TWI744420B - 保護元件 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種謀求既能提高額定電流又能於發生異常時迅速阻斷電流且能提高電流阻斷後之絕緣可靠性的保護元件。 本發明之保護元件具備：絕緣基板10；第1、第2電極11、12，其等設置於絕緣基板10；發熱體14，其形成於絕緣基板10；發熱體引出電極16，其與發熱體14電性連接；第1可熔導體31，其係自第1電極11遍及發熱體引出電極16而搭載；及第2可熔導體32，其係自第2電極12遍及發熱體引出電極16而搭載。

Description

保護元件

本技術係關於一種將電源線或信號線阻斷之保護元件。本申請案係以2016年11月29日於日本提出申請之日本專利申請案編號特願2016-231790、及2017年7月10日於日本提出申請之日本專利申請案編號特願2017-134377為基礎而主張優先權者，該等申請案以參照之方式被引用於本申請案中。

可充電而重複利用之蓄電池大多係加工為電池組後提供給使用者。尤其是於重量能量密度較高之鋰離子蓄電池中，為了確保使用者及電子設備之安全，通常會將過充電保護、過放電保護等若干保護電路內置於電池組，而具有於特定情形時阻斷電池組之輸出之功能。

於此種保護元件中，存在藉由使用內置於電池組之FET(Field Effect Transistor，場效電晶體)開關進行輸出之打開/關閉(ON/OFF)，而進行電池組之過充電保護或過放電保護動作者。然而，於FET開關因某些原因而發生短路破壞之情形時、施加雷電突波等而流通有瞬時大電流之情形時、或者緣於電池單元之壽命而導致輸出電壓異常降低或相反地輸出過大異常電壓之情形時，亦必須保護電池組或電子設備免於著火等事故。因此，為了於此種所能設想之任何異常狀態下均可安全地阻斷電池單元之輸出，而 使用具有藉由來自外部之信號而阻斷電流路徑之功能的保護元件。

作為面向鋰離子蓄電池等之保護電路之阻斷元件，存在如下者，即，如圖13(A)、(B)所示，遍及電流路徑上之第1電極91、發熱體引出電極95、第2電極92間地將可熔導體93連接而形成電流路徑之一部分，使該電流路徑上之可熔導體93藉由過電流所引起之自發熱、或者設置於保護元件內部之發熱體94而熔斷(參照專利文獻1)。於此種保護元件90中，藉由將熔融後之液體狀之可熔導體93集中於與發熱體94相連之發熱體引出電極95、及第1、第2電極91、92上，而將第1、第2電極91、92間分離以阻斷電流路徑。

於保護元件中，可熔導體93會因發熱體94之發熱而熔斷，又，可熔導體93亦會因過電流所引起之自發熱而熔斷，故而將該保護元件由作為外裝零件之蓋構件97密封以免熔斷後之可熔導體93飛散。又，於保護元件90中，為了穩定地實現藉由發熱體94而進行之可熔導體93之熔斷作用，而藉由蓋構件97設置有用以供可熔導體93熔融、流動之內部空間。

再者，於保護元件90中，為了防止可熔導體93之表面氧化，並維持迅速熔斷性，而塗佈有將可熔導體93之表面之氧化被膜去除之助熔劑98。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利第4110967號公報

專利文獻2：日本專利特開2015-97183號公報

對於此種表面安裝型保護元件，伴隨所搭載之電子設備或電池組等之高容量化、高額定化，而要求額定電流之提高。

為了使額定電流變大，會採用體積更大之可熔導體以降低電阻值，但另一方面，若採用較大之可熔導體，則存在如下問題，即，由於熔斷部分之容積較大，故而熔斷會花費一些時間，從而於電路等發生異常時無法瞬時阻斷電流。

因此，提出有如下方案，即，於可熔導體設置沿電流方向延伸之槽，增加低熔點金屬體之熔斷開始點，藉此增加體積，增大電流容量，同時使動作時間縮短，使動作時間穩定(參照專利文獻1)。

又，亦提出有如下保護元件，即，使用在焊料等低熔點金屬箔之表面被覆有電阻較低之Ag或Cu等高熔點金屬之保險絲元件，藉此使額定電流變大(參照專利文獻2)。

例如，如圖13、圖14(A)所示，於表面安裝型帶發熱體之保護元件90中，兩端連接於設備之通電路徑上之第1、第2電極91、92、及用以對位於其等中間之發熱體94通電之發熱體引出電極95此等3個電極上配置有可熔導體93。若可熔導體93藉由發熱體94之發熱而熔融，則該可熔導體93會於3個電極91、92、95上鼓起並凝聚，從而發熱體引出電極95與第1、第2電極91、92之間分離而將電流阻斷。然而，若可熔導體93之體積變大，則如圖14(B)所示，熔融導體無法完全收納於發熱體引出電極95之上，第1、第2電極91、92之間短路，從而有損及阻斷後之絕緣可靠性之虞。

又，可熔導體93係遍及第1、第2電極91、92及發熱體引出電極95上而搭載，故而需要將可熔導體93全部熔融之加熱時間，熔斷時間會與體積 之大型化成正比地延長，從而發生異常時迅速阻斷通電變得較為困難。

又，於如圖15所示，使用由電阻較低之Ag或Cu等高熔點金屬層93b被覆焊料箔等低熔點金屬層93a之表面的保險絲元件作為可熔導體93之情形時，雖可抑制可熔導體93之體積之增加且使額定電流提高，但實現阻斷所需之時間按使用高熔點金屬之程度相應延長，從而發生異常時迅速阻斷通電變得較為困難。

因此，本技術之目的在於提供一種謀求既能提高額定電流又能於發生異常時迅速阻斷電流的保護元件。

為了解決上述問題，本技術之保護元件具備：絕緣基板；第1、第2電極，其等設置於上述絕緣基板；發熱體，其形成於上述絕緣基板；發熱體引出電極，其與上述發熱體電性連接；第1可熔導體，其係自上述第1電極遍及上述發熱體引出電極而搭載；及第2可熔導體，其係自上述第2電極遍及上述發熱體引出電極而搭載。

根據本技術，藉由將第1、第2可熔導體連接於發熱體引出電極上，可削減於電流阻斷時應藉由發熱體之發熱加以熔融之可熔導體之體積，並且可將發熱體之熱高效地傳遞至搭載於應加以熔斷之第1電極與發熱體引出電極之間及第2電極與發熱體引出電極之間的第1、第2可熔導體，從而可迅速地阻斷第1、第2電極間之通電路徑。

1:保護元件

2:電路基板

3:電路模組

10:絕緣基板

10a:表面

10b:第1側面

10c:第2側面

10d:第3側面

10e:第4側面

10f:背面

11:第1電極

11a:外部連接電極

12:第2電極

12a:外部連接電極

14:發熱體

15:絕緣構件

16:發熱體引出電極

18:第1發熱體電極

19:第2發熱體電極

19a:外部連接電極

20:殼體

21:側面

21a:角部

22:頂面

23:熔劑

31:第1可熔導體

31A:第1可熔導體片

31A-1、31A-2、31A-3、31A-4:可熔導體片

32:第2可熔導體

32A:第2可熔導體片

32A-1、32A-2、32A-3、32A-4:可熔導體片

33:低熔點金屬層

34:高熔點金屬層

39:連接材料

40:電池組

40a:正極端子

40b:負極端子

41~44:電池單元

45:電池堆

46:檢測電路

47:電流控制元件

50:充放電控制電路

51、52:電流控制元件

53:控制部

55:充電裝置

90:保護元件

91:第1電極

92:第2電極

93:可熔導體

93a:低熔點金屬層

93b:高熔點金屬層

94:發熱體

95:發熱體引出電極

97:蓋構件

98:助熔劑

圖1(A)係將殼體省略而表示應用本技術之保護元件之外觀立體圖，圖1(B)係表示應用本技術之電路模組之剖視圖。

圖2(A)係表示應用本技術之保護元件的可熔導體熔斷前之狀態之俯視圖，圖2(B)係表示可熔導體熔斷後之狀態之俯視圖。

圖3係表示應用本技術之保護元件之外觀立體圖。

圖4係將殼體省略而表示使用有具備構成內層之低熔點金屬層及構成外層之高熔點金屬層之積層型可熔導體的保護元件之外觀立體圖。

圖5係將殼體省略而表示將由高熔點金屬層被覆低熔點金屬層之側面朝向第1、第2電極及發熱體引出電極側而搭載有第1、第2可熔導體的保護元件之外觀立體圖。

圖6係將殼體省略而表示搭載有由高熔點金屬層被覆低熔點金屬層之整面之第1、第2可熔導體的保護元件之外觀立體圖。

圖7(A)係表示圖6所示之保護元件之可熔導體熔斷前之狀態之俯視圖，圖7(B)係表示可熔導體熔斷後之狀態之俯視圖。

圖8係將殼體省略而表示排列有複數個可熔導體片之保護元件之俯視圖。

圖9(A)係表示使用有可熔導體片之保護元件熔斷前之狀態之俯視圖，圖9(B)係表示可熔導體片熔斷後之狀態之俯視圖。

圖10係將殼體省略而表示使用有具備構成內層之低熔點金屬層及構成外層之高熔點金屬層之積層型可熔導體片的保護元件之外觀立體圖。

圖11係表示使用有應用本發明之保護元件之電池電路之一構成例的電路圖。

圖12係應用本發明之保護元件之電路圖。

圖13係將殼體省略而表示將1個可熔導體遍及第1、第2電極間地橫跨發熱體引出電極而搭載之先前之保護元件之圖，圖13(A)係外觀立體圖， 圖13(B)係剖視圖。

圖14(A)係表示先前之保護元件之可熔導體熔斷前之狀態之俯視圖，圖14(B)係表示可熔導體熔斷後之狀態之俯視圖。

圖15係將殼體省略而表示使用有具備構成內層之低熔點金屬層及構成外層之高熔點金屬層之積層型可熔導體的先前之保護元件之外觀立體圖。

以下，一面參照圖式一面詳細地說明應用本技術之保護元件。再者，本技術並不僅限定於以下實施形態，當然可於不脫離本技術主旨之範圍內進行各種變更。又，圖式係模式性之圖，各尺寸之比例等有時與現實不同。具體尺寸等應參考以下說明進行判斷。又，當然圖式彼此間亦包含尺寸之關係或比例彼此不同之部分。

應用本發明之電路模組3係於電路基板2表面安裝有保護元件1者。電路基板2例如藉由形成鋰離子蓄電池之保護電路等，並表面安裝保護元件1，而於鋰離子蓄電池之充放電路徑上組裝第1、第2可熔導體31、32。而且，若電路模組3中流通超過保護元件1之額定值之大電流，則第1、第2可熔導體31、32藉由自發熱(焦耳熱)而熔斷，藉此阻斷電流路徑。又，電路模組3可藉由如下方式阻斷電流路徑，即，利用設置於電路基板2等之電流控制元件於特定時序向發熱體14通電，而藉由發熱體14之發熱使第1、第2可熔導體31、32熔斷。再者，圖1(A)係將殼體省略而表示應用本發明之保護元件1之俯視圖，圖1(B)係應用本發明之電路模組3之剖視圖。

[保護元件]

如圖1(A)所示，保護元件1具備：絕緣基板10；發熱體14，其積層於 絕緣基板10，且由絕緣構件15覆蓋；第1電極11及第2電極12，其等形成於絕緣基板10之兩端；發熱體引出電極16，其以與發熱體14重疊之方式積層於絕緣構件15上；第1可熔導體31，其係自第1電極11遍及發熱體引出電極16而搭載；及第2可熔導體32，其係自第2電極12遍及發熱體引出電極16而搭載。

絕緣基板10係由例如氧化鋁、玻璃陶瓷、富鋁紅柱石、氧化鋯等具有絕緣性之構件呈大致方形狀而形成。絕緣基板10除此以外亦可使用玻璃環氧基板、酚基板等印刷配線基板中所使用之材料，但必須注意第1可熔導體31、第2可熔導體32熔斷時之溫度。

[第1、第2電極]

如圖2(A)所示，第1、第2電極11、12於絕緣基板10之表面10a上，彼此相隔地配置於相對向之側緣附近，藉此而開放，且藉由於各自與下述發熱體引出電極16之間搭載第1、第2可熔導體31、32而經由第1、第2可熔導體31、32及發熱體引出電極16電性連接。又，如圖2(B)所示，第1、第2電極11、12係藉由如下方式而被阻斷，即，對保護元件1通入超過額定值之大電流，使第1、第2可熔導體31、32藉由自發熱(焦耳熱)而熔斷，或者使發熱體14伴隨通電發熱，而於該第1、第2電極11、12與發熱體引出電極16之間將第1、第2可熔導體31、32熔斷。

如圖3所示，第1、第2電極11、12分別經由設置於絕緣基板10之第1、第2側面10b、10c之城堡型結構與設置於背面10f之外部連接電極11a、12a連接。保護元件1經由該等外部連接電極11a、12a與形成有外部電路之電路基板2連接，而構成該外部電路之通電路徑之一部分。

第1、第2電極11、12可使用Cu或Ag等常用電極材料而形成。又，較 佳為，於第1、第2電極11、12之表面上藉由鍍覆處理等公知之手法而塗佈Ni/Au鍍覆、Ni/Pd鍍覆、Ni/Pd/Au鍍覆等被膜。藉此，保護元件1可防止第1、第2電極11、12氧化，且防止額定值伴隨導通電阻之上升而變動。又，可防止回焊安裝保護元件1時因連接第1、第2可熔導體31、32之連接用焊料或形成第1、第2可熔導體31、32外層之低熔點金屬熔融而熔蝕(焊料侵蝕)第1、第2電極11、12。

[發熱體]

發熱體14係具有若通電則發熱之導電性之構件，由例如W、Mo、Ru、Cu、Ag、或以其等為主成分之合金等構成。發熱體14可藉由如下方式而形成，即，將其等之合金、組成物、或化合物之粉狀體與樹脂黏合劑等混合，而製成膏狀物，然後於絕緣基板10上使用網版印刷技術對該膏狀物進行圖案形成、鍛燒等處理。又，於發熱體14中，一端與第1發熱體電極18連接，另一端與第2發熱體電極19連接。

保護元件1以覆蓋發熱體14之方式配設有絕緣構件15，且以隔著該絕緣構件15與發熱體14對向之方式形成有發熱體引出電極16。為了將發熱體14之熱高效地傳遞至第1、第2可熔導體31、32，亦可於發熱體14與絕緣基板10之間亦積層絕緣構件15。作為絕緣構件15，例如可使用玻璃。

發熱體引出電極16之一端連接於第1發熱體電極18，並且經由第1發熱體電極18與發熱體14之一端連續。再者，第1發熱體電極18形成於絕緣基板10之第3側面10d側，第2發熱體電極19形成於絕緣基板10之第4側面10e側。又，第2發熱體電極19經由形成於第4側面10e之城堡型結構與形成於絕緣基板10之背面10f之外部連接電極19a連接。

發熱體14藉由將保護元件1安裝於電路基板2，而經由外部連接電極 19a與形成於電路基板2之外部電路連接。而且，發熱體14藉由於將外部電路之通電路徑阻斷之特定時序經由外部連接電極19a而通電、發熱，可將連接第1、第2電極11、12之第1、第2可熔導體31、32熔斷。又，發熱體14自身之通電路徑亦會因第1、第2可熔導體31、32熔斷而被阻斷，故而停止發熱。

[第1、第2可熔導體]

第1可熔導體31係自第1電極11遍及發熱體引出電極16而搭載，第2可熔導體32係自第2電極12遍及發熱體引出電極16而搭載，較佳為該等第1、第2可熔導體31、32於發熱體引出電極16上彼此相隔。

第1可熔導體31例如呈矩形板狀，且連接於發熱體引出電極16之第1電極11側之側緣部及第1電極11。同樣地，第2可熔導體32例如呈矩形板狀，且連接於發熱體引出電極16之第2電極12側之側緣部及第2電極12。藉此，保護元件1構成遍及第1電極11、第1可熔導體31、發熱體引出電極16、第2可熔導體32、第2電極12之通電路徑。

此種保護元件1係將構成第1、第2電極11、12間之通電路徑之可熔導體分割成第1、第2可熔導體31、32並將其等連接於發熱體引出電極16，而將發熱體引出電極16用作第1、第2電極11、12間之通電路徑。藉此，保護元件1相較於將1個可熔導體遍及第1、第2電極間地橫跨發熱體引出電極而搭載之先前之保護元件，發熱體引出電極16上之第1、第2可熔導體31、32間之可熔導體之體積削減。

即，於先前之保護元件中，甚至於連並不直接有助於將第1、第2電極11、12間之通電路徑阻斷的發熱體引出電極16中央之可熔導體都加以熔融，又，藉由使該中央之可熔導體位於發熱體14之正上方而使之先於第 1、第2電極11、12間之可熔導體熔融。

另一方面，於保護元件1中，使第1、第2可熔導體31、32於發熱體引出電極16上較佳為相隔地連接，藉此可削減於電流阻斷時應藉由發熱體14之發熱加以熔融之可熔導體之體積，並且可將發熱體之熱高效地傳遞至應加以熔斷之第1電極11與發熱體引出電極16之間及第2電極12與發熱體引出電極16之間的第1、第2可熔導體31、32，從而可迅速地阻斷第1、第2電極11、12間之通電路徑。

又，將發熱體引出電極16用作第1、第2電極11、12間之通電路徑之保護元件1相較於將1個可熔導體遍及第1、第2電極間地橫跨發熱體引出電極而搭載之先前之保護元件，額定電流得以維持。因此，可按對比具備相同額定電流之先前之保護元件而言應加以熔斷之可熔導體之體積所削減之程度，相應迅速地將第1、第2電極11、12間之通電路徑阻斷。

又，保護元件1藉由應加以熔斷之可熔導體之體積之削減，可不使熔融導體自發熱體引出電極16上溢出，而確實地將第1、第2電極11、12間之通電路徑阻斷，並且可提高通電阻斷後之絕緣可靠性(參照圖2(B))。

該等第1、第2可熔導體31、32由利用發熱體14之發熱而迅速熔斷之材料構成，例如可較佳地使用焊料、或以Sn為主成分之無鉛焊料等低熔點金屬。

又，第1、第2可熔導體31、32可使用In、Sn、Pb、Ag、Cu或以其等中之任一者為主成分之合金等金屬而形成。又，第1、第2可熔導體31、32亦可為如圖4所示將內層設為低熔點金屬且將外層設為高熔點金屬之積層體。第1、第2可熔導體31、32例如可藉由焊料箔等構成內層之低熔點金屬層33，且藉由Ag鍍覆層等構成外層之高熔點金屬層34。藉由使第1、 第2可熔導體31、32具有將內層設為低熔點金屬層33且將外層設為高熔點金屬層34之積層構造，即便回焊安裝保護元件1時，回焊溫度超過低熔點金屬之熔融溫度，從而低熔點金屬熔融，亦可抑制低熔點金屬向外部流出，從而維持第1、第2可熔導體31、32之形狀。因此，可防止第1、第2可熔導體31、32伴隨變形而出現電阻值局部變高或變低等現象，因此而不於特定溫度熔斷、或未達特定溫度即熔斷等熔斷特性之變動。又，第1、第2可熔導體31、32即便於熔斷時，亦能藉由低熔點金屬熔融而熔蝕(焊料侵蝕)高熔點金屬，藉此以高熔點金屬之熔點以下之溫度將其迅速熔斷。

再者，第1、第2可熔導體31、32係藉由焊料等連接材料39而連接於發熱體引出電極16及第1、第2電極11、12。第1、第2可熔導體31、32可藉由回焊焊接而容易地連接。

第1、第2可熔導體31、32可藉由於低熔點金屬層33使用鍍覆技術成膜高熔點金屬層34而製造。第1、第2可熔導體31、32例如藉由於長條狀之焊料箔之表面實施Ag鍍覆，然後根據所要使用之尺寸將其切斷，可高效地製造，又可容易地使用。

此種第1、第2可熔導體31、32於成為切斷面之兩端面露出有低熔點金屬層33。第1、第2可熔導體31、32可如圖4所示，將該低熔點金屬層33露出之端面朝向第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16側而載置，亦可如圖5所示，將由高熔點金屬層34被覆之側面朝向第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16側而載置。再者，自阻斷後之絕緣可靠性之觀點而言，與低熔點金屬層33露出之端面面向第1、第2電極11、12與發熱體引出電極16之間之區域的圖5所示之構成相比，低熔點金屬層33露出之端面 面向第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16側的圖4所示之構成之可靠性較高。

又，第1、第2可熔導體31、32亦可如圖6、圖7所示，藉由於低熔點金屬層33之整面使用鍍覆技術成膜高熔點金屬34而製造。第1、第2可熔導體31、32例如可藉由對按使用尺寸成形之焊料箔之整面實施Ag鍍覆，而於低熔點金屬層33之整面形成高熔點金屬層層34。根據圖6所示之第1、第2可熔導體31、32，低熔點金屬層33未露出於表面，故而於向第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16回焊安裝時、或將保護元件1回焊安裝於電路基板時，可完全抑制低熔點金屬層33流出，且可防止因回焊加熱而變形，從而維持熔斷特性。

因此，保護元件1藉由於低熔點金屬層33之整面形成高熔點金屬層34，可不使低熔點金屬層33向第1、第2電極11、12與發熱體引出電極16之間之區域流出，而維持特定之熔斷特性，從而確實地將第1、第2電極11、12間之通電路徑阻斷，並且可提高通電阻斷後之絕緣可靠性(參照圖7)。

又，第1、第2可熔導體31、32、發熱體引出電極16為了防止氧化、提高潤濕性等，較佳為塗佈有助熔劑23。

[殼體]

又，保護元件1為了保護內部，而於絕緣基板10之表面10a上設置有殼體20。殼體20係對應於絕緣基板10之形狀而形成為大致矩形狀。又，如圖1(B)所示，殼體20具有：側面21，其連接於設置有第1可熔導體31、第2可熔導體32之絕緣基板10之表面10a上；及頂面22，其覆蓋絕緣基板10之表面10a上；且於絕緣基板10之表面10a上，具有充分足夠第1可熔導 體31、第2可熔導體32於熔融時呈球狀膨脹且熔融導體於發熱體引出電極16或第1、第2電極11、12上凝聚之內部空間。

[阻斷試驗]

對應用本技術之保護元件1、及將1個可熔導體遍及第1、第2電極間地橫跨發熱體引出電極16而搭載之先前之保護元件，分別連接截面面積相同之可熔導體，測量自開始向發熱體通電起算之阻斷時間。使用由SnSb合金(Sn：Sb=95：5，液相點為240℃)構成之低熔點金屬箔，作為可熔導體。其結果，應用本技術之保護元件1相較於先前之保護元件，阻斷時間加快了40%。

又，對保護元件1及先前之保護元件連接具有將內層設為低熔點金屬層且將外層設為高熔點金屬層之積層構造之可熔導體，測量自開始向發熱體通電起算之阻斷時間。使用於保護元件1及先前之保護元件中具有相同截面面積、將由SnSb合金(Sn：Sb=95：5，液相點為240℃)構成之低熔點金屬箔用作內層、形成Ag鍍覆層作為外層的積層型可熔導體，作為可熔導體。其結果，應用本技術之保護元件1相較於先前之保護元件，阻斷時間加快了20%。

由上述可知，應用本技術之保護元件1可削減於電流阻斷時應藉由發熱體14之發熱加以熔融之可熔導體之體積，且可更迅速地阻斷第1、第2電極11、12間之通電路徑。

[可熔導體片]

又，如圖8所示，保護元件1亦可使複數個(n個)較小之第1、第2可熔導體片31A、32A代替第1、第2可熔導體31、32，遍及第1、第2電極11、12與發熱體引出電極16之間而分別獨立地並聯連接。可熔導體片31A、 32A係由與第1、第2可熔導體31、32相同之材料形成，且大小形成為較第1、第2可熔導體31、32小。

於保護元件1中，例如亦可如圖9(A)、(B)所示，使4個可熔導體片31A-1、31A-2、31A-3、31A-4分別空開特定間隔獨立地排列，而作為第1可熔導體31，使4個可熔導體片32A-1、32A-2、32A-3、32A-4排列，而作為第2可熔導體32。

保護元件1藉由使複數個可熔導體片31A、32A排列，可藉由調整可熔導體片31A、32A之數量而容易地調整電流容量。

又，保護元件1藉由使複數個可熔導體片31A、32A排列，可既具備與1個可熔導體相同之電流容量，又防止各可熔導體片31A、32A之變形，從而防止熔斷特性之變動。例如，於上述由成為外層之高熔點金屬層被覆內層之低熔點金屬層的積層型可熔導體中，若平面尺寸變大，則於回焊加熱時等，內層之低熔點金屬層會熔融並流動，因此容易發生變形。藉此，可熔導體會產生厚度局部變厚之部位及變薄之部位，導致電阻值產生不均，從而有無法維持熔斷特性之虞。

因此，保護元件1藉由使複數個可熔導體片31A、32A排列，可使各可熔導體片31A、32A之平面尺寸變小，即便於回焊加熱時等，由熱所引起之變形亦得以防止，從而可維持熔斷特性。

又，於將1個可熔導體遍及第1、第2電極間地橫跨發熱體引出電極而搭載之先前之保護元件中，若為了使電流容量變大而使可熔導體之平面尺寸變大，則可熔導體與發熱體引出電極之接觸面積會變大，故而若高熔點金屬層因低熔點金屬層之加熱、流動而變形，則有將被橫跨之發熱體引出電極破壞(剝離)之虞。然而，於保護元件1中，藉由分割成複數個可熔導 體片31A、32A並連接，使變形得以抑制，從而可無破壞發熱體引出電極16之風險地提高熱衝擊之耐性。

再者，作為可熔導體片31A、32A之分割數，自藉由防止回焊加熱時等之變形而確保熔斷特性之可靠性、或緩和對第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16之衝擊之方面而言，較理想為使分割數較多，例如，如圖9所示，將可熔導體片31A、32A分別分割成4個或4個以上等。另一方面，若使各可熔導體片31A、32A之分割數較多，則各可熔導體片31A、32A之製造成本及安裝步驟數亦增加。

因此，若考慮到各可熔導體片31A、32A之製造成本、安裝成本等與熔斷特性之可靠性或對第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16之衝擊緩和的平衡，則較佳為將可熔導體片31A、32A分別分割成2~3個。

再者，於保護元件1中，如圖9(A)所示，將可熔導體片31A、32A形成為俯視下呈大致矩形狀，並且以沿著通電方向朝向長度方向之方式連接，但亦能以長度方向相對於通電方向呈任意角度之方式傾斜而連接。保護元件1藉由將可熔導體片31A、32A相對於通電方向傾斜地連接，可改變於第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16上之設置面積，從而調整元件整體之電流容量。

又，保護元件1亦可如圖10所示，將可熔導體片31A、32A形成為包含低熔點金屬之內層與高熔點金屬之外層之積層體。可熔導體片31A、32A可與上述積層型第1、第2可熔導體31、32相同地，例如，藉由焊料箔等構成內層之低熔點金屬層33，且藉由Ag鍍覆層等構成外層之高熔點金屬層34。藉由使可熔導體片31A、32A具有將內層設為低熔點金屬層33且將外層設為高熔點金屬層34之積層構造，可實現小型化及高額定化，並且 即便回焊安裝保護元件1時，回焊溫度超過低熔點金屬之熔融溫度，從而低熔點金屬熔融，亦可維持形狀，可防止熔斷特性之變動。又，可熔導體片31A、32A即便於熔斷時，亦能藉由低熔點金屬熔融而熔蝕(焊料侵蝕)高熔點金屬，藉此以高熔點金屬之熔點以下之溫度將其迅速熔斷。

再者，保護元件1可將各可熔導體片31A、32A全部以相同形狀形成，且由相同數量之可熔導體片31A、32A構成第1可熔導體31及第2可熔導體32，或者亦可使可熔導體片31A與可熔導體片32A之形狀、大小、數量不同。又，保護元件1可使複數個可熔導體片31A之形狀或大小不同，亦可使複數個可熔導體片32A之形狀或大小不同。又，保護元件1可藉由可熔導體片僅形成第1、第2可熔導體31、32中之一者，或者亦可將第1、第2可熔導體31、32與可熔導體片31A、32A併用。保護元件1藉由將各可熔導體片31A、32A之大小或個數適當變更，可使各可熔導體片31A、32A之電阻值針對每個場所而變化，可調整第1、第2可熔導體31、32熔斷之順序、或複數個可熔導體片31A、32A內之各可熔導體片熔斷之順序或速度等。

[電路基板]

繼而，對供安裝保護元件1之電路基板2進行說明。電路基板2例如可使用玻璃環氧基板、玻璃基板、或陶瓷基板等剛性基板、或者軟性基板等公知之絕緣基板。又，電路基板2如圖1(B)所示，具有藉由回焊等表面安裝保護元件1之安裝部，且於安裝部內設置有分別與設置於保護元件1之絕緣基板10之背面10f之外部連接端子11a、12a、19a連接的連接電極。再者，電路基板2安裝有使保護元件1之發熱體14通電之FET等元件。

[電路模組之使用方法]

其次，對保護元件1及將保護元件1表面安裝於電路基板2而成之電路模組3之使用方法進行說明。如圖11所示，電路模組3例如可用作鋰離子蓄電池之電池組內之電路。

例如，保護元件1係組裝至具有電池堆45之電池組40而使用，該電池堆45包含共計4個鋰離子蓄電池之電池單元41~44。

電池組40具備：電池堆45；充放電控制電路50，其控制電池堆45之充放電；應用本發明之保護元件1，其於電池堆45異常時將充電阻斷；檢測電路46，其檢測各電池單元41~44之電壓；及電流控制元件47，其根據檢測電路46之檢測結果控制保護元件1之動作。

電池堆45係將需進行保護控制以免出現過充電及過放電狀態之電池單元41~44串聯連接而成者，經由電池組40之正極端子40a、負極端子40b能夠裝卸地連接於充電裝置55，而被施加來自充電裝置55之充電電壓。將藉由充電裝置55而充電後之電池組40之正極端子40a、負極端子40b連接於要利用電池來動作之電子設備，藉此可使該電子設備動作。

充放電控制電路50具備：2個電流控制元件51、52，其等串聯連接於自電池堆45流向充電裝置55之電流路徑；及控制部53，其控制該等電流控制元件51、52之動作。電流控制元件51、52例如包含電場效應電晶體(以下，稱為FET)，藉由利用控制部53控制閘極電壓，而控制向電池堆45之電流路徑之導通及阻斷。控制部53自充電裝置55接受電力供給而動作，根據由檢測電路46檢測出之檢測結果，以於電池堆45為過放電或過充電時將電流路徑阻斷之方式，控制電流控制元件51、52之動作。

保護元件1例如連接於電池堆45與充放電控制電路50之間之充放電電流路徑上，且其動作由電流控制元件47控制。

檢測電路46與各電池單元41~44連接，檢測各電池單元41~44之電壓值，並將各電壓值供給至充放電控制電路50之控制部53。又，檢測電路46於任一個電池單元41~44變成過充電電壓或過放電電壓時輸出控制電流控制元件47之控制信號。

電流控制元件47例如包含FET，根據自檢測電路46輸出之檢測信號，於電池單元41~44之電壓值變成特定之超過過放電或過充電狀態之電壓時，使保護元件1動作，而以無論電流控制元件51、52之開關動作如何均將電池堆45之充放電電流路徑阻斷之方式進行控制。

於包含如上構成之電池組40中，對保護元件1之構成具體地進行說明。

首先，應用本發明之保護元件1具有如圖12所示之電路構成。即，保護元件1係包含如下構件之電路構成：第1、第2可熔導體31、32，其等經由發熱體引出電極16而串聯連接；及發熱體14，其經由與第1可熔導體31及第2可熔導體32連接之發熱體引出電極16而通電並發熱，藉此將第1、第2可熔導體31、32熔融。又，於保護元件1中，例如，第1、第2可熔導體31、32串聯連接於充放電電流路徑上，發熱體14與電流控制元件47連接。保護元件1之第1電極11經由外部連接電極11a與電池堆45之開放端連接，第2電極12經由外部連接電極12a與電池組40之正極端子40a側之開放端連接。又，發熱體14藉由經由發熱體引出電極16與第1、第2可熔導體31、32連接而與電池組40之充放電電流路徑連接，又，經由第2發熱體電極19及外部連接電極19a與電流控制元件47連接。

若保護元件1之發熱體14通電、發熱，則第1、第2可熔導體31、32熔融，藉由其潤濕性，此種電池組40會被拖引至發熱體引出電極16上(參照 圖2(B))。其結果，保護元件1能藉由第1、第2可熔導體31、32熔斷而確實地阻斷電流路徑。又，朝向發熱體14之供電路徑亦會因第1、第2可熔導體31、32熔斷而被阻斷，故而發熱體14之發熱亦停止。

又，電池組40於充放電路徑上流通有超過保護元件1之額定值之預期以外之大電流的情形時，能藉由使第1、第2可熔導體31、32利用自發熱(焦耳熱)熔斷而阻斷電流路徑。

此時，於保護元件1中，使第1、第2可熔導體31、32於發熱體引出電極16較佳為彼此相隔地連接，藉此相較於將1個可熔導體遍及第1、第2電極間地橫跨發熱體引出電極而搭載之先前之保護元件，發熱體引出電極16上之可熔導體之體積削減，故而可削減於電流阻斷時應藉由發熱體14之發熱加以熔融之可熔導體之體積，且可迅速地阻斷第1、第2電極11、12間之通電路徑。

又，保護元件1藉由應加以熔斷之可熔導體之體積之削減，可不使熔融導體自發熱體引出電極16上溢出，而確實地將第1、第2電極11、12間之通電路徑阻斷，且可提高通電阻斷後之絕緣可靠性(參照圖2(B))。

再者，應用本技術之保護元件1並不限定於用在鋰離子蓄電池之電池組中之情形，當然能夠應用於避免IC(integrated circuit，積體電路)之異常過熱等需要利用電氣信號而阻斷電流路徑之各種用途。

1‧‧‧保護元件

2‧‧‧電路基板

3‧‧‧電路模組

10‧‧‧絕緣基板

10a‧‧‧表面

10c‧‧‧第2側面

10d‧‧‧第3側面

10f‧‧‧背面

11‧‧‧第1電極

11a‧‧‧外部連接電極

12‧‧‧第2電極

12a‧‧‧外部連接電極

14‧‧‧發熱體

15‧‧‧絕緣構件

16‧‧‧發熱體引出電極

18‧‧‧第1發熱體電極

19‧‧‧第2發熱體電極

20‧‧‧殼體

21‧‧‧側面

22‧‧‧頂面

23‧‧‧熔劑

31‧‧‧第1可熔導體

32‧‧‧第2可熔導體

39‧‧‧連接材料

Claims (4)

1. 一種保護元件，其具備：絕緣基板；第1、第2電極，其等設置於上述絕緣基板；發熱體，其形成於上述絕緣基板；發熱體引出電極，其與上述發熱體電性連接；第1可熔導體，其係自上述第1電極遍及上述發熱體引出電極之上述第1電極側之側緣部而搭載；及第2可熔導體，其係自上述第2電極遍及上述發熱體引出電極之上述第2電極側之側緣部而搭載，上述第1可熔導體與上述第2可熔導體於上述發熱體引出電極上彼此相隔。
2. 如請求項1之保護元件，其中使複數個第1、第2可熔導體片代替上述第1、第2可熔導體或與上述第1、第2可熔導體一併分別獨立地排列於上述第1、第2電極與上述發熱體引出電極之間。
3. 如請求項1或2之保護元件，其中上述第1、第2可熔導體或上述第1、第2可熔導體片分別具有將內層設為低熔點金屬層且將外層設為高熔點金屬層之積層構造。
4. 如請求項1或2之保護元件，其中上述發熱體與上述發熱體引出電極重疊。

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