TWI255481B - Protection element - Google Patents

Description

Ϊ255481 狄、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於在異常時藉由 傀栌辦k w 田從七熟體通電而使其發埶 俾烙_低熔點金屬體的保護元件。 …、 【先前技術】 習知，切斷過電流的保護 m ^ 曼兀件廣泛周知有由Μ、錫 銻寺低熔點金屬體所構成的電流熔絲。 可採=伴ί不僅為防止過電流且亦為防止過電壓方面， 70件’已知提案有：在基板上依序積層發熱 /緣層、及㈣點金屬體，在過電壓時發熱體便㈣ ，精此來炫斷低炫點金屬體的保護元件（專利文獻以）。…、 但是’對此種保護元件’當利用網板印刷形成絕緣層 之情況時’在絕緣層表面上’將因網板印刷的網孔而形成 凹凸’因為此凹凸的緣故’在絕緣層上所積層的低熔點金 屬體進行加熱時，將造成阻礙圓滑的球狀化分隔之問題點 、，所以#十對此問題點，提案有：發熱體與低溶點金屬體 亚非隔著絕緣層而積層，而是平面地配置於基板上（專利 文獻2、專利文獻3)。 但疋，若將發熱體與低熔點金屬體平面地配置，將無 法獲得元件的小型化。此外，此情況下，低熔點金屬體將 因為設計成在基板上密接，因此基板將無法避免的變成加 熱熔融狀態之低熔點金屬體流動阻力，難謂可保證低熔點 金屬體的圓滑球狀分隔。 (專利文獻1)曰本專利第2790433號 1255481 (專利文獻2)日本專利特開平μ — 〗 1 6549號 (專利文獻3)日本專利特開平1〇_1 1 655〇號 【發明内容】 因此，本發明之目的在於提供一種保護元件，係在基 板上具有發熱體與低熔點金屬體’並藉由發熱體的發熱來 加熱低熔點金屬體並將其熔斷，藉此使低熔點金屬體在加 熱炫融時確實地球狀分隔化。 本t明者發現，在基板上，於連接低熔點金屬體的電 極間，使該㈣點金屬體浮起，且此情況下，料起高度 Η與低熔點金屬體橫截面的面積s間賦予一定關係，則可 提幵低熔點金屬體加熱熔融時的球狀分隔化性能。 即，本發明所提供的保護元件，係在基板上呈有發敎 體與低炼點金屬體，並藉由發熱體的發熱來溶斷低炫點金 屬體，其特徵在於： 、具有低溶點金屬體浮設於底層的區域，當將包夹該區 域的對低熔點金屬體用電極間之低熔點金屬體 面積設為SC/zW)，將哕哞_ 似* 將該汙6又區域的净設鬲度設為 之情況時，則具有： Η/S^ 5 X 1 〇~5 的關係。 /、中，所謂低熔點金屬體的橫截 熔點金屬體電流方向垂直的低熔點金屬體載面？ 【實施方式】 以下，茶考圖式詳細說明本發明。另外，各圖中^ 1255481 發熱體6上形成修整之後，再依覆 说丹依復盍發熱體6之方 絕緣層5(第2(c)圖）。其次’形成低炼點金 : (第2⑷圖），並以橋接此電極3a、3b、3 a 設置低熔點金屬體4(第2(e)圖）。 式 其中，基板2、電極3a、3b、3c、 、絕緣層5、低炫點金屬…形成材料與其本身：：成 方法，可採用如同習知例的相同方法。因此，例如4 可採用塑膠薄膜、玻璃環氧基板、陶£基板、金屬 ，較佳係使用無機系基板。 寺 發熱體6係塗布由如氧化舒、碳黑等導電性材料虚水 =等無機系結合劑、或熱硬化性樹㈣有機系結合劑所

要再^丁燒成便可形成。此外， 刚6,可將氧化釕、碳黑等薄膜利用印刷、電W ^歲鑛等來形成’，亦可利用貼付或積層該等薄膜來形 、低溶點金屬體4之形成材料係可採用習知作為溶 料用的各種低炫點金屬豸’例如可採用記載於日本專利 開平8-1 61990號公報之段落[〇〇19]的表丨中的合金。、 低熔點金屬用電極3a、3b、3c係可採用銅等：屬單體 、或表面施以Ag-Pt、Au電鍍等的電極。 丑 就第1圖之保護元件U之使用方法而言，如第3圖所 不’係使用為過電壓防止裝置。在第3圖的過電壓防止裝 置中’於端子A1、A2上，遠拉飾雜工小，μ 連接鋰離子電池等被保護裝置的 電極端子，在端子Β1，Β2上則連接與被保護裝置連接並使 I255481 符號係表示相同或同等的構成要件。 弟1圖所示係本發明之一形態的保護元# 1A之俯視圖 (第1(a)圖）及截面圖（第1(b)、（c)圖）。 保濩元件1A，係具有在基板2上依序積層發熱體6 巴彖層5及低丈合點金屬^ 4的構造。其甲，低炼點金 屬體4，係連接於兩端的低熔點金屬用電極3a、3c、以及 中央部的低炫點金屬用電極3b。因為該等電極^ n 上面均較構成低熔點金屬體4底層的絕緣層5上面更為突 出所以低點金屬體4並未連接此底層的絕緣| 5而呈 浮起狀態。 此保護元件1A，係具有當將一對低熔點金屬用電極％ 、3b、或電極3b、3c間的低㈣金屬豸4橫截面的面積（ 第1(c)圖中，畫雙斜線部分：wxt)設為SUm2)，將浮起 區域的浮起高度設為H(//m)的情況時，則具有h/s^5x 1〇~5的特徵。 藉此，利用發熱體6的發熱，低熔點金屬體4會被加 熱，當成熔融狀態之情況時，低熔點金屬體4不會受到底 層的絕緣層5或基板2等表面形狀的影響，而確實地進行 球狀分隔化。 此保護元件1A ’係如第2圖所示般進行製造。首先， 在基板2上形成發熱體6用電極（所謂「枕型電極」）3χ、 3y(第2(a)圖）’其次’形成發熱體6(第2(b)圖）。此發熱 體6係印刷氧化釕系糊料，並經燒成而形成。其次，按照 需要’為了調整發熱體6的電阻值，利用準分子雷射等於 1255481 用的充電為等裝置之電極端子。&此過電壓防止裝置，鋰 子屯池進行充包，若對齊納二極體（2611打以〇(^)施加擊 牙電壓以上之逆電壓，會使基極電流ib急劇流通，藉此 使大的集極電流i c通過發熱體6，並使發熱體β發熱。 此舍熱將傳導於發熱體6上的低炫點金屬冑4，來炼斷低 熔點金屬體4,俾防止對端子M、A2施加過電壓。此情況 下□為低烙點金屬體4將在4a肖等2個位置處被熔 斷，因此熔斷後便完全切斷對發熱體6的通電。 本發明的保護元件可設成其他各種形態。例如，亦可 在-對低溶點金屬體用電極的上面間設計高度i，將連接 於此一對低溶點金屬體用電極上的㈣點金屬體傾斜於該 等電極間。 第4圖所不之保護元件丨β係此種保護元件的一例，使 中間的電極3b上面較兩端的電極3a、3c上面更突出，並 使橫跨於電極3a、3b、3c上的㈣點金屬體4，在保護元 件1B上面側傾斜成凸狀態。此情況下，由中間電極儿上 面與兩側電極3a、3c上面之高度差而決定的浮起高度H( ”）與低炫點金屬體橫截面的面積s( #爪2)，將滿足Μ -5X—Η) 5的關係。藉由使低熔點金屬體4傾斜並浮起，可 更確實地產生加熱熔融時的球狀分隔化。 第5圖 兩端的電極 所不之保護元件1c係使中間的電極3b上面較 3a 3c上面形成更低狀態，並使橫跨於電極 3a、3b、3c上的低熔點金屬體 、 社彳示墁元件下面側傾i 成凹狀態。此情況下，亦是由中間電極3b上面與兩側 1255481 極3a、3c上面之高度差而決定的浮起高度、與低 蛤點金屬體橫截面的面積S( // m2)，將滿足h/S - 5 X 1 〇~5 的關係。另外，如此保護元件1C般，中間電極3b上面與 矣巴緣層5上面形成同一面的狀態方面，可例如印刷用來形 成絕緣層5的玻璃糊料，並於其上印刷用來形成電極3b的 ‘電糊料，再施行衝壓將該等印刷面形成同一面狀態，然 後再施行燒成處理，而形成絕緣層5與電極3b。 第6圖所示之保護元件1 d係在中間電極3b與兩端電 極3a、3c之間，設計由絕緣玻璃等所構成隔板7，在此隔 板7上形成低溶點金屬體4，藉此使低炫點金屬體4成浮 起狀怨。此情況下，由隔板7上面與中間電極3b上面或兩 側電極3a、3c上面間之高度差而決定的浮起高度H(vm) 、與低熔點金屬體4橫載面面積s(//m2)，將滿足h/s^5 X 10 5的關係。 另外，在上述保護元件ΙΑ、IB、1C中，雖低熔點金屬 體4在電極3a、3b間、電極3b、3c間的整個區域中呈浮 I狀態，且低、j：谷點金屬體並未接觸到其下方的絕緣層5， 但是在本發明中，低熔點金屬體4在接觸到電極3a、3b、 3c以外的所有區域，未必一定要成浮起狀態。亦可如第7 圖所示之保護元件1E般，低熔點金屬體4在兩側電極仏 、3c附近接觸到絕緣層5。 再者’如第8圖所示之保護元件1F般，當在一個保護 元件中，出現低熔點金屬體4浮起高度不同（高度1) 之情況時，相關各浮起，均滿足上述浮起高度H與低熔點 1255481 金屬體橫截面的面積s間之關係。 本發明的保護元件並不僅限於低熔點金屬體在電極^ 與電極3b、及電極3b與電極3b的二對電極間分別炫斷， 而是按照用途，亦可構成僅在一對電極間進行熔斷。例如 第1 0圖所示之電路圖的過電壓防止裝置中所採用的保護 元件，可形成在第9圖所示保護元件1G中省略電極扑的 構造。此保護元件1G亦是在一對電極3a、允間，具有高 此，隹本發 “ w μ加龙獨體 4 的 形狀並未限於平板狀。例如亦可為圓棒狀。另外，低熔 金屬體4並不僅限於在發熱體6上隔 白勺产π ^ y 、、邑、、彖層5進行積層 的以。亦可將低炫點金屬體與發熱體形成平面配置 利用發熱體的發熱來熔斷低熔點金屬體。 ” 當將本發明的保護元件晶片化的；況 熔點金屬體4上，覆蓋4,6 “係在低 實施例 匕龍，夜晶聚合物等蓋體。 以下，根據實施例具體說明本發明。 實施例] 第1圖之保護元件1A係依如下 係準備氧化紹系陶竟基板（厚度〇.5_式進行製作。基板2 在其上印刷銀—鈀糊料（杜 —_、大小5mmx3mm)， A 习製，p 1 7 (850。(：、〇· 5小時）而形成發執 7T)，並經燒成 奴热體6用雷梳 β m、大小 2· 4mm X 0· 2mm)。 x、3y (厚度 1 Ο 其次 印刷氧化釕系糊料（杜邦公 司製 、DP1900)，並 1255481 經燒成（850°C、0.5小時），而形成發熱體 、予度l〇“m、 大小2· 4mm X 1. 6mm、圖案電阻5 Ω )。 然後，藉由在發熱體6上印刷絕緣玻璃糊料而形成絕 緣層5(厚度15")，之後，利用印刷銀，糊料(杜 製，5164N)，並經燒成（850°C、〇·5 /j、眭、 “。 寸），而形成低溶點 金屬體用電極3a、3b、3c(大小2. 2mmx 〇. q ” 。r\ a ’ d c 度 20//m、3b厚度連接低炫點泰遥舰 狐蝽點金屬體4的焊料箔 (Sn:Sb=95:5、液相點 240 〇C 、厚声卜】μ 子度t-1〇〇 v m、長度 L=4〇〇Mm、寬度W=1 000 //m)，形成橋接此電極3a、3b、 3c的狀態，獲得焊料箔浮起高度η A、〇 , 反马10 # m、焊料箔橫截 面的面積S為IOOmxw叫m=lxlQ5"m2的保護元件u 比較例1 在實施们的保護元件之製造方法中，在電極3a、3b 、3C燒成之前’利用衝壓將電極3a、3b' 3c與絕緣層5 平面化，並藉由在其上面連接焊料羯，而製作如第u曰圖 所示在谭㈣（低溶點金屬體4)上未浮起的保護元件ιχ。 31施例2二J、比2〜5 在實施你J 1的保護元件之製造方法中，藉由改變低炫 點金屬體4的寬度、厚度、電極仏、扑、&的印刷厚度， 裝乍士纟1所不低;^點金屬體浮起高度Η與橫截面的面 積S不同的保護元件。 評價 田對貝轭例1〜7與比較例1〜5之各保護元件的發熱體 12

Claims (1)

1255481 拾、申請專利範圍·· 1 · 一種保護元件，係在基板上具有發熱體與低熔點金 屬體，並藉由發熱體的發熱來熔斷低熔點金屬體，其特徵 在於： 具有低熔點金屬體浮設於底層的區域，當將包夾該區 域的一對低熔點金屬體用電極間之低熔點金屬體橫截面的 面積設為sum2)’將該浮設區域的浮設高度設為心爪） 之情況時，則具有： H/S- 5Χ 10-5 的關係。 2·如申請專利範圍第丨項之保護元件，其中，該一對 低熔點金屬體用電極二者之上面，係位於較該底層之絕緣 層上面更突出的位置。 3·如申請專利範圍第丨項之保護元件，其中，該一對 低熔點金屬體用電極上面間具有高度差，在該一對低熔點 金屬體用電極間，低熔點金屬體係呈傾斜狀態。 4·如申請專利範圍第丨項之保護元件，其中，在該一 :低熔點金屬體用電極間設置絕緣性隔板，該隔板上面較 一對低熔點金屬體用電極上面更為突出。 拾壹、圖式： 如次頁 15