TWI676202B - 保護元件 - Google Patents

Abstract

保護元件（10、20）包括絕緣基板（11、21）、設置於上述絕緣基板（11、21）的複數個電極（12、22）、低熔點金屬之電極填充材（13、23）、以及熔絲元件（14、24），低熔點金屬之上述電極填充材（13、23）填充於上述電極（12、22）其中至少一對電極之間，上述熔絲元件（14、24）架橋上述至少一對電極之間並且覆蓋上述電極填充材（13、23）之上部。上述電極填充材（13、23）由其熔融溫度係上述熔絲元件（14、24）之液相溫度以下的金屬材構成。

Description

保護元件

本發明係關於用於電氣裝置及電子裝置等的保護元件。

近年來，隨著行動裝置等小型電子裝置的急速普及，搭載之電源保護電路上所安裝的保護元件亦跟著使用小型薄型者。作為二次電池組的保護電路，適合利用例如專利文獻1（特開2015-079608號公報）所揭示的表面安裝組件(SMD)之保護元件。 作為此種保護元件，其係檢測被保護裝置之過電流(overcurrent)所造成的過大發熱及過電壓等的異常狀態或者回應於周圍溫度之異常過熱，而以預定條件使熔絲作用來阻斷電氣電路的非復原型保護元件。在保護元件中，為謀求裝置的安全，當保護電路檢測到裝置中發生異常時，則藉由來自保護電路的訊號電流使阻抗元件發熱。在保護元件中，以該發熱熔斷由可熔性之合金材組成的熔絲元件來阻斷電路，或者藉由過電流熔斷熔絲元件來阻斷電路。

例如，如專利文獻1等所記載，有使用熔絲元件材的保護元件，該熔絲元件材由在焊接溫度下熔融之低熔點金屬材及積層於低熔點金屬材的溶解性之金屬構造材所構成。此保護元件的熔絲元件材中，焊接作業中液相化之低熔點金屬材在該溫度下以界面張力附著至固相的金屬構造材，藉此來支撐並保持低熔點金屬從而在一定時間內不熔斷。藉此，至少在焊接作業期間維持熔絲元件的形狀，而防止熔絲元件材在回流焊接下機能失常。 當焊接結束且將電路保護元件安裝至被保護電路時，熔絲元件材的金屬構造材藉由焊接之熱擴散或溶解於相當於介質的低熔點金屬材中而薄層化。薄層化之金屬構造材，因設置環境的異常過熱或內藏之阻抗發熱元件的加熱器加熱而容易消失，並在不妨礙此後熔斷下動作。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕

〔專利文獻1〕日本特開2015-079608號公報

〔發明所欲解決之問題〕

在用於上述保護元件的熔絲元件中，從針對高電流化之處理及降低待機能量損耗等的觀點來看，較佳為儘可能使用電氣阻抗值低的材料。然而，可適用於保護元件之熔絲元件的易熔合金的種類有限，並非總是可以選擇低電氣阻抗值者。實際上為了確保動作性能等的實用性，大多不得不使用電氣阻抗值相對大的熔絲元件。

本發明係為了解除上述問題並進一步改良而提案，目的在於提供不受熔絲元件之固有阻抗值影響而可降低內部阻抗值的保護元件。 〔解決問題之手段〕

根據基於本發明之保護元件，其包括：絕緣基板；複數個電極，設置於該絕緣基板上；低熔點金屬之電極填充材，填充於該等電極當中至少一對電極之間；及熔絲元件，架橋該至少一對電極之間並且覆蓋該電極填充材之上部。該電極填充材由其熔融溫度係該熔絲元件之液相溫度以下的金屬材構成。 該保護元件中，可在該絕緣基板之單側設置發熱元件。 該保護元件中，該電極填充材可由選自錫基合金、錫－鉛合金、錫－銅合金、錫－銀合金、及錫－銀－銅合金所組成之群組的任一合金構成。 該保護元件中，該電極填充材可由選自焊料膏填充形成的金屬材、焊料球填充形成的金屬材、及藉由部分電鍍而填充形成的金屬材所組成之群組的任一金屬材構成。 該保護元件中，該熔絲元件可由選自錫基合金、錫－鉛合金、錫－銅合金、錫－銀合金、及錫－銀－銅合金所組成之群組的任一合金構成。 該保護元件中，該熔絲元件可由組合不同組成之複數個金屬材料而成之複合材料構成。 本發明之保護元件中，以填補熔絲元件所架橋之電極間之間隙的方式設置電極填充材，藉此降低保護元件的內部阻抗。電極間的間隙係由對向之一對電極的端面及其之間之絕緣基板面所構成的溝狀部分。電極填充材可使用其熔融溫度與熔絲元件相等或比熔絲元件低之金屬的任一金屬材。電極填充材較佳為由電氣阻抗比熔絲元件小之材料構成。作為一例係錫或錫系焊接材。 〔發明效果〕

根據本發明之保護元件中，電極填充材填補熔絲元件所架橋之電極間的間隙（中空空間）。藉此擴大熔絲元件之通電路的剖面積，而可降低保護元件的內部阻抗。電極填充材，由於由熔絲元件之熔融溫度以下的金屬材構成，不會妨礙熔絲元件的熔斷動作。而且，電極填充材仍然可使用焊接材等易熔合金，不需使用純銀或銀系合金（高銀含量合金）等貴金屬材，因此是經濟的。

根據本實施型態之具有電極填充材之保護元件10，如圖1所示，包括絕緣基板11、設置於此絕緣基板11上的複數個電極12a～12g、低熔點金屬之電極填充材13、熔絲元件14、塗佈於熔絲元件14之表面上的動作助焊劑（未圖示）、以及覆蓋此動作助焊劑及熔絲元件14之上部的蓋體15，低熔點金屬之電極填充材13填充於該等電極12a～12g其中至少一對電極之間（作為一例，電極12a與電極12b之間以及電極12b與電極12c之間），熔絲元件14架橋上述至少一對電極之間並且覆蓋電極填充材13之上部。電極填充材13由其熔融溫度係熔絲元件14之液相溫度以下的金屬材構成。 絕緣基板11可以是任何材料、組成者，只要是絕緣材即可。作為絕緣基板11的材料，適合為例如塑膠、玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷等。 設置於絕緣基板11的電極12，可以是任何材料、組成者，只要是導電材即可。作為電極12的材料，適合為例如銅、銀、銅合金、銀合金。 電極填充材13可填充形成於電極12a與電極12b之間的間隙以及電極12b與電極12c之間的間隙，並且可以是任何材料、組成者，只要是熔融溫度與熔絲元件14相等或比熔絲元件14低的金屬材即可。作為電極填充材13，可利用例如由錫基合金、錫－鉛合金、錫－銅合金、錫－銀合金、錫－銀－銅合金組成之焊料膏所填充形成的金屬材、由錫基合金、錫－鉛合金、錫－銅合金、錫－銀合金、錫－銀－銅合金組成之焊料球所填充形成的金屬材、藉由錫基合金、錫－鉛合金、錫－銅合金、錫－銀合金、錫－銀－銅合金所組成之部分電鍍而填充形成的金屬材等。

此電極填充材13可因保護元件10的表面安裝而與熔絲元件14一體化。熔斷熔絲元件14時，由於液相化之熔絲元件14亦伴隨球狀化，電極填充材13不會妨礙熔斷動作。

熔絲元件14可以是任何材料、組成者，只要是易熔性的金屬材即可。作為熔絲元件14，可適合利用例如錫基合金、錫-鉛合金、錫-銅合金、錫-銀合金、錫-銀-銅合金等。熔絲元件14，可使用單一組成的金屬材，亦可組合不同組成之複數個金屬材以使用複合材。

本實施型態之保護元件10中，可根據需求在絕緣基板的單側設置發熱元件。在發熱元件上根據需求施以絕緣塗層。若沒有設置發熱元件，電極12a、12b、12c當中，可省略連接至熔絲元件14的中央電極12b。

蓋體15，在能覆蓋絕緣基板11及熔絲元件14之上部並確保所需空間之前提下，對於形狀、材質並不加以限制。例如，對於蓋體15，可適合利用圓頂狀樹脂膜覆蓋體、塑膠蓋、陶瓷蓋等。

〔實施例1〕

實施例1之具有電極填充材之保護元件20，如圖2及圖3所示，具有氧化鋁陶瓷之絕緣基板21。在此絕緣基板21設置複數個銀合金製的電極22a~22h。在絕緣基板21的下表面設置與電極22f及電極22h電氣連接的阻抗發熱元件26。

在此電極22a~22h當中3個電極22a、22b、22c之間，意即在電極22a與電極22b之間以及電極22b與電極22c之間，填充96.5Sn-3Ag-0.5Cu合金的電極填充材23。以架橋3個電極22a、22b、22c之間並且覆蓋電極填充材23之上部的方式，設置由92Pb-8Sn合金24a及99.3Sn-0.7Cu合金24b之被覆材組成的熔絲元件24。

以覆蓋塗佈於熔絲元件24之表面的動作助焊劑(未圖示)、此動作助焊劑及熔絲元件24之上部的方式，設置液晶聚合物製的蓋體25。 電極填充材23由其熔融溫度係熔絲元件24之液相溫度以下的金屬材構成。電極22a與電極22e之間、電極22b與電極22f之間、電極22c與電極22g之間、及電極22d與電極22h之間，各別以銀合金之半貫穿孔(half through hole)電氣連接。 在實施例1之阻抗發熱元件26的表面施以絕緣玻璃之上釉(over glaze)。在此，以與實施例1之具有電極填充材之保護元件20比較為目的，準備使用與實施例1共通之組件、構件而未設置電極填充材的比較例之保護元件，並量測兩者的內部阻抗值。相對於實施例1之具有電極填充材之保護元件20的內部阻抗值係0.45mΩ（相當於額定電流25A），未持有電極填充材之比較例之保護元件的內部阻抗值係0.60mΩ（相當於額定電流20A）。可得知藉由本實施例之構造可降低保護元件的內部阻抗，並且額定電流值亦增加。

本實施型態之具有電極填充材之保護元件中，雖然藉由加熱而在電極填充材與絕緣基板之間的界面產生空隙，但由於導通路徑保持，所以沒有影響。 本次揭示之實施型態在所有方面均視為示例性而非限制性。本發明之範圍並非藉由上述說明而是藉由申請專利範圍表示，意圖包含與申請專利範圍均等的涵義及範圍內的所有變更。 〔產業上的可利用性〕

本發明之具有電極填充材之保護元件，可與其他表面安裝組件一起安裝於被保護電路板，可藉由回焊工法等一併焊接安裝從而用作電池組等二次電池的保護裝置。

10‧‧‧保護元件

11‧‧‧絕緣基板

12a、12b、12c、...、12g‧‧‧電極

13‧‧‧電極填充材料

14‧‧‧熔絲元件

15‧‧‧蓋體

20‧‧‧保護元件

21‧‧‧絕緣基板

22a、22b、22c、...、22h‧‧‧電極

23‧‧‧電極填充材料

24‧‧‧熔絲元件

24a、24b‧‧‧合金

25‧‧‧蓋體

26‧‧‧阻抗發熱元件

〔圖1〕係根據本發明之一實施型態之保護元件的分解立體圖； 〔圖2〕表示根據本發明之一實施型態之保護元件，圖2(a)係沿著(b)之IIa－IIa線切斷蓋體的俯視圖，圖2(b)係(a)之IIb－IIb縱向剖面圖，圖2(c)係仰視圖；及 〔圖3〕係根據本發明之一實施型態之保護元件省略蓋體、絕緣基板背面之電極及發熱元件的主要部分剖面圖。

Claims (6)

1. 一種保護元件，包括：絕緣基板；複數個電極，設置於該絕緣基板；低熔點金屬之電極填充材，填充於該等電極當中至少一對電極之間；及熔絲元件，架橋該至少一對電極之間並且覆蓋該電極填充材之上部，其中該電極填充材由其熔融溫度係該熔絲元件之液相溫度以下的金屬材構成。
2. 如申請專利範圍第1項之保護元件，其中在該絕緣基板之單側設置阻抗發熱元件。
3. 如申請專利範圍第1或2項之保護元件，其中該電極填充材由選自錫基合金、錫-鉛合金、錫-銅合金、錫-銀合金、及錫-銀-銅合金所組成之群組的任一合金構成。
4. 如申請專利範圍第1或2項之保護元件，其中該電極填充材由選自焊料膏填充形成的金屬材、焊料球填充形成的金屬材、及藉由部分電鍍而填充形成的金屬材所組成之群組的任一金屬材構成。
5. 如申請專利範圍第1或2項之保護元件，其中該熔絲元件由選自錫基合金、錫-鉛合金、錫-銅合金、錫-銀合金、及錫-銀-銅合金所組成之群組的任一合金構成。
6. 如申請專利範圍第5項之保護元件，其中該熔絲元件由組合不同組成之複數個金屬材而成之複合材組成。