WO2017163765A1 - 保護素子 - Google Patents

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WO2017163765A1
WO2017163765A1 PCT/JP2017/007409 JP2017007409W WO2017163765A1 WO 2017163765 A1 WO2017163765 A1 WO 2017163765A1 JP 2017007409 W JP2017007409 W JP 2017007409W WO 2017163765 A1 WO2017163765 A1 WO 2017163765A1
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WO
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electrode
heating element
insulating substrate
fuse
extraction electrode
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PCT/JP2017/007409
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French (fr)
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吉弘 米田
Original Assignee
デクセリアルズ株式会社
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/583—Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention is mounted on a current path, and when a current exceeding the rating flows, the heater is blown by Joule heat due to overcurrent, or when the current path needs to be cut off due to an abnormality on a circuit forming the current path, etc.
  • the present invention relates to a protection element that cuts off a current path by fusing a fusible conductor by heating.
  • a protective element that melts a soluble conductor by heating with a heater and interrupts the current path.
  • a protective element is formed on a functional chip in which an electrode or a soluble conductor is mounted on an insulating substrate, and a surface-mounting type in which this chip is mounted on a circuit board is known.
  • the fusible conductor is blown by energizing and heating the heater based on the signal from the external circuit, so that the current path is cut off at the timing based on the control of the external circuit. It can be used.
  • a protection element is used as a protection circuit for a secondary battery such as a lithium ion battery.
  • a heater is provided on the surface of the insulating substrate, and the heat generated from the heater is transferred to the soluble conductor through the insulating layer to melt the soluble conductor and cut off the current path.
  • An element is disclosed.
  • a heater is provided on the back surface of the insulating substrate, and the heat generated from the heater is transferred to the soluble conductor through the insulating substrate, so that the soluble conductor is melted.
  • An element for interrupting is also disclosed.
  • an object of the present invention is to provide a protective element that can cope with a large current, efficiently transfers heat from a heater to a fusible conductor, and has excellent fast fusing properties.
  • a protection element includes an insulating substrate, a first electrode and a second electrode provided on the insulating substrate, a heating element provided on the insulating substrate, A first heating element electrode and a second heating element electrode connected to the heating element, a heating element extraction electrode connected to one of the first heating element electrode and the second heating element electrode, and a first heating element A third electrode connected to the other of the body electrode and the second heating element electrode, and a soluble conductor connecting the first electrode and the second electrode to each other via the heating element extraction electrode
  • One of the first heating element electrode and the second heating element electrode and the heating element extraction electrode are connected at least at a position overlapping with the soluble conductor.
  • a protection element includes an insulating substrate, a first electrode and a second electrode provided on the insulating substrate, and a heating element provided on the insulating substrate.
  • a first heating element electrode connected to the heating element, a third electrode connected to the first heating element electrode, a heating element extraction electrode connected to the heating element, the first electrode and the second electrode.
  • the heating element and the heating element extraction electrode are connected to each other at least at a position overlapping the soluble conductor.
  • the melting time of the soluble conductor due to the heat generation of the heating element can be shortened, and a protection element with a large current rating can be realized.
  • FIG. 1 is a plan view showing the fuse element according to the first embodiment with the cover member removed.
  • FIG. 2 is a plan view showing a state where a fusible conductor is removed from the fuse element in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram for explaining the circuit configuration of the fuse element.
  • FIG. 4 (A) shows the state before the operation of the fuse element
  • FIG. 4 (B) shows the fusible conductor after the operation of the fuse element. Shows melted state.
  • FIG. 5 is a plan view showing a state where the fuse element in FIG. 1 is activated and the fusible conductor is melted.
  • FIG. 1 is a plan view showing the fuse element according to the first embodiment with the cover member removed.
  • FIG. 2 is a plan view showing a state where a fusible conductor is removed from the fuse element in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A
  • FIG. 6 is a plan view showing the fuse element according to the second embodiment with the cover member removed.
  • FIG. 7 is a plan view showing a state in which a fusible conductor is removed from the fuse element shown in FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 6.
  • FIG. 9 is a plan view showing the fuse element according to the third embodiment with the cover member removed.
  • FIG. 10 is a plan view showing a state in which a fusible conductor is removed from the fuse element in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 9.
  • 12 is an equivalent circuit diagram for explaining the circuit configuration of the fuse element in FIG. 9.
  • FIG. 12 (A) shows the state before the operation of the fuse element, and FIG.
  • FIG. 12 (B) shows the state after the operation of the fuse element.
  • the molten conductor is melted.
  • FIG. 13 is a plan view showing the fuse element according to the fourth embodiment with the cover member removed.
  • FIG. 14 is a plan view showing a state in which a fusible conductor is removed from the fuse element shown in FIG.
  • FIG. 15 is a sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 13.
  • FIG. 16 is a plan view showing the fuse element of the reference example with the cover member removed.
  • FIG. 17 is a plan view showing a state where a fusible conductor is removed from the fuse element in FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 19 is an equivalent circuit diagram for explaining the circuit configuration of the fuse element in FIG. 16.
  • FIG. 19 (A) shows the state before the operation of the fuse element
  • FIG. 19 (B) shows the possible state after the operation of the fuse element.
  • the molten conductor is melted.
  • the fuse element 1 can be mounted on a charge / discharge path of a lithium ion secondary battery by being surface-mounted by reflow on a circuit board such as a protection circuit of the lithium ion secondary battery.
  • the molten conductor 10 is incorporated.
  • This protection circuit cuts off the current path by melting the fusible conductor 10 by self-heating (Joule heat) when a large current exceeding the rating of the fuse element 1 flows. Further, this protection circuit energizes the heating element 5 at a predetermined timing by a secondary protection IC provided on a circuit board or the like on which the fuse element 1 is mounted, and the fusible conductor 10 is blown by the heat generation of the heating element 5. As a result, the current path can be interrupted.
  • the fuse element 1 includes an insulating substrate 2, a first electrode 3 and a second electrode 4 provided on the insulating substrate 2, and heat generation provided on the insulating substrate 2.
  • Heat generation connected to one of the body 5, the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7 connected to the heating element 5, and the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7.
  • the body extraction electrode 9 the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7, the third electrode 8 connected to the other, and the heating element between the first electrode 3 and the second electrode 4.
  • the second heating element electrode 7 or the heating element 5 and the heating element extraction electrode 9 at least at a position overlapping the soluble conductor 10. Are configured to be connected.
  • the third electrode 8 is connected to the first heating element electrode 6, and the heating element extraction electrode 9 is perpendicular to the insulating substrate 2 at a position overlapping the fusible conductor 10. And is connected to the second heating element electrode 7 or the heating element 5.
  • the fuse element 1 has a resistance measurement electrode 11 on the insulating substrate 2, and the resistance measurement electrode 11 is connected to the second heating element electrode 7.
  • the resistance measurement electrode 11 is used for resistance measurement during the manufacturing process, and is not necessarily required as a product.
  • the third electrode 8 may be connected to the second heating element electrode 7, and in this case, the heating element extraction electrode 9 is insulated at a position overlapping the fusible conductor 10.
  • An equivalent configuration can be obtained by extending in the vertical direction toward the substrate 2 and connecting to the first heating element electrode 6 or the heating element 5.
  • the fuse element 1 connects the first electrode 3 and the second electrode 4 to the first mounting electrode 3a and the second mounting electrode 4a provided on the back surface 2b of the insulating substrate 2, and the insulating substrate 2 2 has a first half-through hole 3b and a second half-through hole 4b provided on the side surfaces of the two. Further, the fuse element 1 has a third half-through hole 8 b on the side surface of the insulating substrate 2 that connects the third electrode 8 and the third mounting electrode 8 a provided on the back surface 2 b of the insulating substrate 2. Yes.
  • the heating element extraction electrode 9 has a connection portion 9a that is electrically connected to the second heating element electrode 7 at a position overlapping with the fusible conductor 10, and the second heat generation at the tip of the connection portion 9a. It is connected to the body electrode 7 and a part of the tip is also in contact with the heating element 5. Therefore, the heating element extraction electrode 9 constitutes the shortest heat conduction path to the fusible conductor 10 in order to transmit the heat released from the heating element 5 in the vertical direction toward the fusible conductor 10.
  • the insulating substrate 2 is formed in a square shape by an insulating member such as alumina, glass ceramics, mullite, zirconia.
  • the insulating substrate 2 may be made of a material used for a printed wiring board such as a glass epoxy board or a phenol board.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are opened by being spaced apart from each other in the vicinity of opposite side edges on the surface 2a of the insulating substrate 2, and the soluble conductor 10 is mounted. Thus, they are electrically connected via the soluble conductor 10.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 have a large current exceeding the rating flowing through the fuse element 1, the soluble conductor 10 is melted by self-heating (Joule heat), or the heating element 5 is energized. The current path is interrupted when heat is generated and the fusible conductor 10 is melted.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 are respectively connected via a first half-through hole 3 b and a second half-through hole 4 b provided on the side surface of the insulating substrate 2.
  • the first mounting electrode 3a and the second mounting electrode 4a which are external connection electrodes provided on the rear surface 2b.
  • the fuse element 1 is connected to a circuit board on which an external circuit is formed via the first mounting electrode 3a and the second mounting electrode 4a, and constitutes a part of a current path of the external circuit.
  • the first electrode 3 and the second electrode 4 can be formed using a general electrode material such as Cu or Ag. Further, on the surfaces of the first electrode 3 and the second electrode 4, a coating such as Ni / Au plating, Ni / Pd plating, Ni / Pd / Au plating is coated by a known method such as plating. It is preferable. Thereby, the fuse element 1 can prevent the oxidation of the first electrode 3 and the second electrode 4, and can prevent the fluctuation of the rating due to the increase of the conduction resistance.
  • the fuse element 1 when the fuse element 1 is reflow-mounted, when the low melting point metal layer is formed on the outer layer of the connecting solder or the soluble conductor 10 to which the soluble conductor 10 is connected, the low melting point metal melts. It is possible to prevent the first electrode 3 and the second electrode 4 from being eroded (soldered).
  • the heating element 5 is a conductive member that generates heat when energized, and is made of, for example, nichrome, W, Mo, Ru, Cu, Ag, or an alloy containing these as main components.
  • the heating element 5 is obtained by mixing a powdery body of these alloys, compositions, or compounds with a resin binder or the like, forming a paste on the insulating substrate 2 using a screen printing technique, and firing it. Etc. can be formed.
  • the heating element 5 has one end connected to the first heating element electrode 6 and the other end connected to the second heating element electrode 7. Further, the other end of the heating element 5 is connected to a part of the tip of the connection portion 9 a of the heating element lead-out electrode 9.
  • the heating element 5 is connected to an external circuit formed on the circuit board via the third mounting electrode 8a by mounting the fuse element 1 on the circuit board.
  • the heating element 5 is energized through the third mounting electrode 8a at a predetermined timing to cut off the current path of the external circuit and generates heat, thereby connecting the first electrode 3 and the second electrode 4.
  • the soluble conductor 10 can be cut off. Moreover, since the heat generating body 5 cuts off its own current path when the fusible conductor 10 is melted, heat generation is stopped.
  • the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7 are opened by disposing the neighboring side edges in the vicinity of each other on the surface 2a of the insulating substrate 2, and the heating element 5 is mounted. By doing so, they are electrically connected via the heating element 5.
  • the first heating element electrode 6 is connected to the third electrode on the surface 2 a of the insulating substrate 2 and is formed integrally with the third electrode 8.
  • the second heating element electrode 7 is connected to the resistance measurement electrode 11 on the surface 2 a of the insulating substrate 2 and is formed integrally with the resistance measurement electrode 11.
  • the first heating element electrode 6, the second heating element electrode 7, the third electrode 8, and the resistance measurement electrode 11 are similar to the first electrode 3 and the second electrode 4 in general such as Cu and Ag. They can be formed using a typical electrode material, and they can also be formed by the same process.
  • the resistance measurement electrode 11 is an electrode used for measuring the resistance value of the fuse element 1. Even when the fuse element 1 is not mounted on the mounting substrate, the resistance measurement electrode 11 is between the third electrode 8 and the resistance measurement electrode 11. Thus, the resistance value of the fuse element 1 can be measured. Therefore, the fuse element 1 can be configured by omitting the resistance measurement electrode 11 when it is not necessary to measure the resistance value.
  • first mounting electrode 3a and the first half through hole 3b can be formed of the same material as the first electrode 3, and the second mounting electrode 4a and the second half through hole 4b are
  • the third mounting electrode 8a and the third half through hole 8b can be formed of the same material as that of the first heating element electrode 6.
  • the first half-through hole 3b, the second half-through hole 4b, and the third half-through hole 8b do not have to be limited to the shape of a half-through hole. Also good.
  • the fuse element 1 has a first insulating layer 12 laminated between the heating element 5 and the heating element extraction electrode 9.
  • the first insulating layer 12 covers the heating element 5 and prevents contact between the heating element 5 and the heating element extraction electrode 9.
  • a glass material can be used as the first insulating layer 12.
  • a second insulating layer (not shown) may be laminated between the insulating substrate 2 and the heating element 5 in order to efficiently transmit the heat of the heating element 5 to the soluble conductor 10.
  • the second insulating layer can prevent the heat released from the heating element 5 from diffusing into the insulating substrate 2.
  • a glass material can be used as the second insulating layer.
  • a notch 12 a is formed between the heating element 5 and the heating element extraction electrode 9.
  • the notch 12a is a release region corresponding to the connection 9a of the heating element extraction electrode 9, and the connection 9a is provided.
  • the heating element extraction electrode 9 can be formed using a general electrode material such as Cu or Ag. Moreover, it is preferable that a coating film such as Ni / Au plating, Ni / Pd plating, or Ni / Pd / Au plating is coated on the surface of the heating element extraction electrode 9 by a known method such as plating.
  • the heating element extraction electrode 9 can be formed by applying a paste containing the above-mentioned conductive material, and the shape thereof is formed in a substantially T-shape.
  • the heating element extraction electrode 9 has a wide portion extending on both sides toward the third electrode 8 and the resistance measurement electrode 11, and a region narrower than the wide portion serves as a connection portion 9a as a second heating element electrode. Extends towards 7.
  • the heating element lead-out electrode 9 is configured such that the width W 2 of the connecting portion 9a is wider than the width W 1 of the soluble conductor 10, and when the heating element 5 generates heat, the entire soluble conductor 10 is sufficiently provided. It can be heated. Therefore, it is preferable that the first insulating layer 12 is formed so that the width of the cutout portion 12a of the first insulating layer 12 is W 2 or more.
  • the fusible conductor 10 is made of a material that is quickly melted by the heat generated by the heating element 5.
  • a low melting point metal such as solder or Pb-free solder containing Sn as a main component can be suitably used.
  • the fusible conductor 10 may be made of a high melting point metal such as Pb, Ag, Cu or an alloy mainly containing any of these, or the inner layer is a low melting point metal layer and the outer layer is a high melting point metal. It may be a laminate of a low melting point metal and a high melting point metal such as a layer.
  • 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 10 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 10 is connected to the heating element extraction electrode 9, the first electrode 3, and the second electrode 4 by solder 14.
  • the fusible conductor 10 can be easily connected by reflow soldering.
  • the fusible conductor 10 is mounted on the heating element extraction electrode 9 so as to be superimposed on the heating element extraction electrode 9 and also on the heating element 5. Further, the soluble conductor 10 connected between the first electrode 3 and the second electrode 4 is fused between the first electrode 3 and the second electrode 4, and the first electrode 3 and the second electrode 4 are fused.
  • the gap between the two electrodes 4 is cut off. That is, the fusible conductor 10 is supported by the heating element extraction electrode 9 at the center, and between the heating element extraction electrode 9 and each of the first electrode 3 and the second electrode 4 is a fusing part. .
  • the flux 15 is applied to the soluble conductor 10 in order to prevent oxidation and improve wettability.
  • the fusible conductor 10 can be oxidized and the fusing temperature rise due to the oxidation can be prevented, fluctuations in fusing characteristics can be suppressed, and fusing can be performed quickly.
  • the fuse element 1 realizes a small and highly rated protective element.
  • the insulating substrate 2 has a small resistance of about 10 mm ⁇ 5 mm and a resistance value of 0.5 to 1 m ⁇ , 40 to 60A rating and higher rating are achieved.
  • the present invention can be applied to protective elements having all sizes, resistance values, and current ratings.
  • the fuse element 1 is provided with a cover member 16 on the surface 2a of the insulating substrate 2 for protecting the inside and preventing the molten soluble conductor 10 from being scattered.
  • the cover member 16 has a side wall 16 a mounted on the surface 2 a of the insulating substrate 2 and a top surface 16 b constituting the upper surface of the fuse element 1.
  • the cover member 16 can be formed using an insulating member such as a thermoplastic plastic, ceramics, glass epoxy substrate, or the like.
  • the fuse element 1 has a soluble conductor 10 connected from the first electrode 3 to the second electrode 4, and a heating element extraction electrode 9 in the middle of the soluble conductor 10. Is connected.
  • the heating element extraction electrode 9 is connected to the second heating element electrode 7, the heating element 5, and the first heating element electrode 6 in this order on the side opposite to the side connected to the soluble conductor 10.
  • the fuse element 1 includes the first half-through hole 3b, the second half-through hole 4b, and the third half-through from the first electrode 3, the second electrode 4, and the first heating element electrode 6, respectively. It can be said that the first mounting electrode 3a, the second mounting electrode 4a, and the third mounting electrode 8a connected via the hole 8b are three-terminal elements having external terminals.
  • the fuse element 1 is configured such that the current of the main circuit flows from the first electrode 3 toward the second electrode 4, and when the current flows from the first heating element electrode 6, the heating element 5.
  • the heating element extraction electrode 9 is heated using the connection portion 9a of the second heating element electrode 7 and the heating element extraction electrode 9 as a main heat conduction path.
  • the soluble conductor 10 on the heating element extraction electrode 9 is melted, the melt 10a is aggregated on the heating element extraction electrode 9, and the soluble conductor 10 is cut.
  • the fuse element 1 the current path between the first electrode 3 and the second electrode 4 is cut off, and the current path to the heating element 5 is also cut off.
  • the heat released from the heating element 5 is also transmitted to the heating element extraction electrode 9 through the first insulating layer 12, but the connection of the heating element extraction electrode 9 having a higher thermal conductivity than the first insulating layer 12. It is quickly transmitted in the vertical direction by the portion 9a, and the heating element extraction electrode 9 is rapidly heated, and the soluble conductor 10 arranged so as to overlap with the connection portion 9a is also rapidly heated. Therefore, it can be said that the fuse element 1 has a much higher heat conduction efficiency than the conventional one.
  • the fuse element 1 since the fuse element 1 has the connecting portion 9a of the heating element extraction electrode 9 directly in contact with the heating element 5, the heat conduction efficiency is higher and the soluble conductor 10 can be heated more efficiently. It was.
  • the fuse element 1 can quickly and efficiently transfer the heat from the heating element 5 to the soluble conductor 10, so that the fast fusing property of the soluble conductor 10 can be improved.
  • the fuse element 20 As shown in FIGS. 6 to 8, the fuse element 20 according to the second embodiment has through holes 9b that penetrate both surfaces of the insulating substrate 2 and are electrically connected to each other.
  • the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7 are provided on the surface of the insulating substrate 2 opposite to the surface on which the heating element extraction electrode 9 is provided, and the second heating element electrode 7 and the heating element extraction electrode 9 are provided. Are connected via a through hole 9b.
  • the fuse element 20 is electrically connected through the through hole 9b at a position where the heating element extraction electrode 9 and the second heating element extraction electrode 7 overlap at least the fusible conductor 10.
  • the fuse element 20 is provided with a first heating element electrode 6 and a second heating element electrode 7 on the back surface 2 b of the insulating substrate 2, and is connected to the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7.
  • the heating element 5 is formed on the first insulating layer 12 so as to cover the heating element 5.
  • the through hole 9b is a cylindrical conductive path provided at a position where the heating element extraction electrode 9, the second heating element extraction electrode 7 and the fusible conductor 10 overlap each other, and is a through hole provided in the insulating substrate 2. It is formed on the inner surface of the.
  • the through hole 9b can be formed on the inner surface of the through hole of the insulating substrate 2 by using a general conductive material such as Cu or Ag, and the heating element extraction electrode can be formed by applying the conductive material as a paste. 9 can be formed.
  • the through hole 9b is preferably a through hole filled with a conductive material. The hole-filling through-hole can reduce the electric resistance value and secure a heat conduction path.
  • the fuse element 20 has illustrated the structure which provides the three through holes 9b, it cannot be overemphasized that the number of through holes can be made arbitrary.
  • the through holes 9b are evenly arranged in the direction in which the second heating element electrode 7 is drawn at a position overlapping the second heating element electrode 7 in order to uniformly transmit the heat from the heating element 5 to the heating element extraction electrode 9. It is preferable to arrange them at intervals.
  • the fuse element 20 When a current flows from the first heating element electrode 6, the fuse element 20 generates heat from the heating element 5, and the heating element extraction electrode 9 using the second heating element electrode 7 and the through hole 9 b as a main heat conduction path. As a result, the soluble conductor 10 on the heating element extraction electrode 9 is melted. Thereby, the fuse element 20 blocks the current path between the first electrode 3 and the second electrode 4 and also blocks the current path to the heating element 5.
  • the heat released from the heating element 5 is also transmitted to the heating element extraction electrode 9 on the surface 2a through the insulating substrate 2, but is quickly transmitted in the vertical direction by the through hole 9b having a higher thermal conductivity than the insulating substrate 2. Then, the heating element extraction electrode 9 is quickly heated, and the soluble conductor 10 arranged so as to overlap the through hole 9b is also heated quickly. Accordingly, it can be said that the heat conduction efficiency of the fuse element 20 is greatly increased as compared with a reference example described later.
  • the fuse element 20 can quickly and efficiently transfer the heat from the heating element 5 to the fusible conductor 10, so that the quick fusing property of the fusible conductor 10 can be improved.
  • the fuse element 30 includes the second heating element electrode 7 connected to the heating element 5 on the insulating substrate 2 as compared with the fuse element 1.
  • the configuration is omitted, and is connected to the insulating substrate 2, the first electrode 3 and the second electrode 4 provided on the insulating substrate 2, the heating element 5 provided on the insulating substrate 2, and the heating element 5.
  • the first heating element electrode 6, the third electrode 8 connected to the first heating element electrode 6, the heating element extraction electrode 9 connected to the heating element 5, the first electrode 3 and the second electrode 4 has a soluble conductor 10 connected to each other via a heating element extraction electrode 9, and at least a position overlapping the soluble conductor 10, the heating element 5 and the heating element extraction electrode 9 are connected. It is what.
  • the heating element extraction electrode 9 has a connecting portion 9a connected to the heating element 5 at a position overlapping the soluble conductor 10, and is connected to the heating element 5 at the tip of the connecting portion 9a. Accordingly, the heating element extraction electrode 9 transmits the heat released from the heating element 5 in the vertical direction toward the soluble conductor 10 via the connecting portion 9a, so that the shortest heat conduction path to the soluble conductor 10 is achieved.
  • the fuse element 30 has a configuration in which the second heating element electrode 7 is omitted as compared with the fuse element 1, the configuration is simplified, and the heat released from the heating element 5 is directly passed through the connection portion 9a. Therefore, the heat transfer efficiency can be further increased. It can be said that the fuse element 30 has the function of the second heating element electrode 7 in the fuse element 1 at the tip of the connecting portion 9a of the heating element extraction electrode 9.
  • the fuse element 30 has a soluble conductor 10 connected from the first electrode 3 to the second electrode 4, and the heating element extraction electrode 9 is provided in the middle of the soluble conductor 10. Is connected. Further, the heating element extraction electrode 9 is connected to the heating element 5 and the first heating element electrode 6 in this order on the side opposite to the side connected to the soluble conductor 10.
  • the fuse element 30 is configured such that the current of the main circuit flows from the first electrode 3 toward the second electrode 4, and when the current flows from the first heating element electrode 6, the heating element 5.
  • the heating element extraction electrode 9 is heated using the connection portion 9a as a main heat conduction path, and the soluble conductor 10 on the heating element extraction electrode 9 is melted as shown in FIG. Thereby, the fuse element 30 blocks the current path between the first electrode 3 and the second electrode 4 and also blocks the current path to the heating element 5.
  • the heat released from the heating element 5 is also transmitted to the heating element extraction electrode 9 through the first insulating layer 12, but the connection of the heating element extraction electrode 9 having a higher thermal conductivity than the first insulating layer 12. It is quickly transmitted in the vertical direction by the portion 9a, and the heating element extraction electrode 9 is rapidly heated, and the soluble conductor 10 arranged so as to overlap with the connection portion 9a is also rapidly heated. Therefore, it can be said that the heat conduction efficiency of the fuse element 30 is greatly increased as compared with a reference example described later.
  • connection part 9a of the heating element extraction electrode 9 is in direct contact with the heating element 5, the fuse element 30 has higher heat conduction efficiency and can heat the soluble conductor 10 more efficiently. It was.
  • the fuse element 30 can quickly and efficiently transfer the heat from the heating element 5 to the soluble conductor 10, so that the fast fusing property of the soluble conductor 10 can be improved.
  • the fuse element 40 As shown in FIGS. 13 to 15, the fuse element 40 according to the fourth embodiment has through holes 9 b that penetrate and electrically connect both surfaces of the insulating substrate 2.
  • the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7 are provided on the surface of the insulating substrate 2 opposite to the surface on which the heating element extraction electrode 9 is provided, and the second heating element electrode 7 and the heating element extraction electrode 9 are provided. Are connected via a through hole 9b.
  • the fuse element 40 is electrically connected to the heating element extraction electrode 9 and the heating element 5 through a through hole 9b at a position where the heating element 5 and the heating element 5 are overlapped with each other.
  • the fuse element 40 is provided with a heating element 5 on the back surface 2 b of the insulating substrate 2, and the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7 are formed on opposite sides of the heating element 5 to generate heat.
  • a first insulating layer 12 is formed so as to cover the body 5, the first heating element electrode 6 and the second heating element electrode 7.
  • the fuse element 40 When a current flows from the first heating element electrode 6, the fuse element 40 generates heat from the heating element 5, and heats the heating element extraction electrode 9 using the through hole 9 b as a main heat conduction path to extract the heating element.
  • the soluble conductor 10 on the electrode 9 is melted. Thereby, the fuse element 40 blocks the current path between the first electrode 3 and the second electrode 4 and also blocks the current path to the heating element 5.
  • the heat released from the heating element 5 is also transmitted to the heating element extraction electrode 9 on the surface 2a through the insulating substrate 2, but is quickly transmitted in the vertical direction by the through hole 9b having a higher thermal conductivity than the insulating substrate 2. Then, the heating element extraction electrode 9 is quickly heated, and the soluble conductor 10 arranged so as to overlap the through hole 9b is also heated quickly. Accordingly, it can be said that the heat conduction efficiency of the fuse element 40 is greatly increased as compared with a reference example described later.
  • the through-hole 9b is in direct contact with the heating element 5 in the fuse element 40, the heat conduction efficiency is higher and the soluble conductor 10 can be heated more efficiently.
  • the fuse element 40 can quickly and efficiently transfer the heat from the heating element 5 to the soluble conductor 10, so that the fast fusing property of the soluble conductor 10 can be improved.
  • the fuse element 50 As shown in FIGS. 16 to 18, the fuse element 50 according to the reference example has a connection destination of the heating element extraction electrode 9 as the resistance measurement electrode 11 as compared with the fuse element 1, and a position overlapping the fusible conductor 10.
  • the heating element 5 and the second heating element electrode 7 are not connected to each other, and the insulating substrate 2, the first electrode 3 and the second electrode 4 provided on the insulating substrate 2, and the insulating substrate 2 are provided.
  • the heating element extraction electrode 9 has a connection portion 9c extending to the resistance measurement electrode 11, and is electrically connected to the resistance measurement electrode 11 through the connection portion 9c.
  • the heating element extraction electrode 9 is not connected to the heating element 5 or the second heating element electrode 7 at a position overlapping the soluble conductor 10.
  • the fuse element 50 it can be said that the conduction path of the heat generated from the heating element 5 is through the second heating element electrode 7, the resistance measurement electrode 11, and the connection portion 9c, and is very long. For this reason, in the fuse element 50, heat from the heating element 5 to the fusible conductor 10 is transmitted through the first insulating layer 12 as a main heat conduction path.
  • the fuse element 50 has a soluble conductor 10 connected from the first electrode 3 to the second electrode 4, and the heating element extraction electrode 9 is provided in the middle of the soluble conductor 10. Is connected.
  • the heating element extraction electrode 9 is connected to the resistance measuring electrode 11, the second heating element electrode 7, the heating element 5, and the first heating element electrode 6 in this order on the side opposite to the side connected to the soluble conductor 10. Has been.
  • the fuse element 50 is configured such that the current of the main circuit flows from the first electrode 3 toward the second electrode 4, and when the current flows from the first heating element electrode 6, the heating element 5. Heat is generated, the heating element extraction electrode 9 is heated using the first insulating layer 12 as a main heat conduction path, and the soluble conductor 10 on the heating element extraction electrode 9 is melted as shown in FIG. To do. As a result, the fuse element 50 blocks the current path between the first electrode 3 and the second electrode 4 and also blocks the current path to the heating element 5.
  • the heat released from the heating element 5 is also transmitted to the heating element extraction electrode 9 via the second heating element electrode 7, the resistance measurement electrode 11, and the connection portion 9c, but the heat conduction path becomes longer as described above. Therefore, the contribution to the heating of the soluble conductor 10 is extremely small.
  • the heat conduction efficiency of the fuse elements in the first to fourth embodiments is high. Easy to understand. In addition, the heat conduction efficiency of the fuse elements in the first to fourth embodiments is excellent as in the prior art.
  • the fuse element described as the first to fourth embodiments has a heating element leading electrode having a higher thermal conductivity than the insulating substrate or the insulating layer along the shortest route connecting the fusible conductor to the heating element.
  • the heat of the heating element is quickly transferred to the soluble conductor, the soluble conductor is quickly blown off, and protection with excellent fast fusing properties while supporting a large current An element can be obtained.

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Abstract

発熱体からの熱を可溶導体に効率的に伝達することで、速溶断性に優れる保護素子を提供する。　ヒューズ素子１は、絶縁基板２と、絶縁基板２上に設けられた第１の電極３及び第２の電極４と、絶縁基板２上に設けられた発熱体５と、発熱体５に接続する第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７と、第１の発熱体電極６に接続する第３の電極８と、第２の発熱体電極７に接続する発熱体引出電極９と、第１の電極３及び第２の電極４間を発熱体引出電極９を経由して各々に接続する可溶導体１０とを有し、少なくとも可溶導体１０と重畳する位置にて、第２の発熱体電極７と発熱体引出電極９とを接続する。

Description

保護素子
　本発明は、電流経路上に実装され、定格を超える電流が流れた時に過電流によるジュール熱で溶断し、又は電流経路を形成する回路上の異常等で電流経路を遮断する必要がある時にヒータによる加熱で可溶導体を溶断し当該電流経路を遮断する保護素子に関する。本出願は、日本国において２０１６年３月２３日に出願された日本特許出願番号特願２０１６－０５８４２３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、電流経路を形成する回路上の異常等で電流経路を遮断する必要がある時にヒータによる加熱で可溶導体を溶断し、当該電流経路を遮断する保護素子が用いられている。このような保護素子は、絶縁基板上に電極や可溶導体を搭載した機能型のチップに形成され、このチップを回路基板上に実装する表面実装型のものが知られている。
　上述のような保護素子では、外部回路からの信号に基づきヒータに通電して加熱をすることで可溶導体を溶断するため、外部回路の制御に基づくタイミングで電流経路を遮断するスイッチのような使い方が可能である。このような保護素子は、例えばリチウムイオンバッテリ等の二次電池の保護回路として用いられる。
　近年、リチウムイオンバッテリ等の二次電池の用途に大電流出力を要求するもの、例えば電動アシスト自転車や充電式電動工具等が増えてきており、保護回路の定格電流が上昇し、大電流に耐えうる保護素子が用いられるようになってきた。
　特許文献１に記載の技術にあっては、絶縁基板の表面にヒータを設け、ヒータから発する熱を絶縁層を介して可溶導体に伝達することで可溶導体を溶融し、電流経路を遮断する素子が開示されている。また、特許文献１に記載の技術にあっては、絶縁基板の裏面にヒータを設け、ヒータから発する熱を絶縁基板を介して可溶導体に伝達することで可溶導体を溶融し、電流経路を遮断する素子も開示されている。
特開２０１１－０６０７６２号公報
　しかし、上記特許文献１に記載の技術にあっては、絶縁基板の表面にヒータを設けた場合、絶縁基板上の絶縁層を介してヒータから可溶導体への熱伝導経路が形成されており、熱伝導効率が悪いという課題が生じる。また、絶縁基板の裏面にヒータを設けた場合にあっては、絶縁基板を介して、ヒータから可溶導体への熱伝導経路が形成されており、更に熱伝導効率が悪いという課題が生じる。
　また、上記特許文献１に記載の技術にあっては、大電流に対応するにつれて可溶導体の溶断体積が大きくなるため、ヒータによる加熱時間が長くなり、可溶導体の速溶断性が悪化することが懸念される。
　そこで、本発明は、大電流に対応可能でありヒータから可溶導体に熱を効率的に伝達し、速溶断性に優れる保護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、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、絶縁基板上に設けられた発熱体と、発熱体に接続する第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極と、第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極のうち、一方に接続する発熱体引出電極と、第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極のうち、他方に接続する第３の電極と、第１の電極及び第２の電極間を発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、少なくとも可溶導体と重畳する位置にて、第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極のうち、一方と発熱体引出電極とを接続するものである。
　また、上述した課題を解決するために、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、絶縁基板上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、絶縁基板上に設けられた発熱体と、発熱体に接続する第１の発熱体電極と、第１の発熱体電極に接続する第３の電極と、発熱体に接続する発熱体引出電極と、第１の電極及び第２の電極間を発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、少なくとも可溶導体と重なる位置にて、発熱体と発熱体引出電極とを接続するものである。
　本発明によれば、発熱体から可溶導体への熱伝導効率を上げる事により、発熱体の発熱による可溶導体の溶断時間を短縮させて、大電流定格の保護素子を実現する事ができる。
図１は、第１の実施の形態にかかるヒューズ素子についてカバー部材を取り外して示す平面図である。 図２は、図１におけるヒューズ素子について可溶導体を取り外した状態を示す平面図である。 図３は、図１におけるＡ－Ａ’線における断面図である。 図４は、ヒューズ素子の回路構成を説明する等価回路図であり、図４（Ａ）がヒューズ素子の動作前の状態を示し、図４（Ｂ）がヒューズ素子の動作後、可溶導体が溶融した状態を示す。 図５は、図１におけるヒューズ素子が作動し可溶導体が溶融した状態を示す平面図である。 図６は、第２の実施の形態にかかるヒューズ素子についてカバー部材を取り外して示す平面図である。 図７は、図６におけるヒューズ素子について可溶導体を取り外した状態を示す平面図である。 図８は、図６におけるＡ－Ａ’線における断面図である。 図９は、第３の実施の形態にかかるヒューズ素子についてカバー部材を取り外して示す平面図である。 図１０は、図９におけるヒューズ素子について可溶導体を取り外した状態を示す平面図である。 図１１は、図９におけるＡ－Ａ’線における断面図である。 図１２は、図９におけるヒューズ素子の回路構成を説明する等価回路図であり、図１２（Ａ）がヒューズ素子の動作前の状態を示し、図１２（Ｂ）がヒューズ素子の動作後、可溶導体が溶融した状態を示す。 図１３は、第４の実施の形態にかかるヒューズ素子についてカバー部材を取り外して示す平面図である。 図１４は、図１３におけるヒューズ素子について可溶導体を取り外した状態を示す平面図である。 図１５は、図１３におけるＡ－Ａ’線における断面図である。 図１６は、参考例のヒューズ素子についてカバー部材を取り外して示す平面図である。 図１７は、図１６におけるヒューズ素子について可溶導体を取り外した状態を示す平面図である。 図１８は、図１６におけるＡ－Ａ’線における断面図である。 図１９は、図１６におけるヒューズ素子の回路構成を説明する等価回路図であり、図１９（Ａ）がヒューズ素子の動作前の状態を示し、図１９（Ｂ）がヒューズ素子の動作後、可溶導体が溶融した状態を示す。
　以下、本発明が適用された保護素子として、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。
　［第１の実施の形態］
　ヒューズ素子１は、図１乃至図３に示すように、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１０を組み込むものである。
　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１０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２次保護ＩＣによって所定のタイミングで発熱体５へ通電し、発熱体５の発熱によって可溶導体１０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。
　［ヒューズ素子］
　ヒューズ素子１は、図１乃至図３に示すように、絶縁基板２と、絶縁基板２上に設けられた第１の電極３及び第２の電極４と、絶縁基板２上に設けられた発熱体５と、発熱体５に接続する第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７と、第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７のうち、一方に接続する発熱体引出電極９と、第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７のうち、他方に接続する第３の電極８と、第１の電極３及び第２の電極４間を発熱体引出電極９を経由して各々に接続する可溶導体１０とを有し、少なくとも可溶導体１０と重畳する位置にて、第２の発熱体電極７もしくは発熱体５と発熱体引出電極９とを接続するように構成したものである。
　具体的に、ヒューズ素子１は、第３の電極８が第１の発熱体電極６に接続され、可溶導体１０と重畳する位置にて発熱体引出電極９が絶縁基板２に向かって垂直方向に延在して第２の発熱体電極７もしくは発熱体５に接続されている。また、ヒューズ素子１は、絶縁基板２上に抵抗測定電極１１を有しており、抵抗測定電極１１が第２の発熱体電極７に接続されている。この抵抗測定電極１１は、製造プロセス中の抵抗測定に使用するものであり、製品として必ずしも必要なものではない。なお、ヒューズ素子１では、第３の電極８を第２の発熱体電極７に接続するようにしてもよく、この場合に、可溶導体１０と重畳する位置にて発熱体引出電極９が絶縁基板２に向かって垂直方向に延在して第１の発熱体電極６もしくは発熱体５に接続することによっても同等の構成をとることができる。
　また、ヒューズ素子１は、第１の電極３及び第２の電極４と、絶縁基板２の裏面２ｂに設けられた第１の実装電極３ａ及び第２の実装電極４ａとを接続し、絶縁基板２の側面に設けられた第１のハーフスルーホール３ｂ及び第２のハーフスルーホール４ｂを有している。また、ヒューズ素子１は、第３の電極８と絶縁基板２の裏面２ｂに設けられた第３の実装電極８ａとを接続する第３のハーフスルーホール８ｂを絶縁基板２の側面に有している。
　発熱体引出電極９は、可溶導体１０と重畳する位置にて、第２の発熱体電極７と電気的に接続する接続部９ａを有しており、接続部９ａの先端において第２の発熱体電極７と接続され、また発熱体５とも先端の一部が接している。従って、発熱体引出電極９は、発熱体５から放出される熱を可溶導体１０に向かって垂直方向に伝達するため、可溶導体１０に至る最短経路の熱伝導経路を構成する。
　［絶縁基板］
　絶縁基板２は、例えば、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方形状に形成される。その他、絶縁基板２は、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。
　［電極］
　第１の電極３及び第２の電極４は、絶縁基板２の表面２ａ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、可溶導体１０が搭載されることにより、可溶導体１０を介して電気的に接続されている。また、第１の電極３及び第２の電極４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１０が自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、あるいは発熱体５が通電に伴って発熱し可溶導体１０が溶断することによって、電流経路が遮断される。
　図１乃至図３に示すように、第１の電極３及び第２の電極４は、それぞれ絶縁基板２の側面に設けられた第１のハーフスルーホール３ｂ及び第２のハーフスルーホール４ｂを介して裏面２ｂに設けられた外部接続電極である第１の実装電極３ａ及び第２の実装電極４ａと接続されている。ヒューズ素子１は、これら第１の実装電極３ａ及び第２の実装電極４ａを介して外部回路が形成された回路基板と接続され、当該外部回路の電流経路の一部を構成する。
　第１の電極３及び第２の電極４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の電極３及び第２の電極４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の電極３及び第２の電極４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１０を接続する接続用ハンダあるいは可溶導体１０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の電極３及び第２の電極４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５は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えばニクロム、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５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２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５は、一端が第１の発熱体電極６と接続され、他端が第２の発熱体電極７と接続されている。また、発熱体５は、他端が発熱体引出電極９の接続部９ａの先端の一部と接続されている。
　発熱体５は、ヒューズ素子１が回路基板に実装されることにより、第３の実装電極８ａを介して回路基板に形成された外部回路と接続される。そして、発熱体５は、外部回路の電流経路を遮断する所定のタイミングで第３の実装電極８ａを介して通電され、発熱することにより、第１の電極３及び第２の電極４を接続している可溶導体１０を溶断することができる。また、発熱体５は、可溶導体１０が溶断することにより、自身の電流経路も遮断されることから発熱が停止する。
　［発熱体電極］
　第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７は、絶縁基板２の表面２ａ上で、相対向する側縁近傍がそれぞれ離間して配置されることにより開放され、発熱体５が搭載されることにより、発熱体５を介して電気的に接続されている。
　第１の発熱体電極６は、絶縁基板２の表面２ａ上で、第３の電極と接続されており第３の電極８と一体に形成されている。また、第２の発熱体電極７は、絶縁基板２の表面２ａ上で、抵抗測定電極１１と接続されており抵抗測定電極１１と一体に形成されている。これら、第１の発熱体電極６、第２の発熱体電極７、第３の電極８及び抵抗測定電極１１は、第１の電極３及び第２の電極４と同様に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、それらを同一プロセスで形成する事もできる。
　なお、抵抗測定電極１１は、ヒューズ素子１の抵抗値を測るために用いられる電極であり、実装基板にヒューズ素子１を実装しない状態であっても、第３の電極８及び抵抗測定電極１１間でヒューズ素子１の抵抗値を測定することを可能とするものである。従って、ヒューズ素子１は、抵抗値の測定を不要とする場合に、抵抗測定電極１１を省略して構成することもできる。
　ここで、第１の実装電極３ａ及び第１のハーフスルーホール３ｂは、第１の電極３と同様の材料により形成することができ、第２の実装電極４ａ及び第２のハーフスルーホール４ｂは、第２の電極４と同様の材料により形成することができ、第３の実装電極８ａ及び第３のハーフスルーホール８ｂは、第１の発熱体電極６と同様の材料により形成することができるものとする。また、第１のハーフスルーホール３ｂ、第２のハーフスルーホール４ｂ、第３のハーフスルーホール８ｂはハーフスルーホール形状に限定される必要は無く、円形やその他任意の形状のスルーホールであっても良い。
　［絶縁層］
　ヒューズ素子１は、発熱体５と発熱体引出電極９との間に積層された第１の絶縁層１２を有する。第１の絶縁層１２は、発熱体５を覆い発熱体５と発熱体引出電極９との接触を妨げる。第１の絶縁層１２としては、例えばガラス材料を用いることができる。
　また、ヒューズ素子１は、発熱体５の熱を効率良く可溶導体１０に伝えるために、絶縁基板２と発熱体５の間に図示しない第２の絶縁層を積層しても良い。第２の絶縁層は、発熱体５から放出される熱を絶縁基板２に拡散させないようにすることができる。第２の絶縁層としては、例えばガラス材料を用いることができる。
　ここで、第１の絶縁層１２は、発熱体５と発熱体引出電極９との間に切り欠き部１２ａが形成されている。この切り欠き部１２ａは、発熱体引出電極９の接続部９ａに対応する解放領域であり、接続部９ａが配設される。
　［発熱体引出電極］
　発熱体引出電極９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、発熱体引出電極９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。
　発熱体引出電極９は、上述の導電材料を含有したペーストを塗布することにより形成することができるが、その形状は、略Ｔ字形状に形成されている。発熱体引出電極９は、第３の電極８と抵抗測定電極１１にむけて両側に広がる幅広部を有しており、幅広部よりも幅の狭い領域が接続部９ａとして第２の発熱体電極７に向けて延在する。
　発熱体引出電極９は、接続部９ａの幅Ｗ2が可溶導体１０の幅Ｗ1よりも広くなるように構成されており、発熱体５が発熱した際に、可溶導体１０全体を十分に加熱できるようになっている。従って、第１の絶縁層１２の切り欠き部１２ａの幅はＷ2以上となるように第１の絶縁層１２が形成されることが好ましい。
　［可溶導体］
　可溶導体１０は、発熱体５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１０は、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１０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１０は、発熱体引出電極９、第１の電極３及び第２の電極４に対して、ハンダ１４により接続されている。可溶導体１０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１０は、発熱体引出電極９上に搭載されることにより、発熱体引出電極９と重畳され、また発熱体５とも重畳される。また、第１の電極３及び第２の電極４の間にわたって接続された可溶導体１０は、第１の電極３と第２の電極４との間において溶断し、第１の電極３及び第２の電極４間を遮断する。すなわち、可溶導体１０は、中央部が発熱体引出電極９に支持されるとともに、発熱体引出電極９と第１の電極３及び第２の電極４の各々の間が溶断部とされている。
　また、可溶導体１０は、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス１５が塗布されている。可溶導体１０は、フラックス１５が保持されることによって、可溶導体１０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。
　なお、ヒューズ素子１は、小型且つ高定格の保護素子を実現するものであり、例えば、絶縁基板２の寸法として１０ｍｍ×５ｍｍ程度と小型でありながら、抵抗値が０．５～１ｍΩ、４０～６０Ａ定格と高定格化が図られている。なお、本発明は、あらゆるサイズ、抵抗値及び電流定格を備える保護素子に適用することができるのはもちろんである。
　なお、ヒューズ素子１は、絶縁基板２の表面２ａ上に、内部を保護するとともに溶融した可溶導体１０の飛散を防止するカバー部材１６を取り付けるようにしている。カバー部材１６は、絶縁基板２の表面２ａ上に搭載される側壁１６ａと、ヒューズ素子１の上面を構成する天面１６ｂとを有する。このカバー部材１６は、例えば、熱可塑性プラスチック，セラミックス，ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成することができる。
　［回路構成］
　ここで、ヒューズ素子１の回路構成と、通電経路の遮断動作について説明する。ヒューズ素子１は、図４（Ａ）に示すように、第１の電極３から第２の電極４にわたって可溶導体１０が接続されており、可溶導体１０の中途部分に発熱体引出電極９が接続されている。また、発熱体引出電極９は、可溶導体１０と接続された側の反対側に、第２の発熱体電極７、発熱体５、第１の発熱体電極６の順に接続されている。従って、ヒューズ素子１は、第１の電極３、第２の電極４及び第１の発熱体電極６から、それぞれ第１のハーフスルーホール３ｂ、第２のハーフスルーホール４ｂ及び第３のハーフスルーホール８ｂを介して接続される第１の実装電極３ａ、第２の実装電極４ａ及び第３の実装電極８ａを外部端子とする３端子の素子であるといえる。
　ヒューズ素子１は、第１の電極３から第２の電極４に向かって主回路の電流が流れるように構成されており、第１の発熱体電極６から電流が流れた場合に、発熱体５が発熱し、第２の発熱体電極７及び発熱体引出電極９の接続部９ａを主の熱伝導経路として発熱体引出電極９を加熱して、図４（Ｂ）及び図５に示すように、発熱体引出電極９上の可溶導体１０が溶融し、溶融体１０ａが発熱体引出電極９上に凝集し、可溶導体１０が切断される。これにより、ヒューズ素子１は、第１の電極３及び第２の電極４間の電流経路が遮断されるとともに、発熱体５に対する電流経路も遮断される。
　発熱体５から放出された熱は、第１の絶縁層１２を介して発熱体引出電極９にも伝達するが、第１の絶縁層１２よりも熱伝導率の高い発熱体引出電極９の接続部９ａによって垂直方向に速やかに伝達され、発熱体引出電極９を速やかに加熱するとともに、接続部９ａと重畳して配置される可溶導体１０も速やかに加熱する。従ってヒューズ素子１は、従来と比して熱伝導効率が非常に高まったと言える。
　また、ヒューズ素子１は、発熱体引出電極９の接続部９ａが直接発熱体５とも接しているため、更に熱伝導効率が高く、より効率的に可溶導体１０を加熱することが可能となった。
　以上のようにヒューズ素子１は、可溶導体１０に発熱体５からの熱を速やかに効率的に伝達することができるため、可溶導体１０の速溶断性を向上させることができる。
　［第２の実施の形態］
　次に、第２の実施の形態について説明する。また、第１の実施の形態で説明したヒューズ素子１と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図４で説明したものと同じであるため説明を省略する。
　［ヒューズ素子］
　第２の実施の形態にかかるヒューズ素子２０は、図６乃至図８に示すように、絶縁基板２の両面を貫通し電気的に接続するためのスルーホール９ｂを有し、発熱体５、第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７が、絶縁基板２の発熱体引出電極９が設けられた面の反対面に設けられ、第２の発熱体電極７と発熱体引出電極９とをスルーホール９ｂを介して接続するように構成したものである。
　具体的にヒューズ素子２０は、発熱体引出電極９と第２の発熱体引出電極７とを、少なくとも可溶導体１０と重畳する位置において、スルーホール９ｂを介して電気的に接続されている。
　ヒューズ素子２０は、絶縁基板２の裏面２ｂに、第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７を設け、第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７と連結するように発熱体５を形成し、発熱体５を覆うように第１の絶縁層１２を形成している。
　スルーホール９ｂは、発熱体引出電極９、第２の発熱体引出電極７及び可溶導体１０が重畳する位置に複数設けられた円筒形の導電経路であり、絶縁基板２に設けられた貫通孔の内側面に形成される。
　スルーホール９ｂは、絶縁基板２の貫通孔の内側面に、ＣｕやＡｇ等の一般的な導電材料を用いて形成することができ、導電材料をペースト状にして塗布することによって発熱体引出電極９とともに形成することができる。また、スルーホール９ｂは、導電材料を充填した穴埋めスルーホールとすることが好ましい。穴埋めスルーホールは、電気抵抗値を低減させるとともに熱伝導経路を確保することができる。
　なお、ヒューズ素子２０は、スルーホール９ｂを３つ設ける構成を例示しているが、スルーホールの数は任意とすることができることは言うまでもない。スルーホール９ｂは、発熱体５からの熱を発熱体引出電極９に均等に伝達するために、第２の発熱体電極７と重畳する位置で、第２の発熱体電極７の引出方向に均等間隔で配置されることが好ましい。
　ヒューズ素子２０は、第１の発熱体電極６から電流が流れた場合に、発熱体５が発熱し、第２の発熱体電極７及びスルーホール９ｂを主の熱伝導経路として発熱体引出電極９を加熱して、発熱体引出電極９上の可溶導体１０が溶融する。これにより、ヒューズ素子２０は、第１の電極３及び第２の電極４間の電流経路が遮断されるとともに、発熱体５に対する電流経路も遮断される。
　発熱体５から放出された熱は、絶縁基板２を介して表面２ａの発熱体引出電極９にも伝達するが、絶縁基板２よりも熱伝導率の高いスルーホール９ｂによって垂直方向に速やかに伝達され、発熱体引出電極９を速やかに加熱するとともに、スルーホール９ｂと重畳して配置される可溶導体１０も速やかに加熱する。従ってヒューズ素子２０は、後述する参考例と比して熱伝導効率が非常に高まったと言える。
　以上のようにヒューズ素子２０は、可溶導体１０に発熱体５からの熱を速やかに効率的に伝達することができるため、可溶導体１０の速溶断性を向上させることができる。
　［第３の実施の形態］
　次に、第３の実施の形態について説明する。また、第１の実施の形態で説明したヒューズ素子１と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図４で説明したものと略同じであるが、一部に差異があるため簡単な説明を行う。
　［ヒューズ素子］
　第３の実施の形態にかかるヒューズ素子３０は、図９乃至図１１に示すように、ヒューズ素子１と比較して絶縁基板２上の発熱体５に接続される第２の発熱体電極７を省略した構成であり、絶縁基板２と、絶縁基板２上に設けられた第１の電極３及び第２の電極４と、絶縁基板２上に設けられた発熱体５と、発熱体５に接続する第１の発熱体電極６と、第１の発熱体電極６に接続する第３の電極８と、発熱体５に接続する発熱体引出電極９と、第１の電極３及び第２の電極４間を発熱体引出電極９を経由して各々に接続する可溶導体１０とを有し、少なくとも可溶導体１０と重なる位置にて、発熱体５と発熱体引出電極９とを接続しているものである。
　発熱体引出電極９は、可溶導体１０と重畳する位置にて、発熱体５と接続する接続部９ａを有しており、接続部９ａの先端において発熱体５と接続されている。従って、発熱体引出電極９は、発熱体５から放出される熱を接続部９ａを介して可溶導体１０に向かって垂直方向に伝達するため、可溶導体１０に至る最短経路の熱伝導経路を構成する。
　ヒューズ素子３０は、ヒューズ素子１と比較して第２の発熱体電極７を省略した構成としたため、構成が簡素化されるとともに、発熱体５から放出される熱を直接、接続部９ａを介して可溶導体１０に伝えることができるため、より熱伝達効率を高めることができる。ヒューズ素子３０は、ヒューズ素子１における第２の発熱体電極７の機能を発熱体引出電極９の接続部９ａの先端に持たせたものともいえる。
　［回路構成］
　ここで、ヒューズ素子３０の回路構成と、通電経路の遮断動作について説明する。ヒューズ素子３０は、図１２（Ａ）に示すように、第１の電極３から第２の電極４にわたって可溶導体１０が接続されており、可溶導体１０の中途部分に発熱体引出電極９が接続されている。また、発熱体引出電極９は、可溶導体１０と接続された側の反対側に、発熱体５、第１の発熱体電極６の順に接続されている。
　ヒューズ素子３０は、第１の電極３から第２の電極４に向かって主回路の電流が流れるように構成されており、第１の発熱体電極６から電流が流れた場合に、発熱体５が発熱し、接続部９ａを主の熱伝導経路として発熱体引出電極９を加熱して、図１２（Ｂ）に示すように、発熱体引出電極９上の可溶導体１０が溶融する。これにより、ヒューズ素子３０は、第１の電極３及び第２の電極４間の電流経路が遮断されるとともに、発熱体５に対する電流経路も遮断される。
　発熱体５から放出された熱は、第１の絶縁層１２を介して発熱体引出電極９にも伝達するが、第１の絶縁層１２よりも熱伝導率の高い発熱体引出電極９の接続部９ａによって垂直方向に速やかに伝達され、発熱体引出電極９を速やかに加熱するとともに、接続部９ａと重畳して配置される可溶導体１０も速やかに加熱する。従ってヒューズ素子３０は、後述する参考例と比して熱伝導効率が非常に高まったと言える。
　また、ヒューズ素子３０は、発熱体引出電極９の接続部９ａが直接発熱体５と接しているため、更に熱伝導効率が高く、より効率的に可溶導体１０を加熱することが可能となった。
　以上のようにヒューズ素子３０は、可溶導体１０に発熱体５からの熱を速やかに効率的に伝達することができるため、可溶導体１０の速溶断性を向上させることができる。
　［第４の実施の形態］
　次に、第４の実施の形態について説明する。また、第１の実施の形態で説明したヒューズ素子１と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図４で説明したものと同じであるため説明を省略する。
　［ヒューズ素子］
　第４の実施の形態にかかるヒューズ素子４０は、図１３乃至図１５に示すように、絶縁基板２の両面を貫通し電気的に接続するためのスルーホール９ｂを有し、発熱体５、第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７が、絶縁基板２の発熱体引出電極９が設けられた面の反対面に設けられ、第２の発熱体電極７と発熱体引出電極９とをスルーホール９ｂを介して接続するように構成したものである。
　具体的に、ヒューズ素子４０は、発熱体引出電極９と発熱体５とを、可溶導体１０と重畳する位置において、スルーホール９ｂを介して電気的に接続されている。
　ヒューズ素子４０は、絶縁基板２の裏面２ｂに、発熱体５を設け、発熱体５上の相対抗する両端辺に第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７を形成し、発熱体５、第１の発熱体電極６及び第２の発熱体電極７を覆うように第１の絶縁層１２を形成している。
　ヒューズ素子４０は、第１の発熱体電極６から電流が流れた場合に、発熱体５が発熱し、スルーホール９ｂを主の熱伝導経路として発熱体引出電極９を加熱して、発熱体引出電極９上の可溶導体１０が溶融する。これにより、ヒューズ素子４０は、第１の電極３及び第２の電極４間の電流経路が遮断されるとともに、発熱体５に対する電流経路も遮断される。
　発熱体５から放出された熱は、絶縁基板２を介して表面２ａの発熱体引出電極９にも伝達するが、絶縁基板２よりも熱伝導率の高いスルーホール９ｂによって垂直方向に速やかに伝達され、発熱体引出電極９を速やかに加熱するとともに、スルーホール９ｂと重畳して配置される可溶導体１０も速やかに加熱する。従ってヒューズ素子４０は、後述する参考例と比して熱伝導効率が非常に高まったと言える。
　また、ヒューズ素子４０は、スルーホール９ｂが直接発熱体５と接しているため、更に熱伝導効率が高く、より効率的に可溶導体１０を加熱することが可能となった。
　以上のようにヒューズ素子４０は、可溶導体１０に発熱体５からの熱を速やかに効率的に伝達することができるため、可溶導体１０の速溶断性を向上させることができる。
　［参考例］
　ここで、第１の実施の形態乃至第４の実施の形態として説明したヒューズ素子が有する熱伝導経路を可溶導体１０と重畳させない構成について、参考例を用いて説明する。また、第１の実施の形態で説明したヒューズ素子１と略同等の部位については同じ符号を付して説明を省略し、差異について説明する。また、等価回路としては、図４で説明したものと略同じであるが、一部に差異があるため簡単な説明を行う。
　［ヒューズ素子］
　参考例にかかるヒューズ素子５０は、図１６乃至図１８に示すように、ヒューズ素子１と比較して発熱体引出電極９の接続先が抵抗測定電極１１とされ、可溶導体１０と重畳する位置で発熱体５や第２の発熱体電極７と接続しない構成であり、絶縁基板２と、絶縁基板２上に設けられた第１の電極３及び第２の電極４と、絶縁基板２上に設けられた発熱体５と、発熱体５に接続する第１の発熱体電極６と、第１の発熱体電極６に接続する第３の電極８と、第２の発熱体電極７に接続する抵抗測定電極１１と、抵抗測定電極１１に接続する発熱体引出電極９と、第１の電極３及び第２の電極４間を発熱体引出電極９を経由して各々に接続する可溶導体１０とを有するものである。
　発熱体引出電極９は、抵抗測定電極１１まで延在する接続部９ｃを有しており、接続部９ｃを介して抵抗測定電極１１と電気的に接続される。発熱体引出電極９は、可溶導体１０と重畳する位置にて、発熱体５や第２の発熱体電極７と接続されていない。
　従って、ヒューズ素子５０は、発熱体５から発する熱の伝導経路が、第２の発熱体電極７、抵抗測定電極１１、接続部９ｃを介するものとなり非常に長くなっているといえる。このため、ヒューズ素子５０では、発熱体５から可溶導体１０への熱が、第１の絶縁層１２を主の熱伝導経路として伝達することとなる。
　［回路構成］
　ここで、ヒューズ素子５０の回路構成と、通電経路の遮断動作について説明する。ヒューズ素子５０は、図１９（Ａ）に示すように、第１の電極３から第２の電極４にわたって可溶導体１０が接続されており、可溶導体１０の中途部分に発熱体引出電極９が接続されている。また、発熱体引出電極９は、可溶導体１０と接続された側の反対側に、抵抗測定電極１１、第２の発熱体電極７、発熱体５、第１の発熱体電極６の順に接続されている。
　ヒューズ素子５０は、第１の電極３から第２の電極４に向かって主回路の電流が流れるように構成されており、第１の発熱体電極６から電流が流れた場合に、発熱体５が発熱し、第１の絶縁層１２を主の熱伝導経路として発熱体引出電極９を加熱して、図１９（Ｂ）に示すように、発熱体引出電極９上の可溶導体１０が溶融する。これにより、ヒューズ素子５０は、第１の電極３及び第２の電極４間の電流経路が遮断されるとともに、発熱体５に対する電流経路も遮断される。
　発熱体５から放出された熱は、第２の発熱体電極７、抵抗測定電極１１、接続部９ｃを介して発熱体引出電極９にも伝達するが、上述したように熱伝導経路が長くなるため可溶導体１０の加熱に対する寄与は極めて少なくなる。
　このため、上述した参考例と第１の実施の形態乃至第４の実施の形態とを比較すると、第１の実施の形態乃至第４の実施の形態におけるヒューズ素子の熱伝導効率が高いことが容易に理解できる。また、第１の実施の形態乃至第４の実施の形態におけるヒューズ素子の熱伝導効率が優れていることは従来技術に対しても同様である。
　［まとめ］
　以上のように第１の実施の形態乃至第４の実施の形態として説明したヒューズ素子は、発熱体から可溶導体を結ぶ最短ルートを絶縁基板や絶縁層よりも高熱伝導率の発熱体引出電極を用いて熱伝導経路を形成したことで、可溶導体に対して発熱体の熱を速やかに伝達し、可溶導体を速やかに溶断し、大電流に対応しつつ速溶断性に優れた保護素子を得ることができる。
　なお、第１の実施の形態乃至第４の実施の形態におけるヒューズ素子の構造を適宜組み合わせた構造としてもよいことは言うまでもない。
　１，２０，３０，４０，５０　ヒューズ素子、２　絶縁基板、２ａ　表面、２ｂ　裏面、３　第１の電極、３ａ　第１の実装電極、３ｂ　第１のハーフスルーホール、４　第２の電極、４ａ　第２の実装電極、４ｂ　第２のハーフスルーホール、５　発熱体、６　第１の発熱体電極、７　第２の発熱体電極、８　第３の電極、８ａ　第３の実装電極、８ｂ　第３のハーフスルーホール、９　発熱体引出電極、９ａ　接続部、９ｂ　スルーホール、９ｃ　接続部、１０　可溶導体、１０ａ　溶融体、１１　抵抗測定電極、１２　第１の絶縁体、１２ａ　切り欠き部、１４　ハンダ、１５　フラックス、１６　カバー部材、１６ａ　側壁、１６ｂ　天面

Claims (8)

  1. 　絶縁基板と、
    　上記絶縁基板上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
    　上記絶縁基板上に設けられた発熱体と、
    　上記発熱体に接続する第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極と、
    　上記第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極のうち、一方に接続する発熱体引出電極と、
    　上記第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極のうち、他方に接続する第３の電極と、
    　上記第１の電極及び第２の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、
    　少なくとも上記可溶導体と重畳する位置にて、上記第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極のうち一方もしくは上記発熱体と、上記発熱体引出電極とを接続する保護素子。
  2. 　上記発熱体と上記発熱体引出電極との間に積層された第１の絶縁層を有する請求項１に記載の保護素子。
  3. 　上記絶縁基板と上記発熱体との間に第２の絶縁層を有する請求項２に記載の保護素子。
  4. 　上記絶縁基板の両面を貫通し電気的に接続するためのスルーホールを有し、
    　上記発熱体、上記第１の発熱体電極及び上記第２の発熱体電極は、上記絶縁基板の上記発熱体引出電極が設けられた面の反対面に設けられ、
    　上記第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極のうち、一方と上記発熱体引出電極とを上記スルーホールを介して接続する請求項１に記載の保護素子。
  5. 　絶縁基板と、
    　上記絶縁基板上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
    　上記絶縁基板上に設けられた発熱体と、
    　上記発熱体に接続する第１の発熱体電極と、
    　上記第１の発熱体電極に接続する第３の電極と、
    　上記発熱体に接続する発熱体引出電極と、
    　上記第１の電極及び第２の電極間を上記発熱体引出電極を経由して各々に接続する可溶導体とを有し、少なくとも上記可溶導体と重なる位置にて、上記発熱体と上記発熱体引出電極とを接続する保護素子。
  6. 　上記発熱体と上記発熱体引出電極との間に積層された第１の絶縁層を有する請求項５に記載の保護素子。
  7. 　上記絶縁基板と上記発熱体との間に第２の絶縁層を有する請求項６に記載の保護素子。
  8. 　上記絶縁基板の両面を貫通し電気的に接続するためのスルーホールを有し、
    　上記発熱体及び上記第１の発熱体電極は、上記絶縁基板の上記発熱体引出電極が設けられた面の反対面に設けられ、上記発熱体と上記発熱体引出電極とを上記スルーホールを介して接続する請求項５に記載の保護素子。
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