TWI395246B - Protection element - Google Patents

Description

保護元件

本發明係有關於一種於對電子機器等施加有過大之電流或電壓時，可熔導體因該熱而熔斷，以阻斷電流之保護元件。

習知搭載於二次電池裝置等中之保護元件係使用不僅具有過電流防止功能，亦具有過電壓防止功能者。該保護元件係為於基板上積層發熱體及包含低熔點金屬體之可熔導體，且以藉由過電流使可熔導體熔斷之方式而形成，並且即使於產生過電壓之情形時，亦可對保護元件內之發熱體通電，以藉由發熱體之熱而使可熔導體熔斷者。可熔導體之熔斷係起因於下述原因而產生，即，作為低熔點金屬之可熔導體於熔融時對所連接的電極表面之濡濕性之良好。熔融之低熔點金屬被吸引至電極上，其結果，可熔導體被切斷而電流被阻斷。

另一方面，隨著近年來便攜式機器等電子機器之小型化，對於此種保護元件亦要求小型化、薄型化，進而要求動作之穩定性及高速化，作為其方法，有於絕緣基板上配置低熔點金屬體之可熔導體，並且利用絕緣罩將其密封，並於可熔導體上塗佈助熔劑者。該助熔劑係設置為，實現可熔導體表面之抗氧化，並且於可熔導體之加熱時可熔導體可迅速且穩定地熔斷。

作為如此之保護元件，有第十三圖所示之構造者。該保護元件係於基底基板1上設有一對電極2，並於與電極2正交之相對緣部亦設有圖式中未顯示之一對電極。於圖式中未顯示之電極間，設有由電阻體構成之發熱體5，並經由絕緣層6設有與圖式中未顯示之一對電極之其中一者連接的導體層7。於該保護元件中，於形成在基底基板1之兩端上的一對電極2之間，設有由低熔點金屬箔構成之可熔導體3。可熔導體3之中央部連接於導體層7。進而，與基底基板1上之可熔導體3對面地設有絕緣罩4。安裝於基底基板1上之絕緣罩4對可熔導體3形成特定之空間8而被覆。於可熔導體3上塗佈有助熔劑9，助熔劑9係被收容至絕緣罩4內之空間8內者。

又，如專利文獻1所揭示般，在作為縮短因低熔點金屬體熔斷時之凝聚造成之電路阻斷時間，並且降低動作時間之不均勻者方面，有於使電流通過低熔點金屬體之一對電極間，設置兩條以上之低熔點金屬體或於電極間方向形成狹縫之低熔點金屬體者。該保護元件係將該電極間之低熔點金屬體區分為獨立之狀態，可增加低熔點金屬體之熔斷開始點，縮短動作時間，並且實現穩定化。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2004-214032號公報

於低熔點金屬之可熔導體上設有助熔劑之保護元件中，助熔劑係作為可熔導體之抗氧化、及用於以異常電流‧電壓而熔斷之活性劑發揮作用者，助熔劑之保留狀態會對動作速度造成影響。尤其，於電子裝置之製造步驟或廢棄物處理中，為減輕環境負荷而使用不含溴(Br)等鹵素成分之無鹵素助熔劑之情形時，此種助熔劑之活度較低，因此助熔劑之狀態會較大地影響可熔導體之熔斷速度或穩定性。

亦即，如第十四圖所示，絕緣罩4之中，可熔導體3上之助熔劑9有時不會穩定地保持於空間8之中央部而左右偏靠。於此情形時，會出現可熔導體3之熔融金屬易流入可保持助熔劑9之場所，而於助熔劑9不足之部分可熔導體3難以熔融之事態，從而存在直至確實地熔斷為止之時間將會延長之問題。

進而，如專利文獻1所揭示之發明般，於形成有兩條以上之低熔點金屬體或狹縫形成之低熔點金屬體之情形時，亦會產生上述無鹵素助熔劑等活度較低之助熔劑所造成之問題，進而，狹縫等之形成於保護元件之製造上需要特殊模具，製造成本變高。

本發明係有鑒於上述先前技術而完成者，其目的在於，提供一種可將可熔導體上之助熔劑穩定地保持於特定位置，使異常時可熔導體可迅速且準確地熔斷之保護元件。

本發明係一種保護元件，其包含：可熔導體，其配置於絕緣性之基底基板上，連接於保護對象機器之電力供給路徑，並藉由特定之異常電力而熔斷；絕緣罩，其經由特定之空間覆蓋上述可熔導體而安裝於上述基底基板上；以及助熔劑，其塗佈於上述可熔導體表面且位於上述空間內，且，當對上述保護對象機器供給有上述異常電力時，上述可熔導體熔斷而阻斷該電流路徑，該保護元件包含：段部，其與上述可熔導體相對地形成於上述絕緣罩之內面，與上述助熔劑接觸而將上述助熔劑保持於上述空間內之特定位置，且，於上述可熔導體上，形成有保持上述助熔劑之孔部。

上述可熔導體之孔部乃是形成於上述可熔導體中央部之透孔。上述段部係形成於上述絕緣罩內面，且包含與上述可熔導體之孔部對面地設置之突條部者。又，於上述可熔導體之中央部之上述孔部之周圍表面，沿周緣部形成有凸部。

進而，於上述可熔導體上，除上述可熔導體之中央部以外，形成有相對較小之孔部，於上述可熔導體上形成有多個較小之孔部。進而，於上述絕緣罩之段部之內側，形成有作為透孔之開口部。

根據本發明之保護元件，於絕緣罩之內側設置助熔劑之保持用段部，並且於可熔導體上設有孔部，因此可使助熔劑穩定地保持於可熔導體之特定位置。藉此，尤其於使用活度較低之助熔劑(無鹵素者等)之情形時，亦可防止因助熔劑塗佈後之助熔劑保持狀態之偏靠所造成的活性度不均勻。進而，於可熔導體之熔斷動作，尤其於低電力之發熱動作特性中，可使動作之不均勻極小。並且，藉由使用無鹵素之助熔劑，可提供環境負荷較小之保護元件。可仍維持可熔導體之習知之箔尺寸而減輕熔融體積，從而更易熔斷。

藉由於除可熔導體之助熔劑保持部以外亦形成較小之孔部，可於可熔導體之周邊部確實地保持助熔劑，並可減小熔斷體積，因此於異常時可更確實地於短時間內熔斷。

藉由於可熔導體之孔部周圍形成凸部，可更確實地保持助熔劑，有助於熔斷特性之穩定化。

除此以外，藉由於絕緣罩上設置開口部，可藉由目視檢查內部之助熔劑之情形。

以下，針對本發明之保護元件之第一實施形態，根據第一圖至第五圖進行說明。本實施形態之保護元件10具有於絕緣性之基底基板11之上面兩端形成之一對電極12，於與一對電極12正交之相對緣部亦設有另一對電極21。於電極21之間，連接有由電阻體構成之發熱體15。於發熱體15上，經由絕緣層16積層有連接於其中一個電極21之導體層17。於導體層17上，連接有與一對電極12連接之由低熔點金屬構成的保險絲亦即可熔導體13之中央部。並且，於基底基板11上，與可熔導體13對面地設有絕緣體之絕緣罩14。

作為基底基板11之材質，只要為具有絕緣性者即可，例如較佳為陶瓷基板、玻璃環氧基板之類之用於印刷電路板的絕緣基板。除此以外，可根據適當用途使用玻璃基板、樹脂基板、絕緣處理金屬基板等，但更佳為耐熱性優異且導熱性良好之陶瓷基板。

作為電極12、21及導體層17，可使用銅等之金屬箔或者表面以Ag-Pt、Au等經鍍敷之導體材料。又，既可為塗佈Ag糊膏等導電性糊膏後煅燒而成之導體層及電極，亦可為藉由蒸鍍等形成之金屬薄膜構造。

於可熔導體13上，形成有包含於其中央部形成之環狀透孔的孔部13a。如第三圖所示，孔部13a係形成為圓形，且位於與後述之絕緣罩14之突條部20成同心之處並成對面。作為可熔導體13之低熔點金屬箔，只要為以特定之電力而熔融者即可，可使用公知作為保險絲材料之各種低熔點金屬。例如，可使用BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等。

形成發熱體15之電阻體例如係塗佈包含氧化釕、碳黑等導電材料與玻璃等無機系黏合劑或熱固性樹脂等有機系黏合劑之電阻糊膏並經煅燒而成者。又，可為印刷氧化釕、碳黑等之薄膜並經燒結而成者，或者既可藉由電鍍、蒸鍍、濺鍍而形成，亦可為貼附該等電阻體材料之薄膜並經積層等而形成者。

安裝於基底基板11上之絕緣罩14係形成為一側面開口之箱狀，對可熔導體13形成特定之空間18而被覆於基底基板11。絕緣罩14之材質係為具有可耐受可熔導體13熔斷時之熱之耐熱性與作為保護元件10之機械強度之絕緣材料即可。例如，可適用玻璃、陶瓷、塑膠、玻璃環氧樹脂之類之用於印刷電路板的基板材料等各種材料。進而，亦可為使用金屬板於與基底基板11之相對面上形成有絕緣性樹脂等之絕緣層者。較佳為陶瓷之類之機械強度及絕緣性較高之材料即可，其亦有助於保護元件整體之薄型化，因而較佳。

於絕緣罩14之內面14a上，在與可熔導體13之中央部之孔部13a相對之位置處，呈同心地形成有具備圓形段部20a之較低之圓筒狀突條部20。突條部20係與絕緣罩14一體地形成，對基底基板11之投影位置位於發熱體15上。

於可熔導體13之整個表面上，設有助熔劑19以防止其表面之氧化。助熔劑19較佳為不含溴等鹵素元素之無鹵素助熔劑。助熔劑19充滿至可熔導體13之孔部13a內，進而亦滯留於其周圍，並藉由表面張力而保持於可熔導體13上。進而，於絕緣罩14之空間18內，藉由表面張力呈隆起狀收容，並且如第二圖所示，附著於絕緣罩14之內面14a上形成之突條部20，並藉由其濡濕性而由段部20a穩定地保持。藉此，助熔劑19於絕緣罩14之空間18內被穩定地保持，而不會在可熔導體13之中央部發生位置偏移。

此處，突條部20自絕緣罩內面14a之突出高度，係為塗佈於可熔導體13之助熔劑19之表面可接觸到，並藉由其濡濕性及表面張力而使助熔劑19停留於中央部之高度，且為以藉由異常電力而熔融之低熔點金屬之已熔融之可熔導體13因其表面張力而呈球狀隆起之頂部恰好接觸到之程度為限度，較佳為已熔融之可熔導體13接觸不到之程度之突出高度。

繼而，作為將本實施形態之保護元件10用於電子機器之示例，根據第五圖說明二次電池裝置之過電流‧過電壓保護電路26。該過電流‧過電壓保護電路26中，保護元件10之一對電極12串聯連接於輸出端子A1與輸入端子B1之間，保護元件10之一對電極12之其中一個端子連接於輸入端子B1，另一個電極12連接於輸出端子A1。並且，可熔導體13之中點連接於發熱體15之一端，電極21之另一個端子連接於發熱體15之另一個端子。發熱體15之另一個端子連接於電晶體Tr之集極，電晶體Tr之射極連接於另一個輸出端子A2與輸入端子B2之間。進而，於電晶體 Tr之基極上，經由電阻R而連接有曾納二極體ZD之陽極，曾納二極體ZD之陰極連接於輸出端子A1。電阻R係被設定如下所述之值，即，當輸出端子A1、A2之間施加有被設定為異常之特定電壓時，對曾納二極體ZD施加降伏電壓以上之電壓。

於輸出端子A1、A2之間，連接有例如鋰離子電池等之被保護裝置即二次電池23之電極端子，於輸入端子B1、B2上，連接有與二次電池23連接而使用之圖式中未顯示之充電器等裝置之電極端子。

繼而，對本實施形態之保護元件10之保護動作進行說明。於安裝有本實施形態之過電流‧過電壓保護電路26的鋰離子電池等二次電池裝置中，當於其充電時有異常之電壓被施加於輸出端子A1、A2時，在被設定為異常之特定電壓下對曾納二極體ZD施加降伏電壓以上之反向電壓，曾納二極體ZD導通。藉由曾納二極體ZD之導通，基極電流ib流入電晶體Tr之基極，藉此，電晶體Tr接通，集極電流ic流入發熱體15，發熱體15發熱。該熱傳導至發熱體15上之低熔點金屬之可熔導體13，可熔導體13熔斷，輸入端子B1與輸出端子A1間之導通被阻斷，以防止過電壓施加至輸出端子A1、A2。

此時，助熔劑19被保持於可熔導體13之中央部，於特定之熔斷位置迅速且確實地熔斷。並且被設定為：於異常電流朝向輸出端子A1流入之情形時，可熔導體13亦藉由該電流發熱而熔斷。

根據本實施形態之保護元件10，於絕緣罩14之內面14a上，與可熔導體13相對地設有凸狀之圓筒形突條部 20，並且，於可熔導體13之中央部，亦與突條部20對面地形成有孔部13a，因此，可使助熔劑19穩定地保持於可熔導體13之中央部之固定位置。藉此，尤其於使用活度較低之無鹵素助熔劑等之助熔劑19之情形時，亦可防止因助熔劑19之塗佈狀態的偏靠或不均勻所造成助熔劑作用之偏差，從而使可熔導體13確實地熔斷。進而，熔斷體積亦相應地減少了可熔導體13之孔部13a之量，因此可使異常時之熔斷更確實且短時間地進行。

繼而，根據第六圖、第七圖說明本發明之保護元件之第二實施形態。此處，對於與上述實施形態同樣之構件，標註相同之符號並省略說明。本實施形態之保護元件10係於絕緣罩14之內面14a上，與可熔導體13相對地設有具有段部20a之圓筒形突條部20，並且沿可熔導體13之孔部13a之周緣部形成有凸部22者。

根據本實施形態之保護元件10，可藉由凸部22使助熔劑19更穩定地保持於固定位置，從而可更穩定地進行可熔導體13之熔斷動作。

繼而，根據第八圖、第九圖說明本發明之保護元件之第三實施形態。此處，對於與上述實施形態同樣之構件，標註相同之符號並省略說明。本實施形態中，除了絕緣罩14之內面14a之具有段部20a的突條部20，以及可熔導體13之中央部之孔部13a以外，亦於其他位置形成有相對較小之孔部，即小孔部13b。

根據本實施形態之保護元件10，可藉由孔部13a將助熔劑19穩定地保持於中央部，並且，於可熔導體13之中央部以外之位置亦可將助熔劑19保持於小孔部13b，使得 可熔導體13之熔斷特性更為穩定。再者，亦可於本實施形態之可熔導體13上形成上述第二實施形態之凸部22。藉此，可進一步使助熔劑19之位置穩定化，並進一步使熔斷特性提高。

繼而，根據第十圖、第十一圖說明本發明之保護元件之第四實施形態。此處，對於與上述實施形態同樣之構件，標註相同之符號並省略說明。本實施形態中，包括絕緣罩14之內面14a之具有段部20a之突條部20，並且，於整個可熔導體13上形成有相對較小之孔部，即小孔部13b，以取代可熔導體13之中央部之孔部13a。

根據本實施形態之保護元件10，可藉由絕緣罩14之突條部22與可熔導體13之小孔部13b將助熔劑19穩定地保持於中央部，並且，藉由可熔導體13之中央部以外之小孔部13b，亦於可熔導體13之周邊部保持助熔劑19，從而使熔斷特性變得穩定。

繼而，根據第十二圖說明本發明之保護元件之第五實施形態。此處，對於與上述實施形態同樣之構件，標註相同之符號並省略說明。本實施形態之保護元件10，其設有絕緣罩14之內面14a之具有段部20a之圓筒形突條部20，並且於絕緣罩14之突條部20所位於的中央部設有開口部24者。

根據本實施形態之保護元件10，除了藉由開口部24周圍之突條部20獲得與上述實施形態同樣之效果以外，還可通過開口部24藉由肉眼目視助熔劑19之保持狀態，從而可更容易且確實地進行製品檢查。再者，開口部24亦可由透明之玻璃或樹脂所堵塞。藉此，可防止塵埃等自開口部24侵入。又，藉由開口部24之段部，亦可不形成突條部20。

再者，本發明之保護元件並不限定於上述實施形態，只要為於絕緣罩內之空間之特定位置，並且具備可保持助熔劑之絕緣罩及可熔導體之形狀者即可；其保持形態為任何形態皆可。又，助熔劑及絕緣罩之材料為任何材料皆可，可適宜地選擇適當之材料。

1．．．基底基板

2．．．電極

3．．．可熔導體

4．．．絕緣罩

5．．．發熱體

6．．．絕緣層

7．．．導體層

8．．．空間

9．．．助熔劑

10．．．保護元件

11．．．基底基板

12．．．電極

13．．．可熔導體

13a．．．孔部

13b．．．小孔部

14．．．絕緣罩

14a．．．內面

15．．．發熱體

16．．．絕緣層

17．．．導體層

18．．．空間

19．．．助熔劑

20．．．突條部

20a．．．段部

21．．．電極

22．．．凸部

23．．．二次電池

24．．．開口部

26．．．過電壓保護電路

A1．．．輸出端子

A2．．．輸出端子

B1．．．輸入端子

B2．．．輸入端子

ZD．．．曾納二極體

R．．．電阻

Tr．．．電晶體

ic．．．集電極電流

ib．．．基極電流

第一圖係拆下本發明之第一實施形態之保護元件之絕緣罩的狀態之平面圖。

第二圖係於第一圖之保護元件上安裝有絕緣罩之狀態之第一圖A-A剖面圖。

第三圖係於本發明之第一實施形態之保護元件上安裝可熔導體之前之平面圖(a)，以及可熔導體之平面圖(b)。

第四圖係本發明之第一實施形態之保護元件之絕緣罩之平面圖。

第五圖係設有本發明之第一實施形態之保護元件的二次電池裝置之電路圖。

第六圖係拆下本發明之第二實施形態之保護元件之絕緣罩的狀態之平面圖。

第七圖係於第六圖之保護元件上安裝有絕緣罩之狀態之第六圖A-A剖面圖。

第八圖係拆下本發明之第三實施形態之保護元件之絕緣罩的狀態之平面圖。

第九圖係於第八圖之保護元件上安裝有絕緣罩之狀態之第八圖A-A剖面圖。

第十圖係拆下本發明之第四實施形態之保護元件之絕緣罩的狀態之平面圖。

第十一圖係於第十圖之保護元件上安裝有絕緣罩之狀態之第十圖A-A剖面圖。

第十二圖係本發明之第五實施形態之保護元件之縱剖面圖。

第十三圖係習知之保護元件之縱剖面圖。

第十四圖係表示習知之保護元件之助熔劑之情形之縱剖面圖。

10．．．保護元件

11．．．基底基板

12．．．電極

13．．．可熔導體

13a．．．孔部

14．．．絕緣罩

14a．．．內面

15．．．發熱體

16．．．絕緣層

17．．．導體層

18．．．空間

19．．．助熔劑

20．．．突條部

20a．．．段部

Claims (7)

1. 一種保護元件，其包含：可熔導體，其係配置於絕緣性之基底基板上，連接於保護對象機器之電力供給路徑，並藉由特定之異常電力而熔斷；絕緣罩，其隔著特定之空間覆蓋上述可熔導體而安裝於上述基底基板上；以及助熔劑，其塗佈於上述可熔導體表面且位於上述空間內，且，當對上述保護對象機器供給有上述異常電力時，上述可熔導體熔斷而阻斷該電流路徑，其中，該保護元件包含：段部，其與上述可熔導體相對地形成於上述絕緣罩之內面，與上述助熔劑接觸而將上述助熔劑保持於上述空間內之特定位置，且於上述可熔導體上，形成有保持上述助熔劑之孔部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之保護元件，其中上述可熔導體之孔部是形成於上述可熔導體之中央部的透孔。
3. 如申請專利範圍第2項所述之保護元件，其中上述段部係形成於上述絕緣罩內面，且係由與上述可熔導體之孔部對面地設置之突條部所構成。
4. 如申請專利範圍第2項所述之保護元件，其中於上述可熔導體之中央部之上述孔部之周圍表面，沿周緣部形成有凸部。
5. 如申請專利範圍第2項所述之保護元件，其中於上述可熔導體上，除上述可熔導體之中央部以外，形成有相對較小之孔部。
6. 如申請專利範圍第1項所述之保護元件，其中上述可熔導體形成有多個較小之孔部。
7. 如申請專利範圍第1項所述之保護元件，其中於上述絕緣罩之段部之內側，形成有作為透孔之開口部。