KR20220150959A - 보호 소자 및 배터리 팩 - Google Patents

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KR20220150959A
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KR1020227034944A
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유지 기무라
지사토 고모리
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데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
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Abstract

고전압이 인가된 경우여도 스파크가 발생하기 어려워 안전하고 또한 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있는 보호 소자 및 이것을 사용한 배터리 팩을 제공한다. 절연 기판 (2) 과, 퓨즈 엘리먼트 (3) 와, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단하는 발열체 (4) 와, 발열체 급전 전극 (5) 과, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 인출되고, 발열체 (4) 의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극 (6) 과, 퓨즈 엘리먼트 (3) 와 접하는 중간 전극 (8) 과, 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 을 접속하는 발열체 접속 전극 (9) 과, 발열체 접속 전극 (9) 으로부터 인출되고, 발열체 (4) 의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극 (10) 과, 발열체 (4), 제 1 인출 전극 (6) 및 제 2 인출 전극 (10) 을 피복하고, 중간 전극 (8) 이 적층된 절연층 (7) 을 갖고, 중간 전극 (8) 은, 절연층 (7) 을 개재하여, 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고, 또한 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩한다.

Description

보호 소자 및 배터리 팩
본 기술은, 전류 경로를 용단함으로써, 전류 경로 상에 접속된 회로를 보호하는 보호 소자, 및 이것을 사용한 배터리 팩에 관한 것이다. 본 출원은, 일본에 있어서 2020년 4월 17일에 출원된 일본 특허출원 번호 특원 2020-74410을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.
충전하여 반복 이용할 수 있는 이차 전지의 상당수는, 배터리 팩으로 가공되어 사용자에게 제공된다. 특히 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 이차 전지에 있어서는, 사용자 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해서, 일반적으로, 과충전 보호, 과방전 보호 등의 몇 가지의 보호 회로를 배터리 팩에 내장하여, 소정의 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 가지고 있다.
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 이상하게 저하하거나, 반대로 과대 이상 전압을 출력한 경우여도 배터리 팩이나 전자 기기는, 발화 등의 사고로부터 보호되어야 한다. 그래서, 이와 같은 상정할 수 있는 어떠한 이상 상태에 있어서도, 배터리 셀의 출력을 안전하게 차단하기 위해서, 외부로부터의 신호에 의해 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 퓨즈 소자로 이루어지는 보호 소자가 사용되고 있다.
이와 같은 리튬 이온 이차 전지 등 용도의 보호 회로의 보호 소자로서, 보호 소자 내부에 발열체를 갖고, 이 발열체의 발열에 의해 전류 경로 상의 가용 도체를 용단하는 구조가 이용되고 있다.
리튬 이온 이차 전지의 용도는, 최근 확대되고 있어, 보다 대전류의 용도, 예를 들어 전동 드라이버 등의 전동 공구나, 하이브리드 카, 전기 자동차, 전동 어시스트 자전거 등의 수송 기기, 축전지 등에 채용이 검토되고, 일부 채용이 개시되고 있다. 이들 용도에 있어서, 기동 시 등에는, 수 10 A ∼ 100 A 를 초과하는 대전류가 흐르는 경우가 있다. 이와 같은 대전류 용량에 대응한 보호 소자의 실현이 요망되고 있다.
이와 같은 대전류에 대응하는 보호 소자를 실현하기 위해서, 단면적을 증대시킨 가용 도체를 사용하고, 발열체를 형성한 절연 기판의 표면에, 이 가용 도체를 접속한 보호 소자도 제안되어 있다.
도 27 은, 종래의 보호 소자의 일 구성예를 나타내는 도면이며, (A) 는 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도이며, (B) 는 단면도이며, (C) 는 저면도이다. 도 27 에 나타내는 보호 소자 (100) 는, 절연 기판 (101) 과, 절연 기판 (101) 의 표면 상에 형성된 제 1, 제 2 전극 (102, 103) 과, 절연 기판 (101) 의 표면에 형성된 발열체 (104) 와, 발열체 (104) 를 피복하는 절연층 (105) 과, 절연층 (105) 상에 적층됨과 함께 발열체 (104) 와 접속된 중간 전극 (106) 과, 제 1 전극 (102), 중간 전극 (106), 및 제 2 전극 (103) 에 걸쳐서 접속용 땜납을 개재하여 탑재되는 퓨즈 엘리먼트 (107) 를 구비한다.
제 1, 제 2 전극 (102, 103) 은, 보호 소자 (100) 가 접속되는 외부 회로의 전류 경로 상에 접속되는 단자부이며, 제 1 전극 (102) 은 절연 기판 (101) 의 이면에 형성된 제 1 외부 접속 전극 (102a) 과 캐스텔레이션을 개재하여 접속되고, 제 2 전극 (103) 은 절연 기판 (101) 의 이면에 형성된 제 2 외부 접속 전극 (103a) 과 캐스텔레이션을 개재하여 접속되어 있다. 보호 소자 (100) 는, 제 1, 제 2 외부 접속 전극 (102a, 103a) 이, 보호 소자 (100) 가 실장되는 외부 회로 기판에 형성된 접속 전극에 접속됨으로써, 퓨즈 엘리먼트 (107) 가 외부 회로 기판 상에 형성된 전류 경로의 일부에 장착된다.
발열체 (104) 는, 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재이고, 예를 들어 니크롬, W, Mo, Ru 등 또는 이들을 포함하는 재료로 이루어진다. 또, 발열체 (104) 는, 절연 기판 (101) 의 표면 상에 형성된 발열체 급전 전극 (108) 과 접속되어 있다. 발열체 급전 전극 (108) 은, 절연 기판 (101) 의 이면에 형성된 제 3 외부 접속 전극 (108a) 과 캐스텔레이션을 개재하여 접속되어 있다. 보호 소자 (100) 는, 제 3 외부 접속 전극 (108a) 이, 보호 소자 (100) 가 실장되는 외부 회로 기판에 형성된 접속 전극에 접속됨으로써, 발열체 (104) 가 외부 회로에 형성된 외부 전원과 접속되어 있다. 그리고, 발열체 (104) 는, 도시되지 않은 스위치 소자 등에 의해 항상, 전류 및 발열이 제어되고 있다.
발열체 (104) 는, 유리층 등으로 이루어지는 절연층 (105) 에 의해 피복됨과 함께, 절연층 (105) 상에 중간 전극 (106) 이 형성됨으로써, 절연층 (105) 을 개재하여 중간 전극 (106) 이 중첩되어 있다. 또, 중간 전극 (106) 상에는 제 1, 제 2 전극 (102, 103) 사이에 걸쳐서 접속된 퓨즈 엘리먼트 (107) 가 접속되어 있다.
이로써, 보호 소자 (100) 는, 발열체 (104) 와 퓨즈 엘리먼트 (107) 가 중첩됨으로써 열적으로 접속되고, 발열체 (104) 가 통전에 의해 발열하면 퓨즈 엘리먼트 (107) 를 용단할 수 있다.
퓨즈 엘리먼트 (107) 는, Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속이나 Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등의 고융점 금속에 의해 형성되거나, 혹은 저융점 금속과 고융점 금속의 적층 구조를 갖는다. 그리고, 퓨즈 엘리먼트 (107) 는, 제 1 전극 (102) 으로부터 중간 전극 (106) 을 걸쳐 제 2 전극 (103) 에 걸쳐 접속됨으로써, 보호 소자 (100) 가 장착된 외부 회로의 전류 경로의 일부를 구성한다. 그리고, 퓨즈 엘리먼트 (107) 는, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열 (줄열) 에 의해 용단되거나, 혹은 발열체 (104) 의 발열에 의해 용단되어, 제 1, 제 2 전극 (102, 103) 간을 차단한다.
그리고, 보호 소자 (100) 는, 외부 회로의 전류 경로를 차단할 필요가 생기면, 스위치 소자에 의해 발열체 (104) 에 통전된다. 이로써, 보호 소자 (100) 는, 발열체 (104) 가 고온으로 발열되고, 외부 회로의 전류 경로 상에 장착된 퓨즈 엘리먼트 (107) 가 용융된다. 퓨즈 엘리먼트 (107) 의 용융 도체는, 젖음성이 높은 중간 전극 (106) 및 제 1, 제 2 전극 (102, 103) 으로 유인됨으로써 퓨즈 엘리먼트 (107) 가 용단된다. 따라서, 보호 소자 (100) 는, 제 1 전극 (102) ∼ 중간 전극 (106) ∼ 제 2 전극 (103) 간을 용단시켜, 외부 회로의 전류 경로를 차단할 수 있다.
또한, 보호 소자로는, 도 27 에 나타내는 구성 외에도 도 28 에 나타내는 바와 같이, 2 개의 발열체 (104) 를 구비한 것도 제안되어 있다. 도 28 에 나타내는 보호 소자 (110) 는, 절연 기판 (101) 의 표면 상의 제 1, 제 2 전극 (102, 103) 사이에, 2 개의 발열체 (104) 가 병렬하여 형성되어 있다. 각 발열체 (104) 는 절연층 (105) 에 의해 피복됨과 함께, 절연층 (105) 상에 형성된 중간 전극 (106) 이, 양 발열체 (104) 사이에 걸쳐서 걸치도록 중첩 형성되어 있다.
또, 도 28 에 나타내는 보호 소자 (110) 에서는, 절연 기판 (101) 의 이면에 유지 전극 (111) 이 형성됨과 함께, 중간 전극 (106) 과 유지 전극 (111) 간을 관통하는 복수의 관통공 (112) 이 형성되어 있다. 유지 전극 (111) 및 관통공 (112) 은, 중간 전극 (106) 상에서 용융한 퓨즈 엘리먼트 (107) 의 용융 도체를 흡인하여 대전류 용도에 대응해 대형화한 퓨즈 엘리먼트 (107) 의 용융 도체의 유지 용량을 증가시키는 것이며, 관통공 (112) 의 내주면에는 도전층이 형성되어 있다.
일본 공개특허공보 2018-78046호 일본 공개특허공보 2018-156959호
도 27 에 나타내는 보호 소자 (100) 나 도 28 에 나타내는 보호 소자 (110) 와 같은 종래 구조에서는, 대전류 용도의 리튬 이온 이차 전지의 보호 회로에 사용된 경우, 발열체 (104) 에 전력을 공급하는 외부 전원으로서 당해 대전류 용도의 리튬 이온 이차 전지가 사용되는 점에서, 보호 소자 (100) 의 작동 시에 발열체 급전 전극 (108) 에 고전압이 인가되게 된다.
이 때문에, 보호 소자 (100) 에 있어서는, 도 29 에 나타내는 바와 같이, 발열체 급전 전극 (108) 으로부터 중간 전극 (106) 의 선단에 스파크 (방전) 가 발생하여, 중간 전극 (106) 이 파손되는 경우가 있다. 그리고, 중간 전극 (106) 이 파손되면, 파손 지점에 있어서 퓨즈 엘리먼트 (107) 로의 열전도율이 내려가, 퓨즈 엘리먼트 (107) 를 용단시킬 때까지의 시간이 연장되어, 신속하고 안전하게 전류 경로를 차단할 수 없게 될 우려가 있다.
또, 도 30 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (110) 에 있어서도, 발열체 급전 전극 (108) 으로부터 중간 전극 (106) 의 선단에 스파크가 발생하여 중간 전극 (106) 이 파손되면, 파손 지점에 있어서 퓨즈 엘리먼트 (107) 로의 열전도율이 내려가, 퓨즈 엘리먼트 (107) 를 용단시킬 때까지의 시간이 연장되어, 신속하고 안전하게 전류 경로를 차단할 수 없게 될 우려가 있다. 또, 절연층 (유리층) (105) 은 발열체 (104) 의 열을 효율적으로 중간 전극 (106) 이나 퓨즈 엘리먼트 (107) 에 전하기 위해서, 두께가 10 ∼ 40 ㎛ 로 얇게 형성되어 있어, 장시간에 걸쳐서 발열체 (104) 의 열이 가해짐으로써 파손이 생기는 경우가 있다. 그리고, 도 31 에 나타내는 바와 같이, 절연층 (105) 의 파손 지점에 있어서 발열체 (104) 의 고전위측으로부터 중간 전극 (106) 의 중앙부에 스파크가 발생할 우려가 있다. 이로써 중간 전극 (106) 이 파손되면, 절연층 (105) 의 파손에 부가하여 중간 전극 (106) 의 파손에 의해, 퓨즈 엘리먼트 (107) 로의 열전도율이 내려가, 퓨즈 엘리먼트 (107) 를 용단시킬 때까지의 시간이 연장되어, 신속하고 안전하게 전류 경로를 차단할 수 없게 될 우려가 있다.
이와 같은 스파크에 수반하는 전극 파괴에 의해 퓨즈 엘리먼트가 녹아 남아, 전류 차단이 저해되는 리스크는, 고전압, 대전류화에 수반하여 퓨즈 엘리먼트가 대형화함에 따라, 또, 전류 정격이 향상되어 전계 강도가 높아짐에 따라, 나아가서는, 보호 소자의 소형화에 수반하는 발열체 급전 전극 (108) 과 중간 전극 (106) 의 근접화나 절연층의 박형화에 수반하여, 커진다.
따라서, 발열체를 내장한 보호 소자에 있어서, 고전압, 대전류화에 대응함과 함께, 소자 내부에서 전극 파괴를 일으키지 않고, 보다 안전하고 또한 신속하게 작동하는 대책이 요구되고 있다.
그래서, 본 기술은, 고전압이 인가된 경우여도 스파크가 발생하기 어려워 안전하고 또한 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있는 보호 소자 및 이것을 사용한 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 기술에 관련된 보호 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와, 상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와, 상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과, 상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과, 상기 퓨즈 엘리먼트와 접하는 중간 전극과, 상기 절연 기판의 일면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과, 상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과, 상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하고, 상기 중간 전극이 적층된 절연층을 갖고, 상기 중간 전극은, 상기 절연층을 개재하여, 상기 제 1 인출 전극과 중첩하지 않고, 또한 상기 제 2 인출 전극과 중첩하는 것이다.
또, 본 기술에 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, 절연 기판과, 상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와, 상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와, 상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과, 상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과, 상기 퓨즈 엘리먼트와 접하는 중간 전극과, 상기 절연 기판의 일면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과, 상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과, 상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하고, 상기 중간 전극이 적층된 절연층을 갖고, 상기 중간 전극은, 상기 절연층을 개재하여, 상기 제 1 인출 전극과 중첩하지 않고, 또한 상기 제 2 인출 전극과 중첩하는 것이다.
본 기술에 의하면, 고전압이 인가되는 발열체 급전 전극으로부터 제 1 인출 전극을 인출함과 함께, 중간 전극이 제 1 인출 전극과 중첩하지 않고, 또한 제 2 인출 전극과 중첩함으로써, 중간 전극이 제 1 인출 전극으로부터 이간된 위치에 형성된다. 이로써, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극과 저전위부가 되는 중간 전극 사이의 방전 경로가 형성되기 어려워져, 스파크가 발생하기 어렵게 되어 있다. 따라서, 절연층이나 중간 전극이 파손되지 않고, 퓨즈 엘리먼트로의 열전도율을 유지하여, 퓨즈 엘리먼트를 신속하게 용단시킬 수 있어, 안전하게 전류 경로를 차단할 수 있다.
도 1 은, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 1 실시형태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도, (C) 는 저면도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 보호 소자의 단면도이다.
도 3 은, 도 3 은, 제 1 실시형태에 관련된 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단한 상태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 4 는, 퓨즈 엘리먼트의 외관 사시도이다.
도 5 는, 배터리 팩의 구성예를 나타내는 회로도이다.
도 6 은, 제 1 실시형태에 관련된 보호 소자의 회로도이다.
도 7 은, 실시예에 관련된 보호 소자의 상대 치수를 나타내는 평면도이다.
도 8 은, 비교예에 관련된 보호 소자의 상대 치수를 나타내는 평면도이다.
도 9 는, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 2 실시형태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도, (C) 는 저면도이다.
도 10 은, 제 2 실시형태에 관련된 보호 소자의 회로도이다.
도 11 은, 제 2 실시형태에 관련된 보호 소자의 단면도이다.
도 12 는, 제 2 실시형태에 관련된 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단한 상태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 13 은, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 3 실시형태를 나타내는 평면도이다.
도 14 는, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 4 실시형태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도, (C) 는 저면도이다.
도 15 는, 제 4 실시형태에 관련된 보호 소자의 단면도이다.
도 16 은, 제 4 실시형태에 관련된 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단한 상태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 17 은, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 5 실시형태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도, (C) 는 저면도이다.
도 18 은, 제 5 실시형태에 관련된 보호 소자의 단면도이다.
도 19 는, 제 5 실시형태에 관련된 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단한 상태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 20 은, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 6 실시형태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 21 은, 제 6 실시형태에 관련된 보호 소자의 회로도이다.
도 22 는, 제 6 실시형태에 관련된 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 23 은, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 7 실시형태를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도이다.
도 24 는, 제 7 실시형태에 관련된 보호 소자에 있어서 퓨즈 엘리먼트가 용단한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 25 는, 제 6 실시형태에 관련된 보호 소자의 변형예를 나타내는 도면이며, (A) 는 퓨즈 엘리먼트의 용단 전의 상태를 나타내는 단면도이며, (B) 는 퓨즈 엘리먼트의 용단 후의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 26 은, 제 7 실시형태에 관련된 보호 소자의 변형예를 나타내는 도면이며, (A) 는 퓨즈 엘리먼트의 용단 전의 상태를 나타내는 단면도이며, (B) 는 퓨즈 엘리먼트의 용단 후의 상태를 나타내는 단면도이다.
도 27 은, 종래의 보호 소자를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도, (C) 는 저면도이다.
도 28 은, 종래의 보호 소자를 나타내는 도면이며, (A) 는 평면도, (B) 는 단면도, (C) 는 저면도이다.
도 29 는, 도 27 에 나타내는 보호 소자에 있어서, 스파크가 발생한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 30 은, 도 28 에 나타내는 보호 소자에 있어서, 스파크가 발생한 상태를 나타내는 평면도이다.
도 31 은, 도 28 에 나타내는 보호 소자에 있어서, 스파크가 발생한 상태를 나타내는 평면도이다.
이하, 본 기술이 적용된 보호 소자 및 배터리 팩에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 기술은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 물론이다. 또, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 하는 것이다. 또, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.
[제 1 실시형태]
본 기술이 적용된 보호 소자의 제 1 실시형태에 대해 설명한다. 본 기술이 적용된 보호 소자 (1) 는, 도 1(A) ∼ (C), 도 2 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 과, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측에 형성된 퓨즈 엘리먼트 (3) 와, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측에 형성되고, 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단하는 발열체 (4) 와, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측에 형성되고, 발열체 (4) 를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극 (5) 과, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 인출되고, 발열체 (4) 의 일단부 (4a) 와 접속된 제 1 인출 전극 (6) 과, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 탑재된 중간 전극 (8) 과, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측의, 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 사이에 형성되고, 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 을 접속하는 발열체 접속 전극 (9) 과, 발열체 접속 전극 (9) 으로부터 인출되고, 발열체 (4) 의 타단부 (4b) 와 접속된 제 2 인출 전극 (10) 과, 발열체 (4), 제 1 인출 전극 (6) 및 제 2 인출 전극 (10) 을 피복하고, 중간 전극 (8) 이 적층된 절연층 (7) 을 갖는다.
그리고, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (1) 는, 평면에서 볼 때, 중간 전극 (8) 이 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고 또한 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩한다. 보호 소자 (1) 는, 발열체 급전 전극 (5) 을 개재하여 발열체 (4) 가 통전되면, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 인출된 제 1 인출 전극 (6) 이 제 2 인출 전극 (10) 에 대해 고전위가 되고, 제 2 인출 전극 (10) 은 저전위가 된다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 고전압이 인가된 경우여도 스파크 (방전) 가 발생하기 어려워 안전하고 또한 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있다. 이것은 이하의 이유에 의한 것이라고 생각된다.
즉, 스파크는 절연층을 개재하여 대향하는 전극 간에 있어서, 고전위부로부터 저전위부에 걸쳐 절연 파괴가 생기는 것에 의해 순간적으로 대전류가 흐르는 현상이다. 외부 전원과 접속되어 발열체 (4) 에 고전압을 인가하는 발열체 급전 전극 (5) 및 이것으로부터 인출된 제 1 인출 전극 (6) 은, 중간 전극 (8) 과 접속된 발열체 접속 전극 (9) 및 이것으로부터 인출된 제 2 인출 전극 (10) 보다 고전위로 되어 있다. 발열체 접속 전극 (9) 으로부터는 발열체 (4) 에 급전하기 위한 전류는 인가되지 않는다.
보호 소자 (1) 는, 고전압이 인가되는 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 제 1 인출 전극 (6) 을 인출함과 함께, 평면에서 볼 때, 중간 전극 (8) 이 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고, 또한 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 중간 전극 (8) 이 제 1 인출 전극 (6) 으로부터 이간된 위치에 형성된다. 이로써, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 간의 방전 경로가 형성되기 어려워져, 스파크가 발생하기 어렵게 되어 있다. 따라서, 절연층 (7) 이나 중간 전극 (8) 이 파손되지 않고, 퓨즈 엘리먼트 (3) 로의 열전도율을 유지하여, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 신속하게 용단시킬 수 있어, 안전하게 전류 경로를 차단할 수 있다.
또한, 도 1 에 나타내는 보호 소자 (1) 에서는, 중간 전극 (8) 이 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 절연층 (7) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 제 2 인출 전극 (10) 이 열적으로 접속되게 되어, 효율적으로 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열할 수 있다. 따라서, 발열체 (4) 에 통전 후, 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단할 수 있다.
이와 같은 보호 소자 (1) 는, 외부 회로에 장착됨으로써, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 당해 외부 회로의 전류 경로의 일부를 구성하고, 발열체 (4) 의 발열, 혹은 정격을 초과하는 과전류에 의해 용단함으로써 전류 경로를 차단한다. 이하, 보호 소자 (1) 의 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
[절연 기판]
절연 기판 (2) 은, 예를 들어, 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성된다. 그 외, 절연 기판 (2) 은, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 된다.
절연 기판 (2) 의 서로 대향하는 양 단부 (端部) 에는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 형성되어 있다. 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 각각, Ag 나 Cu 등의 도전 패턴에 의해 형성되어 있다. 또, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 표면 상에는, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막이, 도금 처리 등의 공지된 수법에 의해 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 산화를 방지하고, 도통 저항의 상승에 수반하는 정격의 변동을 방지할 수 있다. 또, 보호 소자 (1) 를 리플로 실장하는 경우에, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 접속하는 접속용 땜납이 용융함으로써 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 을 용식 (땜납 침식) 하는 것을 방지할 수 있다.
또, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 으로부터, 캐스텔레이션을 개재하여 이면 (2b) 에 형성된 제 1, 제 2 외부 접속 전극 (11a, 12a) 과 연속되어 있다. 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 형성된 제 1, 제 2 외부 접속 전극 (11a, 12a) 이, 보호 소자 (1) 가 실장되는 외부 회로 기판에 형성된 접속 전극에 접속됨으로써, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 회로 기판 상에 형성된 전류 경로의 일부에 장착된다.
제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 접속 땜납 (14) 등의 도전 접속 재료에 의해 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 탑재됨으로써 전기적으로 접속되어 있다. 또, 도 3(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 은, 보호 소자 (1) 에 정격을 초과하는 대전류가 흘러 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 자기 발열 (줄열) 에 의해 용단하거나, 혹은 발열체 (4) 가 통전에 수반하여 발열해 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용단함으로써, 차단된다.
[발열체]
발열체 (4) 는, 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재이고, 예를 들어 니크롬, W, Mo, Ru 등 또는 이들을 포함하는 재료로 이루어진다. 발열체 (4) 는, 이들의 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체를 수지 바인더 등과 혼합하여, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판 (2) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하고, 소성하는 등에 의해 형성할 수 있다. 일례로서, 발열체 (4) 는, 산화루테늄계 페이스트와 은과 유리 페이스트의 혼합 페이스트를 소정의 전압에 따라 조정하고, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 의 소정의 위치에 소정의 면적으로 제막하고, 그 후, 적정 조건으로 소성 처리를 실시함으로써 형성할 수 있다. 또, 발열체 (4) 의 형상은 적절히 설계할 수 있지만, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 의 형상에 따라 대략 직사각형상으로 하는 것이 발열 면적을 최대화하는 데에 있어서 바람직하다.
또, 발열체 (4) 는, 일단부 (4a) 가 제 1 인출 전극 (6) 과 접속되고, 타단부 (4b) 가 제 2 인출 전극 (10) 과 접속되어 있다. 제 1 인출 전극 (6) 은 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 인출되고, 발열체 (4) 의 통전 시에는 발열체 급전 전극 (5) 과 동일 전위가 된다. 제 2 인출 전극 (10) 은 발열체 접속 전극 (9) 으로부터 인출되고, 발열체 (4) 의 통전 시에는 발열체 접속 전극 (9) 과 동일 전위가 된다. 제 1 인출 전극 (6) 은, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 발열체 (4) 의 일단부 (4a) 를 따라 인출되고, 도 1 에 나타내는 보호 소자 (1) 에서는, 대략 직사각형상으로 형성된 발열체 (4) 의 일측 가장자리를 따라 연장됨과 함께, 당해 발열체 (4) 의 일측 가장자리가 중첩되어 있다. 동일하게, 제 2 인출 전극 (10) 은, 발열체 접속 전극 (9) 으로부터 발열체의 타단부 (4b) 를 따라 인출되고, 도 1 에 나타내는 보호 소자 (1) 에서는, 대략 직사각형상으로 형성된 발열체 (4) 의 타측 가장자리를 따라 연장됨과 함께, 당해 발열체 (4) 의 타측 가장자리가 중첩되어 있다.
발열체 급전 전극 (5) 및 발열체 접속 전극 (9) 은, 절연 기판 (2) 의 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 이 형성된 측가장자리와 상이한 서로 대향하는 측가장자리에 형성되어 있다. 발열체 급전 전극 (5) 은, 발열체 (4) 의 일단부 (4a) 와 접속되어 발열체 (4) 로의 급전 단자가 되는 전극이며, 캐스텔레이션을 개재하여 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 형성된 제 3 외부 접속 전극 (5a) 와 연속되어 있다. 또, 발열체 접속 전극 (9) 은, 중간 전극 (8) 이 접속되어 있다.
또, 발열체 (4), 제 1 인출 전극 (6) 및 제 2 인출 전극 (10) 은, 절연층 (7) 으로 피복되어 있다. 절연층 (7) 상에는 중간 전극 (8) 이 형성되어 있다. 중간 전극 (8) 은, 접속 땜납 (14) 등의 접합 재료를 개재하여, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 간에 있어서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 접속되어 있다.
절연층 (7) 은, 발열체 (4) 의 보호 및 절연을 도모함과 함께, 발열체 (4) 의 열을 효율적으로 중간 전극 (8) 및 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 전하기 위해서 형성되고, 예를 들어 유리층으로 이루어진다. 절연층 (7) 은 발열체 (4) 의 열을 효율적으로 중간 전극 (8) 이나 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 전하기 위해서, 두께가 예를 들어 10 ∼ 40 ㎛ 로 얇게 형성되어 있다. 절연층 (7) 은, 예를 들어 유리계의 페이스트를 도포함으로써 형성할 수 있다.
발열체 (4) 는, 보호 소자 (1) 가 외부 회로 기판에 실장됨으로써, 제 3 외부 접속 전극 (5a) 을 개재하여 외부 회로에 형성된 전류 제어 소자 등과 접속되고, 평상시에 있어서는 통전 및 발열이 규제되고 있다. 그리고, 발열체 (4) 는, 외부 회로의 통전 경로를 차단하는 소정의 타이밍으로 제 3 외부 접속 전극 (5a) 을 개재하여 통전되고, 발열한다. 이때, 발열체 (4) 는, 발열체 급전 전극 (5) 및 제 1 인출 전극 (6) 측이 고전위부가 되고, 발열체 접속 전극 (9), 제 2 인출 전극 (10) 및 중간 전극 (8) 측이 저전위부가 된다. 보호 소자 (1) 는, 발열체 (4) 의 열을 절연층 (7) 및 중간 전극 (8) 을 개재하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 전달함으로써, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 을 접속하고 있는 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용융시킬 수 있다. 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 는 중간 전극 (8) 상 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 에 응집하고, 이로써 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 간의 전류 경로가 차단된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 발열체 (4) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용단함으로써, 자체적인 통전 경로도 차단되는 점에서 발열이 정지한다.
또한, 발열체 급전 전극 (5) 은, 제 3 외부 접속 전극 (5a) 과 접속되는 외부 회로 기판의 전극에 형성된 접속용 땜납이 리플로 실장 등에 있어서 용융하여, 캐스텔레이션을 개재하여 발열체 급전 전극 (5) 상으로 올라가, 발열체 급전 전극 (5) 상에서 젖어 확산되는 것을 방지하는 규제벽을 형성해도 된다. 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 도 동일하게, 규제벽을 형성해도 된다. 규제벽은, 예를 들어 유리나 솔더 레지스트, 절연성 접착제 등 땜납에 대한 젖음성을 가지지 않는 절연 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 발열체 급전 전극 (5) 상에 인쇄 등에 의해 형성할 수 있다. 규제벽을 형성함으로써, 용융한 접속용 땜납이 발열체 급전 전극 (5) 까지 젖어 확산되는 것을 방지하여, 보호 소자 (1) 와 외부 회로 기판의 접속성을 유지할 수 있다.
또, 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 절연층 (7) 을 형성한 후에, 발열체 급전 전극 (5), 제 1 인출 전극 (6), 제 2 인출 전극 (10), 발열체 접속 전극 (9) 및 발열체 (4) 를 형성하고, 또한 이들 상에 절연층 (7) 을 형성함으로써, 절연층 (7) 내에 발열체 (4) 등을 형성해도 된다.
[중간 전극]
중간 전극 (8) 은, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 과 동일하게, Ag 나 Cu 등의 도전 패턴에 의해 형성되어 있다. 또, 중간 전극 (8) 의 표면 상에는, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 피막이, 도금 처리 등의 공지된 수법에 의해 코팅되어 있는 것이 바람직하다.
중간 전극 (8) 은, 일단이 발열체 접속 전극 (9) 과 접속됨과 함께, 절연층 (7) 상에 형성되고, 절연층 (7) 을 개재하여 발열체 (4) 와 일부 중첩되어 있다. 상기 서술한 바와 같이, 중간 전극 (8) 은, 평면에서 볼 때, 통전 시에 있어서 발열체 (4) 의 통전 방향 상류측에 위치하는 고전위의 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고, 발열체 (4) 의 통전 방향 하류측에 위치하는 저전위의 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩한다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 사이의 방전 경로가 형성되기 어려지고, 외부 회로로부터 고전압이 인가된 경우여도 스파크 (방전) 가 발생하기 어려워 안전하고 또한 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있다.
또한, 도 1 에 나타내는 보호 소자 (1) 에서는, 중간 전극 (8) 이, 발열체 (4) 의 타단부 (4b) 와 중첩하는 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 제 2 인출 전극 (10) 및 절연층 (7) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 발열체 (4) 가 열적으로 접속된다. 이로써, 효율적으로 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열할 수 있다. 따라서, 발열체 (4) 에 통전 후, 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단할 수 있다.
[퓨즈 엘리먼트]
이어서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 대해 설명한다. 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 제 1 및 제 2 전극 (11, 12) 사이에 걸쳐서 실장되고, 발열체 (4) 의 통전에 의한 발열, 또는 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열 (줄열) 에 의해 용단되어, 제 1 전극 (11) 과 제 2 전극 (12) 간의 전류 경로를 차단하는 것이다.
퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 발열체 (4) 의 통전에 의한 발열, 또는 과전류 상태에 의해 용융하는 도전성의 재료이면 되고, 예를 들어, SnAgCu 계의 Pb 프리 땜납이나, BiPbSn 합금, BiPb 합금, BiSn 합금, SnPb 합금, PbIn 합금, ZnAl 합금, InSn 합금, PbAgSn 합금 등을 사용할 수 있다.
또, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 고융점 금속과, 저융점 금속을 함유하는 구조체여도 된다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 내층과 외층으로 이루어지는 적층 구조체이며, 내층으로서 저융점 금속층 (15), 저융점 금속층 (15) 에 적층된 외층으로서 고융점 금속층 (16) 을 갖는다. 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 및 중간 전극 (8) 상에 접속 땜납 (14) 등의 접합 재료를 개재하여 접속된다.
저융점 금속층 (15) 은, 바람직하게는, 땜납 또는 Sn 을 주성분으로 하는 금속이며, 「Pb 프리 땜납」으로 일반적으로 불리는 재료이다. 저융점 금속층 (15) 의 융점은, 반드시 리플로로의 온도보다 높을 필요는 없고, 200 ℃ 정도에서 용융해도 된다. 고융점 금속층 (16) 은, 저융점 금속층 (15) 의 표면에 적층된 금속층이며, 예를 들어, Ag 혹은 Cu 또는 이들 중 어느 것을 주성분으로 하는 금속이며, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 및 중간 전극 (8) 과 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 접속이나 보호 소자 (1) 의 외부 회로 기판 상에의 실장을 리플로에 의해 실시하는 경우에 있어서도 용융되지 않는 높은 융점을 갖는다.
이와 같은 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 저융점 금속박에, 고융점 금속층을 도금 기술을 사용하여 성막함으로써 형성할 수 있고, 혹은, 다른 주지의 적층 기술, 막 형성 기술을 사용하여 형성할 수도 있다. 이때, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 저융점 금속층 (15) 의 전체면이 고융점 금속층 (16) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다. 또한, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 고융점 금속층 (16) 을 내층으로 하고, 저융점 금속층 (15) 을 외층으로 하여 구성해도 되고, 또 저융점 금속층 (15) 과 고융점 금속층 (16) 이 교대로 적층된 3 층 이상의 다층 구조로 하거나, 외층의 일부에 개구부를 형상하여 내층의 일부를 노출시키는 등, 다양한 구성에 의해 형성할 수 있다.
퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 내층이 되는 저융점 금속층 (15) 에, 외층으로서 고융점 금속층 (16) 을 적층함으로써, 리플로 온도가 저융점 금속층 (15) 의 용융 온도를 초과한 경우여도, 퓨즈 엘리먼트 (3) 로서 형상을 유지할 수 있고, 용단하기에 이르지 않는다. 따라서, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 및 중간 전극 (8) 과 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 접속이나 보호 소자 (1) 의 외부 회로 기판 상에의 실장을, 리플로에 의해 효율적으로 실시할 수 있고, 또, 리플로에 의해서도 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 변형에 수반하여 국소적으로 저항값이 높아지거나 또는 낮아지는 등에 의해 소정의 온도에서 용단하지 않거나, 혹은 소정의 온도 미만에서 용단하는 등의 용단 특성의 변동을 방지할 수 있다.
또, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 소정의 정격 전류가 흐르고 있는 동안은, 자기 발열에 의해서도 용단하는 경우가 없다. 그리고, 정격보다 높은 값의 전류가 흐르면, 자기 발열에 의해 용융하여, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 간의 전류 경로를 차단한다. 또, 발열체 (4) 가 통전되어 발열함으로써 용융하여, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 간의 전류 경로를 차단한다.
이때, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 용융한 저융점 금속층 (15) 이 고융점 금속층 (16) 을 용식 (땜납 침식) 함으로써, 고융점 금속층 (16) 이 용융 온도보다 낮은 온도에서 용해한다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 저융점 금속층 (15) 에 의한 고융점 금속층 (16) 의 침식 작용을 이용하여 단시간에 용단할 수 있다. 또, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 는, 중간 전극 (8) 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 의 물리적인 인입 작용에 의해 분단되는 점에서, 신속하게, 또한 확실하게, 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 간의 전류 경로를 차단할 수 있다 (도 3).
또, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 저융점 금속층 (15) 의 체적을, 고융점 금속층 (16) 의 체적보다 많이 형성하는 것이 바람직하다. 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 과전류에 의한 자기 발열 또는 발열체 (4) 의 발열에 의해 가열되고, 저융점 금속이 용융함으로써 고융점 금속을 용식하고, 이로써 신속하게 용융, 용단할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 저융점 금속층 (15) 의 체적을 고융점 금속층 (16) 의 체적보다 많이 형성함으로써, 이 용식 작용을 촉진하여, 신속하게 제 1, 제 2 외부 접속 전극 (11, 12) 간을 차단할 수 있다.
또, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 내층이 되는 저융점 금속층 (15) 에 고융점 금속층 (16) 이 적층되어 구성되어 있기 때문에, 용단 온도를 종래의 고융점 금속으로 이루어지는 칩 퓨즈 등보다 대폭 저감할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 동일 사이즈의 칩 퓨즈 등에 비하여, 단면적을 크게 할 수 있어 전류 정격을 대폭 향상시킬 수 있다. 또, 동일한 전류 정격을 가지는 종래의 칩 퓨즈보다 소형화, 박형화를 도모할 수 있어, 신속 용단성이 우수하다.
또, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 보호 소자 (1) 가 장착된 전기 계통에 이상하게 높은 전압이 순간적으로 인가되는 서지에 대한 내성 (내펄스성) 을 향상시킬 수 있다. 즉, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 예를 들어 100 A 의 전류가 수 msec 흐른 경우에까지 용단되어서는 안된다. 이 점, 극히 단시간에 흐르는 대전류는 도체의 표층을 흐르는 점에서 (표피 효과), 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 외층으로서 저항값이 낮은 Ag 도금 등의 고융점 금속층 (16) 이 형성되어 있기 때문에, 서지에 의해 인가된 전류를 흐르게 하기 쉬워, 자기 발열에 의한 용단을 방지할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 종래의 땜납 합금으로 이루어지는 퓨즈에 비하여, 대폭 서지에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.
또한, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 산화 방지, 및 용단 시의 젖음성의 향상 등을 위하여, 플럭스 (도시 생략) 를 도포해도 된다. 또, 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (2) 이 케이스 (도시 생략) 로 덮이는 것에 의해 그 내부가 보호되고 있다. 케이스는, 예를 들어, 각종 엔지니어링 플라스틱, 열가소성 플라스틱, 세라믹스, 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 형성할 수 있다. 또, 케이스는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상에, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용융 시에 구상으로 팽창하고, 용융 도체 (3a) 가 중간 전극 (8) 이나 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 상에서 응집하는 데에 충분한 내부 공간을 갖는다.
[회로 구성예]
이와 같은 보호 소자 (1) 는, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩 (20) 내의 회로에 장착되어 사용된다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 배터리 팩 (20) 은, 예를 들어, 합계 4 개의 리튬 이온 이차 전지의 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 로 이루어지는 배터리 스택 (25) 을 갖는다.
배터리 팩 (20) 은, 배터리 스택 (25) 과, 배터리 스택 (25) 의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로 (26) 와, 배터리 스택 (25) 의 이상 시에 충방전 경로를 차단하는 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 와, 각 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 의 전압을 검출하는 검출 회로 (27) 와, 검출 회로 (27) 의 검출 결과에 따라 보호 소자 (1) 의 동작을 제어하는 스위치 소자가 되는 전류 제어 소자 (28) 를 구비한다.
배터리 스택 (25) 은, 과충전 및 과방전 상태로부터 보호하기 위한 제어를 필요로 하는 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 이 직렬 접속된 것이며, 배터리 팩 (20) 의 정극 단자 (20a), 부극 단자 (20b) 를 개재하여, 착탈 가능하게 충전 장치 (22) 에 접속되고, 충전 장치 (22) 로부터의 충전 전압이 인가된다. 충전 장치 (22) 에 의해 충전된 배터리 팩 (20) 은, 정극 단자 (20a), 부극 단자 (20b) 를 배터리로 동작하는 전자 기기에 접속함으로써, 이 전자 기기를 동작시킬 수 있다.
충방전 제어 회로 (26) 는, 배터리 스택 (25) 과 충전 장치 (22) 사이의 전류 경로에 직렬 접속된 2 개의 전류 제어 소자 (23a, 23b) 와, 이들 전류 제어 소자 (23a, 23b) 의 동작을 제어하는 제어부 (24) 를 구비한다. 전류 제어 소자 (23a, 23b) 는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 (이하, FET 라고 한다.) 에 의해 구성되고, 제어부 (24) 에 의해 게이트 전압을 제어함으로써, 배터리 스택 (25) 의 전류 경로의 충전 방향 및/또는 방전 방향으로의 도통과 차단을 제어한다. 제어부 (24) 는, 충전 장치 (22) 로부터 전력 공급을 받아 동작하고, 검출 회로 (27) 에 의한 검출 결과에 따라, 배터리 스택 (25) 이 과방전 또는 과충전일 때, 전류 경로를 차단하도록, 전류 제어 소자 (23a, 23b) 의 동작을 제어한다.
보호 소자 (1) 는, 예를 들어, 배터리 스택 (25) 과 충방전 제어 회로 (26) 사이의 충방전 전류 경로 상에 접속되고, 그 동작이 전류 제어 소자 (28) 에 의해 제어된다.
검출 회로 (27) 는, 각 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 과 접속되고, 각 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 의 전압값을 검출하여, 각 전압값을 충방전 제어 회로 (26) 의 제어부 (24) 에 공급한다. 또, 검출 회로 (27) 는, 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 중 어느 1 개가 과충전 전압 또는 과방전 전압이 되었을 때에 전류 제어 소자 (28) 를 제어하는 제어 신호를 출력한다.
전류 제어 소자 (28) 는, 예를 들어 FET 에 의해 구성되고, 검출 회로 (27) 로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 보호 소자 (1) 를 동작시켜, 배터리 스택 (25) 의 충방전 전류 경로를 전류 제어 소자 (23a, 23b) 의 스위치 동작에 의하지 않고 차단하도록 제어한다.
이상과 같은 구성으로 이루어지는 배터리 팩 (20) 에 사용되는, 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자 (1) 는, 제 1 외부 접속 전극 (11a) 이 배터리 스택 (25) 측과 접속되고, 제 2 외부 접속 전극 (12a) 이 정극 단자 (20a) 측과 접속되고, 이로써 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 배터리 스택 (25) 의 충방전 경로 상에 직렬로 접속된다. 또, 보호 소자 (1) 는, 발열체 (4) 가 발열체 급전 전극 (5) 및 제 3 외부 접속 전극 (5a) 을 개재하여 전류 제어 소자 (28) 와 접속됨과 함께, 발열체 (4) 가 배터리 스택 (25) 의 개방단과 접속된다. 이와 같이, 발열체 (4) 는, 일단이 중간 전극 (8) 을 개재하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 및 배터리 스택 (25) 의 일방의 개방단과 접속되고, 타단이 제 3 외부 접속 전극 (5a) 을 개재하여 전류 제어 소자 (28) 및 배터리 스택 (25) 의 타방의 개방단과 접속되고, 이로써 전류 제어 소자 (28) 에 의해 통전이 제어되는 발열체 (4) 로의 급전 경로가 형성된다.
[보호 소자의 동작]
검출 회로 (27) 가 배터리 셀 (21a ∼ 21d) 의 어느 이상 전압을 검출하면, 전류 제어 소자 (28) 에 차단 신호를 출력한다. 그러면, 전류 제어 소자 (28) 는, 발열체 (4) 에 통전하도록 전류를 제어한다. 보호 소자 (1) 는, 배터리 스택 (25) 으로부터, 발열체 (4) 로 전류가 흐르고, 이로써 발열체 (4) 가 발열을 개시한다. 보호 소자 (1) 는, 발열체 (4) 의 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용단하여, 배터리 스택 (25) 의 충방전 경로를 차단한다. 또, 보호 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 고융점 금속과 저융점 금속을 함유시켜 형성함으로써, 고융점 금속의 용단 전에 저융점 금속이 용융하고, 용융한 저융점 금속에 의한 고융점 금속의 용식 작용을 이용하여 단시간에 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용해시킬 수 있다.
이때, 보호 소자 (1) 는, 평면에서 볼 때, 중간 전극 (8) 이 고전위의 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고, 저전위의 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 중간 전극 (8) 이 제 1 인출 전극 (6) 으로부터 이간한 위치에 형성되어 있다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 사이의 방전 경로가 형성되기 어려워져, 외부 회로로부터 고전압이 인가된 경우여도 스파크 (방전) 가 발생하기 어려워 안전하고 또한 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있다.
또, 보호 소자 (1) 에서는, 중간 전극 (8) 이 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 제 2 인출 전극 (10) 및 절연층 (7) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 발열체 (4) 가 열적으로 접속되게 되어, 효율적으로 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열할 수 있다. 따라서, 발열체 (4) 에 통전 후, 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단할 수 있다.
보호 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용단함으로써, 발열체 (4) 로의 급전 경로도 차단되기 때문에, 발열체 (4) 의 발열이 정지된다.
또한, 보호 소자 (1) 는, 배터리 팩 (20) 에 정격을 초과하는 과전류가 통전된 경우에도, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 자기 발열에 의해 용융하여, 배터리 팩 (20) 의 충방전 경로를 차단할 수 있다.
이와 같이, 보호 소자 (1) 는, 발열체 (4) 의 통전에 의한 발열, 혹은 과전류에 의한 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 자기 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용단한다. 이때, 보호 소자 (1) 는, 회로 기판에의 리플로 실장 시나, 보호 소자 (1) 가 실장된 회로 기판이 추가로 리플로 가열 등의 고온 환경하에 노출된 경우에도, 저융점 금속이 고융점 금속에 의해 피복된 구조를 가짐으로써, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 변형을 억제할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 변형에 의한 저항값의 변동 등에서 기인하는 용단 특성의 변동이 방지되어, 소정의 과전류나 발열체 (4) 의 발열에 의해 신속하게 용단할 수 있다.
본 발명에 관련된 보호 소자 (1) 는, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한정하지 않고, 전기 신호에 의한 전류 경로의 차단을 필요로 하는 여러 가지 용도에도 물론 응용 가능하다.
실시예
이어서, 보호 소자 (1) 의 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는, 도 1 에 나타내는 보호 소자 (1) (실시예) 와, 도 27 에 나타내는 보호 소자 (비교예) 를 준비하고, 각각 50 V, 100 V, 200 V 의 전압을 인가했을 때의 스파크의 유무를 판정하였다. 또, 저전력 (43 W) 및 고전력 (180 W) 을 인가했을 때의 퓨즈 엘리먼트의 용단 시간의 편차 (표준 편차 σ) 를 구하고 (샘플수 50), 대비하였다.
실시예에 관련된 보호 소자의 치수를 도 7 에 나타내고, 비교예에 관련된 보호 소자의 치수를 도 8 에 나타낸다. 도 7 및 도 8 에 나타내는 각 사이즈의 수치는 절연 기판의 길이를 1 로 했을 때의 비율을 나타내는 상대값이다.
[실시예]
실시예에 관련된 보호 소자의 사이즈는 이하와 같다.
절연 기판 : 1 × 0.65
중간 전극 : 0.65 × 0.21
발열체 급전 전극과 중간 전극의 거리 : 0.026
제 2 인출 전극과 중간 전극의 중첩폭 : 0.04
제 1 인출 전극과 제 2 인출 전극 사이의 발열체폭 : 0.12
[비교예]
비교예에 관련된 보호 소자의 사이즈는 이하와 같다.
절연 기판 : 1 × 0.65
중간 전극 : 0.65 × 0.21
발열체 급전 전극과 중간 전극의 거리 : 0.026
Figure pct00001
발열체 급전 전극과 중간 전극의 거리는, 실시예 및 비교예 모두 0.026 이다. 표 1 에 나타내는 바와 같이, 실시예에서는, 50 V, 100 V, 200 V 중 어느 전압을 인가한 경우도 스파크의 발생이 없었다. 한편, 비교예에서는, 50 V 의 전압을 인가한 경우에는 스파크가 발생하지 않았지만, 100 V 및 200 V 의 전압을 인가한 경우에는 스파크가 발생하였다.
이것으로부터, 도 1 에 나타내는 보호 소자 (1) 와 같이, 고전압이 인가되는 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 제 1 인출 전극 (6) 을 인출함과 함께, 평면에서 볼 때, 중간 전극 (8) 이 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고, 또한 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 중간 전극 (8) 이 제 1 인출 전극 (6) 으로부터 이간된 위치에 형성할 수 있다. 따라서, 보호 소자 (1) 는, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 사이의 방전 경로가 형성되기 어려워져, 고전력을 인가한 경우에 스파크의 발생을 방지하는 데에 있어서 효과를 발휘하는 구성인 것을 알 수 있다.
Figure pct00002
표 2 에 나타내는 바와 같이, 실시예에 관련된 보호 소자를 43 W 로 동작시킨 경우, 용단 시간 (초) 의 최대값이 12.34 초, 최소값이 8.84 초, 샘플수 50 의 평균값이 10.37 초이며, 표준 편차 σ = 0.74 였다. 한편, 비교예에 관련된 보호 소자를 43 W 로 동작시킨 경우, 용단 시간 (초) 의 최대값이 25.31 초, 최소값이 11.21 초, 샘플수 50 의 평균값이 17.36 초이며, 표준 편차 σ = 1.59 였다.
Figure pct00003
표 3 에 나타내는 바와 같이, 실시예에 관련된 보호 소자를 180 W 로 동작시킨 경우, 용단 시간 (초) 의 최대값이 1.29 초, 최소값이 1.07 초, 샘플수 50 의 평균값이 1.18 초이며, 표준 편차 σ = 0.045 였다. 한편, 비교예에 관련된 보호 소자를 180 W 로 동작시킨 경우, 용단 시간 (초) 의 최대값이 1.71 초, 최소값이 1.18 초, 샘플수 50 의 평균값이 1.35 초이며, 표준 편차 σ = 0.079 였다.
표 2 및 표 3 에 나타내는 바와 같이, 도 1 에 나타내는 보호 소자 (1) 와 같이, 중간 전극 (8) 이 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 제 2 인출 전극 (10) 및 절연층 (7) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 발열체 (4) 가 열적으로 접속되게 되어, 효율적으로 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열하여, 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단할 수 있음과 함께, 저전력하에 있어서도 제품마다의 용단 시간의 편차를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예에 관련된 보호 소자에서는, 용단 시간도 길고, 편차도 커졌다.
[제 2 실시형태]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1) 와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 제 2 실시형태에 관련된 보호 소자 (30) 는, 도 9(A) ∼ (C) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 과, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측에 형성된 퓨즈 엘리먼트 (3) 와, 절연 기판 (2) 에 형성되고, 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단하는 복수의 발열체 (4) 와, 각 발열체 (4) 로의 급전 단자가 되는 발열체 급전 전극 (5) 과, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 인출되고, 각 발열체 (4) 의 일단부 (4a) 와 접속된 복수의 제 1 인출 전극 (6) 과, 발열체 (4) 를 피복하는 절연층 (7) 과, 절연층 (7) 상에 형성되고, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 탑재된 중간 전극 (8) 과, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측의, 각 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 사이에 형성되고, 각 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 을 접속하는 발열체 접속 전극 (9) 과, 발열체 접속 전극 (9) 으로부터 인출되고, 각 발열체 (4) 의 타단부 (4b) 와 접속된 제 2 인출 전극 (10) 을 갖는다.
그리고, 보호 소자 (30) 는, 복수의 발열체 (4) 가 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상에 이간하여 병렬로 형성되어 있다. 각 발열체 (4) 는, 일단부 (4a) 가 제 1 인출 전극 (6) 을 개재하여 발열체 급전 전극 (5) 과 접속되고, 타단부 (4b) 가 제 2 인출 전극 (10) 을 개재하여 발열체 접속 전극 (9) 과 접속되어 있다. 발열체 접속 전극 (9) 은 중간 전극 (8) 과 접속되어 있다. 각 발열체 (4) 는, 발열체 급전 전극 (5) 을 개재하여 통전되면, 발열체 급전 전극 (5) 및 제 1 인출 전극 (6) 측이 고전위부가 되고, 제 2 인출 전극 (10), 발열체 접속 전극 (9) 및 중간 전극 (8) 측이 저전위부가 된다. 그리고, 보호 소자 (30) 는, 평면에서 볼 때, 중간 전극 (8) 이 각 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고 또한 각 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩한다.
이로써, 보호 소자 (30) 는, 중간 전극 (8) 이 각 제 1 인출 전극 (6) 으로부터 이간된 위치에 형성되고, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 사이의 방전 경로가 형성되기 어려워져, 고전압이 인가된 경우여도 스파크 (방전) 가 발생하기 어려워 안전하고 또한 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있다.
또, 보호 소자 (30) 는, 중간 전극 (8) 이 각 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 절연층 (7) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 제 2 인출 전극 (10) 이 열적으로 접속되게 되어, 효율적으로 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열할 수 있다. 따라서, 각 발열체 (4) 에 통전 후, 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단할 수 있다.
도 10 은, 보호 소자 (30) 의 회로도이다. 보호 소자 (30) 는, 복수의 발열체 (4) 의 각 일단이 절연 기판 (2) 에 형성된 발열체 급전 전극 (5) 을 개재하여 발열체 (4) 를 발열시키기 위한 전원에 접속되고, 각 발열체 (4) 의 타단이 중간 전극 (8) 을 개재하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 와 접속되어 있다.
[유지 전극]
또, 보호 소자 (30) 는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 유지하는 유지 전극 (32) 을 형성하고, 중간 전극 (8) 과 유지 전극 (32) 을, 절연 기판 (2) 을 관통하는 관통공 (33) 을 개재하여 연속시키고, 용융한 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를, 관통공 (33) 을 개재하여 유지 전극 (32) 측으로 흡인하도록 해도 된다.
관통공 (33) 은, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용융하면, 모관 현상에 의해 이 용융 도체 (3a) 를 흡인하여, 중간 전극 (8) 상에서 유지하는 용융 도체 (3a) 의 체적을 감소시킬 수 있다. 이로써, 도 12(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자의 고정격화, 고용량화에 수반하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 대형화함으로써 용융량이 증대한 경우에도, 대량의 용융 도체 (3a) 를 유지 전극 (32), 중간 전극 (8) 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 에 의해 유지할 수 있어, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 확실하게 용단할 수 있다.
유지 전극 (32) 은, 중간 전극 (8) 과 동일하게, Ag 나 Cu 혹은 Ag 나 Cu 를 주성분으로 하는 합금 재료 등의 공지된 전극 재료를 사용하여 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.
관통공 (33) 은, 내면에 도전층 (34) 이 형성되어 있다. 도전층 (34) 이 형성됨으로써, 관통공 (33) 은, 용융 도체 (3a) 를 흡인하기 쉽게 할 수 있다. 도전층 (34) 은, 예를 들어 동, 은, 금, 철, 니켈, 팔라듐, 납, 주석 중 어느 것, 또는 어느 것을 주성분으로 하는 합금에 의해 형성되고, 관통공 (33) 의 내면을 전해 도금이나 도전 페이스트의 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다. 또, 도전층 (34) 은, 복수의 금속선이나, 도전성을 갖는 리본의 집합체를 관통공 (33) 내에 삽입함으로써 형성해도 된다.
관통공 (33) 의 도전층 (34) 은, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 형성된 중간 전극 (8) 과 연속되어 있다. 중간 전극 (8) 은, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 지지함과 함께 용단 시에는 용융 도체 (3a) 가 응집하기 때문에, 중간 전극 (8) 과 도전층 (34) 이 연속함으로써, 용융 도체 (3a) 를 관통공 (33) 내로 유도하기 쉽게 할 수 있다.
또, 관통공 (33) 의 도전층 (34) 은, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 형성된 유지 전극 (32) 과 연속되어 있다. 이로써, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 용융하면, 관통공 (33) 을 개재하여 흡인된 용융 도체 (3a) 를 유지 전극 (32) 에 응집시킬 수 있어 (도 12 참조), 보다 많은 용융 도체 (3a) 를 흡인하여, 중간 전극 (8) 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 에 의해 유지되는 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용단 부위에 있어서의 용융 도체 (3a) 의 체적을 감소시킬 수 있다.
또한, 보호 소자 (30) 는, 관통공 (33) 을 복수 형성함으로써, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 흡인하는 경로를 늘려, 보다 많은 용융 도체 (3a) 를 흡인함으로써, 용단 부위에 있어서의 용융 도체 (3a) 의 체적을 감소시키도록 해도 된다.
또, 보호 소자 (30) 는, 발열체 (4) 를 관통공 (33) 의 양측에 형성하는 것이, 유지 전극 (32) 및 중간 전극 (8) 을 가열하고, 또 보다 많은 용융 도체 (3a) 를 응집, 흡인하는 데에 있어서 바람직하다.
[제 3 실시형태]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 3 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1, 30) 와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 제 3 실시형태에 관련된 보호 소자 (40) 는, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 평면에서 볼 때, 제 1 인출 전극 (6), 발열체 (4), 제 2 인출 전극 (10), 중간 전극 (8) 의 순서로 배치되어 있다. 그리고, 보호 소자 (40) 는, 제 2 인출 전극 (10) 과 중간 전극 (8) 은, 평면에서 볼 때 중첩되어 있지 않다.
보호 소자 (40) 에서는, 중간 전극 (8) 이 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩하지 않기 때문에, 보호 소자 (1) 에 비하여, 중간 전극 (8) 과 제 2 인출 전극 (10) 의 열적인 접속이 약하다. 그 때문에, 보호 소자 (40) 는, 보호 소자 (1) 에 비하여, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 신속 용단성은 열등한 경우가 있다.
그러나, 보호 소자 (40) 는, 중간 전극 (8) 을 발열체 (4) 의 발열 전류가 통전하는 제 1 인출 전극 (6), 발열체 (8), 및 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩시키지 않고, 또한 보호 소자 (1) 에 비하여, 중간 전극 (8) 이 제 1 인출 전극 (6) 으로부터 더욱 이간된 위치에 형성된다. 이로써, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 사이의 방전 경로가 보다 형성되기 어려워져, 스파크의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 절연층 (7) 이나 중간 전극 (8) 이 파손되는 일없이, 퓨즈 엘리먼트 (3) 로의 열전도율을 유지하고, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 신속하게 용단시킬 수 있어, 안전하게 전류 경로를 차단할 수 있다.
또한, 보호 소자 (40) 에 있어서도, 보호 소자 (30) 와 동일하게, 복수의 발열체 (4) 및 복수의 제 1, 제 2 인출 전극 (6, 10) 을 형성해도 된다. 이 경우도, 중간 전극 (8) 은, 각 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩하지 않고, 또한 각 제 1 인출 전극 (6) 으로부터, 보다 이간한 위치에 배치되기 때문에, 고전압이 인가된 경우에도 스파크의 발생을 방지할 수 있다.
[제 4 실시형태]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 4 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1, 30, 40) 와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 제 4 실시형태에 관련된 보호 소자 (50) 는, 도 14(A) ∼ (C), 도 15 및 도 16(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 과 반대측인 이면 (2b) 에, 발열체 (4), 발열체 급전 전극 (5), 제 1 인출 전극 (6), 발열체 접속 전극 (9), 제 2 인출 전극 (10) 및 이들을 피복하는 절연층 (7) 이 형성되어 있다. 또, 보호 소자 (50) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 탑재되는 중간 전극 (8) 과, 중간 전극 (8) 과 발열체 접속 전극 (9) 을 접속하는 제 1 접속 전극 (51) 과, 발열체 급전 전극 (5) 과 캐스텔레이션을 개재하여 접속된 제 2 접속 전극 (52) 과, 제 1 전극 (11) 과 ,제 2 전극 (12) 이 형성되어 있다.
제 1 접속 전극 (51) 및 제 2 접속 전극 (52) 은, 상기 서술한 발열체 급전 전극 (5) 이나 발열체 접속 전극 (9) 과 동일한 재료, 동일한 공정에 의해 형성할 수 있다.
발열체 접속 전극 (9) 과 제 1 접속 전극 (51) 은, 절연 기판 (2) 을 관통하는 관통공 (53) 에 의해 연속되어 있다. 관통공 (53) 은, 내부에 도전층이 형성된 도전 스루홀이며, 관통공 (53) 을 개재하여 발열체 접속 전극 (9) 과 제 1 접속 전극 (51) 이 전기적, 열적으로 접속된다. 즉, 보호 소자 (50) 는, 발열체 (4) 가 절연 기판 (2) 을 개재하여 중간 전극 (8) 을 가열함과 함께, 열전도성이 우수한 발열체 접속 전극 (9), 관통공 (53) 및 제 1 접속 전극 (51) 을 개재하여 발열체 (4) 의 열이 중간 전극 (8) 으로 전해져, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열, 용단할 수 있다 (도 16).
제 2 접속 전극 (52) 은, 절연성의 규제벽 (54) 이 형성되어 있다. 규제벽 (54) 은, 발열체 급전 전극 (5) 을 외부 회로 기판에 접속하는 접속 땜납의 필릿이 제 2 접속 전극 (52) 상에서 젖어 확산되어 왔을 때에, 중간 전극 (8) 이나 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 접촉하는 것을 방지하기 위한 것이다. 규제벽 (54) 은, 예를 들어 유리 페이스트를 제 2 접속 전극 (52) 상에 도포함으로써 형성할 수 있다.
보호 소자 (50) 는, 중간 전극 (8) 이 절연 기판 (2) 을 개재하여 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩한다. 이로써, 절연 기판 (2) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 제 2 인출 전극 (10) 이 열적으로 접속되게 되어, 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 가열을 보조할 수 있다.
또, 보호 소자 (50) 는, 중간 전극 (8) 이 절연 기판 (2) 을 개재하여 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩한다. 이로써, 절연 기판 (2) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 제 1 인출 전극 (6) 이 열적으로 접속되게 되어, 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 가열을 보조할 수 있다. 또한, 보호 소자 (50) 는, 중간 전극 (8) 을, 절연 기판 (2) 을 개재하여 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않는 위치에 형성해도 된다. 이로써, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 사이의 방전 경로가 보다 형성되기 어려워져, 스파크의 발생을 방지할 수 있다.
[제 5 실시형태]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 5 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1, 30, 40, 50) 와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 제 5 실시형태에 관련된 보호 소자 (60) 는, 보호 소자 (50) 에 대해, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에, 발열체 (4), 제 1 인출 전극 (6) 및 제 2 인출 전극 (10), 절연층 (7) 이 각각 복수 형성되어 있는 점에서 상이하다.
도 17(A) ∼ (C), 도 18 및 도 19(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (60) 는, 복수의 발열체 (4) 가 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 상에 이간하여 병렬해 형성되어 있다. 각 발열체 (4) 는, 일단부 (4a) 가 제 1 인출 전극 (6) 을 개재하여 발열체 급전 전극 (5) 과 접속되고, 타단부 (4b) 가 제 2 인출 전극 (10) 을 개재하여 발열체 접속 전극 (9) 과 접속되어 있다. 이들 각 발열체 (4), 각 제 1 인출 전극 (6), 각 제 2 인출 전극 (10) 은, 절연층 (7) 에 의해 피복되어 있다.
[유지 전극]
또, 보호 소자 (60) 는, 보호 소자 (30) 와 동일하게, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 유지하는 유지 전극 (32) 을 형성하고, 표면 (2a) 에 형성된 중간 전극 (8) 과 유지 전극 (32) 을, 절연 기판 (2) 을 관통하는 관통공 (33) 을 개재하여 연속시키고, 용융한 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를, 관통공 (33) 을 개재하여 유지 전극 (32) 측으로 흡인시킨다. 이로써, 보호 소자의 고정격화, 고용량화에 수반하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 대형화함으로써 용융량이 증대한 경우에도, 대량의 용융 도체 (3a) 를 유지 전극 (32), 중간 전극 (8) 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 에 의해 유지할 수 있어, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 확실하게 용단할 수 있다.
유지 전극 (32) 은, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 형성된 절연층 (7) 에 중첩하여 형성된다. 또, 유지 전극 (32) 은, 중간 전극 (8) 과 동일하게, Ag 나 Cu 혹은 Ag 나 Cu 를 주성분으로 하는 합금 재료 등의 공지된 전극 재료를 사용하여 인쇄 등의 공지된 방법에 의해 형성할 수 있다.
관통공 (33) 은, 중간 전극 (8), 절연 기판 (2), 절연층 (7) 및 유지 전극 (32) 을 관통한다. 또, 관통공 (33) 은, 내면에 도전층 (34) 이 형성되어 있다. 도전층 (34) 은, 중간 전극 (8) 및 유지 전극 (32) 과 연속되어 있다. 이로써, 중간 전극 (8) 에 응집한 용융 도체 (3a) 를 관통공 (33) 내로 유도하기 쉽게 함과 함께, 관통공 (33) 을 개재하여 흡인된 용융 도체 (3a) 를 유지 전극 (32) 에 응집시킬 수 있어, 보다 많은 용융 도체 (3a) 를 흡인하여, 중간 전극 (8) 및 제 1, 제 2 전극 (11, 12) 에 의해 유지되는 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용단 부위에 있어서의 용융 도체 (3a) 의 체적을 감소시킬 수 있다.
또, 보호 소자 (60) 에서는, 유지 전극 (32) 의 관통공 (33) 내에 형성된 도전층 (34) 이 중간 전극 (8) 과 접속됨으로써, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 유지 전극 (32) 및 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 거쳐 제 1 전극 (11) 에 이르는 발열체 (4) 로의 급전 경로가 구성된다. 또, 보호 소자 (60) 는, 유지 전극 (32) 의 관통공 (33) 내에 형성된 도전층 (34) 이 중간 전극 (8) 과 접속됨으로써, 발열체 (4) 의 열이 도전층 (34) 및 중간 전극 (8) 을 거쳐 퓨즈 엘리먼트 (3) 로 전달되는 열경로가 구성된다.
또한, 보호 소자 (60) 에 있어서도, 관통공 (33) 을 복수 형성함으로써, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 흡인하는 경로를 늘려, 보다 많은 용융 도체 (3a) 를 흡인함으로써, 용단 부위에 있어서의 용융 도체 (3a) 의 체적을 감소시키도록 해도 된다.
각 발열체 (4) 는, 발열체 급전 전극 (5) 을 개재하여 통전되면, 발열체 급전 전극 (5) 및 제 1 인출 전극 (6) 측이 고전위부가 되고, 제 2 인출 전극 (10), 발열체 접속 전극 (9) 및 중간 전극 (8) 측이 저전위부가 된다. 그리고, 보호 소자 (60) 는, 평면에서 볼 때, 중간 전극 (8) 이 각 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩하지 않고 또한 각 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩한다.
이로써, 보호 소자 (60) 는, 평면에서 볼 때 중간 전극 (8) 이 각 제 1 인출 전극 (6) 으로부터 이간된 위치에 형성되고, 고전위부가 되는 제 1 인출 전극 (6) 과 저전위부가 되는 중간 전극 (8) 사이의 방전 경로가 형성되기 어려워져, 고전압이 인가된 경우여도 스파크 (방전) 가 발생하기 어려워 안전하고 또한 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있다.
또, 보호 소자 (60) 는, 중간 전극 (8) 이 각 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩함으로써, 절연 기판 (2) 을 개재하여 중간 전극 (8) 과 제 2 인출 전극 (10) 이 열적으로 접속되게 되어, 효율적으로 중간 전극 (8) 및 이것에 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열할 수 있다. 따라서, 각 발열체 (4) 에 통전 후, 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단할 수 있다.
또한, 보호 소자 (60) 는, 발열체 (4) 의 통전 방향 하류측에 위치하는 유지 전극 (32) 도, 제 2 인출 전극 (10) 과 중첩하고, 제 1 인출 전극 (6) 과 중첩시키지 않는 것에 의해, 고전위의 제 1 인출 전극 (6) 과 이간한 위치에 형성되는 점에서, 고전압이 인가된 경우여도 스파크 (방전) 가 발생하기 어려워져, 스파크에 의한 파손을 방지할 수 있다.
또, 보호 소자 (60) 는, 발열체 (4) 를 관통공 (33) 의 양측에 형성하는 것이, 유지 전극 (32) 및 중간 전극 (8) 을 가열하고, 또 보다 많은 용융 도체 (3a) 를 응집, 흡인하는 데에 있어서 바람직하다.
[제 6 실시형태]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 6 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1, 30, 40, 50, 60) 와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 도 20(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 6 실시형태에 관련된 보호 소자 (70) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 을 형성하고, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 유지 전극 (32) 을 형성함으로써, 절연 기판 (2) 이 중간 전극 (8) 으로부터 관통공 (33) 을 개재하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 유지 전극 (32) 측으로 흡인, 유지시키는 용단 부재 (71) 를 구성하고, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 이 용단 부재 (71) 로 협지되고 있는 것이다.
용단 부재 (71) 의 절연 기판 (2) 은, 표면 (2a) 에, 복수의 발열체 (4) 와, 각 발열체 (4) 로의 급전 단자가 되는 발열체 급전 전극 (5) 과, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 인출되고, 각 발열체 (4) 의 일단부 (4a) 와 접속된 복수의 제 1 인출 전극 (6) 과, 발열체 (4) 를 피복하는 절연층 (7) 과, 절연층 (7) 상에 형성되고, 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 접속되는 중간 전극 (8) 과, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측의, 각 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 사이에 형성되고, 각 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 을 접속하는 발열체 접속 전극 (9) 과, 발열체 접속 전극 (9) 으로부터 인출되고, 각 발열체 (4) 의 타단부 (4b) 와 접속된 제 2 인출 전극 (10) 이 형성되어 있다. 이들 각 전극 (5, 6, 8, 9, 10), 발열체 (4) 및 절연층 (7) 의 구성이나 효과는 상기 서술한 보호 소자 (30) 와 동일하기 때문에, 자세한 것은 생략한다.
또, 용단 부재 (71) 의 절연 기판 (2) 은, 이면 (2b) 에, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 유지하는 유지 전극 (32) 이 형성되고, 중간 전극 (8) 과 유지 전극 (32) 이, 절연 기판 (2) 을 관통하여 내면에 도전층 (34) 이 형성된 관통공 (33) 을 개재하여 연속되어 있다. 이로써, 절연 기판 (2) 은, 용융한 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를, 관통공 (33) 을 개재하여 중간 전극 (8) 으로부터 유지 전극 (32) 측으로 흡인한다. 이들 유지 전극 (32), 관통공 (33) 및 도전층 (34) 의 구성이나 효과는 상기 서술한 보호 소자 (30) 와 동일하기 때문에, 자세한 것은 생략한다.
여기서, 용단 부재 (71) 의 절연 기판 (2) 은, 표면 (2a) 에, 중간 전극 (8) 과 함께, 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 접속됨과 함께, 용융 도체 (3a) 를 유지하는 보조 전극 (73) 을 형성해도 된다. 또, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 절연 기판 (2) 과는 별도로 형성되고, 외부 회로와 접속된 제 1, 제 2 외부 단자 (74, 75) 와 접속 땜납 (14) 등의 접합 재료를 개재하여 접속되어 있다. 즉, 제 1, 제 2 외부 단자 (74, 75) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 개재하여 전기적으로 도통되고 있다. 또, 각 용단 부재 (71) 의 발열체 급전 전극 (5) 도, 동일하게 절연 기판 (2) 과는 별도로 형성되고, 외부 회로와 접속된 제 3 외부 단자 (76) 와 접속되어 있다.
또한, 보호 소자 (70) 는, 용단 부재 (71), 퓨즈 엘리먼트 (3), 및 제 1 ∼ 제 3 외부 단자 (74 ∼ 76) 가 절연성의 케이스 (77) 에 수납된다. 케이스 (77) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 하측에 접속되는 용단 부재 (71) 및 제 1 ∼ 제 3 외부 단자 (74 ∼ 76) 가 배치되는 하측 케이스 (77a) 와, 하측 케이스 (77a) 상을 덮는 커버 (77b) 를 갖는다. 하측 케이스 (77a) 에는, 배치된 용단 부재 (71) 의 유지 전극 (32) 이 용융 도체 (3a) 를 유지하기 위해 충분한 크기를 갖는 수납 오목부 (78) 가 형성되어 있다. 또, 커버 (77b) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 상측에 접속되는 용단 부재 (71) 를 수납함과 함께, 이 용단 부재 (71) 의 유지 전극 (32) 이 용융 도체 (3a) 를 유지하기 위해 충분한 내부 공간을 갖는다.
제 1, 제 2 외부 단자 (74, 75) 는, 일단이 케이스 (77) 내에 있어서 퓨즈 엘리먼트 (3) 와 접속되고, 타단이 케이스 (77) 외로 도출되어, 외부 회로와 접속된다. 또, 제 3 외부 단자 (76) 는, 일단이 케이스 (77) 내에 있어서 각 용단 부재 (71) 의 발열체 급전 전극 (5) 과 접속되고, 타단이 케이스 (77) 외로 도출되어, 외부 회로와 접속된다.
그리고, 보호 소자 (70) 는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 복수의 용단 부재 (71) 로 협지되어 있다. 도 20 에 나타내는 보호 소자 (70) 는, 용단 부재 (71) 가, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 일방의 면 및 타방의 면에 각각 배치 형성되어 있다. 도 21 은, 보호 소자 (70) 의 회로도이다. 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 표면 및 이면에 배치 형성된 각 용단 부재 (71) 는, 각각 발열체 (4) 의 일단이 각 절연 기판 (2) 에 형성된 제 1 인출 전극 (6), 발열체 급전 전극 (5) 및 제 3 외부 단자 (76) 를 개재하여 발열체 (4) 를 발열시키기 위한 전원에 접속되고, 발열체 (4) 의 타단이 각 절연 기판 (2) 에 형성된 제 2 인출 전극 (10), 발열체 접속 전극 (9) 및 중간 전극 (8) 을 개재하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 와 접속되어 있다.
도 22 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (70) 는, 발열체 (4) 의 발열에 의해 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단할 때에는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 양면에 접속된 각 용단 부재 (71, 71) 의 발열체 (4) 가 발열하여, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 양면으로부터 가열한다. 따라서, 보호 소자 (70) 는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 단면적을 증대시킨 경우에도, 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열하여, 용단할 수 있다.
또, 보호 소자 (70) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 양면으로부터 용융 도체 (3a) 를, 각 용단 부재 (71) 의 절연 기판 (2) 에 형성한 각 관통공 (33) 내로 흡인함과 함께 유지 전극 (32) 에 응집시킨다. 따라서, 보호 소자 (70) 는, 대전류 용도에 대응하기 위해서 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 단면적을 증대시켜, 중간 전극 (8) 에 의한 용융 도체 (3a) 의 유지 용량을 초과하는 용융 도체 (3a) 가 발생한 경우에도, 중간 전극 (8) 에 부가하여, 관통공 (33) 및 유지 전극 (32) 으로 용융 도체 (3a) 를 유지함으로써, 또, 복수의 용단 부재 (71) 에 의해 용융 도체 (3a) 를 흡인함으로써, 확실하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단시킬 수 있다. 또, 보호 소자 (70) 는, 복수의 용단 부재 (71) 에 의해 용융 도체 (3a) 를 흡인함으로써, 보다 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 용단시킬 수 있다.
보호 소자 (70) 는, 퓨즈 엘리먼트 (3) 로서, 내층을 구성하는 저융점 금속을 고융점 금속으로 피복하는 피복 구조를 사용한 경우에도, 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 신속하게 용단시킬 수 있다. 즉, 고융점 금속으로 피복된 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 발열체 (4) 가 발열한 경우에도, 외층의 고융점 금속이 용융하는 온도까지 가열하는 데에 시간을 필요로 한다. 여기서, 보호 소자 (70) 는, 복수의 용단 부재 (71) 를 구비하고, 동시에 각 발열체 (4) 를 발열시킴으로써, 외층의 고융점 금속을 신속하게 용융 온도까지 가열할 수 있다. 따라서, 보호 소자 (70) 에 의하면, 외층을 구성하는 고융점 금속층의 두께를 두껍게 할 수 있어, 추가적인 고정격화를 도모하면서, 신속 용단 특성을 유지할 수 있다.
또, 보호 소자 (70) 는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 용단 부재 (71, 71) 가 대향하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 접속되는 것이 바람직하다. 이로써, 보호 소자 (70) 는, 1 쌍의 용단 부재 (71, 71) 로, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 동일 지점을 양면측으로부터 동시에 가열함과 함께 용융 도체 (3a) 를 흡인할 수 있어, 보다 신속하게 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 가열, 용단할 수 있다.
또, 보호 소자 (70) 는, 1 쌍의 용단 부재 (71, 71) 의 각 절연 기판 (2) 에 형성된 중간 전극 (8) 및 보조 전극 (73) 이 퓨즈 엘리먼트 (3) 를 개재하여 서로 대향하는 것이 바람직하다. 이로써, 1 쌍의 용단 부재 (71, 71) 가 대칭으로 접속됨으로써, 리플로 실장 시 등에 있어서, 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 대한 부하가 가해지는 쪽이 언밸런스가 되는 일도 없어, 변형에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.
[제 7 실시형태]
이어서, 본 기술이 적용된 보호 소자의 제 7 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1, 30, 40, 50, 60, 70) 와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략하는 경우가 있다. 도 23(A)(B), 도 24 에 나타내는 바와 같이, 제 7 실시형태에 관련된 보호 소자 (80) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 중간 전극 (8) 을 형성하고, 절연 기판 (2) 의 이면 (2b) 에 발열체 (4) 및 유지 전극 (32) 을 형성함으로써, 절연 기판 (2) 이 중간 전극 (8) 으로부터 관통공 (33) 을 개재하여 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 유지 전극 (32) 측으로 흡인, 유지시키는 용단 부재 (81) 를 구성하고, 퓨즈 엘리먼트 (3) 가 이 용단 부재 (81) 로 협지되고 있는 것이다.
용단 부재 (81) 의 절연 기판 (2) 은, 표면 (2a) 에, 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 접속되는 중간 전극 (8) 이 형성되어 있다. 이 중간 전극 (8) 의 구성이나 효과는 상기 서술한 보호 소자 (60) 와 동일하기 때문에, 자세한 것은 생략한다. 또, 용단 부재 (81) 에 있어서도, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에, 중간 전극 (8) 과 함께, 퓨즈 엘리먼트 (3) 에 접속됨과 함께, 용융 도체 (3a) 를 유지하는 보조 전극 (73) 을 형성해도 된다.
또, 용단 부재 (81) 의 절연 기판 (2) 은, 이면 (2b) 에, 복수의 발열체 (4) 와, 각 발열체 (4) 로의 급전 단자가 되는 발열체 급전 전극 (5) 과, 발열체 급전 전극 (5) 으로부터 인출되고, 각 발열체 (4) 의 일단부 (4a) 와 접속된 복수의 제 1 인출 전극 (6) 과, 발열체 (4) 를 피복하는 절연층 (7) 과, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 측의, 각 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 사이에 형성되고, 각 발열체 (4) 및 중간 전극 (8) 을 접속하는 발열체 접속 전극 (9) 과, 발열체 접속 전극 (9) 으로부터 인출되고, 각 발열체 (4) 의 타단부 (4b) 와 접속된 제 2 인출 전극 (10) 과, 절연층 (7) 상에 형성되고, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를 유지하는 유지 전극 (32) 이 형성되고, 중간 전극 (8) 과 유지 전극 (32) 이, 절연 기판 (2) 을 관통하여 내면에 도전층 (34) 이 형성된 관통공 (33) 을 개재하여 연속되어 있다. 이로써, 절연 기판 (2) 은, 용융한 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용융 도체 (3a) 를, 관통공 (33) 을 개재하여 중간 전극 (8) 으로부터 유지 전극 (32) 측으로 흡인함과 함께, 발열체 (4) 의 통전 경로 및 퓨즈 엘리먼트 (3) 로의 열경로를 구성한다. 이들 각 전극 (5, 6, 9, 10), 발열체 (4), 절연층 (7), 유지 전극 (32), 관통공 (33) 및 도전층 (34) 의 구성이나 효과는 상기 서술한 보호 소자 (60) 와 동일하기 때문에, 자세한 것은 생략한다.
보호 소자 (70) 와 동일하게, 퓨즈 엘리먼트 (3) 는, 외부 회로와 접속된 제 1, 제 2 외부 단자 (74, 75) 와 접속 땜납 (14) 등의 접합 재료를 개재하여 접속되어 있다. 또, 각 용단 부재 (81) 의 발열체 급전 전극 (5) 도, 외부 회로와 접속된 제 3 외부 단자 (76) 와 접속되어 있다.
보호 소자 (80) 에 있어서의 발열체 (4) 의 통전, 퓨즈 엘리먼트 (3) 의 용단의 작용 등은, 상기 서술한 보호 소자 (70) 와 동일하기 때문에, 자세한 것은 생략한다.
또한, 보호 소자 (70, 80) 에 있어서, 발열체 (4) 를 절연 기판 (2) 의 표면 (2a), 이면 (2b) 에 형성하는 어느 경우에 있어서도, 관통공 (33) 의 양측에 형성하는 것이, 유지 전극 (32) 및 중간 전극 (8) 을 가열하고, 또 보다 많은 용융 도체 (3a) 를 응집, 흡인하는 데에 있어서 바람직하다.
또, 도 25(A)(B), 도 26(A)(B) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (70, 80) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 또는 이면 (2b) 에 절연층 (7) 을 형성한 후에, 발열체 급전 전극 (5), 제 1 인출 전극 (6), 제 2 인출 전극 (10), 발열체 접속 전극 (9) 및 발열체 (4) 를 형성하고, 또한 이들 위에 절연층 (7) 을 형성함으로써, 절연층 (7) 내에 발열체 (4) 등을 형성해도 된다.
1 : 보호 소자
2 : 절연 기판
2a : 표면
2b : 이면
3 : 퓨즈 엘리먼트
3a : 용융 도체
4 : 발열체
4a : 일단부
4b : 타단부
5 : 발열체 급전 전극
5a : 제 3 외부 접속 전극
6 : 제 1 인출 전극
7 : 절연층
8 : 중간 전극
9 : 발열체 접속 전극
10 : 제 2 인출 전극
11 : 제 1 전극
11a : 제 1 외부 접속 전극
12 : 제 2 전극
12a : 제 2 외부 접속 전극
14 : 접속 땜납
15 : 저융점 금속층
16 : 고융점 금속층
17 : 규제벽
20 : 배터리 팩
20a : 정극 단자
20b : 부극 단자
21a ∼ 21d : 배터리 셀
22 : 충전 장치
23 : 전류 제어 소자
24 : 제어부
25 : 배터리 스택
26 : 충방전 제어 회로
27 : 검출 회로
28 : 전류 제어 소자
30 : 보호 소자
32 : 유지 전극
33 : 관통공
34 : 도전층
40 : 보호 소자
50 : 보호 소자
51 : 제 1 접속 전극
52 : 제 2 접속 전극
53 : 관통공
54 : 규제벽
60 : 보호 소자
70 : 보호 소자
71 : 용단 부재
73 : 보조 전극
74 : 제 1 외부 단자
75 : 제 2 외부 단자
76 : 제 3 외부 단자
77 : 케이스
77a : 하측 케이스
77b : 커버
80 : 보호 소자
81 : 용단 부재

Claims (15)

  1. 절연 기판과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과,
    상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과,
    상기 퓨즈 엘리먼트와 접하는 중간 전극과,
    상기 절연 기판의 일면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과,
    상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과,
    상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하고, 상기 중간 전극이 적층된 절연층을 갖고,
    상기 중간 전극은, 상기 절연층을 개재하여, 상기 제 1 인출 전극과 중첩하지 않고, 또한 상기 제 2 인출 전극과 중첩하는, 보호 소자.
  2. 절연 기판과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과,
    상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과,
    상기 퓨즈 엘리먼트와 접하는 중간 전극과,
    상기 절연 기판의 일면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과,
    상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과,
    상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하고, 상기 중간 전극이 적층된 절연층을 갖고,
    평면에서 볼 때, 상기 제 1 인출 전극, 상기 발열체, 상기 제 2 인출 전극, 상기 중간 전극의 순서로 배치되어 있는, 보호 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 인출 전극과 상기 중간 전극은, 평면에서 볼 때 중첩되어 있지 않은 보호 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중간 전극의 양측에, 상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극, 및 상기 제 2 인출 전극이, 각각 형성되어 있는 보호 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절연 기판의 일면과 반대측의 타면에는, 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를 유지하는 유지 전극이 형성되고,
    상기 중간 전극과 상기 유지 전극이, 상기 절연 기판을 관통하는 관통공을 개재하여 연속되는 보호 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연 기판은, 용융한 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를, 상기 관통공을 개재하여 상기 유지 전극측으로 흡인하는 용단 부재를 구성하고,
    상기 퓨즈 엘리먼트가 상기 용단 부재로 협지되어 있는 보호 소자.
  7. 절연 기판과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와,
    상기 절연 기판의 상기 일면과 반대인 타면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
    상기 절연 기판의 타면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과,
    상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 퓨즈 엘리먼트가 배치된 중간 전극과,
    상기 절연 기판의 타면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과,
    상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과,
    상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하는 절연층을 갖고,
    상기 중간 전극은, 상기 절연 기판을 개재하여, 상기 제 2 인출 전극과 중첩하는, 보호 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중간 전극은, 상기 제 1 인출 전극과도 중첩하는, 보호 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 중간 전극은, 상기 제 1 인출 전극과 중첩하지 않는, 보호 소자.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중간 전극의 양측에, 상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극, 및 상기 제 2 인출 전극이, 각각 형성되어 있는 보호 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 절연층 상에, 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를 유지하는 유지 전극이 형성되고,
    상기 중간 전극과 상기 유지 전극이, 상기 절연 기판을 관통하는 관통공을 개재하여 연속되는 보호 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연 기판은, 용융한 상기 퓨즈 엘리먼트의 용융 도체를, 상기 관통공을 개재하여 상기 유지 전극측으로 흡인하는 용단 부재를 구성하고,
    상기 퓨즈 엘리먼트가 상기 용단 부재로 협지되어 있는 보호 소자.
  13. 1 개 이상의 배터리 셀과,
    상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되어, 그 충방전 경로를 차단하는 보호 소자와,
    상기 배터리 셀의 전압값을 검출하여 상기 보호 소자로의 통전을 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고,
    상기 보호 소자는,
    절연 기판과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과,
    상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과,
    상기 퓨즈 엘리먼트와 접하는 중간 전극과,
    상기 절연 기판의 일면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과,
    상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과,
    상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하고, 상기 중간 전극이 적층된 절연층을 갖고,
    상기 중간 전극은, 상기 절연층을 개재하여, 상기 제 1 인출 전극과 중첩하지 않고, 또한 상기 제 2 인출 전극과 중첩하는,
    배터리 팩.
  14. 1 개 이상의 배터리 셀과,
    상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되어, 그 충방전 경로를 차단하는 보호 소자와,
    상기 배터리 셀의 전압값을 검출하여 상기 보호 소자로의 통전을 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고,
    상기 보호 소자는,
    절연 기판과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과,
    상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과,
    상기 퓨즈 엘리먼트와 접하는 중간 전극과,
    상기 절연 기판의 일면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과,
    상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과,
    상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하고, 상기 중간 전극이 적층된 절연층을 갖고,
    평면에서 볼 때, 상기 제 1 인출 전극, 상기 발열체, 상기 제 2 인출 전극, 상기 중간 전극의 순서로 배치되어 있는,
    배터리 팩.
  15. 1 개 이상의 배터리 셀과,
    상기 배터리 셀의 충방전 경로 상에 접속되어, 그 충방전 경로를 차단하는 보호 소자와,
    상기 배터리 셀의 전압값을 검출하여 상기 보호 소자로의 통전을 제어하는 전류 제어 소자를 구비하고,
    상기 보호 소자는,
    절연 기판과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성된 퓨즈 엘리먼트와,
    상기 절연 기판의 상기 일면과 반대인 타면측에 형성되고, 발열에 의해 상기 퓨즈 엘리먼트를 용단하는 발열체와,
    상기 절연 기판의 타면측에 형성되고, 상기 발열체를 발열시키는 전류가 급전되는 발열체 급전 전극과,
    상기 발열체 급전 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 일단부와 접속된 제 1 인출 전극과,
    상기 절연 기판의 일면측에 형성되고, 상기 퓨즈 엘리먼트가 배치된 중간 전극과,
    상기 절연 기판의 타면측의, 상기 발열체 및 상기 중간 전극 사이에 형성되고, 상기 발열체 및 상기 중간 전극을 접속하는 발열체 접속 전극과,
    상기 발열체 접속 전극으로부터 인출되고, 상기 발열체의 타단부와 접속된 제 2 인출 전극과,
    상기 발열체, 상기 제 1 인출 전극 및 상기 제 2 인출 전극을 피복하는 절연층을 갖고,
    상기 중간 전극은, 상기 절연 기판을 개재하여, 상기 제 2 인출 전극과 중첩하는,
    배터리 팩.
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