TWI628687B - 短路元件 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可藉由可熔導體的熔融而確實地使開放電極間短路的短路元件。短路元件具有：第1電極、第2電極(11、12)，接近地被配置並且絕緣；可熔導體(13)，藉由熔融而使第1電極、第2電極(11、12)間短路；絕緣基板(14)；發熱體(15)，形成於絕緣基板(14)上，藉由通電而發熱，從而使可熔導體(13)熔融；以及橋接式電極(16)，跨及第1電極、第2電極(11、12)間而與第1電極、第2電極(11、12)相向配置，且將可熔導體(13)的熔融導體集中於第1電極、第2電極(11、12)間。

Description

短路元件

本發明是有關於一種藉由電性信號使開放狀態的電源線或信號線物理性且電性短路的短路元件。

大部分可充電並重複利用的二次電池被加工成電池組(battery pack)而提供給用戶。尤其在重量能量密度高的鋰離子二次電池中，為了確保用戶及電子機器的安全，一般而言，將過充電保護、過放電保護等幾種保護電路內置於電池組中，具有在規定的情況下阻斷電池組的輸出的功能。

此種保護元件中，有如下者：使用內置於電池組的場效電晶體(field-effect transistor，FET)開關來進行輸出的導通/斷開(ON/OFF)，藉此進行電池組的過充電保護或過放電保護動作。然而，在因某種原因而FET開關短路擊穿的情況下，施加雷電突波(lightning surge)等而瞬間性大電流流過的情況下，或者因電池芯(battery cell)的壽命而輸出電壓異常下降或相反輸出過大的異常電壓，或串聯連接的電池芯的各自的電壓不均增大的情況下，電池組或電子機器需要受到保護以不會發生火災等事故。因 此，為了在所述可設想到的任何異常狀態下，亦安全地阻斷電池芯的輸出，而使用包含保險絲(fuse)元件的保護元件，該保險絲元件具有藉由來自外部的信號而阻斷電流路徑的功能。

作為面向鋰離子二次電池等的保護電路的保護元件，有如專利文獻1所記載的如下的保護元件：跨及電流路徑上的第1電極、發熱體引出電極、第2電極間而連接可熔導體並作為電流路徑的一部分，藉由過電流的自發熱或者設置於保護元件內部的發熱體來將該電流路徑上的可熔導體熔融斷開。此種保護元件中，將已熔融的液體狀的可熔導體集中於與發熱體相連的導體層上，藉此將第1電極、第2電極間分離而阻斷電流路徑。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2010-003665號公報

[專利文獻2]日本專利特開2004-185960號公報

[專利文獻3]日本專利特開2012-003878號公報

此外，近年來，使用了電池與馬達的混合動力車(Hybrid Electric vehicle，HEV)或電力車(Electric Vehicle，EV)正迅速普及。作為HEV或EV的動力源，根據能量密度與輸出特性而使用鋰離子二次電池。汽車用途中需要高電壓、大電流。因此，開發出經受得住高電壓、大電流的專用電池芯，但考慮到製造成本 上的問題而在大多情況下，將多個電池芯串聯、並聯連接，藉此使用通用電池芯而確保所需的電壓電流。

此處，在高速移動中的汽車等中，有時驅動力的驟然降低或急停反而危險，從而要求進行設想了緊急時的電池管理。例如，在行駛中發生電池系統的異常時，亦可供給用以移動到修理工廠或安全場所的驅動力、或者供給危險警告燈(hazard lamp)或空調用的驅動力，在避免危險方面較佳。

然而，在如專利文獻1般的多個電池芯串聯連接而成的電池組中，當僅在充放電路徑上設置保護元件時，若電池芯的一部分發生異常而使保護元件啟動，則電池芯整體的充放電路徑被阻斷，從而無法供給電力。

因此，為了僅將包含多個電池芯的電池組內的異常電池芯排除，而有效地利用正常的電池芯，提出了如下的短路元件，即，可形成僅繞過異常電池芯的旁路路徑(bypass path)。

該短路元件50如圖20所示般，具有：兩個開放電極52、開放電極53，在充放電路徑上與電池芯51並聯連接，且正常時開放；可熔導體54，藉由熔融而使兩個開放電極52、開放電極53間短路；以及發熱體55，與可熔導體54串聯連接，使該可熔導體54熔融。

發熱體55經由充放電路徑而流過電流，藉此自發熱，藉由該熱(焦耳熱(joule heat))使可熔導體54熔融。發熱體55與FET等電流控制元件56連接。電流控制元件56進行控制，使 得在電池芯51正常時限制對發熱體55的供電，在異常時經由充放電路徑而使電流流向發熱體55。

使用了短路元件50的電池電路若在電池芯51中檢測到異常電壓等，則藉由保護元件57從充放電路徑上阻斷該電池芯51，並且使電流控制元件56動作，而使電流流向發熱體55。藉此，藉由發熱體55的熱而可熔導體54熔融，熔融導體在兩個開放電極52、開放電極53上凝聚、結合。因此，開放電極52、開放電極53藉由熔融導體而短路，藉此，可形成繞過電池芯51的電流路徑。

而且，短路元件50藉由可熔導體54熔融而阻斷對發熱體55的通電路徑，因而發熱體55的發熱停止。

此處，此種短路元件50中，要求藉由可熔導體54的熔融使開放電極52、開放電路53間確實短路。即，短路元件50藉由可熔導體54的熔融導體跨及開放電極52、開放電極53間而凝聚，而使開放電極52、開放電極53短路，而且，若可熔導體54熔融，則對發熱體55的通電路徑被阻斷，無法進行進一步的可熔導體54的加熱。

因此，短路元件50在可熔導體54的熔融導體並未跨及開放電極52、開放電極53間而凝聚的情況下無法使其短路，該狀態下因可熔導體54熔融而對發熱體55的通電亦停止，因而無法形成旁路電流路徑。因此，期望有一種短路元件，該短路元件可於電源電路中藉由可熔導體的熔融而確實地使開放電極間短路並 形成旁路電流路徑。

而且，除電源電路以外，亦提出有如下：在例如並非利用軟體而是使用短路元件物理性且不可逆地進行各種裝置的激活(activation)等用途中，亦藉由可熔導體的熔融使開放電極間短路，並使功能電路導通，藉此可確實地進行該裝置的激活。

因此，本發明的目的在於提供一種藉由可熔導體的熔融而可確實地使開放電極間短路的短路元件。

為了解決所述課題，本發明的短路元件具有：第1電極、第2電極，接近地被配置並且絕緣；可熔導體，藉由熔融而使所述第1電極、第2電極間短路；發熱體，藉由通電而發熱，從而使所述可熔導體熔融；以及橋接式電極，跨及所述第1電極、第2電極間而與所述第1電極、第2電極相向配置，將所述可熔導體的熔融導體集中於所述第1電極、第2電極間。

根據本發明，將可熔導體的熔融導體集中的橋接式電極跨及第1電極、第2電極間而與第1電極、第2電極相向設置，因而熔融導體跨及第1電極、第2電極間而凝聚，從而可確實地使第1電極、第2電極間短路。

1‧‧‧短路元件

2‧‧‧開關

3‧‧‧通電路徑

11‧‧‧第1電極

12‧‧‧第2電極

13‧‧‧可熔導體

13a‧‧‧主面部

13b‧‧‧第1側緣部

13c‧‧‧第2側緣部

14‧‧‧絕緣基板

14a‧‧‧絕緣基板的表面

14b‧‧‧絕緣基板的背面

15‧‧‧發熱體

16‧‧‧橋接式電極

17‧‧‧絕緣層

18‧‧‧發熱體電極

18a‧‧‧上層部

18b‧‧‧下層部

19‧‧‧發熱體引出電極

20‧‧‧第3電極

21‧‧‧連接用焊料

22‧‧‧絕緣間隔件

23‧‧‧助焊劑

25‧‧‧保護殼體

25a‧‧‧框體

25b‧‧‧蓋體

27‧‧‧發熱體單元

28A、28B‧‧‧外部電路

30‧‧‧電池電路

31‧‧‧電池芯

32‧‧‧電流控制元件

33‧‧‧保護元件

34‧‧‧電池單元

35‧‧‧檢測元件

40‧‧‧導體帶

50‧‧‧短路元件

51‧‧‧電池芯

52、53‧‧‧開放電極

54‧‧‧可熔導體

55‧‧‧發熱體

56‧‧‧電流控制元件

57‧‧‧保護元件

70‧‧‧高熔點金屬層

71‧‧‧低熔點金屬層

72、73、74‧‧‧開口部

C‧‧‧發熱中心

圖1A和圖1B是表示應用了本發明的短路元件的圖，圖1A 為剖面圖，圖1B為電路圖。

圖2是表示應用了本發明的短路元件的圖1A的中央部剖面圖。

圖3是將應用了本發明的短路元件省略蓋體而表示的平面圖。

圖4A和圖4B是表示可熔導體熔融的短路元件的圖，圖4A為剖面圖，圖4B為電路圖。

圖5是表示搭載發熱體單元的狀態的剖面圖。

圖6是表示使用有應用了本發明的短路元件的短路電路的電路圖。

圖7是表示使用有應用了本發明的短路元件的電池電路圖的電路圖。

圖8是表示發熱體形成於絕緣基板的背面的發熱體單元的剖面圖。

圖9是表示發熱體形成於絕緣層的內部的發熱體單元的剖面圖。

圖10是表示發熱體形成於絕緣基板的內部的發熱體單元的剖面圖。

圖11是表示發熱體、橋接式電極及發熱體電極形成於絕緣基板的表面的發熱體單元的平面圖。

圖12A和圖12B是表示具有高熔點金屬層與低熔點金屬層且具備被覆構造的可熔導體的立體圖，圖12A表示將高熔點金屬層作為內層且由低熔點金屬層被覆的構造，圖12B表示將低熔點金 屬層作為內層且由高熔點金屬層被覆的構造。

圖13A和圖13B是表示包括高熔點金屬層與低熔點金屬層的積層構造的可熔導體的立體圖，圖13A表示上下2層構造，圖13B表示內層及外層的3層構造。

圖14是表示包括高熔點金屬層與低熔點金屬層的多層構造的可熔導體的剖面圖。

圖15A和圖15B是表示高熔點金屬層的表面形成著線狀開口部且低熔點金屬層露出的可熔導體的平面圖，圖15A為沿著長度方向形成開口部者，圖15B為沿著寬度方向形成開口部者。

圖16是表示在高熔點金屬層的表面形成著圓形開口部且低熔點金屬層露出的可熔導體的平面圖。

圖17是表示在高熔點金屬層上形成著圓形開口部且內部填充著低熔點金屬的可熔導體的平面圖。

圖18是表示藉由高熔點金屬而包圍的低熔點金屬露出的可熔導體的立體圖。

圖19是表示使用了圖18所示的可熔導體的短路元件的剖面圖。

圖20是表示使用了參考例的短路元件的電池電路的電路圖。

以下，一面參照圖式一面對應用本發明的短路元件進行詳細說明。另外，本發明並不僅限定於以下的實施形態，在不脫離本發明的主旨的範圍內當然可進行各種變更。而且，圖式為示 意性的圖，有時各尺寸的比率等與現實的情況不同。具體的尺寸等應參照以下的說明來判斷。而且，圖式彼此之間當然包含彼此的尺寸的關係或比率不同的部分。

應用了本發明的短路元件1如圖1A、圖1B~圖3所示般，具有：第1電極11、第2電極12，接近地被配置並且絕緣；可熔導體13，藉由熔融而使第1電極11、第2電極12間短路；絕緣基板14；發熱體15，形成於絕緣基板14上，藉由通電而發熱，從而使可熔導體13熔融；以及橋接式電極16，跨及第1電極11、第2電極12間而與第1電極11、第2電極12相向配置，將可熔導體13的熔融導體集中於第1電極11、第2電極12間。

[第1電極、第2電極]

第1電極11、第2電極12接近地被配置並且絕緣，且構成開關2，該開關2藉由短路元件1啟動，經由後述的可熔導體13的熔融導體而短路。第1電極11、第2電極12跨及線護殼體25的內外而配設，一端在保護殼體25的內部彼此接近，另一端被導出至保護殼體25的外部。短路元件1經由第1電極11、第2電極12的另一端而與電源電路或數位信號電路等外部電路連接。

[絕緣基板]

絕緣基板14例如使用氧化鋁、玻璃陶瓷、富鋁紅柱石、氧化鋯等具有絕緣性的構件而形成為大致方形狀。絕緣基板14此外亦可使用玻璃環氧基板、苯酚基板等印刷配線基板中所使用的材料，但在可熔導體13的熔融斷開時的溫度方面需加以留意。

[發熱體]

發熱體15為電阻值相對較高且通電時發熱的具有導電性的構件，例如包含W、Mo、Ru等。使用網版印刷技術，將該些金屬的合金或組成物、化合物的粉狀體與樹脂黏合劑等加以混合而成為膏狀者圖案形成於絕緣基板14上，並藉由煅燒等而形成所述發熱體15。

發熱體15在絕緣基板14的表面14a上由絕緣層17所被覆。絕緣層17實現發熱體15的保護及絕緣，並且是為了效率佳地將發熱體15的熱傳遞至橋接式電極16而設置，且例如包含玻璃層。橋接式電極16藉由發熱體15而加熱，藉此可容易地使可熔導體13的熔融導體凝聚。

而且，發熱體15的一端與發熱體電極18連接，另一端與發熱體引出電極19連接。發熱體電極18具有：形成於絕緣基板14並且與發熱體15的一端連接的上層部18a，以及形成於絕緣層17上並且與可熔導體13連接的下層部18b。與發熱體15的另一端連接的發熱體引出電極19形成於絕緣基板14上，並且與第3電極20連接。第3電極20跨及保護殼體25的內外而配設，一端在保護殼體25的內部與發熱體引出電極19連接，另一端被導出至保護殼體25的外部並且與外部電路連接。

所述短路元件1形成對發熱體15的通電路徑3，該通電路徑3從第1電極11經由可熔導體13、發熱體電極18、發熱體15、發熱體引出電極19而到達第3電極20。通電路徑3藉由與第 3電極20連接的電流控制元件32而控制通電，視需要而在電池的異常電壓時或裝置的激活等時通電，從而發熱體15發熱。而且，關於通電路徑3，在藉由發熱體15發熱而可熔導體13熔融時，經由可熔導體13而連接的第1電極11與發熱體電極18之間被阻斷，因而供電停止，發熱體15的發熱中斷。

[橋接式電極]

橋接式電極16跨及第1電極11、第2電極12間而與第1電極11、第2電極12相向配置。而且，可熔導體13的熔融導體藉由橋接式電極16而集中於第1電極11、第2電極12間，藉此，如圖4A、圖4B所示，第1電極11、第2電極12經由可熔導體13的熔融導體而短路。

橋接式電極16形成於絕緣層17上。而且，橋接式電極16經由絕緣層17而形成於與發熱體15重疊的位置。藉此，橋接式電極16藉由發熱體15的熱而加熱，從而可將更多的熔融導體集中於第1電極11、第2電極12上。因此，橋接式電極16可確實地使第1電極11、第2電極12短路。

而且，橋接式電極16在絕緣層17上，與發熱體電極18的下層部18b隔開而形成。可熔導體13的熔融導體因橋接式電極16與發熱體電極18經由玻璃等絕緣層17而分離，故被朝向橋接式電極16與發熱體電極18的一側牽引。藉此，短路元件1中，被朝向橋接式電極16牽引的熔融導體與被朝向發熱體電極18牽引的熔融導體隔開，從而可將第1電極11與發熱體電極18之間 予以阻斷。

[電極表面鍍敷處理]

此處，橋接式電極16或發熱體電極18可使用Cu或Ag等普通的電極材料而形成。而且，較佳為在橋接式電極16或發熱體電極18的表面上，藉由公知的鍍敷處理而形成鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au等被膜。藉此，短路元件1可防止橋接式電極16或發熱體電極18的氧化，從而可確實地保持熔融導體。而且，在將短路元件1進行回焊安裝時，可防止因連接可熔導體13的連接用焊料21或者形成可熔導體13的外層的低熔點金屬熔融而將橋接式電極16或發熱體電極18熔蝕(erosion)(焊料腐蝕)的情況。另外，短路元件1除橋接式電極16或發熱體電極18外，當然亦可在第1電極11、第2電極12的表面上形成鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au等被膜。

[可熔導體]

可熔導體13可使用藉由發熱體15的發熱而快速地熔融的任一種金屬，例如，可較佳地使用以Sn為主成分的無鉛(Pb)焊料等低熔點金屬。

而且，可熔導體13亦可含有低熔點金屬與高熔點金屬。作為低熔點金屬，較佳為使用以Sn為主成分的無Pb焊料等焊料，作為高熔點金屬，較佳為使用Ag、Cu或以該些為主成分的合金等。因含有高熔點金屬與低熔點金屬，而在將短路元件1回焊安裝時，即便回焊溫度超過低熔點金屬的熔融溫度而低熔點金屬熔 融，亦可抑制低熔點金屬向外部的流出，從而維持可熔導體13的形狀。而且，在熔融斷開時，亦可藉由低熔點金屬熔融而將高熔點金屬熔蝕(焊料腐蝕)，藉此可在高熔點金屬的熔點以下的溫度下快速地熔融斷開。另外，可熔導體13如以後說明般，可藉由各種構成而形成。

可熔導體13在發熱體15發熱時藉由發熱體15的熱而熔融，從而熔融導體凝聚於橋接式電極16上，藉此使第1電極11、第2電極12間短路，例如如圖1A、圖1B所示，經由連接用焊料21而連接於橋接式電極16上，藉此跨及第1電極11、第2電極12上而配置。

而且，可熔導體13在發熱體15發熱前連接於第1電極11與發熱體電極18之間，構成對發熱體15的通電路徑3的一部分。而且，可熔導體13經由連接用焊料21而導通連接於第1電極11上，並且經由設置於第2電極12上的至少一部分的絕緣間隔件22而受到支持。絕緣間隔件22例如藉由樹脂層而形成為與設置於第1電極11上的連接用焊料21大致相同的厚度。藉此，可熔導體13在熔融前，藉由連接用焊料21及絕緣間隔件22而支持於第1電極11及第2電極12上，並且與第1電極11電性連接，且與第2電極12絕緣。

[其他構成]

短路元件1為了防止可熔導體13的氧化及提高熔融時的濡濕性，而在可熔導體13與絕緣層17及第1電極11、第2電極12之 間供給助焊劑(flux)23。

而且，短路元件1藉由收納於保護殼體25中而得到保護。保護殼體25具有框體25a及蓋體25b。保護殼體25例如可使用熱塑性塑膠等工程塑膠而形成。而且，框體25a藉由射出模具(injection mold)成型，而與預先形成的第1電極11、第2電極12及第3電極20一體成型，藉此，如圖1A、圖2、圖3所示，第1電極11、第2電極12在框體25a的內部，以一端接近並且絕緣的狀態而配置，而且，第1電極11、第2電極12及第3電極20的各另一端被導出至外部。

短路元件1中，亦可藉由Cu合金系原材料，鐵合金系原材料，其他的機械強度、導電率、導熱率、耐腐蝕性等優異的金屬原材料的薄板來形成第1電極11、第2電極12。藉此，短路元件1可將第1電極、第2電極12作為低電阻、高規格的引線框架而使用，從而亦可耐受大電流用途。

在配置於框體25a內的第1電極11上設置著與絕緣間隔件22及可熔導體13連接的連接用焊料21，在第2電極12上設置著實現與可熔導體13的絕緣並且支持於第1電極11、第2電極12上的絕緣間隔件22。而且，在第3電極20上設置著與發熱體引出電極19連接的連接用焊料21。

[發熱體單元]

在該框體25a內搭載著將絕緣基板14、發熱體15及可熔導體13一體形成而成的發熱體單元27。圖5所示的發熱體單元27在 絕緣基板14上形成著發熱體15及絕緣層17，在該絕緣層17上形成著橋接式電極16、發熱體電極18及發熱體引出電極19，進而經由連接用焊料21而將可熔導體13連接於橋接式電極16及發熱體電極18上。

發熱體單元27將可熔導體13搭載於第1電極11、第2電極12上。然後，向框體25a內供給助焊劑23，並由蓋體25b封閉，藉此形成短路元件1。

所述短路元件1具有圖6所示的電路構成。即，短路元件1在動作前的狀態下，第1電極11與第2電極12接近並且藉由隔開而得以絕緣，且構成藉由可熔導體13熔融而短路的開關2。第1電極11、第2電極12串聯連接於安裝著短路元件1的電路基板的電流路徑上，藉此組裝至電源電路等各種外部電路28A、外部電路28B間。

而且，短路元件1中，形成著通電路徑3，該通電路徑3從第1電極11經由可熔導體13及發熱體電極18而連接著發熱體15，進而經由發熱體引出電極19而到達第3電極20。

短路元件1在通常情況下，藉由經由第3電極20而連接的電流控制元件32來控制對通電路徑3的通電。電流控制元件32為控制通電路徑3的通電的開關元件，例如包含FET，且與檢測元件35連接，該檢測元件35對裝入了短路元件1的外部電路是否有物理性短路進行檢測。檢測元件35為對是否需要使裝入了短路元件1的各種外部電路28A、外部電路28B間通電進行檢測 的電路，例如在需要藉由第1電極11、第2電極12的短路而物理性且不可逆地使外部電路28A、外部電路28B間的電流路徑短路的情況下，即如在構築電池組的異常電壓時的旁路電流路徑、構築相對於網路通信機器的駭侵(hacking)或破解(cracking)而在繞過資料伺服器的旁路信號路徑、或者裝置或軟體的激活等時，使電流控制元件32動作。

藉此，短路元件1藉由電流控制元件32而使通電路徑3通電，從而發熱體15發熱。若經由通電路徑3使電通向發熱體15，則如圖4A所示，短路元件1中，經由第1絕緣層14而連接的可熔導體13熔融，該熔融導體凝聚於橋接式電極16上。藉此，經絕緣的第1電極11、第2電極12短路，外部電路28A、外部電路28B連接。將短路元件1動作時的電路構成表示於圖4B。

此時，短路元件1中，將可熔導體13的熔融導體集中的橋接式電極16跨及第1電極11、第2電極12間而與第1電極11、第2電極12相向設置，因而熔融導體跨及第1電極11、第2電極12間而凝聚，從而可確實地使第1電極11、第2電極12間短路。

而且，短路元件1中，可熔導體13的熔融導體在橋接式電極16與發熱體電極18上分開地凝聚，藉此經由可熔導體13而連接的第1電極11與發熱體電極18之間開放，從而阻斷對發熱體15的通電路徑3。藉此，對發熱體15的供電中斷，從而發熱體15的發熱停止。

而且，短路元件1在藉由利用橋接式電極16而凝聚的熔融導體使第1電極11、第2電極12間短路的狀態下，阻斷通電路徑3，因而可防止第1電極11、第2電極12並未短路而阻斷通電路徑3的情況。

此處，短路元件1較佳為橋接式電極16的面積形成得比發熱體電極18的面積大。可熔導體13的熔融導體因具有藉由表面張力而向體積更大的部位凝聚的傾向，故短路元件1將橋接式電極16形成得比發熱體電極18大，而可使更多的熔融導體凝聚，從而可確實地使第1電極11、第2電極12間短路，然後可阻斷通電路徑3。

而且，短路元件1中，較佳為橋接式電極16設置於比發熱體電極18更接近發熱體15的發熱中心的位置。

此處，發熱體15的發熱中心是指藉由發熱體15發熱而表現出的熱分佈中的發熱初始階段中溫度最高的區域。從發熱體15發出的熱中來自絕緣基板14的散熱量最多，在由耐熱衝擊性優異且導熱率亦高的陶瓷材料形成絕緣基板14的情況下等，熱向絕緣基板14擴散。因此，發熱體15在通電開始的發熱初始階段，距離與絕緣基板14接觸的外緣最遠的中心最熱，且隨著朝向與絕緣基板14接觸的外緣而散熱，從而溫度越不易上升。

因此，如圖1A所示，短路元件1中，將橋接式電極16形成於比發熱體電極18更接近發熱中心C的位置，該發熱中心C在發熱體15的發熱初期溫度最高，藉此，比發熱體電極18更早 地傳遞熱，從而熔融導體更快速地凝聚。發熱體電極18因比橋接式電極16晚受到加熱，故第1電極11、第2電極12短路後熔融導體凝聚，且與凝聚於橋接式電極16的熔融導體分離，從而阻斷通電路徑3。

因此，短路元件1藉由將橋接式電極16設置於比發熱體電極18更接近發熱體15的發熱中心的位置，而可在通電路徑3的阻斷之前使第1電極11、第2電極12間短路，從而可確實地對發熱體15持續供電直至第1電極11、第2電極12間短路為止。

而且，使可熔導體13的寬度比第1電極11、第2電極12、橋接式電極16寬，且使與橋接式電極16重疊的第1電極11的面積比第2電極12的面積小，藉此使凝聚於第1電極11上的熔融導體在較早的階段溢出，從而可使凝聚的熔融導體快速地在第2電極12側造成短路。

另外，圖5所示的發熱體單元27中，可熔導體13設置於與發熱體15重疊的位置，而且經由絕緣層17、橋接式電極16及連接用焊料21而積層於發熱體15上，因而發熱體15的熱效率佳地得到傳遞，從而可在短時間內加熱、熔融。

[電路構成例]

圖7中表示電池電路30來作為應用了短路元件1的短路電路的一例。電池電路30中，短路元件1用於構築旁路電流路徑，該旁路電流路徑繞過多個電池芯31中的顯示過充電等異常電壓的電池芯。

圖7中，電池電路30包括電池單元34，該電池單元34具有短路元件1、控制短路元件1的動作的電流控制元件32、電池芯31、從充放電路徑上阻斷電池芯31的保護元件33、以及控制保護元件33的動作的電流控制元件32，多個電池單元34串聯連接。

而且，電池電路30具有檢測元件35，該檢測元件35對各電池單元34的電池芯31的電壓進行檢測，並且對保護元件33與電流控制元件32輸出異常信號。

各電池單元34將保護元件33與電池芯31串聯連接。而且，電池單元34中，短路元件1的第1電極11與保護元件33的開放端連接，第2電極12與電池芯31的開放端連接，藉此，保護元件33及電池芯31與短路元件1並聯連接。

而且，電池單元34中，電路控制元件32及保護元件33分別與檢測元件35連接。檢測元件35與各電池芯31連接，對各電池芯31的電壓值進行檢測，當電池芯31成為過充電電壓或過放電電壓時，使具有該電池芯31的電池單元34的保護元件33驅動，且向與短路元件1相連的電流控制元件32輸出動作信號。

電流控制元件32例如可包含場效電晶體(以下稱作FET)。電流控制元件32與第3電極20連接，可控制對短路元件1的通電路徑3的通電。而且，電流控制元件32與保護元件33的驅動端子連接。

保護元件33可包含如下元件，該元件具有：一對電極， 連接於充放電路徑上；可熔導體，跨及該電極間而搭載且使該電極間短路；以及發熱體，與可熔導體串聯連接，且在電壓異常時通電而發熱，從而使可熔導體熔融。

該電池電路30藉由從檢測元件35輸出的檢測信號，而在電池芯31的電壓值成為超過規定的過放電或過充電狀態的電壓時，進行控制，以使保護元件33及短路元件1動作，從充放電電流路徑阻斷該電池單元34，並且使短路元件1的開關2短路，而形成繞過該電池單元34的旁路電流路徑。

所述電池電路30在正常時，短路元件1的開關2開放，因而電流流向保護元件33及電池芯31側。若在電池芯31中感測到電壓異常等，則電池電路30從檢測元件35對保護元件33輸出異常信號，藉由保護元件33而從充放電電流路徑上阻斷異常的電池芯31。

然後，電池電路30藉由檢測元件35亦對電流控制元件32輸出異常信號，且進行控制以使電流流向短路元件1的發熱體15。短路元件1藉由發熱體15而使可熔導體13加熱、熔融，藉此熔融導體凝聚在跨及第1電極11、第2電極12間而形成的橋接式電極16上，從而第1電極11、第2電極12間短路。藉此，電池電路30可藉由短路元件1形成繞過電池芯31的旁路電流路徑。然後，短路元件1藉由可熔導體13的熔融斷開，而將第1電極11與發熱體電極18之間予以阻斷，從而停止對發熱體15的供電。

藉此，電池電路30當在一個電池芯31中發生異常時， 亦可經由短路元件1而形成繞過該電池芯31的旁路電流路徑，並藉由剩餘的正常電池芯31來維持充放電功能。此時，短路元件1藉由跨及第1電極11、第2電極12間而與第1電極11、第2電極12相向形成的橋接式電極16來使可熔導體13的熔融導體凝聚，因而可確實地使第1電極11、第2電極12間短路而形成旁路電流路徑。

另外，短路元件1或電池電路30亦可設置保護電阻，該保護電阻具有與被阻斷的電池芯31的內部電阻大致相同的電阻值。藉由在旁路電流路徑上設置保護電阻，而電池電路30在構築旁路電流路徑後，亦可設為與正常時相同的電阻值。

[發熱體單元的變形例]

另外，所述發熱體單元27中，將發熱體15形成於絕緣基板14的表面14a上，但如圖8所示，發熱體單元27亦可將發熱體15形成於絕緣基板14的背面14b。該情況下，發熱體15在絕緣基板14的背面14b上由絕緣層17所被覆。而且，與發熱體15的一端連接的發熱體電極18及發熱體引出電極19亦同樣地形成於絕緣基板14的背面14b。發熱體電極18中，與發熱體15連接的上層部18a形成於絕緣基板14的背面14b，與可熔導體13連接的下層部18b形成於絕緣基板14的表面14a，下層部18b與上層部18a經由導電通孔而相連。

而且，發熱體15較佳為在絕緣基板14的背面14b中，形成於與橋接式電極16及可熔導體13重疊的位置。而且，橋接 式電極16較佳為形成於比發熱體電極18的下層部18b更靠近發熱體15的發熱中心的位置。

發熱體單元27中，藉由將發熱體15形成於絕緣基板14的背面14b，而絕緣基板14的表面14a得以平坦化，藉此，可將橋接式電極16或發熱體電極18的下層部18b形成於表面14a上。因此，發熱體單元27可簡化橋接式電極16或發熱體電極18的下層部18b的製造步驟，並且可實現低背化。

而且，發熱體單元27在將發熱體15形成於絕緣基板14的背面14b的情況下，亦可藉由使用精細陶瓷(fine ceramics)等導熱性優異的材料來作為絕緣基板14的材料，並利用發熱體15，與積層於絕緣基板14的表面14a上的情況同樣地將可熔導體13加熱、熔融斷開。

而且，發熱體單元27如圖9所示，亦可將發熱體15形成於絕緣層17的內部，該絕緣層17形成於絕緣基板14的表面14a上。此時，連接著發熱體15的一端的發熱體電極18及發熱體引出電極19亦將一端部形成至絕緣層17的內部為止。

而且，發熱體15較佳為在絕緣層17的內部形成於與橋接式電極16及可熔導體13重疊的位置。而且，橋接式電極16較佳為形成於比發熱體電極18更接近發熱體15的發熱中心的位置。而且，發熱體單元27亦可將發熱體15形成於絕緣層17的內部，該絕緣層17形成於絕緣基板14的背面14b上。

而且，發熱體單元27如圖10所示，亦可將發熱體15 形成於絕緣基板14的內部。此時，無須設置被覆發熱體15的絕緣層17。而且，與發熱體15連接的發熱體電極18及發熱體引出電極19中，與發熱體15連接的上層部形成至絕緣基板14的內部為止，下層部經由導電通孔而設置於絕緣基板14的表面14a側。

而且，發熱體15較佳為在絕緣基板14的內部形成於與橋接式電極16及可熔導體13重疊的位置。而且，橋接式電極16較佳為形成於比發熱體電極18更接近發熱體15的發熱中心的位置。

而且，短路元件1如圖11所示，亦可將發熱體15在絕緣基板14的表面14a上，與橋接式電極16及發熱體電極18並排形成。此時，發熱體15藉由絕緣層17而被覆。而且，與發熱體15連接的發熱體電極18以單層形成於絕緣基板14的表面14a上。進而，橋接式電極16較佳為形成於比發熱體電極18更接近發熱體15的發熱中心的位置。

[可熔導體的變形例]

如所述般，可熔導體13亦可含有低熔點金屬與高熔點金屬。此時，可熔導體13如圖12A所示亦可使用如下的可熔導體，即，設置著包含Ag、Cu或以該些為主成分的合金等的高熔點金屬層70來作為內層，且設置著包含以Sn為主成分的無Pb焊料等的低熔點金屬層71來作為外層。此時，可熔導體13亦可設為高熔點金屬層70的整個面藉由低熔點金屬層71而被覆的構造，還可為將相向的一對側面除外而被覆的構造。高熔點金屬層70或低熔點 金屬層71的被覆構造可使用鍍敷等公知的製膜技術形成。

而且，如圖12B所示，可熔導體13亦可使用如下的可熔導體，即，設置著低熔點金屬層71來作為內層，且設置著高熔點金屬層70來作為外層。該情況下，可熔導體13可設為低熔點金屬層71的整個面由高熔點金屬層70被覆的構造，還可為將相向的一對側面除外而被覆的構造。

而且，可熔導體13如圖13A、圖13B所示，亦可設為積層著高熔點金屬層70與低熔點金屬層71的積層構造。

該情況下，可熔導體13如圖13A所示，形成為2層構造，該2層構造包含搭載於橋接式電極16的下層、及積層於下層上的上層，亦可在成為下層的高熔點金屬層70的上表面積層成為上層的低熔點金屬層71，還可相反地在成為下層的低熔點金屬層71的上表面積層成為上層的高熔點金屬層70。或者，可熔導體13如圖13B所示，亦可形成為3層構造，該3層構造包含內層、及積層於內層的上下表面的外層，還可在成為內層的高熔點金屬層70的上下表面積層成為外層的低熔點金屬層71，亦可相反地在成為內層的低熔點金屬層71的上下表面積層成為外層的高熔點金屬層70。

而且，可熔導體13如圖14所示，亦可設為高熔點金屬層70與低熔點金屬層71交替積層而成的4層以上的多層構造。此時，可熔導體13亦可設為如下構造，即，藉由構成最外層的金屬層而被覆整個面或將相向的一對側面除外而進行被覆。

而且，可熔導體13亦可在構成內層的低熔點金屬層71的表面呈條紋狀地局部積層高熔點金屬層70。圖15A、圖15B是可熔導體13的平面圖。

圖15A所示的可熔導體13在低熔點金屬層71的表面，在寬度方向上以規定間隔且沿長度方向而形成多個線狀的高熔點金屬層70，藉此沿長度方向形成著線狀的開口部72，低熔點金屬層71從該開口部72露出。可熔導體13藉由低熔點金屬層71從開口部72露出，藉此熔融的低熔點金屬與高熔點金屬的接觸面積增加，從而可進一步促進高熔點金屬層70的侵蝕作用並提高熔融斷開性。開口部72例如可藉由如下而形成，即，對低熔點金屬層71實施構成高熔點金屬層70的金屬的局部鍍敷。

而且，可熔導體13如圖15B所示，亦可在低熔點金屬層71的表面，在長度方向上以規定間隔且沿寬度方向而形成多個線狀的高熔點金屬層70，藉此沿寬度方向形成線狀的開口部72。

而且，可熔導體13如圖16所示，亦可在低熔點金屬層71的表面形成高熔點金屬層70，並且跨及高熔點金屬層70的整個面而形成圓形的開口部73，使低熔點金屬層71從該開口部73露出。開口部73例如可藉由如下而形成，即，對低熔點金屬層71實施構成高熔點金屬層70的金屬的局部鍍敷。

可熔導體13藉由低熔點金屬層71從開口部73露出，而熔融的低熔點金屬與高熔點金屬的接觸面積增加，從而可進一步促進高熔點金屬的侵蝕作用並提高熔融斷開性。

而且，可熔導體13如圖17所示，亦可在成為內層的高熔點金屬層70形成許多個開口部74，使用鍍敷技術等在該高熔點金屬層70上製膜低熔點金屬層71並填充至開口部74內。藉此，可熔導體13的熔融的低熔點金屬與高熔點金屬接觸的面積增大，因而低熔點金屬可在更短時間內將高熔點金屬熔蝕。

而且，可熔導體13較佳為使低熔點金屬層71的體積形成得比高熔點金屬層70的體積大。可熔導體13藉由發熱體15而受到加熱，由此低熔點金屬熔融，從而將高熔點金屬熔蝕，藉此可快速地熔融並熔融斷開。因此，可熔導體13藉由將低熔點金屬層71的體積形成得比高熔點金屬層70的體積大，而促進該熔蝕作用，並使熔融導體快速地向第1電極11、第2電極12間凝聚、短路，而且，可阻斷第1電極11與發熱體電極18之間的通電路徑3。

而且，可熔導體13如圖18所示，具有：相向的一對第1側緣部13b，藉由構成外層的高熔點金屬而被覆且形成得比主面部13a厚；以及相向的一對第2側緣部13c，構成內層的低熔點金屬露出且厚度形成得比第1側緣部13b薄，第2側緣部13c亦可以成為往發熱體15的通電方向的兩側端的方向，跨及橋接式電極16與發熱體電極18之間而連接。

第1側緣部13b的側面藉由高熔點金屬層70而被覆，並且，藉此形成得比可熔導體13的主面部13a厚。第2側緣部13c在側面露出由高熔點金屬層70包圍外周的低熔點金屬層71。第2 側緣部13c中的除與第1側緣部13b鄰接的兩端部外，形成為與主面部13a相同的厚度。

而且，如圖19所示，可熔導體13將第2側緣部13c沿著從橋接式電極16跨及發熱體電極18間的通電路徑3而配設。藉此，短路元件1可快速地使跨及第1電極11、第2電極12間的可熔導體13熔融、短路。

亦即，比起第1側緣部13b，第2側緣部13c形成得相對較薄。而且，第2側緣部13c的側面露出有構成內層的低熔點金屬層71。藉此，第2側緣部13c發揮低熔點金屬層71對高熔點金屬層70的侵蝕作用，且，被侵蝕的高熔點金屬層70的厚度亦形成得比第1側緣部13b薄，藉此，比藉由高熔點金屬層70而形成得厚的第1側緣部13b，能夠以少的熱能快速地熔融。

具有此種構成的可熔導體13藉由如下而製造：由構成高熔點金屬層70的Ag等金屬來被覆構成低熔點金屬層71的焊料箔等低熔點金屬箔。作為由高熔點金屬被覆低熔點金屬層箔的方法，與長條狀的低熔點金屬箔相連而可實施高熔點金屬鍍敷的電鍍法，在作業效率方面、製造成本方面有利。

若藉由電鍍來實施高熔點金屬鍍敷，則在長條狀的低熔點金屬箔的邊緣部分，即側緣部，電場強度相對增強，高熔點金屬燭70被鍍敷得厚(參照圖18)。藉此，側緣部形成著長條狀的導體帶40，該導體帶40藉由高熔點金屬層而形成得厚。然後，將該導體帶40在與長度方向正交的寬度方向(圖18中C-C'方向) 上切斷為規定長度，藉此製造出可熔導體13。藉此，可熔導體13中，導體帶40的側緣部為第1側緣部13b，導體帶40的切斷面為第2側緣部13c。而且，第1側緣部13b藉由高熔點金屬而被覆，第2側緣部13c在端面(導體帶40的切斷面)使低熔點金屬層71向外部露出，所述低熔點金屬層71藉由上下一對高熔點金屬層70與高熔點金屬層70夾持。

另外，本發明的短路元件並不限於用於鋰離子二次電池的電池組的情況，當然還可應用於電子機器的電源線等需要電性信號的電流路徑的阻斷及繞過的各種用途中。而且，電流控制元件32的啟動條件不限於電池芯31的電壓異常的情況，例如可藉由感測周圍的溫度的異常上升或淹沒於水中等各種事故而啟動。

Claims (25)

1. 一種短路元件，具有：第1電極、第2電極，接近地被配置並且絕緣；可熔導體，藉由熔融而使所述第1電極、第2電極間短路；發熱體，藉由通電而發熱，從而使所述可熔導體熔融；以及橋接式電極，跨及所述第1電極、第2電極間而與所述第1電極、第2電極相向配置，將所述可熔導體的熔融導體集中於所述第1電極、第2電極間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的短路元件，其中所述可熔導體與所述第1電極連接並且與所述發熱體連接，藉此形成通電路徑，所述通電路徑是從所述第1電極經由所述可熔導體而與所述發熱體相連且使所述發熱體通電，藉由所述可熔導體熔融，而使所述第1電極、第2電極間短路，且所述第1電極與所述發熱體之間被阻斷。
3. 如申請專利範圍第2項所述的短路元件，具有絕緣基板，所述發熱體與所述橋接式電極形成於所述絕緣基板上，所述發熱體經由形成於所述絕緣基板上的發熱體電極而連接於所述可熔導體，所述橋接式電極的面積比所述發熱體電極大。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的短路元件，具有絕緣基板， 所述發熱體與所述橋接式電極形成於所述絕緣基極上，所述發熱體經由形成於所述絕緣基板上的發熱體電極而連接於所述可熔導體，所述橋接式電極設置於比所述發熱體電極更接近所述發熱體的發熱中心的位置。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的短路元件，其中所述橋接式電極設置於與所述發熱體重疊的位置。
6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的短路元件，其中所述可熔導體跨及所述第1電極、第2電極間而與所述第1電極、第2電極相向配置，在所述第2電極與所述可熔導體之間的至少一部分，形成著實現所述第2電極與所述可熔導體的絕緣的絕緣層。
7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的短路元件，具有保護殼體，所述保護殼體收納所述絕緣基板、所述發熱體及所述可熔導體，並使所述第1電極、第2電極導出至外部。
8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的短路元件，其中所述第1電極、第2電極為引線框架材料。
9. 如申請專利範圍第3項所述的短路元件，具有積層於所述絕緣基板上的絕緣層，所述橋接式電極積層於所述絕緣層上，所述發熱體設置於所述絕緣層的內部或所述絕緣層與所述絕 緣基板之間。
10. 如申請專利範圍第3項所述的短路元件，其中所述發熱體形成於所述絕緣基板的內部。
11. 如申請專利範圍第3項所述的短路元件，其中所述發熱體形成於所述絕緣基板的與形成著所述橋接式電極的面側為相反側的面。
12. 如申請專利範圍第3項所述的短路元件，其中所述發熱體形成於所述絕緣基板的與形成著所述橋接式電極的面為相同的面上。
13. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的短路元件，其中所述橋接式電極於表面被覆有鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au中的任一者。
14. 如申請專利範圍第3項所述的短路元件，其中所述發熱體電極於表面被覆有鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au中的任一者。
15. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的短路元件，其中所述可熔導體為以Sn為主成分的無鉛焊料。
16. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的短路元件，其中所述可熔導體含有低熔點金屬與高熔點金屬，所述低熔點金屬藉由來自所述發熱體的加熱而熔融，並將所述高熔點金屬熔蝕。
17. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中 所述低熔點金屬為焊料，所述高熔點金屬為Ag、Cu或者以該些為主成分的合金。
18. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中所述可熔導體為內層為所述高熔點金屬、外層為所述低熔點金屬的被覆構造。
19. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中所述可熔導體為內層為所述低熔點金屬、外層為所述高熔點金屬的被覆構造。
20. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中所述可熔導體為積層著所述低熔點金屬、所述高熔點金屬的積層構造。
21. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中所述可熔導體為交替積層著所述低熔點金屬與所述高熔點金屬的4層以上的多層構造。
22. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中所述可熔導體在構成內層的低熔點金屬的表面呈條紋狀地積層著高熔點金屬。
23. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中所述可熔導體包括具有許多個開口部的高熔點金屬層、及形成於所述高熔點金屬層上的低熔點金屬層，所述開口部中填充有低熔點金屬。
24. 如申請專利範圍第16項所述的短路元件，其中所述可熔導體的所述低熔點金屬的體積大於所述高熔點金屬的體積。
25. 如申請專利範圍第19項所述的短路元件，其中所述可熔 導體具有：相向的一對第1側緣部，藉由構成外層的所述高熔點金屬而被覆且形成為比主面部厚；以及相向的一對第2側緣部，露出構成內層的所述低熔點金屬且形成為比所述第1側緣部薄的厚度，所述第2側緣部以成為往所述發熱體的通電方向的兩側端的方向，跨及所述橋接式電極及與所述發熱體連接的發熱體電極間而被連接。