TW202416327A - 保護元件、及保護元件之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種實現電極形成材料之使用量之削減，且維持導通性、連接性，並且亦能應對大電流化的保護元件。 本發明之保護元件具備：絕緣基板2；發熱體3，其設置於絕緣基板2；第1電極4及第2電極5，其等設置於絕緣基板2；發熱體引出電極6，其配置於第1電極4與第2電極5之間，並且與發熱體3之一端側電性連接；及可熔導體7，其配置於第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6之面上，將第1電極4與發熱體引出電極6之間及第2電極5與發熱體引出電極6之間電性連接；且第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6之與可熔導體7連接之連接部8之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。

Description

保護元件、及保護元件之製造方法

本技術係關於一種保護元件，其安裝於電流路徑上，當超過額定值之電流流過時，藉由發熱體之加熱將可熔導體熔斷而阻斷該電流路徑。

鋰離子蓄電池(LiB)係具有高輸出、高能量密度之電池，隨著電池性能提高而適用於各種應用。然而，LiB電池於受到某些影響導致控制充放電之IC(Integrated circuit，積體電路)、FET(Field-effect transistor，場效電晶體)等發生故障而成為過充電狀態時，有冒煙著火之風險，作為其二次保護對策，採用附發熱體之保護元件。隨著搭載LiB之應用之擴大，LiB之生產數量亦增加，保護LiB之保護元件之需求亦提高。

如圖12所示，一般而言，附發熱體之保護元件100具備：絕緣基板101；第1、第2電極102、103，其等形成於絕緣基板101之表面101a且與保護電路連接；發熱體105，其形成於絕緣基板101之背面101b，基於外部信號而通電並發熱；發熱體引出電極106，其與發熱體105電性連接；及可熔導體107，其以橫跨之方式連接於第1、第2電極102、103間。

第1、第2電極102、103及發熱體引出電極106係藉由於絕緣基板101之表面101a上塗佈銀漿並進行焙燒而形成。因此，各電極102、103、106整體上為相同厚度。可熔導體107藉由連接焊料等連接材料而連接於第1、第2電極102、103及發熱體引出電極106上。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2017-174592號公報

[發明所欲解決之問題]

近年來，隨著搭載LiB之應用之擴大，對保護元件之進一步之大電流化及低價化之需求不斷提高。構成第1、第2電極及發熱體引出電極之銀漿價格高昂，雖然亦對其使用量之削減進行了研究，但若使電極厚度變薄(例如未達10 μm)，作為燒結及固定用之成分而含有之玻璃成分便會隨著焙燒而析出至電極表面，可能會損害與可熔導體之導通性、及與絕緣基板及可熔導體之連接性。又，使電極厚度變薄亦會導致導體電阻上升，而亦可能妨礙大電流化。進而，於減小電極面積以削減銀漿之使用量之情形時，亦必須使可熔導體小型化，故難以應對大電流化。

本技術之目的在於提供一種實現電極形成材料之使用量之削減，且維持導通性、連接性，並且亦能應對大電流化的保護元件及保護元件之製造方法。 [解決問題之技術手段]

為了解決上述問題，本技術之保護元件之特徵在於具備：絕緣基板；發熱體，其設置於上述絕緣基板；第1電極及第2電極，其等設置於上述絕緣基板；發熱體引出電極，其配置於上述第1電極與上述第2電極之間，並且與上述發熱體之一端側電性連接；及可熔導體，其配置於上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極之面上，將上述第1電極與上述發熱體引出電極之間及上述第2電極與上述發熱體引出電極之間電性連接；且上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。

為了解決上述問題，本技術之保護元件之特徵在於具備：絕緣基板；發熱體，其配置於上述絕緣基板之背面之；第1電極及第2電極，其等配置於上述絕緣基板；及可熔導體，其配置於上述第1電極及上述第2電極之面上，將上述第1電極與上述第2電極之間電性連接；且上述第1電極及上述第2電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。

又，本發明之保護元件之製造方法包括如下步驟：藉由於絕緣基板上印刷導電膏並進行焙燒，而形成第1電極及第2電極、及配置於上述第1電極與上述第2電極之間之發熱體引出電極；及藉由於上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極上印刷導電膏並進行焙燒，而形成連接有可熔導體之連接電極，該可熔導體將上述第1電極與上述發熱體引出電極、以及上述第2電極與上述發熱體引出電極連接；且上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。

又，本技術之保護元件之製造方法包括如下步驟：藉由於絕緣基板上印刷導電膏並進行焙燒，而形成第1電極及第2電極；及藉由於上述第1電極及上述第2電極上印刷導電膏並進行焙燒，而形成連接有可熔導體之連接電極，該可熔導體將上述第1電極與上述第2電極連接；且上述第1電極及上述第2電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。 [發明之效果]

根據本技術，能夠實現電極形成材料之使用量之削減，且維持導通性、連接性，並且亦能夠應對大電流化。

以下，一面參照圖式，一面對應用有本技術之保護元件及保護元件之製造方法進行詳細說明。再者，本技術當然並非僅限定於以下之實施方式，可於不脫離本技術之主旨之範圍內進行各種變更。又，圖式係模式性之圖式，各尺寸之比率等有時與實物不同。具體尺寸等應參考以下之說明而判斷。又，圖式彼此間亦包含相互之尺寸關係或比率不同之部分。

如圖1(A)～(C)所示，應用有本技術之保護元件1具備：絕緣基板2；發熱體3，其設置於絕緣基板2；第1電極4及第2電極5，其等設置於絕緣基板2；發熱體引出電極6，其等配置於第1電極4與第2電極5之間，並且與發熱體3之一端側電性連接；及可熔導體7，其配置於第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6之面上，將第1電極4與發熱體引出電極6之間及第2電極5與發熱體引出電極6之間電性連接。而且，保護元件1中，第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6之與可熔導體7連接之連接部8之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。

第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6之與可熔導體7連接之連接部8形成得較其以外之部分之厚度厚，即，可使連接部8以外之部分之厚度形成得較薄，因此，與整個面形成為均勻之厚度之情形相比，能夠實現形成第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6之電極形成材料之使用量之削減。

又，電極形成材料中含有玻璃成分作為燒結及與絕緣基板2之固定用之成分，當電極厚度極薄時，玻璃成分可能會析出至電極表面而損害與可熔導體7之導通性或連接性，但保護元件1於與可熔導體7連接之連接部8處具有足夠之厚度，故並無玻璃成分析出，能夠維持與可熔導體7之導通性及連接性。進而，由於連接部8具有足夠之厚度，故亦不會引起導通電阻之上升。因此，能夠實現電極形成材料之使用量之削減，且維持導通性、連接性，並且亦能夠應對大電流化。

藉由將此種保護元件1併入外部電路中，可熔導體7將構成該外部電路之電流路徑之一部分，發熱體3之發熱或超過額定值之過電流會使其熔斷，從而阻斷電流路徑(參照圖2)。以下，對保護元件1之各構成進行詳細說明。

[絕緣基板] 絕緣基板2由例如氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、氧化鋯等具有絕緣性之構件形成。除此以外，絕緣基板2亦可使用環氧玻璃基板、酚基板等印刷配線基板所使用之材料。再者，本說明書中，將絕緣基板2之搭載有可熔導體7之面作為表面2a，將與搭載有可熔導體7之面為相反側之面作為背面2b。

[第1、第2電極] 於絕緣基板2之表面2a之相對向之兩端部，形成有第1電極4及第2電極5。第1電極4及第2電極5分別由Ag、Cu或該等之合金等導電圖案形成。第1電極4及第2電極5例如可藉由網版印刷以規定之圖案印刷Ag漿後，於規定之溫度下進行焙燒而形成。

第1電極4自絕緣基板2之表面2a經由齒形結構與形成於背面2b之第1外部連接電極11連接。又，第2電極5自絕緣基板2之表面2a經由齒形結構與形成於背面2b之第2外部連接電極12連接。當將保護元件1安裝於外部電路基板時，第1、第2外部連接電極11、12與設置於該外部電路基板之連接電極連接，藉此將可熔導體7併入該外部電路基板上所形成之電流路徑之一部分。

藉由將可熔導體7經由連接焊料等導電連接材料搭載於連接部8上，第1、第2電極4、5經由可熔導體7而電性連接。又，如圖2所示，發熱體3隨著通電而發熱，使可熔導體7熔斷，或者於保護元件1中流過超過額定值之大電流，使可熔導體7因自身發熱(焦耳熱)熔斷，從而阻斷第1、第2電極4、5之連接。

[發熱體引出電極] 發熱體引出電極6設置於第1電極4與第2電極5之間之區域，一端連接於後述之中間電極14。又，發熱體引出電極6經由連接焊料等接合材料於第1、第2電極4、5間連接有可熔導體7。

[連接部] 該等第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6形成有連接可熔導體7之連接部8。圖3係表示第1電極4之連接部8之剖視圖。如圖1、圖3所示，連接部8係藉由如下方式形成，即，沿著第1電極4及第2電極5之連接有可熔導體7之部位、例如第1、第2電極4、5之各內側緣，且於發熱體引出電極6之中央部積層連接電極10。可熔導體7經由連接用焊料等連接材料與連接電極10連接。

連接電極10較佳為由與第1、第2電極4、5或發熱體引出電極6相同之成分形成。例如，連接電極10係於藉由網版印刷以規定之圖案印刷Ag漿後，在規定之溫度下進行焙燒而形成，藉此，藉由Ag漿中所包含之熔融之玻璃成分，與先形成之第1、第2電極4、5或發熱體引出電極6積層一體化。藉此，連接部8具有足夠之厚度，因此，並無玻璃成分析出，而能夠維持與可熔導體7之導通性及連接性。

又，連接部8形成得較其以外之部分之厚度厚，連接電極10於第1、第2電極4、5上或發熱體引出電極6上突出。藉此，能夠將來自外部之熱、壓力有效地傳遞至作為與可熔導體7之連接部位之連接電極10。因此，即便於例如藉由烙鐵等將可熔導體7安裝於連接電極10上之情形時，熱及壓力亦不會擴散至整個第1、第2電極4、5，而能夠高效率地供給至連接電極10。

又，由於連接部8形成得較其以外之部分之厚度厚，故安裝可熔導體7時連接可熔導體7之連接焊料等熔融體將凝聚於連接部8，從而能夠防止熔融體向第1、第2電極4、5之外緣側流出。因此，能夠防止連接焊料等熔融體潤濕擴散至第1、第2外部連接電極11、12，能夠維持可熔導體7之連接及保護元件1與外部電路基板之連接。

如圖1所示，連接部8較佳為於第1、第2電極4、5上具有與可熔導體7大致相等之面積。若連接部8相比於可熔導體7過小，則可能會引起導通電阻之上升。又，即便連接部8之面積相比於可熔導體7過大，電極材料之使用量之削減效果亦會降低。因此，較佳為以如下方式形成連接部8，即，連接部8之大小使得在配置可熔導體7時，第1、第2電極4、5上之可熔導體7相對於連接部8之重疊面積比率成為90%～110%。

連接部8之厚度、即第1電極4與連接電極10之合計厚度、第2電極5與連接電極10之合計厚度、以及發熱體引出電極6與連接電極10之合計厚度較佳為分別設為20 μm以上。藉此，於連接電極10之形成過程及可熔導體7之安裝步驟中，能夠抑制玻璃成分析出至連接電極10之表面，能夠確保可熔導體7之導通性及機械連接可靠性。

又，第1、第2電極4、5及發熱體引出電極6較佳為具有10 μm以上之厚度。藉此，亦能夠抑制玻璃成分於連接部8以外之區域析出，能夠確保與絕緣基板2之機械連接可靠性。

連接部8之厚度較佳為第1、第2電極4、5或發熱體引出電極6之除連接部8以外之部位之厚度之2倍以上。藉由增加連接部8之印刷次數，使連接部8之厚度較其以外之部分之厚度厚，能夠提高用於連接可熔導體5之連接焊料等接合材料之潤濕性。再者，形成第1、第2電極4、5、發熱體引出電極6及連接電極10之導電膏之印刷及焙燒重複進行多次，藉此，能夠以期望之厚度形成該等構件。

又，如圖4所示，連接部8亦可形成於自第1電極4及第2電極5之內側緣稍靠內側。連接部8因形成得較其以外之部分之厚度厚而突出，故於可熔導體7熔斷時，張力積極地作用於第1、第2電極4、5側而使得熔融導體7a凝聚於連接部8上，能夠更迅速地將第1電極4與發熱體引出電極6之間、及第2電極5與發熱體引出電極6之間熔斷。此時，因連接部8形成於自第1電極4及第2電極5之內側緣稍靠內側，故能夠防止熔斷後凝聚於各連接部8之熔融導體7a之接觸，從而提高絕緣可靠性。

再者，於第1、第2電極4、5及連接部8之表面上，較佳為藉由鍍覆處理等公知之方法塗佈有Ni/Au鍍層、Ni/Pd鍍層、Ni/Pd/Au鍍層等覆膜。藉此，保護元件1能夠防止第1、第2電極4、5及連接部8氧化，從而能夠防止伴隨導通電阻之上升之額定值之變動。又，能夠防止回焊安裝保護元件1時，因連接可熔導體7之連接用焊料熔融而熔蝕(焊料侵蝕)連接部8。

再者，第1、第2電極4、5亦可設置有限制壁，該限制壁防止連接用焊料於回焊安裝等中熔融後經由齒形結構爬升至第1、第2電極4、5上並潤濕擴散，上述連接用焊料設置於與第1、第2外部連接電極11、12連接之外部電路基板之電極。限制壁例如能夠使用玻璃、阻焊劑、絕緣性接著劑等對焊料不具有潤濕性之絕緣材料形成，能夠藉由印刷等形成於第1、第2電極4、5上。藉由設置限制壁，能夠防止熔融之連接用焊料潤濕擴散至第1、第2電極4、5，從而維持保護元件1與外部電路基板之連接性。

[發熱體] 如圖1(B)所示，於絕緣基板2之背面2b形成有發熱體3。發熱體3係電阻值相對較高且通電即發熱之具有導電性之構件，例如由鎳鉻合金、W、Mo、Ru等或包含該等之材料構成。發熱體3可藉由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後形成為膏狀者，使用網版印刷技術以圖案形式形成於絕緣基板11上並進行焙燒等而形成。作為一例，發熱體3可藉由根據規定之電壓調整氧化釕系漿料、銀及玻璃漿料之混合漿料，於絕緣基板2之背面2b之規定之位置以規定之面積製膜，其後，於適當條件下進行焙燒處理而形成。又，發熱體3之形狀可適當地設計，但就使發熱面積最大化而言，較佳為如圖1(B)所示，根據絕緣基板2之形狀形成為大致矩形。

又，發熱體3之一端部3a連接於第1引出電極15，另一端部3b連接於第2引出電極16。第1引出電極15係自身發熱體電極17沿著發熱體3之一端部3a引出而形成，於圖1所示之保護元件1中，沿著形成為大致矩形之發熱體3之一側緣延伸，並且與該發熱體3之一側緣重疊。同樣，第2引出電極16係自中間電極14沿發熱體3之另一端部3b引出而形成，於圖1所示之保護元件1中，沿著形成為大致矩形之發熱體3之另一側緣延伸，並且與該發熱體3之另一側緣重疊。

發熱體電極17及中間電極14形成於絕緣基板2之與設置有第1、第2電極4、5之側緣不同之相對向之側緣。發熱體電極17係向發熱體3饋電之饋電電極，經由第1引出電極15與發熱體3之一端部3a連接，且作為保護元件1連接外部電路時之外部連接電極發揮功能。

與第1、第2電極4、5同樣，發熱體電極17、第1、第2引出電極15、16及中間電極14能夠藉由對Ag、Cu或該等之合金等導電膏進行印刷、焙燒而形成。又，藉由以相同材料構成形成於絕緣基板2之背面2b上之該等各個電極，能夠利用一次印刷及焙燒步驟形成該等。

中間電極14係發熱體3與設置於絕緣基板2之表面2a之發熱體引出電極6之間所設的電極，與發熱體3之另一端部3b連接，並且經由齒形結構與形成於絕緣基板2之表面2a之發熱體引出電極6連接。發熱體引出電極6隔著絕緣基板2與發熱體3重疊，並且與可熔導體7連接。

[絕緣保護層] 又，發熱體3、第1引出電極15及第2引出電極16亦可由絕緣保護層9被覆。絕緣保護層9係為了實現發熱體3之保護及絕緣而設置，由對發熱體3之發熱溫度具有耐熱性之玻璃等絕緣材料構成。作為構成絕緣材料9之玻璃原料，例如有氧化矽系玻璃之外覆層用玻璃漿料、絕緣用玻璃漿料。

絕緣保護層9可藉由利用網版印刷等塗佈該等玻璃系漿料並進行焙燒而形成。於圖1所示之保護元件1中，絕緣保護層9以覆蓋絕緣基板2之背面2b上形成之發熱體3、第1引出電極15及第2引出電極16之方式形成。

從玻璃漿料等之塗佈性及可熔導體7之阻斷時間之方面考慮，來設定絕緣保護層9之厚度。即，絕緣保護層9之厚度係根據玻璃漿料等材料之塗佈性、及所要求之可熔導體7之阻斷時間而適當地設定，例如為10 μm以上40 μm以下，較佳為20 μm以上40 μm以下。

[可熔導體] 其次，對可熔導體7進行說明。可熔導體7以橫跨之方式安裝於第1及第2電極4、5間，因發熱體3之通電所引起之發熱而熔斷，或者因使超過額定值之電流通電而利用自身發熱(焦耳熱)熔斷，從而阻斷第1電極4與第2電極5之間之電流路徑。可熔導體7經由連接焊料等接合材料而連接於第1、第2電極4、5及發熱體引出電極6上。

可熔導體7只要為因發熱體3之通電所引起之發熱或因過電流狀態而熔融之導電性材料即可，例如可使用SnAgCu系之無Pb焊料、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。

又，可熔導體7亦可為含有高熔點金屬及低熔點金屬之構造體。例如如圖5所示，可熔導體7係包含內層及外層之積層構造體，具有作為內層之低熔點金屬層18、及作為積層於低熔點金屬層18之外層之高熔點金屬層19。

低熔點金屬層18較佳為焊料或以Sn為主成分之金屬，即通常被稱為無Pb焊料之材料。低熔點金屬層18之熔點無需高於回焊溫度，亦可於200℃左右熔融。高熔點金屬層19係積層於低熔點金屬層18之表面之金屬層，例如為Ag或Cu、或者以該等之中之任一者為主成分之金屬，具有即便在藉由回焊進行第1、第2電極4、5及發熱體引出電極6與可熔導體7之連接、或保護元件1之向外部電路基板上之安裝時亦不熔融之高熔點。

此種可熔導體7可藉由使用鍍覆技術，使高熔點金屬層於低熔點金屬箔上成膜而形成，亦可藉由其他周知之積層技術、膜形成技術而形成。又，可熔導體7可為低熔點金屬層18之整個面均由高熔點金屬層19被覆之構造，亦可為被覆除相對向之一對側面以外之部分之構造。再者，可熔導體7亦可將高熔點金屬層19作為內層且將低熔點金屬層18作為外層而構成，又，可藉由下述等各種構成形成，上述構成係指設為低熔點金屬層18與高熔點金屬層19交替地積層而成之3層以上之多層構造，且於外層之一部分設有開口部而使得內層之一部分露出。

可熔導體7藉由於作為內層之低熔點金屬層18上積層高熔點金屬層19作為外層，即便於回焊溫度超過低熔點金屬層18之熔融溫度之情形時亦能夠維持作為可熔導體7之形狀而不至於熔斷。因此，能夠藉由回焊高效率地進行第1、第2電極4、5及發熱體引出電極6與可熔導體7之連接、及保護元件1之向外部電路基板上之安裝，又，能夠防止隨著回焊所致之可熔導體7之變形而電阻值局部變高或變低等所引起之、於規定之溫度下不熔斷或未達規定之溫度便熔斷等熔斷特性之變動。

又，於流過規定之額定電流之期間，可熔導體7不會因自身發熱而熔斷。而當流過較額定值高之電流時，可熔導體7會因自身發熱而熔融，從而阻斷第1、第2電極4、5間之電流路徑。又，可熔導體7會因發熱體3通電發熱而熔融，從而阻斷第1、第2電極4、5間之電流路徑。

此時，可熔導體7中，已熔融之低熔點金屬層18會熔蝕(焊料侵蝕)高熔點金屬層19，因此，高熔點金屬層19於較熔融溫度低之溫度下熔解。因此，利用低熔點金屬層18對高熔點金屬層19之浸蝕作用，可熔導體7可於短時間內熔斷。又，可熔導體7之熔融導體7a在設置於發熱體引出電極6及第1、第2電極4、5之連接部8之物理性牽引作用下斷開，因此，能夠迅速且確實地阻斷第1、第2電極4、5間之電流路徑(圖2)。

又，可熔導體7較佳為以使低熔點金屬層18之體積大於高熔點金屬層19之體積方式形成。可熔導體7因過電流所引起之自身發熱或發熱體3之發熱而被加熱，藉由低熔點金屬熔融而熔蝕高熔點金屬，藉此能夠迅速地熔融、熔斷。因此，藉由以使低熔點金屬層18之體積大於高熔點金屬層19之體積之方式形成可熔導體7，能夠促進該熔蝕作用，而迅速地將第1、第2電極4、5之間阻斷。

又，可熔導體7係於作為內層之低熔點金屬層18上積層高熔點金屬層19而構成，故相比於先前之包含高熔點金屬之晶片保險絲等，能夠大幅地降低熔斷溫度。因此，可熔導體7與相同尺寸之晶片保險絲等相比，能夠增大截面面積，且大幅地提高電流額定值。又，相比於具有相同電流額定值之先前之晶片保險絲，能夠實現小型化、薄型化，且速熔斷性優異。

又，可熔導體7能夠提高對突波之耐性(耐脈衝性)，該突波係指異常高之電壓瞬間施加於組裝有保護元件1之電氣系統。即，可熔導體7例如於100 A之電流流過數毫秒之前不得熔斷。關於此方面，由於在極短時間內流過之大電流流經導體之表層(集膚效應)，而可熔導體7設置有電阻值較低之Ag鍍層等高熔點金屬層19作為外層，故由突波施加之電流易流動，而能夠防止自身發熱所引起之熔斷。因此，與先前之包含焊料合金之保險絲相比，可熔導體7能夠大幅地提高對突波之耐性。

再者，為了防止氧化及提高熔斷時之潤濕性等，可熔導體7亦可塗佈助焊劑(未圖示)。又，保護元件1因絕緣基板2被殼體30覆蓋，故其內部受到保護。殼體30例如可使用各種工程塑膠、熱塑性塑膠、陶瓷、環氧玻璃基板等具有絕緣性之構件形成。又，殼體30具有足夠之內部空間，以供可熔導體7於熔融時在絕緣基板2之表面2a上膨脹成球狀，且供熔融導體7a凝聚於發熱體引出電極6及第1、第2電極4、5上。

[電路構成例] 此種保護元件1係例如組裝於鋰離子蓄電池之電池組20內之電路中使用。電池組20具有由複數個、例如如圖6所示合計4個鋰離子蓄電池之電池單元21a～21d構成之電池堆25。

電池組20具備：電池堆25；充放電控制電路26，其控制電池堆25之充放電；應用了本發明之保護元件1，其於電池堆25異常時阻斷充放電路徑；檢測電路27，其檢測各電池單元21a～21d之電壓；及電流控制元件28，其成為根據檢測電路27之檢測結果來控制保護元件1之動作之開關元件。

電池堆25係串聯連接有需要用以保護其免於過充電及過放電狀態之控制的電池單元21a～21d者，經由電池組20之正極端子20a、負極端子20b而可裝卸地連接於充電裝置22，且被施加來自充電裝置22之充電電壓。藉由將經充電裝置22充電之電池組20之正極端子20a、負極端子20b連接於利用電池而動作之電子機器，能夠使該電子機器動作。

充放電控制電路26具備：2個電流控制元件23a、23b，其等串聯連接於電池堆25與充電裝置22之間之電流路徑；及控制部24，其控制該等電流控制元件23a、23b之動作。電流控制元件23a、23b例如包含場效電晶體(以下稱為FET)，藉由利用控制部24控制閘極電壓，而控制電池堆25之電流路徑之充電方向及/或放電方向上之導通與阻斷。控制部24從充電裝置22接收電力供給而動作，當根據檢測電路27之檢測結果得知電池堆25處於過放電或過充電狀態時，以阻斷電流路徑之方式控制電流控制元件23a、23b之動作。

保護元件1例如連接於電池堆25與充放電控制電路26之間之充放電電流路徑上，其動作受電流控制元件28控制。

檢測電路27與各電池單元21a～21d連接，檢測各電池單元21a～21d之電壓值，將各電壓值供給至充放電控制電路26之控制部24。又，當電池單元21a～21d之任一者達到過充電電壓或過放電電壓時，檢測電路27輸出控制電流控制元件28之控制信號。

電流控制元件28例如包含FET，且以如下方式進行控制：當根據自檢測電路27輸出之檢測信號得知電池單元21a～21d之電壓值達到超過規定之過放電或過充電狀態之電壓時，使保護元件1動作，不論電流控制元件23a、23b之開關動作如何均將電池堆25之充放電電流路徑阻斷。

包含如上所述之構成之電池組20中所使用之、應用了本發明之保護元件1具有如圖7所示之電路構成。即，保護元件1中，第1外部連接電極11與電池堆25側連接，第2外部連接電極12與正極端子20a側連接，藉此將可熔導體7串聯連接於電池堆25之充放電路徑上。又，保護元件1中，發熱體3經由發熱體電極17與電流控制元件28連接，並且發熱體3與電池堆25連接。如此，發熱體3之一端經由發熱體引出電極6與可熔導體7及電池堆25之一端連接，另一端經由發熱體電極17與電流控制元件28及電池堆25之另一端連接。藉此，形成能夠藉由電流控制元件28來控制通電的針對發熱體3之饋電路徑。

[保護元件之動作] 當檢測電路27檢測出電池單元21a～21d之任一者之異常電壓時，向電流控制元件28輸出阻斷信號。於是，電流控制元件28控制電流以對發熱體3通電。保護元件1中，電流從電池堆25流向發熱體3，藉此，發熱體3開始發熱。保護元件1中，藉由發熱體3之發熱，可熔導體7熔斷，從而阻斷電池堆25之充放電路徑。又，保護元件1中，使可熔導體7含有高熔點金屬及低熔點金屬而形成，藉此，於高熔點金屬熔斷前低熔點金屬便熔融，利用熔融之低熔點金屬對高熔點金屬之熔蝕作用，能於短時間內使可熔導體7熔解。

可熔導體7之熔融導體7a凝聚在形成於第1電極4、第2電極5及發熱體引出電極6之連接部8，將各電極間阻斷。連接部8中，由於連接電極10自其以外之部分突出，故張力積極地作用於第1、第2電極4、5側而使得熔融導體7a凝聚於連接部8上，從而能夠更迅速地將第1電極4與發熱體引出電極6之間、及第2電極5與發熱體引出電極6之間熔斷。又，由於可熔導體7能夠實現迅速之熔斷，故能夠防止發熱體3於可熔導體7熔斷之前受到損傷，從而能夠安全且快速地阻斷電流路徑。

保護元件1中，由於可熔導體7熔斷，對發熱體3之饋電路徑亦被阻斷，故發熱體3之發熱停止。

再者，保護元件1中，以超過額定值之過電流使電池組20通電之情形時，可熔導體7亦會因自身發熱而熔融，從而能夠阻斷電池組20之充放電路徑。

如此，保護元件1藉由發熱體3之通電發熱或由過電流引起之可熔導體7之自身發熱，使可熔導體7熔斷。如上所述，保護元件1藉由具有低熔點金屬由高熔點金屬被覆之構造，即便於回焊安裝在電路基板時、或安裝有保護元件1之電路基板進一步暴露於回焊加熱等高溫環境下時，亦能抑制可熔導體7之變形。因此，防止了因可熔導體7之變形所致之電阻值之變動等引起之熔斷特性之變動，能夠藉由規定之過電流或發熱體3之發熱而迅速地熔斷。

本發明之保護元件1不限於用於鋰離子蓄電池之電池組之情形，當然亦可應用於需根據電氣信號阻斷電流路徑之各種用途。

[變化例1] 對應用有本技術之保護元件之變化例進行說明。再者，以下說明中，對與上述保護元件1相同之構件標註相同符號，有時省略其詳細說明。圖8所示之保護元件40係於絕緣基板2之表面2a形成有發熱體3、第1引出電極15、第2引出電極16、發熱體電極17及絕緣保護層9者，其他構成與上述保護元件1相同。

圖9係省略保護元件40中之殼體30、發熱體引出電極6及可熔導體7而表示之俯視圖。發熱體電極17及中間電極14形成於絕緣基板2之表面2a之與設置有第1、第2電極4、5之側緣不同之相對向之側緣。發熱體電極17經由齒形結構與形成於絕緣基板2之背面2b之第3外部連接電極13連接。藉由將保護元件40安裝於外部電路，使第3外部連接電極13與電流控制元件28連接。

再者，與第1、第2電極4、5同樣，發熱體電極17亦可設置有限制壁，該限制壁防止連接用焊料於回焊安裝等中熔融後經由齒形結構爬升至發熱體電極17上並於發熱體電極17上潤濕擴散，上述連接用焊料設置於與第3外部連接電極13連接之外部電路基板之電極。

發熱體3、第1引出電極15及第2引出電極16形成於第1電極4與第2電極5之間之區域，由絕緣保護層9被覆。又，發熱體引出電極6使一端與中間電極14連接，並且形成於絕緣保護層9上，藉此隔著絕緣保護層9與發熱體3重疊。

保護元件40中，發熱體3與可熔導體7形成於同一絕緣基板2之表面2a上，因此發熱體3之熱易傳遞至可熔導體7。

[變化例2] 其次，對應用有本技術之保護元件之另一變化例進行說明。再者，以下說明中，對與上述保護元件1、40相同之構件標註相同符號，有時省略其詳細說明。如圖10所示，應用有本技術之保護元件50省略發熱體引出電極6，將可熔導體7之通電路徑與發熱體3之通電路徑分開。設置於絕緣基板2之背面2b之發熱體3之一端經由第1引出電極15與發熱體電極17連接，另一端經由第2引出電極16與中間電極14連接。

圖11係表示保護元件50之電路構成之圖。由於將保護元件50安裝於外部電路，故保護元件50之第1外部連接電極11與電池堆25側連接，使第2外部連接電極12與正極端子20a側連接，藉此可熔導體7串聯連接於電池堆25之充放電路徑上。發熱體3經由發熱體電極17與電流控制元件28連接，並且與電池堆25連接。又，發熱體3經由中間電極14與未圖示之地線連接。藉此，形成能夠利用電流控制元件28控制通電之針對發熱體3之饋電路徑。保護元件50中，可熔導體7熔斷後，藉由偵測到該情況之檢測電路27及電流控制元件28而停止對發熱體3之通電。

1:保護元件 2:絕緣基板 2a:表面 2b:背面 3:發熱體 4:第1電極 5:第2電極 6:發熱體引出電極 7:可熔導體 7a:熔融導體 8:連接部 9:絕緣保護層 10:連接電極 11:第1外部連接電極 12:第2外部連接電極 13:第3外部連接電極 14:中間電極 15:第1引出電極 16:第2引出電極 17:發熱體電極 18:低熔點金屬層 19:高熔點金屬層 20:電池組 20a:正極端子 20b:負極端子 21a~21d:電池單元 22:充電裝置 23:電流控制元件 23a, 23b:電流控制元件 24:控制部 25:電池堆 26:充放電控制電路 27:檢測電路 28:電流控制元件 30:殼體 40:保護元件 50:保護元件 100:附發熱體之保護元件 101:絕緣基板 101a:表面 101b:背面 102:第1電極 103:第2電極 105:發熱體 106:發熱體引出電極 107:可熔導體

圖1係表示應用有本技術之保護元件之圖，(A)係省略殼體而表示之俯視圖，(B)係仰視圖，(C)係剖視圖。 圖2係表示可熔導體熔斷之狀態之俯視圖。 圖3係表示第1電極之連接部之剖視圖。 圖4係表示於自第1電極及第2電極之內側緣稍靠內側形成有連接部之構成之俯視圖。 圖5係可熔導體之剖視圖。 圖6係表示電池組之構成例之電路圖。 圖7係應用有本技術之保護元件之電路圖。 圖8係表示變化例之保護元件之圖，(A)係省略殼體而表示之俯視圖，(B)係仰視圖，(C)係剖視圖。 圖9係省略變化例之保護元件中之殼體、發熱體引出電極、及可熔導體而表示之俯視圖。 圖10係表示另一變化例之保護元件之圖，(A)係省略殼體而表示之俯視圖，(B)係仰視圖，(C)係剖視圖。 圖11係表示另一變化例之保護元件之電路構成之圖。 圖12係表示附發熱體之保護元件之圖，(A)係省略殼體而表示之俯視圖，(B)係仰視圖，(C)係剖視圖。

1:保護元件

2:絕緣基板

2a:表面

2b:背面

3:發熱體

4:第1電極

5:第2電極

6:發熱體引出電極

7:可熔導體

8:連接部

9:絕緣保護層

10:連接電極

11:第1外部連接電極

12:第2外部連接電極

14:中間電極

15:第1引出電極

16:第2引出電極

17:發熱體電極

30:殼體

Claims (13)

1. 一種保護元件，其特徵在於具備： 絕緣基板； 發熱體，其設置於上述絕緣基板； 第1電極及第2電極，其等設置於上述絕緣基板； 發熱體引出電極，其配置於上述第1電極與上述第2電極之間，並且與上述發熱體之一端側電性連接；及 可熔導體，其配置於上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極之面上，將上述第1電極與上述發熱體引出電極之間及上述第2電極與上述發熱體引出電極之間電性連接；且 上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。
2. 如請求項1之保護元件，其中上述連接部包含上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極之搭載有各上述可熔導體之部位、及分別積層於該部位之連接電極。
3. 如請求項2之保護元件，其中上述連接電極之成分與分別積層之上述第1電極、上述第2電極或上述發熱體引出電極之成分相同。
4. 如請求項1至3中任一項之保護元件，其中上述連接部之厚度為20 μm以上。
5. 如請求項4之保護元件，其中上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極具有10 μm以上之厚度。
6. 如請求項1或2之保護元件，其中上述連接部之厚度為分別積層之上述第1電極、上述第2電極或上述發熱體引出電極之除上述連接部以外之部位之厚度的2倍以上。
7. 如請求項1至3中任一項之保護元件，其中上述發熱體形成於上述絕緣基板之與設置有上述可熔導體之表面為相反側之背面。
8. 如請求項1至3中任一項之保護元件，其中上述發熱體形成於上述絕緣基板之設置有上述可熔導體之表面，且 上述保護元件具有被覆上述發熱體之絕緣保護層， 上述發熱體引出電極設置於上述絕緣保護層上。
9. 如請求項1至3中任一項之保護元件，其中上述絕緣基板為陶瓷基板。
10. 一種保護元件，其特徵在於具備： 絕緣基板； 發熱體，其配置於上述絕緣基板之背面； 第1電極及第2電極，其等配置於上述絕緣基板；及 可熔導體，其配置於上述第1電極及上述第2電極之面上，將上述第1電極與上述第2電極之間電性連接；且 上述第1電極及上述第2電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。
11. 如請求項11之保護元件，其中上述連接部包含上述第1電極及上述第2電極之搭載有各上述可熔導體之部位、及分別積層於該部位之連接電極。
12. 一種保護元件之製造方法，其具有：藉由於絕緣基板上印刷導電膏並進行焙燒，形成第1電極及第2電極、及配置於上述第1電極與上述第2電極之間之發熱體引出電極之步驟；及 藉由於上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極印刷導電膏並進行焙燒，形成連接於將上述第1電極及上述發熱體引出電極、以及上述第2電極及上述發熱體引出電極連接之可熔導體之連接電極之步驟；其中 上述第1電極、上述第2電極及上述發熱體引出電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。
13. 一種保護元件之製造方法，其包括如下步驟： 藉由於絕緣基板上印刷導電膏並進行焙燒，而形成第1電極及第2電極；及 藉由於上述第1電極及上述第2電極印刷導電膏並進行焙燒，而形成連接有可熔導體之連接電極，該可熔導體將上述第1電極與上述第2電極連接；且 上述第1電極及上述第2電極之與上述可熔導體連接之連接部之厚度形成得較其以外之部分之厚度厚。