(57)【要約】【課題】リフロー実装によってもヒューズエレメントの変形を防止し、安定した溶断特性を維持する。【解決手段】絶縁基板１０と、発熱体１４と、発熱体１４を覆う絶縁部材１５と、発熱体１４に電気的に接続された発熱体引出電極１６と、第１及び第２の電極１１，１２と、発熱体引出電極１６から第１及び第２の電極１１，１２にわたって接続され、加熱により第１、第２の電極１１，１２間の電流経路を溶断するヒューズエレメント１３とを備え、ヒューズエレメント１３は、内層を構成する低融点金属層１３ａと、外層を構成する高融点金属層１３ｂとを有し、低融点金属層１３ａが露出する端面が折り曲げられている。【選択図】図１
2015111526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、
上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
第１及び第２の電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、
上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられている保護素子。
【請求項２】
上記ヒューズエレメントは、上記第１及び第２の電極への接続面と反対側に上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられている請求項１記載の保護素子。
【請求項３】
上記ヒューズエレメントは、上記低融点金属層が露出する端面が鋭角に折り曲げられている請求項１又は２に記載の保護素子。
【請求項４】
上記ヒューズエレメントは、フィルム状の低融点金属に電解メッキ法により高融点金属が被覆された導体リボンを切断することにより形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項５】
絶縁基板と、
発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、
上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
第１及び第２の電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、
上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されている保護素子。
【請求項６】
上記ヒューズエレメントは、上記低融点金属層が露出する端面から内側を押しつぶされる請求項５記載の保護素子。
【請求項７】
上記ヒューズエレメントは、両面から上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされる請求項５又は６に記載の保護素子。
【請求項８】
上記ヒューズエレメントは、フィルム状の低融点金属に電解メッキ法により高融点金属が被覆された導体リボンを切断することにより形成される請求項５〜７のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項９】
回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、
内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられているヒューズエレメント。
【請求項１０】
回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、
内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されているヒューズエレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流経路を遮断する保護素子、及び保護素子に用いるヒューズエレメントに関する。
【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】
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、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８０としては、電流経路上に接続された第１及び第２の電極８１，８２間に亘ってヒューズエレメント８３を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上のヒューズエレメント８３を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子８０内部に設けた発熱体８４によって溶断するものが提案されている。なお、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ‐Ａ‘断面図であり、図８（Ｃ）は、図８（Ａ）のＢ‐Ｂ‘断面図である。
【０００５】
具体的に、保護素子８０は、絶縁基板８５と、絶縁基板８５に積層され、絶縁部材８６に覆われた発熱体８４と、絶縁基板８５の両端に形成された第１、第２の電極８１，８２と、絶縁部材８６上に発熱体８４と重畳するように積層された発熱体引出電極８８と、両端が接続用ハンダを介して第１、第２の電極８１，８２にそれぞれ接続され、中央部が接続用ハンダを介して発熱体引出電極８８に接続されたヒューズエレメント８３とを備える。
【０００６】
保護素子８０は、過充電、過放電等の異常が検知されると、発熱体８４が通電されることにより発熱する。すると、この熱によりヒューズエレメント８３が溶融し、この溶融導体を発熱体引出電極８８に集めることにより、第１及び第２の電極８１，８２間の電流経路を遮断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−００３６６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８５９６０号公報
【特許文献３】特開２０１２−００３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、この種の保護素子８０に用いられるヒューズエレメント８３としては、例えばＰｂフリーハンダ等の低融点金属８３ａからなる箔を、ＡｇやＣｕあるいはこれらを主成分とする合金等の高融点金属８３ｂで被覆したものが提案されている。保護素子８０は、低融点金属８３ａの箔が高融点金属８３ｂで被覆されたヒューズエレメント８３を用いることにより、リフロー等の実装温度における溶断を防止し、実装の容易化を図るとともに、溶断時には、低融点金属８３ａによる高融点金属８３ｂの侵食作用（食われ現象）を利用し、高融点金属８３ｂの融点以下の温度で溶融させ、速やかな溶断を実現することができる。
【０００９】
このようなヒューズエレメント８３において、低融点金属８３ａの箔を高融点金属８３ｂで被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。
【００１０】
図９に示すように、長尺状の低融点金属箔に電解メッキ法により高融点金属メッキを施工することにより導体リボン９０が形成される。この導体リボン９０を長手方向と直交する幅方向（図９中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断することにより、ヒューズエレメント８３が製造される。これにより、ヒューズエレメント８３は、導体リボン９０の側縁部が第１の側縁部９１となり、導体リボン９０の切断面が第２の側縁部９２となる。また、第１の側縁部９１は、高融点金属８３ｂによって被覆され、第２の側縁部９２は、端面（導体リボン９０の切断面）に上下一対の高融点金属層８３ｂと高融点金属層８３ｂによって挟持された低融点金属層８３ａが外方に露出されている。
【００１１】
このようにして製造されたヒューズエレメント８３は、接続用ハンダ等の低融点金属によって、第１及び第２の電極８１（Ａ１），８２（Ａ２）上、及び発熱体引出電極８８上に接続される。このとき、ヒューズエレメント８３は、高融点金属層８３ｂによって肉厚に形成された第１の側縁部９１が第１及び第２の電極８１（Ａ１），８２（Ａ２）間にわたって配設され、導体リボン９０の切断面となる第２の側縁部９２が第１及び第２の電極８１（Ａ１），８２（Ａ２）上に接続される。
【００１２】
ここで、保護素子８０は、バッテリ回路等の回路基板にリフロー実装により搭載される。このとき、ヒューズエレメント８３は、リフロー実装時の加熱によって低融点金属８３ｂが溶融し、第２の側縁部９２から溶出する恐れがある。すなわち、ヒューズエレメント８３は、第１、第２の電極８１，８２及び発熱体引出電極８８上に実装用ハンダを介して搭載され、第２の側縁部９２が第１、第２の電極８１，８２上に配置されている。第２の側縁部９２は、低融点金属層８３ａが露出されているため、溶融した低融点金属が濡れ性の高い第１、第２の電極８１，８２に引き寄せられることにより溶出する。
【００１３】
このように、リフロー実装によって低融点金属が溶出すると、ヒューズエレメント８３が変形することにより抵抗値が変動して溶断特性にばらつきが生じてしまう。また、ヒューズエレメント８３は、低融点金属が溶出することによって高融点金属を溶食する作用が損なわれ、溶断時間が延びる恐れもある。
【００１４】
そこで、本発明は、リフロー実装によってもヒューズエレメントの変形を防止し、安定した溶断特性を維持する保護素子及び保護素子に用いるヒューズエレメント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、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、発熱体と、少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、第１及び第２の電極と、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられているものである。
【００１６】
また、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、発熱体と、少なくとも上記発熱体を覆う絶縁部材と、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、第１及び第２の電極と、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって接続され、加熱により、上記第１の電極と上記第２の電極との間の電流経路を溶断するヒューズエレメントとを備え、上記ヒューズエレメントは、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されているものである。
【００１７】
また、本発明に係るヒューズエレメントは、回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が折り曲げられているものである。
【００１８】
また、本発明に係るヒューズエレメントは、回路基板上に実装され、該回路の電流経路を遮断する保護素子に用いるヒューズエレメントにおいて、内層を構成する低融点金属層と、外層を構成する高融点金属層とを有し、上記低融点金属層が露出する端面が押しつぶされることにより高融点金属層によって封止されているものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ヒューズエレメントは、リフロー実装によって加熱され低融点金属が溶融した場合にも、低融点金属層が露出する端面からの溶出を防止することができる。したがって、保護素子は、低融点金属の溶出によるヒューズエレメントの変形が防止され、ヒューズエレメントの変形による抵抗値の変動、及び溶断特性のばらつきを防止することができる。また、保護素子は、低融点金属が溶出することによる高融点金属の溶食作用が損なわれることもなく、ヒューズエレメントを速やかに溶断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明が適用された保護素子を示す図であり、（Ａ）は、平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図であり、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【図２】図２は、本発明が適用されたヒューズエレメントを切り出す導体リボンを示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明が適用されたヒューズエレメントを示す断面図である。
【図４】図４は、本発明が適用された他の保護素子を示す図であり、（Ａ）は、平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図であり、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】図５は、保護素子が適用されたバッテリパックの回路図である。
【図６】図６は、保護素子の回路図である。
【図７】図７は、ヒューズエレメントが溶断した状態を示す図であり、（Ａ）は保護素子の平面図、（Ｂ）は保護素子の回路図である。
【図８】図８は、（Ａ）は、参考例に係る保護素子の平面図であり、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図であり、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。
【図９】図９は、参考例に係るヒューズエレメントを切り出す導体リボンを示す斜視図である。
【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及びヒューズエレメントについて、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】
［保護素子］
本発明が適用された保護素子１は、図１（Ａ）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の両端に形成された第１の電極１１（Ａ１）及び第２の電極１２（Ａ２）と、絶縁部材１５上に発熱体１４と重畳するように積層され、発熱体１４に電気的に接続された発熱体引出電極１６と、両端が第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続されたヒューズエレメント１３とを備える。
【００２３】
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形成される。その他、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。
【００２４】
発熱体１４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。なお、発熱体１４は、絶縁基板１０の第１、第２の電極１１，１２が形成された表面と反対側の裏面１０ａに形成してもよく、あるいは、絶縁基板１０の表面に第１、第２の電極１１，１２と隣接して形成してもよい。また、発熱体１４は、絶縁基板１０の内部に形成してもよい。
【００２５】
発熱体１４を覆うように絶縁部材１５が配置され、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が配置される。発熱体１４の熱を効率良くヒューズエレメント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。
【００２６】
発熱体引出電極１６の一端は、発熱体電極１８（Ｐ１）に接続されるとともに、発熱体１４の一端と連続される。また、発熱体１４の他端は、他方の発熱体電極１９（Ｐ２）に接続される。なお、発熱体電極１８（Ｐ１）は、絶縁基板１０の第３の辺１０ｄ側に形成され、発熱体電極１９（Ｐ２）は、絶縁基板１０の第４の辺１０ｅ側に形成されている。また、発熱体電極１９（Ｐ２）は、絶縁基板１０の裏面１０ａに形成された外部接続電極２０（Ｐ２）と接続されている。
【００２７】
絶縁基板１０の両側縁１０ｂ，１０ｃに形成され、ヒューズエレメント１３によって接続されている第１の電極１１（Ａ１）、第２の電極１２（Ａ２）は、それぞれ、スルーホール（図示せず）を介して、絶縁基板の裏面１０ａに設けられた第１、第２の外部接続端子２１（Ａ１），２２（Ａ２）と接続されている。保護素子１は、外部接続端子２１（Ａ１），２２（Ａ２）が、保護素子１が実装される回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。
【００２８】
なお、第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）、発熱体引出電極１６及び外部接続端子２０（Ｐ２），２１（Ａ１），２２（Ａ２）の各表面には、Ｎｉ／Ａｕメッキ層２３が形成されている。これにより、ヒューズエレメント１３の低融点金属１３ａやヒューズエレメント１３の接続用ハンダ２９による第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６の侵食を抑制することができる。
【００２９】
また、第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）には、後述するヒューズエレメント１３の溶融導体やヒューズエレメント１３の接続用ハンダ２９の流出を防止するガラス等の絶縁材料からなる流出防止部２４が形成されている。
【００３０】
［ヒューズエレメント］
ヒューズエレメント１３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、内層となる低融点金属層１３ａが、外層となる高融点金属層１３ｂによって被覆されている。低融点金属層１３ａは、特に限定はなく、例えば、Ｓｎを主成分とする金属であり、「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料（たとえば千住金属工業製、Ｍ７０５等）を好適に用いることができる。低融点金属層１３ａの融点は、必ずしもリフロー炉の温度よりも高い必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。高融点金属層１３ｂも、特に限定はなく、例えば、Ａｇ若しくはＣｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする金属等、リフロー炉によって基板実装を行う場合においても溶融しない高い融点を有する金属を好適に用いることができる。
【００３１】
ヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａを高融点金属層１３ｂで被覆することによって、リフロー温度が低融点金属層１３ａの溶融温度を超えて、低融点金属が溶融した場合であっても、ヒューズエレメント１３として溶断するに至らず、保護素子１の回路基板への実装を容易に行うことができる。
【００３２】
また、ヒューズエレメント１３は、発熱体１４によって加熱されると、低融点金属層１３ａが溶融して、高融点金属層１３ｂを侵食する。したがって、保護素子１は、ヒューズエレメント１３を高融点金属層１３ｂの溶融温度以下の温度で溶断し、速やかに電流経路を遮断することができる。なお、ヒューズエレメント１３は、定格を超える過電流が流れた場合にも、自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、電流経路を遮断することができる。
【００３３】
［第１、第２の側縁部］
ここで、図２に示すように、ヒューズエレメント１３は、主面部２８よりも肉厚に形成された一対の第１の側縁部２６と、主面部２８と同じ厚さに形成された一対の第２の側縁部２７とを有する。第１の側縁部２６は、相対向して一対設けられ、第２の側縁部２７は、第１の側縁部２６と略直交して、相対向して一対設けられている。
【００３４】
第１の側縁部２６は、側面が高融点金属層１３ｂによって被覆されるとともに、これによりヒューズエレメント１３の主面部２８よりも肉厚に形成されている。第２の側縁部２７は、側面に、外周を高融点金属層１３ｂによって囲繞された低融点金属１３ａが露出されている。第２の側縁部２７は、第１の側縁部２６と隣接する両端部を除き主面部２８と同じ厚さに形成されている。
【００３５】
［第２の側縁部の折曲げ・封止］
本発明に係るヒューズエレメント１３は、図１に示すように、低融点金属層が露出する一対の第２の側縁部２７が同一方向に折り曲げられた折り曲げ部３１が形成されている。ヒューズエレメント１３は、折り曲げ部３１の折り曲げ方向を第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６と反対側に向けて搭載される。
【００３６】
これにより、ヒューズエレメント１３は、リフロー実装によって加熱され低融点金属が溶融した場合にも、第２の側縁部２７からの溶出を防止することができる。したがって、保護素子１は、低融点金属の溶出によるヒューズエレメント１３の変形が防止され、ヒューズエレメント１３の変形による抵抗値の変動、及び溶断特性のばらつきを防止することができる。また、保護素子１は、低融点金属が溶出することによる高融点金属の溶食作用が損なわれることもなく、ヒューズエレメント１３を速やかに溶断することができる。
【００３７】
折り曲げ部３１は、後述する導体リボン３０から切り出されたヒューズエレメント１３の第２の側縁部２７をプレスする等により形成することができる。また、折り曲げ角度は、図３（Ａ）に示すように、ヒューズエレメント１３の主面部２８に対して略直角に折り曲げてもよく、あるいは、図３（Ｂ）に示すように、主面部２８に対して鋭角に折り曲げてもよい。
【００３８】
また、ヒューズエレメント１３は、図３（Ｃ）に示すように、低融点金属層が露出する第２の側縁部２７を押しつぶすことにより、低融点金属層１３ａを高融点金属層１３ｂによって封止する封止部３２を形成してもよい。封止部３２を形成することによっても、ヒューズエレメント１３は、低融点金属の第２の側縁部２７からの溶出を防止することができる。
【００３９】
封止部３２も、導体リボン３０から切り出されたヒューズエレメント１３の一対の第２の側縁部２７を両面からプレスすることにより形成することができる。このとき、封止部３２は、第２の側縁部２７からやや内側をプレスすることにより、ヒューズエレメント１３を略板状に保ちながら高融点金属層１３ｂによって封止することができる。また、ヒューズエレメント１３は、封止部３２が第２の側縁部２７からやや内側に形成されることにより、封止部３２の外側は低融点金属層１３ａが露出しているため溶出しうるが、溶出量は僅かであり、抵抗値や溶断特性に影響を与えるような変形は生じない。
【００４０】
［ヒューズエレメントの実装］
このようなヒューズエレメント１３は、図１に示すように、第１の電極１１（Ａ１）、発熱体引出電極１６、第２の電極１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って搭載され、保護素子１が回路基板にリフロー実装される際に接続用ハンダ２９を介して接続される。
【００４１】
このとき、保護素子１は、ヒューズエレメント１３が第２の側縁部２７を第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って配設される。また、保護素子１は、図４に示すように、第１の側縁部２６を第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って配設してもよい。
【００４２】
なお、図１に示すように、ヒューズエレメント１３は、第２の側縁部２７が発熱体引出電極１６から第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路に沿って配設さることが好ましい。これにより、保護素子１は、発熱体引出電極１６から第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる電流経路を速やかに遮断することができる。
【００４３】
すなわち、第２の側縁部２７は、第１の側縁部２６よりも相対的に薄肉に形成されている。また、第２の側縁部２７は、低融点金属層１３ａが高融点金属に被覆されて形成されている。これにより、第２の側縁部２７は、低融点金属層１３ａによる高融点金属層１３ｂの侵食作用が働き、かつ、侵食される高融点金属層１３ｂの厚さも第１の側縁部２６に比して薄く形成されていることにより、高融点金属層１３ｂによって肉厚に形成されている第１の側縁部２６に比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶断することができる。
【００４４】
また、保護素子１は、外縁から最も遠い絶縁基板１０の中心が最も熱く、外縁にかけて放熱により温度が上がりにくくなるが、第２の側縁部２７が第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたされることにより、絶縁基板１０の外縁側においても少ない熱エネルギーでも溶断でき、速やかに電流経路を遮断することができる。
【００４５】
［ヒューズエレメントの製法］
次いで、ヒューズエレメント１３の製造工程について説明する。ヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａを構成する低融点金属箔を高融点金属層１３ｂを構成する金属で被覆することにより製造される。低融点金属層箔を高融点金属被覆する工法としては、長尺状の低融点金属箔に連続して高融点金属メッキを施すことができる電解メッキ法が、作業効率上、製造コスト上、有利となる。
【００４６】
電解メッキによって高融点金属メッキを施すと、長尺状の低融点金属箔のエッジ部分、すなわち、側縁部において電界強度が相対的に強まり、高融点金属層１３ｂが厚くメッキされる（図２参照）。これにより、側縁部が高融点金属層によって肉厚に形成された長尺状の導体リボン３０が形成される。
【００４７】
次いで、この導体リボン３０を長手方向と直交する幅方向（図２中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断する。これにより、ヒューズエレメント１３は、導体リボン３０の側縁部が第１の側縁部２６となり、導体リボン３０の切断面が第２の側縁部２７となる。また、第１の側縁部２６は、高融点金属１３ｂによって被覆され、第２の側縁部２７は、端面（導体リボン３０の切断面）に上下一対の高融点金属層１３ｂと高融点金属層１３ｂによって挟持された低融点金属層１３ａが外方に露出されている。
【００４８】
次いで、導体リボン３０から切り出されたヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａが露出された第２の側縁部２７がプレスされる等により折り曲げ部３１又は封止部３２が形成される。
【００４９】
なお、図１に示す保護素子１において、導体リボン３０は、所定の長さに切断される長手方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）上に接続される第１の側縁部２６となり、長手方向と直交する幅方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間に亘って配設される第２の側縁部２７となる。したがって、導体リボン３０は、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間の幅に応じた幅とし、また第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）への実装及び折り曲げ部３１又は封止部３２の形成に必要な長さに切断される。
【００５０】
また、図４に示す保護素子１において、導体リボン３０は、所定の長さに切断される長手方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間に亘って配設される第１の側縁部２６となり、長手方向と直交する幅方向が、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）上に接続される第２の側縁部２７となる。したがって、導体リボン３０は、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）間にわたる実装及び折り曲げ部３１又は封止部３２の形成に必要な長さに切断され、また第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）への実装に必要な幅に形成される。
【００５１】
このようにして製造されたヒューズエレメント１３は、保護素子１が回路基板にリフロー実装される際に、接続用ハンダ２９等の低融点金属によって、第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）上、及び発熱体引出電極１６上に接続される。このとき、ヒューズエレメント１３は、低融点金属層１３ａが露出している第２の側縁部２７に折り曲げ部３１又は封止部３２が形成されているため、リフロー加熱により低融点金属層１３ａが溶融した場合にも、低融点金属層１３ａが第１及び第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）又は発熱体引出電極１６に濡れ広がることによる溶出が防止されている。
【００５２】
したがって、保護素子１は、ヒューズエレメント１３の変形による抵抗値の変動や溶断特性のばらつきが防止されるとともに、低融点金属による高融点金属の溶食作用を維持し、発熱体１４の発熱、あるいは過電流による自己発熱により速やかに溶断することができる。
【００５３】
なお、ヒューズエレメント１３は、外層の高融点金属層１３ｂの酸化防止のために、ヒューズエレメント１３上のほぼ全面にフラックス１７を塗布されてもよい。また、保護素子１は、このようにして構成された保護素子１の内部を保護するためにカバー部材２５を絶縁基板１０上に設けてもよい。
【００５４】
［保護素子の使用方法］
次いで、保護素子１の使用方法について説明する。図５に示すように、上述した保護素子１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に実装されて用いられる。
【００５５】
たとえば、保護素子１が実装される回路は、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル４１〜４４からなるバッテリスタック４５を有するバッテリパック４０に組み込まれて使用される。
【００５６】
バッテリパック４０は、バッテリスタック４５と、バッテリスタック４５の充放電を制御する充放電制御回路５０と、バッテリスタック４５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４１〜４４の電圧を検出する検出回路４６と、検出回路４６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４７とを備える。
【００５７】
バッテリスタック４５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４１〜４４が直列接続されたものであり、バッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂを介して、着脱可能に充電装置５５に接続され、充電装置５５からの充電電圧が印加される。充電装置５５により充電されたバッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂ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。
【００５８】
充放電制御回路５０は、バッテリスタック４５から充電装置５５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５１、５２と、これらの電流制御素子５１、５２の動作を制御する制御部５３とを備える。電流制御素子５１、５２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５３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４５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部５３は、充電装置５５から電力供給を受けて動作し、検出回路４６による検出結果に応じて、バッテリスタック４５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５１、５２の動作を制御する。
【００５９】
保護素子１は、たとえば、バッテリスタック４５と充放電制御回路５０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４７によって制御される。
【００６０】
検出回路４６は、各バッテリセル４１〜４４と接続され、各バッテリセル４１〜４４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路５０の制御部５３に供給する。また、検出回路４６は、いずれか１つのバッテリセル４１〜４４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４７を制御する制御信号を出力する。
【００６１】
電流制御素子４７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路４６から出力される検出信号によって、バッテリセル４１〜４４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４５の充放電電流経路を電流制御素子５１、５２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
【００６２】
以上のような構成からなるバッテリパック４０において、保護素子１の構成について具体的に説明する。
【００６３】
まず、本発明が適用された保護素子１は、図６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ヒューズエレメント１３と、ヒューズエレメント１３の接続点を介して通電して発熱させることによってヒューズエレメント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、ヒューズエレメント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４７と接続される。保護素子１の第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）は、それぞれ外部接続端子２１（Ａ１），２２（Ａ２）を介して、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１６とこれに接続された発熱体電極１８は、Ｐ１に接続され、他方の発熱体電極１９は、外部接続端子２０（Ｐ２）を介してＰ２に接続される。
【００６４】
このような回路構成からなる保護素子１は、発熱体１４の発熱により、電流経路上のヒューズエレメント１３を溶断させ、バッテリパック４０の充放電経路を遮断することができる。このとき、保護素子１は、ヒューズエレメント１３の第２の側縁部２７に折り曲げ部３１又は封止部３２が形成されることにより低融点金属層１３ａの溶出が防止されているため、溶断特性のばらつきもなく、また、低融点金属による高融点金属の侵食作用によって、高融点金属の融点に至る前の低い温度で溶断することができ、より速やかに溶断することができる。
【００６５】
図７（Ａ）に示すように、ヒューズエレメント１３の溶融導体は、濡れ性の高い発熱体引出電極１６及び第１、第２の電極１１（Ａ１），１２（Ａ２）に引き寄せられて溶断される。したがって、ヒューズエレメント１３は、確実に第１の電極１１（Ａ１）〜発熱体引出電極１６〜第２の電極１２（Ａ２）の間を溶断させることができる（図７（Ｂ））。また、ヒューズエレメント１３が溶断することにより、発熱体１４への給電も停止される。
【００６６】
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を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  保護素子、１０  絶縁基板、１１  第１の電極、１２  第２の電極、１３  ヒューズエレメント、１４  発熱体、１５  絶縁部材、１６  発熱体引出電極、１７  フラックス、１８，１９  発熱体電極、２０〜２２  外部接続端子、２３  Ｎｉ／Ａｕメッキ層、２４  流出防止部、２５  カバー部材、２６  第１の側縁部、２７  第２の側縁部、２８  主面部、２９  接続用ハンダ、３０  導体リボン、３１  折り曲げ部、３２  封止部
【図１】
2015111526.tif 000003
【図２】
2015111526.tif 000004
【図３】
2015111526.tif 000005
【図４】
2015111526.tif 000006
【図５】
2015111526.tif 000007
【図６】
2015111526.tif 000008
【図７】
2015111526.tif 000009
【図８】
2015111526.tif 000010
【図９】
2015111526.tif 000011