KR20160046762A - 차단 소자 및 차단 소자 회로 - Google Patents
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Abstract
미약한 전류 경로에 장착된 경우에도, 발열체에 가용 도체를 용단시키기에 충분한 전력을 공급할 수 있는 차단 소자를 제공한다. 절연 기판 (10) 과, 제 1 회로 (2) 를 구성하는 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 과, 제 2 회로 (3) 를 구성하는 제 3 ∼ 제 5 전극 (13 ∼ 15) 과, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 간에 탑재된 제 1 가용 도체 (17) 와, 제 3 및 제 4 전극 (13, 14) 간에 접속된 발열체 (18) 와, 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 간에 탑재된 제 2 가용 도체 (19) 를 구비하고, 발열체 (18) 의 열에 의해, 제 1 가용 도체 (17) 를 용단시킨 후에, 제 2 가용 도체 (19) 를 용단시킨다.
Description
본 발명은, 전원 라인이나 신호 라인을 전기적 또한 물리적으로 차단함으로써 안전성을 보장하는 차단 소자 및 차단 소자 회로에 관한 것이다. 본 출원은, 일본에서 2013년 8월 28일에 출원된 일본 특허출원 제2013-177058호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로, 이 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.
충전하여 반복 이용할 수 있는 2 차 전지의 상당수는, 배터리 팩으로 가공되어 사용자에게 제공된다. 특히 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 2 차 전지에 있어서는, 사용자 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해서, 일반적으로, 과충전 보호, 과방전 보호 등의 몇 가지 보호 회로를 배터리 팩에 내장하여, 소정의 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 가지고 있다.
이 종류의 차단 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 파괴되었을 경우, 낙뢰 서지 등이 인가되어 순간적인 대전류가 흘렀을 경우, 혹은 배터리 셀의 수명에 의해 출력 전압이 비정상으로 저하되거나, 반대로 과대 이상 전압을 출력했을 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 차단 소자가 사용되고 있다.
도 17 에 나타내는 바와 같이, 이와 같은 리튬 이온 2 차 전지용 등의 보호 회로의 차단 소자 (80) 로는, 전류 경로 상에 접속된 제 1 및 제 2 전극 (81, 82) 간에 걸쳐 가용 도체 (83) 를 접속하여 전류 경로의 일부를 이루고, 이 전류 경로 상의 가용 도체 (83) 를, 과전류에 의한 자기 발열, 혹은 차단 소자 (80) 내부에 형성한 발열체 (84) 에 의해 용단하는 것이 제안되어 있다.
구체적으로, 차단 소자 (80) 는, 절연 기판 (85) 과, 절연 기판 (85) 에 적층되고, 절연 부재 (86) 에 덮인 발열체 (84) 와, 절연 기판 (85) 의 양단에 형성된 제 1, 제 2 전극 (81, 82) 과, 절연 부재 (86) 상에 발열체 (84) 와 중첩하도록 적층된 발열체 인출 전극 (88) 과, 양단이 제 1, 제 2 전극 (81, 82) 에 각각 접속되고, 중앙부가 발열체 인출 전극 (88) 에 접속된 가용 도체 (83) 를 구비한다.
도 18 은, 차단 소자 (80) 의 회로도이다. 즉, 차단 소자 (80) 는, 발열체 인출 전극 (88) 을 개재하여 직렬 접속된 가용 도체 (83) 와, 가용 도체 (83) 의 접속점을 개재하여 통전하여 발열시킴으로써 가용 도체 (83) 를 용융하는 발열체 (84) 로 이루어지는 회로 구성이다. 또, 차단 소자 (80) 에서는, 예를 들어, 가용 도체 (83) 가 충방전 전류 경로 상에 직렬 접속되고, 발열체 (84) 가 전류 제어 소자 (87) 와 접속된다. 전류 제어 소자 (87) 는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 (이하, FET 라고 부른다) 에 의해 구성되고, 리튬 이온 2 차 전지가 이상 전압을 나타냈을 때에는, 가용 도체 (83) 를 개재하여 발열체 (84) 에 전류가 흐르도록 제어된다.
이로써 차단 소자 (80) 는, 발열체 (84) 의 발열에 의해, 전류 경로 상의 가용 도체 (83) 를 용단시키고, 이 용융 도체를 발열체 인출 전극 (88) 에 모음으로써, 제 1 및 제 2 전극 (81, 82) 간의 전류 경로를 차단하여, 배터리 팩의 충방전 경로를 전기적으로 또한 물리적으로 차단할 수 있다.
여기서, 도 17, 도 18 에 나타내는 차단 소자 (80) 에 있어서는, 발열체 (84) 를 발열시키는 전력을 가용 도체 (83) 를 통하여 공급하는 것이지만, 제 1 전극 (81) ∼ 가용 도체 (83) ∼ 제 2 전극 (82) 에 걸친 전류 경로는 배터리의 충방전 경로이므로, 발열체 (84) 의 통전시에 있어서도 발열체 (84) 에 가용 도체 (83) 를 용단시키기에 충분한 열량을 얻을 수 있다.
그러나, 차단 소자 (80) 를, 전원 라인보다 미약한 전류를 흐르게 하는 신호 라인에 있어서 사용하는 경우에는, 발열체 (84) 에 가용 도체 (83) 를 용단시키기에 충분한 발열량을 얻을 만큼의 전력을 공급할 수 없어, 차단 소자 (80) 의 용도가 대전류 용도에 한정되어 있었다.
또, 전류 경로를 발열체 (84) 측으로 전환하는 전류 제어 소자 (87) 도, 전류 정격의 향상에 수반하여 동일하게 정격의 향상이 요구된다. 그리고, 고정격의 전류 제어 소자는, 일반적으로 고가로, 비용 상으로도 불리해진다.
그래서, 본 발명은, 미약한 전류 경로에 장착된 경우에도, 발열체에 가용 도체를 용단시키기에 충분한 전력을 공급할 수 있고, 모든 용도에 사용할 수 있는 차단 소자 및 차단 소자 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 차단 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판에 형성되고, 제 1 회로를 구성하는 제 1 및 제 2 전극과, 상기 절연 기판에 형성되고, 제 2 회로를 구성하는 제 3 ∼ 제 5 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 간에 걸쳐 탑재된 제 1 가용 도체와, 상기 제 3 및 제 4 전극 간에 접속된 발열체와, 상기 제 4 및 제 5 전극 간에 걸쳐 탑재된 제 2 가용 도체를 구비하고, 상기 제 3 ∼ 제 5 전극 간에 전류를 흐르게 하여 상기 발열체가 발열한 열에 의해, 상기 제 1 가용 도체를 용단시킨 후에, 상기 제 2 가용 도체를 용단시키는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 차단 소자 회로는, 제 1 가용 도체를 갖는 제 1 회로와, 상기 제 1 회로와 전기적으로 독립하여 형성되고, 발열체와, 상기 발열체의 일단과 접속된 제 2 가용 도체를 갖는 제 2 회로를 구비하고, 상기 제 2 회로에 전류를 흐르게 하여 상기 발열체가 발열한 열에 의해, 상기 제 1 가용 도체를 용단시켜 상기 제 1 회로를 차단한 후에, 상기 제 2 가용 도체를 용단시키는 것이다.
본 발명에 의하면, 제 1 회로와, 제 1 회로를 차단시키는 제 2 회로가, 전기적으로 독립되어 있기 때문에, 제 1 회로가 장착되는 외부 회로의 종류에 상관없이, 발열체에 대해 제 1 가용 도체를 용단시키기에 충분한 발열량을 얻는 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 제 1 회로가 장착되는 외부 회로로서, 미약한 전류를 흐르게 하는 디지털 신호 회로 등에도 적용할 수 있다.
도 1 은, 본 발명이 적용된 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도, (C) 는 단면도이다.
도 2 는, 본 발명이 적용된 차단 소자의 회로도이다.
도 3 은, 본 발명이 적용된 차단 소자 회로의 회로도이다.
도 4 는, 본 발명이 적용된 차단 소자의 제 1 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 회로도, (C) 는 단면도이다.
도 5 는, 본 발명이 적용된 차단 소자의 제 2 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 회로도, (C) 는 단면도이다.
도 6 은, 본 발명이 적용된 차단 소자의 응용예를 나타내는 도면이고, (A) 는 제 1, 제 2 가용 도체의 용단 전, (B) 는 용단 후를 나타낸다.
도 7 은, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 8 은, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 9 는, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 10 은, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 11 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층을 갖고, 피복 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이고, (A) 는 고융점 금속층을 내층으로 하고 저융점 금속층으로 피복한 구조를 나타내고, (B) 는 저융점 금속층을 내층으로 하고 고융점 금속층으로 피복한 구조를 나타낸다.
도 12 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 13 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 다층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 단면도이다.
도 14 는, 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 15 는, 고융점 금속층의 표면에 원형의 개구부가 형성되어 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 16 은, 고융점 금속층에 원형의 개구부가 형성되어 내부에 저융점 금속이 충전된 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 17 은, 본 발명의 참고예에 관련된 차단 소자를 나타내는 평면도이다.
도 18 은, 본 발명의 참고예에 관련된 차단 소자의 회로도이다.
도 2 는, 본 발명이 적용된 차단 소자의 회로도이다.
도 3 은, 본 발명이 적용된 차단 소자 회로의 회로도이다.
도 4 는, 본 발명이 적용된 차단 소자의 제 1 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 회로도, (C) 는 단면도이다.
도 5 는, 본 발명이 적용된 차단 소자의 제 2 가용 도체가 용단된 상태를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 회로도, (C) 는 단면도이다.
도 6 은, 본 발명이 적용된 차단 소자의 응용예를 나타내는 도면이고, (A) 는 제 1, 제 2 가용 도체의 용단 전, (B) 는 용단 후를 나타낸다.
도 7 은, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 8 은, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 9 는, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 10 은, 본 발명이 적용된 다른 차단 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 A-A' 단면도이다.
도 11 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층을 갖고, 피복 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이고, (A) 는 고융점 금속층을 내층으로 하고 저융점 금속층으로 피복한 구조를 나타내고, (B) 는 저융점 금속층을 내층으로 하고 고융점 금속층으로 피복한 구조를 나타낸다.
도 12 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 13 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 다층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 단면도이다.
도 14 는, 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 15 는, 고융점 금속층의 표면에 원형의 개구부가 형성되어 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 16 은, 고융점 금속층에 원형의 개구부가 형성되어 내부에 저융점 금속이 충전된 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 17 은, 본 발명의 참고예에 관련된 차단 소자를 나타내는 평면도이다.
도 18 은, 본 발명의 참고예에 관련된 차단 소자의 회로도이다.
이하, 본 발명이 적용된 차단 소자 및 차단 소자 회로에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 변경이 가능한 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 상호 간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
[제 1 형태]
본 발명이 적용된 차단 소자 (1) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 과, 절연 기판 (10) 에 형성되고, 제 1 회로 (2) 를 구성하는 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 과, 절연 기판 (10) 에 형성되고, 제 2 회로 (3) 를 구성하는 제 3 전극 (13), 제 4 전극 (14) 및 제 5 전극 (15) 과, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 간에 걸쳐 탑재된 제 1 가용 도체 (17) (휴즈) 와, 제 3 및 제 4 전극 (13, 14) 간에 접속된 발열체 (18) 와, 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 간에 걸쳐 탑재된 제 2 가용 도체 (휴즈) (19) 를 구비한다. 도 1(A) 는, 차단 소자 (1) 의 평면도이고, 도 1(B) 는 A-A' 단면도이며, (C) 는 단면도이다.
절연 기판 (10) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성된다. 그 외, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 되지만, 휴즈 용단시의 온도에 유의할 필요가 있다.
[제 1 및 제 2 전극：제 1 회로]
제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 은, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성 됨과 함께, 후술하는 절연 부재 (21) 상에 적층되어 있다. 또, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 은, 스루홀 (20) 을 개재하여 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성된 외부 접속 단자와 연속되어 있다.
제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 은, 제 1 가용 도체 (17) 가 탑재됨으로써 전기적으로 접속되어 있다. 이로써, 차단 소자 (1) 는, 제 1 전극 (11) ∼ 제 1 가용 도체 (17) ∼ 제 2 전극 (12) 에 이르는 제 1 회로 (2) 를 구성하고, 제 1 회로 (2) 는, 차단 소자 (1) 가 실장되는 회로 기판 상에 형성된 회로의 일부에 장착된다.
제 1 회로 (2) 가 장착되는 회로는, 차단 소자 (1) 가 실장되는 전자 기기의 전류 라인이고, 예를 들어 리튬 이온 2 차 전지의 배터리 팩에 있어서의 충방전 회로, 각종 전자 기기의 전원 회로, 혹은, 디지털 신호 회로 등, 전류의 강약에 관계없이 물리적인 전류 경로의 차단이 요구되는 모든 회로에 적용할 수 있다.
[발열체]
발열체 (18) 는, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 적층되고, 절연 부재 (21) 에 덮여 있다. 발열체 (18) 는, 비교적 저항값이 높게 통전하면 발열되는 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 절연 기판 (10) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하고, 소성하거나 함으로써 형성된다. 발열체 (18) 는, 일단이 제 3 전극 (13) 과 접속되고, 타단이 제 4 전극 (14) 과 접속되어 있다.
발열체 (18) 를 덮도록 절연 부재 (21) 가 배치되고, 이 절연 부재 (21) 를 개재하여 발열체 (18) 와 중첩하도록 제 1 전극 (11), 제 2 전극 (12), 제 4 전극 (14) 및 제 5 전극 (15) 이 적층되어 있다. 절연 부재 (21) 로는, 예를 들어 유리를 사용할 수 있다. 또한, 차단 소자 (1) 는, 발열체 (18) 의 열을 효율적으로 제 1 가용 도체 (13) 에 전달하기 위해서, 발열체 (18) 와 절연 기판 (10) 사이에도 절연 부재를 적층하고, 발열체 (18) 를 절연 기판 (10) 의 표면에 형성된 절연 부재 (21) 의 내부에 설치해도 된다.
[제 3 ∼ 제 5 전극：제 2 회로]
제 3 전극 (13) 은, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성되고, 발열체 (18) 의 일단과 접속되어 있다. 제 4 전극 (14) 은, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성됨으로써 발열체 (18) 의 타단과 접속됨과 함께, 절연 부재 (21) 상에 적층되어 있다. 제 5 전극 (15) 은, 절연 부재 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성됨과 함께, 절연 부재 (21) 상에 적층되어 있다. 또한, 제 3 전극 (13) 및 제 5 전극 (15) 은, 스루홀 (20) 을 개재하여 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성된 외부 접속 단자와 연속되어 있다.
제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 은, 절연 부재 (21) 상에 있어서, 제 2 가용 도체 (19) 가 탑재됨으로써 전기적으로 접속되어 있다. 이로써, 제 3 ∼ 제 5 전극 (13 ∼ 15) 은, 상기 제 1 회로 (2) 와 전기적으로 독립된 제 2 회로 (3) 를 구성한다. 제 2 회로 (3) 는, 제 1 회로 (2) 의 제 1 가용 도체 (17) 를 가열, 용단하기 위한 회로이고, 제 1 가용 도체 (17) 를 용단하여 제 1 회로 (2) 를 차단한 후에는, 제 2 가용 도체 (19) 를 용단함으로써 자신도 차단하여, 발열체 (18) 에 대한 급전을 정지한다.
[가용 도체]
제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 발열체 (18) 의 발열에 의해 신속하게 용단되는 어느 금속을 사용할 수 있고, 예를 들어, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속을 바람직하게 사용할 수 있다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유해도 된다. 저융점 금속으로는, 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, 차단 소자 (1) 를 리플로 실장하는 경우에, 리플로 온도가 저융점 금속의 용융 온도를 초과하여, 저융점 금속이 용융되어도, 내층의 저융점 금속의 외부로의 유출을 억제하여, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 의 형상을 유지할 수 있다. 또, 용단시에도, 저융점 금속이 용융됨으로써, 고융점 금속을 용식 (溶食) (땜납 침식) 함으로써, 고융점 금속의 융점 이하의 온도에서 신속하게 용단할 수 있다. 또한, 제 1 ∼ 제 3 가용 도체 (21 ∼ 23) 는, 이후에 설명하는 바와 같이, 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.
제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속층을 내층으로 하고, 고융점 금속층을 외층으로 하여 구성할 수 있다. 이와 같은 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속박에, 고융점 금속층을 도금 기술을 사용하여 성막함으로써 형성할 수 있고, 혹은, 다른 주지의 적층 기술, 막 형성 기술을 사용하여 형성할 수도 있다. 또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 고융점 금속층을 내층으로 하고, 저융점 금속층을 외층으로 하여 구성해도 되고, 또 저융점 금속층과 고융점 금속층이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 해도 된다.
또한, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 상, 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 상에, 땜납 등을 사용하여 접속되어 있다. 또, 제 1 회로 (2) 를 디지털 신호 회로에 적용하는 경우, 제 1 가용 도체 (17) 의 외층으로서, 고주파 특성이 양호한 은 도금층을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 제 1 가용 도체 (17) 는, 표면 효과에 의한 저저항화를 도모하여 고주파 특성을 향상시킴과 함께, 순간적인 대전류가 흘렀을 때에도 외층인 은 도금층을 흘러, 자기 발열에 의한 용단을 방지하는 내(耐)펄스성을 향상시킬 수 있다.
[제 1 가용 도체의 선용융]
여기서, 차단 소자 (1) 는, 제 1 회로 (2) 의 제 1 가용 도체 (17) 가, 제 2 회로 (3) 의 제 2 가용 도체 (19) 보다 먼저 용단되도록 형성되어 있다. 제 1 가용 도체 (17) 보다 먼저 제 2 가용 도체 (19) 가 용단되면, 발열체 (18) 에 대한 급전이 정지되어, 제 1 가용 도체 (17) 를 용단할 수 없어지기 때문이다.
그래서, 차단 소자 (1) 는, 발열체 (18) 가 발열하면, 제 1 가용 도체 (17) 가 먼저 용단되도록 형성되어 있다. 구체적으로, 차단 소자 (1) 의 제 1 가용 도체 (17) 는, 제 2 가용 도체 (19) 보다, 발열체 (18) 의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있다.
여기서, 발열체 (18) 의 발열 중심이란, 발열체 (18) 가 발열함으로써 발현하는 열 분포 중, 발열 초기의 단계에서 가장 고온이 되는 영역을 말한다. 발열체 (18) 로부터 발하여지는 열은 절연 기판 (10) 으로부터의 방열량이 가장 많아, 절연 기판 (10) 을 내열 충격성이 우수하지만 열전도율도 높은 세라믹스 재료에 의해 형성했을 경우 등에는, 절연 기판 (10) 으로 열이 확산되어 버린다. 그 때문에, 발열체 (18) 는 통전이 개시된 발열 초기의 단계에서는, 절연 기판 (10) 과 접하는 외측 가장자리로부터 가장 먼 중심이 가장 뜨겁고, 절연 기판 (10) 과 접하는 외측 가장자리를 향함에 따라 방열되어 온도가 잘 오르지 않게 된다.
그래서, 차단 소자 (1) 는, 제 1 가용 도체 (17) 를, 제 2 가용 도체 (19) 보다, 발열체 (18) 의 발열 초기에 있어서 가장 고온이 되는 발열 중심에 가까운 위치에 탑재함으로써, 제 2 가용 도체 (19) 보다 빨리 열이 전달되어, 용단되도록 한다. 제 2 가용 도체 (19) 는, 제 1 가용 도체 (17) 보다 늦게 가열되기 때문에, 제 1 가용 도체 (17) 가 용단된 후에 용단된다.
또, 차단 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 의 형상을 바꿈으로써, 제 1 가용 도체 (17) 가 먼저 용단되도록 해도 된다. 예를 들어, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 단면적이 작을수록 용단이 용이해지므로, 차단 소자 (1) 는, 제 1 가용 도체 (17) 의 단면적을 제 2 가용 도체 (19) 의 단면적보다 작게 함으로써, 제 2 가용 도체 (19) 보다 먼저 용단시킬 수 있다.
또, 차단 소자 (1) 는, 제 1 가용 도체 (17) 를 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 간의 전류 경로를 따라 폭이 좁고 또한 길게 형성하고, 제 2 가용 도체 (19) 를 제4, 제 5 전극 (14, 15) 간의 전류 경로를 따라 폭이 넓고 또한 짧게 형성해도 된다. 이로써, 제 1 가용 도체 (17) 는, 제 2 가용 도체 (19) 보다 상대적으로 잘 용단되는 형상이 되어, 발열체 (18) 의 발열에 의해, 제 2 가용 도체 (19) 보다 먼저 용단된다.
또, 차단 소자 (1) 는, 제 1 가용 도체 (17) 의 재료로서, 제 2 가용 도체 (19) 의 재료보다 융점이 낮은 것으로 형성해도 된다. 이로써도, 발열체 (18) 의 발열에 의해 제 1 가용 도체 (17) 를 제 2 가용 도체 (19) 보다 잘 용단되게 하여, 확실하게 제 1 가용 도체 (17) 를 제 2 가용 도체 (19) 보다 먼저 용단시킬 수 있다.
그 외에도, 차단 소자 (1) 는, 제 1 가용 도체 (17) 와 제 2 가용 도체 (19) 의 층 구조를 바꿈으로써 융점에 차를 형성하여, 상대적으로 제 1 가용 도체 (17) 를 제 2 가용 도체 (19) 보다 잘 용단되게 하여, 발열체 (18) 의 발열에 의해, 제 1 가용 도체 (17) 를 제 2 가용 도체 (19) 보다 먼저 용단시키도록 해도 된다.
[그 외]
또한, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 의 산화 방지, 및 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 의 용융시에 있어서의 젖음성을 향상시키기 위해서, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 상에는 플럭스 (22) 가 도포되어 있다.
또, 차단 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 이 커버 부재 (23) 에 덮임으로써 그 내부가 보호되고 있다. 커버 부재 (23) 는, 상기 절연 기판 (10) 과 마찬가지로, 예를 들어, 열가소성 플라스틱, 세라믹스, 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 형성되어 있다.
[회로 구성]
이어서, 차단 소자 (1) 의 회로 구성에 대해 설명한다. 도 2 에 차단 소자 (1) 의 회로도를 나타낸다. 도 3 에, 차단 소자 (1) 가 적용된 차단 소자 회로 (30) 의 일례를 나타낸다. 차단 소자 (1) 는, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 이 제 1 가용 도체 (17) 를 개재하여 연속함으로써 형성되는 제 1 회로 (2) 를 갖는다. 제 1 회로 (2) 는, 차단 소자 (1) 가 실장되는 회로 기판의 전류 경로 상에 직렬 접속됨으로써, 전원 회로나 디지털 신호 회로 등의 각종 외부 회로 (31) 에 장착된다.
또, 차단 소자 (1) 는, 제 4 전극 (14) 을 개재하여 발열체 (18) 와 제 2 가용 도체 (19) 가 직렬 접속된 제 2 회로 (3) 를 갖는다. 제 2 회로 (3) 는, 제 1 회로 (2) 와 전기적으로 독립하여, 열적으로 접속 가능하게 되어 있다. 발열체 (18) 는, 일단이 제 3 전극 (13) 과 접속되고, 타단이 제 4 전극 (14) 과 접속되어 있다. 또, 제 2 가용 도체 (19) 는, 제 4 전극 (14) 과 제 5 전극 (15) 사이에 걸쳐 탑재되어 있다. 제 3 전극 (13) 은, 외부 접속 단자를 개재하여 제 2 회로 (3) 에 대한 급전을 제어하는 전류 제어 소자 (25) 에 접속되고, 제 5 전극 (15) 은, 외부 접속 단자를 개재하여 외부 전원 (26) 과 접속된다.
전류 제어 소자 (25) 는, 제 2 회로 (3) 에 대한 급전을 제어하는 스위치 소자이고, 예를 들어 FET 에 의해 구성되고, 제 1 회로 (2) 의 전기적으로 또한 물리적인 차단의 필요 여부를 검출하는 검출 회로 (27) 와 접속되어 있다. 검출 회로 (27) 는, 차단 소자 (1) 의 제 1 회로 (2) 가 장착된 각종 회로를 차단할 필요가 있는 사태를 검출하는 회로이고, 예를 들어 배터리 팩의 이상 전압, 네트워크 통신 기기에 있어서의 해킹이나 크랙킹, 혹은 소프트웨어의 라이센스 기간의 만료 등, 제 1 회로 (2) 의 차단에 의해 물리적, 불가역적으로 전류 경로를 끊어, 외부와 차단할 필요가 발생한 경우에 전류 제어 소자 (25) 를 동작시킨다.
이로써, 제 2 회로 (3) 에 외부 전원 (26) 의 전력이 공급되고, 발열체 (18) 가 발열함으로써 제 1 가용 도체 (17) 가 용단된다 (도 4(A)(B)(C)). 제 1 가용 도체 (17) 의 용융 도체는, 젖음성이 높은 제 1 전극 (11) 및 제 2 전극 (12) 상으로 유인된다. 따라서, 제 1 가용 도체 (17) 는, 확실하게 제 1 회로 (2) 를 차단할 수 있다. 또, 제 1 가용 도체 (17) 가 제 2 가용 도체 (19) 보다 먼저 용단되기 때문에, 제 2 회로 (3) 는, 제 1 회로 (2) 가 차단될 때까지 확실하게 발열체 (18) 에 급전하여, 발열시킬 수 있다.
발열체 (18) 는, 제 1 가용 도체 (17) 의 용단 후에도 발열을 계속하지만, 제 1 가용 도체 (17) 에 이어서 제 2 가용 도체 (19) 도 용단됨으로써, 제 2 회로 (3) 도 차단된다 (도 5(A)(B)(C)). 이로써, 발열체 (18) 에 대한 급전도 정지된다.
이와 같은 차단 소자 (1) 및 차단 소자 회로 (30) 에 의하면, 외부 회로 (31) 에 장착되는 제 1 회로 (2) 와, 제 1 회로를 차단시키는 제 2 회로 (3) 가, 전기적으로 독립되어 있기 때문에, 외부 회로 (31) 의 종류에 상관없이, 발열체 (18) 에 대해 제 1 가용 도체 (17) 를 용단시키기에 충분한 발열량을 얻는 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 차단 소자 (1) 및 차단 소자 회로 (30) 에 의하면, 제 1 회로 (2) 가 장착되는 외부 회로 (31) 로서, 미약한 전류를 흐르게 하는 디지털 신호 회로에 적용할 수도 있다.
예를 들어, 도 6(A) 에 나타내는 바와 같이, 차단 소자 (1) 및 차단 소자 회로 (30) 는, 정보 시큐러티를 목적으로 하여, 제 1 회로 (2) 를 데이터 서버 (33) 와 인터넷 회선 (34) 사이에 장착하고, 검출 회로 (27) 에 의해 해킹이나 크랙킹을 검출했을 때에는, 도 6(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 회로 (2) 를 차단함으로써 물리적, 불가역적으로 신호 라인을 인터넷 회선 (34) 으로부터 분리하여, 정보의 유출을 방지할 수 있다.
그 외에도, 차단 소자 (1) 및 차단 소자 회로 (30) 는, 디바이스의 물리적인 라이센스 인증의 취소, PL (Product Liability) 대책으로서 디바이스의 개조 행위에 대한 기능 정지 등에 응용할 수도 있다.
또, 차단 소자 (1) 및 차단 소자 회로 (30) 에 의하면, 제 1 회로 (2) 와 전기적으로 독립하여 제 2 회로 (3) 를 형성하고 있으므로, 발열체 (18) 에 대한 급전을 제어하는 전류 제어 소자 (25) 를, 제 1 회로 (2) 의 정격에 상관없이, 발열체 (18) 의 정격에 따라 선택할 수 있어, 보다 저렴하게 제조할 수 있다.
[제 2 형태]
차단 소자는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (18) 를 절연 기판 (10) 의 제 1 ∼ 제 5 전극 (11 ∼ 15) 이 형성되어 있는 표면 (10a) 상에 형성하고, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12), 그리고 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 을 중첩시키는 것 외에도, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 의 제 1 ∼ 제 5 전극 (11 ∼ 15) 이 형성되어 있는 표면 (10a) 과 반대측의 이면 (10b) 에 형성해도 된다. 도 7(A) 는, 발열체 (18) 가 절연 기판 (10) 의 이면에 형성된 차단 소자 (40) 의 평면도이고, 도 7(B) 는, A-A' 단면도이다. 또한, 상기 서술한 차단 소자 (1) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 상세를 생략한다.
차단 소자 (40) 는, 제 3 전극 (13) 및 제 4 전극 (14) 의 일단도, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측에 형성된다. 제 4 전극 (14) 의 타단은, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성되고, 제 5 전극 (15) 과의 사이에서 제 2 가용 도체 (19) 가 탑재된다. 제 4 전극 (14) 의 일단과 타단은, 스루홀 (20) 을 개재하여 연속되어 있다.
차단 소자 (40) 는, 발열체 (18) 를 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성 함으로써, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 이 평탄해져, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이나, 제 4 전극 (14) 의 타단측, 제 5 전극 (15) 을 간이한 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 이 경우, 발열체 (18) 상에는, 절연 부재 (21) 가 형성되고, 발열체 (18) 의 보호를 도모함과 함께, 차단 소자 (1) 의 실장시의 절연성을 확보할 수 있다.
또, 이 때, 발열체 (18) 와 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 을 중첩시켜, 제 1 가용 도체 (17) 를 제 2 가용 도체 (19) 보다 발열체 (18) 의 발열 중심에 가까운 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 또, 발열체 (18) 와 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 을 중첩시켜, 제 2 가용 도체 (19) 에도 발열체 (18) 의 열을 효율적으로 전달하도록 해도 된다.
[제 3 형태]
또, 차단 소자는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (18) 를, 절연 기판 (10) 의 내부에 형성해도 된다. 도 8(A) 는, 발열체 (18) 가 절연 기판 (10) 의 내부에 형성된 차단 소자 (50) 의 평면도이고, 도 8(B) 는, A-A' 단면도이다. 또한, 상기 서술한 차단 소자 (1) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 상세를 생략한다.
차단 소자 (50) 는, 예를 들어, 절연 기판 (10) 을 세라믹스 재료로 형성하는 경우, 표면에 발열체 (18), 제 3 전극 (13), 제 4 전극 (14) 의 일단을 형성한 후, 추가로 세라믹스재를 적층함으로써, 발열체 (18) 가 내부에 형성된 절연 기판 (10) 을 얻을 수 있다. 제 3 전극 (13) 및 제 4 전극 (14) 의 각 일단은, 각각 스루홀 (20) 을 개재하여 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 또는 이면 (10b) 에 형성된 타단과 접속되어 있다.
차단 소자 (50) 는, 발열체 (18) 를 절연 기판 (10) 의 내부에 형성함으로써도, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 이 평탄해져, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 이나, 제 4 전극 (14) 의 타단측, 제 5 전극 (15) 을 간이한 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 차단 소자 (50) 는, 발열체 (18) 가 절연 기판 (10) 의 내부에 형성되어 있으므로, 절연 부재 (21) 를 형성할 필요는 없다.
또, 이 때, 발열체 (18) 와 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 을 중첩시켜, 제 1 가용 도체 (17) 를 제 2 가용 도체 (19) 보다 발열체 (18) 의 발열 중심에 가까운 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 또, 발열체 (18) 와 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 을 중첩시켜, 제 2 가용 도체 (19) 에도 발열체 (18) 의 열을 효율적으로 전달하도록 해도 된다.
[제 4 형태]
또, 차단 소자 (1) 는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 발열체 (18) 를, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 있어서, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12), 그리고 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 과 나란히 형성해도 된다. 도 9(A) 는, 발열체 (18) 가 절연 기판 (10) 의 표면 상에 있어서 제 1 및 제 2 전극 (11, 12), 그리고 제 4 및 제 5 전극 (14, 15) 과 나란히 형성된 차단 소자 (60) 의 평면도이고, 도 9(B) 는, A-A' 단면도이다. 또한, 상기 서술한 차단 소자 (1) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙여 그 상세를 생략한다.
차단 소자 (60) 는, 제 1 가용 도체 (17) 를 제 2 가용 도체 (19) 보다 발열체 (18) 의 발열 중심의 근처에 배치하는 것이 바람직하다. 또, 도 10(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 만을 절연 부재 (21) 를 개재하여 발열체 (18) 상과 중첩시키고, 제 1 가용 도체 (17) 만을 발열체 (18) 위에 중첩 배치해도 된다. 이로써, 제 1 가용 도체 (17) 는, 제 2 가용 도체 (19) 보다 발열체 (18) 에 가까운 위치에 배치되어, 제 2 가용 도체 (19) 보다 먼저 용단될 수 있다.
[제 1, 제 2 가용 도체]
상기 서술한 바와 같이, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 의 어느 것 또는 전부는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유해도 된다. 이 때, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 11(A) 에 나타내는 바와 같이, 내층으로서 Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등으로 이루어지는 고융점 금속층 (40) 이 형성되고, 외층으로서 Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등으로 이루어지는 저융점 금속층 (41) 이 형성된 가용 도체를 사용해도 된다. 이 경우, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 고융점 금속층 (40) 의 전체면이 저융점 금속층 (41) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다. 고융점 금속층 (40) 이나 저융점 금속층 (41) 에 의한 피복 구조는, 도금 등의 공지된 성막 기술을 사용하여 형성할 수 있다.
또, 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 내층으로서 저융점 금속층 (41) 이 형성되고, 외층으로서 고융점 금속층 (40) 이 형성된 가용 도체를 사용해도 된다. 이 경우도, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속층 (41) 의 전체면이 고융점 금속층 (40) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (40) 과 저융점 금속층 (41) 이 적층된 적층 구조로 해도 된다.
이 경우, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 12(A) 에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이나 제 4, 제 5 전극 (14, 15) 에 탑재되는 하층과, 하층 위에 적층되는 상층으로 이루어지는 2 층 구조로서 형성되고, 하층이 되는 고융점 금속층 (40) 의 상면에 상층이 되는 저융점 금속층 (41) 을 적층해도 되며, 반대로 하층이 되는 저융점 금속층 (41) 의 상면에 상층이 되는 고융점 금속층 (40) 을 적층해도 된다. 혹은, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 12(B) 에 나타내는 바와 같이, 내층과 내층의 상하면에 적층되는 외층으로 이루어지는 3 층 구조로서 형성해도 되고, 내층이 되는 고융점 금속층 (40) 의 상하면에 외층이 되는 저융점 금속층 (41) 을 적층해도 되며, 반대로 내층이 되는 저융점 금속층 (41) 의 상하면에 외층이 되는 고융점 금속층 (40) 을 적층해도 된다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (40) 과 저융점 금속층 (41) 이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 해도 된다. 이 경우, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 최외층을 구성하는 금속층에 의해, 전체면 또는 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하여 피복된 구조로 해도 된다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (41) 의 표면에 고융점 금속층 (40) 을 스트라이프상으로 부분적으로 적층시켜도 된다. 도 14 는, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 의 평면도이다.
도 14(A) 에 나타내는 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속층 (41) 의 표면에, 폭 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (40) 이 길이 방향으로 복수 형성됨으로써, 길이 방향을 따라 선상의 개구부 (42) 가 형성되고, 이 개구부 (42) 로부터 저융점 금속층 (41) 이 노출되어 있다. 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속층 (41) 이 개구부 (42) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하여, 고융점 금속층 (40) 의 침식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다. 개구부 (42) 는, 예를 들어, 저융점 금속층 (41) 에 고융점 금속층 (40) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 14(B) 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (41) 의 표면에, 길이 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (40) 을 폭 방향으로 복수 형성함으로써, 폭 방향을 따라 선상의 개구부 (42) 를 형성해도 된다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (41) 의 표면에 고융점 금속층 (40) 을 형성함과 함께, 고융점 금속층 (40) 의 전체면에 걸쳐 원형의 개구부 (43) 가 형성되고, 이 개구부 (43) 로부터 저융점 금속층 (41) 을 노출시켜도 된다. 개구부 (43) 는, 예를 들어, 저융점 금속층 (41) 에 고융점 금속층 (40) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.
제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속층 (41) 이 개구부 (43) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하여 고융점 금속의 침식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 내층이 되는 고융점 금속층 (40) 에 다수의 개구부 (44) 를 형성하고, 이 고융점 금속층 (40) 에, 도금 기술 등을 사용하여 저융점 금속층 (41) 을 성막하고, 개구부 (44) 내에 충전해도 된다. 이로써, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 용융되는 저융점 금속이 고융점 금속에 접하는 면적이 증대되므로, 보다 단시간에 저융점 금속이 고융점 금속을 용식할 수 있게 된다.
또, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속층 (41) 의 체적을, 고융점 금속층 (40) 의 체적보다 많이 형성하는 것이 바람직하다. 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 발열체 (18) 에 의해 가열됨으로써, 저융점 금속이 용융됨으로써 고융점 금속을 용식하고, 이로써 신속하게 용융, 용단할 수 있다. 따라서, 제 1, 제 2 가용 도체 (17, 19) 는, 저융점 금속층 (41) 의 체적을 고융점 금속층 (40) 의 체적보다 많이 형성함으로써, 이 용식 작용을 촉진하여, 신속하게 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 간의 차단, 및 제 4, 제 5 전극 (14, 15) 간의 차단을 실시할 수 있다.
1, 40, 50, 60 : 차단 소자
2 : 제 1 회로
3 : 제 2 회로
10 : 절연 기판
10a : 표면
10b : 이면
11 : 제 1 전극
12 : 제 2 전극
13 : 제 3 전극
14 : 제 4 전극
15 : 제 5 전극
17 : 제 1 가용 도체
18 : 발열체
19 : 제 2 가용 도체
20 : 스루홀
21 : 절연 부재
22 : 플럭스
23 : 커버 부재
25 : 전류 제어 소자
26 : 외부 전원
27 : 검출 회로
30 : 차단 소자 회로
31 : 외부 회로
33 : 데이터 서버
34 : 인터넷 회선
40 : 고융점 금속층
41 : 저융점 금속층
42 ∼ 44 : 개구부
2 : 제 1 회로
3 : 제 2 회로
10 : 절연 기판
10a : 표면
10b : 이면
11 : 제 1 전극
12 : 제 2 전극
13 : 제 3 전극
14 : 제 4 전극
15 : 제 5 전극
17 : 제 1 가용 도체
18 : 발열체
19 : 제 2 가용 도체
20 : 스루홀
21 : 절연 부재
22 : 플럭스
23 : 커버 부재
25 : 전류 제어 소자
26 : 외부 전원
27 : 검출 회로
30 : 차단 소자 회로
31 : 외부 회로
33 : 데이터 서버
34 : 인터넷 회선
40 : 고융점 금속층
41 : 저융점 금속층
42 ∼ 44 : 개구부
Claims (23)
- 절연 기판과,
상기 절연 기판에 형성되고, 제 1 회로를 구성하는 제 1 및 제 2 전극과,
상기 절연 기판에 형성되고, 제 2 회로를 구성하는 제 3 ∼ 제 5 전극과,
상기 제 1 및 제 2 전극 간에 걸쳐 탑재된 제 1 가용 도체와,
상기 제 3 및 제 4 전극 간에 접속된 발열체와,
상기 제 4 및 제 5 전극 간에 걸쳐 탑재된 제 2 가용 도체를 구비하고,
상기 제 3 ∼ 제 5 전극 간에 전류를 흐르게 하여 상기 발열체가 발열한 열에 의해, 상기 제 1 가용 도체를 용단시킨 후에, 상기 제 2 가용 도체를 용단시키는, 차단 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체는, 상기 제 2 가용 도체보다, 상기 발열체의 발열 중심에 가까운 위치에 탑재되어 있는, 차단 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체의 단면적은, 상기 제 2 가용 도체의 단면적보다 작은, 차단 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체의 길이는, 상기 제 2 가용 도체의 길이보다 긴, 차단 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체의 융점이, 상기 제 2 가용 도체의 융점보다 낮은, 차단 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 5 전극이 형성되어 있는 면의 표면에 절연층을 구비하고,
상기 발열체는, 상기 절연 기판과 상기 절연층 사이, 또는 상기 절연층의 내부에 형성되어 있는, 차단 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 발열체는, 상기 절연 기판의 상기 표면과 반대측의 면에 형성되어 있는, 차단 소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 발열체는, 상기 절연 기판의 내부에 형성되어 있는, 차단 소자. - 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발열체는, 상기 제 1 및 제 2 전극이 중첩되는, 차단 소자. - 제 9 항에 있어서,
상기 발열체는, 상기 제 4 및 제 5 전극이 중첩되는, 차단 소자. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 절연 기판의 상기 제 1 ∼ 제 5 전극이 형성되어 있는 면의 표면에 절연층을 구비하고,
상기 발열체는, 상기 절연 기판과 상기 절연층 사이에 형성됨과 함께, 상기 제 1 및 제 2 전극, 그리고 상기 제 4 및 제 5 전극과 나란히 형성되어 있는, 차단 소자. - 제 1 항, 제 2 항, 및 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납인, 차단 소자. - 제 1 항, 제 2 항, 및 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유하고,
상기 저융점 금속이 상기 발열체로부터의 가열에 의해 용융되고, 상기 고융점 금속을 용식하는, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 저융점 금속은 땜납이고,
상기 고융점 금속은, Ag, Cu 또는 Ag 혹은 Cu 를 주성분으로 하는 합금인, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 내층이 고융점 금속이고, 외층이 저융점 금속의 피복 구조인, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 내층이 저융점 금속이고, 외층이 고융점 금속의 피복 구조인, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속이 적층된 적층 구조인, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속과 고융점 금속이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조인, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 내층을 구성하는 저융점 금속의 표면에 형성된 고융점 금속에, 개구부가 형성되어 있는, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 다수의 개구부를 갖는 고융점 금속층과, 상기 고융점 금속층 상에 형성된 저융점 금속층을 갖고, 상기 개구부에 저융점 금속이 충전되어 있는, 차단 소자. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 가용 도체 및/또는 상기 제 2 가용 도체는, 저융점 금속의 체적이, 고융점 금속의 체적보다 많은, 차단 소자. - 제 1 가용 도체를 갖는 제 1 회로와,
상기 제 1 회로와 전기적으로 독립하여 형성되고, 발열체와, 상기 발열체의 일단과 접속된 제 2 가용 도체를 갖는 제 2 회로를 구비하고,
상기 제 2 회로에 전류를 흐르게 하여 상기 발열체가 발열한 열에 의해, 상기 제 1 가용 도체를 용단시켜 상기 제 1 회로를 차단한 후에, 상기 제 2 가용 도체를 용단시키는, 차단 소자 회로. - 제 22 항에 있어서,
상기 제 2 회로는, 상기 발열체 및 상기 제 2 가용 도체가 전원 및 스위치 소자에 접속되고, 상기 스위치 소자를 구동시킴으로써 전류가 흐르는, 차단 소자 회로.
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