TWI765940B - 保護元件 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種同時達成電流額定之提高與異常時之迅速電流阻斷、且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；可熔導體31、32，其經由發熱體引出電極16而將第1、第2電極11、12間連接；及保持構件24，其設置於發熱體引出電極16上，且供可熔導體31、32熔融而成之熔融體潤濕擴展並加以保持。

Description

保護元件

本技術係關於一種阻斷電源線或信號線之保護元件。本申請係以在日本於2016年12月12日提出申請之日本專利申請編號特願2016-240735為基礎而主張優先權者，該申請藉由被參照而引用至本申請中。

可進行充電而反覆利用之二次電池之大多數被加工成電池組(battery pack)而提供給使用者。尤其於重量能量密度較高之鋰離子二次電池中，為了確保使用者及電子機器之安全，一般而言將過充電保護、過放電保護等一些保護電路內置於電池組中，而具有於特定之情形時阻斷電池組之輸出的功能。 此種保護元件中，有如下者：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ON/OFF(導通/斷開)，而進行電池組之過充電保護或過放電保護動作。然而，於因某些原因而FET開關短路破壞之情形時、被施加雷電衝擊等而瞬間地流通大電流之情形時、或者因電池單元之壽命而導致輸出電壓異常下降或相反地輸出過大之異常電壓之情形時，電池組或電子機器亦必須受到保護以不會發生火災等事故。因此，在此種能夠設想到的任何異常狀態下，為了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阻斷電流路徑之功能的保護元件。 作為適於鋰離子二次電池等的保護電路之阻斷元件，有如下者：如圖24(A)(B)所示，跨及電流路徑上之第1電極91、發熱體引出電極95、第2電極92間連接可熔導體93而形成電流路徑之一部分，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將該電流路徑上之可熔導體93熔斷(參照專利文獻1)。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，從而阻斷電流路徑。 關於保護元件，可熔導體93係藉由發熱體94之發熱而熔斷，又，可熔導體93亦藉由過電流所引起之自發熱而熔斷，故利用作為外裝零件之蓋構件97進行密封，以不使熔斷後之可熔導體93飛散。又，保護元件90係為了穩定地實現利用發熱體94達成之可熔導體93之熔斷作用，而利用蓋構件97設置用以供可熔導體93熔融、流動之內部空間。 再者，保護元件90為了防止可熔導體93表面之氧化，維持速熔斷性，而塗佈有將可熔導體93表面之氧化覆膜去除之助焊劑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

[發明所欲解決之問題] 此種表面安裝型之保護元件伴隨著所搭載之電子機器或電池組等之高容量化、高額定化而被要求電流額定之提高。 為了增大電流額定，而降低電阻值，為此，採用體積更大之可熔導體，另一方面，若採用較大之可熔導體，則由於熔斷部分之體積較大，故熔斷需耗費時間，而存在當電路等發生異常時無法瞬時地阻斷電流之問題。 因此，提出如下：於可熔導體設置沿電流方向延伸之槽，而增加低熔點金屬體中之熔斷開始點，藉此，儘管增加體積且增大電流容量，但縮短動作時間，使動作時間穩定(參照專利文獻1)。 此處，如圖24、圖25(A)(B)所示，表面安裝型之附發熱體之保護元件90係於兩端連接於機器之通電路徑上之第1、第2電極91、92、及用以對位於其等之中間之發熱體94通電之發熱體引出電極95此3個電極上配置有可熔導體93。若可熔導體93因發熱體94之發熱而熔融，則於3個電極91、92、95上隆起並凝聚，藉此發熱體引出電極95與第1、第2電極91、92之間隔開而電流被阻斷。然而，若可熔導體93之體積變大，則有如下擔憂：如圖25(C)(D)所示，熔融導體無法完全容納在發熱體引出電極95上，而與第1、第2電極91、92之間短路，有損阻斷後之絕緣可靠性。 又，由於將可熔導體93跨及第1、第2電極91、92及發熱體引出電極95上而搭載，故直至將可熔導體93整體熔融為止需要加熱時間，熔斷時間與體積之大型化成比例地延長，從而異常時之迅速之通電阻斷變得困難。 因此，本技術之目的在於提供一種實現電流額定之提高且提高電流阻斷後之絕緣可靠性之保護元件。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述課題，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；可熔導體，其經由上述發熱體引出電極而將上述第1、第2電極間連接；及保持構件，其設置於上述發熱體引出電極上，供上述可熔導體熔融而成之熔融體潤濕擴展並加以保持。 [發明之效果] 根據本技術，藉由在發熱體引出電極之上設置保持構件，可增加發熱體引出電極上之熔融體之保持量，即便於伴隨額定之提高而可熔導體大型化之情形時，亦能防止熔融體自發熱體引出電極溢出而於與第1、第2電極之間短路之情況。

以下，一邊參照圖式一邊對應用了本技術之保護元件進行詳細說明。再者，本技術並非僅限定於以下之實施形態者，當然能夠於不脫離本技術之主旨之範圍內進行各種變更。又，圖式係模式性之圖，存在各尺寸之比率等與實際不同之情況。具體之尺寸等應參考以下之說明而判斷。又，當然包含在圖式相互間相互之尺寸之關係或比率亦不同之部分。 如圖1所示，應用了本發明之保護元件1係藉由表面安裝於電路基板2而構成電路模組3者。電路基板2例如形成有鋰離子二次電池之保護電路等，且藉由表面安裝保護元件1，而於鋰離子二次電池之充放電路徑上組入第1、第2可熔導體31、32。而且，電路模組3係若流通超過保護元件1之額定之大電流，則第1、第2可熔導體31、32因自發熱(焦耳熱)而熔斷，藉此阻斷電流路徑。又，電路模組3藉由設置於電路基板2等之電流控制元件而於特定之時點對發熱體14通電，利用發熱體14之發熱使第1、第2可熔導體31、32熔斷，藉此可阻斷電流路徑。再者，圖1(A)係將應用了本發明之保護元件1省略殼體而表示之俯視圖，圖1(B)係應用了本發明之電路模組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，其自第1電極11跨及發熱體引出電極16而搭載；第2可熔導體32，其自第2電極12跨及發熱體引出電極16而搭載；及保持構件24，其設置於發熱體引出電極16上，供第1、第2可熔導體31、32熔融而成之熔融體潤濕擴展並將其保持於發熱體引出電極16上。 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形成為大致方形狀。除此以外，絕緣基板10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，但必須留意第1、第2可熔導體31、32熔斷時之溫度。 [第1、第2電極] 如圖2(A)(B)所示，第1、第2電極11、12係藉由在絕緣基板10之正面10a上分別隔開配置於相對向之側緣附近而開放，且分別於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，藉此，經由第1、第2可熔導體31、32及發熱體引出電極16而電性連接。又，如圖2(C)(D)所示，第1、第2電極11、12藉由如下方法被阻斷，即，於保護元件1流通超過額定之大電流而第1、第2可熔導體31、32因自發熱(焦耳熱)而熔斷，或者發熱體14伴隨著通電而發熱從而第1、第2可熔導體31、32於與發熱體引出電極16之間熔斷。 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的側槽而與設置於背面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而與形成有外部電路之電路基板2連接，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等一般之電極材料形成。又，較佳為將鍍Ni/Au、鍍Ni/Pd、鍍Ni/Pd/Au等之覆膜藉由鍍覆處理等公知之方法而塗佈於第1、第2電極11、12之表面上。藉此，保護元件1可防止第1、第2電極11、12之氧化，且防止伴隨導通電阻之上升之額定之變動。又，於回焊安裝保護元件1之情形時，可防止因連接第1、第2可熔導體31、32之連接用焊料或者形成第1、第2可熔導體31、32之外層之低熔點金屬熔融而將第1、第2電極11、12熔蝕(焊料腐蝕)之情況。 [發熱體] 發熱體14係具有若進行通電便發熱之導電性之構件，例如含有W、Mo、Ru、Cu、Ag、或者以其等作為主成分之合金等。發熱體14可藉由如下方法形成，即，將使其等之合金或組合物、化合物之粉狀體與樹脂黏合劑等混合而製成之膏狀者使用網版印刷技術於絕緣基板10上形成圖案並進行焙燒等。又，發熱體14係一端與第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係以覆蓋發熱體14之方式配設有絕緣構件15，且以經由該絕緣構件15而重疊於發熱體14之方式形成有發熱體引出電極16。藉此，保護元件1能夠高效率地將發熱體14之熱傳遞至發熱體引出電極16。再者，為了高效率地將發熱體14之熱傳遞至第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而與發熱體14之一端相連。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之側槽而與形成於絕緣基板10之背面10f之外部連接電極19a連接。 發熱體14係藉由將保護元件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於阻斷外部電路之通電路徑之特定時點經由外部連接電極19a被通電而發熱，藉此可將連接第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因第1、第2可熔導體31、32熔斷，而自身之通電路徑亦被阻斷，故而發熱停止。 [第1、第2可熔導體] 第1可熔導體31自第1電極11跨及發熱體引出電極16而搭載，第2可熔導體32自第2電極12跨及發熱體引出電極16而搭載，該等第1、第2可熔導體31、32於發熱體引出電極16上相互隔開。 第1可熔導體31例如呈矩形板狀，連接於發熱體引出電極16之第1電極11側之側緣部與第1電極11。同樣地，第2可熔導體32例如呈矩形板狀，連接於發熱體引出電極16之第2電極12側之側緣部與第2電極12。藉此，保護元件1構成跨及第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為第1、第2可熔導體31、32並連接於發熱體引出電極16，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與將1個可熔導體跨及第1、第2電極間且跨越發熱體引出電極而搭載的先前之保護元件相比，削減了發熱體引出電極16上之第1、第2可熔導體31、32間之可熔導體之體積。 即，先前之保護元件中，會熔融至並非直接有助於第1、第2電極11、12間之通電路徑之阻斷的發熱體引出電極16之中央之可熔導體，又，該中央之可熔導體因位於發熱體14之正上方，故會較第1、第2電極11、12間先熔融。 另一方面，保護元件1藉由將第1、第2可熔導體31、32於發熱體引出電極16上隔開地連接，而可削減於電流阻斷時藉由發熱體14之發熱而應熔融之可熔導體之體積，並且可將發熱體之熱高效率地傳遞至應熔斷之第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間之通電路徑的保護元件1與將1個可熔導體跨及第1、第2電極間且跨越發熱體引出電極而搭載的先前之保護元件相比，亦維持了電流額定。因此，相對於具備相同之電流額定之先前的保護元件，能與應熔斷之可熔導體之體積被削減相應地，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藉由削減應熔斷之可熔導體之體積，從而熔融導體亦不會自發熱體引出電極16上溢出，可確實地阻斷第1、第2電極11、12間之通電路徑，並且可提高通電阻斷後之絕緣可靠性(參照圖2(C)(D))。 該等第1、第2可熔導體31、32包含藉由發熱體14之發熱而迅速地被熔斷之材料，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，如圖4所示，第1、第2可熔導體31、32亦可為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例如可由焊料箔等構成內層之低熔點金屬層33，由Ag鍍層等構成外層之高熔點金屬層34。第1、第2可熔導體31、32藉由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，而於回焊安裝保護元件1之情形時，即便回焊溫度超過低熔點金屬之熔融溫度而導致低熔點金屬熔融，亦可抑制低熔點金屬向外部流出，從而可維持第1、第2可熔導體31、32之形狀。因此，第1、第2可熔導體31、32可防止因伴隨變形而電阻值局部升高或降低等導致於特定之溫度下不熔斷、或者於未滿特定之溫度時熔斷等熔斷特性之變動。又，第1、第2可熔導體31、32於熔斷時，亦藉由低熔點金屬熔融而將高熔點金屬熔蝕(焊料腐蝕)，藉此可於高熔點金屬之熔點以下之溫度下迅速地熔斷。 再者，第1、第2可熔導體31、32藉由焊料等連接至發熱體引出電極16及第1、第2電極11、12。第1、第2可熔導體31、32可藉由回流焊而容易地連接。 又，第1、第2可熔導體31、32為了抗氧化、潤濕性之提高等，較佳為塗佈有助焊劑23。 [保持構件] 於發熱體引出電極16之上設置有保持構件24。保持構件24係藉由熔融所得之第1、第2可熔導體31、32之熔融體潤濕擴展，而使保持發熱體引出電極16之熔融體之保持量增加者。藉由在發熱體引出電極16之上設置保持構件24，可使發熱體引出電極16上之熔融體之保持量增加，即便於伴隨額定之提高而可熔導體大型化之情形時，亦能防止熔融體自發熱體引出電極16溢出而於與第1、第2電極11、12之間短路之情況。 保持構件24係藉由熱固性接著劑或焊料及其他低熔點金屬膏等連接材料25而搭載於發熱體引出電極16。藉由使用焊料等具有導通性之材料作為連接材料25，亦可用作將第1、第2可熔導體31、32連接於發熱體引出電極16之連接材料。 就保持更多之熔融體之方面而言，保持構件24較佳為如圖2所示般設置於發熱體引出電極16之中央。又，保持構件24較佳為設置於第1可熔導體與第2可熔導體之間。作為可熔導體，於如第1、第2可熔導體31、32般跨及第1、第2電極11、12間而分割配置於第1、第2電極11、12與發熱體引出電極16之間之情形時，藉由將保持構件24設置於第1可熔導體與第2可熔導體之間，可高效率地保持兩可熔導體31、32之熔融體，且可確實地阻斷第1電極11側之電流路徑及第2電極12側之電流路徑兩者。 又，保持構件24較佳為具備第1、第2可熔導體31、32之寬度以上之長度，且至少設置於與第1、第2可熔導體31、32之寬度方向之兩端部正對之位置。藉此，保持構件24跨及第1、第2可熔導體31、32之全寬使熔融體潤濕擴展，從而可防止第1、第2電極11、12與發熱體引出電極16之短路。 又，保持構件24較佳為具備第1、第2電極11、12之寬度以上之長度，且至少設置於與第1、第2電極11、12之寬度方向之兩端部正對之位置。藉此，保持構件24使發熱體引出電極16之熔融體之保持量增大，並且可防止於第1、第2電極11、12之長度方向之兩端部，熔融體與發熱體引出電極16短路。 又，保持構件24較佳為跨及發熱體引出電極16之長度方向之大致全長而設置。藉此，保持構件24使發熱體引出電極16之熔融體之保持量增大，並且可防止於發熱體引出電極16之長度方向之兩端部，熔融體與第1、第2電極11、12短路。 保持構件24較佳為包含金屬等之第1、第2可熔導體31、32之熔融體容易潤濕擴展之材料。或者，保持構件24較佳為被施以使第1、第2可熔導體31、32之熔融體之潤濕良好之鍍覆處理等表面處理。例如，保持構件24藉由利用鍍錫或鍍鎳等被實施表面處理，可提高熔融體之潤濕性並且防止氧化。 例如，如圖2(A)～(D)、圖1所示，保持構件24可形成為跨及發熱體引出電極之長度方向延伸之角柱狀體。角柱狀之保持構件24A藉由擴大高度或寬度，而可使第1、第2可熔導體31、32之熔融體潤濕擴展之表面積增大，從而可使發熱體引出電極16上之熔融體之保持量增加。 又，如圖5(A)～(D)所示，保持構件24可形成為跨及發熱體引出電極之長度方向延伸之圓柱狀體。圓柱狀之保持構件24B中，第1、第2可熔導體之熔融體容易向周圍潤濕擴展，又，發熱體引出電極16上之熔融體之保持性亦提高。 又，如圖6(A)～(D)所示，保持構件24可形成為跨及發熱體引出電極之長度方向延伸之圓筒狀體。圓筒狀之保持構件24C中，除圓柱狀之保持構件24之特性之外，還可期待熔融體向圓筒內部之流入，從而可保持更多之熔融體。 又，如圖7(A)～(D)所示，保持構件24可形成為跨及發熱體引出電極之長度方向延伸之半圓筒狀體。半圓筒狀之保持構件24D中，除圓柱狀之保持構件24之特性之外，還可使更多之熔融體向圓筒內部流入，從而可保持更多之熔融體。 又，如圖8(A)～(D)所示，保持構件24可形成為跨及發熱體引出電極之長度方向延伸之螺旋狀體。螺旋狀之保持構件24E中，將熔融體之潤濕性良好之金屬或經鍍覆處理之線材呈螺旋狀捲繞，可利用毛細管現象使第1、第2可熔導體31、32之熔融體流入並保持於線材之狹小間距間。 又，如圖9(A)～(D)、圖10所示，保持構件24可形成為剖面T字狀之棒狀體，該剖面T字狀之棒狀體係跨及發熱體引出電極之長度方向延伸，且具有連接於發熱體引出電極16之板狀之基部28及自基部28向發熱體引出電極16上突出之突條部29。剖面T字狀之保持構件24F藉由具備基部28，可穩定地搭載於發熱體引出電極16上，並且藉由擴大突條部29之高度或寬度而可使第1、第2可熔導體31、32之熔融體潤濕擴展之表面積增大，從而可使發熱體引出電極16上之熔融體之保持量增加。 [貫通或者非貫通之狹縫、開口部] 又，保持構件24亦可形成跨及與長度方向大致正交之方向的1個或複數個貫通或非貫通之狹縫、或者1個或複數個貫通或非貫通之開口部。藉此，保持構件24可使熔融體潤濕擴展之表面積增加，並且可利用毛細管現象使更多之熔融體向狹小之狹縫或開口部流入並加以保持。 例如，如圖11所示，圓筒狀之保持構件24C亦可形成跨及與長度方向大致正交之圓周方向的複數個狹縫26。狹縫26貫通至圓筒內部，又，跨及圓筒之半周而形成。圓筒狀之保持構件24C係將該狹縫26朝向發熱體引出電極16側設置。藉此，圓筒狀之保持構件24C可使毛細管現象作用於發熱體引出電極16與狹縫26之間，從而將第1、第2可熔導體31、32之熔融體引入並保持於圓筒內部。 又，例如，如圖12所示，半圓筒狀之保持構件24D亦可形成複數個開口部27。開口部27貫通至圓筒內部而形成。半圓筒狀之保持構件24D係將該開口部27朝向發熱體引出電極16側設置。藉此，半圓筒狀之保持構件24D可使毛細管現象作用於發熱體引出電極16與開口部27之間，從而將第1、第2可熔導體31、32之熔融體引入並保持於圓筒內部。 此外，保持構件24亦可於角柱狀之保持構件24A或圓柱狀之保持構件24B、剖面T字狀之保持構件24F之基部28，形成一個或複數個非貫通之狹縫26或開口部27。於該情形時，亦藉由將狹縫26或開口部27朝向發熱體引出電極16側設置，而可使毛細管現象作用於發熱體引出電極16與狹縫26或開口部27之間，從而將第1、第2可熔導體31、32之熔融體引入並保持於狹縫26或開口部27之內部。又，保持構件24亦可於剖面T字狀之保持構件24F之突條部29形成一個或複數個貫通或非貫通之狹縫26或開口部27。 關於保持構件24之形狀，除上述形狀以外，亦可為例如沿著發熱體引出電極16之長度方向蜿蜒之形狀。又，保持構件24亦可沿著發熱體引出電極16之長度方向或寬度方向排列複數個較小的保持構件。保持可熔導體之熔融體的保持構件24之形狀或配置可根據熔融體之保持量或可熔導體之形狀、配置等保護元件之佈局而適當設定。 [殼體] 又，保護元件1為了保護內部而於絕緣基板10之正面10a上設置有殼體20。殼體20根據絕緣基板10之形狀而形成為大致矩形狀。又，如圖1(B)所示，殼體20具有連接至設置有可熔導體13之絕緣基板10之正面10a上的側面21、及覆蓋絕緣基板10之正面10a上之頂面22，於絕緣基板10之正面10a上，可熔導體13熔融時呈球狀膨脹，具有對熔融導體於發熱體引出電極16或第1、第2電極11、12上凝聚而言充分之內部空間。 再者，保護元件1亦可將保持構件24設置於發熱體引出電極16上之殼體20之頂面22。即，保持構件24亦可自殼體20之頂面22向保護元件1之內部突出，而於發熱體引出電極16上對向。此時，保持構件24可與發熱體引出電極16之表面相接，亦可接近而不相接。又，保持構件24亦可經由設置於發熱體引出電極16之表面之上述連接材料25而連接於發熱體引出電極16。 保護元件1藉由在殼體20之頂面22設置保持構件24，而將保持構件24以與發熱體引出電極16隔開之狀態設置於發熱體引出電極16上，故作為可熔導體，除分割為第1、第2可熔導體31、32而連接於發熱體引出電極16之構成之外，亦可將1個可熔導體跨及第1、第2電極11、12間且跨越發熱體引出電極16而搭載。 [可熔導體片] 又，如圖13(A)～(D)～圖20(A)～(D)所示，保護元件1亦可代替第1、第2可熔導體31、32，而將複數個較小的第1、第2可熔導體片31A、32A跨及第1、第2電極11、12與發熱體引出電極16之間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，且大小形成得較第1、第2可熔導體31、32小。再者，圖13(A)～(D)～圖20(A)～(D)所示之保護元件1除代替第1、第2可熔導體31、32而搭載有複數個第1可熔導體片31A-1、31A-2、31A-3及第2可熔導體片32A-1、32A-2、32A-3之外，為與上述圖2(A)～(D)～圖8(A)～(D)所示之構成相同之構成。 保護元件1亦可使例如3個可熔導體片31A-1、31A-2、31A-3分別隔開特定間隔而獨立地並聯，並且使3個可熔導體片32A-1、32A-2、32A-3並聯。 保護元件1藉由使複數個可熔導體片31A、32A並聯，而調整可熔導體片31A、32A之數量，藉此電流容量之調整變得容易。 又，保護元件1藉由使複數個可熔導體片31A、32A並聯，可一方面具備與1個可熔導體相同之電流容量，一方面防止各可熔導體片31A、32A之變形，從而防止熔斷特性之變動。例如，上述利用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係若平面尺寸變大，則於回焊加熱時等因內層之低熔點金屬層熔融流動而容易產生變形。由此，有如下擔憂：可熔導體局部地產生厚度增厚之部位與變薄之部位，電阻值產生不均，從而無法維持熔斷特性。 因此，保護元件1藉由使複數個可熔導體片31A、32A並聯，從而各可熔導體片31A、32A之平面尺寸變小，即便於回焊加熱時等亦能防止因熱引起之變形，從而可維持熔斷特性。 又，於將1個可熔導體跨及第1、第2電極間且跨越發熱體引出電極而搭載之保護元件中，若為了增大電流容量而增大可熔導體之平面尺寸，則與發熱體引出電極之接觸面積會變大，故而若因低熔點金屬層加熱、流動而導致高熔點金屬層變形，則有破壞(剝離)所跨越之發熱體引出電極之虞。然而，保護元件1藉由分割為複數個可熔導體片31A、32A並加以連接而抑制變形，亦不存在破壞發熱體引出電極16之風險，可提高熱衝擊之耐性。 再者，如圖13(A)～(D)～圖20(A)～(D)所示，保護元件1將可熔導體片31A、32A形成為俯視時呈大致矩形狀，並且以沿著通電方向朝向長度方向之方式連接，但亦可以長度方向相對於通電方向呈任意角度之方式傾斜連接。保護元件1藉由使可熔導體片31A、32A相對於通電方向傾斜地連接，從而向第1、第2電極11、12及發熱體引出電極16之設置面積改變，可調整元件整體之電流容量。 又，如圖21所示，保護元件1亦可將可熔導體片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與上述積層型之第1、第2可熔導體31、32同樣地，例如，可由焊料箔等構成內層之低熔點金屬層33，由Ag鍍層等構成外層之高熔點金屬層34。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，藉此可實現小型化與高額定化，並且於回焊安裝保護元件1之情形時，即便回焊溫度超過低熔點金屬之熔融溫度而低熔點金屬熔融，亦能夠維持形狀，從而可防止熔斷特性之變動。又，可熔導體片31A、32A於熔斷時，亦藉由低熔點金屬熔融而將高熔點金屬熔蝕(焊料腐蝕)，藉此可於高熔點金屬之熔點以下之溫度下迅速地熔斷。 再者，保護元件1可將各可熔導體片31A、32A全部以同一形狀形成，且由相同數量之可熔導體片31A、32A構成第1可熔導體31與第2可熔導體32，或者亦可使可熔導體片31A與可熔導體片32A中之形狀、大小、數量不同。又，保護元件1可使複數個可熔導體片31A中之形狀或大小不同，亦可使複數個可熔導體片32A中之形狀或大小不同。又，保護元件1亦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，或者亦可併用第1、第2可熔導體31、32及可熔導體片31A、32A。保護元件1藉由適當變更各可熔導體片31A、32A之大小或個數，而可根據場合使各可熔導體片31A、32A之電阻值發生變化，從而可調整第1、第2可熔導體31、32熔斷之順序、或者複數個可熔導體片31A、32A內之各可熔導體片熔斷之順序或速度等。 [電路基板] 其次，對供安裝保護元件1之電路基板2進行說明。電路基板2例如使用玻璃環氧基板或玻璃基板、陶瓷基板等剛性基板、或柔性基板等公知之絕緣基板。又，如圖1(B)所示，電路基板2具有藉由回焊等而表面安裝保護元件1之安裝部，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以及將保護元件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22所示，電路模組3例如被用作鋰離子二次電池之電池組內之電路。 例如，保護元件1係被組入至具有電池堆45之電池組40而使用，該電池堆45包含合計4個鋰離子二次電池之電池單元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；應用了本發明之保護元件1，其於電池堆45之異常時阻斷充電；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係將需要進行用以受到保護而不會成為過充電及過放電狀態的控制的電池單元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而能夠裝卸地連接於充電裝置55，被施加來自充電裝置55之充電電壓。藉由將已藉由充電裝置55予以充電後之電池組40之正極端子40a、負極端子40b連接於利用電池進行動作之電子機器，可使該電子機器動作。 充放電控制電路50具備：2個電流控制元件51、52，其等在自電池堆45流向充電裝置55之電流路徑串聯連接；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例如包含場效電晶體(以下稱作FET)，利用控制部53控制閘極電壓，藉此控制電池堆45之電流路徑之導通與阻斷。控制部53自充電裝置55受到電力供給而動作，且根據檢測電路46之檢測結果，當電池堆45為過放電或過充電時，以阻斷電流路徑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，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達到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之電壓值達到超過特定之過放電或過充電狀態之電壓時，使保護元件1動作，並以不依賴於電流控制元件51、52之開關動作而阻斷電池堆45之充放電電流路徑的方式進行控制。 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，應用了本發明之保護元件1具有如圖23所示之電路構成。即，保護元件1係包含如下各部之電路構成：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，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而與電池堆45之開放端連接，第2電極12經由外部連接電極12a而與電池組40之正極端子40a側之開放端連接。又，發熱體14經由發熱體引出電極16而與第1、第2可熔導體31、32連接，藉此與電池組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而與電流控制元件47連接。 此種電池組40中，於保護元件1之發熱體14被通電而發熱時，第1、第2可熔導體31、32熔融，利用其潤濕性而被牽引至發熱體引出電極16上(參照圖2(C)(D))。其結果，保護元件1藉由第1、第2可熔導體31、32熔斷，而可確實地阻斷電流路徑。又，藉由第1、第2可熔導體31、32熔斷，而對發熱體14之供電路徑亦被阻斷，故發熱體14之發熱亦停止。 又，電池組40於在充放電路徑上流通超過保護元件1之額定之未預料到之大電流之情形時，第1、第2可熔導體31、32因自發熱(焦耳熱)而熔斷，藉此可阻斷電流路徑。 於第1、第2可熔導體31、32熔斷時，保護元件1由於在發熱體引出電極16之上設置有保持構件24，故可使發熱體引出電極16上之熔融體之保持量增加，即便於伴隨額定之提高而可熔導體大型化之情形時，亦能夠防止熔融體自發熱體引出電極16溢出而於與第1、第2電極11、12之間短路之情況。 又，保護元件1藉由將第1、第2可熔導體31、32相互隔開地連接於發熱體引出電極16，而與將1個可熔導體跨及第1、第2電極間且跨越發熱體引出電極而搭載的先前之保護元件相比，削減了發熱體引出電極16上之可熔導體之體積，故可削減於電流阻斷時藉由發熱體14之發熱而應熔融之可熔導體之體積，從而可迅速地阻斷第1、第2電極11、12間之通電路徑。 又，保護元件1藉由削減應熔斷之可熔導體之體積，從而熔融導體亦不會自發熱體引出電極16上溢出，可確實地阻斷第1、第2電極11、12間之通電路徑，並且可提高通電阻斷後之絕緣可靠性(參照圖2(C)(D))。 再者，應用了本技術之保護元件1並不限於用於鋰離子二次電池之電池組之情形，當然亦能夠應用於IC(Integrated Circuit，積體電路)之異常過熱等需要利用電信號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‧‧‧正面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13‧‧‧可熔導體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‧‧‧助焊劑24‧‧‧保持構件24A‧‧‧角柱狀之保持構件24B‧‧‧圓柱狀之保持構件24C‧‧‧圓筒狀之保持構件24D‧‧‧半圓筒狀之保持構件24E‧‧‧螺旋狀之保持構件24F‧‧‧剖面T字狀之保持構件25‧‧‧連接材料26‧‧‧狹縫27‧‧‧開口部28‧‧‧基部29‧‧‧突條部31‧‧‧第1可熔導體31A‧‧‧第1可熔導體片31A-1‧‧‧第1可熔導體片31A-2‧‧‧第1可熔導體片31A-3‧‧‧第1可熔導體片32‧‧‧第2可熔導體32A‧‧‧第2可熔導體片32A-1‧‧‧第2可熔導體片32A-2‧‧‧第2可熔導體片32A-3‧‧‧第2可熔導體片33‧‧‧低熔點金屬層34‧‧‧高熔點金屬層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‧‧‧電流控制元件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94‧‧‧發熱體95‧‧‧發熱體引出電極97‧‧‧蓋構件98‧‧‧助焊劑

圖1(A)係將具備角柱狀之保持構件之保護元件省略殼體而表示之外觀立體圖，圖1(B)係表示應用了本技術之電路模組之剖視圖。 圖2(A)係表示具備角柱狀之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖2(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖2(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖2(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖3係表示應用了本技術之保護元件之外觀立體圖。 圖4係將使用了積層型之可熔導體之保護元件省略殼體而表示之外觀立體圖，上述積層型之可熔導體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。 圖5(A)係表示具備圓柱狀之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖5(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖5(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖5(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖6(A)係表示具備圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖6(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖6(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖6(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖7(A)係表示具備半圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖7(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖7(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖7(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖8(A)係表示具備螺旋狀體之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖8(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖8(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖8(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖9(A)係表示具備剖面T字狀之棒狀體之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖9(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖9(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖9(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖10係將具備剖面T字狀之棒狀體之保持構件的保護元件省略殼體而表示之外觀立體圖。 圖11(A)係表示具備形成有狹縫之圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖11(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖11(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖11(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖12(A)係表示具備形成有開口部之半圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖12(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖12(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖12(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。 圖13(A)係表示具備可熔導體片及角柱狀之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖13(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖13(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖13(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖14(A)係表示具備可熔導體片及圓柱狀之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖14(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖14(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖14(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖15(A)係表示具備可熔導體片及圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖15(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖15(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖15(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖16(A)係表示具備可熔導體片及半圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖16(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖16(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖16(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖17(A)係表示具備可熔導體片及形成有狹縫之圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖17(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖17(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖17(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖18(A)係表示具備可熔導體片及形成有開口部之半圓筒狀之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖18(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖18(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖18(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖19(A)係表示具備可熔導體片及剖面T字狀之棒狀體之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖19(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖19(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖19(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖20(A)係表示具備可熔導體片及螺旋狀體之保持構件的保護元件之可熔導體片之熔斷前之狀態的俯視圖，圖20(B)係表示可熔導體片之熔斷前之狀態之前視圖，圖20(C)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之俯視圖，圖20(D)係表示可熔導體片已熔斷之狀態之側視圖。 圖21係將使用了積層型之可熔導體片之保護元件省略殼體而表示之外觀立體圖，上述積層型之可熔導體片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。 圖22係表示使用有應用了本發明之保護元件之電池電路之一構成例的電路圖。 圖23係應用了本發明之保護元件之電路圖。 圖24係將跨及第1、第2電極間且跨越發熱體引出電極而搭載有1個可熔導體之先前之保護元件省略殼體而表示之圖，圖24(A)係外觀立體圖，圖24(B)係剖視圖。 圖25(A)係表示先前之保護元件之可熔導體之熔斷前之狀態的俯視圖，圖25(B)係表示可熔導體之熔斷前之狀態之前視圖，圖25(C)係表示可熔導體已熔斷之狀態之俯視圖，圖25(D)係表示可熔導體已熔斷之狀態之側視圖。

1‧‧‧保護元件

2‧‧‧電路基板

10‧‧‧絕緣基板

10a‧‧‧正面

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

13‧‧‧可熔導體

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

24‧‧‧保持構件

25‧‧‧連接材料

31‧‧‧第1可熔導體

32‧‧‧第2可熔導體

Claims (15)

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；可熔導體，其經由上述發熱體引出電極將上述第1、第2電極間連接；及保持構件，其設置於上述發熱體引出電極上，供上述可熔導體熔融而成之熔融體潤濕擴展並加以保持；且上述保持構件搭載於上述發熱體引出電極。
2. 如請求項1之保護元件，其具備：第1可熔導體，其自上述第1電極跨及上述發熱體引出電極而搭載；及第2可熔導體，其自上述第2電極跨及上述發熱體引出電極而搭載。
3. 如請求項2之保護元件，其中上述保持構件設置於上述第1可熔導體與上述第2可熔導體之間。
4. 如請求項1或2之保護元件，其中上述保持構件被施以使上述可熔導體之熔融體容易潤濕擴展之表面處理。
5. 如請求項3之保護元件，其中上述保持構件被施以使上述可熔導體之熔融體容易潤濕擴展之表面處理。
6. 如請求項1或2之保護元件，其中上述保持構件係跨及上述發熱體引出電極之長度方向延伸之角柱狀體、圓柱狀體、圓筒狀體、半圓筒狀體、螺旋狀體、或剖面T字狀之棒狀體，上述剖面T字狀之棒狀體具有連接於上述發熱體引出電極之板狀之基部及自上述基部向上述發熱體引出電極上突出之突條部。
7. 如請求項3之保護元件，其中上述保持構件係跨及上述發熱體引出電極之長度方向延伸之角柱狀體、圓柱狀體、圓筒狀體、半圓筒狀體、螺旋狀體、或剖面T字狀之棒狀體，上述剖面T字狀之棒狀體具有連接於上述發熱體引出電極之板狀之基部及自上述基部向上述發熱體引出電極上突出之突條部。
8. 如請求項6之保護元件，其中上述保持構件形成有跨及與長度方向大致正交之方向的1個或複數個貫通或非貫通之狹縫、或者1個或複數個貫通或非貫通之開口部。
9. 如請求項7之保護元件，其中上述保持構件形成有跨及與長度方向大致正交的方向之1個或複數個貫通或非貫通之狹縫、或者1個或複數個貫通 或非貫通之開口部。
10. 如請求項2之保護元件，其中代替上述第1、第2可熔導體或者與上述第1、第2可熔導體一併，複數個第1可熔導體片及第2可熔導體片分別於與上述發熱體引出電極之間獨立地設置。
11. 如請求項3之保護元件，其中代替上述第1、第2可熔導體或者與上述第1、第2可熔導體一併，複數個第1可熔導體片及第2可熔導體片分別於與上述發熱體引出電極之間獨立地設置。
12. 如請求項2之保護元件，其中上述第1、第2可熔導體分別具有將內層作為低熔點金屬層、將外層作為高熔點金屬層之積層構造。
13. 如請求項10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作為低熔點金屬層、將外層作為高熔點金屬層之積層構造。
14. 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。
15. 如請求項1之保護元件，其具備覆蓋上述絕緣基板之搭載有上述可熔導體之表面的殼體，且上述保持構件設置於上述殼體。

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