가용 도체 (13) 는, 산화 방지, 및 용단시의 젖음성의 향상 등을 위해서, 플럭스 (14) 가 도포되어 있다. 또, 보호 소자 (1) 는, 제 1 절연 기판 (10) 이 커버 부재 (15) 로 덮임으로써 그 내부가 보호되어 있다. 커버 부재 (15) 는, 상기 제 1 절연 기판 (10) 과 동일하게, 예를 들어, 열가소성 플라스틱, 세라믹스, 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 형성할 수 있다.In addition, the
[회로 구성][Circuit configuration]
이와 같은 보호 소자 (1) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩 (30) 내의 회로에 장착되어 사용된다. 배터리 팩 (30) 은, 예를 들어, 합계 4 개의 리튬 이온 이차 전지의 배터리 셀 (31 ∼ 34) 로 이루어지는 배터리 스택 (35) 을 갖는다.Such a
배터리 팩 (30) 은, 배터리 스택 (35) 과, 배터리 스택 (35) 의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로 (40) 와, 배터리 스택 (35) 의 이상시에 충전을 차단하는 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 와, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압을 검출하는 검출 회로 (36) 를 구비한다.The
배터리 스택 (35) 은, 과충전 및 과방전 상태로부터 보호하기 위한 제어를 필요로 하는 배터리 셀 (31 ∼ 34) 이 직렬 접속된 것이고, 배터리 팩 (30) 의 정극 단자 (30a), 부극 단자 (30b) 를 개재하여, 착탈 가능하게 충전 장치 (45) 에 접속되고, 충전 장치 (45) 로부터의 충전 전압이 인가된다. 충전 장치 (45) 에 의해 충전된 배터리 팩 (30) 의 정극 단자 (30a), 부극 단자 (30b) 를 배터리로 동작시키는 전자 기기에 접속함으로써, 이 전자 기기를 동작시킬 수 있다.The
충방전 제어 회로 (40) 는, 배터리 스택 (35) 으로부터 충전 장치 (45) 로 흐르는 전류 경로에 직렬 접속된 2 개의 전류 제어 소자 (41, 42) 와, 이들 전류 제어 소자 (41, 42) 의 동작을 제어하는 제어부 (43) 를 구비한다. 전류 제어 소자 (41, 42) 는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 (이하, FET 라고 한다) 에 의해 구성되고, 제어부 (43) 에 의해 게이트 전압을 제어함으로써, 배터리 스택 (35) 의 전류 경로의 도통과 차단을 제어한다. 제어부 (43) 는, 충전 장치 (45) 로부터 전력 공급을 받아 동작하고, 검출 회로 (36) 에 의한 검출 결과에 따라, 배터리 스택 (35) 이 과방전 또는 과충전일 때, 전류 경로를 차단하도록, 전류 제어 소자 (41, 42) 의 동작을 제어한다.The charging / discharging
보호 소자 (1) 는, 예를 들어, 배터리 스택 (35) 과 충방전 제어 회로 (40) 사이의 충방전 전류 경로 상에 접속된다.The
검출 회로 (36) 는, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 과 접속되고, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값을 검출하여, 각 전압값을 충방전 제어 회로 (40) 의 제어부 (43) 에 공급한다.The
이상과 같은 구성으로 이루어지는 배터리 팩 (30) 에 사용되는 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자 (1) 는, 제 1 외부 접속 전극 (11a) 이 배터리 스택 (35) 측과 접속되고, 제 2 외부 접속 전극 (12a) 이 정극 단자 (30a) 측과 접속되고, 이로써 가용 도체 (13) 가 배터리 스택 (35) 의 충방전 경로 상에 직렬로 접속된다.The
[보호 소자의 동작][Operation of protective device]
배터리 팩 (30) 에 정격을 초과하는 과전류가 통전되면, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (13) 가 자기 발열에 의해 용융되어, 배터리 팩 (30) 의 충방전 경로를 차단한다. 이 때, 도 2, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (1) 는, 용융 도체 (13a) 가 모세관 현상에 의해 표면 전극 (22) 을 개재하여 흡인공 (20) 에 흡인되기 때문에, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (13) 의 단면적을 증대시킨 경우에도, 차단시에 있어서의 용융 도체 (13a) 의 체적을 감소시켜, 아크 방전에 의한 용융 도체 (13a) 의 비산을 경감시킬 수 있다. 또, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (13) 를 고융점 금속과 저융점 금속을 함유시켜 형성함으로써, 고융점 금속의 용단 전에 저융점 금속이 용융되어, 효율적으로 가용 도체 (13) 를 흡인공 (20) 에 흡인할 수 있다.When the overcurrent exceeding the rating is energized in the
또한, 본 발명에 관련된 보호 소자 (1) 는, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한정되지 않고, 과전류에 의한 전류 경로의 차단을 필요로 하는 여러 가지 용도에도 물론 응용 가능하다.Further, the
[발열체][Heating element]
또, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 절연 기판 (10) 에 가용 도체 (13) 를 용단하는 발열체 (25) 를 형성해도 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서 상기 서술한 보호 소자 (1) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세를 생략한다.6, the protection element to which the present invention is applied may be formed with a
발열체 (25) 가 형성된 보호 소자 (24) 는, 예를 들어 배터리 팩에 장착되면, 과전류시에 있어서의 가용 도체 (13) 의 자기 용단에 더하여, 배터리 셀의 과전압을 검지하여 발열체 (25) 를 통전, 발열시켜, 가용 도체 (13) 를 용단시킴으로써, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단할 수 있다.The
발열체 (25) 는, 비교적 저항값이 높고 통전되면 발열하는 도전성을 갖는 부재로서, 예를 들어 W, Mo, Ru 등으로 이루어진다. 이들의 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체 (粉狀體) 를 수지 바인더 등과 혼합하여 페이스트상으로 한 것을, 제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하여, 소성하는 등에 의해서 형성한다.The
발열체 (25) 는, 제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 있어서 절연층 (26) 에 피복되어 있다. 절연층 (26) 상에는, 표면 전극 (22) 이 적층된다. 절연층 (26) 은, 발열체 (25) 의 보호 및 절연을 도모함과 함께, 발열체 (25) 의 열을 효율적으로 표면 전극 (22) 및 가용 도체 (13) 에 전달하기 위해서 형성되고, 예를 들어 유리층으로 이루어진다. 표면 전극 (22) 은, 발열체 (25) 에 의해 가열됨으로써, 가용 도체 (13) 의 용융 도체 (13a) 를 쉽게 응집함과 함께, 흡인공 (20) 내에 쉽게 흡인시킬 수 있다.The
발열체 (25) 는, 일단이 표면 전극 (22) 과 접속되고, 표면 전극 (22) 을 개재하여, 표면 전극 (22) 상에 탑재된 가용 도체 (13) 와 전기적으로 접속된다. 또, 발열체 (25) 는, 타단이 도시되지 않은 발열체 전극과 접속되어 있다. 발열체 전극은, 제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성됨과 함께, 이면 (10b) 에 형성된 제 3 외부 접속 전극 (27) (도 9 참조) 과 접속되고, 이 제 3 외부 접속 전극 (27) 을 개재하여 외부 회로와 접속된다. 그리고, 보호 소자 (1) 는, 외부 회로를 구성하는 회로 기판에 실장됨으로써, 제 3 외부 접속 전극 (27) 을 개재하여 발열체 (25) 가 회로 기판에 형성된 발열체 (25) 로의 급전 경로에 장착된다.The
또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (24) 는, 발열체 (25) 를 제 1 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성해도 된다. 발열체 (25) 는, 제 1 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성됨과 함께, 이면 (10b) 상에 있어서 절연층 (26) 에 피복된다. 절연층 (26) 상에는, 이면 전극 (23) 이 적층된다.7, the
발열체 (25) 는, 일단이 이면 전극 (23) 과 접속되고, 흡인공 (20) 에 형성된 도전층 (21) 및 표면 전극 (22) 을 개재하여, 표면 전극 (22) 상에 탑재된 가용 도체 (13) 와 전기적으로 접속된다. 또, 발열체 (25) 는, 타단이 도시되지 않은 발열체 전극을 개재하여 제 3 외부 접속 전극 (27) 과 접속된다.The
발열체 (25) 를 제 1 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성함으로써, 보호 소자 (24) 는, 이면 전극 (23) 이 발열체 (25) 에 의해 가열됨으로써, 보다 많은 용융 도체 (13a) 를 응집하기 쉬워진다. 따라서, 보호 소자 (24) 는, 표면 전극 (22) 으로부터 도전층 (21) 을 개재하여 이면 전극 (23) 으로 용융 도체 (13a) 를 흡인하는 작용을 촉진시켜, 확실하게 가용 도체 (13) 를 용단할 수 있다.By forming the
또, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (24) 는, 발열체 (25) 를 제 1 절연 기판 (10) 의 내부에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (25) 는, 유리 등의 절연층에 의해 피복할 필요는 없다. 또, 발열체 (25) 는, 일단이 표면 전극 (22) 또는 이면 전극 (23) 과 접속되고, 표면 전극 (22) 상에 탑재된 가용 도체 (13) 와 전기적으로 접속된다. 또, 발열체 (25) 는, 타단이 도시되지 않은 발열체 전극을 개재하여 제 3 외부 접속 전극 (27) 과 접속된다.8, the
발열체 (25) 를 제 1 절연 기판 (10) 의 내부에 형성함으로써, 보호 소자 (24) 는, 도전층 (21) 을 개재하여 표면 전극 (22) 및 이면 전극 (23) 이 발열체 (25) 에 의해 가열됨으로써, 보다 많은 용융 도체 (13a) 를 응집하기 쉬워진다. 따라서, 보호 소자 (24) 는, 표면 전극 (22) 으로부터 도전층 (21) 을 개재하여 이면 전극 (23) 으로 용융 도체 (13a) 를 흡인하는 작용을 촉진시켜, 확실하게 가용 도체 (13) 를 용단할 수 있다.The
또한, 발열체 (25) 는, 제 1 절연 기판 (10) 의 표면 (10b), 이면 (10b) 또는 내부에 형성하는 어느 경우에 있어서도, 흡인공 (20) 의 양측에 형성하는 것이, 표면 전극 (22) 및 이면 전극 (23) 을 가열하고, 또 보다 많은 용융 도체 (13a) 를 응집, 흡인하는 데에 있어서 바람직하다.The
[회로 구성][Circuit configuration]
이와 같은 보호 소자 (24) 는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩 (30) 내의 회로에 장착되어 사용된다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 상기 서술한 배터리 팩 (30) 과 동일한 부재에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고, 그 상세를 생략한다.Such a
배터리 팩 (30) 은, 배터리 스택 (35) 과, 배터리 스택 (35) 의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로 (40) 와, 배터리 스택 (35) 의 이상시에 충전을 차단하는 본 발명이 적용된 보호 소자 (24) 와, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압을 검출하는 검출 회로 (36) 와, 검출 회로 (36) 의 검출 결과에 따라 보호 소자 (24) 의 동작을 제어하는 스위치 소자가 되는 전류 제어 소자 (37) 를 구비한다.The
보호 소자 (24) 는, 예를 들어, 배터리 스택 (35) 과 충방전 제어 회로 (40) 사이의 충방전 전류 경로 상에 접속되고, 그 동작이 전류 제어 소자 (37) 에 의해 제어된다.The
검출 회로 (36) 는, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 과 접속되고, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값을 검출하여, 각 전압값을 충방전 제어 회로 (40) 의 제어부 (43) 에 공급한다. 또, 검출 회로 (36) 는, 어느 1 개의 배터리 셀 (31 ∼ 34) 이 과충전 전압 또는 과방전 전압이 되었을 때에 전류 제어 소자 (37) 를 제어하는 제어 신호를 출력한다.The
전류 제어 소자 (37) 는, 예를 들어 FET 에 의해 구성되고, 검출 회로 (36) 로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 보호 소자 (24) 를 동작시켜, 배터리 스택 (35) 의 충방전 전류 경로를 전류 제어 소자 (41, 42) 의 스위치 동작에 상관없이 차단하도록 제어한다.The
이상과 같은 구성으로 이루어지는 배터리 팩 (30) 에 사용되는 본 발명이 적용된 보호 소자 (24) 는, 도 10 에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자 (24) 는, 제 1 외부 접속 전극 (11a) 이 배터리 스택 (35) 측과 접속되고, 제 2 외부 접속 전극 (12a) 이 정극 단자 (30a) 측과 접속되며, 이로써 가용 도체 (13) 가 배터리 스택 (35) 의 충방전 경로 상에 직렬로 접속된다. 또, 보호 소자 (24) 는, 발열체 (25) 가 발열체 전극 및 제 3 외부 접속 전극 (27) 을 개재하여 전류 제어 소자 (37) 와 접속됨과 함께, 발열체 (25) 가 배터리 스택 (35) 의 개방단과 접속된다. 이로써, 발열체 (25) 는, 일단을 표면 전극 (22) 을 개재하여 가용 도체 (13) 및 배터리 스택 (35) 의 일방의 개방단과 접속하고, 타단을 제 3 외부 접속 전극 (27) 을 개재하여 전류 제어 소자 (37) 및 배터리 스택 (35) 의 타방의 개방단과 접속하며, 전류 제어 소자 (37) 에 의해 통전이 제어되는 발열체 (25) 로의 급전 경로가 형성된다.The
[보호 소자의 동작][Operation of protective device]
배터리 팩 (30) 에 정격을 초과하는 과전류가 통전되면, 보호 소자 (24) 는, 가용 도체 (13) 가 자기 발열에 의해 용융되어, 배터리 팩 (30) 의 충방전 경로를 차단한다. 이 때, 보호 소자 (24) 는, 용융 도체 (13a) 가 모세관 현상에 의해 표면 전극 (22) 을 개재하여 흡인공 (20) 에 흡인되기 때문에, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (13) 의 단면적을 증대시켰을 경우에도, 차단시에 있어서의 용융 도체 (13a) 의 체적을 감소시켜, 아크 방전에 의한 용융 도체 (13a) 의 비산을 경감시킬 수 있다. 또, 보호 소자 (24) 는, 가용 도체 (13) 를 고융점 금속과 저융점 금속을 함유시켜 형성함으로써, 고융점 금속의 용단 전에 저융점 금속이 용융되어, 효율적으로 가용 도체 (13) 를 흡인공 (20) 에 흡인할 수 있다.When the overcurrent exceeding the rating is energized in the
또, 검출 회로 (36) 가 배터리 셀 (31 ∼ 34) 중 어느 것의 이상 전압을 검출하면, 전류 제어 소자 (37) 에 차단 신호를 출력한다. 그러면, 전류 제어 소자 (37) 는, 발열체 (25) 에 통전하도록 전류를 제어한다. 보호 소자 (24) 는, 배터리 스택 (35) 으로부터, 제 1 전극 (11), 가용 도체 (13) 및 표면 전극 (22) 을 통해 발열체 (25) 에 전류가 흐르고, 이로써 발열체 (25) 가 발열을 개시한다. 보호 소자 (24) 는, 발열체 (25) 의 발열에 의해 가용 도체 (13) 가 용단되어, 배터리 스택 (35) 의 충방전 경로를 차단한다.When the
이 때, 보호 소자 (24) 는, 용융 도체 (13a) 가 모세관 현상에 의해 표면 전극 (22) 을 개재하여 흡인공 (20) 에 흡인되기 때문에, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (13) 의 단면적을 증대시켰을 경우에도, 확실하게 배터리 팩 (30) 의 충방전 경로를 차단할 수 있다. 또, 보호 소자 (24) 는, 가용 도체 (13) 를 고융점 금속과 저융점 금속을 함유시켜 형성함으로써, 용융된 저융점 금속에 의한 고융점 금속의 용식 작용을 이용하여 단시간에 용단할 수 있다.At this time, in the
또한, 보호 소자 (24) 는, 가용 도체 (13) 가 용단됨으로써, 발열체 (25) 로의 급전 경로도 차단되기 때문에, 발열체 (25) 의 발열이 정지된다.In addition, in the
본 발명에 관련된 보호 소자 (24) 는, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한정되지 않고, 전기 신호에 의한 전류 경로의 차단을 필요로 하는 여러 가지 용도에도 물론 응용 가능하다.The
[제 2 실시형태][Second Embodiment]
[보호 소자의 구성][Configuration of Protection Device]
이어서, 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 도 11(A) 및 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (50) 는, 제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 과, 제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이에 걸쳐 적층된 가용 도체 (53) 와, 가용 도체 (53) 에 접속되고, 가용 도체 (53) 의 용융 도체 (53a) 를 흡인하는 흡인 부재 (54) 를 구비한다. 흡인 부재 (54) 는, 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이에 배치 형성된 절연 기판 (55) 과, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 에 형성되고, 가용 도체 (53) 의 일부와 접속된 표면 전극 (56) 과, 절연 기판 (55) 에 형성된 발열체 (57) 와, 절연 기판 (55) 의 두께 방향에 형성되고, 표면 전극 (56) 과 연속되는 관통공 (58) 을 구비한다. 보호 소자 (50) 는, 발열체 (57) 가 발열함으로써 가용 도체 (53) 를 용융시킨다. 이 때, 보호 소자 (50) 는, 흡인 부재 (54) 에 의해 가용 도체 (53) 가 용융된 용융 도체 (53a) 를 흡인하여, 확실하게 가용 도체 (53) 를 용단시켜, 제 1 외부 전극 (51) 과 제 2 외부 전극 (52) 사이의 전류 경로를 차단한다.Next, a second embodiment will be described. 11A and 11B, the
제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 은, 보호 소자 (50) 를 외부 회로에 접속하는 접속 단자이고, 보호 소자 (50) 의 내부에서 가용 도체 (53) 를 개재하여 접속되어 있다. 제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 은, 보호 소자 (50) 의 외측 케이싱에 지지됨으로써 보호 소자 (50) 의 내외에 걸쳐 배치 형성되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 은, 흡인 부재 (54) 의 절연 기판 (55) 상에 형성해도 되고, 혹은 절연 기판 (55) 과 인접 혹은 일체가 된 에폭시 수지 등으로 이루어지는 절연 소재에 형성하도록 해도 된다.The first and second
가용 도체 (53) 는, 과전류 상태에 의해, 및 발열체 (57) 의 발열에 의해 용융되는 것이며, 따라서, 용단되는 도전성의 재료이면 되고, 예를 들어, SnAgCu 계의 Pb 프리 땜납 외에, BiPbSn 합금, BiPb 합금, BiSn 합금, SnPb 합금, PbIn 합금, ZnAl 합금, InSn 합금, PbAgSn 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 가용 도체 (53) 는, Ag 혹은 Cu 또는 Ag 혹은 Cu 를 주성분으로 하는 금속으로 이루어지는 고융점 금속과, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속의 적층체여도 되고, 또, 저융점 금속층과 고융점 금속층이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 하는 등, 이후에 설명하는 바와 같이, 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.The
절연 기판 (55) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성된다. 그 밖에, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 되지만, 퓨즈 용단시의 온도에 유의할 필요가 있다.The insulating
발열체 (57) 는, 비교적 저항값이 높고, 통전되면 발열하는 도전성을 갖는 부재로서, 예를 들어 W, Mo, Ru 등으로 이루어진다. 이들의 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체를 수지 바인더 등과 혼합하여, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하여, 소성하는 것 등에 의해서 형성한다. 발열체 (57) 는, 양단이 제 1, 제 2 발열체 전극 (59, 60) 과 접속되어 있다. 제 1, 제 2 발열체 전극 (59, 60) 은, 발열체 (57) 와 동일한 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 에 형성되어 있다. 제 1 발열체 전극 (59) 은, 후술하는 발열체 인출 전극 (63) 을 개재하여 가용 도체 (53) 와 접속되고, 제 2 발열체 전극 (60) 은, 제 3 외부 접속 전극 (61) (도 12, 도 13 참조) 과 접속되고, 이로써 발열체 (57) 를 발열시키기 위한 전원에 접속한다.The
발열체 (57) 는, 유리 등의 절연 부재 (62) 에 의해 덮이고, 이 절연 부재 (62) 를 개재하여 발열체 (57) 에 대향하도록 발열체 인출 전극 (63) 이 배치된다. 이 절연 부재 (62) 는, 발열체 (57) 가 내부에 일체적으로 적층된 적층 기판이어도 된다. 또, 발열체 (57) 는, 후술하는 이면 전극 (64) 의 양측에 형성하는 것 외에, 이면 전극 (64) 의 일방의 측에만, 또는 이면 전극 (64) 을 둘러싸도록 형성해도 된다.The
절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 에는 표면 전극 (56) 이 형성되어 있다. 표면 전극 (56) 은, 땜납 등의 접속 재료를 개재하여, 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이를 접속하는 가용 도체 (53) 와 접속되어 있다. 또, 표면 전극 (56) 은, 절연 기판 (55) 의 두께 방향에 형성된 관통공 (58) 과 연속되어 있다. 표면 전극 (56) 은, 가용 도체 (53) 가 발열체 (57) 의 발열에 의해 용융되면, 용융 도체 (53a) 가 응집되어, 모세관 현상에 의해 관통공 (58) 내에 흡인시킬 수 있다. 이로써, 보호 소자 (50) 는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (53) 의 단면적을 증대시켰을 경우에도, 용융 도체 (53a) 가 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 상에 과잉으로 응집되지 않고, 확실하게 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이의 전류 경로를 차단할 수 있다.
도 11(A) 에 나타내는 바와 같이, 관통공 (58) 은, 표면 전극 (56) 의 폭 방향에 중앙에 형성되어 있다. 또한, 관통공 (58) 은, 복수 형성해도 된다. 여기서는, 복수의 관통공 (58) 이 직선상으로 일렬로 늘어서서 형성되어 있다.As shown in Fig. 11 (A), the through-
관통공 (58) 의 내주면에는, 표면 전극 (56) 과 연속되는 도전층 (65) 이 형성되어 있다. 도전층 (65) 은, 예를 들어, 용융 도체 (53a) 가 젖어 퍼지는 금속 재료이고, 페이스트 처리, 도금 처리 등으로 형성된다. 이로써, 보호 소자 (50) 는, 표면 전극 (56) 에 응집된 용융 도체 (53a) 를 관통공 (58) 내로 인입하기 쉬워져, 보다 많은 용융 도체 (53a) 를 흡인시킬 수 있다.On the inner peripheral surface of the through
또, 보호 소자 (50) 는, 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 에 관통공 (58) 및 도전층 (65) 과 연속되는 이면 전극 (64) 이 형성되어 있다. 보호 소자 (50) 는, 이면 전극 (64) 을 형성함으로써, 도전층 (65) 을 따라 관통공 (58) 내에 흡인된 용융 도체 (53a) 가 이면 전극 (64) 에 응집되므로, 또한 보다 많은 용융 도체 (53a) 를 흡인시킬 수 있다.The
또, 상기 서술한 바와 같이, 이면 전극 (64) 의 근방, 예를 들어 양측, 일방측 또는 주위에는, 상기 서술한 발열체 (57) 가 형성되어 있다. 이로써, 보호 소자 (50) 는, 발열체 (57) 의 열이 효율적으로 이면 전극 (64), 도전층 (65), 및 표면 전극 (56) 에 전달되어, 신속하게 가용 도체 (53) 를 가열, 용단시킬 수 있다.In addition, as described above, the above-described
또, 보호 소자 (50) 는, 관통공 (58) 내의 일부 또는 전부에 가용 도체 (53) 와 동일 혹은 유사한 재료 또는 가용 도체 (53) 보다 융점이 낮은 예비 땜납 (66) 이 충전되어 있다. 예비 땜납 (66) 은, 발열체 (57) 가 발열했을 때, 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측의 온도가 표면 (55a) 측의 온도보다 높아지고, 또한 도전층 (65) 이나 표면 전극 (56) 이나 이면 전극 (64) 이나 발열체 인출 전극 (63) 이 절연 기판 (55) 보다 먼저 온도가 높아짐으로써, 가용 도체 (53) 보다 먼저 용융되고, 이어서 용융 도체 (53a) 를 관통공 (58) 에 끌어들일 수 있다. 이로써, 용융 도체 (53a) 는, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 으로부터 이면 (55b) 으로 이동하여, 자세에 관계없이, 제 1 외부 전극 (51) 과 제 2 외부 전극 (52) 사이의 전류 경로를 확실하게 차단할 수 있다.The
절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 에 형성되는 발열체 인출 전극 (63) 은, 이면 (55b) 의 이면 전극 (64) 과 중첩하여 전기적으로 접속된다. 또, 발열체 인출 전극 (63) 은, 이면 전극 (64), 관통공 (58) 및 예비 땜납 (66), 표면 전극 (56) 을 개재하여 가용 도체 (53) 와 접속되고, 일단에 형성된 탭 (63a) 이 제 1 발열체 전극 (59) 에 접속되어 있다.The heating element lead-
또한, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 의 표면 전극 (56) 의 외측에는, 이간되어 섬상 전극 (67a, 67b) 이 형성되어 있다. 섬상 전극 (67a, 67b) 은, 가용 도체 (53) 가 용단되었을 때, 젖음성에 의해, 용융 도체 (53a) 의 일부를 표면 전극 (56) 이나 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 과 이간시켜 유지한다.The outer surface of the
이상과 같은 보호 소자 (50) 에서는, 발열체 (57) 를 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측에 형성함으로써, 발열체 (57) 가 발열했을 때, 이면 (55b) 측이 표면 (55a) 측보다 온도가 높아진다. 또한, 도전층 (65), 표면 전극 (56) 및 이면 전극 (64) 이나 발열체 인출 전극 (63) 은, 일반적으로 구리 패턴 등의 도전 재료이고 열전도성도 우수하다. 또, 이면 (55b) 의 이면 전극 (64) 은, 발열체 (57) 의 사이에 형성되고, 발열체 (57) 의 열이 효율적으로 전달되는 구성으로 되어 있다. 따라서, 보호 소자 (50) 는, 보다 많은 용융 도체 (53a) 를 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측에 흡인시킬 수 있고, 대전류에 대응하기 위해서 가용 도체 (53) 의 단면적을 증대시켜, 용단시의 용융 도체 (53a) 의 용융량이 많아졌을 경우에도, 가용 도체 (53) 를 안정적으로 용단할 수 있다.In the
또, 보호 소자 (50) 는, 관통공 (58) 내에 예비 땜납 (66) 을 충전함으로써, 도전층 (65) 이나 표면 전극 (56) 이나 이면 전극 (64) 이나 발열체 인출 전극 (63) 이 절연 기판 (55) 보다 먼저 온도가 높아짐으로써, 예비 땜납 (66) 이 가용 도체 (53) 보다 먼저 용융되어, 용융 도체 (53a) 를 관통공 (58) 에 끌어들일 수 있다. 이로써, 용융 도체 (53a) 를 효율적으로 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 으로부터 이면 (55b) 으로 흡인하여, 자세에 관계없이, 제 1 외부 전극 (51) 과 제 2 외부 전극 (52) 사이의 전류 경로를 확실하게 차단할 수 있다. 또한, 흡인 부재 (54) 는, 예비 땜납 (66) 과 함께, 또는 예비 땜납 (66) 대신에, 플럭스를 관통공 (58) 내의 일부 또는 전부에 충전시켜도 된다. 플럭스를 충전시키는 것에 의해서도, 가용 도체 (53) 의 젖음성을 높여, 효율적으로 용융 도체 (53a) 를 관통공 (58) 에 끌어들일 수 있다.The
[보호 소자의 사용 방법][How to use the protection device]
보호 소자 (50) 는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 상기 서술한 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩 (30) 내의 회로에 사용된다. 보호 소자 (50) 는, 보호 소자 (10) 와 동일하게, 배터리 스택 (31) 과 충방전 제어 회로 (32) 사이의 충방전 전류 경로 상에 접속되고, 그 동작이 전류 제어 소자 (34) 에 의해 제어된다.The
배터리 팩 (30) 에 있어서, 보호 소자 (50) 는, 도 13 에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자 (50) 는, 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이에 걸쳐 접속됨과 함께 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 에 형성된 표면 전극 (56) 과 접속된 가용 도체 (53) 와, 표면 전극 (56) 을 개재하여 통전, 발열됨으로써 가용 도체 (53) 를 용융시키는 발열체 (57) 로 이루어지는 회로 구성이다. 발열체 (57) 는, 일단이 제 1 발열체 전극 (59), 발열체 인출 전극 (63), 이면 전극 (64) 및 도전층 (65) 을 개재하여 표면 전극 (56) 에 접속되고, 타방이 제 2 발열체 전극 (60) 을 개재하여 제 3 외부 접속 전극 (61) 에 접속된다. 보호 소자 (50) 에서는, 가용 도체 (53) 가 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이의 충방전 전류 경로 상에 직렬 접속되고, 발열체 (57) 가 표면 전극 (56) 을 개재하여 가용 도체 (53) 와 접속됨과 함께, 제 3 외부 접속 전극 (61) 을 개재하여 전류 제어 소자 (34) 와 접속된다.In the
이와 같은 회로 구성으로 이루어지는 배터리 팩 (30) 은, 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 전류 제어 소자 (37) 가 보호 소자 (50) 를 동작시켜, 배터리 스택 (35) 의 충방전 전류 경로를 전류 제어 소자 (41, 42) 의 스위치 동작에 상관없이 차단하도록 제어한다. 구체적으로, 보호 소자 (50) 는, 발열체 (57) 가 발열하여, 도 14(A) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (53) 및 관통공 (58) 내의 예비 땜납 (66) 을 가열한다. 이 때, 절연 기판 (55) 은, 발열체 (57) 가 배치 형성된 이면 (55b) 측의 쪽이 표면 (55a) 측보다 온도가 높은 온도 구배가 된다. 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측의 이면 전극 (64) 이나 발열체 인출 전극 (63) 이나 관통공 (58) 의 도전층 (65) 이나 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 의 표면 전극 (56) 은, 세라믹 등의 절연 기판 (55) 보다 열전도성이 우수하다.When the voltage value of the
따라서, 발열체 (57) 의 열은, 주로 발열체 (57) 의 사이에 형성된 이면 전극 (64), 발열체 (57) 상의 발열체 인출 전극 (63), 관통공 (58) 의 도전층 (65), 표면 (55a) 의 표면 전극 (56) 의 경로로 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 에 전달되며, 경로에 있는 예비 땜납 (66) 과 가용 도체 (53) 를 용융시킨다. 물론, 가용 도체 (53) 는 효율은 떨어지지만, 절연 기판 (55) 의 세라믹 등의 절연층을 개재하여 전달되는 열에 의해서도 용융된다. 이로써, 도 14(B) 에 나타내는 바와 같이, 예비 땜납 (66) 은, 가용 도체 (53) 보다 먼저 용융 개시하고, 점차 표면 전극 (56), 도전층 (65), 이면 전극 (64), 발열체 인출 전극 (63) 의 젖음성에 의해, 절연 기판 (55) 의 이면 (11b) 으로 이동하고, 예비 땜납 (66) 에 뒤처져서 용융된 가용 도체 (53) 도, 젖음성에 의해 관통공 (58) 을 통해 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측으로 끌려가듯이 하여 이동한다. 또, 용융 도체 (53a) 의 일부는, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 의 섬상 전극 (67a, 67b) 에도 유지된다 (도 14(A) 중 화살표 참조). 이로써, 보호 소자 (50) 는, 제 1 및 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이의 전류 경로 상에 있는 가용 도체 (53) 를 확실하게 용단할 수 있다.Therefore, the heat of the
본 발명의 보호 소자 (50) 는, 상기 서술한 바와 같이, 대량의 가용 도체 (53) (땜납) 를 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 으로부터 이면 (55b) 으로 유도함으로써, 가용 도체 (53) 를 용이하게 용단할 수 있다. 여기서는, 보호 소자 (50) 가 배치된 자세에 관계없이 안정적으로 가용 도체 (53) 를 용단할 수 있는지를 확인하기 위해서, 도 15 및 도 16 에 나타내는 실험을 실시하였다. 여기서, 도 16 은, 도 15(A) - (E) 에 나타낸 본 발명의 보호 소자 (50) 의 각 자세와 용단 시간의 관계를 나타낸다. 또한, 여기서는, 보호 소자 (50) 를 15 W 로 동작시키고 있다.The
·도 15(A) 는, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측을 상향으로 하고, 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측을 하향으로 하여 재치 (載置) 한 보호 소자 (50) 의 용단 후의 상태를 나타내는 평면도이다.15A shows a
·도 15(B) 는, 보호 소자 (50) 를 도 15(A) 의 자세로부터 90°도립 (倒立) 시켜 관통공 (58) 을 수평 방향을 향하게 함과 함께, 제 2 외부 전극 (52) 을 상향으로 하여 상하 방향으로 가용 도체 (53) 를 지지한 보호 소자 (50) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.15B shows a state in which the
·도 15(C) 는, 다시 도 15(B) 의 자세로부터 90°회전하여, 관통공 (58) 을 상하 방향으로 병렬시킴과 함께, 가용 도체 (53) 를 수평 방향으로 지지한 보호 소자 (50) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.15 (C) again rotates 90 degrees from the posture of Fig. 15 (B) so that the through
·도 15(D) 는, 도 15(A) 의 자세를 뒤를 향하게 한 상태이다. 즉, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측을 하향으로 하고, 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측을 상향으로 하여 재치한 보호 소자 (50) 의 용단 후의 상태를 나타내는 평면도이다.Fig. 15 (D) shows a state in which the posture of Fig. 15 (A) faces backward. 5 is a plan view showing a state after fusing of the
·도 15(E) 는, 제 1 외부 전극 (51) 을 상향으로 도립시킨 자세로부터 절연 기판 (55) 을 면내 방향으로 45°회전하여, 관통공 (58) 이 경사지게 병렬됨과 함께, 가용 도체 (53) 를 경사지게 지지한 보호 소자 (50) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.15E shows a state in which the insulating
도 16 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 보호 소자 (50) 는, 어떤 자세여도, 용단 시간에 편차가 없고, 확실하게 가용 도체 (53) 를 용단할 수 있는 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 16, it can be confirmed that the
도 17 은, 본 발명의 비교예가 되는 보호 소자 (100) 로, 응집 방식의 것을 나타낸다. 이 보호 소자 (100) 는 , 도 17(A) 및 (B) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (101) 과, 절연 기판 (101) 의 표면 (101a) 의 단에 형성된 제 1 및 제 2 외부 전극 (102, 103) 과, 절연 기판 (101) 의 표면 (101a) 에 형성된 발열체 (104) 와, 제 1 및 제 2 외부 전극 (102, 103) 에 걸쳐 적층되고, 발열체 (104) 를 횡단하며, 발열체 (104) 에 의한 가열에 의해, 제 1 외부 전극 (102) 과 제 2 외부 전극 (103) 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체 (105) 를 구비한다. 발열체 (104) 는, 양단이 절연 기판 (101) 의 표면 (101a) 에 형성되고, 발열체 (104) 에 전류를 흘려 발열시키기 위해서 전원을 접속하는 제 1, 제 2 발열체 전극 (106, 107) 과 접속되어 있다.Fig. 17 is a
제 1, 제 2 발열체 전극 (106, 107) 은, 절연 기판 (101) 의 표면 (101a) 에 형성되어 있다. 제 1 발열체 전극 (106) 은, 발열체 (104) 와 접속됨과 함께 발열체 인출 전극 (108) 의 탭 (108a) 이 접속되어 있다. 제 2 발열체 전극 (107) 은, 발열체 (104) 와 접속됨과 함께, 도시되지 않은 외부 접속 전극과 접속되어 있다.The first and second
발열체 인출 전극 (108) 은, 일단이 가용 도체 (105) 와 접속되고, 타단이 발열체 인출 전극 (108) 의 탭 (108a) 에 의해 제 1 발열체 전극 (106) 에 접속되어 있다. 또, 발열체 (104) 의 외측에는, 발열체 (104) 와 이간되어 섬상 전극 (109a, 109b) 이 형성되어 있다. 섬상 전극 (109a, 109b) 은, 가용 도체 (105) 가 용단되었을 때, 젖음성에 의해, 가용 도체 (105) 가 용융된 용융 도체 (105a) 를 유지하여, 제 1 외부 전극 (102) 과 제 2 외부 전극 (103) 사이의 전류 경로를 용단한다. 즉, 이 보호 소자 (100) 는, 절연 기판 (101) 에 관통공이 형성되어 있지 않아, 용융 도체 (105a) 가 절연 기판 (101) 의 이면 (101b) 으로 이동할 일은 없다.One end of the heating element lead-out
이 보호 소자 (100) 도, 보호 소자 (50) 와 동일한 사용법을 하며, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 검출 회로 (36) 로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 전류 제어 소자 (37) 는, 보호 소자 (100) 를 동작시켜, 배터리 스택 (35) 의 충방전 전류 경로를 전류 제어 소자 (41, 42) 의 스위치 동작에 상관없이 차단한다. 이로써, 발열체 (104) 는 발열하여, 도 17(C) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (105) 를 용단시키고, 용융 도체 (105a) 의 일부는 섬상 전극 (109a, 109b) 에 유지되어, 전류 경로를 차단한다.This
도 19 는, 참고예가 되는 보호 소자 (100) 의 자세와 용단 시간의 관계를 나타낸다. 또한, 여기서는, 보호 소자 (100) 를 15 W 로 동작시키고 있다. 또, 도 18(A) - (E) 의 각 자세는, 도 15(A) - (E) 의 각 자세와 대응하고 있다.19 shows the relationship between the posture of the
·도 18(A) 는, 절연 기판 (101) 의 표면 (101a) 측을 상향으로 하고, 절연 기판 (101) 의 이면 (101b) 측을 하향으로 하여 재치한 보호 소자 (100) 의 용단 후의 상태를 나타내는 평면도이다.18A shows a state after the firing of the
·도 18(B) 는, 보호 소자 (100) 를 도 18(A) 의 자세로부터 90°도립시켜, 제 1 외부 전극 (102) 을 상향으로 하여 상하 방향으로 가용 도체 (105) 를 지지한 보호 소자 (100) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.18B shows a state in which the
·도 18(C) 는, 다시 도 18(B) 의 자세로부터 90°회전하여, 가용 도체 (105) 를 수평 방향으로 지지한 보호 소자 (100) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.18C is a side view showing the state after the fuse of the
·도 18(D) 는, 도 18(A) 의 자세를 뒤를 향하게 한 상태이다. 즉, 절연 기판 (101) 의 표면 (101a) 측을 하향으로 하고, 절연 기판 (101) 의 이면 (101b) 측을 상향으로 하여 재치한 보호 소자 (100) 의 용단 후의 상태를 나타내는 평면도이다.Fig. 18 (D) shows a state in which the posture of Fig. 18 (A) faces backward. 11 is a plan view showing a state after fusing of the
·도 18(E) 는, 제 1 외부 전극 (102) 을 상향으로 도립시킨 자세로부터 절연 기판 (101) 을 면내 방향으로 45°회전하여, 가용 도체 (105) 를 경사지게 지지한 보호 소자 (100) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.18E shows the
·도 19 는, 본 발명의 보호 소자 (100) 를 도 18(A) - (E) 와 같은 자세로 했을 때의 가용 도체 (105) 의 용단 시간을 나타낸다.19 shows the fusing time of the
도 19 에 나타내는 바와 같이, 비교예의 보호 소자 (100) 는, 보호 소자 (100) 의 배선 자세에 따라 용단 시간에 편차가 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 보호 소자 (50) 는, 참고예의 보호 소자 (100) 와 비교하여 자세에 관계없이 용단 시간의 편차를 작게 할 수 있고, 따라서, 자세에 관계없이, 대략 일정한 시간에 확실하게 가용 도체 (53) 를 용단할 수 있다.As shown in Fig. 19, it can be seen that the
또한, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 관통공 (58) 은, 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 직선상으로 일렬로 형성하는 경우 외에, 도 20(A) 에 나타내는 바와 같이, 2 열로 해도 되고, 그 이상 형성해도 된다. 또, 도 20(B) 에 나타내는 바와 같이, 복수의 관통공으로 구성하는 것이 아니라, 가늘고 긴 슬릿 (58a) 으로 구성하도록 해도 되고, 복수개여도 된다.20, the through
[발열체][Heating element]
또, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (57) 를 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측에 형성한 흡인 부재 (70) 를 사용해도 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (50) 와 동일한 부재에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 그 상세를 생략한다. 발열체 (57) 가 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측에 형성된 흡인 부재 (70) 를 사용한 보호 소자 (71) 는, 발열체 (57) 가 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 에 형성됨과 함께, 절연 부재 (62) 에 의해 피복되어 있다.As shown in Fig. 21, the protection element to which the present invention is applied may be a
발열체 (57) 는, 양단이 동일하게 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 에 형성된 제 1, 제 2 발열체 전극 (59, 60) 과 접속되어 있다. 제 1 발열체 전극 (59) 은, 발열체 인출 전극 (63) 을 개재하여 가용 도체 (53) 와 접속되고, 이로써 발열체 (57) 가 가용 도체 (53) 와 접속된다. 또, 제 2 발열체 전극 (60) 은, 제 3 외부 접속 전극 (61) (도 12, 도 13 참조) 과 접속되고, 이로써 발열체 (57) 가 발열시키기 위한 전원에 접속된다.The
발열체 (57) 는, 절연 부재 (62) 에 의해 덮이고, 이 절연 부재 (62) 를 개재하여 발열체 (57) 에 대향하도록 발열체 인출 전극 (63) 이 배치된다. 이 절연 부재 (62) 는, 발열체 (57) 가 내부에 일체적으로 적층된 적층 기판이어도 된다. 또, 발열체 (57) 는, 표면 전극 (56) 의 양측에 형성하는 것 외에, 표면 전극 (56) 의 일방의 측에만, 또는 표면 전극 (56) 을 둘러싸도록 형성해도 된다.The
또, 발열체 인출 전극 (63) 은, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 에, 절연 부재 (62) 를 개재하여 발열체 (57) 와 중첩하여 형성되어 있다. 발열체 인출 전극 (63) 은, 표면 전극 (56) 을 개재하여 가용 도체 (53) 와 접속되고, 일단에 형성된 탭 (63a) 이 제 1 발열체 전극 (59) 에 접속되어 있다.The heating element lead-
또한, 보호 소자 (71) 는, 상기 서술한 보호 소자 (50) 와 동일하게 관통공 (58) 이 형성됨과 함께, 도전층 (65) 이나 이면 전극 (64) 을 형성하고, 관통공 (58) 내의 일부 또는 전부에는 예비 땜납 (66) 을 충전시켜도 된다. 또, 흡인 부재 (70) 는, 예비 땜납 (66) 과 함께, 또는 예비 땜납 (66) 대신에, 플럭스를 관통공 (58) 내의 일부 또는 전부에 충전시켜도 된다. 플럭스를 충전시키는 것에 의해서도, 가용 도체 (53) 의 젖음성을 높여, 효율적으로 용융 도체 (53a) 를 관통공 (58) 에 끌어들일 수 있다.The
보호 소자 (71) 는, 발열체 (57) 를 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측에 형성함으로써, 발열체 (57) 가 발열했을 때, 열을 효율적으로 가용 도체 (53) 에 전달할 수 있어, 신속하게 가용 도체 (53) 를 용단시킬 수 있다. 또, 보호 소자 (71) 는, 발열 초기에 있어서는, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측이 이면 (55b) 측보다 온도가 높은 온도 구배가 된다. 따라서, 보호 소자 (71) 는, 용융 도체 (53a) 가 고온의 표면 전극 (56) 상에 응집됨과 함께, 표면 전극 (56) 과 연속되는 도전층 (65) 을 개재하여 관통공 (58) 내에 신속하게 흡인시킬 수 있어, 단면적이 커 다량의 용융 도체 (53a) 가 용융된 경우에도, 확실하게 가용 도체 (53) 를 용단시킬 수 있다.The
[실시예][Example]
본 발명의 보호 소자 (71) 는, 상기 서술한 바와 같이, 대량의 가용 도체 (53) 를 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 으로부터 이면 (55b) 으로 유도함으로써, 가용 도체 (53) 를 용이하게 용단할 수 있다. 여기서는, 보호 소자 (71) 가 배치된 자세에 관계없이 안정적으로 가용 도체 (53) 를 용단할 수 있는지를 확인하기 위해서, 도 22 및 도 23 에 나타내는 실험을 실시하였다. 실험에 사용한 보호 소자 (71) 는, 절연 기판 (55) 으로서 두께 0.635 ㎜ 의 알루미나계 기판에, 0.85 φ 의 관통공 (58) 을 형성하고, 내측면에 Ni/Au 도금 처리를 실시하였다. 또, 가용 도체 (53) 로서, 두께 0.35 ㎜ 의 Sn-Ag-Cu 계 금속박에 두께 6 ㎛ 의 Ag 도금 처리를 실시한 것을 사용하였다.The
이와 같은 보호 소자 (71) 를 31 W 로 동작시켰을 때의 도 22 에 나타내는 각 자세에 있어서의 가용 도체 (53) 의 용단 시간을 계측하였다. 여기서, 도 23 은, 도 22(A) - (E) 에 나타낸 본 발명의 보호 소자 (71) 의 각 자세와 용단 시간의 관계를 나타낸다. 또, 도 22(A) - (E) 의 각 자세는, 도 15(A) - (E) 의 각 자세와 대응하고 있다.The fusing time of the
·도 22(A) 는, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측을 상향으로 하고, 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측을 하향으로 하여 재치한 보호 소자 (71) 의 용단 후의 상태를 나타내는 평면도이다.22A shows a state after fusing of the
·도 22(B) 는, 보호 소자 (71) 를 도 22(A) 의 자세로부터 90°도립시켜 관통공 (58) 을 수평 방향을 향하게 함과 함께, 제 2 외부 전극 (52) 을 상향으로 하여 상하 방향으로 가용 도체 (53) 를 지지한 보호 소자 (71) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.22B shows a state in which the
·도 22(C) 는, 다시 도 22(B) 의 자세로부터 90°회전하여, 관통공 (58) 을 상하 방향으로 병렬시킴과 함께, 가용 도체 (53) 를 수평 방향으로 지지한 보호 소자 (71) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.22 (C) again rotates 90 degrees from the posture shown in Fig. 22 (B) so that the through
·도 22(D) 는, 도 22(A) 의 자세를 뒤를 향하게 한 상태이다. 즉, 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측을 하향으로 하고, 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측을 상향으로 하여 재치한 보호 소자 (71) 의 용단 후의 상태를 나타내는 평면도이다.22 (D) shows a state in which the posture of Fig. 22 (A) is directed backward. 5 is a plan view showing a state after fusing of the
·도 22(E) 는, 제 2 외부 전극 (52) 을 상향으로 도립시킨 자세로부터 절연 기판 (55) 을 면내 방향으로 45°회전하여, 관통공 (58) 이 경사지게 병렬됨과 함께, 가용 도체 (53) 를 경사지게 지지한 보호 소자 (71) 의 용단 후의 상태를 나타내는 측면도이다.22E shows a state in which the insulating
도 23 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 보호 소자 (71) 는, 어떤 자세여도, 용단 시간에 편차가 없고, 확실하게 가용 도체 (53) 를 용단할 수 있는 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 23, it can be seen that the
또한, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 발열체 (57) 를 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 이나 이면 (55b) 에 형성하는 것 외에, 절연 기판 (55) 의 내부에 형성해도 된다. 이 경우, 발열체 (57) 는 절연 부재 (62) 로 피복할 필요는 없고, 또, 발열체 (57) 는 도전층 (65) 을 개재하여 표면 전극 (56) 또는 이면 전극 (64) 과 접속된다.The protection element to which the present invention is applied may be formed inside the insulating
[응집 부재][Agglomeration Member]
또, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 흡인 부재 (54, 70) 에 더하여, 용융 도체 (53a) 를 응집하여, 가용 도체 (53) 의 용단을 보조하는 응집 부재 (75) 를 병용해도 된다. 도 24(A)(B) 는, 흡인 부재 (70) 및 응집 부재 (75) 를 병용한 보호 소자 (74) 의 단면도이다. 도 24(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 응집 부재 (75) 는, 제 2 절연 기판 (76) 과, 제 2 절연 기판 (76) 의 표면 (76a) 상에 형성된 발열체 (77) 와, 발열체 (77) 를 피복하는 절연 부재 (78) 와, 절연 부재 (78) 상에 적층되고, 용융 도체 (53a) 를 응집하는 집전극 (79) 을 구비한다.The protective element to which the present invention is applied may also use a coagulating
응집 부재 (75) 는, 제 2 절연 기판 (76), 발열체 (77) 및 절연 부재 (78) 로서, 보호 소자 (50) 의 절연 기판 (55), 발열체 (57) 및 절연 부재 (62) 와 동일한 부재를 사용할 수 있다. 또, 집전극 (79) 은, 예를 들어 Ag 나 Cu 등의 고융점 금속 페이스트를 인쇄, 소성하는 것 등에 의해서 형성할 수 있다.The aggregating
도 25 에 보호 소자 (74) 의 회로도를 나타낸다. 응집 부재 (75) 는, 발열체 (57) 와 동일하게, 발열체 (77) 가 도시되지 않은 발열체 전극을 개재하여 제 3 외부 접속 전극 (61) 과 전기적으로 접속되고, 외부 회로에 형성된 전류 제어 소자 (37) 등에 의해, 흡인 부재 (70) 의 발열체 (57) 와 연동하여 통전이 제어되고 있다. 또, 응집 부재 (75) 는, 발열체 (77) 가 도시되지 않은 발열체 전극을 개재하여 집전극 (79) 과 접속되고, 집전극 (79) 을 개재하여 가용 도체 (53) 와 전기적으로 접속되어 있다.Fig. 25 shows a circuit diagram of the
응집 부재 (75) 는, 집전극 (79) 이 가용 도체 (53) 의 흡인 부재 (70) 가 형성된 면과 반대측의 면에 접속되어 있다. 따라서, 보호 소자 (74) 는, 흡인 부재 (70) 의 발열체 (57) 가 통전, 발열되면, 동시에 응집 부재 (75) 의 발열체 (77) 도 통전, 발열하여, 가용 도체 (53) 를 양측에서 가열함으로써, 신속하게 용융시킨다.The aggregating
이 때, 보호 소자 (74) 는, 흡인 부재 (70) 에 의해 용융 도체 (53a) 를 관통공 (58) 내에 흡인함과 함께, 응집 부재 (75) 에 의해 용융 도체 (53a) 를 집전극 (79) 에 응집시킴으로써, 용융 도체 (53a) 를 흡인, 유지하는 허용량이 증대되어 있다. 따라서, 보호 소자 (74) 는, 단면적이 크고 고정격화된 가용 도체 (53) 를 사용하여, 다량의 용융 도체 (53a) 가 발생한 경우에도, 확실하게 용단시킬 수 있어, 정격의 향상을 도모하면서 용단 특성을 유지, 향상시킬 수 있다.At this time, the
또, 보호 소자 (74) 는, 가용 도체 (53) 로서, 내층을 구성하는 저융점 금속을 고융점 금속으로 피복하는 피복 구조를 사용한 경우에도, 가용 도체 (53) 를 신속하게 용단시킬 수 있다. 즉, 고융점 금속으로 피복된 가용 도체 (53) 는, 발열체 (57, 77) 가 발열한 경우에도, 외층의 고융점 금속이 용융되는 온도까지 가열하는 데에 시간을 필요로 한다. 여기서, 보호 소자 (74) 는, 흡인 부재 (54) 및 응집 부재 (75) 를 구비하고, 동시에 발열체 (57, 77) 를 발열시킴으로써, 외층의 고융점 금속을 신속하게 용융 온도까지 가열할 수 있다. 따라서, 보호 소자 (74) 에 의하면, 외층을 구성하는 고융점 금속층의 두께를 두껍게 할 수 있어, 추가적인 고정격화를 도모하면서, 속용단 특성을 유지할 수 있다.In addition, the
또, 보호 소자 (74) 는, 응집 부재 (75) 의 집전극 (79) 을 흡인 부재 (70) 의 관통공 (58) 과 대향시키는 것이 바람직하다. 이로써, 관통공 (58) 상에 보다 많은 용융 도체 (53a) 가 모여, 효율적으로 용융 도체 (53a) 를 관통공 (58) 내에 흡인시킬 수 있어, 신속하게 가용 도체 (53) 를 용단할 수 있다.It is preferable that the
[복수의 흡인 부재][Multiple suction members]
또, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 도 26(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 흡인 부재 (54, 70) 를 복수 구비하고, 가용 도체 (53) 의 표면 및 이면에 배치 형성해도 된다. 도 26 에 나타내는 보호 소자 (80) 는, 예를 들어 상기 서술한 흡인 부재 (54) 가, 가용 도체 (53) 의 표면 및 이면에 각각 배치 형성되어 있다. 도 27 은, 보호 소자 (80) 의 회로도이다. 가용 도체 (53) 의 표면 및 이면에 배치 형성된 각 흡인 부재 (54) 는, 각각 발열체 (57) 의 일단이 제 1 발열체 전극 (59) 및 발열체 인출 전극 (63) 을 개재하여 가용 도체 (53) 와 접속되고, 발열체 (57) 의 타단이 제 2 발열체 전극 (60) 및 제 3 외부 접속 전극 (61) 을 개재하여 발열체 (57) 를 발열시키기 위한 전원에 접속된다.26A and 26B, the protection element to which the present invention is applied may include a plurality of
보호 소자 (80) 는, 가용 도체 (53) 를 용단할 때에는, 각 흡인 부재 (54, 54) 의 발열체 (57) 가 각각 발열함과 함께 용융 도체 (53) 를 각 관통공 (58) 내에 흡인시킨다. 따라서, 보호 소자 (80) 는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 가용 도체 (13) 의 단면적을 증대시켜 용융 도체 (53a) 가 다량으로 발생한 경우에도, 복수의 흡인 부재 (54) 에 의해 흡인하여, 확실하게 가용 도체 (53) 를 용단시킬 수 있다. 또, 보호 소자 (80) 는, 복수의 흡인 부재 (54) 에 의해 용융 도체 (53a) 를 흡인함으로써, 보다 신속하게 가용 도체 (53) 를 용단시킬 수 있다.The
보호 소자 (80) 는, 가용 도체 (53) 로서, 내층을 구성하는 저융점 금속을 고융점 금속으로 피복하는 피복 구조를 사용한 경우에도, 가용 도체 (53) 를 신속하게 용단시킬 수 있다. 즉, 고융점 금속으로 피복된 가용 도체 (53) 는, 발열체 (57) 가 발열한 경우에도, 외층의 고융점 금속이 용융되는 온도까지 가열하는 데에 시간을 필요로 한다. 여기서, 보호 소자 (80) 는, 복수의 흡인 부재 (54) 를 구비하고, 동시에 각 발열체 (57) 를 발열시킴으로써, 외층의 고융점 금속을 신속하게 용융 온도까지 가열할 수 있다. 따라서, 보호 소자 (80) 에 의하면, 외층을 구성하는 고융점 금속층의 두께를 두껍게 할 수 있어, 추가적인 고정격화를 도모하면서, 속용단 특성을 유지할 수 있다.The
또, 보호 소자 (80) 는, 도 26 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 흡인 부재 (54, 54) 가 대향하여 가용 도체 (53) 에 접속되는 것이 바람직하다. 이로써, 보호 소자 (80) 는, 1 쌍의 흡인 부재 (54, 54) 로, 가용 도체 (53) 의 동일 지점을 양면측으로부터 동시에 가열함과 함께 용융 도체 (53a) 를 흡인할 수 있어, 보다 신속하게 가용 도체 (53) 를 가열, 용단할 수 있다.26, it is preferable that the pair of
또한, 보호 소자 (80) 는, 흡인 부재로서 발열체 (57) 가 절연 기판 (55) 의 이면 (55b) 측에 형성된 상기 흡인 부재 (54) 를 사용하는 것 외에, 발열체 (57) 가 절연 기판 (55) 의 표면 (55a) 측에 형성된 흡인 부재 (70) 를 복수 사용해도 되고, 혹은 양흡인 부재 (54, 70) 를 병용해도 된다.The
[가용 도체의 구성][Composition of available conductor]
상기 서술한 바와 같이, 가용 도체 (13, 53) 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. 이 때, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 28(A) 에 나타내는 바와 같이, 내층으로서 고융점 금속층 (90) 이 형성되고, 외층으로서 저융점 금속층 (91) 이 형성된 가용 도체를 사용해도 된다. 이 경우, 가용 도체 (13, 53) 는, 고융점 금속층 (90) 의 전체면이 저융점 금속층 (91) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다. 고융점 금속층 (90) 이나 저융점 금속층 (91) 에 의한 피복 구조는, 도금 등의 공지된 성막 기술을 사용하여 형성할 수 있다.As described above, the
또, 도 28(B) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (13, 53) 는, 내층으로서 저융점 금속층 (91) 이 형성되고, 외층으로서 고융점 금속층 (90) 이 형성된 가용 도체를 사용해도 된다. 이 경우에도, 가용 도체 (13, 53) 는, 저융점 금속층 (91) 의 전체면이 고융점 금속층 (90) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다.As shown in Fig. 28 (B), the
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 29 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (90) 과 저융점 금속층 (91) 이 적층된 적층 구조로 해도 된다.29, the
이 경우, 가용 도체 (13) 는, 도 29(A) 에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이나 표면 전극 (22), 혹은 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 이나 표면 전극 (56) 에 접속되는 하층과, 하층 상에 적층되는 상층으로 이루어지는 2 층 구조로서 형성되고, 하층이 되는 고융점 금속층 (90) 의 상면에 상층이 되는 저융점 금속층 (91) 을 적층해도 되고, 반대로 하층이 되는 저융점 금속층 (91) 의 상면에 상층이 되는 고융점 금속층 (90) 을 적층해도 된다. 혹은, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 29(B) 에 나타내는 바와 같이, 내층과 내층의 상하면에 적층되는 외층으로 이루어지는 3 층 구조로서 형성해도 되고, 내층이 되는 고융점 금속층 (90) 의 상하면에 외층이 되는 저융점 금속층 (91) 을 적층해도 되고, 반대로 내층이 되는 저융점 금속층 (91) 의 상하면에 외층이 되는 고융점 금속층 (90) 을 적층해도 된다.In this case, as shown in Fig. 29 (A), the
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 30 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (90) 과 저융점 금속층 (91) 이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 해도 된다. 이 경우, 가용 도체 (13, 53) 는, 최외층을 구성하는 금속층에 의해, 전체면 또는 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조로 해도 된다.As shown in Fig. 30, the
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (91) 의 표면에 고융점 금속층 (90) 을 스트라이프상으로 부분적으로 적층시켜도 된다. 도 31 은, 가용 도체 (13, 53) 의 평면도이다.The
도 31(A) 에 나타내는 가용 도체 (13, 53) 는, 저융점 금속층 (91) 의 표면에, 폭 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (90) 이 길이 방향에 복수 형성됨으로써, 길이 방향을 따라 선상의 개구부 (92) 가 형성되고, 이 개구부 (92) 로부터 저융점 금속층 (91) 이 노출되어 있다. 가용 도체 (13, 53) 는, 저융점 금속층 (91) 이 개구부 (92) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하여, 고융점 금속층 (90) 의 침식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다. 개구부 (92) 는, 예를 들어, 저융점 금속층 (91) 에 고융점 금속층 (90) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.The
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 31(B) 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (91) 의 표면에, 길이 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (90) 을 폭 방향에 복수 형성함으로써, 폭 방향을 따라 선상의 개구부 (92) 를 형성해도 된다.As shown in Fig. 31 (B), the conductor layers 13 and 53 are formed on the surface of the low-melting-
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 32 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (91) 의 표면에 고융점 금속층 (90) 을 형성함과 함께, 고융점 금속층 (90) 의 전체면에 걸쳐 원형의 개구부 (93) 가 형성되고, 이 개구부 (93) 로부터 저융점 금속층 (91) 을 노출시켜도 된다. 개구부 (93) 는, 예를 들어, 저융점 금속층 (91) 에 고융점 금속층 (90) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.32, the
가용 도체 (13, 53) 는, 저융점 금속층 (91) 이 개구부 (93) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하여, 고융점 금속의 침식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다.The
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 33 에 나타내는 바와 같이, 내층이 되는 고융점 금속층 (90) 에 다수의 개구부 (94) 를 형성하고, 이 고융점 금속층 (90) 에, 도금 기술 등을 사용하여 저융점 금속층 (91) 을 성막하고, 개구부 (94) 내에 충전해도 된다. 이로써, 가용 도체 (13, 53) 는, 용융되는 저융점 금속이 고융점 금속에 접하는 면적이 증대되므로, 보다 단시간에 저융점 금속이 고융점 금속을 용식시킬 수 있게 된다.33, a plurality of
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 저융점 금속층 (91) 의 체적을 고융점 금속층 (90) 의 체적보다 많게 형성하는 것이 바람직하다. 가용 도체 (13, 53) 는, 발열체 (25, 57) 의 발열에 의해 가열되고, 저융점 금속이 용융됨으로써 고융점 금속을 용식시켜, 이로써 신속하게 용융, 용단할 수 있다. 따라서, 가용 도체 (13, 53) 는, 저융점 금속층 (91) 의 체적을 고융점 금속층 (90) 의 체적보다 많게 형성함으로써, 이 용식 작용을 촉진시켜, 신속하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이, 혹은 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이를 차단할 수 있다.It is preferable that the
또, 가용 도체 (13, 53) 는, 도 34 에 나타내는 바와 같이, 대략 사각형판상으로 형성되고, 외층을 구성하는 고융점 금속에 의해 피복되어 주면부 (96) 보다 두껍게 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 측가장자리부 (97) 와, 내층을 구성하는 저융점 금속이 노출되어 제 1 측가장자리부 (97) 보다 얇은 두께로 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 2 측가장자리부 (98) 를 가져도 된다.As shown in Fig. 34, the
제 1 측가장자리부 (97) 는, 측면이 고융점 금속층 (90) 에 의해 피복됨과 함께, 이에 의해 가용 도체 (13, 53) 의 주면부 (96) 보다 두껍게 형성되어 있다. 제 2 측가장자리부 (98) 는, 측면에, 외주를 고융점 금속층 (90) 에 의해 둘러싸인 저융점 금속층 (91) 이 노출되어 있다. 제 2 측가장자리부 (98) 는, 제 1 측가장자리부 (97) 와 인접하는 양단부를 제외하고 주면부 (96) 와 동일한 두께로 형성되어 있다.The first
보호 소자 (1) 에 있어서는, 가용 도체 (13) 는, 제 1 측가장자리부 (97) 가 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 폭 방향을 따라 탑재되고, 제 2 측가장자리부 (98) 가 통전 방향의 양측단이 되는 방향으로, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐 접속되어 있다. 동일하게, 보호 소자 (50) 에 있어서는, 가용 도체 (53) 는, 제 1 측가장자리부 (97) 가 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 의 폭 방향을 따라 탑재되고, 제 2 측가장자리부 (98) 가 통전 방향의 양측단이 되는 방향으로, 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이에 걸쳐 접속되어 있다.In the
이로써, 보호 소자 (1, 50) 는, 가용 도체 (13, 53) 가 신속하게 용단되어, 외부 회로의 전류 경로를 차단시킬 수 있다.Thereby, the
즉, 제 2 측가장자리부 (98) 는, 제 1 측가장자리부 (97) 보다 상대적으로 얇게 형성되어 있다. 또, 제 2 측가장자리부 (98) 의 측면은, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (91) 이 노출되어 있다. 이로써, 제 2 측가장자리부 (98) 는, 저융점 금속층 (91) 에 의한 고융점 금속층 (90) 의 용식 작용이 작용하고, 또한 용식되는 고융점 금속층 (90) 의 두께도 제 1 측가장자리부 (97) 에 비해 얇게 형성되어 있음으로써, 고융점 금속층 (90) 에 의해 두껍게 형성되어 있는 제 1 측가장자리부 (97) 에 비해, 적은 열에너지로 신속하게 용융시킬 수 있다. 이에 대해, 제 1 측가장자리부 (97) 는, 고융점 금속층 (90) 에 의해 두껍게 피복되어, 제 2 측가장자리부 (98) 에 비해 용단될 때까지 많은 열에너지를 필요로 한다.That is, the second
따라서, 보호 소자 (1, 50) 는, 발열체 (25, 57) 가 발열함으로써, 즉시 제 2 측가장자리부 (98) 가 걸쳐져 있는 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 사이, 혹은 제 1 외부 전극 (51) 과 제 2 외부 전극 (52) 사이가 용단된다. 이로써, 보호 소자 (1, 50) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 사이, 혹은 제 1, 제 2 외부 전극 (51, 52) 사이의 충방전 경로가 차단됨과 함께, 발열체 (25, 57) 로의 급전 경로가 차단되어, 발열체 (25, 57) 의 발열이 정지된다.Therefore, the
이와 같은 구성을 갖는 가용 도체 (13, 53) 는, 저융점 금속층 (91) 을 구성하는 땜납박 등의 저융점 금속박을, 고융점 금속층 (90) 을 구성하는 Ag 등의 금속으로 피복함으로써 제조된다. 저융점 금속층박을 고융점 금속 피복하는 공법으로는, 장척상의 저융점 금속박에 연속해서 고융점 금속 도금을 실시할 수 있는 전해 도금법이 작업 효율상, 제조 비용상, 유리해진다.The
전해 도금에 의해 고융점 금속 도금을 실시하면, 장척상의 저융점 금속박의 에지 부분, 즉, 측가장자리부에 있어서 전계 강도가 상대적으로 강해져, 고융점 금속층 (90) 이 두껍게 도금된다 (도 34 참조). 이로써, 측가장자리부가 고융점 금속층에 의해 두껍게 형성된 장척상의 도체 리본 (95) 이 형성된다. 이어서, 이 도체 리본 (95) 을 길이 방향과 직교하는 폭 방향 (도 34 중 C-C' 방향) 으로, 소정 길이로 절단함으로써, 가용 도체 (13, 53) 가 제조된다. 이로써, 가용 도체 (13, 53) 는, 도체 리본 (95) 의 측가장자리부가 제 1 측가장자리부 (97) 가 되고, 도체 리본 (95) 의 절단면이 제 2 측가장자리부 (98) 가 된다. 또, 제 1 측가장자리부 (97) 는, 고융점 금속에 의해 피복되고, 제 2 측가장자리부 (98) 는, 단면 (도체 리본 (95) 의 절단면) 에 상하 1 쌍의 고융점 금속층 (90) 과 고융점 금속층 (90) 에 의해 둘러싸인 저융점 금속층 (91) 이 외방에 노출되어 있다.When the high-melting-point metal plating is performed by electrolytic plating, the electric field intensity becomes relatively strong at the edge portion, that is, the side edge portion of the elongated-phase low melting point metal foil, and the
1
보호 소자,
10
제 1 절연 기판,
10a
표면,
10b
이면,
11
제 1 전극,
11a
제 1 외부 접속 전극,
11b
도전층,
12
제 2 전극,
12a
제 2 외부 접속 전극,
12b
도전층,
13
가용 도체,
13a
용융 도체,
14
플럭스,
15
커버 부재,
20
흡인공,
21
도전층,
22
표면 전극,
23
이면 전극,
24
보호 소자,
25
발열체,
26
절연층,
27
제 3 외부 접속 전극,
30
배터리 팩,
30a
정극 단자,
30b
부극 단자,
31 ∼ 34
배터리 셀,
35
배터리 스택,
36
검출 회로,
37
전류 제어 소자,
40
충방전 제어 회로,
41, 42
전류 제어 소자,
43
제어부,
50
보호 소자,
51
제 1 외부 전극,
52
제 2 외부 전극,
53
가용 도체,
53a
용융 도체,
54
흡인 부재,
55
절연 부재,
55a
표면,
55b
이면,
56
표면 전극,
57
발열체,
58
관통공,
59
제 1 발열체 전극,
60
제 2 발열체 전극,
61
제 3 외부 접속 전극,
62
절연 부재,
63
발열체 인출 전극,
63a
탭,
64
이면 전극,
65
도전층,
66
예비 땜납,
67
섬상 전극,
70
흡인 부재,
71
보호 소자,
74
보호 소자,
75
응집 부재,
76
제 2 절연 기판,
77
발열체,
78
절연 부재,
79
집전극,
80
보호 소자,
90
고융점 금속층,
91
저융점 금속층,
95
도체 리본,
97
제 1 측가장자리부,
98
제 2 측가장자리부1 Protection element,
10 First insulating substrate,
10a surface,
10b,
11 first electrode,
11a First external connection electrode,
11b conductive layer,
12 second electrode,
12a second external connection electrode,
12b conductive layer,
13 Available conductors,
13a molten conductor,
14 flux,
15 cover member,
20 suction ball,
21 conductive layer,
22 surface electrode,
23 back electrode,
24 Protection element,
25 heating element,
26 insulating layer,
27 third external connection electrode,
30 Battery pack,
30a positive terminal,
30b negative terminal,
31 ~ 34 Battery cell,
35 Battery Stack,
36 detection circuit,
37 Current control device,
40 charge / discharge control circuit,
41, 42 Current control device,
43 control unit,
50 Protection element,
51 a first outer electrode,
52 second outer electrode,
53 available conductors,
53a molten conductor,
54 suction member,
55 Insulation member,
55a surface,
55b,
56 surface electrode,
57 heating element,
58 through hole,
59 First heating element electrode,
60 second heating element electrode,
61 third external connection electrode,
62 Insulation member,
63 heating element extraction electrode,
63a tab,
64 is an electrode,
65 conductive layer,
66 pre-solder,
67 Thyristor Electrode,
70 suction member,
71 Protection element,
74 Protection element,
75 agglomerated member,
76 second insulating substrate,
77 Heating element,
78 insulating member,
79 collector electrode,
80 protection device,
90 refractory metal layer,
91 Low melting point metal layer,
95 conductor ribbon,
97 first side edge portion,
98 second side edge portion
Claims (53)
상기 제 1 절연 기판의 표면에 탑재된 가용 도체를 갖고,
상기 제 1 절연 기판의 표면에는, 용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인공이 개구되어 있는, 보호 소자.A first insulating substrate;
And an available conductor mounted on a surface of the first insulating substrate,
And a suction hole for sucking the melted solder is opened on the surface of the first insulating substrate.
상기 흡인공은, 내면에 도전층이 형성됨과 함께, 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성된 관통공 또는 비관통공인, 보호 소자.The method according to claim 1,
Wherein the suction hole is a through hole or a non-through hole formed in the thickness direction of the first insulating substrate, the conductive layer being formed on the inner surface thereof.
상기 제 1 절연 기판의 표면에는, 상기 도전층과 접속된 표면 전극이 형성되어 있는, 보호 소자.3. The method of claim 2,
And a surface electrode connected to the conductive layer is formed on a surface of the first insulating substrate.
상기 흡인공은 관통공이고,
상기 제 1 절연 기판의 이면에는, 상기 도전층과 접속된 이면 전극이 형성되어 있는, 보호 소자.The method of claim 3,
The suction hole is a through hole,
And a back electrode connected to the conductive layer is formed on a back surface of the first insulating substrate.
상기 흡인공이 하나 또는 복수 형성되어 있는, 보호 소자.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
And one or a plurality of the suction holes are formed.
상기 제 1 절연 기판은, 상기 가용 도체와 접속된 제 1, 제 2 전극이 형성되고,
상기 제 1, 제 2 전극은, 상기 제 1 절연 기판의 이면에 형성된 외부 접속 전극과 접속되어 있는, 보호 소자.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the first insulating substrate has first and second electrodes connected to the usable conductor,
Wherein the first and second electrodes are connected to an external connection electrode formed on a back surface of the first insulating substrate.
상기 제 1 절연 기판에, 상기 가용 도체를 용융시키는 발열체가 형성되어 있는, 보호 소자.The method according to claim 6,
Wherein a heating element for melting the usable conductor is formed on the first insulating substrate.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 표면에 형성되고, 절연 부재를 개재하여 상기 가용 도체와 중첩되어 있는, 보호 소자.8. The method of claim 7,
Wherein said heating element is formed on a surface of said first insulating substrate and overlaps with said usable conductor via an insulating member.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 이면에 형성되고, 상기 가용 도체와 중첩되어 있는, 보호 소자.8. The method of claim 7,
Wherein the heating element is formed on a back surface of the first insulating substrate and overlaps with the usable conductor.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 내부에 형성되어 있는, 보호 소자.8. The method of claim 7,
Wherein the heating element is formed inside the first insulating substrate.
상기 제 1 절연 기판에, 상기 가용 도체를 용융시키는 발열체가 형성되고,
상기 발열체는, 상기 표면 전극을 개재하여 상기 가용 도체와 접속되어 있는, 보호 소자.The method according to claim 3 or 4,
A heating element for melting the usable conductor is formed on the first insulating substrate,
Wherein the heating element is connected to the usable conductor via the surface electrode.
상기 제 1 절연 기판은, 상기 가용 도체와 접속된 제 1, 제 2 전극이 형성되고,
상기 제 1, 제 2 전극은, 상기 제 1 절연 기판의 이면에 형성된 외부 접속 전극과 접속되어 있는, 보호 소자.12. The method of claim 11,
Wherein the first insulating substrate has first and second electrodes connected to the usable conductor,
Wherein the first and second electrodes are connected to an external connection electrode formed on a back surface of the first insulating substrate.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 표면에 형성되고, 절연 부재를 개재하여 상기 가용 도체와 중첩되어 있는, 보호 소자.13. The method of claim 12,
Wherein said heating element is formed on a surface of said first insulating substrate and overlaps with said usable conductor via an insulating member.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 이면에 형성되고, 상기 가용 도체와 중첩되어 있는, 보호 소자.13. The method of claim 12,
Wherein the heating element is formed on a back surface of the first insulating substrate and overlaps with the usable conductor.
상기 가용 도체의 표면에 플럭스가 도포되어 있는, 보호 소자.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
And a flux is applied to a surface of the usable conductor.
상기 도전층은, 구리, 은, 금, 철, 니켈, 팔라듐, 납, 주석 중 어느 것, 또는 어느 것을 주성분으로 하는, 보호 소자.5. The method according to any one of claims 2 to 4,
Wherein the conductive layer comprises any one of copper, silver, gold, iron, nickel, palladium, lead, and tin as main components.
상기 가용 도체는 땜납인, 보호 소자.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
And the usable conductor is solder.
상기 가용 도체는 저융점 금속과 고융점 금속을 함유하는, 보호 소자.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the usable conductor contains a low melting point metal and a high melting point metal.
상기 저융점 금속은 땜납이고,
상기 고융점 금속은, 은, 구리, 또는 은 혹은 구리를 주성분으로 하는 합금인, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the low melting point metal is solder,
Wherein the refractory metal is an alloy mainly composed of silver, copper, or silver or copper.
상기 가용 도체는, 내층이 상기 고융점 금속이고, 외층이 상기 저융점 금속의 피복 구조인, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the permissible conductor is an inner layer of the refractory metal and the outer layer is a coating structure of the refractory metal.
상기 가용 도체는, 내층이 상기 저융점 금속이고, 외층이 상기 고융점 금속의 피복 구조인, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the usable conductor has a structure in which the inner layer is the low melting point metal and the outer layer is the coating structure of the high melting point metal.
상기 가용 도체는, 상기 저융점 금속과 상기 고융점 금속이 적층된 적층 구조인, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the usable conductor is a laminated structure in which the low melting point metal and the high melting point metal are laminated.
상기 가용 도체는, 상기 저융점 금속과 상기 고융점 금속이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조인, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the permissible conductor is a multilayer structure of four or more layers in which the low melting point metal and the high melting point metal are alternately laminated.
상기 가용 도체는, 내층을 구성하는 상기 저융점 금속의 표면에 형성된 상기 고융점 금속에 개구부가 형성되어 있는, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the usable conductor has an opening formed in the refractory metal formed on the surface of the low melting point metal constituting the inner layer.
상기 가용 도체는, 복수의 개구부를 갖는 고융점 금속층과, 상기 고융점 금속층 상에 형성된 저융점 금속층을 갖고, 상기 개구부에 상기 저융점 금속이 충전되어 있는, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the usable conductor has a refractory metal layer having a plurality of openings and a refractory metal layer formed on the refractory metal layer and the opening is filled with the refractory metal.
상기 가용 도체는, 외층을 구성하는 상기 고융점 금속에 의해 피복되어 주면부보다 두껍게 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 측가장자리부와, 내층을 구성하는 상기 저융점 금속이 노출되어 상기 제 1 측가장자리부보다 얇은 두께로 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 2 측가장자리부를 갖고,
상기 제 1 측가장자리부가 상기 제 1 절연 기판의 표면에 형성된 상기 제 1, 제 2 전극을 따라 탑재되고, 상기 제 2 측가장자리부가 제 1, 제 2 전극 사이에 걸쳐 접속되어 있는, 보호 소자.19. The method of claim 18,
Wherein the fusible conductor comprises a pair of first side edge portions which are covered with the refractory metal constituting the outer layer and which are formed so as to be thicker than the main surface portion and a second side edge portion which is formed by exposing the low- And a pair of second side edge portions opposed to each other formed to have a thickness thinner than the edge portion,
Wherein the first side edge portion is mounted along the first and second electrodes formed on the surface of the first insulating substrate, and the second side edge portion is connected across the first and second electrodes.
상기 가용 도체는, 상기 저융점 금속의 체적이 상기 고융점 금속의 체적보다 많은, 보호 소자.19. The method of claim 18,
And the usable conductor has a volume of the low melting point metal larger than a volume of the high melting point metal.
상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되고, 그 충방전 경로를 차단하는 보호 소자를 구비하고,
상기 보호 소자는,
제 1 절연 기판과,
상기 제 1 절연 기판의 표면에 탑재되고, 상기 충방전 경로가 되는 가용 도체를 갖고,
상기 제 1 절연 기판의 표면에는, 용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인공이 개구되어 있는, 배터리 팩.At least one battery cell,
And a protection element connected to the charge / discharge path of the battery cell and blocking the charge / discharge path,
The protection device includes:
A first insulating substrate;
And an available conductor mounted on a surface of the first insulating substrate and serving as the charging / discharging path,
And a suction hole for sucking the melted solder is opened on the surface of the first insulating substrate.
상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 걸쳐 접속된 가용 도체와,
상기 가용 도체에 접속되고, 용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인 부재를 갖고,
상기 흡인 부재는,
상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 배치 형성된 제 1 절연 기판과,
상기 제 1 절연 기판의 표면에 형성되고, 상기 가용 도체의 일부와 접속된 표면 전극과,
상기 제 1 절연 기판에 형성된 발열체와,
상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 상기 표면 전극과 연속되는 관통공을 구비하고,
상기 가용 도체가 용융됨으로써 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 차단하는, 보호 소자.First and second external electrodes,
An available conductor connected between the first and second external electrodes,
A suction member connected to the usable conductor and sucking the fused solder,
The suction member
A first insulating substrate disposed between the first and second external electrodes,
A surface electrode formed on a surface of the first insulating substrate and connected to a part of the usable conductor;
A heating element formed on the first insulating substrate,
And a through hole formed in the thickness direction of the first insulating substrate and continuous with the surface electrode,
And shields a current path between the first external electrode and the second external electrode by melting the usable conductor.
상기 관통공은, 내주면에 상기 표면 전극과 연속되는 도전층이 형성되어 있는, 보호 소자.30. The method of claim 29,
Wherein the through hole has a conductive layer continuous with the surface electrode on an inner peripheral surface thereof.
상기 제 1 절연 기판의 이면에 형성된 이면 전극을 구비하고,
상기 관통공은, 상기 표면 전극과 상기 이면 전극 사이에 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 상기 도전층이 상기 표면 전극 및 상기 이면 전극과 연속되어 있는, 보호 소자.31. The method of claim 30,
And a back electrode formed on a back surface of the first insulating substrate,
Wherein the through hole is formed in the thickness direction of the first insulating substrate between the surface electrode and the back electrode, and the conductive layer is continuous with the surface electrode and the back electrode.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 표면측에 형성되고, 상기 표면 전극과 전기적으로 접속되어 있는, 보호 소자.32. The method of claim 31,
Wherein the heating element is formed on a surface side of the first insulating substrate and is electrically connected to the surface electrode.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 이면측에 형성되고, 상기 이면 전극과 전기적으로 접속되어 있는, 보호 소자.32. The method of claim 31,
Wherein the heating element is formed on a back surface side of the first insulating substrate and is electrically connected to the back electrode.
상기 발열체는, 상기 제 1 절연 기판의 내부에 형성되고, 상기 표면 전극 또는 이면 전극과 전기적으로 접속되어 있는, 보호 소자.32. The method of claim 31,
Wherein the heating element is formed inside the first insulating substrate and is electrically connected to the surface electrode or the back electrode.
상기 관통공 내의 일부 또는 전부에는 예비 땜납 및/또는 플럭스가 충전되어 있는, 보호 소자.35. The method according to any one of claims 29 to 34,
And the pre-solder and / or flux is filled in part or the whole of the through-hole.
상기 제 1 절연 기판은, 상기 발열체가 발열했을 때, 상기 발열체가 형성된 표면측 또는 이면측의 일방이 타방보다 온도가 높은 온도 구배가 되는, 보호 소자.35. The method according to any one of claims 32 to 34,
Wherein one of the front surface side and the back surface side of the first insulating substrate has a temperature gradient higher than the other temperature when the heating element generates heat.
상기 제 1 절연 기판은, 상기 발열체가 발열했을 때, 상기 발열체가 형성된 표면측 또는 이면측의 일방이 타방보다 온도가 높은 온도 구배가 되는, 보호 소자.36. The method of claim 35,
Wherein one of the front surface side and the back surface side of the first insulating substrate has a temperature gradient higher than the other temperature when the heating element generates heat.
상기 발열체는, 상기 관통공의 양측에 배치되어 있는, 보호 소자.35. The method according to any one of claims 29 to 34,
Wherein the heating element is disposed on both sides of the through hole.
복수의 상기 관통공이 형성되고,
상기 발열체는, 상기 복수의 관통공의 양측에 배치되어 있는, 보호 소자.39. The method of claim 38,
A plurality of through holes are formed,
Wherein the heating element is disposed on both sides of the plurality of through holes.
제 2 절연 기판과,
상기 제 2 절연 기판에 형성되고, 상기 가용 도체를 용융시키는 발열체와,
상기 가용 도체와 접속되고, 상기 가용 도체가 용융된 용융 도체를 응집시키는 집전극을 갖는 응집 부재를 구비하는, 보호 소자.35. The method according to any one of claims 29 to 34,
A second insulating substrate,
A heating element which is formed on the second insulating substrate and melts the usable conductor,
And a flocculating member connected to the usable conductor and having a collector electrode for flocculating the molten conductor in which the usable conductor melts.
상기 응집 부재는, 상기 집전극이 상기 가용 도체의 상기 흡인 부재가 접속된 면과 반대측의 면에 접속되어 있는, 보호 소자.41. The method of claim 40,
Wherein the aggregating member is connected to a surface of the usable conductor opposite to the surface to which the suction member is connected.
상기 응집 부재는, 상기 집전극이 상기 흡인 부재의 상기 관통공과 대향되어 있는, 보호 소자.42. The method of claim 41,
And the aggregating member has the collector electrode facing the through-hole of the suction member.
상기 가용 도체에는, 복수의 상기 흡인 부재가 접속되어 있는, 보호 소자.35. The method according to any one of claims 29 to 34,
And a plurality of said suction members are connected to said usable conductor.
상기 가용 도체에는, 2 개의 상기 흡인 부재가 대향하여 접속되어 있는, 보호 소자.44. The method of claim 43,
And two of said suction members are opposed to each other and connected to said usable conductor.
상기 가용 도체는, 내층이 저융점 금속이고, 외층이 고융점 금속의 피복 구조인, 보호 소자.41. The method of claim 40,
Wherein the permissible conductor is a structure in which the inner layer is a low melting point metal and the outer layer is a coating structure of a high melting point metal.
상기 가용 도체는, 내층이 저융점 금속이고, 외층이 고융점 금속의 피복 구조인, 보호 소자.44. The method of claim 43,
Wherein the permissible conductor is a structure in which the inner layer is a low melting point metal and the outer layer is a coating structure of a high melting point metal.
상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되고, 그 충방전 경로를 차단하는 보호 소자와,
상기 배터리 셀의 전압값을 검출하여 상기 보호 소자로의 통전을 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고,
상기 보호 소자는,
제 1, 제 2 외부 전극과,
상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 걸쳐 접속된 가용 도체와,
용융된 상기 가용 도체를 흡인하는 흡인 부재를 갖고,
상기 흡인 부재는,
상기 제 1, 제 2 외부 전극 사이에 배치 형성된 제 1 절연 기판과,
상기 제 1 절연 기판의 표면에 형성되고, 상기 가용 도체의 일부와 접속된 표면 전극과,
상기 제 1 절연 기판에 형성된 발열체와,
상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 상기 표면 전극과 연속되는 관통공을 구비하고,
상기 가용 도체가 용융됨으로써 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 차단하는, 배터리 팩.At least one battery cell,
A protection element connected to the charge / discharge path of the battery cell,
And a current control element for detecting a voltage value of the battery cell and controlling energization to the protection element,
The protection device includes:
First and second external electrodes,
An available conductor connected between the first and second external electrodes,
And a suction member for sucking the melted solder,
The suction member
A first insulating substrate disposed between the first and second external electrodes,
A surface electrode formed on a surface of the first insulating substrate and connected to a part of the usable conductor;
A heating element formed on the first insulating substrate,
And a through hole formed in the thickness direction of the first insulating substrate and continuous with the surface electrode,
And shields a current path between the first external electrode and the second external electrode by melting the usable conductor.
제 1 및 제 2 외부 전극과,
상기 제 1 절연 기판의 일방의 면측에 있는, 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 중간 전극과,
상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성된 발열체와,
상기 제 1 절연 기판의 일방의 면에, 상기 중간 전극과 접속됨과 함께 상기 제 1 및 제 2 외부 전극에 걸쳐 접속되고, 상기 발열체에 의한 가열에 의해, 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체와,
상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성되고, 상기 발열체의 일방의 단자에 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과,
상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극 사이에 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 내측면에 상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극과 연속되는 도전층이 형성된 관통공을 구비하는, 보호 소자.A first insulating substrate;
First and second external electrodes,
An intermediate electrode formed between the first external electrode and the second external electrode on one surface side of the first insulating substrate,
A heating element formed on the other surface side of the first insulating substrate,
Wherein the first external electrode and the second external electrode are connected to the intermediate electrode on one surface of the first insulating substrate and connected to the first and second external electrodes, An available conductor for fusing a current path between the first and second electrodes,
A heating-element lead-out electrode formed on the other surface side of the first insulating substrate and electrically connected to one terminal of the heating-element,
And a through hole formed in the thickness direction of the first insulating substrate between the intermediate electrode and the heating element withdrawing electrode and having a conductive layer continuous with the intermediate electrode and the heating element withdrawing electrode formed on the inner side thereof.
추가로, 당해 보호 소자는, 상기 관통공 내에 충전된 예비 땜납을 구비하는 것을 특징으로 하는 보호 소자.49. The method of claim 48,
Further, the protection element includes a pre-solder filled in the through-hole.
상기 제 1 절연 기판은, 상기 발열체가 발열했을 때, 상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측의 쪽이 일방의 면측보다 온도가 높은 온도 구배가 되는 것을 특징으로 하는 보호 소자.49. The method of claim 48,
Wherein the first insulating substrate has a temperature gradient higher than that of one surface of the first insulating substrate when the heat generating element generates heat.
상기 발열체는, 상기 관통공의 양측에 형성되는 것을 특징으로 하는 보호 소자.49. The method of claim 48,
Wherein the heat generating element is formed on both sides of the through hole.
상기 관통공은 복수이고,
상기 발열체는, 상기 복수의 관통공의 양측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 보호 소자.52. The method of claim 51,
Wherein the through holes are plural,
Wherein the heat generating element is disposed on both sides of the plurality of through holes.
상기 배터리 셀에 흐르는 전류를 차단하도록 접속된 보호 소자와,
상기 배터리 셀 각각의 전압값을 검출하여 상기 보호 소자를 가열하는 전류를 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고,
상기 보호 소자는,
제 1 절연 기판과,
제 1 및 제 2 외부 전극과,
상기 제 1 절연 기판의 일방의 면측에 있는, 상기 제 1 외부 전극과 상기 제 2 외부 전극 사이에 형성된 중간 전극과,
상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성된 발열체와,
상기 제 1 절연 기판의 일방의 면에, 상기 중간 전극과 접속됨과 함께 상기 제 1 및 제 2 외부 전극에 걸쳐 접속되고, 상기 발열체에 의한 가열에 의해, 그 제 1 외부 전극과 그 제 2 외부 전극 사이의 전류 경로를 용단하는 가용 도체와,
상기 제 1 절연 기판의 타방의 면측에 형성되고, 상기 발열체의 일방의 단자에 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과,
상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극 사이에 상기 제 1 절연 기판의 두께 방향에 형성되고, 내측면에 상기 중간 전극과 상기 발열체 인출 전극과 연속되는 도전층이 형성된 관통공을 갖는, 배터리 팩.At least one battery cell,
A protection element connected to cut off a current flowing in the battery cell,
And a current control element for detecting a voltage value of each of the battery cells and controlling a current for heating the protection element,
The protection device includes:
A first insulating substrate;
First and second external electrodes,
An intermediate electrode formed between the first external electrode and the second external electrode on one surface side of the first insulating substrate,
A heating element formed on the other surface side of the first insulating substrate,
Wherein the first external electrode and the second external electrode are connected to the intermediate electrode on one surface of the first insulating substrate and connected to the first and second external electrodes, An available conductor for fusing a current path between the first and second electrodes,
A heating-element lead-out electrode formed on the other surface side of the first insulating substrate and electrically connected to one terminal of the heating-element,
And a through hole formed in the thickness direction of the first insulating substrate between the intermediate electrode and the heating element withdrawing electrode and having a conductive layer continuous with the intermediate electrode and the heating element withdrawing electrode formed on the inner side.
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