TWI389159B - Protection element - Google Patents

Description

保護元件

本發明係有關於一種保護元件，用以在過大電流或電壓施加於電子機器等之情況下，藉由其熱使可熔導體熔斷，以阻斷電流。

以往，裝載於充電電池裝置等之保護元件，係使用一種不僅是對過電流而亦對過電壓具有防止功能者。該保護元件係以由發熱體與低熔點金屬體構成之可熔導體積層於基板上，藉由過電流使可熔導體熔斷之方式所形成，且在產生過電壓時亦通電於保護元件內之發熱體，藉由發熱體之熱而使可熔導體熔斷。可熔導體之熔斷係在屬低熔點金屬之可熔導體熔融時，因對所連接之電極表面的良好濕潤性而產生。熔融後之低熔點金屬係被拉至電極上，其結果便使可熔導體被截斷而阻斷電流。

另一方面，隨著近年來可攜式機器等電子機器之小型化，對此種保護元件亦要求小型化/薄型化，且要求動作之穩定性與高速化，其方法而言係有一種將低熔點金屬體之可熔導體配置於絕緣基板上，且以絕緣蓋將其密封，於可熔導體則塗佈助熔劑而構成者。該助熔劑係用以謀求可熔導體表面之抗氧化，且在可熔導體加熱時迅速穩定地使可熔導體熔斷而設置。

該種保護元件而言，有一種如第九圖所示之構造者。該保護元件係於基座基板1上設有一對電極2，於與電極2正交之另一側對向緣部，亦設有圖式中未顯示之一對電極。於圖式中未顯示之電極間，則設有由電阻構成之發熱體5，並透過絕緣層6設有連接於圖式中未顯示之電極之一側的導體層7。在該保護元件，於形成在基座基板1兩端上之一對電極2間，設有由低熔點金屬箔構成之可熔導體3。可熔導體3之中央部係連接於導體層7。再者，與基座基板1上之可熔導體3相對面，設有絕緣蓋4。安裝於基座基板1之絕緣蓋4覆蓋可熔導體3，從而形成既定空間8。於可熔導體3係塗佈有助熔劑9，而助熔劑9則收容於絕緣蓋4內之空間8內。

又，以絕緣蓋密封可熔導體之保護元件而言，亦有一種專利文獻一所揭示之構造者。該保護元件由於因薄型化導致在可熔導體熔斷時，熔融金屬聚集於電極上之空間狹窄；因此為了確實地將熔融金屬拉往各電極部分，係於與絕緣蓋內面之各電極相對面之部位設置對熔融金屬濕潤性良好之金屬圖案，以使熔融金屬迅速地拉往各電極形成部。

此外，如專利文獻二所揭示般，為了防止動作溫度之偏差，已提出一種將助熔劑塗佈於可熔合金片，且於連接有可熔合金之電極周圍設置槽或玻璃帶體，以防止熔融合金之濕潤擴展者。

專利文獻一：日本特開2004-265617號公報

專利文獻二：日本特開2007-294117號公報

上述第九圖所示者或專利文獻一、專利文獻二所揭示之保護元件中，助熔劑係作為可熔導體之抗氧化、及用以在異常電流/電壓下熔斷之作為活性劑作用者，助熔劑之保留狀態對動作速度會造成影響。尤其，為了減輕環境負擔而使用不含溴(Br)等鹵素成分之無鹵素助熔劑時，此種助熔劑其活性度較低，助熔劑之狀態對可熔導體之熔斷速度會大幅造成影響。

亦即，如第十圖所示，有時在絕緣蓋4中，可熔導體3上之助熔劑9無法穩定保持於空間8之中央部而會偏向左右之其中一側。此種情況下，可熔導體3之熔融金屬便易於流入保持有助熔劑9之部位，在助熔劑9不足之部位呈現可熔導體3不易熔融之現象，而產生至確實熔斷為止之時間會變長的問題。

再者，如專利文獻一所述之發明般，將金屬圖案形成於絕緣蓋之構造、或如專利文獻二所述之發明般，將槽或帶體設置於電極周邊之構造中，並無法預先穩定地留住可熔導體上之助熔劑。再者，專利文獻一所揭示之構造之將金屬圖案形成於絕緣蓋的方法中，在將絕緣蓋成型後必須印刷金屬圖案，而會使材料成本變高。同樣地，專利文獻二所揭示之構造中，亦必須將用以防止熔融合金濕潤擴展之槽或玻璃帶體設置於連接有可熔合金之電極的周圍，因而耗費成本。又，專利文獻一之構造中，在絕緣蓋側引起熱變形等時，亦因與絕緣蓋之距離接近，而有會造成電極與絕緣蓋之金屬圖案短路之虞。

此外，如上述般將助熔劑9之位置預先穩定地留住於中央部雖然重要，不過在覆蓋絕緣蓋4之後便無從了解內部之狀態，而亦有希望能確認助熔劑9是否留在中央部或助熔劑本身是否業已塗佈之要求。

本發明係有鑑於上述習知技術而構成，目的在於提供一種保護元件，其可將可熔導體上之助熔劑穩定地保持於既定位置，且可確認助熔劑之保持狀態，在異常時可熔導體可迅速熔斷。

本發明係一種保護元件，其具有：可熔導體，其係配置於絕緣性之基座基板上且連接於保護對象機器之電力供應路徑，並藉由既定之異常電力熔斷；絕緣蓋，其係透過既定空間覆蓋該可熔導體且安裝於該基座基板；以及助熔劑，其係塗佈於該可熔導體表面且位於該空間內，藉此，在該異常電力供應至該保護對象機器時，該可熔導體即熔斷以阻斷該電流路徑，其中，與該可熔導體相對向而於該絕緣蓋形成有由透孔所構成之開口部，且該助熔劑係接觸於該開口部之周緣部，而可將該助熔劑在該可熔導體上保持於該空間內之既定位置。

該開口部係形成於該絕緣蓋之中央部，且由與該可熔導體中央部相對面之大徑的開口部所構成。再者，該開口部亦可以透明之膜覆蓋。

又，該開口部亦可於該絕緣蓋形成有複數個。再者，複數個該開口部亦可以透明之膜覆蓋。

根據本發明之保護元件，由於係於絕緣蓋設置開口部，因此可使助熔劑確實穩定地保持於開口部之周緣部。藉此，尤其在使用活性度較低之助熔劑(無鹵素者等)時，可防止因助熔劑塗佈後之保持狀態偏移所造成之活性度偏移，在可熔導體之熔斷動作，尤其在低電力之發熱動作特性方面，可極度縮小動作之偏差。而且，藉由使用無鹵素之助熔劑而可提供環境負擔較小之保護元件。又，藉由將開口部設置於絕緣蓋，即可藉由目視來檢查內部之助熔劑的狀態。

以下，針對本發明之保護元件之第一實施形態，根據第一圖至第四圖作說明。本實施形態之保護元件10，係於絕緣性基座基板11上面兩端設有一對電極12，於與一對電極12正交之對向緣部亦設有另一對電極21。於一對電極21係連接有由電阻構成之發熱體15。於發熱體15上則透過絕緣層16積層有連接於一側電極21之導體層17。此外，於導體層17與一對電極12係塗佈有圖式中未顯示之焊糊，透過焊糊連接固定有為由低熔點金屬構成之熔線的可熔導體13。再者，於基座基板11係與可熔導體13相對面安裝有絕緣體之絕緣蓋14。

此處，基座基板11之材質而言，只要是具有絕緣性者即可，例如以陶瓷基板、玻璃環氧基板等使用於印刷電路基板之絕緣基板較佳。此外，雖可配合用途適切使用玻璃基板、樹脂基板、絕緣處理金屬基板等，不過以耐熱性優異且熱傳導性良好之陶瓷基板更佳。

電極12、21及導體層17係可使用銅等金屬箔或表面以Ag-Pt、Au等鍍敷之導體材料。又，塗佈Ag糊等導電性糊而燒成之導體層及電極亦可，以蒸鍍等所形成之金屬薄膜結構亦可。

可熔導體13之低熔點金屬，只要是能以既定電力熔融者即可，可使用公知作為熔線材料之各種低熔點金屬。例如，BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、及PbAgSn合金等。

用以形成發熱體15之電阻，其係為塗佈例如由氧化釕、碳黑等導電材料與玻璃等無機系黏結劑、或熱硬化性樹脂等有機系黏結劑所構成之電阻糊後再加以燒成者。又，亦可為印刷氧化釕、碳黑等之薄膜後再予以烘烤者、或藉由鍍敷、蒸鍍、濺鍍形成者、亦可為將此等電阻材料之膜予以貼附、積層等而形成者。

安裝於基座基板11之絕緣蓋14，係形成為一側面部開口之箱狀，對可熔導體13形成既定空間18，並覆蓋於基座基板11。於絕緣蓋14，係在與可熔導體13之中央部相對面之位置，以同心形成有圓形之開口部20。開口部20係形成為對基座基板11之投影位置為圍繞發熱體15之中心部。

絕緣蓋14之材質，只要是具有可耐受可熔導體13熔斷時之熱之耐熱性、及作為保護元件10之機械強度的絕緣材料即可。例如可應用如玻璃、陶瓷、塑膠、玻璃環氧樹脂等使用於印刷電路基板之基板材料等各種材料。再者，使用金屬板並將絕緣性樹脂等絕緣層形成於與基座基板11之對向面者亦可。較佳為，若是如陶瓷等機械強度及絕緣性較高之材料，則亦有助於保護元件整體之薄型化，故較佳。

於可熔導體13之表面整面，設有助熔劑19，以防止其表面之氧化。助熔劑19較佳為以不含溴等鹵素元素之無鹵素的助熔劑。助熔劑19係在可熔導體13上，藉由表面張力保持並收容於空間18內，且如第二圖所示，附著於形成在絕緣蓋14之開口部20的周緣部及內面14a，藉由其濕潤性及表面張力而更穩定地保持。藉此，助熔劑19係在可熔導體13之中央部，不會產生位置偏移而被穩定地保持。此外，助熔劑19中之溶劑係從開口部20揮發，如虛線所示般，助熔劑19之表面係形成為圓弧狀之凹狀。

其次，根據第四圖作說明，針對充電電池裝置的過電流/過電壓保護電路26，作為本實施形態之保護元件10使用於電子機器之例。該過電流/過電壓保護電路26係保護元件10之一對電極12為串聯於輸出端子A1與輸入端子B1之間，保護元件10之一對電極12之一側之端子係連接於輸入端子B1，另一側之電極12則連接於輸出端子A1。此外，可熔導體13之中點係連接於發熱體15之一端，電極21之一側之端子則連接於發熱體15之另一側之端子。發熱體15之另一側之端子係連接於電晶體Tr之集極，電晶體Tr之射極則連接於另一側之輸出端子A2與輸入端子B2之間。再者，於電晶體Tr之基極，係透過電阻R連接曾納二極體ZD之陽極，曾納二極體ZD之陰極則連接於輸出端子A1。電阻R係設定成當設定為異常之既定電壓施加於輸出端子A1、A2間時，崩潰電壓以上之電壓即施加於曾納二極體ZD的值。

於輸出端子A1、A2間，連接有例如鋰離子電池等被保護裝置之充電電池23的電極端子，於輸入端子B1、B2則連接有連接於充電電池23使用之圖式中未顯示之充電器等裝置的電極端子。

其次，針對本實施形態之保護元件10的動作作說明。安裝有本實施形態之過電流/過電壓保護電路26之鋰離子電池等充電電池裝置中，在其充電時，若異常之電壓施加於輸出端子A1、A2，則崩潰電壓以上之反向電壓即以設定為異常之既定電壓施加於曾納二極體ZD，而使曾納二極體ZD導通。因曾納二極體ZD之導通，基極電流ib即流至電晶體Tr之基極，藉此電晶體Tr便開啟(0n)，集極電流ic即流至發熱體15，而使發熱體15發熱。該熱係傳導至發熱體15上之低熔點金屬的可熔導體13，而使可熔導體13熔斷，輸入端子B1與輸出端子A1間之導通便被阻斷，以防止過電壓施加於輸出端子A1、A2。

此時，助熔劑19係保持於可熔導體13之中央部，在既定熔斷位置迅速且確實地熔斷。又，在異常電流朝向輸出端子A1流動時，亦設定成使可熔導體13藉由該電流發熱而熔斷。

根據本實施形態之保護元件10，於絕緣蓋14係設有開口部20，通過開口部20可確認助熔劑19是否確實地留在中央部。再者，助熔劑19係保持於開口部20之周緣部，而可使助熔劑19穩定地保持於可熔導體13中央部之一定位置。藉此，尤其即使在使用活性度較低之無鹵素助熔劑等助熔劑19之情況下，亦可防止因助熔劑19塗佈狀態之偏移或偏差所造成之助熔劑作用的不穩定，而使可熔導體13確實地熔斷。

其次，針對本發明之保護元件的第二實施形態，根據第五圖、第六圖作說明。此處，與上述實施形態同樣之構件係賦予同一符號並省略其說明。本實施形態之保護元件10係於絕緣蓋14形成多數之小透孔的開口部22。此外，助熔劑19中之溶劑係從開口部22揮發，如虛線所示般助熔劑19之表面係依各開口部22形成為圓弧狀之凹狀。

此外，開口部22亦可形成於形成在絕緣蓋14中央部之第一實施形態之大徑之開口部20的周圍。

根據本實施形態之保護元件10，與上述實施形態同樣地，助熔劑19亦可確實地保持於既定之位置，可熔導體13之熔斷動作係確實。再者，可通過開口部22以肉眼來辨識助熔劑19之保持狀態，而可使產品檢查更容易且確實。

其次，針對本發明之保護元件的第三實施形態，根據第七圖作說明。此處，與上述實施形態同樣之構件係賦予同一符號並省略其說明。本發明之實施形態之絕緣蓋14，與上述實施形態同樣地，係於絕緣蓋14形成開口部20且於該絕緣蓋14表面黏貼透明之膜24。又如第八圖所示般，亦可形成由多數透孔所構成之開口部22，且於該絕緣蓋14表面黏貼透明之膜24。

根據此等實施形態之保護元件10，除了與上述實施形態同樣之效果以外，亦可以肉眼來辨識助熔劑19之保持狀態，且藉由膜24使灰塵等亦無法從開口部20、22附著於助熔劑19或滲入內部。

此外，本發明之保護元件並非限定於上述實施形態，只要是於絕緣蓋配備有透孔之開口部者即可，並不拘其形狀或數目。又，不拘助熔劑或絕緣蓋構件之材料，而可適當選擇適切之材料。

1．．．基座基板

2．．．電極

3．．．可熔導體

4．．．絕緣蓋

5．．．發熱體

6．．．絕緣層

7．．．導體層

8．．．空間

9．．．助熔劑

10．．．保護元件

11．．．基座基板

12．．．電極

13．．．可熔導體

14．．．絕緣蓋

14a．．．內面

15．．．發熱體

16．．．絕緣層

17．．．導體層

18．．．空間

19．．．助熔劑

20．．．開口部

21．．．電極

22．．．開口部

23．．．充電電池

24．．．膜

A1、A2．．．輸出端子

B1、B2．．．輸入端子

Tr．．．電晶體

ib．．．基極電流

ic．．．集極電流

R．．．電阻

ZD．．．曾納二極體

第一圖係卸除本發明之第一實施形態之保護元件之絕緣蓋後之狀態的俯視圖。

第二圖係安裝有絕緣蓋之狀態之第一圖的A-A截面圖。

第三圖係本實施形態之絕緣蓋的俯視圖。

第四圖係表示本發明之第一實施形態之保護元件之使用例的電路圖。

第五圖係本發明之第二實施形態之縱截面圖。

第六圖係本發明之第二實施形態之絕緣蓋的俯視圖。

第七圖係本發明之第三實施形態之縱截面圖。

第八圖係本發明之第三實施形態之變形例的縱截面圖。

第九圖係習知保護元件的縱截面圖。

第十圖係表示習知保護元件之助熔劑之狀態的縱截面圖。

10．．．保護元件

11．．．基座基板

12．．．電極

13．．．可熔導體

14．．．絕緣蓋

14a．．．內面

15．．．發熱體

16．．．絕緣層

17．．．導體層

18．．．空間

19．．．助熔劑

20．．．開口部

Claims (5)

1. 一種保護元件，其具有：可熔導體，其係配置於絕緣性之基座基板上且連接於保護對象機器之電力供應路徑，藉由既定之異常電力熔斷；絕緣蓋，其係透過既定空間覆蓋該可熔導體且安裝於該基座基板；以及助熔劑，其係塗佈於該可熔導體表面且位於該空間內，藉此，在該異常電力供應至該保護對象機器時，該可熔導體即熔斷以阻斷該電流路徑，又，該保護元件中，與該可熔導體相對向而於該絕緣蓋形成有由透孔所構成之開口部，且該助熔劑係接觸於該開口部之周緣部，而可將該助熔劑在該可熔導體上保持於該空間內之既定位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之保護元件，其中該開口部係形成於該絕緣蓋之中央部，且由與該可熔導體中央部相對面之大徑的開口部所構成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之保護元件，其中該開口部係以透明之膜覆蓋。
4. 如申請專利範圍第1項所述之保護元件，其中該開口部係與該可熔導體中央部相對面，且於該絕緣蓋形成有複數個。
5. 如申請專利範圍第4項所述之保護元件，其中複數個該開口部係以透明之膜覆蓋。