WO2016117578A1 - ヒューズ素子及び回路モジュール - Google Patents

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WO2016117578A1
WO2016117578A1 PCT/JP2016/051482 JP2016051482W WO2016117578A1 WO 2016117578 A1 WO2016117578 A1 WO 2016117578A1 JP 2016051482 W JP2016051482 W JP 2016051482W WO 2016117578 A1 WO2016117578 A1 WO 2016117578A1
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fuse element
insulating substrate
opening
case
top surface
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English (en)
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裕治 古内
幸市 向
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Dexerials Corp
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Dexerials Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/165—Casings
    • H01H85/175—Casings characterised by the casing shape or form

Definitions

  • the present invention relates to a fuse element that protects a circuit by cutting off a power supply line and a signal line, and a circuit module on which the fuse element is mounted.
  • a fusible conductor is connected between a first electrode, a heating element extraction electrode, and a second electrode formed on an insulating substrate, thereby providing a current path.
  • the circuit side intends to make the fusible conductor on this current path blown by self-heating due to overcurrent, or by energizing a heating element provided inside the fuse element by an external signal.
  • the melted liquid soluble conductor is collected on the conductor layer connected to the heating element, whereby the first and second electrodes are separated to interrupt the current path.
  • Such a fuse element is generally covered with a case adhered to the surface of the insulating substrate while a soluble conductor is mounted on the insulating substrate on which the first and second electrodes and the heating element extraction electrode are formed. As a result, the inside is protected and the handleability is improved.
  • the present invention has a fuse element that has an opening for releasing the pressure inside the element, has an adhesive strength with an insulating substrate, prevents the case from falling off, and can ensure insulation after interruption of the current path, and
  • An object is to provide a circuit module using the same.
  • a fuse element includes an insulating substrate, a plurality of electrodes formed on a surface of the insulating substrate, and the plurality of electrodes connected between the plurality of electrodes and fused.
  • the case is provided with an opening penetrating inside the case at a position excluding a lower portion in contact with the surface of the insulating substrate.
  • the circuit module according to the present invention includes a fuse element and a circuit board on which the fuse element is surface-mounted, and the fuse element includes an insulating substrate and a plurality of electrodes formed on the surface of the insulating substrate.
  • a soluble conductor that is connected between the plurality of electrodes and is cut off between the plurality of electrodes by fusing, a side surface that is connected on the surface of the insulating substrate provided with the soluble conductor, and And a case having a top surface covering the surface of the insulating substrate, wherein the case is provided with an opening penetrating inside the case at a position excluding a lower portion in contact with the surface of the insulating substrate.
  • the expansion gas generated at the time of melting the soluble conductor is discharged, and the case Peeling and damage from the insulating substrate can be prevented.
  • the present invention it is possible to efficiently exhaust the vaporized material when the fuse element is blown by overcurrent toward the upper side of the insulating substrate, and the vaporized material is formed on the surface of the insulating substrate. It is also possible to prevent a situation in which the insulating property is impaired due to adhesion between the second electrodes.
  • FIG. 1A is a plan view showing a fuse element to which the present invention is applied without a case
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of a circuit module to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is an external perspective view showing the back surface of the fuse element to which the present invention is applied.
  • FIG. 3 is an external perspective view showing a fuse element having an opening on the top surface of the case.
  • FIG. 4 is a plan view showing a fuse element having an opening on the center line in the width direction and the longitudinal direction of the insulating substrate on the top surface.
  • FIG. 5 is an external perspective view showing a fuse element provided with an opening extending over the top and side surfaces of the case.
  • FIG. 6 is a plan view showing a fuse element having openings at corners of the top surface.
  • FIG. 7 is an external perspective view showing a fuse element provided with openings extending over the top corner and side corners of the case.
  • FIG. 8 is a plan view showing a fuse element in which an opening is provided on the top surface above the melted portion of the fusible conductor.
  • FIG. 9 is a plan view showing a state where the fusible conductor is blown into a linear shape.
  • FIG. 10 is a plan view showing a fuse element in which an opening is provided above the end portion of the linear fused portion of the soluble conductor on the top surface.
  • FIG. 11 is a plan view showing a fuse element in which an opening is provided in a side edge portion of the top surface on an extension line of a linear fusing portion of a fusible conductor.
  • FIG. 12 is an external perspective view showing a fuse element provided with an opening on the center line in the width direction and the longitudinal direction of the insulating substrate on the side surface.
  • FIG. 13 is an external perspective view showing a fuse element in which an opening is provided at a corner of a side surface.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a corridor configuration of a battery pack to which a fuse element and a circuit module are applied.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a circuit configuration of the fuse element.
  • FIG. 16 is an external perspective view showing a fuse element according to a reference example.
  • the circuit module 3 to which the present invention is applied is one in which a fuse element 1 is surface-mounted on a circuit board 2.
  • a protection circuit for a lithium ion secondary battery is formed on the circuit board 2, and the fuse element 1 is surface-mounted, whereby the soluble conductor 13 is incorporated on the charge / discharge path of the lithium ion secondary battery.
  • the circuit module 3 blocks the current path by fusing the fusible conductor 13 by self-heating (Joule heat).
  • the circuit module 3 cuts off the current path by energizing the heating element 14 at a predetermined timing by a current control element provided on the circuit board 2 or the like, and fusing the soluble conductor 13 by the heat generation of the heating element 14.
  • FIG. 1A is a plan view showing the fuse element 1 to which the present invention is applied without a case
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of a circuit module 3 to which the present invention is applied. It is.
  • the fuse element 1 includes an insulating substrate 10, a heating element 14 stacked on the insulating substrate 10 and covered with an insulating member 15, and first elements formed at both ends of the insulating substrate 10.
  • the electrode 11 and the second electrode 12, the heating element extraction electrode 16 laminated on the insulating member 15 so as to overlap the heating element 14, and both ends thereof are connected to the first and second electrodes 11 and 12, respectively.
  • a soluble conductor 13 whose central portion is connected to the heating element extraction electrode 16.
  • the insulating substrate 10 is formed in a substantially square shape by an insulating member such as alumina, glass ceramics, mullite, zirconia.
  • the insulating substrate 10 may be made of a material used for a printed wiring board such as a glass epoxy board or a phenol board, but it is necessary to pay attention to the temperature at which the fusible conductor 13 is melted.
  • the first and second electrodes 11 and 12 are opened by being spaced apart from each other in the vicinity of opposite side edges on the surface 10a of the insulating substrate 10, and a soluble conductor 13 to be described later is mounted. Thus, they are electrically connected via the soluble conductor 13. Further, the first and second electrodes 11 and 12 generate a large current exceeding the rating through the fuse element 1 and the fusible conductor 13 is melted by self-heating (Joule heat), or the heating element 14 generates heat when energized. The fusible conductor 13 is cut off by fusing.
  • the first and second electrodes 11 and 12 are provided on the back surface 10f through castellations provided on the first and second side surfaces 10b and 10c of the insulating substrate 10, respectively.
  • the external connection electrodes 11a and 12a are connected.
  • the fuse element 1 is connected to the circuit board 2 on which an external circuit is formed via these external connection electrodes 11a and 12a, and constitutes a part of the energization path of the external circuit.
  • the first and second electrodes 11 and 12 can be formed using a general electrode material such as Cu or Ag.
  • a coating such as Ni / Au plating, Ni / Pd plating, or Ni / Pd / Au plating is coated on the surfaces of the first and second electrodes 11 and 12 by a known method such as plating.
  • the fuse element 1 can prevent the first and second electrodes 11 and 12 from being oxidized, and can prevent a change in rating due to an increase in conduction resistance.
  • the first and second electrodes 11 and 12 are obtained by melting the connecting solder for connecting the fusible conductor 13 or the low melting point metal forming the outer layer of the fusible conductor 13. Can be prevented from being eroded.
  • the heating element 14 is a conductive member that generates heat when energized, and is made of, for example, W, Mo, Ru, Cu, Ag, or an alloy containing these as main components.
  • the heating element 14 is obtained by mixing a powdered material of these alloys, compositions, or compounds with a resin binder or the like, forming a paste on the insulating substrate 10 using a screen printing technique, and firing it. Etc. can be formed.
  • the heating element 14 has one end connected to the first heating element electrode 18 and the other end connected to the second heating element electrode 19.
  • an insulating member 15 is disposed so as to cover the heating element 14, and a heating element extraction electrode 16 is formed so as to face the heating element 14 through the insulating member 15.
  • an insulating member 15 may be laminated between the heating element 14 and the insulating substrate 10.
  • the insulating member 15 for example, glass can be used.
  • One end of the heating element extraction electrode 16 is connected to the first heating element electrode 18 and is connected to one end of the heating element 14 via the first heating element electrode 18.
  • the first heating element electrode 18 is formed on the third side surface 10 d side of the insulating substrate 10
  • the second heating element electrode 19 is formed on the fourth side surface 10 e side of the insulating substrate 10.
  • the second heating element electrode 19 is connected to an external connection electrode 19a formed on the back surface 10f of the insulating substrate 10 through a castellation formed on the fourth side surface 10e.
  • the heating element 14 is connected to an external circuit formed on the circuit board 2 via the external connection electrode 19a by mounting the fuse element 1 on the circuit board 2.
  • the heating element 14 can be connected to the first and second electrodes 11 and 12 by being energized through the external connection electrode 19a at a predetermined timing to cut off the energization path of the external circuit and generating heat.
  • the molten conductor 13 can be blown.
  • the heat generating body 14 also cut
  • the fusible conductor 13 is made of a material that is quickly melted by the heat generated by the heating element 14, and for example, a low melting point metal such as solder or Pb-free solder whose main component is Sn can be suitably used.
  • the fusible conductor 13 may be made of a high melting point metal such as In, Pb, Ag, Cu, or an alloy mainly containing any of these, or a laminate of a low melting point metal and a high melting point metal. It may be a body.
  • a high melting point metal such as In, Pb, Ag, Cu, or an alloy mainly containing any of these, or a laminate of a low melting point metal and a high melting point metal. It may be a body.
  • the high melting point metal and the low melting point metal even when the reflow temperature exceeds the melting point of the low melting point metal when the fuse element 1 is reflow mounted, Outflow to the outside can be suppressed and the shape of the soluble conductor 13 can be maintained.
  • the low melting point metal melts, and the high melting point metal is eroded (soldered), so that the fusing can be quickly performed at a temperature lower than the melting point of the high melting point metal.
  • the soluble conductor 13 is connected to the heating element extraction electrode 16 and the first and second electrodes 11 and 12 by soldering or the like.
  • the fusible conductor 13 can be easily connected by reflow soldering.
  • the soluble conductor 13 is preferably coated with a flux 18 for the purpose of preventing oxidation and improving wettability.
  • the fuse element 1 is provided with a case 20 on the surface 10a of the insulating substrate 10 in order to protect the inside.
  • the case 20 is formed in a substantially rectangular shape according to the shape of the insulating substrate 10.
  • the case 20 includes a side surface 21 connected to the surface 10a of the insulating substrate 10 provided with the soluble conductor 13, and a top surface that covers the surface 10a of the insulating substrate 10. 22, the fusible conductor 13 expands spherically on the surface 10 a of the insulating substrate 10 when melted, and the molten conductor aggregates on the heating element extraction electrode 16 and the first and second electrodes 11, 12. Enough internal space.
  • the case 20 is provided with an opening 23 penetrating into the case 20 at a position excluding the lower portion of the side surface 21 in contact with the surface 10a of the insulating substrate 10.
  • the fuse element 1 can discharge the expanding gas generated when the fusible conductor 13 is melted, and can prevent the case from being peeled off or damaged.
  • the fuse element 1 is provided with an opening 23 that does not reach the adhesive surface with the surface 10a of the insulating substrate 10 at a position other than the lower portion of the side surface 21, so that the side surface 21 adhered to the surface 10a of the insulating substrate 10 is provided. No depression is formed on the lower surface, and the bonding area can be ensured to the maximum. Therefore, the fuse element 1 can prevent a decrease in the adhesive strength due to a decrease in the bonding area of the case 20 to the insulating substrate 10, and the case 20 is peeled off from the surface 10 a of the insulating substrate 10 even when miniaturization progresses. I don't have to.
  • the fuse element 1 can efficiently exhaust the vaporized material when the fuse element is blown by an overcurrent toward the upper side of the insulating substrate 10 by providing the opening 23 at a position excluding the lower portion of the side surface 21. it can. Therefore, the fuse element 1 can also prevent a situation in which the vaporized substance adheres between the first and second electrodes 11 and 12 formed on the surface 10a of the insulating substrate 10 and inhibits insulation.
  • the shape of the opening 23 may be any shape such as a circle or a rectangle.
  • the size of the opening can be arbitrarily set, and when the circular opening 23 is formed, for example, the diameter can be 0.05 mm or more.
  • the opening 23 is a square, for example, one side can be a size of 0.05 mm or more, and when the opening 23 is a rectangle, a short side can be a size of 0.05 mm or more, for example. .
  • the case 20 is provided with one or more openings 23 on the top surface 22, and the center line L 1 in the width direction of the insulating substrate 10 and / or the longitudinal direction. it is preferably provided on the center line L 2 of.
  • the fusible conductor 13 is disposed at a substantially central portion of the insulating substrate 10, so that the vaporized substance or the case 20 can be used when self-heating due to overcurrent or fusing due to heat generation of the heating element 14.
  • the opening 23 is formed on the center line L 1 L 2 in the width direction and / or the longitudinal direction of the insulating substrate 10 on the top surface 22, so that the vaporized substance or the expanded air is formed. It becomes easy to miss.
  • the opening 23 is preferably formed in the side edge 22 a of the top surface 22. Since the fusible conductor 13 is disposed at a substantially central portion of the insulating substrate, the opening 23 is formed in the side edge 22a of the top surface 22 so that the path of the blast of the vaporized substance or the expanded air can be improved. Opened and can be exhausted efficiently. Further, the side edge portion 22a of the top surface 22 constitutes a corner portion by adjoining the upper side of the side surface 21 of the case 20, and is also a portion where vaporized substances and blasts of expanded air tend to concentrate. By providing 23, it is possible to make the blast easier to escape.
  • the handling of the fuse element 1 in the mounting machine is handled as compared with the case where the opening 23 is formed in the center of the top surface 22. There is no problem with sex.
  • At least one opening 23 is provided on the center line L 1 L 2 in the width direction and / or the longitudinal direction of the insulating substrate 10 on the top surface 22, and is preferably provided evenly on the top surface 22.
  • the openings 23 are preferably provided evenly at the four side edge portions 22 a on the center line L 1 in the width direction and the center line L 2 in the longitudinal direction of the insulating substrate 10 on the top surface 22.
  • the opening 23 may be provided equally in two places opposite side edge portions 22a on the center line L 2 of the center line L 1 or on longitudinal width direction of the insulating substrate 10 of the top surface 22.
  • the opening 23 may be formed from the side edge portion 22a of the top surface 22 to the upper portion of the side surface 21 as shown in FIG.
  • the blast is efficiently exhausted from the corner portion where the side edge portion 22a of the top surface 22 and the upper side of the side surface 21 are adjacent to each other, where vaporized substances and blasts of expanded air tend to concentrate. be able to.
  • the case 20 may be provided with an opening 23 at a corner 22b of the top surface 22 as shown in FIG.
  • the openings 23 are preferably provided at one or more corners 22b of the top surface 22 and provided at all four corners. Since the corner portion 22b of the top surface 22 tends to concentrate the vaporized substance and the blast of the expanded air, providing the opening 23 in the corner portion 22b makes it easier to escape the blast.
  • a blast can be efficiently exhausted from the corner
  • case 20 has the opening 23 formed in the side edge 22a on the center line L 1 L 2 in the width direction and / or the longitudinal direction of the insulating substrate 10 of the top surface 22 and also in the corner 22b. May be.
  • the case 20 has an opening 23 formed on the fusible conductor 13 as shown in FIG. You may form above the fusing part 13a.
  • the blast of the vaporized substance and the expanded air can be efficiently exhausted.
  • the fuse element 1 can be handled by a mounting machine as compared with the case where the opening 23 is provided at the center of the top surface 22. There is no problem in handling.
  • the case 20 is formed on the soluble conductor 13 on the top surface 22 as shown in FIG. You may form above the edge part of the linear fusing part 13b.
  • the fusible conductor 13 has an end portion of the linear fusing portion 13b on the top surface 22 because the end portion of the fusing portion 13b tends to be a final fusing portion when the fusing portion is linearly long.
  • the upper end of the linear fusing part 13b of the top surface 22 is out of the center of the top surface 22, so that the fuse element 1 of the fuse element 1 is compared with the case where the opening 23 is provided in the center of the top surface 22. There is no problem in handling such as handling on the mounting machine.
  • the case 20 is above the extension line of the linear melted part 13b formed by the fusible conductor 13 being melted in a linear shape, and is on the side edge 22a of the top surface 22. You may form in. Also in this case, when the fusible conductor 13 is blown by self-heating cutoff or the like, the final fusing point is likely to be the end of the linear fusing part 13b, and therefore above the extension line of the linear fusing part 13b, By forming the opening 23 in the side edge 22a of the top surface 22, it is possible to efficiently exhaust the vaporized material at the time of fusing and the blast of the expanded air.
  • the opening 23 may be formed from the side edge 22 a of the top surface 22 to the top of the side surface 21.
  • the blast is efficiently exhausted from the corner portion where the side edge portion 22a of the top surface 22 and the upper side of the side surface 21 are adjacent to each other, where vaporized substances and blasts of expanded air tend to concentrate. be able to.
  • the case 20 may be provided with one or a plurality of openings 23 on the side surface 21.
  • the opening 23 formed in the side surface 21 is also provided at a position excluding the lower portion of the side surface 21 in contact with the surface 10a of the insulating substrate 10.
  • the opening 23 formed in the side surface 21 is provided on the center line L 1 in the width direction and / or the center line L 2 in the longitudinal direction of the insulating substrate 10. Is preferred.
  • the fusible conductor 13 is disposed at a substantially central portion of the insulating substrate, when the vaporized substance or the air inside the case 20 rapidly expands at the time of fusing, the insulating substrate 10 on the side surface 21 is expanded.
  • the opening 23 By forming the opening 23 on the center line L 1 in the width direction and / or on the center line L 2 in the longitudinal direction, the vaporized substance and the expanded air can be easily released.
  • At least one opening 23 is provided on the center line L 1 L 2 in the width direction and / or the longitudinal direction of the insulating substrate 10 on the side surface 21, and is preferably provided evenly on the plurality of side surfaces 21.
  • the openings 23 are preferably provided evenly on the four side surfaces 21 on the center line L 1 in the width direction and the center line L 2 in the longitudinal direction of the insulating substrate 10.
  • the openings 23 may be equally provided on the two opposite side surfaces 21 on the center line L 1 in the width direction or the center line L 2 in the longitudinal direction of the insulating substrate 10.
  • the opening 23 formed in the side surface 21 may be formed in a corner portion 21a on the top surface 22 side of the side surface 21, as shown in FIG. Since the corner portion 21a of the side surface 21 tends to concentrate the vaporized substance and the blast of the expanded air, the blast can be more easily released by providing the opening portion 23 in the corner portion 21a.
  • the opening part 23 may be formed over the corner
  • the opening 23 may be formed from the corner 22b of the top surface 22 to the corner 21a on the top surface 22 side of one or two side surfaces 21 adjacent to the corner 22b.
  • the fuse element 1 described above a configuration in which the heating element 14 is provided and the soluble conductor 13 is blown by the heat generation of the heating element 14 in addition to the self-heating cutoff of the soluble conductor 13 due to a large current exceeding the rating has been described.
  • the fuse element 1 to which the present invention is applied may be one in which the current path is interrupted by the self-heating cutoff of the fusible conductor 13 due to a large current exceeding the rating without including the heating element 14.
  • circuit board 2 On which the fuse element 1 is mounted will be described.
  • a known insulating substrate such as a rigid substrate such as a glass epoxy substrate, a glass substrate, or a ceramic substrate, or a flexible substrate is used.
  • the circuit board 2 has a mounting portion on which the fuse element 1 is surface-mounted by reflow or the like, and is provided on the back surface 10a of the insulating substrate 10 of the fuse element 1 in the mounting portion. Connection electrodes connected to the external connection terminals 11a, 12a, and 19a are provided.
  • the circuit board 2 is mounted with an element such as an FET for energizing the heating element 14 of the fuse element 1.
  • circuit module 3 is used, for example, as a circuit in a battery pack of a lithium ion secondary battery.
  • the fuse element 1 is used by being incorporated in a battery pack 40 having a battery stack 45 including battery cells 41 to 44 of a total of four lithium ion secondary batteries.
  • the battery pack 40 includes a battery stack 45, a charge / discharge control circuit 50 that controls charging / discharging of the battery stack 45, a fuse element 1 to which the present invention that cuts off charging when the battery stack 45 is abnormal, and each battery cell A detection circuit 46 for detecting the voltages 41 to 44 and a current control element 47 for controlling the operation of the fuse element 1 according to the detection result of the detection circuit 46 are provided.
  • the battery stack 45 is formed by connecting battery cells 41 to 44 that need to be controlled for protection from overcharge and overdischarge states, and is detachable through the positive terminal 40a and the negative terminal 40b of the battery pack 40. Are connected to the charging device 55, and the charging voltage from the charging device 55 is applied.
  • the electronic device can be operated by connecting the positive terminal 40a and the negative terminal 40b of the battery pack 40 charged by the charging device 55 to the electronic device operated by the battery.
  • the charge / discharge control circuit 50 includes two current control elements 51 and 52 connected in series to a current path flowing from the battery stack 45 to the charging device 55, and a control unit 53 that controls operations of these current control elements 51 and 52. Is provided.
  • the current control elements 51 and 52 are configured by, for example, field effect transistors (hereinafter referred to as FETs), and control the gate voltage by the control unit 53 to control conduction and interruption of the current path of the battery stack 45. .
  • FETs field effect transistors
  • the control unit 53 operates by receiving power supply from the charging device 55, and controls the current so that the current path is interrupted when the battery stack 45 is overdischarged or overcharged according to the detection result by the detection circuit 46. The operation of the elements 51 and 52 is controlled.
  • the fuse element 1 is connected to, for example, a charge / discharge current path between the battery stack 45 and the charge / discharge control circuit 50, and its operation is controlled by the current control element 47.
  • the detection circuit 46 is connected to the battery cells 41 to 44, detects the voltage values of the battery cells 41 to 44, and supplies the voltage values to the control unit 53 of the charge / discharge control circuit 50.
  • the detection circuit 46 outputs a control signal for controlling the current control element 47 when any one of the battery cells 41 to 44 becomes an overcharge voltage or an overdischarge voltage.
  • the current control element 47 is constituted by, for example, an FET, and when the voltage value of the battery cells 41 to 44 exceeds a predetermined overdischarge or overcharge state by the detection signal output from the detection circuit 46, the fuse element 1 is operated to control the charge / discharge current path of the battery stack 45 to be cut off regardless of the switch operation of the current control elements 51 and 52.
  • the fuse element 1 to which the present invention is applied has a circuit configuration as shown in FIG. That is, the fuse element 1 generates heat that melts the soluble conductor 13 by energizing the soluble conductor 13 connected in series via the heating element extraction electrode 16 and the connection point of the soluble conductor 13 to generate heat.
  • This is a circuit configuration comprising the body 14.
  • the fusible conductor 13 is connected in series on the charge / discharge current path, and the heating element 14 is connected to the current control element 47.
  • the first electrode 11 of the fuse element 1 is connected to the open end of the battery stack 45 via the external connection electrode 11a, and the second electrode 12 is connected to the positive terminal 40a side of the battery pack 40 via the external connection electrode 12a.
  • the heating element 14 is connected to the charge / discharge current path of the battery pack 40 by being connected to the soluble conductor 15 via the heating element extraction electrode 13, and via the heating element electrode 16 and the external connection electrode 19 a. It is connected to the current control element 47.
  • the battery pack 40 cuts off the current path by fusing the fusible conductor 13 by self-heating (Joule heat). can do.
  • the fuse element 1 is provided with an opening 23 penetrating the inside of the case 20 at a position excluding the lower portion of the side surface 21 in contact with the surface 10a of the insulating substrate 10 of the case 20, the fusible conductor 13 is fused. It is possible to discharge the vaporized substance of the fusible conductor 13 and the air inside the expanded case 20 that are sometimes generated, and to prevent the case from being peeled off or damaged from the insulating substrate 10.
  • the fuse element 1 is provided with the opening 23 at a position excluding the lower portion of the side surface 21, so that no depression is formed on the lower surface of the side surface 21 bonded to the surface 10a of the insulating substrate 10, and the bonding area is maximized. Can be secured to the limit. Therefore, the fuse element 1 can prevent a decrease in the adhesive strength due to a decrease in the bonding area of the case 20 to the insulating substrate 10, and the case 20 is peeled off from the surface 10 a of the insulating substrate 10 even when miniaturization progresses. There is no need to do.
  • the fuse element 1 can efficiently exhaust the vaporized material when the fuse element is blown by an overcurrent toward the upper side of the insulating substrate 10 by providing the opening 23 at a position excluding the lower portion of the side surface 21. it can. Therefore, the fuse element 1 can also prevent a situation in which the vaporized substance adheres between the first and second electrodes 11 and 12 formed on the surface 10a of the insulating substrate 10 and inhibits insulation.
  • the fuse element 1 to which the present invention is applied is not limited to use in a battery pack of a lithium ion secondary battery, and can of course be applied to various uses that require interruption of a current path by an electric signal.

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Abstract

　ヒューズ素子において、内圧を逃す開口部を備えるとともに、絶縁基板との接着強度、及び電流経路の遮断後における絶縁性を確保する。　絶縁基板１０と、絶縁基板１０の表面１０ａに形成された複数の電極１１，１２と、複数の電極１１，１２間に接続され、溶断することにより複数の電極１１，１２間を遮断する可溶導体１３と、可溶導体１３が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａ上に接着された側面２１と、絶縁基板１０の表面１０ａ上を覆う天面２２とを有するケース２０とを備え、ケース２０は、側面２１の絶縁基板１０の表面１０ａと接する下部を除く位置に、ケース２０内部に貫通する開口部２３が設けられている。

Description

ヒューズ素子及び回路モジュール
　本発明は、電源ラインや信号ラインを遮断することにより回路を保護するヒューズ素子、及びヒューズ素子が実装された回路モジュールに関する。
　本出願は、日本国において２０１５年１月２０日に出願された日本特許出願番号特願２０１５－００８９３１を基礎として優先権を主張するものであり、この出願は参照されることにより、本出願に援用される。
　従来、例えばリチウムイオン二次電池向けの保護回路のヒューズ素子として、絶縁基板に形成された第１の電極、発熱体引出電極、第２の電極間に亘って可溶導体を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体を、過電流による自己発熱によって溶断するもの、あるいは外部からの信号によりヒューズ素子内部に設けた発熱体へ通電することによって回路側が意図するタイミングで可溶導体を溶断するものがある。このヒューズ素子では、溶融した液体状の可溶導体を発熱体に繋がる導体層上に集めることにより第１、第２の電極間を分離し電流経路を遮断する。
　このようなヒューズ素子は、一般に、第１、第２の電極及び発熱体引出電極が形成された絶縁基板上に可溶導体が搭載されるとともに、絶縁基板の表面に接着されたケースによって覆われることにより、内部が保護されるとともに取扱い性を向上させている。
特許第２７９０４３３号公報
　ここで、このようなヒューズ素子は、過電流などの遮断時に、瞬間的に高熱になり、ケース内部の空気が急激に膨張するため、素子内部の圧力を逃がす開口部分を設けるか、密封する場合はその膨張に耐える強度の筐体とする必要がある。
　しかし、筐体の強度を上げるためにはセラミックなどで筒状あるいは箱状の構造を形成する必要があり、コストが高くなるという問題がある。インジェクションモールドなどの方法で強度を上げる方法も考えられるが、内部の可溶導体が溶断する際には球状に膨張した後に導体層上に凝集することによって第１、第２の電極間を分断することから、可溶導体が溶融流動する空間を確保する必要があり、適用はできない。
　また、図１６に示すように、ケース１０１に開口部１０２を設ける場合、プラスチック成型の容易さから、絶縁基板１００との接着面に窪みを設ける方法が行われてきた。しかし、この方法では、ヒューズ素子の小型化が進むにつれて接着面積の減少につながるため接着強度が低くなり、また遮断時の溶融による熱的エネルギーも集中しやすくなることから、開口部を設けても内部空気の膨張に耐えられず剥離してケースが脱落する問題があった。
　さらに、開口部が適切な位置にない場合、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を効率よく逃がすことができず、本来絶縁すべき第１、第２の電極間をスパッタリングするような現象が発現し、適切な絶縁性を確保できないという問題もあった。
　そこで、本発明は、素子内部の圧力を逃す開口部を備えるとともに、絶縁基板との接着強度を備え、ケースの脱落を防止し、また電流経路の遮断後における絶縁性を確保できるヒューズ素子、及びこれを用いた回路モジュールを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決するために、本発明に係るヒューズ素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接着された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられているものである。
　また、本発明に係る回路モジュールは、ヒューズ素子と、上記ヒューズ素子が表面実装された回路基板とを有し、上記ヒューズ素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接続された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられているものである。
　本発明によれば、ケース側面の絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、ケース内部に貫通する開口部を設けることにより、可溶導体の溶断時おいて発生する膨張気体を排出し、ケースの絶縁基板からの剥離や損傷を防止することができる。
　また、本発明によれば、絶縁基板の表面に接着されるケース側面の下面に窪みが形成されておらず、接着面積を最大限に確保することができ、小型化が進んだ場合にも、ケースが絶縁基板の表面から剥離し脱落することもない。
　さらに、本発明によれば、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を絶縁基板の上方に向かって効率よく排気することができ、気化物質が絶縁基板の表面に形成された第１、第２の電極間に付着し絶縁性を阻害するような事態も防止することができる。
図１（Ａ）は、本発明が適用されたヒューズ素子を、ケースを省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、本発明が適用された回路モジュールの断面図である。 図２は、本発明が適用されたヒューズ素子の裏面を示す外観斜視図である。 図３は、ケースの天面に開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。 図４は、天面の、絶縁基板の幅方向及び長手方向の中心線上に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。 図５は、ケースの天面及び側面にわたる開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。 図６は、天面の角部に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。 図７は、ケースの天面角部及び側面角部にわたる開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。 図８は、天面の、可溶導体の溶断部位の上方に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。 図９は、可溶導体が線状に溶断される状態を示す平面図である。 図１０は、天面の、可溶導体の線状溶断部の端部上方に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。 図１１は、可溶導体の線状溶断部の延長線上における天面の側縁部に開口部を設けたヒューズ素子を示す平面図である。 図１２は、側面の、絶縁基板の幅方向及び長手方向の中心線上に開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。 図１３は、側面の角部に開口部を設けたヒューズ素子を示す外観斜視図である。 図１４は、ヒューズ素子及び回路モジュールが適用されたバッテリパックの回廊構成を示す図である。 図１５は、ヒューズ素子の回路構成を示す図である。 図１６は、参考例に係るヒューズ素子を示す外観斜視図である。
　以下、本発明が適用されたヒューズ素子及び回路モジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　本発明が適用された回路モジュール３は、回路基板２にヒューズ素子１が表面実装されたものである。回路基板２は、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等が形成され、ヒューズ素子１が表面実装されることにより、リチウムイオン二次電池の充放電経路上に可溶導体１３が組み込まれる。そして回路モジュール３は、ヒューズ素子１の定格を超える大電流が流れると、可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断することにより電流経路を遮断する。また、回路モジュール３は、回路基板２等に設けられた電流制御素子によって所定のタイミングで発熱体１４へ通電し、発熱体１４の発熱によって可溶導体１３を溶断させることによって電流経路を遮断することができる。なお、図１（Ａ）は、本発明が適用されたヒューズ素子１を、ケースを省略して示す平面図であり、図１（Ｂ）は、本発明が適用された回路モジュール３の断面図である。
　［ヒューズ素子］
　ヒューズ素子１は、図１（Ａ）に示すように、絶縁基板１０と、絶縁基板１０に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１０の両端に形成された第１の電極１１及び第２の電極１２と、絶縁部材１５上に発熱体１４と重畳するように積層された発熱体引出電極１６と、両端が第１、第２の電極１１，１２にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続された可溶導体１３とを備える。
　絶縁基板１０は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって略方形状に形成される。絶縁基板１０は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、可溶導体１３の溶断時の温度に留意する必要がある。
　［第１、第２の電極］
　第１、第２の電極１１，１２は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に、相対向する側縁近傍にそれぞれ離間して配置されることにより開放され、後述する可溶導体１３が搭載されることにより、可溶導体１３を介して電気的に接続されている。また、第１、第２の電極１１，１２は、ヒューズ素子１に定格を超える大電流が流れ可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、あるいは発熱体１４が通電に伴って発熱し可溶導体１３が溶断することにより、遮断される。
　図２に示すように、第１、第２の電極１１，１２は、それぞれ、絶縁基板１０の第１、第２の側面１０ｂ，１０ｃに設けられたキャスタレーションを介して裏面１０ｆに設けられた外部接続電極１１ａ，１２ａと接続されている。ヒューズ素子１は、これら外部接続電極１１ａ，１２ａを介して外部回路が形成された回路基板２と接続され、当該外部回路の通電経路の一部を構成する。
　第１、第２の電極１１，１２は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第１、第２の電極１１，１２の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、ヒューズ素子１は、第１、第２の電極１１，１２の酸化を防止し、導通抵抗の上昇に伴う定格の変動を防止することができる。また、ヒューズ素子１をリフロー実装する場合に、可溶導体１３を接続する接続用ハンダあるいは可溶導体１３の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第１、第２の電極１１，１２を溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。
　［発熱体］
　発熱体１４は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。発熱体１４は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１０上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。また、発熱体１４は、一端が第１の発熱体電極１８と接続され、他端が第２の発熱体電極１９と接続されている。
　ヒューズ素子１は、発熱体１４を覆うように絶縁部材１５が配設され、この絶縁部材１５を介して発熱体１４に対向するように発熱体引出電極１６が形成されている。発熱体１４の熱を効率良く可溶導体１３に伝えるために、発熱体１４と絶縁基板１０の間にも絶縁部材１５を積層しても良い。絶縁部材１５としては、例えばガラスを用いることができる。
　発熱体引出電極１６の一端は、第１の発熱体電極１８に接続されるとともに、第１の発熱体電極１８を介して発熱体１４の一端と連続されている。なお、第１の発熱体電極１８は、絶縁基板１０の第３の側面１０ｄ側に形成され、第２の発熱体電極１９は、絶縁基板１０の第４の側面１０ｅ側に形成されている。また、第２の発熱体電極１９は、第４の側面１０ｅに形成されたキャスタレーションを介して絶縁基板１０の裏面１０ｆに形成された外部接続電極１９ａと接続されている。
　発熱体１４は、ヒューズ素子１が回路基板２に実装されることにより、外部接続電極１９ａを介して回路基板２に形成された外部回路と接続される。そして、発熱体１４は、外部回路の通電経路を遮断する所定のタイミングで外部接続電極１９ａを介して通電され、発熱することにより、第１、第２の電極１１，１２を接続している可溶導体１３を溶断することができる。また、発熱体１４は、可溶導体１３が溶断することにより、自身の通電経路も遮断されることから発熱が停止する。
　［可溶導体］
　可溶導体１３は、発熱体１４の発熱により速やかに溶断される材料からなり、例えばハンダや、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
　また、可溶導体１３は、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする合金等の高融点金属を用いてもよく、あるいは低融点金属と高融点金属との積層体であってもよい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、ヒューズ素子１をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、低融点金属の外部への流出を抑制し、可溶導体１３の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食（ハンダ食われ）することで、高融点金属の融点以下の温度で速やかに溶断することができる。
　なお、可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び第１、第２の電極１１，１２へ、ハンダ等により接続されている。可溶導体１３は、リフローはんだ付けによって容易に接続することができる。
　また、可溶導体１３は、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス１８が塗布されていることが好ましい。
　［ケース］
　また、ヒューズ素子１は、内部を保護するために、絶縁基板１０の表面１０ａ上にケース２０が設けられている。ケース２０は、絶縁基板１０の形状に応じて略矩形状に形成されている。また、図１（Ｂ）に示すように、ケース２０は、可溶導体１３が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａ上に接続される側面２１と、絶縁基板１０の表面１０ａ上を覆う天面２２とを有し、絶縁基板１０の表面１０ａ上に、可溶導体１３が溶融時に球状に膨張し、溶融導体が発熱体引出電極１６や第１、第２の電極１１，１２上に凝集するのに十分な内部空間を有する。
　また、図３～図１３に示すように、ケース２０は、絶縁基板１０の表面１０ａと接する側面２１の下部を除く位置に、ケース２０内部に貫通する開口部２３が設けられている。開口部２３を設けることにより、ヒューズ素子１は、可溶導体１３の溶断時おいて発生する膨張気体を排出し、ケースの絶縁基板１０からの剥離や損傷を防止することができる。
　また、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に、絶縁基板１０の表面１０ａとの接着面に至らない開口部２３を設けることにより、絶縁基板１０の表面１０ａに接着される側面２１の下面に窪みが形成されておらず、接着面積を最大限に確保することができる。したがって、ヒューズ素子１は、ケース２０の絶縁基板１０への接着面積の減少による接着強度の低下を防止でき、小型化が進んだ場合にも、ケース２０が絶縁基板１０の表面１０ａから剥離し脱落することもない。
　さらに、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に開口部２３を設けることにより、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を絶縁基板１０の上方に向かって効率よく排気することができる。したがって、ヒューズ素子１は、気化物質が絶縁基板１０の表面１０ａに形成された第１、第２の電極１１，１２間に付着し絶縁性を阻害するような事態も防止することができる。
　なお、開口部２３の形状は、円形、方形等いずれの形状であってもよい。また、開口部の大きさも任意に設定することができ、円形の開口部２３を形成する場合には、例えば直径０．０５ｍｍ以上の大きさとすることができる。また、開口部２３が正方形の場合は、例えば一辺が０．０５ｍｍ以上の大きさとすることができ、開口部２３が長方形の場合は、例えば短辺が０．０５ｍｍ以上の大きさとすることができる。
　［中心線上／側縁部］
　ここで、ケース２０は、図３及び図４に示すように、１又は複数の開口部２３が、天面２２に設けられるとともに、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1及び／又は長手方向の中心線Ｌ2上に設けられていることが好ましい。図１（Ａ）に示すように、可溶導体１３は、絶縁基板１０の略中央部に配設されているため、過電流による自己発熱や発熱体１４の発熱による溶断時に気化物質やケース２０内部の空気が急激に膨張した場合に、天面２２の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上に開口部２３を形成することにより、気化物質や膨張した空気を逃しやすくなる。
　このとき、開口部２３は、天面２２の側縁部２２ａに形成されていることが好ましい。可溶導体１３は、絶縁基板の略中央部に配設されているため、天面２２の側縁部２２ａに開口部２３を形成することにより、気化物質や膨張した空気の爆風の進路上が開口され、効率良く排気することができる。また、天面２２の側縁部２２ａは、ケース２０の側面２１の上辺と隣接することで角部を構成し、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい部位でもあることから、開口部２３を設けることで、より爆風を逃がしやすくすることができる。
　また、天面２２の側縁部２２ａに開口部２３を形成することにより、天面２２の中央に開口部２３を形成する場合に比して、ヒューズ素子１の実装機での取扱い等のハンドリング性に支障もない。
　なお、開口部２３は、天面２２の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上に少なくとも１つ設けられ、好ましくは天面２２に均等に設けられる。例えば、開口部２３は、天面２２の絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び長手方向の中心線Ｌ2上の各両側縁部２２ａの４か所に均等に設けることが好ましい。また、開口部２３は、天面２２の絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上又は長手方向の中心線Ｌ2上の両側縁部２２ａの２か所に均等に設けてもよい。
　また、開口部２３は、図５に示すように、天面２２の側縁部２２ａから側面２１の上部にかけて形成してもよい。天面２２から側面２１にかけて開口することにより、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい天面２２の側縁部２２ａと側面２１の上辺とが隣接する角部から効率よく爆風を排気することができる。
　［天面の角部］
　また、ケース２０は、図６に示すように、開口部２３を天面２２の角部２２ｂに設けてもよい。このとき、開口部２３は、天面２２の１つ以上の角部２２ｂに設けられ、四隅全てに設けられることが好ましい。天面２２の角部２２ｂは、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすいため、当該角部２２ｂに開口部２３を設けることにより、より爆風を逃しやすくすることができる。
　なお、開口部２３は、図７に示すように、天面２２の角部２２ｂから、当該角部２２ｂと隣接する２つの側面２１の天面２２側の角部にかけて形成してもよい。これにより、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい天面２２の側縁部２２ａと側面２１の上辺とが隣接する角部から効率よく爆風を排気することができる。
　また、ケース２０は、開口部２３を、天面２２の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上の側縁部２２ａに形成するとともに、角部２２ｂにも形成してもよい。
　［溶断部位の上方］
　また、ケース２０は、図１（Ａ）に示すように、可溶導体１３の溶断部位１３ａが天面２２の中央ではない場合、図８に示すように、開口部２３を可溶導体１３の溶断部位１３ａの上方に形成してもよい。天面２２の溶断部位１３ａの上方に開口部２３を設けることによっても、気化物質や膨張した空気の爆風を効率よく排気することができる。
　また、可溶導体１３の溶断部位１３ａが天面２２の中央から外れているため、天面２２の中央に開口部２３を設ける場合に比して、ヒューズ素子１の実装機での取扱い等のハンドリング性に支障もない。
　［線状溶断部の端部上方］
　また、ケース２０は、図９に示すように、可溶導体１３が自己発熱遮断等により線状に溶断する場合に、図１０に示すように、天面２２の可溶導体１３に形成される線状溶断部１３ｂの端部上方に形成してもよい。可溶導体１３は、溶断部位が線状に長くなった場合、その線状溶断部１３ｂの端部が最終的な溶断箇所となりやすいことから、天面２２の当該線状溶断部１３ｂの端部上方に開口部２３を設けることにより、溶断時の気化物質や膨張した空気の爆風を効率よく排気することができる。
　また、天面２２の当該線状溶断部１３ｂの端部上方は、天面２２の中央から外れているため、天面２２の中央に開口部２３を設ける場合に比して、ヒューズ素子１の実装機での取扱い等のハンドリング性に支障もない。
　［線状溶断部の延長線上］
　また、ケース２０は、図１１に示すように、可溶導体１３が線状に溶断することにより形成される線状溶断部１３ｂの延長線上の上方であって、天面２２の側縁部２２ａに形成してもよい。この場合も、自己発熱遮断等による可溶導体１３の溶断時において最終的な溶断箇所は線状溶断部１３ｂの端部となりやすいことから、線状溶断部１３ｂの延長線上の上方であって、天面２２の側縁部２２ａに開口部２３を形成することにより、溶断時の気化物質や膨張した空気の爆風を効率よく排気することができる。
　なお、この場合も、開口部２３は、天面２２の側縁部２２ａから側面２１の上部にかけて形成してもよい。天面２２から側面２１にかけて開口することにより、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい天面２２の側縁部２２ａと側面２１の上辺とが隣接する角部から効率よく爆風を排気することができる。
　［側面］
　また、ケース２０は、１又は複数の開口部２３を、側面２１に設けてもよい。側面２１に形成される開口部２３も、上述したように、絶縁基板１０の表面１０ａと接する側面２１の下部を除く位置に設けられる。
　このとき、図１２に示すように、側面２１に形成される開口部２３は、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び／又は長手方向の中心線Ｌ2上に設けられていることが好ましい。上述したように、可溶導体１３は、絶縁基板の略中央部に配設されているため、溶断時に気化物質やケース２０内部の空気が急激に膨張した場合に、側面２１の絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び／又は長手方向の中心線Ｌ2上に開口部２３を形成することにより、気化物質や膨張した空気を逃しやすくなる。
　なお、開口部２３は、側面２１の絶縁基板１０の幅方向及び／又は長手方向の中心線Ｌ1Ｌ2上に少なくとも１つ設けられ、好ましくは複数の側面２１に均等に設けられる。例えば、開口部２３は、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上及び長手方向の中心線Ｌ2上の４つの側面２１に均等に設けることが好ましい。また、開口部２３は、絶縁基板１０の幅方向の中心線Ｌ1上又は長手方向の中心線Ｌ2上の相対向する２つの側面２１に均等に設けてもよい。
　また、側面２１に形成される開口部２３は、図１３に示すように、側面２１の天面２２側の角部２１ａに形成してもよい。側面２１の角部２１ａは、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすいため、当該角部２１ａに開口部２３を設けることにより、より爆風を逃しやすくすることができる。
　なお、開口部２３は相隣接する側面２１の角部２１ａにわたって形成してもよい。また、上述したように、開口部２３は、天面２２の角部２２ｂから、当該角部２２ｂと隣接する１つ又は２つの側面２１の天面２２側の角部２１ａにかけて形成してもよい。これらによっても、気化物質や膨張した空気の爆風が集中しやすい側面２１の角部２１ａや、天面２２の角部２２ｂと側面２１の天面２２側の角部２１ａとが隣接する部位から効率よく爆風を排気することができる。
　なお、上述したヒューズ素子１では、発熱体１４を備え、定格を超える大電流による可溶導体１３の自己発熱遮断の他、発熱体１４の発熱によっても可溶導体１３を溶断させる構成について説明したが、本発明が適用されたヒューズ素子１は、発熱体１４を備えずに、定格を超える大電流による可溶導体１３の自己発熱遮断によって電流経路を遮断させるものであってもよい。
　［回路基板］
　次いで、ヒューズ素子１が実装される回路基板２について説明する。回路基板２は、例えばガラスエポキシ基板やガラス基板、セラミック基板等のリジッド基板や、フレキシブル基板等、公知の絶縁基板が用いられる。また、回路基板２は、図１（Ｂ）に示すように、ヒューズ素子１がリフロー等によって表面実装される実装部を有し、実装部内にヒューズ素子１の絶縁基板１０の裏面１０ａに設けられた外部接続端子１１ａ，１２ａ，１９ａとそれぞれ接続される接続電極が設けられている。なお、回路基板２は、ヒューズ素子１の発熱体１４に通電させるＦＥＴ等の素子が実装されている。
　［回路モジュールの使用方法］
　次いで、ヒューズ素子１及びヒューズ素子１が回路基板２に表面実装された回路モジュール３の使用方法について説明する。図１４に示すように、回路モジュール３は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパック内の回路として用いられる。
　たとえば、ヒューズ素子１は、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル４１～４４からなるバッテリスタック４５を有するバッテリパック４０に組み込まれて使用される。
　バッテリパック４０は、バッテリスタック４５と、バッテリスタック４５の充放電を制御する充放電制御回路５０と、バッテリスタック４５の異常時に充電を遮断する本発明が適用されたヒューズ素子１と、各バッテリセル４１～４４の電圧を検出する検出回路４６と、検出回路４６の検出結果に応じてヒューズ素子１の動作を制御する電流制御素子４７とを備える。
　バッテリスタック４５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル４１～４４が直列接続されたものであり、バッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂを介して、着脱可能に充電装置５５に接続され、充電装置５５からの充電電圧が印加される。充電装置５５により充電されたバッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。
　充放電制御回路５０は、バッテリスタック４５から充電装置５５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子５１、５２と、これらの電流制御素子５１、５２の動作を制御する制御部５３とを備える。電流制御素子５１、５２は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部５３によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック４５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部５３は、充電装置５５から電力供給を受けて動作し、検出回路４６による検出結果に応じて、バッテリスタック４５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子５１、５２の動作を制御する。
　ヒューズ素子１は、たとえば、バッテリスタック４５と充放電制御回路５０との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子４７によって制御される。
　検出回路４６は、各バッテリセル４１～４４と接続され、各バッテリセル４１～４４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路５０の制御部５３に供給する。また、検出回路４６は、いずれか１つのバッテリセル４１～４４が過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子４７を制御する制御信号を出力する。
　電流制御素子４７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路４６から出力される検出信号によって、バッテリセル４１～４４の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、ヒューズ素子１を動作させて、バッテリスタック４５の充放電電流経路を電流制御素子５１、５２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
　以上のような構成からなるバッテリパック４０において、ヒューズ素子１の構成について具体的に説明する。
　まず、本発明が適用されたヒューズ素子１は、図１５に示すような回路構成を有する。すなわち、ヒューズ素子１は、発熱体引出電極１６を介して直列接続された可溶導体１３と、可溶導体１３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体１３を溶融する発熱体１４とからなる回路構成である。また、ヒューズ素子１では、たとえば、可溶導体１３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱体１４が電流制御素子４７と接続される。ヒューズ素子１の第１の電極１１は、外部接続電極１１ａを介してバッテリスタック４５の開放端と接続され、第２の電極１２は、外部接続電極１２ａを介してバッテリパック４０の正極端子４０ａ側の開放端と接続される。また、発熱体１４は、発熱体引出電極１３を介して可溶導体１５と接続されることによりバッテリパック４０の充放電電流経路と接続され、また発熱体電極１６及び外部接続電極１９ａを介して電流制御素子４７と接続される。
　このようなバッテリパック４０は、ヒューズ素子１の発熱体１４が通電、発熱されると、可溶導体１３が溶融し、その濡れ性によって、発熱体引出電極１６上に引き寄せられる。その結果、ヒューズ素子１は、可溶導体１３が溶断することにより、確実に電流経路を遮断することができる。また、可溶導体１５が溶断することにより発熱体１４への給電経路も遮断されるため、発熱体１４の発熱も停止する。
　また、バッテリパック４０は、充放電経路上にヒューズ素子１の定格を超える予期しない大電流が流れた場合に、可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）により溶断することによって、電流経路を遮断することができる。
　このとき、ヒューズ素子１は、ケース２０の絶縁基板１０の表面１０ａと接する側面２１の下部を除く位置に、ケース２０内部に貫通する開口部２３が設けられているため、可溶導体１３の溶断時おいて発生する可溶導体１３の気化物質や膨張したケース２０内部の空気を排出し、ケースの絶縁基板１０からの剥離や損傷を防止することができる。
　また、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に開口部２３を設けることにより、絶縁基板１０の表面１０ａに接着される側面２１の下面に窪みが形成されておらず、接着面積を最大限に確保することができる。したがって、ヒューズ素子１は、ケース２０の絶縁基板１０への接着面積の減少による接着強度の低下を防止でき、小型化が進んだ場合にも、ケース２０が絶縁基板１０の表面１０ａから剥離し脱落することもない。
　さらに、ヒューズ素子１は、側面２１の下部を除く位置に開口部２３を設けることにより、過電流でヒューズエレメントが溶断する際の気化物質を絶縁基板１０の上方に向かって効率よく排気することができる。したがって、ヒューズ素子１は、気化物質が絶縁基板１０の表面１０ａに形成された第１、第２の電極１１，１２間に付着し絶縁性を阻害するような事態も防止することができる。
　なお、本発明が適用されたヒューズ素子１は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん適用可能である。
１　ヒューズ素子、　２　回路基板、３　回路モジュール、１０　絶縁基板、１０ａ　表面、１０ｂ　第１の側面、１０ｃ　第２の側面、１０ｄ　第３の側面、１０ｅ　第４の側面、１０ｆ　裏面、１１　第１の電極、１１ａ　外部接続電極、１２　第２の電極、１２ａ　外部接続電極、１３　可溶導体、１３ａ　溶断部位、１３ｂ　線状溶断部、１４　発熱体、１５　絶縁部材、１６　発熱体引出電極、１８　第１の発熱体電極、１９　第２の発熱体電極、１９ａ　外部接続電極、２０　ケース、２１　側面、２１ａ　角部、２２　天面、２２ａ　側縁部、２２ｂ　角部、２３　開口部、４０　バッテリパック、４１～４４　バッテリセル、４５　バッテリスタック、４６　検出回路、４７　電流制御素子、５０　充放電制御回路、５１，５２　電流制御素子、５３　制御部、５５　充電装置

Claims (12)

  1. 　絶縁基板と、
    　上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、
    　上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、
    　上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接着された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、
    　上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられているヒューズ素子。
  2. 　上記ケースは、１又は複数の上記開口部が、上記天面に設けられるとともに、上記絶縁基板の幅方向及び／又は長手方向の中心線上に設けられている請求項１記載のヒューズ素子。
  3. 　上記開口部は、上記天面の側縁部に形成されている請求項２記載のヒューズ素子。
  4. 　上記ケースは、上記開口部が上記天面の角部に設けられている請求項１～３のいずれか１項に記載のヒューズ素子。
  5. 　上記開口部は、上記可溶導体の溶断部位の上方に形成されている請求項１又は２に記載のヒューズ素子。
  6. 　上記可溶導体は幅方向又は長手方向にわたって線状に溶断し、
    　上記開口部は、上記天面の上記可溶導体が溶断する溶断線の端部上方に形成されている請求項５記載のヒューズ素子。
  7. 　上記可溶導体は幅方向又は長手方向にわたって線状に溶断し、
    　上記開口部は、上記可溶導体が溶断する溶断線の延長線上の上方であって、上記天面の側縁部に形成されている請求項５記載のヒューズ素子。
  8. 　上記開口部は、上記天面から上記側面にかけて開口されている請求項１～３のいずれか１項に記載のヒューズ素子。
  9. 　上記ケースは、１又は複数の上記開口部が、上記側面に設けられるとともに、上記絶縁基板の幅方向及び／又は長手方向の中心線上に設けられている請求項１記載のヒューズ素子。
  10. 　上記ケースは、上記開口部が上記側面の上記天面と接する角部に設けられている請求項１又は９に記載のヒューズ素子。
  11. 　上記開口部は、直径０．０５ｍｍ以上の円形、又は一辺が０．０５ｍｍ以上の方形である請求項１～３のいずれか１項に記載のヒューズ素子。
  12. 　ヒューズ素子と、
    　上記ヒューズ素子が表面実装された回路基板とを有し、
    　上記ヒューズ素子は、
    　絶縁基板と、
    　上記絶縁基板の表面に形成された複数の電極と、
    　上記複数の電極間に接続され、溶断することにより上記複数の電極間を遮断する可溶導体と、
    　上記可溶導体が設けられた上記絶縁基板の表面上に接続された側面と、上記絶縁基板の表面上を覆う天面とを有するケースとを備え、
    　上記ケースは、上記絶縁基板の表面と接する下部を除く位置に、上記ケース内部に貫通する開口部が設けられている回路モジュール。
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