WO2020166445A1 - 回路モジュール - Google Patents

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WO2020166445A1
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fuse element
insulating
protection member
circuit board
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千智 小森
吉弘 米田
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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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a circuit module on which a fuse element is mounted.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-024470 filed in Japan on February 14, 2019, and the content thereof is incorporated herein.
  • the fuse element has been used as a protection element for various electronic devices such as mobile phones, portable computers, and other electronic devices, and rechargeable electric devices that are equipped with secondary batteries.
  • the fuse element is connected between the first electrode and the second electrode formed on the surface of the insulating substrate, and is connected between the first electrode and the second electrode, and is fused to disconnect the first electrode and the second electrode.
  • the components such as the first electrode, the second electrode and the fusible conductor arranged on the surface of the insulating substrate of the fuse element are usually covered with a case, which protects the inside of the case and facilitates handling. Is improving.
  • a case which protects the inside of the case and facilitates handling. Is improving.
  • the heat inside the fusible conductor due to overcurrent causes a high temperature inside the case, and the air inside the case may expand rapidly.
  • a through hole is provided in the case to release the air or heat rapidly expanded inside the case to the outside (Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and a circuit module that is less likely to damage the periphery of the fuse element even if heat or arc generated at the time of melting the fusible conductor of the fuse element is released to the outside.
  • the purpose is to provide.
  • the present invention provides the following means in order to solve the above problems.
  • a circuit module includes a circuit board having a wiring pattern, an insulating protection member arranged on the circuit board, and an insulating protection member on the circuit board via the insulating protection member.
  • a fuse element mounted on the insulating substrate, the plurality of surface electrodes formed on the surface of the insulating substrate, and the plurality of surface electrodes formed by being fused to each other.
  • a plurality of back electrodes formed on the back surface of the insulating substrate and electrically connected to the plurality of front electrodes, and a case that covers the front surface of the insulating substrate.
  • the case has a through hole on the side surface or the top surface, and the fuse element is arranged inside the outer periphery of the insulating protection member when seen in a plan view.
  • the insulating protection member may have a flat plate shape.
  • the insulating protection member includes a conductive portion that electrically connects the back surface electrode of the fuse element and the wiring pattern of the circuit board. It may be configured.
  • the conductive portion is a conductive through hole provided in a surface of the insulating protection member, or a conductive portion provided on an outer peripheral portion of the insulating protection member. It may be a side through hole having a good property.
  • the present invention it is possible to provide a circuit module that is unlikely to damage the surroundings of the fuse element even if heat or arc generated when the fusible conductor of the fuse element is blown is discharged to the outside.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a plan view showing a fuse element of the circuit module shown in FIG. 1 with a case omitted. It is a perspective view of the fuse element of the circuit module shown in FIG.
  • FIG. 1 is a plan view of a circuit module according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1
  • FIG. 3 is a plan view showing the fuse element shown in FIG. 1 with a case omitted
  • FIG. 4 is a plan view of the fuse element shown in FIG. It is a perspective view.
  • the circuit module 1 includes a circuit board 2, an insulating protection member 3 disposed on the circuit board, and a circuit board 2 with the insulating protection member 3 interposed therebetween. And a fuse element 4 mounted thereon.
  • the fuse element 4 is arranged inside the outer periphery of the insulating protection member 3 in a plan view.
  • the circuit board 2 has an insulating sheet 20 and wiring patterns 21a, 21b, 21c, 22 formed on the surface of the insulating sheet 20.
  • the wiring patterns 21a, 21b, 21c are wiring patterns connected to the fuse element 4, and the wiring pattern 22 is a wiring pattern not connected to the fuse element 4.
  • the insulating sheet 20 is not particularly limited as long as it has electrical insulating properties, and a known insulating sheet used for a circuit board such as a resin sheet, a ceramic sheet, or a composite sheet of resin and ceramic particles can be used. ..
  • the resin sheet include an epoxy resin sheet, a phenol resin sheet, and a polyimide sheet.
  • the ceramic sheet examples include an alumina sheet, a glass ceramic sheet, a mullite sheet, and a zirconia sheet.
  • a glass epoxy sheet can be mentioned as an example of a composite sheet.
  • the material of the wiring patterns 21a, 21b, 21c, 22 can be used a general electrode material such as Cu or Ag.
  • the insulating protection member 3 has a function of protecting the wiring patterns 21a, 21b, 21c, 22 of the circuit board 2 from heat and arc emitted from the fuse element 4. Therefore, the outer circumference of the insulating protection member 3 is wider than the outer circumference of the fuse element 4.
  • the distance between the outer circumference of the insulating protection member 3 and the outer circumference of the fuse element 4 varies depending on the size of the fuse element 4 and the usage conditions of the circuit module 1, but is generally within a range of 2 to 3 times the outer shape of the fuse element 4. Is preferred.
  • the insulating protection member 3 is preferably flat. Although the thickness of the insulating protective member 3 varies depending on the heat resistance and thermal conductivity of the insulating protective member 3, it is generally preferable that the thickness is in the range of 100 ⁇ m to 1000 ⁇ m. Further, the outer periphery of the insulating protection member 3 may be raised in a wall shape.
  • the insulating protection member 3 includes a non-conductive portion 30 and a conductive portion 31.
  • the conductive portion 31 electrically connects the wiring patterns 21a, 21b, 21c of the circuit board 2 to the first electrode 41, the second electrode 42, and the first heating element electrode 43 of the fuse element 4.
  • the non-conductive portion 30 is preferably made of a ceramic material having excellent heat resistance and thermal conductivity. Examples of ceramic materials include alumina, glass ceramics, mullite, and zirconia.
  • a general electrode material such as Cu or Ag can be used.
  • the form of the conductive portion 31 is a conductive through hole provided in the surface of the insulating protection member 3.
  • the form of the conductive portion 31 is not particularly limited, and may be a conductive side through hole provided on the outer peripheral portion of the insulating protection member 3.
  • the fuse element 4 has an insulating substrate 40.
  • the insulating substrate 40 has a first electrode 41, a second electrode 42, a first heating element electrode 43, and a second heating element electrode 44 formed thereon.
  • the first electrode 41 includes a first front surface electrode 41a formed on the front surface 40a of the insulating substrate 40, a first rear surface electrode 41c formed on the rear surface 40b of the insulating substrate 40, a first front surface electrode 41a and a first rear surface electrode. It is composed of a castellation 41b for connecting with 41c.
  • the second electrode 42 includes a second front surface electrode 42a formed on the front surface 40a of the insulating substrate 40, a second rear surface electrode 42c formed on the rear surface 40b of the insulating substrate 40, a second front surface electrode 42a and a second rear surface electrode. It is composed of a castellation 42b for connecting with 42c.
  • the first heating element electrode 43 includes a first heating element surface electrode 43a formed on the front surface 40a of the insulating substrate 40, a first heating element rear surface electrode (not shown) formed on the back surface 40b of the insulating substrate 40, and The first heating element front surface electrode 43a and the first heating element rear surface electrode (not shown) are connected to the castellation 43b.
  • the second heating element electrode 44 is composed only of the second heating element surface electrode 44a formed on the surface 40a of the insulating substrate 40.
  • a fusible conductor 45 that electrically cuts off the first surface electrode 41a and the second surface electrode 42a is electrically connected between the first surface electrode 41a and the second surface electrode 42a.
  • the first back surface electrode 41c is the wiring pattern 21a
  • the second back surface electrode 42c is the wiring pattern 21b
  • the first heating element back surface electrode is the wiring pattern 21c, and electrically through the conductive portion 31 of the insulating protection member 3. It is connected.
  • the wiring pattern 21c is electrically connected to an external control element (not shown), and a current is supplied to the first heating element electrode 43 by a signal from the control element.
  • the surface 40 a of the insulating substrate 40 is provided with a heating element 46 and an insulating member 47 that covers the heating element 46.
  • a heating element extraction electrode 48 is formed on the insulating member 47 so as to face the heating element 46.
  • One end of the heating element 46 is electrically connected to the first heating element surface electrode 43a, and the other end is electrically connected to the second heating element surface electrode 44a.
  • One end of the heating element lead-out electrode 48 is electrically connected to the second heating element surface electrode 44a and is also electrically connected to the fusible conductor 45.
  • a flux 49 is applied to the surface of the fusible conductor 45 to prevent oxidation and improve wettability.
  • the fuse element 4 includes a case 50 that covers the surface 40a of the insulating substrate 40.
  • the case 50 has a side surface 51 bonded on the surface of the insulating substrate 40 and a top surface 53 that covers the surface of the insulating substrate 40.
  • the case 50 has a through hole 52 only on the side surface 51.
  • the number and size of the through holes 52 are not particularly limited, but it is preferable that one or more through holes 52 are provided on each of the four side surfaces 51 of the case 50.
  • the case 50 is preferably made of a ceramic material having excellent heat resistance and thermal conductivity.
  • ceramic materials include alumina, glass ceramics, mullite, and zirconia.
  • the first electrode 41, the second electrode 42, the first heating element electrode 43, and the second heating element electrode 44 can be formed by using a general electrode material such as Cu or Ag. On the surfaces of the first electrode 41 and the second electrode 42, Ni/Au plating, Ni/Pd plating, Ni/Pd/Au plating, etc. are coated by a known method such as plating. It is preferable. Accordingly, it is possible to prevent the first electrode 41 and the second electrode 42 from being oxidized, and to prevent a change in rating due to an increase in conduction resistance.
  • the fuse element 4 when the fuse element 4 is reflow-mounted, by melting the low melting point metal forming the connection solder or the outer layer of the fusible conductor 45, which connects the fusible conductor 45 with the first electrode 41 and the second electrode 42, It is possible to prevent the first electrode 41 and the second electrode 42 from being corroded (soldered).
  • the fusible conductor 45 is made of a material that is quickly melted by self-heating (Joule heat) when overcurrent flows or by heat generation of the heating element 46.
  • solder or Pb-free solder whose main component is Sn.
  • Low melting point metals such as In and In can be preferably used.
  • the fusible conductor 45 may be made of a high melting point metal such as Pb, Ag, Cu, or an alloy containing any one of these as a main component, or a laminated body of a low melting point metal and a high melting point metal. It may be.
  • the fuse element 4 when the fuse element 4 is reflow mounted, even if the reflow temperature exceeds the melting temperature of the low melting point metal and the low melting point metal melts, Outflow to the outside can be suppressed and the shape of the soluble conductor 45 can be maintained. Also during melting, the low-melting point metal is melted and the high-melting point metal is eroded (soldered), so that the high-melting point metal can be rapidly melted at a temperature equal to or lower than the melting point.
  • the heating element 46 is a conductive member that generates heat when energized, and has a high resistance such as W, Mo, Ru, Cu, Ag, or an alloy containing these as the main components or a composition or compound containing these. It is made of a conductive material.
  • the heating element 46 is formed by a method in which a paste prepared by mixing a powder of a high resistance conductive material and a resin binder or the like is patterned on the insulating substrate 40 using a screen printing technique and then fired. You can
  • the heating element lead-out electrode 48 has a function of transmitting the heat generated by the heating element 46 to the fusible conductor 45 via the second heating element surface electrode 44a.
  • a material of the heating element extraction electrode 48 a metal material having high thermal conductivity such as Cu or Ag can be used.
  • an insulating member may be interposed between the heating element 46 and the insulating substrate 40 in order to efficiently transfer the heat of the heating element 46 to the fusible conductor 45.
  • the circuit module 1 of this embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, the circuit board 2 having the wiring patterns 21a, 21b, and 21c at positions corresponding to the first electrode 41, the second electrode 42, and the first heating element electrode 43 of the fuse element 4, and the front side of the circuit board 2 of the fuse element 4 An insulating protection member 3 corresponding to the first electrode 41, the second electrode 42, and the first heating element electrode 43 and having a conductive portion 31 on the back surface side corresponding to the wiring patterns 21a, 21b, and 21c of the circuit board 2 is prepared.
  • the insulating protection member 3 is mounted on the prepared circuit board 2, and solder is arranged between the wiring patterns 21a, 21b, 21c of the circuit board 2 and the conductive portion 31 of the insulating protection member 3.
  • the fuse element 4 is mounted on the insulating protection member 3, and between the conductive portion 31 of the insulating protection member 3 and the first electrode 41, the second electrode 42, and the first heating element electrode 43 of the fuse element 4. Place the solder on.
  • the solder is heated in the reflow furnace to insulate the wiring patterns 21a, 21b, 21c of the circuit board 2 from the first electrode 41, the second electrode 42, and the first heating element electrode 43 of the fuse element 4. It is electrically connected via the conductive portion 31 of the property protection member 3.
  • the circuit module 1 of this embodiment can be used, for example, as a protection circuit for a battery pack of a lithium ion secondary battery.
  • the circuit module 1 of the present embodiment is less likely to damage the periphery of the fuse element 4 even when an arc is generated in the fuse element 4, and thus is advantageously used as a protection circuit for a battery pack of an electric device that uses a large current. can do.
  • an electric device using a large electric current an electric device using a large electric current exceeding several tens of amps to 100 A, for example, an electric tool such as an electric screwdriver, a transportation device such as a hybrid car, an electric vehicle, an electric assist bicycle Can be mentioned.
  • the first heat generation is performed by a signal from an external control element (not shown).
  • a current is supplied to the body electrode 43.
  • the heating element 46 generates heat, and the heat is transmitted to the fusible conductor 45 via the second heating element surface electrode 44a and the heating element lead-out electrode 48, and the fusible conductor 45 is melted. Then, the current path in the circuit module 1 is cut off.
  • the through hole 52 is formed in the side surface 51 of the case 50 of the fuse element 4, the heat generated when the fusible conductor 45 is melted, the air expanded by the heat, and the arc penetrate. It is discharged from the hole 52. Therefore, the case 50 is unlikely to be damaged when the fusible conductor 45 is melted.
  • the fuse element 4 is arranged inside the outer periphery of the insulating protection member 3 in a plan view, and the surface of the circuit board 2 around the fuse element 4 is insulated. It is protected by the sex protection member 3. Therefore, even if heat or arc generated when the fusible conductor 45 of the fuse element 4 is blown is discharged to the outside through the through hole 52, the periphery of the fuse element 4 is unlikely to be damaged.
  • the fuse element 4 connects the fusible conductor 45 between the first electrode 41 and the second electrode 42, but the number of electrodes is not limited as long as it is two or more.
  • a pair of electrodes may be further provided, and another fusible conductor may be connected between the pair of electrodes.
  • the through hole 52 is provided only on the side surface 51 of the case 50, but the through hole 52 may be provided on the top surface 53.

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Abstract

回路モジュール（１）は、回路基板（２）と、回路基板（２）の上に配置された絶縁性保護部材（３）と、絶縁性保護部材（３）を介して回路基板（２）の上に実装されたヒューズ素子（４）とを備え、ヒューズ素子（４）は、絶縁基板（４０）と、絶縁基板（４０）の表面を覆うケース（５０）とを備え、ケース（５０）は側面（５１）に貫通孔（５２）を有し、ヒューズ素子（４）は平面視したときに絶縁性保護部材（３）の外周よりも内側に配置されている。

Description

回路モジュール
　本発明は、ヒューズ素子が実装された回路モジュールに関する。
　本願は、２０１９年２月１４日に、日本に出願された特願２０１９－０２４４７０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、ヒューズ素子は、携帯電話や携帯型コンピュータなどの電子機器や、充電式の電動機器など、二次電池が搭載された様々な電気機器の保護素子として利用されている。ヒューズ素子としては、絶縁基板の表面に形成された第１電極および第２電極と、この第１電極と第２電極の間に接続され、溶断することにより第１電極と第２電極との間を遮断する可溶導体とを備える構成のものが知られている。このような構成のヒューズ素子では、可溶導体に過電流が流れることによって、可溶導体が自己発熱して溶断する。また、ヒューズ素子内部に発熱体を設けて、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できる構成とされているものも知られている。
　ヒューズ素子の絶縁基板の表面に配置されている第１電極、第２電極および可溶導体などの構成部品は、通常、ケースで覆われており、これにより、ケース内部を保護すると共に取扱い性を向上させている。しかしながら、ヒューズ素子の構成部品をケースで覆うと、過電流などによる可溶導体の溶断時の発熱によって、ケース内部が高温となり、ケース内部の空気が急激に膨張することがある。この熱や空気の膨張によるケースの破損を防止するため、ケースに貫通孔を設けて、ケース内部で急激に膨張した空気や熱を外部に放出させることが行われている（特許文献１）。
特開２０１６－１３４３１７号公報
　近年の電気機器の高電圧化や高出力化に伴って、ヒューズ素子の可溶導体の溶断時の発熱量は大きくなる傾向にあり、可溶導体の溶断時にアーク放電が発生することがある。このため、ヒューズ素子のケースに貫通孔を設けて、ケース内部で膨張した空気や熱と共にアークを外部に放出させることができるようにすることは有効である。しかしながら、ケースの貫通孔から熱やアークを外部に放出させると、ヒューズ素子の周囲の回路基板に対して配線パターンを部分的に溶融させるなどの損傷を与えるおそれがある。一方、電気機器の小型化や軽量化に伴って、ヒューズ素子は小型化が要求されている。このため、電気機器の高電圧化や高出力化および小型化や軽量化の要求を満足しつつ、ヒューズ素子の周囲に損傷を与えずにヒューズ素子を作動できるようにするには、ヒューズ素子を改良することのみでは対応するのが困難な状況となっている。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ヒューズ素子の可溶導体の溶断時にて発生した熱やアークが外部に放出してもヒューズ素子の周囲に損傷を与えにくい回路モジュールを提供することを目的とする。
　本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）本発明の一態様に係る回路モジュールは、配線パターンを有する回路基板と、前記回路基板の上に配置された絶縁性保護部材と、前記絶縁性保護部材を介して前記回路基板の上に実装されたヒューズ素子とを備え、前記ヒューズ素子は、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に形成された複数の表面電極と、前記複数の表面電極間に接続され、溶断することにより前記複数の表面電極間を遮断する可溶導体と、前記絶縁基板の裏面に形成され、前記複数の表面電極と電気的に接続された複数の裏面電極と、前記絶縁基板の表面を覆うケースとを備え、前記ケースは側面または天面に貫通孔を有し、前記ヒューズ素子は平面視したときに前記絶縁性保護部材の外周よりも内側に配置されている。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記絶縁性保護部材は、平板状である構成としてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、前記絶縁性保護部材は、前記ヒューズ素子の前記裏面電極と前記回路基板の前記配線パターンとを電気的に接続する導電部を備える構成としてよい。
（４）上記（３）に記載の態様において、前記導電部は、前記絶縁性保護部材の面内に設けられた導電性のスルーホール、または前記絶縁性保護部材の外周部に設けられた導電性のサイドスルーホールである構成としてもよい。
　本発明によれば、ヒューズ素子の可溶導体の溶断時にて発生した熱やアークを外部に放出してもヒューズ素子の周囲に損傷を与えにくい回路モジュールを提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る回路モジュールの平面図である。 図１のII－II線断面図である。 図１に示す回路モジュールのヒューズ素子を、ケースを省略して示す平面図である。 図１に示す回路モジュールのヒューズ素子の斜視図である。
　以下、本発明に係る回路モジュールの実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
　図１は、本発明の一実施形態に係る回路モジュールの平面図である。図２は、図１のII－II線断面図であり、図３は、図１に示すヒューズ素子を、ケースを省略して示す平面図であり、図４は、図１に示すヒューズ素子の斜視図である。
　図１、２に示すように、本実施形態の回路モジュール１は、回路基板２と、回路基板の上に配置された絶縁性保護部材３と、絶縁性保護部材３を介して回路基板２の上に実装されたヒューズ素子４とを備える。ヒューズ素子４は、平面視したときに絶縁性保護部材３の外周よりも内側に配置されている。
［回路基板］
　回路基板２は、絶縁シート２０と、絶縁シート２０の表面に形成された配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２とを有する。配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃはヒューズ素子４に接続する配線パターンであり、配線パターン２２はヒューズ素子４に接続しない配線パターンである。絶縁シート２０は電気絶縁性を有するものであれば特に制限はなく、樹脂シート、セラミックスシート、樹脂とセラミック粒子との複合体シートなど回路基板に用いられている公知の絶縁シートを用いることができる。樹脂シートの例としては、エポキシ樹脂シート、フェノール樹脂シート、ポリイミドシートを挙げることができる。セラミックスシートの例としては、アルミナシート、ガラスセラミックスシート、ムライトシート、ジルコニアシートを挙げることができる。複合体シートの例としては、ガラスエポキシシートを挙げることができる。配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２の材料としては、ＣｕやＡｇなどの一般的な電極材料を用いることができる。
［絶縁性保護部材］
　絶縁性保護部材３は、ヒューズ素子４から放出される熱やアークから回路基板２の配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２を保護する機能を有する。このため、絶縁性保護部材３の外周は、ヒューズ素子４の外周よりも広くなっている。絶縁性保護部材３の外周と、ヒューズ素子４の外周の距離は、ヒューズ素子４のサイズや回路モジュール１の使用条件によって異なるが、一般に、ヒューズ素子４の外形の２倍～３倍の範囲内にあることが好ましい。
　絶縁性保護部材３は、平板状であることが好ましい。絶縁性保護部材３の厚さは、絶縁性保護部材３の耐熱性や熱伝導性によっても異なるが、一般に、１００μｍ～１０００μｍの範囲内にあることが好ましい。また、絶縁性保護部材３の外周は壁状に立ち上げてもよい。
　絶縁性保護部材３は、非導電部３０と導電部３１とを備える。導電部３１は、回路基板２の配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、ヒューズ素子４の第１電極４１、第２電極４２、第１発熱体電極４３とを電気的に接続する。非導電部３０は、耐熱性および熱伝導性に優れるセラミックス材料で形成されていることが好ましい。セラミックス材料の例としては、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアを挙げることができる。導電部３１の材料としては、ＣｕやＡｇなどの一般的な電極材料を用いることができる。導電部３１の形態としては、本実施形態では、絶縁性保護部材３の面内に設けられた導電性のスルーホールとされている。ただし、導電部３１の形態は特に制限はなく、絶縁性保護部材３の外周部に設けられた導電性のサイドスルーホールであってもよい。
［ヒューズ素子］
　ヒューズ素子４は、絶縁基板４０を有する。絶縁基板４０は、第１電極４１、第２電極４２、第１発熱体電極４３、第２発熱体電極４４が形成されている。第１電極４１は、絶縁基板４０の表面４０ａに形成された第１表面電極４１ａと、絶縁基板４０の裏面４０ｂに形成された第１裏面電極４１ｃと、第１表面電極４１ａと第１裏面電極４１ｃとを接続するキャスタレーション４１ｂとからなる。第２電極４２は、絶縁基板４０の表面４０ａに形成された第２表面電極４２ａと、絶縁基板４０の裏面４０ｂに形成された第２裏面電極４２ｃと、第２表面電極４２ａと第２裏面電極４２ｃとを接続するキャスタレーション４２ｂとからなる。第１発熱体電極４３は、絶縁基板４０の表面４０ａに形成された第１発熱体表面電極４３ａと、絶縁基板４０の裏面４０ｂに形成された第１発熱体裏面電極（不図示）と、第１発熱体表面電極４３ａと第１発熱体裏面電極（不図示）とを接続するキャスタレーション４３ｂとからなる。第２発熱体電極４４は、絶縁基板４０の表面４０ａに形成された第２発熱体表面電極４４ａのみからなる。
　第１表面電極４１ａと第２表面電極４２ａの間は、溶断することにより第１表面電極４１ａと第２表面電極４２ａの間を遮断する可溶導体４５が電気的に接続されている。第１裏面電極４１ｃは配線パターン２１ａと、第２裏面電極４２ｃは配線パターン２１ｂと、第１発熱体裏面電極は配線パターン２１ｃと、それぞれ絶縁性保護部材３の導電部３１を介して電気的に接続されている。配線パターン２１ｃは、外部の制御素子（不図示）に電気的に接続されており、制御素子からの信号により第１発熱体電極４３に電流が供給されるようにされている。
　また、絶縁基板４０の表面４０ａには、発熱体４６と、発熱体４６を覆う絶縁部材４７が備えられている。絶縁部材４７の上には、発熱体４６に対向するように発熱体引出電極４８が形成されている。発熱体４６の一方の端部が第１発熱体表面電極４３ａに、他方の端部が第２発熱体表面電極４４ａにそれぞれ電気的に接続されている。発熱体引出電極４８は、一方の端部が第２発熱体表面電極４４ａに電気的に接続されると共に、可溶導体４５とも電気的に接続されている。
　可溶導体４５の表面には、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス４９が塗布されている。
　ヒューズ素子４は、絶縁基板４０の表面４０ａを覆うケース５０を備える。ケース５０は、絶縁基板４０の表面上に接着された側面５１と、絶縁基板４０の表面上を覆う天面５３とを有する。ケース５０は、側面５１にのみ貫通孔５２が設けられている。貫通孔５２の個数やサイズに特に制限はないが、貫通孔５２は、ケース５０の４つの側面５１にそれぞれ１個以上設けられていることが好ましい。
　ケース５０は、耐熱性および熱伝導性に優れるセラミックス材料で形成されていることが好ましい。セラミックス材料の例としては、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアを挙げることができる。
　第１電極４１、第２電極４２、第１発熱体電極４３、第２発熱体電極４４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電極４１、第２電極４２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、第１電極４１および第２電極４２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４をリフロー実装する場合に、第１電極４１および第２電極４２と可溶導体４５を接続する接続用ハンダあるいは可溶導体４５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電極４１および第２電極４２が溶食（ハンダ食われ）されるのを防ぐことができる。
　可溶導体４５は、過電流が流れたときの自己発熱（ジュール熱）により、あるいは発熱体４６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、Ｉｎ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４５は、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕまた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４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４５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）されることで、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。
　発熱体４６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、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ、あるいはこれらを主成分とする合金もしくはこれらを含む組成物または化合物などの高抵抗導電性材料からなる。発熱体４６は、高抵抗導電性材料の粉末と樹脂バインダ等とを混合して調製したペーストを、絶縁基板４０上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する方法等によって形成することができる。
　絶縁部材４７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４８は、発熱体４６にて発生した熱を、第２発熱体表面電極４４ａを介して、可溶導体４５に伝える機能を有する。発熱体引出電極４８の材料としては、ＣｕやＡｇなどの熱伝導性が高い金属材料を用いることができる。また、発熱体４６の熱を効率良く可溶導体４５に伝えるために、発熱体４６と絶縁基板４０の間に絶縁部材を介在させてもよい。
　本実施形態の回路モジュール１は、例えば、次のようにして製造することができる。
　まず始めに、ヒューズ素子４の第１電極４１、第２電極４２、第１発熱体電極４３に対応する位置に配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃを有する回路基板２と、表面側がヒューズ素子４の第１電極４１、第２電極４２、第１発熱体電極４３と対応し、裏面側が回路基板２の配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃと対応する導電部３１を有する絶縁性保護部材３とを用意する。
　用意した回路基板２の上に絶縁性保護部材３を搭載し、回路基板２の配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃと絶縁性保護部材３の導電部３１との間にハンダを配置する。次いで、絶縁性保護部材３の上にヒューズ素子４を搭載し、絶縁性保護部材３の導電部３１とヒューズ素子４の第１電極４１、第２電極４２、第１発熱体電極４３との間にハンダを配置する。そして、リフロー炉にて、ハンダを加熱することによって、回路基板２の配線パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃとヒューズ素子４の第１電極４１、第２電極４２、第１発熱体電極４３とを、絶縁性保護部材３の導電部３１を介して電気的に接続する。
　本実施形態の回路モジュール１は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパックの保護回路として用いることができる。本実施形態の回路モジュール１は、ヒューズ素子４にてアークが発生した場合でも、ヒューズ素子４の周囲に損傷を与えにくいので、大電流を使用する電気機器のバッテリパックの保護回路として有利に利用することができる。大電流を使用する電気機器としては、数１０Ａ～１００Ａを超えるような大電流を利用する電気機器、例えば、電動ドライバ等の電動工具や、ハイブリッドカー、電気自動車、電動アシスト自転車等の輸送機器等を挙げることができる。
　以上のような構成とされた本実施形態の回路モジュール１では、回路基板２の配線パターン２１ａ、２１ｂに過電流が流れたときには、配線パターン２１ａ、２１ｂに接続するヒューズ素子４の第１電極４１と第２電極４２とを接続する可溶導体４５に過電流が流れる。可溶導体４５に過電流が流れることによって、可溶導体４５は自己発熱して、溶解することによって、溶断して、回路モジュール１内の電流経路が遮断される。
　また、本実施形態の回路モジュール１では、回路モジュール１内で、例えば、電池電圧値の異常などの不具合が検出された場合は、外部の制御素子（不図示）からの信号により、第１発熱体電極４３に電流が供給される。これにより、発熱体４６が発熱し、その熱が第２発熱体表面電極４４ａと発熱体引出電極４８とを介して、可溶導体４５に伝わって、可溶導体４５が溶解することによって、溶断して、回路モジュール１内の電流経路が遮断される。
　本実施形態の回路モジュール１では、ヒューズ素子４のケース５０の側面５１に貫通孔５２が形成されているため、可溶導体４５の溶断時に発生した熱、その熱によって膨張した空気およびアークが貫通孔５２から放出される。このため、可溶導体４５の溶断時にケース５０が破損することが起こりにくい。また、本実施形態の回路モジュール１では、ヒューズ素子４は、平面視したときに絶縁性保護部材３の外周よりも内側に配置されていて、ヒューズ素子４の周囲の回路基板２の表面は絶縁性保護部材３で保護されている。このため、ヒューズ素子４の可溶導体４５の溶断時にて発生した熱やアークを、貫通孔５２を介して外部に放出してもヒューズ素子４の周囲に損傷を与えにくい。
　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　本実施形態では、ヒューズ素子４は、第１電極４１と第２電極４２との間に可溶導体４５を接続しているが、電極の個数は２個以上の複数個であれば制限ない。例えば、さらに一対の電極を設けて、その一対の電極の間に別の可溶導体を接続してもよい。
　また、本実施形態では、ケース５０の側面５１にのみ貫通孔５２が設けられているが、貫通孔５２は天面５３に設けてもよい。
　１　回路モジュール
　２　回路基板
　３　絶縁性保護部材
　４　ヒューズ素子
　２０　絶縁シート
　２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２２　配線パターン
　３０　非導電部
　３１　導電部
　４０　絶縁基板
　４０ａ　表面
　４０ｂ　裏面
　４１　第１電極
　４１ａ　第１表面電極
　４１ｂ　キャスタレーション
　４１ｃ　第１裏面電極
　４２　第２電極
　４２ａ　第２表面電極
　４２ｂ　キャスタレーション
　４２ｃ　第２裏面電極
　４３　第１発熱体電極
　４３ａ　第１発熱体表面電極
　４３ｂ　キャスタレーション
　４４　第２発熱体電極
　４４ａ　第２発熱体表面電極
　４５　可溶導体
　４６　発熱体
　４７　絶縁部材
　４８　発熱体引出電極
　４９　フラックス
　５０　ケース
　５１　側面
　５２　貫通孔
　５３　天面

Claims (4)

  1. 　配線パターンを有する回路基板と、
    　前記回路基板の上に配置された絶縁性保護部材と、
    　前記絶縁性保護部材を介して前記回路基板の上に実装されたヒューズ素子とを備え、
    　前記ヒューズ素子は、
    　絶縁基板と、
    　前記絶縁基板の表面に形成された複数の表面電極と、
    　前記複数の表面電極間に接続され、溶断することにより前記複数の表面電極間を遮断する可溶導体と、
    　前記絶縁基板の裏面に形成され、前記複数の表面電極と電気的に接続された複数の裏面電極と、
    　前記絶縁基板の表面を覆うケースとを備え、
    　前記ケースは側面または天面に貫通孔を有し、
    　前記ヒューズ素子は平面視したときに前記絶縁性保護部材の外周よりも内側に配置されている回路モジュール。
  2. 　前記絶縁性保護部材は、平板状である請求項１に記載の回路モジュール。
  3. 　前記絶縁性保護部材は、前記ヒューズ素子の前記裏面電極と前記回路基板の前記配線パターンとを電気的に接続する導電部を備える請求項１または２に記載の回路モジュール。
  4. 　前記導電部は、前記絶縁性保護部材の面内に設けられた導電性のスルーホール、または前記絶縁性保護部材の外周部に設けられた導電性のサイドスルーホールである請求項３に記載の回路モジュール。
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