WO2017141678A1

WO2017141678A1 - ヒューズ素子

Info

Publication number: WO2017141678A1
Application number: PCT/JP2017/003155
Authority: WO
Inventors: 響子新田; 裕治古内; 幸市向
Original assignee: デクセリアルズ株式会社
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2017-08-24
Also published as: JP2017147162A; TW201802853A

Abstract

ヒューズ素子の小型化、低背化によってもフラックスを所定の位置に最大量保持でき、可溶導体の溶断特性の変動を防止して安定して動作させる。　絶縁基板１０と、絶縁基板１０上に配置され、電流経路に接続されるとともに、溶断することにより電流経路を遮断する可溶導体１３と、側壁２１と絶縁基板１０の可溶導体１３が搭載された表面１０ａ上を覆う天面２２とを有するカバー部材２０と、可溶導体１３上に塗布されたフラックス１７とを備え、カバー部材２０の天面２２内側には、フラックス１７を可溶導体１３上の所定の位置に保持するフラックス保持壁２４が設けられ、フラックス保持壁２４の外面２４ａと、カバー部材２０の側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上である。

Description

ヒューズ素子

　本発明は、電源ラインや信号ライン等に接続され、内蔵された可溶導体を溶断することにより、電源ラインや信号ライン等を遮断等するヒューズ素子に関する。本出願は、日本国において２０１６年２月１８日に出願された日本特許出願番号特願２０１６－０２９３７９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。

　図６（Ａ）に示すように、このようなヒューズ素子６０は、一般に、第１、第２の電極６１，６２及び発熱体引出電極６３が形成された絶縁基板６４上に可溶導体６５が搭載されるとともに、絶縁基板６４の表面に接着されたカバー部材６６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。

　また、ヒューズ素子６０は、可溶導体６５の表面に酸化防止、溶融促進及び溶断特性の維持、向上を目的としてフラックス６７が塗布されている。フラックス６７が可溶導体６５の溶断部位に均一に保持されることによって、可溶導体６５の酸化及び酸化に伴う溶断温度の上昇を防止して、溶断特性の変動を抑制することができる。

　また、ヒューズ素子６０には、フラックス６７を可溶導体６５上の所定の位置に均一に保持するとともに保持量を増加させるために、カバー部材６６の天面内側に、円筒状の突条部からなるフラックス保持部６８を形成したものがある（特許文献１参照）。フラックス保持部６８は、矩形板状に形成された可溶導体６５の略中央部に対向した位置に設けられている。可溶導体６５とフラックス保持部６８とにフラックス６７が接触することにより、ヒューズ素子６０が回路基板等にリフロー実装される際にフラックス６７が加熱された場合にも、フラックス保持部６８とその周辺にフラックス６７を保持することができる。

特開２０１０－３６６５号公報

　ところで、電子機器の小型化に伴い、ヒューズ素子においても小型化、低背化が求められており、例えば外形寸法３ｍｍ×２ｍｍ程度のヒューズ素子も提案されている。しかし、ヒューズ素子の小型化、低背化が進むと、カバー部材内部の空間も狭小化されていき、フラックスを可溶導体上の所定の位置に保持できなくなる問題が発生する。

　これは、図６（Ｂ）に示すように、ヒューズ素子６０の小型化、低背化により、フラックス保持部６８とカバー部材６６の側壁との距離が近づいたこと、また、フラックス保持部６８の低背化が進みフラックス６７の保持力が低下したことから、フラックス保持部６８に保持されていたフラックス６７がカバー部材６６の側壁に接触することで、当該側壁側に吸引され、フラックス保持部６８から流出してしまうためと考えられる。

　このようにフラックス６７が可溶導体６５の所定の位置から流動し、カバー部材６６の側壁側に偏在したり、あるいは可溶導体６５の中央部上におけるフラックス６７の保持量が低減したりすると、実使用時において可溶導体６５の溶断部位における酸化を抑制しにくく、溶断時間が伸びる等、溶断特性が変動するおそれがある。

　一方で、カバー部材６６の側壁との間の距離を十分に保持するためにフラックス保持部６８を小型化すると、フラックス６７の保持量が減少し、酸化防止効果が低下するおそれもある。

　そこで、本発明は、フラックス保持部による保持性を向上し、ヒューズ素子の小型化、低背化によってもフラックスを所定の位置に最大量保持でき、可溶導体の溶断特性の変動を防止して安定して動作させることができるヒューズ素子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、上記絶縁基板上に配置され、電流経路に接続されるとともに、溶断することにより上記電流経路を遮断する可溶導体と、側壁と上記絶縁基板の上記可溶導体が搭載された表面上を覆う天面とを有するカバー部材と、上記可溶導体上に塗布されたフラックスとを備え、上記カバー部材の上記天面内側には、上記フラックスを上記可溶導体上の所定の位置に保持するフラックス保持壁が設けられ、上記フラックス保持壁の外面と、上記カバー部材の側壁の内壁面との最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上である。

　本発目によれば、フラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上とされることにより、リフロー実装等によって加熱されフラックスが軟化した場合にも、フラックスがカバー部材の側壁側に付着、吸引され、流出することを防止でき、フラックスを所定の位置に保持することができる。したがって、本発明によれば、所定の溶断特性を安定的に維持できるヒューズ素子を得ることができる。

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、回路基板にヒューズ素子が表面実装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、カバー部材の底面図である。図４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路構成を示す図である。図５は、ヒューズ素子の回路構成を示す図である。図６（Ａ）は、従来の比較的大型のヒューズ素子を示す断面図及びそのケース部材を示す底面図であり、図６（Ｂ）は、小型化、低背化が図られることによりフラックスがフラックス保持部から側壁側に流出したヒューズ素子を示す断面図及びそのケース部材を示す底面図である。

　以下、本発明が適用されたヒューズ素子について、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ヒューズ素子１は、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等の回路基板にリフローにより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。この保護回路は、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、この保護回路は、ヒューズ素子１が実装された回路基板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、回路基板に実装されたヒューズ素子１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、絶縁基板１０の可溶導体１３が搭載された表面１０ａ上を覆うカバー部材２０とを備える。また、ヒューズ素子１は、可溶導体１３上に、可溶導体１３に発生する酸化膜を除去するとともに可溶導体１３の濡れ性を向上させるフラックス１７が保持されている。

　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。

　［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の外層に低融点金属層が形成されている場合に当該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、たとえばニクロム、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、あるいは内層を低融点金属層とし外層を高融点金属層とする等の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。可溶導体１３は、発熱体引出電極１６上に搭載されることにより、発熱体１４と重畳される。また、発熱体引出電極１６を介して第１、第２の電極１１，１２間に亘って接続された可溶導体１３は、発熱体引出電極１６と第１の電極１１との間、及び発熱体引出電極１６と第２の電極１２との間において溶断し、第１、第２の電極１１，１２間を遮断する。すなわち、可溶導体１３は、中央部が発熱体引出電極１６に支持されるとともに、発熱体引出電極１６に支持された中央部の両側が溶断部１３ａとされている。

　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１７が塗布されている。可溶導体１３は、フラックス１７が保持されることによって、可溶導体１３の酸化及び酸化に伴う溶断温度の上昇を防止して、溶断特性の変動を抑制し、速やかに溶断することができる。

　［カバー部材］
　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の可溶導体１３が搭載された表面１０ａ上にカバー部材２０が設けられている。カバー部材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、カバー部材２０は、側壁２１と、絶縁基板１０の表面１０ａ上を覆う天面２２とを有し、可溶導体１３上にフラックス１７を充填、保持可能な内部空間を有する。カバー部材２０は、例えば側壁２１が絶縁基板１０の表面１０ａ上に接着剤により接続されることにより、ヒューズ素子１の外筐体を構成する。

　また、図３に示すように、カバー部材２０の天面２２内側には、フラックス１７を可溶導体１３上の所定の位置に保持するフラックス保持壁２４が設けられている。フラックス保持壁２４は、カバー部材２０の天面２２よりヒューズ素子１の内部に突出して設けられ、例えば、環状に形成された突条部からなる。カバー部材２０は、フラックス保持壁２４によって、絶縁基板１０の表面１０ａ側に円筒状に突出するフラックス保持部２３が形成される。ヒューズ素子１は、フラックス１７がフラックス保持部２３と可溶導体１３との間に充填されることで、フラックス１７がフラックス保持壁２４との張力によって、可溶導体１３の表面と、円筒状に突出するフラックス保持部２３の内部及びその周辺との間に保持される。

　フラックス保持部２３は、可溶導体１３と対峙する位置に形成され、好ましくは発熱体１４と重畳する可溶導体１３の略中央に対向する位置に形成され、フラックス１７を可溶導体１３の発熱体引出電極１６及び発熱体１４と重畳する位置に保持する。このため、フラックス保持部２３は、カバー部材２０の天面２２の略中央に形成されることが好ましい。

　フラックス保持部２３が可溶導体１３の略中央に対向して設けられることにより、フラックス１７が可溶導体１３の表面を広範囲にカバーすることができ、発熱体１４の発熱により、フラックス１７を可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散させる。したがって、ヒューズ素子１は、可溶導体１３の酸化防止や濡れ性の向上によって、第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を速やかに溶断することができる。

　このとき、フラックス保持部２３が発熱体１４と重畳して形成されることで、フラックス１７が発熱体１４の熱により可溶導体１３の発熱体１４との重畳位置から外縁部にかけて拡散し、可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散することで、可溶導体１３を速やかに溶断することができる。

　なお、フラックス保持部２３は、フラックス保持壁２４の一部に、高さ方向のスリットを形成してもよい。また、フラックス保持部２３は、フラックス保持壁２４の一部に、開口部を形成してもよい。また、ヒューズ素子１は、円筒状に突出するフラックス保持部２３が、可溶導体１３の長手方向に沿って並列するあるいは発熱体１４の長手方向に沿って並列する等、フラックス保持部２３を複数形成してもよい。

　また、フラックス保持部２３は、同心円状の複数の円筒であってもよい。また、フラックス保持部２３は、円筒形状に限らず、楕円形状等、フラックス１７を保持できるあらゆる形状を採用することができる。

　このようなヒューズ素子１は、近年の電子機器の小型化に伴い、小型化、低背化が図られており、例えば絶縁基板１０に応じてカバー部材２０の外形寸法が３ｍｍ×２．２ｍｍ、側壁２１の厚さが０．２ｍｍ、内部寸法が２．６ｍｍ×１．８ｍｍとされている。カバー部材２０は、これ以外の寸法で形成することができることは勿論である。

　［フラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離Ｄ］
　また、カバー部材２０は、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上とされている。フラックス保持壁２４の外面２４ａとは、フラックス保持壁２４の側壁２１と対向する面をいい、図３に示すカバー部材２０においては、円筒状に突出するフラックス保持部２３を形成するフラックス保持壁２４の外周面をいう。また、側壁２１の内壁面２１ａとは、側壁２１のカバー部材２０の内側の壁面をいう。なお、内壁面２１ａは、側壁２１の壁面となる部位で仮にフラックス１７が接触した場合にはその張力が作用し得る程度に広範囲な面であり、局所的に突出するような部位は含まれない。

　フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上とされることにより、ヒューズ素子１は、リフロー実装等によって加熱されフラックス１７が軟化した場合にも、フラックス１７がカバー部材２０の側壁２１側に付着、吸引され、フラックス保持部２３から流出することを防止でき、フラックス１７をフラックス保持部２３及びその周辺に保持することができる。

　すなわち、ヒューズ素子１は、小型化、低背化によってカバー部材２０の内部空間が狭小化されていくなかでも、可溶導体１３の酸化を防止するとともに溶断特性を維持するために、フラックス保持部２３を大きくとり、フラックス１７はできるだけ多く供給することが好ましい。一方で、フラックス保持部２３を構成するフラックス保持壁２４の外周面とカバー部材２０の側壁２１の内壁面２１ａとが近接すると、側壁２１にフラックス１７が接触して側壁２１側に吸引されてしまう。このため、ヒューズ素子１は、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを０．０８ｍｍ以上確保したうえで、フラックス保持部２３を最大限大きく設けてフラックス１７をできるだけ多く保持するとともに、供給されたフラックス１７を安定的に保持し、リフロー加熱を経てもフラックス保持部２３及びその周辺にフラックス１７を保持することができる。

　ここで、フラックス１７としては、軟化したときの粘度が略３～２０Ｐａ・ｓのものを用いることができる。ヒューズ素子１は、フラックス保持部２３を構成するフラックス保持壁２４の外面２４ａとカバー部材２０の側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを０．０８ｍｍ以上とすることで、軟化したときの粘度が略３Ｐａ・ｓと低粘度のフラックス１７を用いた場合にもフラックス保持部２３に保持することができる。

　なお、フラックス１７の軟化したときの粘度が２０Ｐａ・ｓを超えると可溶導体１３上に供給する際の作業性が悪くなるが、本発明においては本質的な問題ではなく、ヒューズ素子１に適用可能である。また、フラックス保持壁２４の高さは、ヒューズ素子１の小型化、低背化によって狭小化されているカバー部材２０の内部空間に応じて低背化され、例えば０．１ｍｍに形成されている。

　また、フラックス保持部２３を複数並列した場合にも、各フラックス保持部２３を構成するフラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上とされる。隣接するフラックス保持壁２４同士の最小距離は問わず、０．０８ｍｍ未満で、フラックス１７が隣接するフラックス保持壁２４に付着しても構わない。フラックス保持部２３を同心円状の複数の円筒により形成した場合、最外周のフラックス保持壁２４の外周２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上とされる。

　なお、カバー部材２０の側壁２１は、絶縁基板１０の表面１０ａに接着剤２６によって接続されている。ヒューズ素子１は、接着剤２６の余剰分が側壁２１の内壁面２１ａに沿って這い上がってきた場合にも、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを０．０８ｍｍ以上確保することで、内壁面２１ａに沿って這い上がってきた接着剤とフラックス１７とが接触して内壁面２１ａ側に吸引されることもない。

　このようなヒューズ素子１は、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等の外部回路が構成される回路基板にリフロー等により表面実装されることにより当該外部回路の通電経路上に組み込まれる。このとき、ヒューズ素子１は、リフロー加熱によりフラックス１３が軟化した場合にも、フラックス保持壁２４の外周２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上とされることで、軟化したフラックス１７が側壁２１の内壁面２１ａに接触しフラックス保持部２３から流出することが防止されている。

　したがって、ヒューズ素子１は、フラックス１７を可溶導体１３上の所定の位置に保持することができ、可溶導体１３の酸化及び酸化に伴う溶断温度の上昇を防止し、溶断特性を安定化させることができる。

　そして、ヒューズ素子１は、外部接続電極１９ａを介して発熱体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、第１、第２の電極１１，１２及び発熱体引出電極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、第１、第２の電極１１，１２間にわたる電流経路を遮断することができる。また、可溶導体１３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、ヒューズ素子１は、第１、第２の電極１１，１２間にわたる通電経路上に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。

　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］
　ヒューズ素子１が実装される回路基板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１０ｆ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４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５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１６を介して可溶導体１３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、また発熱体引出電極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１３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。

　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。また、ヒューズ素子１は、電流経路や信号経路の遮断を行う保護素子（ＳＣＰ）の他にも、可溶導体の溶融導体を介して電流経路や信号経路を接続する短絡素子や、可溶導体を溶断するとともに可溶導体の溶融導体を介して電流経路や信号経路を切り替える切替素子に用いることができる。

　次いで、本発明の実施例について説明する。本実施例では、小型化、低背化が図られたカバー部材を用いて、可溶導体１３の略中央に対向する位置に設けたフラックス保持部２３の寸法、及びフラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを変えて、リフロー温度に相当する温度（２６０℃）で加熱した後の、フラックスの流動の有無を確認した。

　実施例及び比較例に係るカバー部材２０は、図３に示すように、外形寸法が３ｍｍ×２．２ｍｍ、側壁２１の厚さが０．２ｍｍ、内部寸法が２．６ｍｍ×１．８ｍｍとされている。フラックス保持部２３はフラックス保持壁２４が円筒状に突出することにより形成されている。フラックス保持壁２４は、厚さ０．１ｍｍで、カバー部材の天面からの突出高さは０．１ｍｍである。

　各実施例及び比較例とも２０個のヒューズ素子サンプルを用意し、リフロー温度に相当する温度（２６０℃）で加熱した後、カバー部材２０を外してフラックスの流出の有無を確認した。

　［実施例１］
　実施例１では、フラックス保持部２３の内径φを１．４４ｍｍ、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを左右とも０．０８ｍｍとした。実施例１に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部２３より流出した個数が２０個中４個であった。

　［実施例２］
　実施例２では、フラックス保持部２３の内径φを１．４ｍｍ、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを左右とも０．１ｍｍとした。実施例２に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部２３より流出した個数が２０個中０個であった。

　［実施例３］
　実施例１では、フラックス保持部２３の内径φを１．３ｍｍ、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを左右とも０．１５ｍｍとした。実施例３に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部２３より流出した個数が２０個中０個であった。

　［実施例４］
　実施例４では、フラックス保持部２３の内径φを１．２ｍｍ、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを左右とも０．２ｍｍとした。実施例４に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部２３より流出した個数が２０個中０個であった。

　［比較例１］
　比較例１では、フラックス保持部２３の内径φを１．５ｍｍ、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを左右とも０．０５ｍｍとした。比較例１に係るヒューズ素子は、フラックスがフラックス保持部２３より流出した個数が２０個中１６個であった。

　表１に示すように、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを０．０５ｍｍとした比較例１に比して、０．０８ｍｍとした実施例１では、フラックスの流出が生じたヒューズ素子の数が１６個から４個へと激減した。また、フラックス保持壁２４の外面２４ａと側壁２１の内壁面２１ａとの最小距離Ｄを０．１ｍｍ以上とした実施例２～４では、フラックスの流出が生じたヒューズ素子の数が０個であった。

　すなわち、ヒューズ素子において、カバー部材のフラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離Ｄを０．０８ｍｍ以上とすることで、リフロー加熱を経てもフラックスをフラックス保持部に保持することができることが分かる。また、フラックス保持壁の外面と側壁の内壁面との最小距離Ｄを０．１ｍｍ以上とすることで、より確実にフラックスの流出を防止できることが分かる。

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、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　側壁、２１ａ　内壁面、２２　天面、２２ａ　側縁部、２３　フラックス保持部、２４　フラックス保持壁、２４ａ　外面、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

　絶縁基板と、
　上記絶縁基板上に配置され、電流経路に接続されるとともに、溶断することにより上記電流経路を遮断する可溶導体と、
　側壁と上記絶縁基板の上記可溶導体が搭載された表面上を覆う天面とを有するカバー部材と、
　上記可溶導体上に塗布されたフラックスとを備え、
　上記カバー部材の上記天面内側には、上記フラックスを上記可溶導体上の所定の位置に保持するフラックス保持壁が設けられ、
　上記フラックス保持壁の外面と、上記カバー部材の側壁の内壁面との最小距離Ｄが０．０８ｍｍ以上であるヒューズ素子。
　上記フラックスの粘度は３～２０Ｐａ・ｓである請求項１記載のヒューズ素子。