(57)【要約】【課題】複数のバッテリセルや電子部品で構成された電子機器の異常セルや異常電子部品のみを排除し、機能を維持しつつバイパス経路を形成することにより低抵抗化を図る。【解決手段】絶縁基板２と、絶縁基板２に設けられた発熱抵抗体３と、絶縁基板２に、互いに隣接して設けられた第１、第２の電極４，５と、絶縁基板２に、第１の電極４と隣接して設けられるとともに、発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極６と、第１、第３の電極４，６間に亘って設けられることにより電流経路構成し、発熱抵抗体３からの加熱により、第１、第３の電極４，６間の電流経路を溶断する第１の可溶導体８とを備える。発熱抵抗体３からの加熱により溶融し、第１、第２の電極４，５上に凝集した第１の可溶導体８によって、第１の電極４と第２の電極５とが短絡する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
上記絶縁基板に設けられた発熱抵抗体と、
上記絶縁基板に、互いに隣接して設けられた第１、第２の電極と、
上記絶縁基板に、上記第１の電極と隣接して設けられるとともに、上記発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極と、
上記第１、第３の電極間に亘って設けられることにより電流経路を構成し、上記発熱抵抗体からの加熱により、上記第１、第３の電極間の上記電流経路を溶断する第１の可溶導体とを備え、
上記発熱抵抗体からの加熱により溶融し、上記第１、第２の電極上に凝集した上記第１の可溶導体によって、上記第１の電極と上記第２の電極とが短絡することを特徴とする短絡素子。
【請求項２】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記発熱抵抗体からの加熱により溶融し、上記第１、第２の電極上に凝集した上記第１、第２の可溶導体によって、上記第１の電極と上記第２の電極とが短絡することを特徴とする請求項１記載の短絡素子。
【請求項３】
上記絶縁基板に、上記第２の電極と隣接して設けられた第４の電極と、
上記第２、第４の電極間に亘って設けられ、上記発熱抵抗体からの加熱により、上記第２、第４の電極間の上記電流経路を溶断する第２の可溶導体とを有し、
上記発熱抵抗体からの加熱により溶融し、上記第１、第２の電極上に凝集した上記第１、第２の可溶導体によって、上記第１の電極と上記第２の電極とが短絡することを特徴とする請求項１記載の短絡素子。
【請求項４】
上記絶縁基板上に積層された絶縁層を備え、
上記第１〜第３の電極が、上記絶縁層上に設置され、
上記発熱抵抗体が、上記絶縁層の内部もしくは上記絶縁層と上記絶縁基板の間に設置されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項５】
上記発熱抵抗体が、前記絶縁基板の内部に設置されてなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項６】
上記発熱抵抗体が、前記絶縁基板の電極形成面と反対の面に設置されてなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項７】
上記発熱抵抗体が、前記絶縁基板の電極形成面上に設置されてなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項８】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記発熱抵抗体が、上記第１の可溶導体及び上記第２の可溶導体に重畳され、上記第２の可溶導体との重畳面積が、上記第１の可溶導体との重畳面積よりも広い請求項１乃至４のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項９】
上記第２の可溶導体の幅が、上記第１の可溶導体よりも狭い請求項２乃至８のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１０】
上記第１の電極及び上記第２の電極の表面に、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキの何れか１つが被覆されている請求項１乃至９のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１１】
上記絶縁基板に、上記第２の電極と隣接して設けられた第４の電極と、
上記第２、第４の電極間に亘って設けられ、上記発熱抵抗体からの加熱により、上記第２、第４の電極間の上記電流経路を溶断する第２の可溶導体とを有し、
上記第１の電極の面積が、上記第３の電極よりも広く、上記第２の電極の面積が、上記第４の電極よりも広い請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１２】
上記絶縁基板上に設けられた内部を保護するカバー部材と、
上記カバー部材の内面に設けられるカバー部電極とを備え、
上記カバー部電極が、上記第１の電極及び上記第２の電極と重畳する位置に設置されてなる請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１３】
上記絶縁基板上に、上記第１の電極又は上記第２の電極のいずれか一方に接続される保護抵抗を備える請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１４】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体が、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダである請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１５】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体が、低融点金属と高融点金属とを含有し、
上記低融点金属が、上記発熱抵抗体から発する熱により溶融することで、上記高融点金属を溶食する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項１６】
上記低融点金属が、ハンダであり、
上記高融点金属が、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金である請求項１５記載の短絡素子。
【請求項１７】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体の内層が上記低融点金属であり、外層が上記高融点金属の被覆構造である請求項１乃至１３、１５又は１６のいずれか１項記載の短絡素子。
【請求項１８】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体の内層が上記高融点金属であり、外層が上記低融点金属の被覆構造である請求項１乃至１３、１５又は１６のいずれか１項記載の短絡素子。
【請求項１９】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体が、上記低融点金属と、上記高融点金属とが積層された積層構造である請求項１乃至１３、１５又は１６のいずれか１項記載の短絡素子。
【請求項２０】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体が、上記低融点金属と、上記高融点金属とが交互に積層された４層以上の多層構造である請求項１乃至１３、１５又は１６のいずれか１項記載の短絡素子。
【請求項２１】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体が、内層を構成する低融点金属の表面を高融点金属にてストライプ状に部分的に積層する請求項１乃至１３、１５又は１６のいずれか１項記載の短絡素子。
【請求項２２】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体が、多数の開口部を有する高融点金属と、上記開口部に挿入された低融点金属とからなる請求項１乃至１３、１５又は１６のいずれか１項記載の短絡素子。
【請求項２３】
上記第２の電極に設けられた第２の可溶導体を備え、
上記第１及び第２の可溶導体の低融点金属の体積が、高融点金属の体積よりも多い請求項１乃至１３、１５乃至２２のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項２４】
ヒューズと、
上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、
上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチとを備え、
上記スイッチが、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子回路。
【請求項２５】
ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチとを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、
電子部品とを備え、
上記スイッチが、両端子が上記電子部品と並列に接続され、
上記発熱抵抗体の開放端子が、上記スイッチ端子のうち上記ヒューズが接続されていない端子に接続され、
上記電子部品の異常時には、上記ヒューズが溶融することにより上記スイッチが短絡され 、上記電子部品を迂回するバイパス電流経路が形成される補償回路。
【請求項２６】
上記電子部品が、異常時に電気的開放を伴う発光ダイオードである請求項２５記載の補償回路。
【請求項２７】
上記バイパス電流経路上に、上記電子部品の内部抵抗相当の保護抵抗が接続されている請求項２５又は２６に記載の補償回路。
【請求項２８】
ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチとを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、
電子部品と、
上記電子部品の電流経路上に接続され、上記電子部品の異常時に該電子部品への通電を電気信号で遮断する保護素子と、
上記電子部品の異常を検知し、異常信号を出力する保護部品と、
上記保護部品の異常信号を受けて動作する制御素子とを備え、
上記電子部品及び上記保護素子の両端と、上記スイッチの両端子とを並列に接続し、
上記発熱抵抗体の開放端子と上記保護素子の上記電気信号の入力端子を、上記制御素子に接続し、
上記電子部品の異常時には、上記保護部品からの異常信号を受けて上記制御素子が動作し、上記保護素子による上記電子部品の電流経路の遮断と、上記ヒューズの溶断に連動した上記スイッチの短絡を行い、バイパス電流経路が形成される補償回路。
【請求項２９】
上記電子部品は、異常時に電気的短絡又は熱暴走を伴うバッテリセルである請求項２８記載の補償回路。
【請求項３０】
上記バイパス電流経路上に、上記電子部品の内部抵抗相当の保護抵抗が接続されている請求項２８又は２９に記載の補償回路。
【請求項３１】
上記制御素子は、上記発熱抵抗体の開放端子に接続された第１の制御素子と、上記保護素子の電気信号の入力端子に接続された第２の制御素子とを備え、
上記保護部品及び上記第１、第２の制御素子を制御することにより、上記保護素子による電流経路の遮断を行い、その後、上記短絡素子によるバイパス電流経路を形成する請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の補償回路。
【請求項３２】
ヒューズと、
上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、
上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチと、
上記スイッチの端子の少なくとも一方の端子に接続された保護抵抗とを備え、
上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子回路。
【請求項３３】
ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチと、上記スイッチの端子のうち、上記ヒューズが接続されていない端子に接続された保護抵抗とを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、
電子部品とを備え、
上記スイッチと上記ヒューズが接続された端子及び上記保護抵抗の開放端子と、上記電子部品とを、並列に接続し、
上記発熱抵抗体は、上記保護抵抗と接続し、
上記電子部品の異常時には、上記ヒューズが溶融することにより上記スイッチがオンとなり、バイパス電流経路が形成される補償回路。
【請求項３４】
上記電子部品は、異常時に電気的開放を伴う発光ダイオードである請求項３３記載の補償回路。
【請求項３５】
ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチと、上記スイッチの端子のうち、上記ヒューズが接続されていない端子に接続された保護抵抗とを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、
電子部品と、
上記電子部品の電流経路上に接続され、上記電子部品の異常時に該電子部品への通電を電気信号で遮断する保護素子と、
上記電子部品の異常を検知し、異常信号を出力する保護部品と、
上記保護部品の異常信号を受けて動作する制御素子とを備え、
上記電子部品及び上記保護素子の両端と、上記スイッチの上記ヒューズとの接続端子及び上記保護抵抗とを並列に接続し、
上記発熱抵抗体の開放端子と上記保護素子の上記電気信号の入力端子を、上記制御素子に接続し、
上記電子部品の異常時には、上記保護部品からの異常信号を受けて上記制御素子が動作し、上記保護素子による上記電子部品の電流経路の遮断と、上記ヒューズの溶断に連動した上記スイッチの短絡を行い、バイパス電流経路が形成される補償回路。
【請求項３６】
上記電子部品は、異常時に電気的短絡又は熱暴走を伴うバッテリセルである請求項３５記載の補償回路。
【請求項３７】
上記制御素子は、上記発熱抵抗体の開放端子に接続された第１の制御素子と、上記保護素子の電気信号の入力端子に接続された第２の制御素子とを備え、
上記保護部品及び上記第１、第２の制御素子を制御することにより、上記保護素子による電流経路の遮断を行い、その後、上記短絡素子によるバイパス電流経路を形成する請求項３５又は３６に記載の補償回路。
【請求項３８】
上記絶縁基板には、上記可溶導体が設けられた面と同一面に、上記第１の電極と連続する第１の外部接続電極と、上記第１の外部接続電極上に設けられる１又は複数の第１の外部接続端子と、上記第２の電極と連続する第２の外部接続電極と、上記第２の外部接続電極上に設けられる１又は複数の第２の外部接続端子が形成され、
上記第１の電極と上記第２の電極とが短絡したときの、上記第１、第２の外部接続電極間の導通抵抗よりも、上記第１の外部接続端子と上記第２の外部接続端子との合成抵抗が低い請求項１〜２３のいずれか１項に記載の短絡素子。
【請求項３９】
上記外部接続端子が、金属バンプ又は金属ポストである請求項３８記載の短絡素子。
【請求項４０】
上記金属バンプ又は金属ポストは、高融点金属の表面に低融点金属層が形成されている請求項３９記載の短絡素子。
【請求項４１】
上記高融点金属は銅又は銀を主成分とし、上記低融点金属は錫を主成分とする鉛フリー半田である請求項４０記載の短絡素子。
【請求項４２】
上記外部接続端子が、錫を主成分とする鉛フリー半田からなる金属バンプである請求項３８記載の短絡素子。
【請求項４３】
短絡素子が実装対象物に実装された実装体において、
上記短絡素子は、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に設けられた発熱抵抗体と、
上記絶縁基板に、互いに隣接して設けられた第１、第２の電極と、
上記絶縁基板に、上記第１の電極と隣接して設けられるとともに、上記発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極と、
上記第１、第３の電極間に亘って設けられることにより電流経路を構成し、上記発熱抵抗体からの加熱により、上記第１、第３の電極間の上記電流経路を溶断する第１の可溶導体と、
上記絶縁基板の上記第１、第２の電極が形成された面と同一表面に形成され、上記第１の電極と連続する第１の外部接続電極及び上記第２の電極と連続する第２の外部接続電極とを備え、
上記第１の電極が上記第１の外部接続電極上に接続された第１の外部接続端子を介して上記実装対象物と接続され、上記第２の電極が上記第２の外部接続電極上に接続された第２の外部接続端子を介して上記実装対象物と接続され、
上記発熱抵抗体からの加熱により溶融し、上記第１、第２の電極上に凝集した上記第１の可溶導体によって、上記第１の電極と上記第２の電極とが短絡したときの、上記第１、第２の外部接続電極間の導通抵抗よりも、上記第１の外部接続端子と上記第２の外部接続端子との合成抵抗が低いことを特徴とする実装体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた短絡素子を用いて、電子機器内の異常部品のみを排除する短絡素子及びこれを用いた回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。
【０００３】
この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大な異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられている。
【０００４】
このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子としては、特許文献１に記載されているように、電流経路上の第１の電極，発熱体引出電極，第２の電極間に亘って可溶導体を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子内部に設けた発熱体によって溶断するものがある。このような保護素子では、溶融した液体状の可溶導体を発熱体に繋がる導体層上に集めることにより電流経路を遮断する。
【０００５】
また、ＬＥＤ照明装置においては、直列接続されたＬＥＤ素子の個々に短絡素子を並列に接続し、ＬＥＤの異常時に所定の電圧で短絡素子が短絡して正常なＬＥＤを発光させる構成が提案されている（特許文献２）。特許文献２に記載の短絡素子は、所定膜厚の絶縁障壁層を、金属で挟んで構成された素子を、複数個直列に接続させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−００３６６５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、バッテリとモーターを使用したＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）やＥＶ（Electric Vehicle）が急速に普及している。ＨＥＶやＥＶの動力源としては、エネルギー密度と出力特性からリチウムイオン二次電池が使用されるようになってきている。自動車用途では、高電圧、大電流が必要とされる。このため、高電圧、大電流に耐えられる専用セルが開発されているが、製造コスト上の問題から多くの場合、複数のバッテリセルを直列、並列に接続することで、汎用セルを用いて必要な電圧電流を確保している。
【０００８】
ところで、高速移動中の自動車等では、急激な駆動力の低下や急停止は却って危険な場合があり、非常時を想定したバッテリ管理が求められている。例えば、走行中にバッテリーシステムの異常が起きた際にも、修理工場もしくは安全な場所まで移動するための駆動力、あるいはハザードランプやエアコン用の駆動力を供給できることが、危険回避上、好ましい。
【０００９】
しかし、特許文献１のような複数のバッテリセルが直列に接続されたバッテリパックにおいては、充放電経路上にのみ保護素子を設けたような場合、バッテリセルの一部に異常が発生し保護素子を作動させると、バッテリパック全体の充放電経路が遮断されてしまい、これ以上、電力を供給することができない。
【００１０】
また、特許文献２に記載されている短絡素子においては、電流電圧特性カーブによると、１０Ｖ印加時の抵抗値が約１７ＫΩと高く、オープン状態のＬＥＤ素子を効率よくバイパスするには更に抵抗値を下げることが望まれる。
【００１１】
そこで、本発明は、複数セルで構成されたバッテリパック内の異常バッテリセルのみを排除し、正常なバッテリセルを有効に活用できる保護素子において、バイパス経路を形成することができる短絡素子、およびこれを用いた回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明に係る短絡素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に設けられた発熱抵抗体と、上記絶縁基板に、互いに隣接して設けられた第１、第２の電極と、上記絶縁基板に、上記第１の電極と隣接して設けられるとともに、上記発熱抵抗体に電気的に接続された第３の電極と、上記第１、第３の電極間に亘って設けられることにより電流経路を構成し、上記発熱抵抗体からの加熱により、上記第１、第３の電極間の上記電流経路を溶断する第１の可溶導体とを備え、上記発熱抵抗体からの加熱により溶融し、上記第１、第２の電極上に凝集した上記第１の可溶導体によって、上記第１の電極と上記第２の電極とが短絡することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る短絡素子回路は、ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチとを備え、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡するものである。
【００１４】
また、本発明に係る補償回路は、ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチとを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、電子部品とを備え、上記スイッチは、両端子が上記電子部品と並列に接続され、上記発熱抵抗体の開放端子が、上記スイッチ端子のうち上記ヒューズが接続されていない端子に接続され、上記電子部品の異常時には、上記ヒューズが溶融することにより上記スイッチが短絡され、上記電子部品を迂回するバイパス電流経路が形成されるものである。
【００１５】
また、本発明に係る補償回路は、ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチとを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、電子部品と、上記電子部品の電流経路上に接続され、上記電子部品の異常時に該電子部品への通電を電気信号で遮断する保護素子と、上記電子部品の異常を検知し、異常信号を出力する保護部品と、上記保護部品の異常信号を受けて動作する制御素子とを備え、上記電子部品及び上記保護素子の両端と、上記スイッチの両端子とを並列に接続し、上記発熱抵抗体の開放端子と上記保護素子の上記電気信号の入力端子を、上記制御素子に接続し、上記電子部品の異常時には、上記保護部品からの異常信号を受けて上記制御素子が動作し、上記保護素子による上記電子部品の電流経路の遮断と、上記ヒューズの溶断に連動した上記スイッチの短絡を行い、バイパス電流経路が形成されるものである。
【００１６】
また、本発明に係る短絡素子回路は、ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチと、上記スイッチの端子の少なくとも一方の端子に接続された保護抵抗とを備え、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡するものである。
【００１７】
また、本発明に係る補償回路は、ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチと、上記スイッチの端子のうち、上記ヒューズが接続されていない端子に接続された保護抵抗とを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、電子部品とを備え、上記スイッチと上記ヒューズが接続された端子及び上記保護抵抗の開放端子と、上記電子部品とを、並列に接続し、上記発熱抵抗体は、上記保護抵抗と接続し、上記電子部品の異常時には、上記ヒューズが溶融することにより上記スイッチがオンとなり、バイパス電流経路が形成されるものである。
【００１８】
また、本発明に係る補償回路は、ヒューズと、上記ヒューズの一端に接続された発熱抵抗体と、上記ヒューズの上記発熱抵抗体が接続されていない他端に接続されたスイッチと、上記スイッチの端子のうち、上記ヒューズが接続されていない端子に接続された保護抵抗とを有し、上記スイッチは、上記ヒューズの溶断に連動して短絡する短絡素子と、電子部品と、上記電子部品の電流経路上に接続され、上記電子部品の異常時に該電子部品への通電を電気信号で遮断する保護素子と、上記電子部品の異常を検知し、異常信号を出力する保護部品と、上記保護部品の異常信号を受けて動作する制御素子とを備え、上記電子部品及び上記保護素子の両端と、上記スイッチの上記ヒューズとの接続端子及び上記保護抵抗とを並列に接続し、上記発熱抵抗体の開放端子と上記保護素子の上記電気信号の入力端子を、上記制御素子に接続し、上記電子部品の異常時には、上記保護部品からの異常信号を受けて上記制御素子が動作し、上記保護素子による上記電子部品の電流経路の遮断と、上記ヒューズの溶断に連動した上記スイッチの短絡を行い、バイパス電流経路が形成されるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発熱抵抗体からの加熱により溶融し、第１、第２の電極上に凝集した溶融導体によって、絶縁されていた第１の電極と第２の電極とが短絡することにより、新たなバイパス電流経路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明が適用された短絡素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】短絡素子の回路図であり、（Ａ）はスイッチが切れている状態、（Ｂ）はスイッチが短絡した状態を示す。
【図３】絶縁されていた第１、第２の電極が溶融導体によって短絡された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図４】第２の可溶導体が先に溶融している状態を示す平面図である。
【図５】第２の可溶導体を幅狭に形成した短絡素子を示す平面図である。
【図６】短絡素子の変形例を示す断面図である。
【図７】短絡素子の変形例を示す断面図である。
【図８】短絡素子の変形例を示す断面図である。
【図９】第４の電極及び第２の可溶導体を省略して形成された短絡素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１０】第４の電極及び第２の可溶導体を省略して形成された短絡素子において、絶縁されていた第１、第２の電極が溶融導体によって短絡された状態を示す断面図である。
【図１１】本発明が適用された他の短絡素子を示す図であり、（Ａ）は可溶導体の溶融前、（Ｂ）は可溶導体の溶融後の状態を示す。
【図１２】本発明が適用された他の短絡素子を示す平面図である。
【図１３】短絡素子を用いたＬＥＤ照明装置の回路図であり、（Ａ）（Ｂ）は正常時、（Ｃ）は異常発生時、（Ｄ）はバイパス電流経路が形成された状態を示す。
【図１４】短絡素子を用いたバッテリパックの回路図であり、（Ａ）（Ｂ）は正常時、（Ｃ）は異常発生時、（Ｄ）はバイパス電流経路が形成された状態を示す。
【図１５】保護素子を示す図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図１６】保護素子の回路図である。
【図１７】保護抵抗を内蔵した短絡素子を示す平面図である。
【図１８】保護抵抗を内蔵した短絡素子の回路図である。
【図１９】保護抵抗を内蔵した短絡素子を用いたＬＥＤ照明装置の回路図である。
【図２０】保護抵抗を内蔵した短絡素子を用いたバッテリパックの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明が適用された保護素子について、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。
【００２２】
［短絡素子］
図１（Ａ）に、短絡素子１の平面図を示し、図１（Ｂ）に、短絡素子１の断面図を示す。短絡素子１は、絶縁基板２と、絶縁基板２に設けられた発熱抵抗体３と、絶縁基板２に、互いに隣接して設けられた第１の電極４及び第２の電極５と、第１の電極４と隣接して設けられるとともに、発熱抵抗体３に電気的に接続された第３の電極６と、第２の電極５と隣接して設けられた第４の電極７と、第１、第３の電極４，６間に亘って設けられることにより電流経路構成し、発熱抵抗体３からの加熱により、第１、第３の電極４，６間の電流経路を溶断する第１の可溶導体８と、第２、第４の電極５，７間に亘って設けられ、発熱抵抗体３からの加熱により、第２、第４の電極５，７間の電流経路を溶断する第２の可溶導体９とを備える。そして、短絡素子１は、絶縁基板２上に内部を保護するカバー部材１０が取り付けられている。
【００２３】
絶縁基板２は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材を用いて略方形状に形成されている。絶縁基板２は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。なお、絶縁基板２は、裏面に外部端子１２が形成されている。
【００２４】
発熱抵抗体３は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。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。
【００２５】
発熱抵抗体３は、絶縁基板２上において絶縁層１１に被覆されている。絶縁層１１は、発熱抵抗体３の熱を効率よく第１〜第４の電極４〜７へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。発熱抵抗体３は、第１〜第４の電極４〜７を加熱することにより、溶融導体を凝集しやすくすることができる。
【００２６】
発熱抵抗体３を被覆する絶縁層１１上には、第１〜第４の電極４，５，６，７が形成されている。第１の電極４は、一方側において第２の電極５と隣接して形成されるとともに、絶縁されている。第１の電極４の他方側には第３の電極６が形成されている。第１の電極４と第３の電極６とは、後述する第１の可溶導体８が接続されることにより導通され、短絡素子１の電流経路を構成する。また、第１の電極４は、絶縁基板２の側面に臨む第１の電極端子部４ａが形成されている。第１の電極端子部４ａは、スルーホールを介して絶縁基板２の裏面に設けられた外部端子１２と接続されている。
【００２７】
また、第３の電極６は、絶縁基板２あるいは絶縁層１１に設けられた発熱体引出電極１３を介して発熱抵抗体３と接続されている。また、発熱抵抗体３は、発熱体引出電極１３を介して、絶縁基板２の側縁に臨む抵抗体端子部３ａが形成されている。抵抗体端子部３ａは、スルーホールを介して、絶縁基板２の裏面に設けられた外部端子１２と接続されている。
【００２８】
第２の電極５の第１の電極４と隣接する一方側と反対の他方側には、第４の電極７が形成されている。第２の電極５と第４の電極７とは、後述する第２の可溶導体９が接続されている。また、第２の電極５は、絶縁基板２の側面に臨む第２の電極端子部５ａが形成されている。第２の電極端子部５ａは、スルーホールを介して絶縁基板２の裏面に設けられた外部端子１２と接続されている。
【００２９】
なお、第１〜第４の電極４，５，６，７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が、少なくとも第１、第２の電極４，５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、公知のメッキ処理により形成されていることが好ましい。これにより、第１、第２の電極４，５の酸化を防止し、溶融導体を確実に保持させることができる。また、短絡素子１をリフロー実装する場合に、第１、第２の可溶導体８，９を接続するハンダあるいは第１、第２の可溶導体８，９の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第１、第２の電極４，５を溶食（ハンダ食われ）して切断するのを防ぐことができる。
【００３０】
［可溶導体］
第１、第２の可溶導体８，９は、発熱抵抗体３の発熱により速やかに溶断される低融点金属からなり、例えばＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダを好適に用いることができる。
【００３１】
また、第１、第２の可溶導体８，９は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。低融点金属としては、Ｐｂフリーハンダなどのハンダを用いることが好ましく、高融点金属としては、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。高融点金属と低融点金属とを含有することによって、短絡素子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層の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、第１、第２の可溶導体８，９として溶断するに至らない。かかる第１、第２の可溶導体８，９は、高融点金属に低融点金属をメッキ技術を用いて成膜することによって形成してもよく、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いることによって形成してもよい。なお、第１、第２の可溶導体８，９は、外層を構成する低融点金属を用いて、第１及び第３の電極４，６、又は第２及び第４の電極５，７へ、ハンダ接続することができる。
【００３２】
第１、第２の可溶導体８，９は、内層を低融点金属とし、外層を高融点金属としてもよい。内層の低融点金属層の全表面を外層の高融点金属層で被覆した可溶導体を用いることにより、リフロー温度よりも融点の低い低融点金属を用いた場合でも、リフロー実装時に、内層の低融点金属の外部への流出を抑制することができる。また、溶断時も、内層の低融点金属が溶融することにより、外層の高融点金属を溶食（ハンダ食われ）し、速やかに溶断することができる。
【００３３】
また、第１、第２の可溶導体８，９は、内層を高融点金属とし、外層を低融点金属とする被覆構造としてもよい。内層の高融点金属層の全表面を外層の低融点金属層で被覆した可溶導体を用いることにより、外層の低融点金属層を介して電極上に接続することができ、また、溶断時も、低融点金属層が速やかに溶融して高融点金属を溶食するため、速やかに溶断することができる。
【００３４】
また、第１、第２の可溶導体８，９は、低融点金属層と、高融点金属層とが積層された積層構造としてもよい。また、低融点金属層と、高融点金属層とが交互に積層された４層以上の多層構造としてもよい。また、第１、第２の可溶導体８，９は、低融点金属層の表面に高融点金属層が面方向にストライプ状に積層してもよい。これらの構造によっても、低融点金属による高融点金属の溶食／溶断を短時間で行うことができる。
【００３５】
また、第１、第２の可溶導体８，９は、多数の開口部を有する高融点金属と、上記開口部に挿入された低融点金属とから構成してもよい。これにより、溶融する低融点金属層に接する高融点金属層の面積が増大するので、より短時間で低融点金属層が高融点金属層を溶食することができるようになる。したがって、より速やか、かつ確実に可溶導体を溶断させることが可能となる。
【００３６】
また、第１、第２の可溶導体８，９は、高融点金属の体積よりも低融点金属の体積を多くすることが好ましい。これにより、第１、第２の可溶導体８，９は、効果的に高融点金属層の溶食による短時間での溶断を行うことができる。
【００３７】
なお、第１、第２の可溶導体８，９の酸化防止、及び第１、第２の可溶導体８，９の溶融時における濡れ性を向上させるために、第１、第２の可溶導体８，９の上にはフラックス１５が塗布されている。
【００３８】
短絡素子１は、絶縁基板２がカバー部材１０に覆われることによりその内部が保護されている。カバー部材１０は、短絡素子１の側面を構成する側壁１６と、短絡素子１の上面を構成する天面部１７とを有し、側壁１６が絶縁基板２上に接続されることにより、短絡素子１の内部を閉塞する蓋体となる。このカバー部材１０は、上記絶縁基板２と同様に、たとえば、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されている。
【００３９】
また、カバー部材１０は、天面部１７の内面側に、カバー部電極１８が形成されても良い。カバー部電極１８は、第１、第２の電極４，５と重畳する位置に形成されている。このカバー部電極１８は、発熱抵抗体３が発熱し、第１、第２の可溶導体８，９が溶融されると、第１、第２の電極４，５上に凝集した溶融導体が接触して濡れ広がることにより、溶融導体を保持する許容量を増加させることができる。
【００４０】
［短絡素子回路］
以上のような短絡素子１は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すような回路構成を有する。すなわち、短絡素子１は、第１の電極４ａと第２の電極５ａとが、正常時には絶縁され（図２（Ａ））、発熱抵抗体３の発熱により第１、第２の可溶導体８，９が溶融すると、当該溶融導体を介して短絡するスイッチ２０を構成する（図２（Ｂ））。そして、第１の電極端子部４ａと第２の電極端子部５ａは、スイッチ２０の両端子を構成する。また、第１の可溶導体８は、第３の電極６及び発熱体引出電極１３を介して発熱抵抗体３と接続されている。
【００４１】
そして、短絡素子１は、後述するように、電子機器等に組み込まれることにより、スイッチ２０の両端子４ａ、５ａが、当該電子機器の電流経路と並列に接続され、当該電流経路上の電子部品に異常が発生した場合に、スイッチ２０を短絡させ、当該電子部品をバイパスするバイパス電流経路を形成する。
【００４２】
具体的に、短絡素子１は、並列接続されている電子部品に異常が生じると、抵抗体端子部３ａ側から電力が供給され、発熱抵抗体３が通電することにより発熱する。この熱により第１、第２の可溶導体８，９が溶融すると、溶融導体は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１、第２の電極４，５上に凝集する。第１、第２の電極４，５は隣接して形成されているため、第１、第２の電極４，５上に凝集した溶融導体が結合し、これにより第１、第２の電極４，５が短絡する。すなわち、短絡素子１は、スイッチ２０の両端子間が短絡される（図２（Ｂ））。
【００４３】
なお、発熱抵抗体３への通電は、第１の可溶導体８が溶断することにより第１、第３の電極４，６間が遮断されるため、停止される。
【００４４】
［第２の可溶導体の先溶融］
ここで、短絡素子１は、第２の可溶導体９が第１の可溶導体８よりも先行して溶融することが好ましい。第１の可溶導体８が第２の可溶導体９よりも先行して溶融すると、第２の可溶導体９が溶融する前に第１、第３の電極４，６間が遮断され、第１，第２の電極４，５上での溶融導体の結合が不充分となるおそれがある。
【００４５】
このため、短絡素子１は、図１（Ａ）に示すように、発熱抵抗体３は、第２の可溶導体９との重畳面積が、第１の可溶導体８との重畳面積よりも広くなるように、第２の可溶導体９側に形成されている。これにより、発熱抵抗体３は、第２の可溶導体９のほぼ全面に亘って加熱できるが、第１の可溶導体８は加熱面積が少なくなり、図４に示すように、第２の可溶導体９が第１の可溶導体８よりも先行して溶融させることができる。
【００４６】
また、短絡素子１は、図５に示すように、第２の可溶導体９を、第１の可溶導体８よりも幅狭に形成することにより、第２の可溶導体９を第１の可溶導体よりも先に溶断するようにしてもよい。第２の可溶導体９を幅狭に形成することにより、溶断時間を短くすることができるため、第２の可溶導体９が第１の可溶導体８よりも先行して溶融させることができる。
【００４７】
［電極面積］
また、短絡素子１は、第１の電極４の面積を第３の電極６よりも広くし、第２の電極５の面積を第４の電極７よりも広くすることが好ましい。溶融導体の保持量は、電極面積に比例して多くなるため、第１、第２の電極４，５の面積を第３、第４の電極６，７よりも広く形成することにより、より多くの溶融導体を第１、第２の電極４，５上に凝集させることができ、第１、第２の電極４，５間を確実に短絡させることができる（図１（Ｂ）、図３（Ｂ））。
【００４８】
［短絡素子の変形例］
なお、短絡素子１は、必ずしも、発熱抵抗体３を絶縁層１１によって被覆する必要はなく、図６に示すように、発熱抵抗体３が絶縁基板２の内部に設置されてもよい。絶縁基板２の材料として熱伝導性に優れたものを用いることにより、発熱抵抗体３をガラス層等の絶縁層１１を介した場合と同等に加熱することができる。
【００４９】
また、短絡素子１は、上述したように発熱抵抗体３を絶縁基板２上の第１〜第４の電極４，５，６，７の形成面側に形成する他にも、図７に示すように、発熱抵抗体３が絶縁基板２の第１〜第４の電極４，５，６，７の形成面と反対の面に設置されてもよい。発熱抵抗体３を絶縁基板２の裏面に形成することにより、絶縁基板２内に形成するよりも簡易な工程で形成することができる。なお、この場合、発熱抵抗体３上には、絶縁層１１が形成されると抵抗体の保護や実装時の絶縁性確保と言う意味で好ましい。
【００５０】
さらに、短絡素子１は、図８に示すように、発熱抵抗体３が絶縁基板２の第１〜第４の電極４，５，６，７の形成面上に設置されてもよい。発熱抵抗体３を絶縁基板２の表面に形成することにより、絶縁基板２内に形成するよりも簡易な工程で形成することができる。なお、この場合も、発熱抵抗体３上には、絶縁層１１が形成される事が好ましい。
【００５１】
［第４の電極、第２の可溶導体の省略］
また、本発明に係る短絡素子は、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、短絡素子１の第４の電極７及び第２の可溶導体９を省いて形成してもよい。この短絡素子１では、第１、第３の電極４，６間に亘って接続された第１の可溶導体８が溶融することにより、当該溶融導体が第２の電極５まで濡れ拡がり、第１、第２の電極４，５を短絡させる。短絡素子１は、第４の電極７及び第２の可溶導体９が省かれている他は、上述した構成と同じであるため、同一の符号を付して詳細を省略する。
【００５２】
短絡素子１においても、第１、第２の電極４，５は、第３の電極６よりも広い面積を有することが好ましい。これにより、図１０に示すように、短絡素子１は、より多くの溶融導体を第１、第２の電極４，５上に凝集させることができ、第２の可溶導体９が無くとも第１、第２の電極４，５間を確実に短絡させることができる。
【００５３】
また、図９（Ａ）（Ｂ）に示す短絡素子おいて、第２の電極５に第２の可溶導体を設けるようにしてもよい。第２の電極５上の第２の可溶導体は、上記発熱抵抗体からの加熱により第１の可溶導体とともに溶融し、第１の可溶導体を引き寄せる。これにより、第１の電極４と第２の電極５とを短絡させることができる。
【００５４】
また、第１の電極４又は第２の電極５のいずれか一方に接続される保護抵抗を備える構成としてもよい。ここで、保護抵抗は、短絡素子に接続する電子部品の内部抵抗相当の抵抗値とする。
【００５５】
また、本発明が適用された短絡素子は、絶縁基板２の裏面に第１、第２の電極とスルーホールを介して連続する外部端子１２を設ける以外にも、図１１（Ａ）（Ｂ）に示す短絡素子２５のように、絶縁基板２の第１、第２の電極４，５が形成された表面に、第１の電極４と連続する第１の外部接続電極２１、第１の外部接続電極２１上に設けられた１個もしくは複数個からなる第１の外部接続端子２２、第２の電極５と連続する第２の外部接続電極２３、第２の外部接続電極２３上に設けられた１個もしくは複数個からなる第２の外部接続端子２４を形成するようにしてもよい。
【００５６】
第１、第２の外部接続電極２１，２３は、短絡素子２５と短絡素子２５が組み込まれる電子機器の回路とを接続する電極であり、第１の外部接続電極２１は第１の電極４と連続され、第２の外部接続電極２３は第２の電極５と連続されている。
【００５７】
第１、第２の外部接続電極２１，２３は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成され、絶縁基板２の第１、第２の電極４，５の形成面と同一面に形成されている。すなわち、図１１に示す短絡素子２５は、可溶導体１３が設けられる表面が実装面となる。なお、第１、第２の外部接続電極２１，２３は、第１、第２の電極４，５と同時に形成することができる。
【００５８】
第１の外部接続電極２１上には、第１の外部接続端子２２が設けられている。同様に、第２の外部接続電極２３上には、第２の外部接続端子２４が設けられている。これら第１、第２の外部接続端子２２，２４は、電子機器へ実装するための接続端子であり、例えば金属バンプや、金属ポストを用いて形成されている。また、第１、第２の外部接続端子２２，２４は、図１１（Ａ）に示すように、絶縁基板２上に設けられたカバー部材１０よりも突出する高さを有し、短絡素子２５の実装対象物となる基板側に実装可能とされている。
【００５９】
なお、短絡素子２５の発熱抵抗体３は、発熱体引出電極１３、及び抵抗体端子部３ａを介して、抵抗体接続端子３ｂが形成されている。抵抗体接続端子３ｂは、第１、第２の外部接続端子２２，２４と同様に、金属バンプや金属ポストを用いて形成され、絶縁層１１を介して上方に突出されている。
【００６０】
このように、短絡素子２５は、上記短絡素子１のように絶縁基板２の裏面に外部端子１２を設けて第１、第２の電極４，５と当該外部端子１２とをスルーホールによって接続するものではなく、第１、第２の電極４，５と同一表面に、外部接続電極２１，２３を介して外部接続端子２２，２４を形成している。そして、図１１（Ｂ）に示すように、短絡素子２５は、第１の電極４と第２の電極５とが短絡したときの、第１、第２の外部接続電極２１，２３間の導通抵抗よりも、第１の外部接続端子２２と第２の外部接続端子２４との合成抵抗が低く構成されている。
【００６１】
これにより、短絡素子２５は、第１、第２の電極４，５が短絡しバイパス電流経路を構成した際における定格を向上させ、大電流に対応することができる。すなわち、ＨＥＶやＥＶ等の動力源として使用されるリチウムイオン二次電池等の大電流用途においては、短絡素子の定格のさらなる向上が求められている。そして、可溶導体によって短絡された第１、第２の外部接続電極２１，２３間の導通抵抗は定格向上に応えることができる程度に十分下げることができる（例えば０．４ｍΩ未満）。
【００６２】
しかし、絶縁基板２の裏面に外部端子１２を設け、第１、第２の電極４，５と当該外部端子１２とをスルーホールによって接続する短絡素子１においては、第１、第２の電極４，５と外部端子１２との間の導通抵抗が高く（例えば０．５〜１．０ｍΩ）、スルーホール内に導体を充填したとしても、短絡素子全体の導通抵抗を下げるには限界がある。
【００６３】
また、高抵抗の第１、第２の電極４，５と外部端子１２との間に大電流を流すことによる発熱で、バイパス電流経路の破壊や、他の周辺機器への熱影響も懸念される。
【００６４】
この点、短絡素子２５は、第１、第２の電極４，５と同一表面に外部接続端子２２，２４を設けている。この外部接続端子２２，２４は、外部接続電極２１，２３上に設けるものであり、形状やサイズ等の自由度が高く、導通抵抗の低い端子を容易に設けることができる。これにより、短絡素子２５は、第１の電極４と第２の電極５とが短絡したときの、第１、第２の外部接続電極２１，２３間の導通抵抗よりも、第１の外部接続端子２２と第２の外部接続端子２４との合成抵抗が低く構成されている。
【００６５】
したがって、短絡素子２５によれば、短絡素子１の構成おいては高くなる第１、第２の外部接続電極２１，２３から先の導通抵抗を容易に下げることができ、定格の飛躍的な向上を図ることができる。
【００６６】
第１、第２の外部接続端子２２，２４としては、例えば、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダからなる金属バンプや金属ポストを用いて構成することができる。金属バンプや金属ポストの形状は問わない。第１、第２の外部接続端子２２，２４の抵抗値は材料や形状、サイズから求めることができる。一例として、Ｃｕコアの表面にハンダをコーティングした直方体の金属ポスト（Ｃｕコア：０．６ｍｍ×０．６ｍｍ、断面積０．３６ｍｍ２、高さ１ｍｍ、比抵抗１７．２μｍΩ・ｍｍ）を用いた場合、その１端子のＣｕコア部抵抗値は約０．０４８ｍΩであり、ハンダコーティング分を考慮すると第１、第２の外部接続端子２２，２４を直列接続させた抵抗値が０．０９６ｍΩ未満と低く、短絡素子２５全体の定格を向上できることがわかる。
【００６７】
なお、短絡素子２５は、短絡時における第１、第２の外部接続端子２２，２４間に亘る抵抗値より素子全体の全抵抗値を求め、この全抵抗値と既知である第１、第２の外部接続端子２２，２４の合成抵抗との差より、短絡時における第１、第２の外部接続電極２１，２３間の導通抵抗を求めることができる。また、短絡素子２５は、短絡時における第１、第２の外部接続電極２１，２３間の抵抗を測定し、短絡時における素子全体の全抵抗値との差より、第１、第２の外部接続端子２２，２４の合成抵抗を求めることができる。
【００６８】
また、図１２に示すように、短絡素子２５は、第１、第２の外部接続電極２１，２３を矩形状に形成する等により広く設け、第１、第２の外部接続端子２２，２４を複数設けることにより導通抵抗を下げるようにしてもよい。その他にも、短絡素子２５は、広く設けた第１、第２の外部接続電極２１，２３に大径の第１、第２の外部接続端子２２，２４を設けることにより導通抵抗を下げるようにしてもよい。
【００６９】
また、第１、第２の外部接続端子２２，２４は、コアとなる高融点金属２２ａ，２４ａの表面に低融点金属層２２ｂ，２４ｂを設けることにより形成してもよい。低融点金属層２２ｂ，２４ｂを構成する金属としては、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダなどのハンダを好適に用いることができ、高融点金属２２ａ，２４ａとしては、ＣｕやＡｇを主成分とする合金などを好適に用いることができる。
【００７０】
高融点金属２２ａ，２４ａの表面に低融点金属層２２ｂ，２４ｂを設けることにより、短絡素子２５をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属層２２ｂ，２４ｂの溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、第１、第２の外部接続端子２２，２４として溶融することを防止することができる。また、第１、第２の外部接続端子２２，２４は、外層を構成する低融点金属を用いて、第１、第２の外部接続電極２１，２３へ接続することができる。
【００７１】
第１、第２の外部接続端子２２，２４は、高融点金属２２ａ，２４ａに低融点金属をメッキ技術を用いて成膜することにより形成することができ、またその他の周知の積層技術、膜形成技術を用いることによっても形成することができる。
【００７２】
なお、第１、第２の外部接続端子２２，２４は、金属バンプや金属ポストを用いて形成する他にも、導電メッキ層や、導電ペーストを塗布することにより形成された導電層により形成してもよい。
【００７３】
また、第１、第２の外部接続端子２２，２４は、短絡素子２５が実装される基板等の実装対象物側に予め設け、短絡素子が実装された実装体において、第１、第２の外部接続電極２１，２３と接続されるようにしてもよい。
【００７４】
［ＬＥＤ補償回路］
次いで、短絡素子１を組み込んだ電子機器の回路構成について説明する。図１３は、電子機器の例としてＬＥＤ照明装置３０の回路構成を示す図である。図１３（Ａ）に示すように、ＬＥＤ照明装置３０は、電流経路上に複数の発光ダイオード３１が直列に接続されている。また、ＬＥＤ照明装置３０は、各発光ダイオード３１と、短絡素子１のスイッチ２０の両端子４ａ、５ａとが保護抵抗３４を介して並列に接続されるとともに、短絡素子１の抵抗体端子部３ａが電流経路上に接続され、これによりＬＥＤユニット３２を構成する。ＬＥＤ照明装置３０は、複数のＬＥＤユニット３２が直列に接続されて構成されている。
【００７５】
保護抵抗３４は、発光ダイオード３１の内部抵抗相当の抵抗値を有する。また、発熱抵抗体３の抵抗値は、発光ダイオード３１の内部抵抗よりも大きい。したがって、発光ダイオード３１が正常に作動している場合、ＬＥＤ照明装置３０は、図１３（Ｂ）に示すように、電流Ｅは短絡素子１側へは流れず、発光ダイオード３１側に流れる。
【００７６】
しかし、発光ダイオード３１に異常が現れて、電気的に開放されてしまうと、図１３（Ｃ）に示すように、ＬＥＤ照明装置３０は、電流Ｅが短絡素子１の抵抗体端子部３ａ側へ流れる。これにより、短絡素子１は、発熱抵抗体３が発熱し、第１、第２の可溶導体８，９が溶融し、この溶融導体が第１、第２の電極４，５上へ凝集する。したがって、短絡素子１は、図１３（Ｄ）に示すように、スイッチ２０の両端子４ａ、５ａが短絡することにより、バイパス電流経路を形成することができる。なお、第１、第２の可溶導体８，９が溶断することにより、発熱抵抗体３への給電は停止される。
【００７７】
このようなＬＥＤ照明装置３０によれば、一つの発光ダイオード３１に異常が起きた場合にも、当該発光ダイオード３１を迂回するバイパス電流経路を形成することができ、残りの正常な発光ダイオード３１によって照明機能を維持することができる。このとき、ＬＥＤ照明装置３０は、保護抵抗３４が発光ダイオード３１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有するため、バイパス電流経路上においても、正常時とほぼ同じ電流値とすることができる。
【００７８】
［バッテリ補償回路］
次いで、短絡素子１を組み込んだ他の電子機器の回路構成について説明する。図１４は、クルマや電動工具等の各種電子機器に搭載されて用いられるリチウムイオンバッテリーが内蔵されたバッテリパック４０の回路構成を示す図である。図１４（Ａ）に示すように、バッテリパック４０は、電流経路上に複数のバッテリセル４１が直列に接続されることで、高電圧、大電流を確保している。また、バッテリパック４０は、各バッテリセル４１に、当該バッテリセル４１の過充電あるいは過放電等の異常時に電流経路を遮断する保護素子４２が接続されている。
【００７９】
［保護素子の構成］
保護素子４２は、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、絶縁基板４４と、絶縁基板４４に積層され、絶縁部材４５に覆われた発熱抵抗体４６と、絶縁基板４４の両端に形成された電極４７（Ａ１），４７（Ａ２）と、絶縁部材４５上に発熱抵抗体４６と重畳するように積層された発熱体引出電極４８と、両端が電極４７（Ａ１），４７（Ａ２）にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極４８に接続された可溶導体４９とを備える。
【００８０】
絶縁基板４４は、上述した絶縁基板２と同様の材料を用いて、略方形状に形成されている。発熱抵抗体４６は、上述した発熱抵抗体３と同様の材料を用いて、同様の製法で形成される。保護素子４２は、発熱抵抗体４６を覆うように絶縁部材４５が配置され、この絶縁部材４５を介して発熱抵抗体４６に対向するように発熱体引出電極４８が配置される。発熱抵抗体４６の熱を効率良く可溶導体４９に伝えるために、発熱抵抗体４６と絶縁基板４４の間に絶縁部材４５を積層しても良い。発熱体引出電極４８の一端は、発熱体電極５０（Ｐ１）に接続される。また、発熱抵抗体４６の他端は、他方の発熱体電極５０（Ｐ２）に接続される。可溶導体４９は、上述した第１、第２の可溶導体８，９と同じものを用いることができる。
【００８１】
なお、保護素子４２においても、上記短絡素子１と同様に、可溶導体４９の酸化防止のために、可溶導体４９上のほぼ全面にフラックスを塗布してもよい。また、保護素子４２は、内部を保護するためにカバー部材を絶縁基板４４上に載置してもよい。
【００８２】
以上のような保護素子４２は、図１６に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子４２は、発熱体引出電極４８を介して直列接続された可溶導体４９と、可溶導体４９の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体４９を溶融する発熱抵抗体４６とからなる回路構成である。保護素子４２の２個の電極４７のうち、一方は、Ａ１に接続され、他方は、Ａ２に接続される。また、発熱体引出電極４８とこれに接続された発熱体電極５０は、Ｐ１に接続され、他方の発熱体電極５０は、Ｐ２に接続される。
【００８３】
［バッテリパックの回路構成］
そして、保護素子４２は、図１４（Ａ）に示すように、リチウムイオン二次電池のバッテリパック４０内の回路に用いられる。バッテリパック４０は、バッテリセル４１と、保護素子４２と、短絡素子１と、保護素子４２の動作を制御する第１の電流制御素子５２と、短絡素子１の動作を制御する第２の電流制御素子５３と、保護抵抗５４とで構成されるバッテリユニット５１を複数備え、これら複数のバッテリユニット５１が直列に接続されている。
【００８４】
また、バッテリパック４０は、バッテリユニット５１と、バッテリユニット５１の充放電を制御する充放電制御回路５５と、各バッテリユニット５１のバッテリセル４１の電圧を検出するとともに、保護素子４２や短絡素子１の動作を制御する第１、第２の電流制御素子５２，５３に異常信号を出力する検出回路５６とを備える。
【００８５】
各バッテリユニット５１は、保護素子４２の電極４７（Ａ１）がバッテリセル４１と直列に接続され、電極４７（Ａ２）がバッテリパック４０の充放電電流経路に接続される。また、バッテリユニット５１は、短絡素子１の第２の電極端子部５ａが保護素子４２の開放端と、保護抵抗５４を介して接続され、第１の電極端子部４ａがバッテリセル４１の開放端と接続されることにより、保護素子４２及びバッテリセル４１と、短絡素子１とが並列に接続されている。また、バッテリユニット５１は、保護素子４２の発熱体電極５０（Ｐ２）が第１の電流制御素子５２と接続され、短絡素子１の抵抗体端子部３ａが第２の電流制御素子５３と接続されている。
【００８６】
検出回路５６は、各バッテリセル４１と接続され、各バッテリセル４１の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路５５の制御部５９に供給する。また、検出回路５６は、バッテリセル４１が過充電電圧又は過放電電圧になったときに、当該バッテリセル４１を有するバッテリユニット５１の第１、第２の電流制御素子５２，５３へ異常信号を出力する。
【００８７】
第１、第２の電流制御素子５２，５３は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、検出回路５６から出力される検出信号によって、バッテリセル４１の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子４２及び短絡素子１を動作させて、バッテリユニット５１の充放電電流経路を第３、第４の電流制御素子５７，５８のスイッチ動作によらず遮断するとともに、短絡素子１のスイッチ２０を短絡させ、当該バッテリユニット５１をバイパスするバイパス電流経路を形成するように制御する。
【００８８】
また、バッテリパック４０は、正極端子４０ａ、図示しない負極端子を介して、着脱可能に充電装置に接続され、各バッテリセル４１に充電装置からの充電電圧が印加される。充電装置により充電されたバッテリパック４０は、正極端子４０ａ、負極端子をバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。
【００８９】
充放電制御回路５５は、バッテリユニット５１から充電装置に流れる電流経路に直列接続された第３、第４の電流制御素子５７，５８と、これらの電流制御素子５７，５８の動作を制御する制御部５９とを備える。第３、第４の電流制御素子５７，５８は、たとえばＦＥＴにより構成され、制御部５９によりゲート電圧を制御することによって、バッテリユニット５１の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部５９は、充電装置から電力供給を受けて動作し、検出回路５６による検出結果に応じて、バッテリユニット５１が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子５７，５８の動作を制御する。
【００９０】
このようなバッテリパック４０は、正常時には、短絡素子１のスイッチ２０が短絡されていないため、図１４（Ｂ）に示すように、電流Ｅは保護素子４２及びバッテリセル４１側に流れる。
【００９１】
しかし、バッテリパック４０は、バッテリセル４１に電圧異常等が検知されると、検出回路５６より第１の電流制御素子５２に異常信号が出力され、保護素子４２の発熱抵抗体４６が発熱される。図１４（Ｃ）に示すように、保護素子４２は、発熱抵抗体４６によって、可溶導体４９を加熱、溶融させることにより、電極４７（Ａ１），４７（Ａ２）間を遮断する。これにより、異常なバッテリセル４１を有する当該バッテリユニット５１を、バッテリパック４０の充放電電流経路上から遮断することができる。なお、可溶導体４９が溶断することにより、発熱抵抗体４６への給電は停止される。
【００９２】
次いで、バッテリパック４０は、検出回路５６により当該バッテリユニット５１の第２の電流制御素子５３にも異常信号が出力され、短絡素子１の発熱抵抗体３も発熱する。図１４（Ｄ）に示すように、短絡素子１は、発熱抵抗体３によって第１、第２の可溶導体８，９を加熱、溶融させることにより、第１、第２の電極４，５上に溶融導体が凝集し、スイッチ２０の第１の電極端子部４ａ及び第２の電極端子部５ａが短絡される。これにより、短絡素子１は、当該バッテリユニット５１をバイパスするバイパス電流経路を形成することができる。なお、第１、第２の可溶導体８，９が溶断することにより、発熱抵抗体３への給電は停止される。
【００９３】
なお、保護抵抗５４は、バッテリセル４１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有することにより、バイパス電流経路上においても、正常時と同じ容量とすることができる。
【００９４】
このようなバッテリパック４０によれば、一つのバッテリユニット５１に異常が起きた場合にも、当該バッテリユニット５１を迂回するバイパス電流経路を形成することができ、残りの正常なバッテリユニット５１によって充放電機能を維持することができる。
【００９５】
なお、本発明の保護素子は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断及びバイパスを必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。また、第１、第２の電流制御素子５２，５３や第３、第４の電流制御素子５７，５８の作動条件は、バッテリセル４１の電圧異常の場合に限らず、例えば周囲の温度の異常な上昇や、水没等、あらゆるアクシデントを検知することによって作動させることができる。
【００９６】
［短絡素子（保護抵抗内蔵）］
また、短絡素子は、予め保護抵抗を内蔵させて形成してもよい。なお、以下の説明において、上述した短絡素子１や保護素子４２、ＬＥＤ照明装置３０やバッテリパック４０と同じ構成については、同一の符号を付してその詳細を省略する。
【００９７】
図１７は、絶縁基板２上に保護抵抗６１が形成された短絡素子６０の平面図である。短絡素子６０は、上述した短絡素子１の構成に加え、第２の電極５と接続された保護抵抗６１が形成され、この保護抵抗６１を介して第２の電極端子部５ａが形成されている。保護抵抗６１は、上述した発熱抵抗体３と同じ材料を用いて、同一のプロセスで同時に形成することができる。
【００９８】
このように電子機器やバッテリパック４０における内部抵抗が決まっているような場合、予め保護抵抗６１を内蔵した短絡素子６０を用いることにより、実装等の工程を省力化することができる。
【００９９】
図１８は、短絡素子６０の回路構成を示す図である。短絡素子６０の回路構成は、スイッチ２０が短絡することにより、第１の電極端子部４ａと第２の電極端子部５ａとが、保護抵抗６１を介して接続される。すなわち、短絡素子６０の回路構成は、ヒューズ８，９と、ヒューズ８，９の一端に接続された発熱抵抗体３と、ヒューズ８，９の発熱抵抗体３が接続されていない他端に接続されたスイッチ２０と、スイッチ２０の端子の少なくとも一方の端子に接続された保護抵抗６１とを備え、スイッチ２０が、ヒューズ８，９の溶断に連動して短絡するものである。
【０１００】
［ＬＥＤ補償回路（保護抵抗内蔵）］
図１９は、短絡素子６０を組み込んだＬＥＤ照明装置６２の回路構成を示す図である。ＬＥＤ照明装置６２の回路構成は、短絡素子１に代えて短絡素子６０を用いた点を除いて、上述したＬＥＤ照明装置３０と同じ構成を有する。すなわち、ＬＥＤ照明装置６２の回路構成は、前述の短絡素子６０と、発光ダイオード３１とを備え、スイッチ２０とヒューズ８，９が接続された端子４ａ及び保護抵抗６１の開放端子５ａと、発光ダイオード３１とを、並列に接続し、発熱抵抗体３は、保護抵抗６１と接続し、発光ダイオード３１の異常時には、ヒューズ８，９が溶融することによりスイッチ２０がオンとなり、バイパス電流経路が形成されるものである。ＬＥＤ照明装置６２の回路構成において、短絡素子６０の保護抵抗６１は、各ＬＥＤユニット３２の発光ダイオード３１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有する。
【０１０１】
このようなＬＥＤ照明装置６２によれば、一つの発光ダイオード３１に異常が起きた場合にも、当該発光ダイオード３１を迂回するバイパス電流経路を形成することができ、残りの正常な発光ダイオード３１によって照明機能を維持することができる。このとき、ＬＥＤ照明装置６２は、保護抵抗６１が発光ダイオード３１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有するため、バイパス電流経路上においても、正常時とほぼ同じ電流値とすることができる。
【０１０２】
［バッテリ補償回路（保護抵抗内蔵）］
図２０は、短絡素子６０を組み込んだバッテリパック６５の回路構成を示す図である。バッテリパック６５の回路構成は、短絡素子１に代えて短絡素子６０を用いた点を除いて、上述したバッテリパック４０の回路構成と同じ構成を有する。すなわち、バッテリパック６５の回路構成は、前述の短絡素子６０と、バッテリセル４１と、バッテリセル４１の電流経路上に接続され、バッテリセル４１の異常時に該バッテリセル４１への通電を電気信号で遮断する保護素子４２と、バッテリセル４１の異常を検知し、異常信号を出力する保護部品５６と、保護部品５６の異常信号を受けて動作する制御素子５２，５３とを備え、バッテリセル４１及び保護素子４２の両端と、スイッチ２０のヒューズ８．９との接続端子４ａ及び保護抵抗６１の開放端子５ａとを並列に接続し、発熱抵抗体３の抵抗体端子部３ａと保護素子４２の電気信号の入力端子Ｐ２を、制御素子５２，５３に接続し、バッテリセル４１の異常時には、保護部品５６からの異常信号を受けて制御素子５２，５３が動作し、保護素子４２によるバッテリセル４１の電流経路の遮断と、ヒューズ８，９の溶断に連動したスイッチ２０の短絡を行い、バイパス電流経路が形成されるものである。バッテリパック６５の回路構成において、各バッテリユニット５１に設けられた短絡素子６０の保護抵抗６１は、当該バッテリユニット５１のバッテリセル４１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有する。
【０１０３】
このようなバッテリパック６５によれば、一つのバッテリユニット５１に異常が起きた場合にも、当該バッテリユニット５１を迂回するバイパス電流経路を形成することができ、残りの正常なバッテリユニット５１によって充放電機能を維持することができる。このとき、バッテリパック６５は、保護抵抗６１が、バッテリセル４１の内部抵抗とほぼ同じ抵抗値を有することにより、バイパス電流経路上においても、正常時と同じ電流値とすることができる。
【０１０４】
なお、短絡素子６０においても、絶縁基板２の裏面に外部端子１２を設けて第１の電極端子部４ａ及び第２の電極端子部５ａと当該外部端子１２とをスルーホールによって接続する以外にも、上述した短絡素子２５と同様に、絶縁基板２の第１、第２の電極４，５が形成された表面に、第１の電極４と連続する第１の外部接続電極２１、第１の外部接続端子２２、保護抵抗６１を介して第２の電極５と連続する第２の外部接続電極２３、及び第２の外部接続端子２４を形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１  短絡素子、２  絶縁基板、３  発熱抵抗体、３ａ  抵抗体端子部、３ｂ  抵抗体接続端子、４  第１の電極、４ａ  第１の電極端子部、５  第２の電極、５ａ  第２の電極端子部、６  第３の電極、７  第４の電極、８  第１の可溶導体、９  第２の可溶導体、１０  カバー部材、１１  絶縁層、１２  外部端子、１３  発熱体引出電極、１５  フラックス、１８  カバー部電極、２０  スイッチ、２１  外部接続電極、２２  第１の外部接続端子、２３  第２の外部接続電極、２４  第２の外部接続端子、３０  ＬＥＤ照明装置、３１  発光ダイオード、３２  ＬＥＤユニット、３４  保護抵抗、４０  バッテリパック、４１  バッテリセル、４２  保護素子、４４  絶縁基板、４５  絶縁部材、４６  発熱抵抗体、４７  電極、４８  発熱体引出電極、４９  可溶導体、５０  発熱体電極、５１  バッテリユニット、５２  第１の電流制御素子、５３  第２の電流制御素子、５４  保護抵抗、５５  充放電制御回路、５６  検出回路、５７  第３の電流制御素子、５８  第４の電流制御素子、５９  制御部、６０  短絡素子、６１  保護抵抗、６２  ＬＥＤ照明装置、６５  バッテリパック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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