(57)【要約】【課題】スルーホールと発熱体との距離を適正に配置することで、絶縁基板のクラックの発生を抑制できる保護素子を提供する。【解決手段】絶縁基板１０と、絶縁基板１０の相対向する一対の側縁１０ｃ，１０ｄの間に形成された発熱体１４と、絶縁基板１０の一対の側縁１０ｃ，１０ｄの一方の側縁１０ｃ側に設けられ、発熱体１４と電気的に接続されるとともに、孔部２５が形成された第１の発熱体電極１８と、一対の側縁１０ｃ，１０ｄの他方の側縁１０ｄ側に設けられ、発熱体１４と電気的に接続された第２の発熱体電極１９と、発熱体１４の発熱により溶断し、電流経路を遮断する可溶導体１３とを備え、発熱体１４の中心は、絶縁基板１０の一対の側縁１０ｃ，１０ｄ間の距離の中間の位置から他方の側縁１０ｄ側に偏倚して形成されている。【選択図】図３
2018078046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
上記絶縁基板の相対向する一対の側縁の間に形成された発熱体と、
上記絶縁基板の上記一対の側縁の一方の側縁側に設けられ、上記発熱体と電気的に接続されるとともに、孔部が形成された第１の発熱体電極と、
上記一対の側縁の他方の側縁側に設けられ、上記発熱体と電気的に接続された第２の発熱体電極と、
上記発熱体の発熱により溶断し、電流経路を遮断する可溶導体とを備え、
上記発熱体の中心は、上記絶縁基板の上記一方の側縁から上記他方の側縁までの距離の中間の位置から上記他方の側縁側に偏倚して形成されている保護素子。
【請求項２】
Ｂ／（Ｄ＋Ｅ）が０．２０以上である請求項１に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と上記第１の発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
【請求項３】
Ｂ／Ｇが１．０以上である請求項１に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と上記第１の発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｇ：略矩形状に形成された上記発熱体の幅
【請求項４】
Ｂ／（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））が６．０以上である請求項１に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と上記第１の発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
Ｇ：略矩形状に形成された上記発熱体の幅
【請求項５】
Ｂ／（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）が０．１５以上である請求項１に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と上記第１の発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
【請求項６】
Ｂ／Ｃが０．９以上である請求項１に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と上記第１の発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
【請求項７】
Ｂ／（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））が０．３０以上である請求項１に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と上記第１の発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
Ｆ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の距離
【請求項８】
｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝が０．９９以上である請求項１に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と上記第１の発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記一方の側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
【請求項９】
絶縁基板と、
上記絶縁基板の相対向する一対の側縁の間に形成された発熱体と、
上記絶縁基板の上記一対の側縁の一方の側縁側に設けられ、上記発熱体と電気的に接続されるとともに、第１の孔部が形成された第１の発熱体電極と、
上記一対の側縁の他方の側縁側に設けられ、上記発熱体と電気的に接続されるとともに、第２の孔部が形成された第２の発熱体電極と、
上記発熱体の発熱により溶断し、電流経路を遮断する可溶導体とを備え、
上記発熱体の中心は、上記絶縁基板の上記一方の側縁から上記他方の側縁までの距離の中間の位置から上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の大きい発熱体電極が設けられた側縁側に偏倚して形成されている保護素子。
【請求項１０】
Ｂ／（Ｄ＋Ｅ）が０．２０以上である請求項９に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
【請求項１１】
Ｂ／Ｇが１．０以上である請求項９に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｇ：略矩形状に形成された上記発熱体の幅
【請求項１２】
Ｂ／（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））が６．０以上である請求項９に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
Ｇ：略矩形状に形成された上記発熱体の幅
【請求項１３】
Ｂ／（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）が０．１５以上である請求項９に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
【請求項１４】
Ｂ／Ｃが０．９以上である請求項９に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
【請求項１５】
Ｂ／（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））が０．３０以上である請求項９に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
Ｆ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の距離
【請求項１６】
｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝が０．９９以上である請求項９に記載の保護素子。
Ｂ：上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極に設けられた上記孔部の外縁との最短距離をいい、上記孔部が複数ある場合は、上記発熱体の上記第１、第２の発熱体電極のうち熱容量の小さい発熱体電極が設けられた側縁側の端部と最も上記発熱体側に位置する上記孔部の外縁との最短距離
Ｃ：上記絶縁基板の上記他方の側縁と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との最短距離
Ｄ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記一方の側縁側の端部との距離
Ｅ：上記絶縁基板の上記一方及び他方の側縁間の中心部を通る上記一方及び他方の側縁と平行な中心線と上記発熱体の上記他方の側縁側の端部との距離
【請求項１７】
上記可溶導体の中心が、上記発熱体の発熱中心に重畳されて搭載されている請求項１〜１６のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１８】
上記第２の発熱体電極は、上記可溶導体と接続された発熱体引出電極が接続されている請求項１〜１７のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１９】
上記絶縁基板の表面に上記発熱体引出電極を介して対向して形成された第１、第２の電極を有し、
上記発熱体引出電極は、上記第１及び第２の電極の間の電流経路上に設けられ、
上記可溶導体は、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、上記発熱体の発熱により溶断することにより、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を遮断する請求項１８に記載の保護素子。
【請求項２０】
上記孔部は、上記絶縁基板の裏面に至るキャスタレーション及び／又はスルーホールであり、
上記第１の発熱体電極は、上記孔部を介して上記絶縁基板の裏面に形成された外部接続電極と接続されている請求項１〜１９のいずれか１項に記載の保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、電源ラインや信号ラインを遮断する保護素子に関する。
【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（Field Effect Transistor）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り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保護素子が用いられている。
【０００４】
リチウムイオン二次電池等向けの保護回路の遮断素子としては、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、電流経路上の第１の電極９１，発熱体引出電極９５，第２の電極９２間に亘って可溶導体９３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９３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９４によって溶断するものがある（特許文献１参照）。このような保護素子９０では、溶融した液体状の可溶導体９３を発熱体９４に繋がる発熱体引出電極９５、及び第１、第２の電極９１，９２上に集めることにより第１、第２の電極９１，９２間を分離し電流経路を遮断する。
【０００５】
保護素子は、発熱体９４の発熱によって可溶導体９３が溶断し、また過電流による自己発熱によっても可溶導体９３は溶断するため、溶断した可溶導体９３が飛散しないように外装部品であるカバー部材９７で封止している。また、保護素子９０は、発熱体９４による可溶導体９３の溶断作用を安定的に実現させるために、カバー部材９７によって可溶導体９３が溶融、流動するための内部空間が設けられている。
【０００６】
なお、保護素子９０は、可溶導体９３の表面の酸化を防止して、速溶断性を維持するために可溶導体９３の表面の酸化被膜を除去するフラックス９８が塗布されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−３５２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような表面実装型の保護素子は、搭載される電子機器やバッテリパック等の高容量化、高定格化に伴い電流定格の向上が求められている。同時に、携帯型電子機器においては、より小型化も求められている。
【０００９】
電流定格を大きくするには、より体積の大きな可溶導体を採用することになるが、その一方、大きな可溶導体を速やかに溶断するための発熱量を得るには、相当の大きさの発熱体が要求される。
【００１０】
従来型の保護素子において発熱体の発熱量を大きくした場合、発熱による熱衝撃により絶縁基板にクラックが入ってしまうことがあり、場合によっては、発熱体にもクラックが入ってしまい、発熱が部分的になり溶断に支障が出る危険がある。
【００１１】
ここで、従来型の保護素子は、ほぼ中央に発熱体を搭載した絶縁基板の表面には、可溶導体の両端に接続される第１、第２の電極と、発熱体に通電するための発熱体電極との３つの電極が配置されている。これら３つの電極は、それぞれ絶縁基板側縁部に形成されたハーフスルーホールを介して、絶縁基板の裏面に形成された外部電極に接続されている（特許文献１参照）。
【００１２】
発熱体の発熱によってクラックが入った保護素子を観察すると、発熱体電極のスルーホールを基点としてクラックが入っていることが判った。発熱体電極のスルーホールは、他の２つの電極、すなわち第１、第２の電極に設けられたスルーホールよりも発熱体に近接して配置されているものであり、発熱体による熱衝撃による影響を比較的受けやすい配置となっていることが原因と考えられる。
【００１３】
そして、最近の保護素子は、より小型化された結果、従来品に比べ、スルーホールと発熱体との距離もより小さくなってきており、より発熱体による熱衝撃による影響を受けやすくなっている。
【００１４】
そこで、本技術は、スルーホールと発熱体との距離を適正に配置することで、絶縁基板のクラックの発生を抑制できる保護素子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】
【００１５】
上述した課題を解決するために、本技術に係る保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板の相対向する一対の側縁の間に形成された発熱体と、上記絶縁基板の上記一対の側縁の一方の側縁側に設けられ、上記発熱体と電気的に接続されるとともに、孔部が形成された第１の発熱体電極と、上記一対の側縁の他方の側縁側に設けられ、上記発熱体と電気的に接続された第２の発熱体電極と、上記発熱体の発熱により溶断し、電流経路を遮断する可溶導体とを備え、上記発熱体の中心は、上記絶縁基板の上記一方の側縁から上記他方の側縁までの距離の中間の位置から上記他方の側縁側に偏倚して形成されているものである。
【発明の効果】
【００１６】
本技術によれば、保護素子は、孔部と発熱体の一方の側縁側の端部との領域に対する発熱体の発熱による熱衝撃が弱まり、クラックの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本技術が適用された保護素子を示す外観斜視図である。
【図２】図２は、本技術が適用された回路モジュールを示す断面図である。
【図３】図３は、保護素子の絶縁基板の表面上を、カバー部材を省略して示す平面図である。
【図４】図４は、本技術が適用された保護素子を裏面側から示す外観斜視図である。
【図５】図５は、第３の側縁及び第４の側縁側に孔部を形成した保護素子を示す平面図である。
【図６】図６は、絶縁基板中心と発熱体の中心を示す平面図である。
【図７】図７は、保護素子の各構成のサイズを測る部位を示す平面図である。
【図８】図８は、第１の発熱体電極に設ける孔部として、第３の側縁からやや内側に形成したスルーホールを有する保護素子を示す平面図である。
【図９】図９は、第１の発熱体電極に設ける孔部として、第３の側縁に設けたキャスタレーション及び第３の側縁からやや内側に形成したスルーホールを有する保護素子を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明が適用されたヒューズ素子を用いたバッテリ回路の一構成例を示す回路図である。
【図１１】図１１は、本発明が適用されたヒューズ素子の回路図である。
【図１２】図１２は、従来の保護素子を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本技術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、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術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。
【００１９】
［保護素子］
図１、図２に示すように、本発明が適用された保護素子１は、回路基板２に表面実装されることにより回路モジュール３を構成するものである。回路基板２は、例えばリチウムイオン二次電池の保護回路等が形成され、保護素子１が表面実装されることにより、リチウムイオン二次電池の充放電経路上に可溶導体１３が組み込まれる。そして回路モジュール３は、保護素子１の定格を超える大電流が流れると、可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断することにより電流経路を遮断する。また、回路モジュール３は、回路基板２等に設けられた電流制御素子によって所定のタイミングで発熱体１４へ通電し、発熱体１４の発熱によって可溶導体１３を溶断させることによって電流経路を遮断することができる。
【００２０】
なお、図１は本発明が適用された保護素子１を示す外観斜視図であり、図２は保護素子１が回路基板２に実装された回路モジュール３の一部を示す断面図であり、図３は保護素子１の絶縁基板１０の表面１０ｅ上を、カバー部材２０を省略して示す平面図であり、図４は、保護素子１の裏面側を示す外観斜視図である。
【００２１】
保護素子１は、図１〜図４に示すように、絶縁基板１０と、絶縁基板１０に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１０の第１、第２の側縁１０ａ，１０ｂに形成された第１の電極１１及び第２の電極１２と、絶縁部材１５上に発熱体１４と重畳するように積層された発熱体引出電極１６と、両端が第１、第２の電極１１，１２にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続された可溶導体１３とを備える。
【００２２】
［絶縁基板］
絶縁基板１０は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって略方形状に形成される。絶縁基板１０は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。
【００２３】
絶縁基板１０は、四角形状に形成され、第１の電極１１及び第２の電極１２が形成されている相対向する第１、第２の側縁１０ａ，１０ｂと、これら第１、第２の側縁に隣接し後述する第１、第２の発熱体電極１８，１９が形成されている相対向する第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄを有する。
【００２４】
［第１、第２の電極］
第１、第２の電極１１，１２は、絶縁基板１０の表面１０ｅ上に、相対向する側縁１０ａ，１０ｂ近傍にそれぞれ離間して配置されることにより開放され、後述する可溶導体１３が搭載されることにより、可溶導体１３を介して電気的に接続されている。また、第１、第２の電極１１，１２は、保護素子１に定格を超える大電流が流れ可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、あるいは発熱体１４が通電に伴って発熱し可溶導体１３が溶断することにより、遮断される。
【００２５】
図２に示すように、第１、第２の電極１１，１２は、それぞれ、絶縁基板１０の第１、第２の側縁１０ａ，１０ｂに設けられたキャスタレーションを介して裏面１０ｆに設けられた外部接続電極１１ａ，１２ａと接続されている。保護素子１は、これら外部接続電極１１ａ，１２ａを介して外部回路が形成された回路基板２と接続され、当該外部回路の通電経路の一部を構成する。
【００２６】
第１、第２の電極１１，１２は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができる。また、第１、第２の電極１１，１２の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、保護素子１は、第１、第２の電極１１，１２の酸化を防止し、導通抵抗の上昇に伴う定格の変動を防止することができる。また、保護素子１をリフロー実装する場合に、可溶導体１３を接続する接続用ハンダあるいは可溶導体１３の外層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１１，１２を溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。
【００２７】
［発熱体］
発熱体１４は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。発熱体１４は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１０上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。また、発熱体１４は、第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間を長辺とする略矩形状に形成され幅方向の一端が第３の側縁１０ｃ側に形成された第１の発熱体電極１８と接続され、幅方向の他端が第４の側縁１０ｄ側に形成された第２の発熱体電極１９と接続されている。
【００２８】
保護素子１は、発熱体１４を覆うように絶縁部材１５が配設され、この絶縁部材１５を介して発熱体１４に対向するように発熱体引出電極１６が形成されている。保護素子１は、発熱体１４の熱を効率良く可溶導体１３に伝えるために、発熱体１４と絶縁基板１０の間にも絶縁部材１５を積層しても良い。絶縁部材１５としては、例えばガラスを用いることができる。
【００２９】
発熱体引出電極１６の一端は、第２の発熱体電極１９に接続されるとともに、第２の発熱体電極１９を介して発熱体１４の一端と連続されている。第１の発熱体電極１８は、第３の側縁１０ｃ側に形成されるとともに、発熱体１４の一方の長辺と接続される接続辺１８ａが絶縁基板１０の長手方向に沿って形成されている。同様に、第２の発熱体電極１９は、第４の側縁１０ｄ側に形成されるとともに、発熱体１４の他方の長辺と接続される接続辺１９ａが絶縁基板１０の長手方向に沿って形成されている。
【００３０】
また、第１の発熱体電極１８は、孔部２５を介して絶縁基板１０の裏面１０ｆに形成された外部接続電極１８ｂと接続されている。孔部２５は、図３に示すように第３の側面１０ｃに形成されたキャスタレーションとして形成してもよく、第３の側面１０ｃからやや内側に形成されたスルーホールとして形成してもよく、あるいはキャスタレーション及びスルーホールを併用してもよい。また、孔部２５は、１又は複数形成してもよい。
【００３１】
このように、保護素子１は、第１、第２の発熱体電極１８，１９の一方にのみ孔部２５が形成された非対称形状に形成されている。発熱体引出電極１６と接続された第２の発熱体電極１９は、孔部２５が形成された第１の発熱体電極１８に比して、熱容量が大きく、熱衝撃に対する耐性が高い。
【００３２】
また、本技術が適用された保護素子は、図５に示すように、第２の発熱体電極１９にも第４の側縁１０ｄに形成されたキャスタレーションや第４の側縁１０ｄからやや内側に形成されたスルーホール等の孔部２６を形成してもよい。第２の発熱体電極１９は、孔部２６を介して絶縁基板１０の裏面１０ｆに形成された外部接続電極と接続されている。図５に示す保護素子２７は、第１、第２の発熱体電極１８，１９に孔部２５，２６が形成されることにより、対象形状に形成されている。保護素子２７の第２の発熱体電極１９に形成された孔部２６も、図５に示すようにキャスタレーションとして形成してもよく、スルーホールとして形成してもよく、あるいはキャスタレーション及びスルーホールを併用してもよい。また、孔部２６も、１又は複数形成してもよい。
【００３３】
発熱体１４は、保護素子１が回路基板２に実装されることにより、外部接続電極１８ｂ及び第１の発熱体電極１８を介して回路基板２に形成された外部回路と接続される。そして、発熱体１４は、外部回路の通電経路を遮断する所定のタイミングで外部接続電極１８ｂ及び第１の発熱体電極１８を介して通電され、発熱することにより、第１、第２の電極１１，１２を接続している可溶導体１３を溶断することができる。また、発熱体１４は、可溶導体１３が溶断することにより、自身の通電経路も遮断されることから発熱が停止する。
【００３４】
［可溶導体］
可溶導体１３は、発熱体１４の発熱により速やかに溶断される材料からなり、例えばハンダや、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
【００３５】
また、可溶導体１３は、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする合金等の高融点金属を用いてもよく、あるいは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、保護素子１をリフロー実装する場合に、リフロー温度が低融点金属の溶融温度を超えて、低融点金属が溶融しても、低融点金属の外部への流出を抑制し、可溶導体１３の形状を維持することができる。また、溶断時も、低融点金属が溶融することにより、高融点金属を溶食（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。
【００３６】
なお、可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び第１、第２の電極１１，１２へ、ハンダ等により接続されている。可溶導体１３は、リフローはんだ付けによって容易に接続することができる。
【００３７】
また、可溶導体１３は、酸化防止、濡れ性の向上等のため、フラックス１７が塗布されていることが好ましい。
【００３８】
［カバー部材］
また、保護素子１は、内部を保護するために、絶縁基板１０の表面１０ｅ上にカバー部材２０が設けられている。カバー部材２０は、絶縁基板１０の形状に応じて略矩形状に形成されている。また、図１に示すように、カバー部材２０は、可溶導体１３が設けられた絶縁基板１０の表面１０ｅ上に接続される側面２１と、絶縁基板１０の表面１０ｅ上を覆う天面２２とを有し、絶縁基板１０の表面１０ｅ上に、可溶導体１３が溶融時に球状に膨張し、溶融導体が発熱体引出電極１６や第１、第２の電極１１，１２上に凝集するのに十分な内部空間を有する。
【００３９】
カバー部材２０は、側面２１が絶縁基板１０の表面１０ｅ上に接着剤や溶着等により接続されている。カバー部材２０を接続する接着剤としては、接続信頼性に優れる熱硬化性の接着剤を好適に用いることができる。
【００４０】
［製造工程］
次いで、保護素子１の製造工程について説明する。まず絶縁基板１０の表面１０ｅに第１、第２の電極１１，１２、発熱体１４、第１、第２の発熱体電極１８，１９、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６を形成する。また、絶縁基板１０の裏面１０ｆに外部接続電極１１ａ,１２ａ，１８ｂを形成するとともに、キャスタレーションや孔部２５を介して第１、第２の電極１１，１２及び第１の発熱体電極１８と接続する。そして、可溶導体１３を、発熱体引出電極１６を介して第１、第２の電極１１，１２間に跨って搭載する。なお、可溶導体１３と第１、第２の電極１１，１２及び発熱体引出電極１６との間には接続はんだが供給されてもよい。
【００４１】
次いで、カバー部材２０を絶縁基板１０の表面１０ｅ上に接続する。カバー部材２０の接続は、接続強度に優れる熱硬化性の接着剤が側面２１の下部に供給されることにより行うことが好ましい。
【００４２】
次いで、絶縁基板１０の表面１０ｅ上にカバー部材２０が搭載された構造体は、加熱処理され、可溶導体１３が接続用はんだを介して第１、第２の電極１１，１２及び発熱体引出電極１６と接続され、また、熱硬化性の接着剤が硬化してカバー部材２０が絶縁基板１０の表面１０ｅ上に接続されることにより、保護素子１が形成される。保護素子１が、電源回路等が形成された回路基板２にリフロー等により実装されることにより、回路モジュール３が形成される。
【００４３】
［可溶導体の中心と発熱体の発熱中心の一致］
このとき、保護素子１は、可溶導体１３の中心と発熱体１４の発熱中心とが重畳するように可溶導体１３を搭載することが好ましい。可溶導体１３の中心とは、矩形板状体に形成された可溶導体１３では可溶導体１３の重心位置となる。発熱体１４の発熱中心とは、発熱初期において最も高温となる位置であり、矩形状に形成された発熱体１４では発熱体１４の重心位置となる。
【００４４】
可溶導体１３の中心を発熱体１４の発熱中心に重畳させて搭載することにより、発熱体１４の熱を効率よく可溶導体１３に伝え、発熱後に速やかに可溶導体１３を溶断することができる。また、発熱体１４の熱が可溶導体１３に効率よく伝わることで、絶縁基板１０や発熱体１４自身が過熱することを防止でき、クラックの発生を抑制することができる。
【００４５】
［各部の配置］
ここで、発熱体１４の発熱量は発熱体１４の大きさに応じて大きくなる。また、第１の発熱体電極１８に設けられた孔部２５は、比較的発熱体１４との距離が近く、発熱体１４の発熱に伴う熱衝撃の影響を受けやすい。このため、保護素子１の高容量化の要請から大型化された可溶導体１３を用いるとともに、発熱体１４により大型の可溶導体１３を速やかに溶融させる発熱量を得ようとすると、熱衝撃により孔部２５に向かって絶縁基板や発熱体１４にクラックが発生する恐れがある。発熱体１４は、クラックが発生した部位の発熱が停止するため、所望の発熱量が得られず、可溶導体１３の溶断時間が延びる恐れもある。
【００４６】
そこで、保護素子１は、発熱体１４や孔部２５等の保護素子１を構成する各構成部位を適正に配置することにより、発熱体１４の通電発熱時における熱衝撃により、孔部２５に向かってクラックが発生することを防ぐことができる。
【００４７】
具体的に、図６に示すように、保護素子１は、発熱体１４の発熱中心Ｃ１が、絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃから第４の側縁１０ｄまでの距離の中間の位置Ｃ２から上記第１、第２の発熱体電極１８，１９のうち熱容量の大きい発熱体電極が設けられた側縁側に偏倚して形成されている。上述したように、保護素子１は、第２の発熱体電極１９に発熱体引出電極１６が形成されるとともに、孔部２５が形成されていないため、孔部２５が形成された第１の発熱体電極１８に比して熱容量が大きい。したがって、保護素子１は、発熱体１４の発熱中心Ｃ１が第２の発熱体電極１９が設けられた第４の側縁１０ｄ側に偏倚して形成される。
【００４８】
これにより、保護素子１は、孔部２５と発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部との領域に対する発熱体１４の発熱による熱衝撃が弱まり、クラックの発生を防止することができる。なお、図５に示す第２の発熱体電極１９にも孔部２６を形成した対称型の保護素子２７においては、発熱体１４の発熱中心を第１、第２の発熱体電極１８，１９のうち、熱容量の大きい発熱体電極が設けられた側縁側に偏倚して形成する。
【００４９】
また、保護素子１は、保護素子１は、図７に示す保護素子１の平面図における各部の寸法を以下の通りに定義し、以下に説明する第１〜第７の形態に示す条件を満たすように形成してもよい。
Ａ：絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃと発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部との最短距離
Ｂ：発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と第１の発熱体電極１８に設けられた孔部２５の外縁との最短距離
Ｃ：絶縁基板１０の第４の側縁１０ｄと発熱体１４の第４の側縁１０ｄ側の端部との最短距離
Ｄ：絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心部を通る第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄと平行な中心線と発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部との距離
Ｅ：絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心部を通る第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄと平行な中心線と発熱体１４の第４の側縁１０ｄ側の端部との距離
Ｆ：絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の距離
Ｇ：略矩形状に形成された発熱体１４の幅
Ｈ：絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄと隣接する第１、第２の側縁１０ａ，１０ｂ間の距離
【００５０】
ここで、Ｂについて補足すると、孔部２５が複数ある場合は、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と最も発熱体１４側に位置する孔部２５の外縁との最短距離をいう。図８は、第１の発熱体電極１８に設ける孔部２５として、第３の側縁１０ｃからやや内側に形成したスルーホールを有する保護素子１を示す平面図である。図８に示す保護素子１では、孔部２５の外縁は、このスルーホールの外縁となる。
【００５１】
また、図９は、第１の発熱体電極１８に設ける孔部２５として、第３の側縁１０ｃに設けたキャスタレーション及び第３の側縁１０ｃからやや内側に形成したスルーホールを有する保護素子１を示す平面図である。図９に示す保護素子１では、孔部２５の外縁は、最も発熱体１４側に位置するスルーホールの外縁となる。
【００５２】
また、第１の発熱体電極１８に孔部２５を設けるとともに、第２の発熱体電極１９に孔部２６を設けた対称型の保護素子２７では、第１、第２の発熱体電極１８，１９及び第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄのうち、熱容量が小さい方の発熱体電極が形成された孔部の外縁と当該発熱体電極が形成された側縁との距離をＢとし、熱容量が大きい方の発熱体電極が形成された孔部の外縁と当該発熱体電極が形成された側縁との距離をＣとする。
【００５３】
［第１の形態：Ｂ／（Ｄ＋Ｅ）］
保護素子１は、Ｂ／（Ｄ＋Ｅ）を０．２０以上とすることが好ましい。すなわち、保護素子１は、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）に対する、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と第１の発熱体電極１８に設けられた孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が０．２０以上であることが好ましい。
【００５４】
発熱体１４の発熱量は発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）に応じて大きくなり、また発熱体１４と孔部２５までの距離が長くなるほどクラックに対する耐性が大きくなる。そして、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）に対する発熱体１４から孔部２５までの距離（Ｂ）の割合を０．２０以上とすることで、発熱体１４の発熱量に対する耐性が高まり、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができる。
【００５５】
一方、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）に対する発熱体１４から孔部２５までの距離（Ｂ）の割合が０．２０未満の場合、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）の割に発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生する恐れがある。
【００５６】
［第２の形態：Ｂ／Ｇ］
また、保護素子１は、Ｂ／Ｇを１．０以上とすることが好ましい。すなわち、保護素子１は、略矩形状に形成された発熱体１４の幅（Ｇ）に対する、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が１．０以上であることが好ましい。
【００５７】
発熱体１４の発熱量は発熱体１４の幅（Ｇ）に応じても大きくなり、幅広になるほど孔部２５に向かう伝熱ルートも広がることから熱衝撃の影響が及びやすくなる。また、発熱体１４と孔部２５までの距離が長くなるほどクラックに対する耐性が大きくなる。そのため、発熱体の幅（Ｇ）に対する発熱体１４から孔部２５までの距離（Ｂ）の割合を１．０以上とすることで、発熱体１４の発熱量に対する耐性を備え、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができる。
【００５８】
一方、発熱体の幅（Ｇ）に対する発熱体１４から孔部２５までの距離（Ｂ）の割合が１．０未満の場合、発熱体１４の幅（Ｇ）の割に発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生する恐れがある。
【００５９】
［第３の形態：Ｂ／（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））］
また、保護素子１は、Ｂ／（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））を６．０以上とすることが好ましい。すなわち、保護素子１は、発熱体１４の幅（Ｇ）と長さ（Ｄ＋Ｅ）のアスペクト比（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））に対する、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が６．０以上であることが好ましい。
【００６０】
所定のサイズの絶縁基板１０内において、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）を大きくとると、相対的に第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間にわたって設けられている発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）の距離は短くなり、発熱量が小さくなる。また、発熱体１４の幅（Ｇ）が小さくなると発熱量は小さくなる。
【００６１】
そのため、所定のサイズの絶縁基板において、発熱体１４の幅（Ｇ）と長さ（Ｄ＋Ｅ）のアスペクト比（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））に対する、発熱体１４から孔部２５までの距離（Ｂ）の割合を規定することで、発熱体１４の発熱量に対する耐性を備えることができる。具体的には発熱体１４の幅（Ｇ）と長さ（Ｄ＋Ｅ）のアスペクト比（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））に対する発熱体１４から孔部２５までの距離Ｂの割合を６．０以上とすることで、発熱体１４の発熱量に対する耐性を備え、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができる。
【００６２】
一方、発熱体１４の幅（Ｇ）と長さ（Ｄ＋Ｅ）のアスペクト比（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））に対する発熱体１４から孔部２５までの距離Ｂの割合が６．０未満の場合、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）や発熱体１４の幅（Ｇ）の割に、発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生する恐れがある。
【００６３】
［第４の形態：Ｂ／（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）］
また、保護素子１は、Ｂ／（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）を０．１５以上とすることが好ましい。すなわち、孔部２５の外縁から第４の側縁１０ｄまでの距離（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が０．１５以上であることが好ましい。
【００６４】
絶縁基板１０は、第３の側縁１０ｃ側に孔部２５を設けることにより絶縁基板１０の発熱体１４から孔部２５に至る領域までの熱衝撃に対する耐性が問題となることから、絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃから孔部２５までの領域を除いた領域、すなわち孔部２５の外縁から第４の側縁１０ｄまでの距離（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）は、発熱体１４の熱衝撃を受ける実質的な絶縁基板１０の長さといえる。そして、この発熱体１４の熱衝撃を受ける孔部２５の外縁から第４の側縁１０ｄまでの距離（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）における発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が大きいほど、発熱体１４の発熱量に対する耐性を備えることができる。具体的に、Ｂ／（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）を０．１５以上とすることで、発熱体１４の発熱量に対する耐性を備え、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができる。
【００６５】
一方、孔部２５の外縁から第４の側縁１０ｄまでの距離（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）における発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が０．１５未満の場合、実質的な絶縁基板１０の長さ（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）における、発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生する恐れがある。
【００６６】
［第５の形態：Ｂ／Ｃ］
また、保護素子１は、Ｂ／Ｃを０．９以上とすることが好ましい。すなわち、所定のサイズの絶縁基板１０において、絶縁基板１０の第４の側縁１０ｄと発熱体１４の第４の側縁１０ｄ側の端部との最短距離（Ｃ）に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が０．９以上であることが好ましい。
【００６７】
絶縁基板１０の表面１０ｅの第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間に占める発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）を一定としたときに、発熱体１４の両端部と孔部２５の外縁及び第４の側縁１０ｄとの距離の割合として、孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）を大きくとる、具体的に０．９以上とすることで、発熱体１４を第４の側縁１０ｄ側に偏倚させて、クラックが生じやすい孔部２５に至る領域の熱衝撃に対する耐性を向上させ、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができる。
【００６８】
一方、絶縁基板１０の表面１０ｅにおいて、絶縁基板１０の第４の側縁１０ｄと発熱体１４の第４の側縁１０ｄ側の端部との最短距離（Ｃ）に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が０．９未満の場合、発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生する恐れがある。
【００６９】
［第６の形態：Ｂ／（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））］
また、保護素子１は、Ｂ／（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））を０．３０以上とすることが好ましい。すなわち、絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃから絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心位置までの距離（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）が０．３０以上であることが好ましい。
【００７０】
第３の側縁１０ｃからの距離（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））は絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心位置を示し、距離（Ｂ）は孔部２５の外縁から発熱体１４の端部までの距離を示す。したがって、Ｂ／（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））は、絶縁基板１０の中心位置と発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部との位置関係を規定する。
【００７１】
そして、絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃから絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心位置までの距離（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）を０．３０以上となる位置関係を有することにより、絶縁基板１０の中心位置から第３の側縁１０ｃ側の領域においてクラックが生じやすい孔部２５に至る領域に発熱体１４の熱衝撃に対する耐性を備える長さを確保することができ、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができる。
【００７２】
一方、絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃから絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心位置までの距離（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）が０．３０未満の場合、絶縁基板１０の中心位置から第３の側縁１０ｃ側の領域おいて発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生する恐れがある。
【００７３】
なお、絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃから絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心位置までの距離は、（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））の他、（Ａ+Ｄ）あるいは（Ｆ／２）と規定することもできる。
【００７４】
［第７の形態：｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝］
また、保護素子１は、孔部２５の外縁から絶縁基板１０の第４の側縁１０ｄまでの長さの半分の距離｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝に対する孔部２５の外縁から発熱体１４の中心までの距離｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝の割合、｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝が０．９９以上であることが好ましい。
【００７５】
孔部２５の外縁から絶縁基板１０の第４の側縁１０ｄまでの長さの半分の距離｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝とは、上述した実質的な絶縁基板１０における中心を示し、孔部２５の外縁から発熱体１４の中心までの距離｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝との割合を求めることで、この実質的な絶縁基板１０内における発熱中心の位置を規定する。そして、｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝が０．９９以上となるように発熱体１４を形成することにより、発熱体１４の発熱中心が実質的な絶縁基板１０の中心と略一致又は第４の側縁１０ｄ側に偏倚することとなる。したがって、発熱体１４の発熱中心から孔部２５に至る領域に発熱体１４の熱衝撃に対する耐性を備える長さを確保することができ、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができる。
【００７６】
一方、孔部２５の外縁から絶縁基板１０の第４の側縁１０ｄまでの長さの半分の距離｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝に対する孔部２５の外縁から発熱体１４の中心までの距離｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝の割合が０．９９未満の場合、発熱体１４の発熱中心が実質的な絶縁基板の中心から第３の側縁１０ｃ側に偏倚して設けられ、発熱体１４から孔部２５に至る領域に発熱体１４の熱衝撃に対する耐性を備える長さを確保することができず、孔部２５に向かうクラックが発生する恐れがある。
【００７７】
［回路基板］
次いで、保護素子１が実装される回路基板２について説明する。回路基板２は、例えばガラスエポキシ基板やガラス基板、セラミック基板等のリジッド基板や、フレキシブル基板等、公知の絶縁基板が用いられる。また、回路基板２は、図２に示すように、保護素子１がリフロー等によって表面実装される実装部を有し、実装部内に保護素子１の絶縁基板１０の裏面１０ｆに設けられた外部接続電極１１ａ，１２ａ，１８ｂとそれぞれ接続される接続電極が設けられている。なお、回路基板２は、保護素子１の発熱体１４に通電させるＦＥＴ等の素子が実装されている。
【００７８】
［回路モジュールの使用方法］
次いで、保護素子１及び保護素子１が回路基板２に表面実装された回路モジュール３の使用方法について説明する。図１０に示すように、回路モジュール３は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパック内の回路として用いられる。
【００７９】
たとえば、保護素子１は、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル５１〜５４からなるバッテリスタック５５を有するバッテリパック５０に組み込まれて使用される。
【００８０】
バッテリパック５０は、バッテリスタック５５と、バッテリスタック５５の充放電を制御する充放電制御回路６０と、バッテリスタック５５の異常時に充電を遮断する本発明が適用された保護素子１と、各バッテリセル５１〜５４の電圧を検出する検出回路５６と、検出回路５６の検出結果に応じて保護素子１の動作を制御する電流制御素子５７とを備える。
【００８１】
バッテリスタック５５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル５１〜５４が直列接続されたものであり、バッテリパック５０の正極端子５０ａ、負極端子５０ｂを介して、着脱可能に充電装置６５に接続され、充電装置６５からの充電電圧が印加される。充電装置６５により充電されたバッテリパック５０の正極端子５０ａ、負極端子５０ｂ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。
【００８２】
充放電制御回路６０は、バッテリスタック５５から充電装置６５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子６１、６２と、これらの電流制御素子６１、６２の動作を制御する制御部６３とを備える。電流制御素子６１、６２は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部６３によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック５５の電流経路の充電方向及び／又は放電方向への導通と遮断とを制御する。制御部６３は、充電装置６５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、バッテリスタック５５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６１、６２の動作を制御する。
【００８３】
保護素子１は、たとえば、バッテリスタック５５と充放電制御回路６０との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子５７によって制御される。
【００８４】
検出回路５６は、各バッテリセル５１〜５４と接続され、各バッテリセル５１〜５４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路６０の制御部６３に供給する。また、検出回路５６は、いずれか１つのバッテリセル５１〜５４が過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子５７を制御する制御信号を出力する。
【００８５】
電流制御素子５７は、たとえばＦＥＴ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５１〜５４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１を動作させて、バッテリスタック５５の充放電電流経路を電流制御素子６１、６２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
【００８６】
以上のような構成からなるバッテリパック５０において、保護素子１の構成について具体的に説明する。
【００８７】
まず、本発明が適用された保護素子１は、図１１に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１は、発熱体引出電極１６を介して直列接続された可溶導体１３と、可溶導体１３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体１３を溶融する発熱体１４とからなる回路構成である。また、保護素子１では、たとえば、可溶導体１３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱体１４が電流制御素子５７と接続される。保護素子１の第１の電極１１は、外部接続電極１１ａを介してバッテリスタック５５の開放端と接続され、第２の電極１２は、外部接続電極１２ａを介してバッテリパック５０の正極端子５０ａ側の開放端と接続される。また、発熱体１４は、発熱体引出電極１６を介して可溶導体１３と接続されることによりバッテリパック５０の充放電電流経路と接続され、また第１の発熱体電極１８及び外部接続電極１８ｂを介して電流制御素子５７と接続される。
【００８８】
このようなバッテリパック５０は、保護素子１の発熱体１４が通電、発熱されると、可溶導体１３が溶融し、その濡れ性によって、発熱体引出電極１６上に引き寄せられる。その結果、保護素子１は、可溶導体１３が溶断することにより、確実に電流経路を遮断することができる。また、可溶導体１３が溶断することにより発熱体１４への給電経路も遮断されるため、発熱体１４の発熱も停止する。
【００８９】
また、バッテリパック５０は、充放電経路上に保護素子１の定格を超える予期しない大電流が流れた場合に、可溶導体１３が自己発熱（ジュール熱）により溶断することによって、電流経路を遮断することができる。
【００９０】
上述したように、保護素子１は、発熱体１４や孔部２５等の保護素子１を構成する各構成部位が適正に配置されているため、発熱体１４の通電発熱時における熱衝撃により、孔部２５に向かってクラックが発生することが防止され、また、発熱体１４の発熱を効率よく可溶導体１３に伝えることができる。したがって、保護素子１は、発熱体１４の通電発熱時に所望の発熱量が得られ、可溶導体１３の溶断特性を安定的に維持することができる。
【００９１】
なお、本技術が適用された保護素子１は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、ＩＣの異常過熱等、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん適用可能である。
【実施例】
【００９２】
次いで、本技術の実施例について説明する。本実施例では、上述した保護素子１のＡ〜Ｈの各部の寸法及び配置を変えた実施例１〜３及び比較例１〜５のサンプルを形成し、発熱体（電力：３３Ｗ）の発熱時におけるクラックの発生の有無を検証した。クラックは絶縁基板又は発熱体のいずれか一方でも発生した場合には「有り」とした。
【００９３】
各サンプルに係る保護素子は、絶縁基板１０として矩形状のセラミック基板（長さＦ：９．５ｍｍ、幅Ｈ：５．０ｍｍ）を用い、絶縁基板１０の長手方向の両側の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄに第１、第２の発熱体電極１８，１９を形成するとともに、第３の側縁１０ｃ側に形成した第１の発熱体電極１８にのみ孔部２５としてキャスタレーションを形成し、第４の側縁１０ｄ側に形成した第２の発熱体電極１９に発熱体引出電極１６を接続した非対称型とした。
【００９４】
各実施例及び比較例のサンプルに係る寸法を表１に示し、上述した第１〜第７の形態における数値、及びクラックの発生の有無を表２に示す。
【００９５】
【表１】
2018078046.tif 000003
【００９６】
【表２】
2018078046.tif 000004
【００９７】
［第１の形態：Ｂ／（Ｄ＋Ｅ）について］
実施例１〜３では、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）に対する、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と第１の発熱体電極１８に設けられた孔部２５の外縁との最短距離Ｂの割合（Ｂ／（Ｄ＋Ｅ））が０．２０以上であり、発熱体１４の発熱量に対する耐性が高まり、孔部２５に向かうクラックは発生しなかった。
【００９８】
比較例１〜５では、（Ｂ／（Ｄ＋Ｅ））が０．２０未満であり、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）の割に発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生した。
【００９９】
［第２の形態：Ｂ／Ｇについて］
実施例１〜３では、略矩形状に形成された発熱体１４の幅（Ｇ）に対する、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が１．０以上であり、発熱体１４の発熱量に対する耐性を備えたことから、孔部２５に向かうクラックは発生しなかった。
【０１００】
比較例１〜５では、（Ｂ／Ｇ）が１．０未満であり、発熱体１４の幅（Ｇ）の割に発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生した。
【０１０１】
［第３の形態：Ｂ／（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））について］
実施例１〜３では、発熱体１４の幅（Ｇ）と長さ（Ｄ＋Ｅ）のアスペクト比（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））に対する、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が６．０であり、所定サイズ（９．５×５．０ｍｍ）の絶縁基板１０内において、発熱体１４の幅（Ｇ）と長さ（Ｄ＋Ｅ）のアスペクト比（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））に対して発熱体１４の発熱量に対する耐性を備えるだけの発熱体１４から孔部２５までの距離（Ｂ）を確保でき、孔部２５に向かうクラックの発生を防止することができた。
【０１０２】
一方、比較例１〜５では、Ｂ／（Ｇ／（Ｄ＋Ｅ））が６．０未満であり、発熱体１４の長さ（Ｄ＋Ｅ）や発熱体１４の幅（Ｇ）の割に、発熱体１４と孔部２５までの距離が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生した。
【０１０３】
［第４の形態：Ｂ／（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）について］
実施例１〜３では、孔部２５の外縁から第４の側縁までの距離（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が０．１５以上であるため、発熱体１４の熱衝撃を受ける実質的な絶縁基板１０の長さに対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が大きく、発熱体１４の発熱量に対する耐性を備え、孔部２５に向かうクラックは発生しなかった。
【０１０４】
一方、比較例１〜５では、Ｂ／（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）が０．１５未満であり、実質的な絶縁基板１０の長さ（Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｃ）における、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生した。
【０１０５】
［第５の形態：Ｂ／Ｃについて］
実施例１〜３では、所定サイズ（９．５×５．０ｍｍ）の絶縁基板１０内において、
第４の側縁１０ｄと発熱体１４の第４の側縁１０ｄ側の端部との最短距離（Ｃ）に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）の割合が０．９以上であり、発熱体１４が第４の側縁１０ｄ側に偏倚して形成されることにより、クラックが生じやすい孔部２５に至る領域の熱衝撃に対する耐性が向上されているため、孔部２５に向かうクラックは発生しなかった。
【０１０６】
一方、比較例１〜５では、Ｂ／Ｃが０．９未満であり、発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生した。
【０１０７】
［第６の形態：Ｂ／（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））について］
実施例１〜３では、絶縁基板１０の第３の側縁１０ｃから絶縁基板１０の第３、第４の側縁１０ｃ，１０ｄ間の中心位置までの距離（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））に対する発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）が０．３０以上であり、絶縁基板１０の中心位置から第３の側縁１０ｃ側の領域においてクラックが生じやすい孔部２５に至る領域に発熱体１４の熱衝撃に対する耐性を備える長さを確保していることから、孔部２５に向かうクラックは発生しなかった。
【０１０８】
一方、比較例１〜５では、Ｂ／（Ｆ−（Ｅ＋Ｃ））が０．３０未満であり、絶縁基板１０の中心位置から第３の側縁１０ｃ側の領域おいて発熱体１４の第３の側縁１０ｃ側の端部と孔部２５の外縁との最短距離（Ｂ）が短く、熱衝撃に対する耐性が不足し、クラックが発生した。
【０１０９】
［第７の形態：｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝について］
実施例１〜３では、孔部２５の外縁から絶縁基板１０の第４の側縁１０ｄまでの長さの半分の距離｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝に対する孔部２５の外縁から発熱体１４の中心までの距離｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝の割合、｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝が０．９９以上であり、発熱体１４の発熱中心が実質的な絶縁基板１０の中心と略一致又は第４の側縁１０ｄ側に偏倚していることから、発熱体１４の発熱中心から孔部２５に至る領域に発熱体１４の熱衝撃に対する耐性を備える長さを確保することができ、孔部２５に向かうクラックは発生しなかった。
【０１１０】
一方、比較例１〜５では、｛Ｂ+（Ｄ＋Ｅ）／２｝／｛（Ｂ+Ｃ+Ｄ+Ｅ）／２｝が０．９９未満であり、発熱体１４の発熱中心が実質的な絶縁基板の中心から第３の側縁１０ｃ側に偏倚して設けられ、発熱体１４から孔部２５に至る領域に発熱体１４の熱衝撃に対する耐性を備える長さを確保することができず、孔部２５に向かうクラックが発生した。
【符号の説明】
【０１１１】
１  保護素子、２  回路基板、３  回路モジュール、１０  絶縁基板、１１  第１の電極、１２  第２の電極、１３  可溶導体、１４  発熱体、１５  絶縁部材、１６  発熱体引出電極、１７  フラックス、１８  第１の発熱体電極、１９  第２の発熱体電極、２０  カバー部材、２１  側面、２２  天面、２５  孔部、２６  孔部、２７  保護素子、５０  バッテリパック、５１〜５４  バッテリセル、５５  バッテリスタック、５６  検出回路、５７  電流制御素子、６０  充放電制御回路、６１  電流制御素子、６２  電流制御素子、６３  制御部、６５  充電装置
【図１】
2018078046.tif 000005
【図２】
2018078046.tif 000006
【図３】
2018078046.tif 000007
【図４】
2018078046.tif 000008
【図５】
2018078046.tif 000009
【図６】
2018078046.tif 000010
【図７】
2018078046.tif 000011
【図８】
2018078046.tif 000012
【図９】
2018078046.tif 000013
【図１０】
2018078046.tif 000014
【図１１】
2018078046.tif 000015
【図１２】
2018078046.tif 000016