TWI254337B - Protection element - Google Patents

Description

1254337 政、發明說明： [發明所屬之技術領域] 本發明，係關於在異常時發熱體會發熱、低熔點金屬 體會熔斷之保護元件。 [先前技術] 就不僅可防止過電流亦可防止過電壓，有效地使用在 可攜式電子機器之2次電池等之保護元件而言，周知的有 :在基板上積層或平面配置發熱體與低熔點金屬體而成之 保護元件（專利文獻1、專利文獻2)。該類型之保護元件， 在異常時發熱體會通電，藉由發熱體之發熱，來溶斷低炼 點金屬。 近年來，隨著可攜式電子機器之高性能化，對於前述 之保=元件，而要求將額定電流提高。為了提高保護元件 之額定電流，可藉由增加低熔點金屬體之厚度或寬度，來 增大該截面積並降低電阻。可是，若增大低熔點金屬體之 截面積則會產生.當過電流或過電壓，在切斷電流時， 所而之動作日守間會變長的問題。χ，增加低溶點金屬體之 厚度’亦與元件之薄型化背道而驰。 又，前述保護元件，會有當因發熱體之發熱，低熔點 金屬體從熔融狀態至熔斷的時間不穩定的問題，因此，提 案有：使低熔點金屬體與熔斷有效電極面積具有既定之關 係（專利文獻3)。 (專利文獻1)曰本專利第2790433號公報 (專利文獻2)曰本特開平1〇_1 16549號公報 1254337 (專利文獻3)日本特開2〇〇1_325869號公報 [發明内容] 本毛月之保4 it件，係在基板上具備發熱體及低溶點 金屬體’藉由發熱體的發熱，來熔斷低熔點金屬體；其目 的在於·即使在為提高額定電流，而增大低熔點金屬體之 截面積的N況下，也可將動作時間縮短，並且使從發熱體 發熱至熔斷的時間穩定。 本t明者發現·當在使電流通過低炼點金屬體之一對 電極電極間’設置2條以上之低熔點金屬冑，將該電極間 之低熔點金屬體的橫截面，區分為2個以上獨立的截面， 則在低熔點金屬體之開始熔斷點會增加，動作時間縮短且 穩定。 亦即，本發明之保護元件，在基板上具備發熱體及低 熔點金屬體，藉由發熱體的發熱來熔斷低熔點金屬體；其 特徵在於： 在使電流通過低熔點金屬體之一對電極間，低熔點金 屬體之至少一部分橫截面，實質上係區分為2個以上獨立 的截面。 在此’低溶點金屬體之橫截面，是指與通過該低熔點 金屬體之電流方向垂直之低熔點金屬體的截面。 又低熔點金屬體之橫截面，實質上區分為2個以上 獨立的截面，不僅意味著低熔點金屬體之截面，在發熱體 I熱後，區分為2個以上獨立的截面，亦指發熱體在發熱 丽為1個連續之截面，但因發熱體的發熱，迅速地區分成 I254337 2個以上獨立的截面形狀。 [實施方式] 以下，參照圖式來詳細說明本發明。又，各圖中’同 —符號’表示同一或同等之構成要件。 圖1 ’為本發明之@ λα $怨的保達元件1A之俯視圖（a) 及載面圖（b)°j保護疋件1A ’在基板上具備依序積層發 熱體6、絕緣層5及_點金屬冑4的構造。在此，低炼 點金屬體4,係由2條寬度Wa、厚度卜長度l之第u 板狀低熔點金屬體4a’以及與該平板狀低熔點金屬體4a 同樣寬度Wb、厚度t、長度L之第2平板狀低熔點金屬體 斤構成，各兩知與電極3a、3c連接，中央部與電極外 連接。 當將低炼點金屬體4之2條平板狀低炼點金屬體4” ^水平並排設置，在發熱體6發熱的情形，2條平板狀低 金屬體4a、4b分別熔融，首先，如圖2所示，位於電 ^ 3a與電極3b間，以及電極3b與電極3c間之平板狀低 =點金屬體4a、4b的兩側邊中央部（總計8處），成為開始 =斷點P，從該開始熔斷點p起，平板狀低熔點金屬體如 :碩所示般開始變細。接著，因表面張力，低熔點金屬體 、“極3 a 3 b或3 c上漸成球狀，開始炼斷點p之細部部 刀隻愈細，最後在4處熔斷。 對此，如圖15之保護元件lx，若設置1條低熔點金 屬體 4， 4+ 低炫點金屬體之厚度t與長度L，與前述之平 板狀低熔點金屬體4a、4b相同，寬度W，與平板狀低熔 1254337 點金屬體4a、4b之寬度Wa、Wb之總 面之而接 Λ , τ U、即，柄截 ^ 積，與熔點金屬體鈍、4b之橫截面的面籍6^^相 專；額定電流（熔絲電阻值），與圖i之保護元件^相〇 二該低炼點金屬體4, ’從發熱體6開始發熱時起，： :。之前頭所示，從4處之開始熔斷點卩開始變細、熔 因此，如圖1之保護元件1A，將低溶點金屬體4之橫 面，區分成第1平板狀低熔點金屬體4a之橫截面及第2 平板狀低炼點金屬冑4b之橫截面2個區域，藉此，增加 :始熔斷‘點P’又’熔融之低熔點金屬體4,因為變得較 容易流入電極3a、扑或3c上，故縮短動作時間。 又’ 一般而言， 熔點金屬體4下層之 低熔點金屬體之熔斷時間，會隨著低 窄—蜂層5的表面狀態等而變動^如圖 之保漢元件1A若在電極3a與電極3b，或電極3b與電· 極3c之對電極間，設置2條平板狀低熔點金屬體4a、 4b ’則在1對電極體間之2條的其中丨條平板狀低溶點金 屬體溶斷日守’因為通過至剩下之平板狀低熔點金孱體之電 流，係1條平板狀低熔點金屬體熔斷前之電流的2倍，所 以，剩下之平板狀低熔點金屬體亦會快速地熔斷。因此， 保護元件1A之動作時間不一致的情形會減少。 又’炫1斷後集中於電極3a、3b或3c上之低熔點金屬 體4之厚度’在圖1之保護元件1A，會變得比圖15之保 護兀件IX薄。因此，一對電極間之低熔點金屬體設為2 條之圖1的保護元件丨A，比較能夠使元件薄型化。 1254337 圖1之保覆元件1A，例如，可如圖3所示來製造。首 先’在基板2上形成發熱體6用之電極（所謂的枕型電極 )3X ' 3y(® 3(a));接著，形成發熱體6(圖3(b))。該發熱 體6，例如，可藉由印刷氧化釕系糊料，燒製而成。接著 按…、系要為了調整發熱體6之電阻值，以準分子雷射 等，裁切發熱體6後，以覆蓋發熱體6的方式來形成絕緣 層5(圖3(c))。接著，形成低熔點金屬體用之電極h、扑 、3C(圖3(d)) °然後’設置2條平板狀低熔點金屬體4a、 4b，跨在該電極3a、％、化上（圖堆)）。 刀在此基板2、電極3a、3b、3c、3χ、3y、發熱體6 、巴緣層5、低熔點金屬體4之形成材料及其本身之形成 方法’可與習知例-樣。因此，例如，以基板2而言，可 使用塑膠薄膜、玻璃環氧樹脂基板、陶竟基板、金屬基板 等，較佳為使用無機系基板。 H 6 ’例如’可塗上氧化釘、碳黑等導電材料盘 2璃等無機系結合劑或熱硬化性樹料有㈣、結合劑; :成之電阻糊料，按照需要來燒製而成。 =將，、碳黑等之薄膜利用印刷、電鑛、驗、嘴 形成’亦可藉由貼合、積層這些薄膜等來形成。 以低炫點金屬體 溶絲材料用之夂括 之形成材枓而吕，可使用習知當作 本專利特二=點金屬體，例如，可使用記載於日 寺開平8-161990號公報_9]段落之表Μ合金。 低熔點金屬用之電極3a、3b、 之金屬單駚，々士 J便用銅4 或表面為用Ag-Pt、AU等電鍍之電極。 1254337 以圖1之保護元件以的使用方法而言，例如，如圖4 所不，可使用在過電壓防止裝置。在_ 4之過電壓防止裝 置中，在端子A1'A2 i，例如連接鋰離子電池等之被保 ^裝置的電極端子；在端子Β1、Β2±，連接使用在被保 f裝置上之充電器等裝置之電極端子。藉由該過電壓防止 裝置，進行Μ離子電池之充電，若齊納二極體D上，施加 擊穿電壓以上之逆電壓，則基極電流⑶急速流動，藉此， 大^集極電流iG通過發熱體6，使發熱體6發熱。該熱， 傳導至發熱體6上之低溶點金屬冑4，並使低溶點金屬體 4炫斷’而防止過電壓施加於料A1、A2上。又，此時 :因為低熔點金屬體4,在電極3a與電極补之間、以及 “ -3b 3c之間，會分別地被熔斷，所以熔斷後，對發 熱體6之通電，會完全地切斷。 本發明之保護元件可以設成各種不同形態。保護元件 =動作特性上，2條㈣點金屬體4a、朴之間隔雖以大為 二’但是’如圖5所示之保護元件1B，亦可使2條平板狀 熔熔點金屬體4a、4b配設成相接觸。即使使2條平板狀低 示點金屬體4a、4b相接觸’在發熱體6發熱時，如圖6所 因為從8處開始料點p開始熔斷，故可縮短動作時 ]降低動作時間之不一致，謀求元件之薄型化》 圖7 、 4d、 4a、4b， 板狀低熔 之保護元件1C，係以4條平板狀低熔點金屬體 4e、4f，來取代圖丨之2條平板狀低熔點金屬體 並使這些杈截面之面積的總和，與圖丨之2條平 點金屬體4a、4b之橫截面積的總和相等。 1254337 ’稭由增加低熔點金屬體4之橫截面的區分數目 ，可更縮短動作時間’並抑制動作時間之不—致。在本發 明中，對於低溶點金屬體之橫截面的區分數目，沒有特^ 地限制。 ，圖8之保護元件1D，係在電極^與⑪間，以及電極 與3〇間，沿電流流動方向延伸設置狹縫7，使得在低炫 點金屬體4上，該截面可區分成2個區域。 炫二二即使藉由形成狹縫7，從發熱體6發熱起，低 /金屬體4如圖9所示，因為從8處開始炼斷點p開始 艾細’故亦可縮短動作時間，降低動作時間之不—致 求元件之薄型化。 …、 又，以狹縫來區分低炫點金屬體之橫截面為獨立之區 或％，該區分之數目亦沒有特別之限制。 圖10之保護元件1E，在發熱體6發熱前，低熔 ::之橫截面為i個連續之區域，往電流流 延伸 的槽設置在低炼點金屬冑4之中央部，因為該邱八： 低炫點金屬體4會變薄’因此在發熱體6發熱時，迅：地 如圖11所示，區分成2個獨立之截面。區分 田 立之截面後，作用與圖丨之保護元件相同。 本發明之保護元件，其低熔點金屬體， 電極3a與電極3b、以及電極3b與電極3 =在 炫斷，視用途亦可構成為只…電極間炫斷。：電極： :13之電路圖的過電壓防止裝置所使用的保 圖12所示之伴缚开株1 f 牛’如 保“件1F，可以省略電極，。在該保護元 12 1254337 件1F中’也是設置有2條平板狀低熔點金屬體4a、4b於 一對電極3 a、3 c之間。 其他’在本發明之保護元件中，各低溶點金屬體4之 形狀’並不限於平板狀。例如，亦可為圓棒狀。又，低熔 點金屬體4’並不限定於透過絕緣層5來積層於發孰體6 上。亦可將低熔點金屬體與發熱體作平面設置，藉由發熱 體的發熱，來熔斷低熔點金屬體。 又，在本發明之保護元件中，在低熔點金屬體上，可 使用4、6-尼龍、液晶聚合物等來覆蓋。 (實施例） 如下製作圖1之保護元件i A。準備氧化銘系陶竟基板 (旱度0.5mm’大小為5mmx3mm)作為基板2，印刷銀·絶 糊料（杜邦公司製，6177T)，並燒製（85(rc，〇·5小時），藉 此’形成發熱體6用之電極3χ、3y。 接著’印刷氧化釕系糊料（杜邦公司製，DP 19〇〇)，並 燒製（850°C ’ 0.5小時），藉此，形成發熱體6。 之後’在發熱體6上，印刷絕緣玻璃糊料，以形成絕 緣層5，再印刷銀_鉑糊料（杜邦公司製，5 1 64n)，並燒製 (850 C ’ 0.5小時），藉此，形成低熔點金屬體用之電極 、3b、3c。以橫跨該電極3a、3b、3c的方式連接2條焊料 箔（Sn : Sb = 95 : 5，液態點 240°C，寬度 W=0.5mm，厚度 t=0.1mm，長度L=4 〇mm)作為低熔點金屬體4，而獲得保 護元件1A。 13 1254337 實施例2 除了使用4條寬度w=〇 25mm之焊料箔取代2條寬度 W=〇· 5 mm之知料箔’來作為低溶點金屬體4以外，其餘與 實施例1同樣地來製作保護元件1〇(圖7)。 比車交4列 1 除了使用1條寬度w：=lmm之焊料箔取代2條寬度 W=〇.5mm之焊料箔，來作為低熔點金屬體4以外，其餘與 實施例1同樣地來製作保護元件1Χ(圖14)。 實施例3 除了將低溶點金屬體之厚度t設為〇.3mm以外，其餘 與實施例1同樣地來製作保護元件1A。 實施例4 除了將低溶點金屬體之厚度t設為〇.3mm以外，其餘 與實施例2同樣地來製作保護元件丨A。 比較例2 除了將低溶點金屬濟夕戸_ t % & 工’篮之/予度t设為〇.3mm以外，其餘 與比較例1同樣地來製作保護元件ιχ。 評價 對實施例1_4及比較例1、2之各保護元件的發熱體， 鈀加4W t電力’測定施加該電力後至低熔點金屬體熔斷 為止之時間（熔絲熔斷時間）。 比較例2之保護元件，在低熔點 ’測定通電後至低熔點金屬體熔 又，對實施例3、4及 金屬體上通過12A之電流 斷為止之時間。 14 1254337

Λ 、、σ果彳于知依本發明之實施例，不須改變額定電 流（炫絲電阻值），i ^ ^ __以120秒仍未溶斷 〜μ | P 了縮短發熱體發熱之動作時間，並抑 制動作時間之不—絲 又，可知在過電流通過低熔點金屬 體的情形之動作時間亦可縮短，並可抑制該動作時間之不 一致0 全屬I"本!明之保護元件’在基板上具備發熱體及低炼點 =叙精由發熱體的發熱，來精低熔點金屬體，藉此 定雷、、ώ It疋化。因此，即使為提高額 々丨L ’而增大低熔點金屬 作時間纩铲4 鸯體之截面積，也可充分地將動 間“，並且可抑制動作日夺間之不一致。 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 二系：發明之保護元件之俯視圖⑷及截面圖⑻。 二广;本發明之保護元件之開始料時的俯視圖。 ⑷〜⑷係本發明之保護元件之製造㈣圖。 路圖係使用本發明之保護元件之過電麼防止裝置的電 15 1254337 圖5係本發明之保護元件的俯視圖。 圖6係本發明之保護元件之開始溶斷時的俯視圖。 圖7係本發明之保護元件的俯視圖。 圖8係本發明之保護元件的俯視圖。 圖9係本發明之保護元件之開始熔斷時的俯視圖。 圖10係本發明之保護元件之俯視圖（a)及截面圖〇)、 (c)。 圖11係本發明之保護元件之開始熔斷時的截面圖。 圖12係本發明之保護元件之俯視圖（a)及截面圖化）。 圖13係使用本發明之保護元件之過電壓防止裝置的電 路圖。 圖係=知保護元件之俯視圖（a)及截面圖（b)。 回 係t知保護元件之開始熔斷時的俯視圖。 (二）元件代表符號 1B ' 1C ' id、1E、1F 保護元件 基板 3a n 3c電極 4 f 低溶點金屬體 4a 墙 弟1平板狀低熔點金屬體 4b 嗤 弟2平板狀低熔點金屬體 5 f 絕緣層 6 發熱體 7 狹縫 P 開始熔斷點 16

Claims (1)

1254337 拾、申請專利範圍： 1、 一種保護元件，係在基板上具備發熱體及低熔點金 屬體，藉由發熱體的發熱來熔斷低熔點金屬體；其特徵在 於： 在使電流通過低熔點金屬體之一對電極間，低熔點金 屬體之至少一部分橫截面，實質上係區分為2個以上獨立 的截面。 2、 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，在使電 流通過低溶點金屬體之一對電極間，設有2條以上之低熔 _ 點金屬體。 3、 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，在使電 流通過低熔點金屬體之一對電極間，設有1條在中央部具 有狹縫之低炫點金屬體。 4、 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中，在使電 流通過低熔點金屬體之一對電極間，在低熔點金屬體形成 薄壁部，使得該低熔點金屬體之至少一部分橫截面於發熱 體發熱犄區分為2個以上獨立的截面。 Φ 拾壹、圖式： 如次頁 17