TW201332241A - 保護元件、保護元件之製造方法、及組裝有保護元件之電池模組 - Google Patents

保護元件、保護元件之製造方法、及組裝有保護元件之電池模組 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可實現低背化(low profile)並且可藉由發熱體之熱而確實地熔斷電流路徑上之低熔點金屬的保護元件。該保護元件具備：基板(11)，形成有凹部(11a)；發熱體(12)，積層於凹部(11a)；第2基板(13)，以覆蓋發熱體(12)之方式積層於基板(11)；第1及第2電極(14a)、(14b)，等係積層於積層有第2基板(13)的基板(11)之面上；發熱體電極(15)，以與發熱體(12)重疊之方式積層於第2基板(13)上，與上述第1及第2電極(14a)、(14b)之間之電流路徑、及發熱體(12)電性連接；以及低熔點金屬(16)，自發熱體電極(15)起跨及第1及第2電極(14a)、(14b)而積層，藉由加熱來熔斷第1電極(14a)與第2電極(14b)之間的電流路徑；且發熱體電極(15)在基板(11)之厚度方向所規定的位置，係配置在相對於第1電極(14a)與第2電極(14b)為相同之位置。

Description

保護元件、保護元件之製造方法、及組裝有保護元件之電池模組
本發明係關於一種藉由熔斷電流路徑而保護連接於電流路徑上之電路的保護元件、該保護元件之製造方法、及組裝有該保護元件之電池模組。
本申請案係基於在日本於2011年12月19申請之日本專利申請案編號日本特願2011-277123、及於2012年12月17日申請之日本專利申請案編號日本特願2012-274222而主張優先權者，藉由參照該等申請案而引用於本申請案中。
鋰離子電池等二次電池之充放電電路通常具有藉由使若干個保護電路作動而阻斷電池之輸出的功能(專利文獻1)。
於該充放電電路進行一般作動形時，使用FET電晶體進行輸出之導通/截止(ON/OFF)，但以雷電突波(lightning surge)等為代表之瞬間性大電流由於會超過FET電晶體之動作時間，故而就保護內部電路之觀點而言，將檢測並阻斷過電流之保險絲等用作保護電路。又，於監控電池之狀態而檢測到過量充電、過量放電、電池之發熱等異常狀態時，為了阻斷電池之輸出而使用FET。
又，如專利文獻2所記載般，於進行二次電池之充電時，使用具有保護元件之多重保護電路來確保二次電池之安全，該保護元件係於檢測出對電池之過量充電、或存在電池之異常溫度上升、亦或因FET之發熱導致故障時，強制性地阻斷對電池之充電動作。
進而，作為此種鋰離子二次電池之保護電路的保護元件，如專利文獻3所記載般，通常使用有如下構造：於保護元件內部具有發熱體，藉由該發熱體熔斷電流路徑上之低熔點金屬。
[專利文獻1]日本特開2008-29167號公報
[專利文獻2]日本特開2006-109596號公報
[專利文獻3]日本特開平7-153367號公報
例如，因板(Slate)型資訊終端等出現，而期待必需多重保護之電子機器之進一步之薄型化。
於如上述專利文獻3所記載之保護元件中，採用經由絕緣體而熱性連接發熱體與低熔點金屬之構造，但存在如下問題。
首先，先前之保護元件之構造必需於基板上積層發熱體、絕緣層、及作為低熔點金屬連接用之電極。而且，必須於該電極之上部連接低熔點金屬，進而於其上部具備用以保護元件內部之蓋體(cap)或內部保護板等構造，而導致製品總厚度會變厚。
進而，由於在連接有低熔點金屬之電極間產生相對較大之突出部，故而於對低熔點金屬進行加熱而使其流動時，其流動受到阻礙，從而為了熔斷所需之時間變長。
本發明係鑒於此種實際情況而提出者，其目的在於提供一種可實現低背化並且可藉由發熱體之熱而確實地熔斷電流路徑上之低熔點金屬的保護元件、該保護元件之製造方法、及組裝有該保護元件之電池模組。
作為用以解決上述課題之方法，本發明之保護元件具備：基板，由形成有凹部之第1絕緣構件所構成；發熱體，積層於基板之凹部； 第2絕緣構件，以至少覆蓋發熱體之方式積層於基板上；第1及第2電極，其等積層於積層有第2絕緣構件之基板面上；發熱體電極，其以與發熱體重疊之方式積層於第2絕緣構件上，與第1與第2電極之間之電流路徑、及發熱體電性連接；以及低熔點金屬，自發熱體電極起跨及第1及第2電極而積層，藉由加熱來熔斷第1電極與第2電極之間之電流路徑；且發熱體電極在基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於第1電極與第2電極為相同之位置或較低之位置。
又，本發明之保護元件之製造方法具有如下步驟：將發熱體積層於由形成有凹部之第1絕緣構件所構成之基板之凹部；將第2絕緣構件以至少覆蓋發熱體之方式，積層於基板；於積層有第2絕緣構件之基板面上積層第1及第2電極；將與上述第1及第2電極之間之電流路徑、及上述發熱體電性連接的發熱體電極以與發熱體重疊之方式積層於第2絕緣構件；及以自發熱體電極起跨及第1及第2電極來積層低熔點金屬，該低熔點金屬係藉由加熱來熔斷第1電極與第2電極之間之電流路徑；且發熱體電極在基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於第1電極與第2電極為相同之位置或較低之位置上。
又，本發明之電池模組具備：電池，由可充放電1次以上之電池單元所構成；充放電控制電路，與電池串聯連接，且控制電池之充放電；保護元件，連接於電池與充放電控制電路之間之充放電電流路徑上；檢測電路，檢測電池之各電池單元之電壓值；以及電流控制元件，控制流通於保護元件之電流；保護元件具有：基板，由形成有凹部之第1絕緣構件所構成；發熱體，積層於基板之凹部；第2絕緣構件，以至少覆蓋發熱體之方式積層於基板；第1及第2電極，其等積層於積層有第2絕緣構件之基板面上，且連接於充放電電流路徑；發熱體電極，以與發熱體重疊之方式積層於第2絕緣構件上，與上述第1及第2電極之間之電流路徑上、 及該發熱體電性連接；以及低熔點金屬，自發熱體電極起跨及第1及第2電極而積層，藉由加熱來熔斷第1電極與第2電極之間之電流路徑；發熱體電極在基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於第1電極與第2電極為相同之位置或較低之位置；且電流控制元件係以由檢測電路所檢測出之各電池單元之電壓值為特定之範圍外時使電流自發熱體電極流向發熱體之方式進行控制。
又，本發明之保護元件具備：基板，由絕緣構件所構成；第1及第2電極，積層於基板之面上；基板電極，積層於基板面上之第1及第2電極間；低熔點金屬，自基板電極起跨及第1及第2電極而積層，藉由加熱來熔斷第1電極與第2電極之間之電流路徑；蓋體，覆蓋基板之面上；發熱體，設置於蓋體之頂面部；以及發熱體電極，積層於基板之面上，經由形成於蓋體之導電層與發熱體電性連接；且基板電極在上述基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於第1電極與第2電極為相同之位置或較低之位置。
又，本發明之電池模組具備：電池，由1個以上之可充放電之電池單元所構成；充放電控制電路，與電池串聯連接，且控制電池之充放電；保護元件，連接於電池與充放電控制電路之間之充放電電流路徑上；檢測電路，檢測電池之各電池單元之電壓值；以及電流控制元件，控制流通於保護元件之電流；且保護元件具備：基板，由絕緣構件所構成；第1及第2電極，其等積層於基板之面上；基板電極，積層於基板面上之第1及第2電極間；低熔點金屬，自基板電極起跨及第1及第2電極而積層，會藉由加熱來熔斷第1電極與第2電極之間的電流路徑；蓋體，覆蓋基板之面上；發熱體，設置於蓋體之頂面部；以及發熱體電極，積層於基板之面上，經由形成於蓋體之導電層與發熱體電性連接；且基板電極在基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於第1電極與第2電極為相同之位 置或較低之位置；電流控制元件係以由檢測電路所檢測出之各電池單元之電壓值為特定之範圍外時使電流自發熱體電極流向發熱體之方式進行控制。
本發明係於由第1絕緣構件所構成之基板與第2絕緣構件之間夾持有發熱體，故而可依第2絕緣構件之厚度而精度良好地調節發熱體與低熔點金屬之位置，進而，由於位於第1及第2電極之電流路徑間之發熱體電極相對於第1電極與第2電極不突出，故而低熔點金屬不會成為凸形狀，於受到加熱而流動時不會阻礙其流動。因此，本發明可實現低背化，並且可藉由發熱體之熱而確實地熔斷電流路徑上之低熔點金屬。
1、2‧‧‧保護元件
1a-1e‧‧‧構造體
11、21‧‧‧基板
11a‧‧‧凹部
11b‧‧‧面
12、22、36‧‧‧發熱體
13‧‧‧第2基板
13a‧‧‧上表面部
13a1、24‧‧‧第2絕緣構件
14a、23a、14a1、30a‧‧‧第1電極
14b、23b、14a2、30b‧‧‧第2電極
15、25、32‧‧‧發熱體電極
16、26‧‧‧低熔點金屬
17、27、35‧‧‧蓋體
17a、27a‧‧‧最上部
18‧‧‧第三電極
19‧‧‧第4基板
21a‧‧‧平面
31‧‧‧基板電極
35a‧‧‧頂面部
35b‧‧‧側壁
37‧‧‧導電層
38‧‧‧黏著劑
39‧‧‧蓋體電極
100‧‧‧電池模組
100a‧‧‧正極端子
100b‧‧‧負極端子
101、102‧‧‧保險絲
103‧‧‧電阻器
110‧‧‧電池
111-114‧‧‧電池單元
120‧‧‧充放電控制電路
121、122、150‧‧‧電流控制元件
123‧‧‧控制部
140‧‧‧檢測電路
151‧‧‧通孔
152‧‧‧連接端子
200‧‧‧充電裝置
d1‧‧‧距離
d2‧‧‧基板厚
d3‧‧‧製品總厚
d4‧‧‧電極階差
t‧‧‧基板11與第2基板13之厚度之合計
X、Y、Z‧‧‧座標軸
圖1係表示組裝有本發明所使用之保護元件的電池模組之整體構成圖。
圖2係表示本發明所使用之保護元件的電路構成圖。
圖3(A)及圖3(B)係用以對本發明所使用之保護元件的具體構造進行說明之圖。
圖4係用以對使發熱體與發熱體電極之間之距離d1產生變化時之熔斷時間之變化進行說明。
圖5係用以對比較例之保護元件之構成進行說明之圖。
圖6(A)及圖6(B)係用以對本發明所使用之保護元件與比較例之保護元件中低熔點金屬之熔斷特性進行說明。
圖7(A)及圖7(B)係用以評價本發明所使用之保護元件與比較例之保護元件中製品總厚之圖。
圖8(A)及圖8(B)係用以對本發明所使用之變形例之保護元件的 具體構造進行說明。
圖9(A)及圖9(B)係用以對本發明所使用之另一實施例之保護元件的具體構造進行說明。
圖10(A)、圖10(B)、及圖10(C)係用以對使電極階差d4產生變化時之熔斷時間之變化進行說明。
圖11係用以對本發明所使用之保護元件之變形例進行說明。
圖12係用以對本發明所使用之保護元件之變形例進行說明。
以下，一面參照圖式一面對用以實施本發明之形態進行詳細說明。再者，本發明並不僅限定於以下之實施形態，當然可於不脫離本發明之主旨之範圍內進行各種變更。
本發明所使用之保護元件係組裝於例如由可充放電之電池單元所構成之電池與充放電控制電路中的電路，且係例如組裝於如圖1所示之具有由合計4個可充放電之電池單元111~114所構成之電池110的電池模組100來使用。
即，電池模組100具備：電池110；充放電控制電路120，控制電池110之充放電；本發明所使用之保護元件1，保護電池110與充放電控制電路120；檢測電路140，檢測各電池單元111~114之電壓；及電流控制元件150，依檢測電路140之檢測結果來控制保護元件1之動作。
如上所述，電池110係串聯連接有例如鋰離子電池之類的無需過量充電及過量放電狀態之控制的電池單元111~114者，且經由電池模組100之正極端子100a、負極端子100b可裝卸地連接於充電裝置200，並對其施加來自充電裝置200之充電電壓。
充放電控制電路120具備：2個電流控制元件121、122，串聯連接於自電池110流向充電裝置200之電流路徑上；及控制部123，控制 該等電流控制元件121、122之動作。電流控制元件121、122例如由場效電晶體(以下稱為FET)構成，藉由經控制部123所控制之閘極電壓來控制電池110之電流路徑之導通與阻斷。控制部123自充電裝置200接收電力供給而進行動作，並根據檢測電路140之檢測結果，於電池110為過量放電或過量充電時，以阻斷電流路徑之方式控制電流控制元件121、122之動作。
保護元件1例如連接於電池110與充放電控制電路120之間之充放電電流路徑上，其動作由電流控制元件150控制。
檢測電路140與各電池單元111~114連接，檢測各電池單元111~114之電壓值，並將各電壓值供給至充放電控制電路120之控制部123。又，檢測電路140於電池單元111~114任一個變為過量充電電壓或過量放電電壓時輸出控制電流控制元件150之控制信號。
電流控制元件150根據自檢測電路140輸出之檢測信號，於電池單元111~114之電壓值成為特定之範圍外時，具體而言於變為過量放電或過量充電狀態時，以使保護元件1進行動作而阻斷電池110之充放電電流路徑之方式進行控制。
於由如上所述之構成所組成之電池模組100中，對保護元件1之構成進行具體說明。
首先，本發明所使用之保護元件1具有例如圖2所示之電路構成。即，保護元件1係由串聯連接之保險絲101、102及於經由保險絲101、102之連接點通電時熔融保險絲101、102之電阻器103所構成的電路構成。又，於保護元件1中，例如，保險絲101、102串聯連接於充放電電流路徑上，又，電阻器103與電流控制元件150連接。
由此種電路構成所組成之保護元件1係為了實現低背化，並且藉由發熱體之熱而確實地熔斷電流路徑上之低熔點金屬，例如，藉由如圖3所示之構造體1a而實現。
此處，圖3(A)係以三維正交座標XYZ軸作為基準而配置之構造體1a的自XY平面觀察到之剖面圖。又，圖3(B)係用以對自XZ平面觀察到之構造體1a的積層構造進行說明之圖。
構造體1a係藉由在由形成有凹部11a之第1絕緣構件所構成之矩形形狀之基板11上積層如下構件而構成。此處，所謂第1絕緣構件係例如氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石(mullite)、氧化鋯等具有絕緣性之構件。
首先，在形成於基板11中央之凹部11a積層發揮作為上述電阻器103之功能的發熱體12。此處，發熱體12係電阻值相對較高且通電時發熱之具有導電性的構件，且例如由W、Mo、Ru等構成。
繼而，以覆蓋包含積層有發熱體12之凹部11a的基板11之表面11b整體之方式，積層作為第2絕緣構件之第2基板13。此處，第2絕緣構件係與第1絕緣構件相同，例如為氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、氧化鋯等具有絕緣性之構件。
再者，第2基板13係例如使用膜狀或片狀之陶瓷基板，或者，亦可藉由將糊狀之絕緣材料塗佈於表面11b而形成。就防止使第2基板13薄型化時由於產生針孔(pinhole)而有損及絕緣性的可能之觀點而言，尤佳為採用膜狀之陶瓷基板作為第2基板13。
又，為了對下述低熔點金屬16實現良好之熔斷特性，由第2絕緣構件所構成之第2基板13較佳為導熱性高於由第1絕緣構件所構成之基板11之構件。例如，於使用導熱率為1.9~2.2之玻璃陶瓷作為基板11之第1絕緣構件時，較佳為使用導熱率為2.5~3.5之介電膏(dielectric paste)作為第2基板13之絕緣材料。
繼而，於積層有第2基板13之基板11之面11b上方積層第1電極14a、第2電極14b。此處，第1電極14a與第2電極14b係由例如W、Mo、Ag、Pt、Pd、Sn、Au、Cu等所構成，且於組裝於上述充放電控制電路 120時，連接於充放電電流路徑。
繼而，於與發熱體12重疊之第2基板13之上表面部13a積層發熱體電極15。此處，發熱體電極15係如下所述之電極：由例如W、Mo、Ag、Pt、Pd、Sn、Au、Cu等所構成，與第1電極14a及第2電極14b之間之電流路徑、及發熱體12電性連接。又，發熱體電極15係配置於基板11之厚度方向、即z軸方向之高度與第1電極14a及第2電極14b之高度相同之位置。
繼而，自發熱體電極15起跨及第1電極14a及第2電極14b而積層低熔點金屬16。此處，低熔點金屬16係相當於上述保險絲101、102之構件，例如，由In、Ag、Sn、Pb、Au等所構成，發揮作為藉由加熱來熔斷第1電極14a與第2電極14b之間之電流路徑之功能。
又，於積層低熔點金屬16之後，以覆蓋低熔點金屬16之方式配置蓋體17。
再者，構造體1a係如圖3(A)所示般，發熱體電極15經由形成於基板11之厚度方向的通孔(through-hole)151而與發熱體12電性連接。又，發熱體12電性連接於連接端子152，如上所述，例如，經由該連接端子152而與電流控制元件150電性連接。
以如上所述之方式形成之構造體1a之保護元件1係於基板11與第2基板13之間夾持發熱體12，且使發熱體電極15中基板11之厚度方向上之高度為與第1電極14a及第2電極14b相同之高度。
如此，構造體1a之保護元件1可由第2基板13之厚度而精度良好地調節發熱體12與低熔點金屬16之位置，結果可容易地獲得良好之熔斷特性。
例如，如圖4所示，於表1中表示使發熱體12與發熱體電極15之間之距離d1產生變化時熔斷時間之變化。此處，作為前提條件，將 基板11與第2基板13之厚度之合計t設為200 μm，使用消耗電力為4W之發熱體12，使距離d1於20 μm~200 μm內產生變化。
由該表1明確可知，發熱體12與發熱體電極15之間之距離d1越小，則越能獲得良好之熔斷特性。根據該結果觀察亦明確了解可精度良好地調節距離d1以實現良好之熔斷特性。構造體1a之保護元件1可由第2基板13之厚度而精度良好地調節發熱體12與低熔點金屬16之位置，結果可容易地獲得良好之熔斷特性。
又，構造體1a之保護元件1係發熱體電極15相對於第1電極14a與第2電極14b於基板11之厚度方向、即z軸方向上未突出，故而例如不會如圖5所示之比較例之保護元件2般低熔點金屬26之形狀相對於基板21成為凸形狀，因此，於受到加熱而流動時，不會阻礙其流動。
此處，圖5所示之比較例之保護元件2係以如下方式製造者。首先，於基板21之同一平面21a上積層發熱體22與第1電極23a、第2電極23b。繼而，以僅覆蓋積層於基板21之同一平面21a上的發熱體22與第1電極23a、第2電極23b中的發熱體22之方式，積層第2絕緣構件24。進而以與發熱體22重疊之方式，於第2絕緣構件24上積層與發熱體22電性連接之發熱體電極25。繼而，自發熱體電極25起跨及第1電極23a、第2電極23b而積層低熔點金屬26。
以此種方式製造之保護元件2由於其低熔點金屬26之形狀成為凸形狀，故而於受到加熱而流動時，因如下原因而導致阻礙其流動。
使用圖6，說明本實施形態之保護元件1與比較例之保護元 件2中低熔點金屬之熔斷特性。
本實施形態之保護元件1係於低熔點金屬16受到加熱而熔融時，以圖6(A)所示之方式，低熔點金屬16被拉至各電極，尤其較多的低熔點金屬16被拉至靠近發熱體12之發熱體電極15之附近。此處，於保護元件1中，由於發熱體電極15相對於第1電極14a與第2電極14b未突出，故而較多之低熔點金屬16可容易地被引入發熱體電極15。
相對於此，保護元件2於低熔點金屬26受到加熱而熔融時，如圖6(B)所示般，受到重力之影響，低熔點金屬26朝向低於發熱體電極25之位置的第1電極23a、第2電極23b流動之力起作用，因此，被引入發熱體電極25之部分的低熔點金屬26之流動性會受到阻礙。
如此，本實施形態之保護元件1中，低熔點金屬16未成為凸形狀，於受到加熱而流動時，不會阻礙其流動，因此，可確實且迅速地熔斷電流路徑上之低熔點金屬16。
又，於圖7(A)所示之本實施形態之保護元件1、與圖7(B)所示之比較例之保護元件2中，於將各自最高位置上之電極至覆蓋未圖示之低熔點金屬的蓋體17、27之最上部17a、27a為止的厚度設為相同之厚度時，如圖7(A)及圖7(B)所示，與比較例之保護元件2相比，本實施形態之保護元件1可使基板11、21之下部至各自最高位置上之電極為止的厚度(以下，稱為基板厚d2)變薄。與比較例之保護元件2相比，結果為本實施形態之保護元件1可使製品本身之總厚(以下，稱為製品總厚d3)變薄。
又，如圖8(A)所示，保護元件1亦可以變形例之構造體1b之形式，於第2基板13中之各電極間與外周部積層第3基板18。該第3基板18可以使第1電極14a1、第2電極14a2、發熱體電極15之各者的上部面成為同一平面之方式進行位置調整。
又，如圖8(B)所示，保護元件1亦可以變形例之構造體1c之形式，於第2基板13中之各電極間與外周部積層第4基板19。該第4基板19之上表面部位於較第1電極14a、第2電極14b、及發熱體電極15之各電極間高的位置。因此，構造體1c於低熔點金屬16之熔斷時，可使低熔點金屬16不殘留於各電極間，從而可藉由發熱體12之加熱確實地熔斷電流路徑。
進而，如圖9(A)所示，本發明所應用之保護元件1亦可以第2實施例之構造體1d之形式，於基板11之中央形成可埋設發熱體12之凹部11a，藉由例如印刷處理以第2絕緣構件13a1被覆埋設於凹部11a之發熱體12，且使基板11之上部面11b與第2絕緣構件13a1之上表面部13a成為同一平面。於該情形時，構造體1d藉由在第2絕緣構件13a1之上表面部13a積層發熱體電極15，而可與上述構造體1a~1c同樣地，使發熱體電極15在基板11之厚度方向之高度成為與第1電極14a及第2電極14b相同之高度。又，於該構造體1d中，低熔點金屬16之形狀變為平板狀，與熔斷前之各電極之連接可靠性高，於熔斷時可確實且迅速地使電極間熔斷。
又，如圖9(B)所示，本發明所使用之保護元件1亦可以第2實施例之構造體1e之形式，於基板11之中央形成可埋設發熱體12之凹部11a，並於凹部11a埋設發熱體12與藉由印刷處理等覆蓋發熱體12整體之第2絕緣構件13a1。於此種構造體1e中，藉由在第2絕緣構件13a1積層發熱體電極15，而可使發熱體電極15在基板11之厚度方向之高度低於第1電極14a與第2電極14b之高度。又，於該構造體1e中，低熔點金屬16之形狀依發熱體電極15之高度而成為凹陷之形狀，由下述性能評價可明確了解於熔斷時可確實且迅速地熔斷電極間。
如此，於構造體1e中，藉由以使發熱體電極15在基板11之厚度方向之高度低於第1電極14a與第2電極14b之高度之方式進行配 置，而可實現特別良好之熔斷特性。
例如，如圖10所示，於使第1電極14a、23a與第2電極14b、23b之高度固定，以該高度作為基準的與發熱體電極15、25之高度差(以下，稱為電極階差d4)產生變化時，於該電極階差d4相對應之熔斷時間如下述表2所示。
此處，將基板11、21於z軸方向規定之基板厚度設為500 μm，將第2絕緣構件13a1、24於z軸方向規定之厚度設為200 μm，使用消耗電力為4 W之發熱體12、22，使距離d4於-200 μm~300 μm之範圍產生變化。
圖10(A)係電極階差為正之情形。即係表示比較例之保護元件2之構造體之圖。圖10(B)係電極階差為0之情形。即係表示構造體1d之圖。圖10(C)係電極階差為負之情形。即係表示構造體1e之圖。
由上述表明確可知，電極階差d4之值越小，則熔斷時間越短。其原因在於，熔融之低熔點金屬因重力之影響而變得容易引入發熱體電極。
如此，於本發明所應用之保護元件1中，藉由採用構造體1d、1e之構造，以使發熱體電極15在基板11之厚度方向之高度與第1電極14a及第2電極14b之高度相同或低於第1電極14a及第2電極14b之高度的方式進行配置，藉此可實現良好之熔斷特性。較佳為，於本發明所使用之保護元件1中，藉由以使發熱體電極15在基板11之厚度方向之高度變得低於第1電極14a與第2電極14b之高度的方式進行配置，而可實現更良 好之熔斷特性。
又，本發明所使用之保護元件除了將發熱體12形成於基板11之凹部11b以外，亦可如圖11、圖12所示般於蓋體形成發熱體。該構造體1f係於基板11側不具備發熱體，而藉由形成於蓋體35之發熱體36熔斷低熔點金屬16者。構造體1f具備：第1及第2電極30a、30b，其等積層於由絕緣構件所構成之矩形形狀之基板11上；基板電極31，積層於第1及第2電極30a、30b間；低熔點金屬16，自基板電極31起跨及第1及第2電極而積層，藉由加熱來熔斷該第1電極30a與該第2電極30b之間之電流路徑；以及一對發熱體電極32、32，其等經由形成於蓋體35之導電層37而與發熱體36電性連接。
第1電極30a與第2電極30b係由例如W、Mo、Ag、Pt、Pd、Sn、Au、Cu等所構成，且於組裝於上述充放電控制電路120時，連接於充放電電流路徑。又，基板電極31可使用與第1及第2電極30a、30b相同之材料，且可與第1及第2電極30a、30b一併總括地形成於基板11上。
於該等第1及第2電極30a、30b與基板電極31上連接有低熔點金屬16。
又，該構造體1f設置有覆蓋基板11面上之蓋體35。蓋體35係與上述基板11相同，例如使用陶瓷或玻璃環氧基板等具有絕緣性之構件而形成。又，蓋體35係於頂面部35a上設置有發熱體36，並且於側壁35b上設置有與發熱體36電性連接之導電層37。
導電層37例如可使用Cu、W、Mo、Au等公知之導電材料。又，導電層37係自側壁35b之後端部端面而面向外方。而且，側壁35b之後端部係藉由導電性黏著膏或焊錫膏等具有導電性之黏著劑38而與發熱體電極32、32連接。藉此，側壁35b之導電層37電性連接於發熱體電極32、32。
頂面部35a係跨及側壁35b間形成有發熱體36。發熱體36係與上述發熱體12相同，為電阻值相對較高且於通電時發熱之具有導電性之構件，例如由W、Mo、Ru等所構成。將該等之合金或組成物、化合物之粉狀體與樹脂黏合劑等混合而成糊狀者使用網版印刷技術於頂面部35a上形成圖案，並利用進行煅燒等而形成發熱體36，。發熱體36係在形成於頂面部35a上之後，進而積層構成蓋體35之絕緣構件，藉此使其內置於頂面部35a中。又，藉由蓋體35覆蓋基板11上，而使發熱體36形成於與低熔點金屬16相對之位置。
又，發熱體36之兩端與形成於側壁35b之導電層37連接。而且，頂面部35a係經由發熱體電極32、32及導電層37使發熱體36通電來進行發熱。因此，構造體1f可自蓋體35之頂面部35a側加熱低熔點金屬16。
又，頂面部35a較佳為於與低熔點金屬16相對之內面形成蓋體電極39。蓋體電極39係形成於與發熱體36重疊之位置。該蓋體電極39係於發熱體36發熱而熔融低熔點金屬16時，藉由熔融導體接觸並使其潤濕擴散，而可增加保持熔融導體之容許量。此時，構造體1f由於藉由發熱體36而加熱蓋體電極39，故而可確實地使熔融導體潤濕擴散至蓋體電極39，從而可防止因溢出之熔融導體所致之短路。
此種構造體1f由於未在基板11形成發熱體，故而可使形成於基板11之同一面上之第1、第2電極30a、30b與基板電極31在基板11之厚度方向形成為相同高度。因此，結果於構造體1f中亦可容易地獲得良好之熔斷特性。
再者，於構造體1f中，亦可如上所述般藉由在基板11之中央設置凹部11a，並於該凹部11a形成基板電極31，而使基板電極31在基板11之厚度方向之高度低於第1、第2電極30a、30b。藉此，構造體1f中， 低熔點金屬16之形狀依基板電極31之高度而成為凹陷之形狀，根據上述性能評價可明確了解於熔斷時可確實且迅速地熔斷電極間。
如此，於構造體1f中，以使基板電極31在基板11之厚度方向之高度與第1電極30a及第2電極30b之高度相同、或者低於第1電極30a及第2電極30b之高度的方式進行配置，藉此可實現尤其良好之熔斷特性。
1a‧‧‧構造體
11‧‧‧基板
11a‧‧‧凹部
11b‧‧‧面
12‧‧‧發熱體
13‧‧‧第2基板
13a‧‧‧上表面部
14a‧‧‧第1電極
14b‧‧‧第2電極
15‧‧‧發熱體電極
16‧‧‧低熔點金屬
17‧‧‧蓋體
X、Y、Z‧‧‧座標軸

Claims (8)

  1. 一種保護元件，係具備：基板，由形成有凹部之第1絕緣構件所構成；發熱體，積層於上述基板之上述凹部；第2絕緣構件，以至少覆蓋上述發熱體之方式積層於上述基板；第1及第2電極，其等積層於積層有上述第2絕緣構件之上述基板面上；發熱體電極，以與上述發熱體重疊之方式積層於上述第2絕緣構件上，與上述第1及第2電極之間之電流路徑、及該發熱體電性連接；以及低熔點金屬，自上述發熱體電極起跨及上述第1及第2電極而積層，藉由加熱來熔斷該第1電極與該第2電極之間之電流路徑；且上述發熱體電極在上述基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於上述第1電極與上述第2電極為相同之位置或較低之位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，上述發熱體與上述第2絕緣構件係埋設在形成於上述基板之上述凹部。
  3. 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，上述發熱體在上述基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於上述第1電極與上述第2電極較低之位置。
  4. 如申請專利範圍第3項之保護元件，其中，上述第2絕緣構件為導熱性高於上述第1絕緣構件之構件。
  5. 一種保護元件之製造方法，係具有如下步驟：將發熱體積層於由形成有凹部之第1絕緣構件所構成之基板之凹部；將第2絕緣構件以至少覆蓋上述發熱體之方式，積層於上述基板；於積層有上述第2絕緣構件之上述基板面上，積層第1及第2電極；將與上述第1及第2電極之間之電流路徑、及上述發熱體電性連接的發熱體電極以與發熱體重疊之方式積層於上述第2絕緣構件；及 以自發熱體電極起跨及第1及第2電極來積層低熔點金屬，該低熔點金屬係藉由加熱來熔斷上述第1電極與上述第2電極之間之電流路徑；且上述發熱體電極在上述基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於上述第1電極與上述第2電極為相同之位置或較低之位置。
  6. 一種電池模組，係具備：電池，由1個以上之可充放電之電池單元所構成；充放電控制電路，與上述電池串聯連接，控制該電池之充放電；保護元件，連接於上述電池與上述充放電控制電路之間的充放電電流路徑上；檢測電路，檢測上述電池之各電池單元之電壓值；以及電流控制元件，控制流通於上述保護元件之電流；上述保護元件具有：基板，由形成有凹部之第1絕緣構件所構成；發熱體，積層於上述基板之上述凹部；第2絕緣構件，以至少覆蓋上述發熱體之方式積層於上述基板；第1及第2電極，其等積層於積層有上述第2絕緣構件之上述基板面上，且連接於上述充放電電流路徑；發熱體電極，其以與上述發熱體重疊之方式積層於上述第2絕緣構件上，與上述第1及第2電極之間之電流路徑上、及該發熱體電性連接；以及低熔點金屬，自上述發熱體電極起跨及上述第1及第2電極而積層，藉由加熱來熔斷該第1電極與該第2電極之間之電流路徑；上述發熱體電極在上述基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於上述第1電極與上述第2電極為相同之位置或較低之位置；且 上述電流控制元件係以由上述檢測電路檢測出之各電池單元之電壓值為特定之範圍外時使電流自上述發熱體電極流向上述發熱體之方式進行控制。
  7. 一種保護元件，係具備：基板，由絕緣構件所構成；第1及第2電極，其等積層於上述基板之面上；基板電極，積層於上述基板之面上之上述第1及第2電極間；低熔點金屬，自上述基板電極起跨及上述第1及第2電極而積層，藉由加熱來熔斷該第1電極與該第2電極之間之電流路徑；蓋體，覆蓋上述基板之面上；發熱體，設置於上述蓋體之頂面部；以及發熱體電極，積層於上述基板之面上，且經由形成於上述蓋體之導電層與上述發熱體電性連接；且上述基板電極在上述基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於上述第1電極與上述第2電極為相同之位置或較低之位置。
  8. 一種電池模組，係具備：電池，由1個以上之可充放電之電池單元所構成；充放電控制電路，與上述電池串聯連接，控制該電池之充放電；保護元件，連接於上述電池與上述充放電控制電路之間的充放電電流路徑上；檢測電路，檢測上述電池之各電池單元之電壓值；以及電流控制元件，控制流通於上述保護元件中之電流；上述保護元件具備：基板，由絕緣構件所構成； 第1及第2電極，其等積層於上述基板之面上；基板電極，積層於上述基板面上之上述第1及第2電極間；低熔點金屬，自上述基板電極起跨及上述第1及第2電極而積層，會藉由加熱來熔斷該第1電極與該第2電極之間之電流路徑；蓋體，其覆蓋上述基板之面上；發熱體，設置於上述蓋體之頂面部；以及發熱體電極，積層於上述基板之面上，且經由形成於上述蓋體之導電層與上述發熱體電性連接；且上述基板電極在上述基板之厚度方向所規定之位置，係配置在相對於上述第1電極與上述第2電極為相同之位置或較低之位置；上述電流控制元件係以由上述檢測電路所檢測出之各電池單元之電壓值為特定之範圍外時使電流自上述發熱體電極流向上述發熱體之方式進行控制。
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