(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
上記絶縁基板に配置された発熱体と、
上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記絶縁基板に嵌合することにより、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、両端部に上記絶縁基板の側面に沿って設けられることにより裏面側に向けられ、外部回路と接続される一対の端子部とを有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備える保護素子。
【請求項２】
上記可溶導体は、矩形板状に形成され、上記端子部が上記絶縁基板の側面に沿って折り曲げられている請求項１に記載の保護素子。
【請求項３】
上記可溶導体と上記発熱体引出電極とが接続されている請求項１又は２に記載の保護素子。
【請求項４】
上記絶縁基板は、上記可溶導体が嵌合する嵌合凹部が形成されている請求項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、
上記絶縁基板に配置された発熱体と、
上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、
外部回路と接続される一対の端子部を有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、上記溶断部の両端に設けられ、上記溶断部より上記絶縁基板の表面側に突出された上記一対の端子部とを有し、
上記絶縁基板の表面に形成され、上記発熱体の開放端と接続された発熱体電極と、
上記発熱体電極に接続されることにより上記絶縁基板の表面側に突出された外部接続端子とを有する保護素子。
【請求項６】
上記絶縁基板の表面には、上記可溶導体と接続され、上記可溶導体の熱を吸収する放熱電極が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項７】
上記放熱電極は、スルーホールを介して上記絶縁基板の裏面に設けられた端子部と連続されている請求項６記載の保護素子。
【請求項８】
上記可溶導体は、上記一対の端子部間に複数の溶断部が並列されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項９】
複数の上記溶断部の間には絶縁壁、又は上記発熱体引出電極上に設けられた絶縁層が設けられている請求項８記載の保護素子。
【請求項１０】
複数の上記可溶導体が並列され、上記可溶導体の間には絶縁壁、又は上記発熱体引出電極上に設けられた絶縁層が設けられている請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１１】
上記発熱体は、上記絶縁基板の表面に形成されるとともに絶縁部材に被覆され、又は上記絶縁基板の表面に形成された絶縁部材の内部に形成され、
上記発熱体引出電極は、上記絶縁部材上に形成されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１２】
上記発熱体は、上記絶縁基板の裏面に形成され、絶縁部材に被覆されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１３】
上記発熱体は、上記絶縁基板の内部に形成されている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１４】
上記発熱体は、上記絶縁基板の表面に形成され、
上記可溶導体は、上記絶縁基板の表面に、上記発熱体と隣接して配置される請求項１〜１０のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１５】
上記可溶導体は、低融点金属層と高融点金属層とを有し、
上記低融点金属層が、上記高融点金属層を浸食し溶断する請求項１〜１４のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１６】
上記低融点金属は、Ｓｎ又はＳｎを４０％以上含む合金であり、上記高融点金属は、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記載の保護素子。
【請求項１７】
上記可溶導体は、内層が高融点金属であり、外層が低融点金属の被覆構造である請求項１５又は１６に記載の保護素子。
【請求項１８】
上記可溶導体は、内層が低融点金属であり、外層が高融点金属の被覆構造である請求項１５又は１６に記載の保護素子。
【請求項１９】
上記可溶導体は、低融点金属と、高融点金属とが積層された積層構造である請求項１５又は１６に記載の保護素子。
【請求項２０】
上記可溶導体は、低融点金属と、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１５又は１６に記載の保護素子。
【請求項２１】
上記可溶導体は、内層を構成する低融点金属の表面に形成された高融点金属に、開口部が設けられている請求項１５又は１６に記載の保護素子。
【請求項２２】
上記可溶導体は、多数の開口部を有する高融点金属層と、上記高融点金属層上に形成された低融点金属層とを有し、上記開口部に低融点金属が充填されている請求項１５又は１６に記載の保護素子。
【請求項２３】
上記可溶導体は、上記高融点金属により被覆されることにより主面部よりも肉厚に形成された相対向する一対の第１の側縁部と、
上記第１の側面部よりも薄い厚さに形成され、内層を構成する上記低融点金属層が外層を構成する上記高融点金属層から露出された相対向する一対の第２の側縁部とを有し、
一対の上記第１の側縁部を上記端子部とする請求項１５又は１６に記載の保護素子。
【請求項２４】
上記可溶導体は、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１５〜２３のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項２５】
上記発熱体引出電極の表面に、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキのいずれかが被覆されている請求項１〜２４のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項２６】
上記可溶導体の表面上の一部又は全部にフラックスがコーティングされ、上記可溶導体の溶断部及び上記フラックスが上記絶縁基板上に設けられたカバー部材により被覆されている請求項１〜２５のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項２７】
回路基板に保護素子が実装された実装体において、
上記保護素子は、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に配置された発熱体と、
上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記絶縁基板に嵌合することにより、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、両端部に上記絶縁基板の側面に沿って設けられることにより裏面側に向けられ、外部回路と接続される一対の端子部を有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備える実装体。
【請求項２８】
回路基板に保護素子が実装された実装体において、
上記保護素子は、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に配置された発熱体と、
上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、
外部回路と接続される一対の端子部を有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、上記溶断部の両端に設けられ、上記溶断部より上記絶縁基板の表面側に突出された上記一対の端子部とを有し、
上記絶縁基板の表面に形成され、上記発熱体の開放端と接続された発熱体電極と、
上記発熱体電極に接続されることにより上記絶縁基板の表面側に突出された外部接続端子とを有する実装体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流経路上に実装され、発熱体の発熱に伴い可溶導体を溶断させることにより当該電流経路を遮断する保護素子、及び回路基板に保護素子が実装された実装体に関する。
【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】
この種の保護回路では、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。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、逆に過大異常電流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、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からなる保護素子が用いられる。
【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、特許文献１に記載されているように、保護素子内部に発熱体を有し、この発熱体によって電流経路上の可溶導体を溶断する構造が一般的に用いられている。
【０００５】
本発明の関連技術として、図２６（Ａ）（Ｂ）に保護素子１００を示す。保護素子１００は、絶縁基板１０１と、絶縁基板１０１に積層され、ガラス等の絶縁部材１０２に覆われた発熱体１０３と、絶縁基板１０１の両端に形成された一対の電極１０４ａ，１０４ｂと、絶縁部材１０１上に発熱体１０３と重畳するように積層された発熱体引出電極１０５と、両端が一対の電極１０４ａ，１０４ｂにそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１０５に接続された可溶導体１０６とを備える。
【０００６】
発熱体引出電極１０５の一端は、第１の発熱体電極１０７に接続される。また、発熱体１０３の他端は、第２の発熱体電極１０８に接続される。なお、保護素子１００は、可溶導体１０６の酸化防止のために、可溶導体１０６上のほぼ全面にフラックス１１１が塗布されている。また、保護素子１００は、内部を保護するためにカバー部材を絶縁基板１０１上に載置してもよい。
【０００７】
このような保護素子１００は、絶縁基板１０１の表面に形成された一対の電極１０４ａ，１０４ｂが、絶縁基板の側面に形成された導電スルーホール１０９を介して、絶縁基板１０１の裏面に形成された外部接続電極１１０と電気的に接続されている。そして、保護素子１００は、リチウムイオン二次電池等向け保護回路の基板上に、外部接続電極１１０が接続されることにより、当該保護回路の電流経路の一部を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−００３６６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、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。また、リチウムイオン二次電池は、電動工具や電動アシスト自転車、航空機等においても実用が開始されている。この種の用途では、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も開発されているが、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。
【００１０】
このようなリチウムイオン二次電池等の大電流用途においては、保護素子においても、電流定格のさらなる向上が求められる。すなわち、リチウムイオン二次電池等が高電圧化、大電流化する一方、保護回路に搭載される保護素子が、当該高電圧化、高電流化に対応した定格を備えていない場合、通常の使用状態において電流経路上の可溶導体が溶断する恐れや、保護素子の発熱により、接続不良や周辺の素子等に悪影響を及ぼす恐れが生じる。
【００１１】
そして、保護素子１００においても、可溶導体によって接続された一対の電極１０４ａ，１０４ｂ間の導通抵抗は電流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１ｍΩ未満）。
【００１２】
しかし、絶縁基板１０１の裏面に外部接続電極１１０を設け、一対の電極１０４ａ，１０４ｂと当該外部接続電極１１０とを導電スルーホール１０９によって接続する保護素子１００においては、一対の電極１０４ａ，１０４ｂのそれぞれと外部接続電極１１０との間の導通抵抗が高く、例えば片側のスルーホール１０９だけで０．５〜１．０ｍΩ以上となり、導電スルーホール内に導体を充填したとしても、絶縁基板側の導通抵抗を下げるには限界がある。
【００１３】
また、例えばＵＬ等の安全規格において、ヒューズの定格電流を定義する指標としてデバイス表面や端子の温度上昇が規定され、通電によりスルーホールが加熱することにより端子やデバイス表面の温度も上昇することから、スルーホールの発熱量分も含めて安全規格を満たすように電流定格を設定せざるを得ず、高定格化を阻害する要因となっていた。
【００１４】
さらに、電子機器の小型化、高電流定格化に伴い、小型かつ高電流定格の保護素子が求められるようになった。
【００１５】
そこで、本発明は、リチウムイオン二次電池等の高電圧化、大電流化、及び電子機器の小型化、高定格化に対応して、電流定格を向上させることができる小型の保護素子及び回路基板に保護素子が実装された実装体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】
【００１６】
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、上記絶縁基板に配置された発熱体と、上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、上記絶縁基板に嵌合することにより、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、両端部に上記絶縁基板の側面に沿って設けられることにより裏面側に向けられ、外部回路と接続される一対の端子部とを有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備えるものである。
また、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に配置された発熱体と、上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、外部回路と接続される一対の端子部を有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、上記可溶導体は、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、上記溶断部の両端に設けられ、上記溶断部より上記絶縁基板の表面側に突出された上記一対の端子部とを有し、上記絶縁基板の表面に形成され、上記発熱体の開放端と接続された発熱体電極と、上記発熱体電極に接続されることにより上記絶縁基板の表面側に突出された外部接続端子とを有するものである。
【００１７】
また、本発明に係る実装体は、回路基板に保護素子が実装された実装体において、上記保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に配置された発熱体と、上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、上記絶縁基板に嵌合することにより、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、両端部に上記絶縁基板の側面に沿って設けられることにより裏面側に向けられ、外部回路と接続される一対の端子部を有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備えるものである。
また、本発明に係る実装体は、回路基板に保護素子が実装された実装体において、上記保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に配置された発熱体と、上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、外部回路と接続される一対の端子部を有し、上記一対の端子部間が溶断することにより上記外部回路の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、上記可溶導体は、上記絶縁基板の表面に配置され、熱により溶融する溶断部と、上記溶断部の両端に設けられ、上記溶断部より上記絶縁基板の表面側に突出された上記一対の端子部とを有し、上記絶縁基板の表面に形成され、上記発熱体の開放端と接続された発熱体電極と、上記発熱体電極に接続されることにより上記絶縁基板の表面側に突出された外部接続端子とを有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、絶縁基板にスルーホールを設けて可溶導体の通電経路を外部回路に引き出すものではなく、可溶導体に外部回路との接続端子となる端子部が形成されているため、外部回路と可溶導体との間の導通抵抗が可溶導体そのものの抵抗値によって決まり、絶縁基板側の構成に左右されない。したがって、本発明によれば、素子全体の通電経路を低抵抗化し、容易に電流定格の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（Ａ）は保護素子の上面側を示す外観斜視図であり、図１（Ｂ）は保護素子の底面側を示す外観斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は保護素子のカバー部材を省略して示す平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す保護素子のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】図３（Ａ）は可溶導体の溶断後の保護素子をカバー部材を省略して示す平面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示す保護素子のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図４は、保護素子の製造工程を示す斜視図であり、（Ａ）は絶縁基板、（Ｂ）は絶縁基板に可溶導体が嵌合された状態、（Ｃ）は可溶導体にフラックスが設けられた状態、（Ｄ）はカバー部材が設けられた状態を示す。
【図５】図５は、保護素子が接続されたバッテリパックの回路構成例を示す図である。
【図６】図６は、保護素子の回路構成を示す図であり、（Ａ）は可溶導体の溶断前、（Ｂ）は可溶導体の溶断後を示す。
【図７】図７は、本発明が適用された保護素子の変形例を示す平面図である。
【図８】図８（Ａ）は複数の溶断部が設けられた可溶導体を備える保護素子をカバー部材を省略して示す平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）に示す保護素子のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】図９は、複数の溶断部を備える可溶導体の製造工程を説明するための平面図であり、（Ａ）は溶断部の両側を端子部で一体に支持したもの、（Ｂ）は溶断部の片側を端子部で一体に支持したものを示す。
【図１０】図１０は、複数の溶断部が設けられた可溶導体を備える保護素子の製造工程を示す斜視図であり、（Ａ）は絶縁基板、（Ｂ）は絶縁基板に可溶導体が嵌合された状態、（Ｃ）は可溶導体にフラックスが設けられた状態、（Ｄ）はカバー部材が設けられた状態を示す。
【図１１】図１１（Ａ）は複数の可溶導体を備える保護素子をカバー部材を省略して示す平面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示す保護素子のＡ−Ａ’断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は端子部を絶縁基板の表面側に突出させた保護素子の上面側を示す外観斜視図であり、図１２（Ｂ）は保護素子の底面側を示す外観斜視図である。
【図１３】図１３（Ａ）は複数の溶断部が設けられた可溶導体を備え、端子部を絶縁基板の表面側に突出させた保護素子をカバー部材を省略して示す平面図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）に示す保護素子のＡ−Ａ’断面図である。
【図１４】図１４は、複数の溶断部が設けられた可溶導体を備え、端子部を絶縁基板の表面側に突出させた保護素子の製造工程を示す斜視図であり、（Ａ）は絶縁基板、（Ｂ）は絶縁基板に可溶導体及び外部接続端子が接続された状態、（Ｃ）は可溶導体にフラックスが設けられた状態、（Ｄ）はカバー部材が設けられた状態を示す。
【図１５】図１５は発熱体を絶縁基板の裏面側に設けた保護素子を示す断面図であり、（Ａ）は端子部を絶縁基板の裏面側に突出させた保護素子を示し、（Ｂ）は端子部を絶縁基板の表面側に突出させた保護素子を示す。
【図１６】図１６は発熱体を絶縁基板の内部に設けた保護素子を示す断面図であり、（Ａ）は端子部を絶縁基板の裏面側に突出させた保護素子を示し、（Ｂ）は端子部を絶縁基板の表面側に突出させた保護素子を示す。
【図１７】図１７は絶縁基板の表面において発熱体と可溶導体とを隣接させた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（Ａ）に示す保護素子のＡ−Ａ’断面図である。
【図１８】図１８は、高融点金属層と低融点金属層を有し、被覆構造を備える可溶導体を示す斜視図であり、（Ａ）は低融点金属層を内層とし高融点金属層で被覆した構造を示し、（Ｂ）は高融点金属層を内層とし低融点金属層で被覆した構造を示す。
【図１９】図１９は、高融点金属層と低融点金属層の積層構造を備える可溶導体を示す斜視図であり、（Ａ）は上下２層構造、（Ｂ）は内層及び外層の３層構造を示す。
【図２０】図２０は、高融点金属層と低融点金属層の多層構造を備える可溶導体を示す断面図である。
【図２１】図２１は、高融点金属層に線状の開口部が形成され低融点金属層が露出されている可溶導体を示す平面図であり、（Ａ）は長手方向に沿って開口部が形成されたもの、（Ｂ）は幅方向に沿って開口部が形成されたものである。
【図２２】図２２は、高融点金属層に円形の開口部が形成され低融点金属層が露出されている可溶導体を示す平面図である。
【図２３】図２３は、高融点金属層に円形の開口部が形成され、内部に低融点金属が充填された可溶導体を示す平面図である。
【図２４】図２４は、高融点金属によって囲まれた低融点金属が露出された可溶導体を示す斜視図である。
【図２５】図２５は図２４に示す可溶導体が接続された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（Ａ）に示す保護素子のＡ−Ａ’断面図である。
【図２６】図２６は、従来の保護素子をカバー部材を省略して示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明が適用された保護素子、及び実装体について、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。
【００２１】
［保護素子の構成］
図１、図２に本発明が適用された保護素子１を示す。図１（Ａ）は保護素子１の上面側を示す外観斜視図であり、図１（Ｂ）は保護素子１の底面側を示す外観斜視図である。図２（Ａ）は保護素子１のカバー部材を省略して示す平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示すＡ−Ａ’断面図である。また、図３は可溶導体の溶断後における保護素子１のカバー部材を省略して示す平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示すＡ−Ａ’断面図である。保護素子１は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の表面１０ａに積層され、絶縁部材１２に覆われた発熱体１１と、絶縁部材１２上に発熱体１１と重畳するように積層された発熱体引出電極１３と、絶縁基板１０の相対向する一対の側縁に嵌合され、中央部が発熱体引出電極１３に接続された可溶導体１５と、可溶導体１５が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａを覆うカバー部材１９とを備える。
【００２２】
保護素子１は、小型且つ高電流定格の保護素子を実現するものであり、例えば、絶縁基板１０の寸法として１辺の長さが３〜６ｍｍ程度と小型でありながら、素子全体の抵抗値が０．５〜１ｍΩ、３０〜６０Ａ定格と高定格化が図られている。なお、本発明は、あらゆるサイズ、抵抗値及び電流定格を備える保護素子に適用することができるのはもちろんである。
【００２３】
絶縁基板１０は、たとえば方形状に形成され、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、可溶導体１５の溶断時の温度に留意する必要がある。
【００２４】
発熱体１１は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。発熱体１１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に積層された絶縁部材１２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。
【００２５】
また、発熱体１１は絶縁部材１２によって被覆され、絶縁部材１２を介して発熱体引出電極１３及び発熱体引出電極１３と接続された可溶導体１５と対向される。絶縁部材１２は、発熱体１１の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体１１の熱を効率よく可溶導体１５へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。保護素子１は、発熱体１１が絶縁基板１０の表面１０ａに積層された絶縁部材１２上に形成されるとともに、絶縁部材１２に被覆されることにより、発熱体１１の熱を効率良く可溶導体１５に伝えることができる。なお、保護素子１は、絶縁基板１０の表面１０ａに発熱体１１を積層し、発熱体１１の表面を絶縁部材１２によって被覆してもよい。
【００２６】
また、発熱体１１は、一端が発熱体引出電極１３と接続され、他端が発熱体電極１６と接続されている。発熱体引出電極１３は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成されるとともに発熱体１１と接続された下層部１３ａと、発熱体１１と対向して絶縁部材１２上に積層されるとともに可溶導体１５と接続される上層部１３ｂとを有する。これにより、発熱体１１は、発熱体引出電極１３を介して可溶導体１５と電気的に接続されている。なお、発熱体引出電極１３は、絶縁部材１２を介して発熱体１１に対向配置されることにより、可溶導体１５を溶融させるとともに、溶融導体を凝集しやすくすることができる。
【００２７】
また、発熱体電極１６は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成され、導電層が形成されたスルーホール１７を介して絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成された外部接続端子１８と連続されている。
【００２８】
これら発熱体引出電極１３及び発熱体電極１６は、例えばＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成され、酸化防止対策として適宜、表面にＮｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の保護膜が形成されている。
【００２９】
そして、保護素子１は、発熱体電極１６、発熱体１１、発熱体引出電極１３及び可溶導体１５に至る発熱体１１への通電経路が形成される。また、保護素子１は、発熱体電極１６が外部接続端子１８を介して発熱体１１に通電させる外部回路と接続され、当該外部回路によって発熱体電極１６と可溶導体１５とにわたる通電が制御される。
【００３０】
また、保護素子１は、可溶導体１５が発熱体引出電極１３と接続されることにより、発熱体１１への通電経路の一部を構成する。したがって、保護素子１は、可溶導体１５が溶融し、外部回路との接続が遮断されると、発熱体１１への通電経路も遮断されるため、発熱を停止させることができる。
【００３１】
［可溶導体］
絶縁基板１０の相対向する一対の側縁に嵌合されるとともに、中央部が発熱体引出電極１３に接続された可溶導体１５は、外部回路と接続される一対の端子部２０を有し、図３に示すように、発熱体引出電極１３と接続された中央部が溶解し、発熱体引出電極１３と端子部２０との間が溶断することにより外部回路の電流経路を遮断するものである。
【００３２】
可溶導体１５は、板状に形成され、両端部に外部回路と接続される端子部２０が設けられている。可溶導体１５は、端子部２０が、保護素子１が実装される回路基板のランド部と接続されることにより、当該回路基板の電流経路の一部を構成し、溶断することにより電流経路を遮断する。
【００３３】
可溶導体１５は、中央部が接続用ハンダ等の接合材により発熱体引出電極１３と電気的、機械的に接続されている。また、可溶導体１５は、両端部が絶縁基板１０の側面に沿って曲がることにより、絶縁基板１０に嵌合するとともに、端子部２０が絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に向けられている。これにより、保護素子１は、絶縁基板１０の裏面１０ｂを外部の回路基板への実装面とされ、可溶導体１５の一対の端子部２０及びスルーホール１７を介して発熱体電極１６と接続された上記外部接続端子１８が、回路基板のランド部と接続されることにより、外部回路に組み込まれる。
【００３４】
保護素子１は、可溶導体１５に外部回路との接続端子となる端子部２０を設けているため、電流定格の向上を図ることができる。すなわち、上述したように、絶縁基板に可溶導体の通電経路を外部回路へ引き出す表面電極、裏面電極、及び表裏面電極を繋ぐスルーホールを設ける構成においては、スルーホールやキャスタレーションの孔径や孔数の制限や、導電ペーストの抵抗率や膜厚の制限により、可溶導体の抵抗値以下の実現が難しく、電流の高定格化が困難となる。また、絶縁基板に設けた可溶導体の通電経路の抵抗を下げるために大面積化を図ると、保護素子全体が大型化してしまう。
【００３５】
一方、保護素子１は、絶縁基板１０にスルーホール等を設けて可溶導体１５の通電経路を外部回路に引き出すものではなく、可溶導体１５に外部回路との接続端子となる端子部２０が形成されているため、外部回路と可溶導体１５との間の導通抵抗が可溶導体１５そのものの抵抗値によって決まり、絶縁基板１０側の構成に左右されない。したがって、保護素子１によれば、素子全体の通電経路を低抵抗化し、容易に電流定格の向上を図ることができる。また、保護素子１によれば、絶縁基板１０に可溶導体１５の通電経路を設ける必要が無く、素子全体の小型化を図ることができる。
【００３６】
端子部２０が設けられた可溶導体１５は、例えば、板状の可溶導体１５の両端部を折り曲げることにより製造することができる。なお、保護素子１は、端子部２０を介して可溶導体１５と外部回路とが接続されるため、絶縁基板１０に別途外部回路との接続用電極を設けなくともよい。
【００３７】
［嵌合凹部］
また、絶縁基板１０は、可溶導体１５の端子部２０が嵌合される一対の側縁部に嵌合凹部２１が形成されている。保護素子１は、絶縁基板１０に嵌合凹部２１を設けることにより、回路基板への実装面積が広がることもなく、また、可溶導体１５の嵌合位置を固定することができる。更に、嵌合凹部２１を設けることで、保護素子１の製造プロセスにおいて絶縁基板１０を多面付け基板対応とすることができ、生産性向上及び加工コストの低減にも寄与することができる。
【００３８】
［可溶導体の層構成］
ここで、保護素子１は、外部回路の電流経路上に組み込まれるものであり、電流定格の向上を図るとともに、緊急時等には発熱体１１の発熱により速やかに可溶導体１５が溶断し、外部回路の電流経路を遮断する必要がある。そこで、可溶導体１５は、低抵抗化による電流定格の向上、及び発熱体１１の発熱による溶断時間の短縮の両立を図るために、低融点金属層と高融点金属層とを含有することが好ましい。
【００３９】
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であり、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ことが好ましい。低融点金属としては、ハンダや、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダなどを用いることが好ましい。低融点金属の融点は、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。
【００４０】
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をリフロー実装等により回路基板に実装する場合に、実装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、高融点金属が低融点金属の外部への流出を抑制し、可溶導体１５の形状を維持し電流定格や溶断時間の変動を防止することができる。また、溶融時には、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融することができる。なお、可溶導体１５は、後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。
【００４１】
また、可溶導体１５は、内層となる低融点金属層に高融点金属層が積層されて構成することにより、従来の鉛系高融点ハンダを用いた可溶導体に比べ、電気抵抗率が半分以下に低くなり、結果、電流定格を大きくすることができる。
【００４２】
また、可溶導体１５は、低融点金属を高融点金属によって被覆する構成とすることにより、端子部２０を設け実装用ハンダを介して回路基板に接続した場合にも、当該実装用ハンダによる溶融を抑制することができる。例えば、鉛等の可溶導体を鉛フリーハンダを介して実装した場合、可溶導体は、鉛フリーハンダを構成する錫によりリフロー温度の２５０℃程度で容易に溶融し、可溶導体が溶断してしまう。この点、可溶導体１５は、低融点金属が高融点金属によって被覆されているため、リフロー温度に曝された場合にも、実装用ハンダによる溶融が抑制され、溶断や変形を防止することができる。
【００４３】
さらに、可溶導体１５は、保護素子１が組み込まれた電気系統に異常に高い電圧が瞬間的に印加されるサージへの耐性（耐パルス性）を向上することができる。すなわち、可溶導体１５は、例えば１００Ａの電流が数ｍｓｅｃ流れたような場合にまで溶断してはならない。この点、極短時間に流れる大電流は導体の表層を流れることから（表皮効果）、可溶導体１５は、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層を設けることにより、サージによって印加された電流を流しやすく、自己発熱による溶断を防止することができる。したがって、可溶導体１５は、従来のハンダ合金からなるヒューズに比して、大幅にサージに対する耐性を向上させることができる。
【００４４】
［放熱電極］
また、保護素子１は、絶縁基板１０の表面１０ａに第１の放熱電極２３が形成されている。第１の放熱電極２３は、可溶導体１５が嵌合される絶縁基板１０の一対の側縁近傍に形成され、可溶導体１５と接続されることにより端子部２０の近傍における可溶導体１５の熱を効率よく吸収するものである。第１の放熱電極２３は、例えばＡｇやＣｕ等の電極材料を用いて形成することができ、接続用ハンダ等の接続材料を介して可溶導体１５と接続されている。
【００４５】
第１の放熱電極２３を設けることにより、保護素子１は、可溶導体１５の端子部２０の近傍における熱を絶縁基板１０側に放熱させ、可溶導体１５の発熱領域を発熱体引出電極１３と接続された中央部に集中させる。これにより、可溶導体１５は、溶断部位が中央部に限定され、速やかに電流経路を遮断することができる。また、可溶導体１５は、過電流に伴う自己発熱遮断の際にアーク放電を伴う場合にも、発熱部位が限定されることで、爆発的な溶断及び溶融導体の飛散を防止することができ、絶縁特性を損なうこともない。
【００４６】
この場合、絶縁基板１０は、可溶導体１５の熱を放熱するために用いられ、熱伝導性の良いセラミック基板が好適に用いられる。また、可溶導体１５を第１の放熱電極２３に接続する接着剤としては、導電性の有無は問わず、熱伝導性に優れるものが好ましい。
【００４７】
第１の放熱電極２３は、スルーホール２４を介して絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けられた第２の放熱電極２５と接続されている。スルーホール２４は、熱伝導性に優れる導電材料等によって熱伝導層が形成されている。また、第２の放熱電極２５は、第１の放熱電極２３と同様の材料によって形成することができる。第１の放熱電極２３と連続するスルーホール２４及び第２の放熱電極２５を設けることにより、保護素子１は、さらに効率よく可溶導体１５の熱を放熱することができる。なお、第２の放熱電極２５は、外部回路の電流経路を構成するものではなく、外部回路と接続されている必要はないが、効率よく放熱するうえで可溶導体１５の端子部２０とともに外部回路と接続してもよい。
【００４８】
［フラックス］
また、可溶導体１５は、外層の高融点金属層又は低融点金属層の酸化防止と、溶断時の酸化物除去及びハンダの流動性向上のために、図２に示すように、可溶導体１５の表裏面全面にフラックス２７を塗布してもよい。フラックス２７を塗布することにより、低融点金属（例えばハンダ）の濡れ性を高めるとともに、低融点金属が溶解している間の酸化物を除去し、高融点金属（例えば銀）への浸食作用を用いて速溶断性を向上させることができる。
【００４９】
また、フラックス２７を塗布することにより、最外層の高融点金属層の表面に、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の酸化防止膜を形成した場合にも、当該酸化防止膜の酸化物を除去することができ、高融点金属層の酸化を効果的に防止し、速溶断性を維持、向上することができる。
【００５０】
［カバー部材］
また、保護素子１は、可溶導体１５が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａ上に、内部を保護するとともに溶融した可溶導体１５の飛散を防止するカバー部材１９が取り付けられている。カバー部材１９は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができる。カバー部材１９は、対向する一対の側壁１９ａが形成され、この側壁１９ａが絶縁基板１０の表面１０ａ上に設置されるとともに、開放された２側面から可溶導体１５の端子部２０が絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に突出されている。
【００５１】
この保護素子１は、絶縁基板１０の裏面１０ｂ側を回路基板に向けて実装される。これにより、保護素子１は、可溶導体１５がカバー部材１９によって覆われるため、発熱体１１の発熱による溶断時や、過電流によるアーク放電の発生を伴う自己発熱遮断時においても、溶融金属がカバー部材１９によって捕捉され、周囲への飛散を防止できる。
【００５２】
［保護素子の製造工程］
保護素子１は、以下の工程により製造される。可溶導体１５が搭載される絶縁基板１０は、図４（Ａ）に示すように、表面１０ａに発熱体１１、絶縁部材１２、発熱体引出電極１３、発熱体電極１６及び一対の第１の放熱電極２３が形成されている。また、絶縁基板１０は、裏面１０ｂにスルーホール１７を介して発熱体電極１６と連続されている外部接続端子１８が形成されている。図４（Ｂ）に示すように、この絶縁基板１０の一対の側縁に形成された嵌合凹部２１に、可溶導体１５の端子部２０を嵌合するとともに、発熱体引出電極１３及び第１の放熱電極２３に接続用ハンダ等の接合材を介して可溶導体１５を接続する。これにより、可溶導体１５は、端子部２０の先端部が絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に突出される。
【００５３】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、可溶導体１５上にはフラックス２７が設けられる。フラックス２７が設けられることにより、可溶導体１５の酸化防止、濡れ性の向上を図り、速やかに溶断させることができる。また、フラックス２７を設けることにより、溶融金属の絶縁基板１０への付着を抑制し、溶断後における絶縁性を向上させることができる。
【００５４】
そして、図４（Ｄ）に示すように、絶縁基板１０の表面１０ａ上を保護するとともに、可溶導体１５の溶融導体の飛散を防止するカバー部材１９が搭載されることにより保護素子１が完成する。カバー部材１９は、対向する一対の側壁１９ａが形成され、この側壁１９ａが表面１０ａ上に設置されるとともに、開放された２側面から可溶導体１５の端子部２０が裏面１０ｂ側に導出されている。
【００５５】
この保護素子１は、絶縁基板１０の裏面１０ｂ側を回路基板に向けて実装される。これにより、保護素子１は、可溶導体１５の両端子部２０及び外部接続端子１８が回路基板に形成されたランド部と接続される。
【００５６】
［保護素子の使用方法］
保護素子１は、図５に示すように、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック３０内の回路に組み込まれて用いられる。バッテリパック３０は、例えば、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル３１〜３４からなるバッテリスタック３５を有する。
【００５７】
バッテリパック３０は、バッテリスタック３５と、バッテリスタック３５の充放電を制御する充放電制御回路４０と、バッテリスタック３５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３１〜３４の電圧を検出する検出回路３６と、検出回路３６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３７とを備える。
【００５８】
バッテリスタック３５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３１〜３４が直列接続されたものであり、バッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂを介して、着脱可能に充電装置４５に接続され、充電装置４５からの充電電圧が印加される。充電装置４５により充電されたバッテリパック３０の正極端子３０ａ、負極端子３０ｂ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。
【００５９】
充放電制御回路４０は、バッテリスタック３５から充電装置４５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４１、４２と、これらの電流制御素子４１、４２の動作を制御する制御部４３とを備える。電流制御素子４１、４２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４３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３５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部４３は、充電装置４５から電力供給を受けて動作し、検出回路３６による検出結果に応じて、バッテリスタック３５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４１、４２の動作を制御する。
【００６０】
保護素子１は、たとえば、バッテリスタック３５と充放電制御回路４０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３７によって制御される。
【００６１】
検出回路３６は、各バッテリセル３１〜３４と接続され、各バッテリセル３１〜３４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路４０の制御部４３に供給する。また、検出回路３６は、いずれか１つのバッテリセル３１〜３４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３７を制御する制御信号を出力する。
【００６２】
電流制御素子３７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路３６から出力される検出信号によって、バッテリセル３１〜３４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３５の充放電電流経路を電流制御素子４１、４２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
【００６３】
以上のような構成からなるバッテリパック３０において、本発明が適用された保護素子１は、図６（Ａ）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１３を介して直列接続された可溶導体１５と、可溶導体１５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１５を溶融する発熱体１１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１５が端子部２０を介してバッテリパック３０の充放電電流経路上に直列接続され、発熱体１１が電流制御素子３７と接続される。可溶導体１５の一対の端子部２０のうち、一方はバッテリスタック３５の開放端と接続され、他方はバッテリパックの正極端子３０ａ側の開放端と接続される。また、発熱体１１は、発熱体引出電極１３を介して可溶導体１５と接続されることによりバッテリパック３０の充放電電流経路と接続され、また発熱体電極１６及び外部接続端子１８を介して電流制御素子３７と接続される。
【００６４】
このような保護素子１が実装された実装体であるバッテリパック３０の回路構成において、保護素子１は、絶縁基板１０にスルーホールを設けて可溶導体１５の通電経路を外部回路に引き出すものではなく、可溶導体１５に外部回路との接続端子となる端子部２０が形成されているため、外部回路と可溶導体１５との間の導通抵抗が可溶導体１５そのものの抵抗値によって決まり、絶縁基板１０側の構成に左右されない。したがって、保護素子１によれば、素子全体の通電経路を低抵抗化し、容易に電流定格の向上を図ることができる。これにより、バッテリパック３０は、保護素子１が素子全体として電流定格が向上され、大電流に対応することができる。
【００６５】
また、バッテリパック３０は、保護素子１の発熱体１１が発熱されると、図３に示すように、可溶導体１５が溶融し、その濡れ性によって、発熱体引出電極１３上に引き寄せられる。その結果、図６（Ｂ）に示すように、保護素子１は、可溶導体１５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１５が溶断することにより発熱体１１への給電経路も遮断されるため、発熱体１１の発熱も停止する。
【００６６】
なお、本発明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、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。
【００６７】
また、保護素子１は、図７に示すように、絶縁基板１０に嵌合凹部２１を設けることなく、相対向する一対の側縁に可溶導体１５を嵌合させてもよい。
【００６８】
［並列タイプ／絶縁壁］
また、本発明が適用された保護素子は、図８に示すように、一対の端子部５２間に複数の溶断部５３が並列された可溶導体５１を用いてもよい。なお、以下の説明において、上述した保護素子１と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。
【００６９】
図８に示す保護素子５０は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の表面１０ａに積層され、絶縁部材１２に覆われた発熱体１１と、絶縁部材１２上に発熱体１１と重畳するように積層された発熱体引出電極１３と、絶縁基板１０の相対向する一対の側縁に嵌合され、中央部が発熱体引出電極１３に接続された可溶導体５１と、可溶導体５１が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａを覆うカバー部材１９とを備える。
【００７０】
可溶導体５１は、板状に形成され、両端部に外部回路と接続される端子部５２が設けられている。可溶導体５１は、端子部５２が、保護素子５０が実装される回路基板のランド部と接続されることにより、当該回路基板の電流経路の一部を構成し、溶断することにより電流経路を遮断する。端子部５２は、絶縁基板１０の側縁に設けられた嵌合凹部２１に嵌合することにより、絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に向けられている。
【００７１】
また、可溶導体５１は、一対の端子部５２間にわたって複数の溶断部５３が形成されている。各溶断部５３は、接続用ハンダ等の接合部材を介して発熱体引出電極１３上に接続されている。なお、可溶導体５１は、上述した可溶導体１５と同様に低融点金属層と高融点金属層とを含有することが好ましく、また後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。
【００７２】
以下では、３つの溶断部５３Ａ〜５３Ｃが並列された可溶導体５１を用いた場合を例に説明する。図８（Ａ）に示すように、各溶断部５３Ａ〜５３Ｃは、端子部５２間にわたって搭載されることにより、可溶導体５１の複数の通電経路を構成する。そして、複数の溶断部５３Ａ〜５３Ｃは、発熱体１１の熱により溶断し、すべての溶断部５３Ａ〜５３Ｃが溶断することにより、端子部５２間にわたる電流経路を遮断する。
【００７３】
なお、可溶導体５１は、定格を超える電流が通電することによる溶断する際にも、各溶断部５３Ａ〜５３Ｃが順次溶断することから、最後に残った溶断部５３の溶断時に発生するアーク放電も小規模なものとなり、溶融したヒューズエレメントが広範囲にわたって飛散し、飛散した金属によって新たに電流経路が形成され、あるいは飛散した金属が端子や周囲の電子部品等に付着することを防止することができる。また、可溶導体５１は、複数の溶断部５３Ａ〜５３Ｃ毎に溶断されることから、各溶断部５３Ａ〜５３Ｃの溶断に要する熱エネルギーは少なくて済み、短時間で遮断することができる。
【００７４】
可溶導体５１は、複数の溶断部５３のうち、一つの溶断部５３の一部又は全部の断面積を他の溶断部の断面積よりも小さくすることにより、相対的に高抵抗化してもよい。一つの溶断部５３を相対的に高抵抗化させることにより、可溶導体５１は、定格を超える電流が通電されると、比較的低抵抗の溶断部５３から多くの電流が通電し溶断していく。その後、残った当該高抵抗化された溶断部５３に電流が集中し、最後にアーク放電を伴って溶断する。したがって、可溶導体５１は、溶断部５３を順次溶断させることができる。また、断面積の小さい溶断部５３の溶断時にアーク放電が発生するため、溶断部５３の体積に応じて小規模なものとなり、溶融金属の爆発的な飛散を防止することができる。
【００７５】
また、可溶導体５１は、３つ以上の溶断部を設けるとともに、内側の溶断部を最後に溶断させることが好ましい。例えば、図８に示すように、可溶導体５１は、３つの溶断部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃを設けるとともに、真ん中の溶断部５３Ｂを最後に溶断させることが好ましい。
【００７６】
この可溶導体５１は、定格を超える電流が通電されると、先ず２つの溶断部５３Ａ、５３Ｃに多くの電流が流れて自己発熱により溶断する。溶断部５３Ａ、５３Ｃの溶断は自己発熱によるアーク放電を伴うものではないため、溶融金属の爆発的な飛散もない。
【００７７】
次いで、真ん中の溶断部５３Ｂに電流が集中し、アーク放電を伴いながら溶断する。このとき、可溶導体５１は、真ん中の溶断部５３Ｂを最後に溶断させることにより、アーク放電が発生しても、溶断部５３Ｂの溶融金属を、先に溶断している外側の溶断部５３Ａ，５３Ｃによって捕捉することができる。したがって、溶断部５３Ｂの溶融金属の飛散を抑制し、溶融金属によるショート等を防止することができる。
【００７８】
このとき、可溶導体５１は、３つの溶断部５３Ａ〜５３Ｃのうち、内側に位置する真ん中の溶断部５３Ｂの一部又は全部の断面積を外側に位置する他の溶断部５３Ａ，５３Ｃの断面積よりも小さくすることにより、相対的に高抵抗化し、これにより真ん中の溶断部５３Ｂを最後に溶断させてもよい。この場合も、断面積を相対的に小さくすることにより最後に溶断させているため、アーク放電も溶断部５３Ｂの体積に応じて小規模なものとなり、溶融金属の爆発的な飛散をより抑制することができる。
【００７９】
［可溶導体の製法］
このような複数の溶断部５３が形成された可溶導体５１は、例えば図９（Ａ）に示すように、板状の低融点金属と高融点金属とを含む板状体５４の中央部２か所を矩形状に打ち抜いた後、両端部を折り曲げることにより製造することができる。可溶導体５１は、並列する３つの溶断部５３Ａ〜５３Ｃの両側が端子部５２によって一体に支持されている。また、設けられた可溶導体５１は、端子部５２を構成する板状体と溶断部５３を構成する複数の板状体とを接続することにより製造してもよい。なお、図９（Ｂ）に示すように、可溶導体５１は、並列する３つの溶断部５３Ａ〜５３Ｃの一端が端子部５２によって一体に支持され、他端にはそれぞれ端子部５２が形成されたものでもよい。
【００８０】
［放熱電極］
なお、保護素子５０は、溶断部５３に応じて絶縁基板１０の表面１０ａに複数の第３の放熱電極５６を設けてもよい。第３の放熱電極５６は、上述した第１の放熱電極２３同様に、可溶導体５１が嵌合される絶縁基板１０の一対の側縁近傍に、各溶断部５３に対応し形成され、各溶断部５３と接続されることにより端子部５２の近傍における可溶導体５１の熱を効率よく吸収する。第３の放熱電極５６は、例えばＡｇやＣｕ等の電極材料を用いて形成することができ、接続用ハンダ等の接続材料を介して溶断部５３と接続されている。
【００８１】
第３の放熱電極５６を設けることにより、保護素子５０は、可溶導体５１の端子部５２の近傍における熱を絶縁基板１０側に放熱させ、各溶断部５３の発熱領域を発熱体引出電極１３と接続された中央部に集中させる。これにより、可溶導体５１は、溶断部位が各溶断部５３の中央部に限定され、速やかに電流経路を遮断することができる。また、可溶導体５１は、過電流に伴う自己発熱遮断の際にアーク放電を伴う場合にも、発熱部位が限定されることで、爆発的な溶断及び溶融導体の飛散を防止することができ、絶縁特性を損なうこともない。
【００８２】
なお、図８（Ｂ）に示すように、保護素子５０においても、第３の放熱電極５６と連続するスルーホール５７、及び絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けられ、当該スルーホール５７と連続された第４の放熱電極５８が設けられている。これにより、保護素子５０は、さらに効率よく可溶導体５１の熱を放熱することができる。
【００８３】
［絶縁壁］
また、図８に示すように、保護素子５０は、複数の溶断部５３の間に、並列する溶断部５３同士の接続を防止する絶縁壁５５を設けてもよい。絶縁壁５５を設けることにより、可溶導体５１は、溶断部５３が溶断していく際に、発熱体１１又は自身の発熱により溶融、膨張して隣接する溶断部５３に接触し凝集することを防止する。これにより、可溶導体５１は、隣接する溶断部５３同士が溶融、凝集することで大型化し、溶断に必要な電力が増加することによる溶断時間の増加や溶断後における絶縁性の低下、あるいは過電流に伴う自己発熱による溶断時に生じるアーク放電の大規模化による溶融金属の爆発的飛散を防止することができる。
【００８４】
絶縁壁５５は、例えば発熱体１１の表面を被覆する絶縁部材１２上に、発熱体引出電極１３を跨ぐように形成されている。また、絶縁壁５５は、ソルダーレジストやガラス等の絶縁材料を印刷すること等により立設されている。なお、絶縁壁５５は、絶縁性を有することから、溶融導体に対する濡れ性を有しないため、必ずしも隣接する溶断部５３同士を完全に隔絶する必要はない。すなわち、カバー部材１９の天面１９ｂとの間に隙間を有していても濡れ性による引き込み作用は働かず、溶融導体が当該隙間から並列する溶断部５３側へ流入することはない。また、溶断部５３は、溶融すると、端子部５２間の領域において断面ドーム状に膨れる。そのため、溶断部５３の間隔を可溶導体５１の厚みの２倍よりも狭く配置する場合、絶縁壁５５は、発熱体引出電極１３からカバー部材１９の天面１９ｂまでに至る高さの半分以上の高さがあれば、溶融導体が並列する溶断部５３と接触することを防止できる。もちろん、絶縁壁５５は、カバー部材１９の天面１９ｂまでに至る高さで形成し、溶断部５３同士を隔絶してもよい。
【００８５】
また、絶縁壁５５は、カバー部材１９の天面１９ｂに形成してもよい。絶縁壁５５は、カバー部材１９の天面１９ｂに一体形成してもよく、又は天面１９ｂにソルダーレジストやガラス等の絶縁材料を印刷すること等により立設してもよい。この場合、絶縁壁５５は、カバー部材１９の天面１９ｂから発熱体引出電極１３までに至る高さとすることで、溶融導体が発熱体引出電極１３を伝って並列する溶断部５３と接触することを確実に防止できる。
【００８６】
また、絶縁壁５５は、絶縁基板１０やカバー部材１９に設ける他、並列する複数の溶断部５３の間に絶縁壁５５を構成する液状あるいはペースト状の絶縁材料を塗布し、硬化させることにより形成してもよい。絶縁壁５５を構成する絶縁性の材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性の絶縁性接着剤やソルダーレジスト、ガラスペーストを用いることができる。この場合、絶縁壁５５を構成する絶縁材料は、可溶導体５１が絶縁基板１０に接続された後に塗布、硬化させてもよく、可溶導体５１を絶縁基板１０に接続する前に塗布、硬化させてもよい。
【００８７】
液状あるいはペースト状の絶縁材料は、並列する複数の溶断部５３の間に毛管作用によって充填され、硬化することにより溶断部５３が溶融した場合に、並列する溶断部５３同士の接続を防止することができる。このため、絶縁壁５５を構成する絶縁材料は、硬化することにより溶断部５３の発熱温度に対する耐熱性を備えることが求められる。
【００８８】
［絶縁部の設置位置］
なお、保護素子５０は、絶縁壁５５を可溶導体５１の溶断部位に応じて設ければよい。図８に示すように、可溶導体５１は、各溶断部５３が発熱体引出電極１３に接続されることにより発熱体１１と重畳され、発熱体引出電極１３を介して発熱体１１の熱が各溶断部５３に伝達される。また、可溶導体５１は、各溶断部５３が可溶導体５１の両端部に設けられた端子部５２間に形成され、両端部５２では電流が集中せず、両端部５２間に設けられた各溶断部５３の端子部５２と発熱体引出電極１３間において電流が集中し、高温に発熱することにより溶融する。
【００８９】
したがって、溶断部５３の間隔を可溶導体５１の厚みの２倍よりも狭く配置する場合、保護素子５０は、絶縁壁５５を各溶断部５３の全域に隣接して設けることで、溶融導体が隣接する溶断部５３に接触することを防止することができる。
【００９０】
また、溶断部５３の間隔が可溶導体５１の厚みの２倍以上広く配置する場合、絶縁壁５５を発熱体引出電極１３上の各溶断部５３の間に設け、少なくとも溶融物を発熱体引出電極１３上で連続させないようにすればよく、絶縁壁５５の高さは、発熱体引出電極１３からカバー部材１９の天面１９ｂまでに至る高さの半分以下であってもよい。
【００９１】
［溶断順序の制御］
保護素子５０は、可溶導体５１の各溶断部５３の間に絶縁壁５５を設けることが好ましい。これにより、複数の溶断部５３同士が溶融、凝集することを防止し、溶断に必要な電力が増加することによる溶断時間の増加や溶断後において溶融導体の凝集体が端子部５２間にわたって連続し絶縁性が低下することを防止することができる。
【００９２】
また、保護素子５０は、複数の溶断部５３を順次溶断させるとともに、少なくとも最初に溶断する溶断部５３とこの最初に溶断する溶断部５３に隣接する溶断部５３との間に絶縁壁５５を設けることが好ましい。上述したように、可溶導体５１は、複数の溶断部５３のうち、一つの溶断部５３の一部又は全部の断面積を他の溶断部の断面積よりも小さくし、相対的に高抵抗化することにより、定格を超える電流が通電されると、先ず比較的低抵抗の溶断部５３から多くの電流が通電し溶断していく。
【００９３】
このとき、保護素子５０は、最初に溶断する比較的低抵抗の溶断部５３と、この溶断部５３に隣接する溶断部との間に絶縁壁５５を設けることにより、自身の発熱により膨張して隣接する溶断部５３に接触し凝集することを防止することができる。これにより、保護素子５０は、溶断部５３を所定の溶断順序で溶断させるとともに、隣接する溶断部５３同士が一体化することによる溶断時間の増加やアーク放電の大規模化による絶縁性の低下を防止することができる。
【００９４】
具体的に、図８に示す３つの溶断部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃからなる可溶導体５１が搭載された保護素子５０において、相対的に真ん中の溶断部５３Ｂの断面積を小さくし高抵抗化することにより、外側の溶断部５３Ａ、５３Ｃから優先的に多くの電流を流し、溶断させた後、最後に真ん中の溶断部５３Ｂを溶断する。このとき、保護素子５０は、溶断部５３Ａ、５３Ｂとの間、及び溶断部５３Ｂ、５３Ｃにそれぞれ絶縁壁５５を設けることにより、溶断部５３Ａ、５３Ｃが自己発熱により溶融した際にも、隣接する溶断部５３Ｂと接触することなく短時間で溶断するとともに、最後に溶断部５３Ｂを溶断させることができる。また、断面積の小さい溶断部５３Ｂは、隣接する溶断部５３Ａ、５３Ｃとの接触もなく、溶断時におけるアーク放電も小規模なものに止まる。
【００９５】
なお、可溶導体５１は、３つ以上の溶断部を設けた場合、外側の溶断部を最初に溶断させ、内側の溶断部を最後に溶断させることが好ましい。例えば、図８に示すように、可溶導体５１は、３つの溶断部５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃを設けるとともに、真ん中の溶断部５３Ｂを最後に溶断させることが好ましい。
【００９６】
上述したように、可溶導体５１に定格を超える電流が通電されると、先ず外側に設けられた２つの溶断部５３Ａ、５３Ｃに多くの電流が流れて自己発熱により溶断する。これら溶断部５３Ａ、５３Ｃの溶断は自己発熱によるアーク放電を伴うものではないため、溶融金属の爆発的な飛散もない。また、上述したように、溶断部５３Ａ、５３Ｃは、絶縁壁５５により隣接する溶断部５３Ｂとの接触もなく、最初に溶断される。
【００９７】
次いで、内側に設けられた溶断部５３Ｂに電流が集中し、アーク放電を伴いながら溶断する。このとき、可溶導体５１は、内側に設けられた溶断部５３Ｂを最後に溶断させることにより、アーク放電が発生しても、溶断部５３Ｂの溶融金属を、先に溶断している外側の溶断部５３Ａ，５３Ｃや溶断部５３Ａ，５３Ｃとの間に設けられた絶縁壁５５によって捕捉することができる。したがって、溶断部５３Ｂの溶融金属の飛散を抑制し、溶融金属によるショート等を防止することができる。
【００９８】
このときも、可溶導体５１は、３つの溶断部５３Ａ〜５３Ｃのうち、内側に位置する真ん中の溶断部５３Ｂの一部又は全部の断面積を外側に位置する他の溶断部５３Ａ，５３Ｃの断面積よりも小さくすることにより、相対的に高抵抗化し、これにより真ん中の溶断部５３Ｂを最後に溶断させてもよい。この場合も、断面積を相対的に小さくすることにより最後に溶断させているため、アーク放電も溶断部５３Ｂの体積に応じて小規模なものとなり、溶融金属の爆発的な飛散をより抑制することができる。
【００９９】
［保護素子の製造工程］
保護素子５０は、以下の工程により製造される。可溶導体５１が搭載される絶縁基板１０は、図１０（Ａ）に示すように、表面１０ａに発熱体１１、絶縁部材１２、発熱体引出電極１３、発熱体電極１６及び可溶導体５１の溶断部５３と同数の第３の放熱電極５６が形成されている。また、絶縁基板１０は、裏面１０ｂにスルーホール１７を介して発熱体電極１６と連続されている外部接続端子１８が形成されている。図１０（Ｂ）に示すように、この絶縁基板１０の一対の側縁に形成された嵌合凹部２１に、可溶導体５１の端子部５２を嵌合するとともに、発熱体引出電極１３及び第３の放熱電極５６に接続用ハンダ等の接合材を介して各溶断部５３を接続する。これにより、可溶導体５１は、端子部５２の先端部が絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に突出される。
【０１００】
次いで、図１０（Ｃ）に示すように、可溶導体５１上にはフラックス２７が設けられる。フラックス２７が設けられることにより、可溶導体５１の酸化防止、濡れ性の向上を図り、速やかに溶断させることができる。また、フラックス２７を設けることにより、溶融金属の絶縁基板１０への付着を抑制し、溶断後における絶縁性を向上させることができる。
【０１０１】
そして、図１０（Ｄ）に示すように、絶縁基板１０の表面１０ａ上を保護するとともに、可溶導体５１の溶融導体の飛散を防止するカバー部材１９が搭載されることにより保護素子５０が完成する。カバー部材１９は、対向する一対の側壁１９ａが形成され、この側壁１９ａが表面１０ａ上に設置されるとともに、開放された２側面から可溶導体１５の端子部５２が裏面１０ｂ側に導出されている。
【０１０２】
この保護素子５０は、絶縁基板１０の裏面１０ｂ側を回路基板に向けて実装される。これにより、保護素子１は、可溶導体１５の両端子部５２及び外部接続端子１８が回路基板に形成されたランド部と接続される。
【０１０３】
［複数の可溶導体］
また、本発明が適用された保護素子は、図１１に示すように、可溶導体として、溶断部５３に相当する複数の可溶導体を絶縁基板１０の相対向する一対の側縁間に嵌合させ、並列させてもよい。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，５０と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。
【０１０４】
図１１に示す保護素子６０は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の表面１０ａに積層され、絶縁部材１２に覆われた発熱体１１と、絶縁部材１２上に発熱体１１と重畳するように積層された発熱体引出電極１３と、絶縁基板１０の相対向する一対の側縁に嵌合され、中央部が発熱体引出電極１３に接続された複数の可溶導体６１と、複数の可溶導体６１が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａを覆うカバー部材１９とを備える。
【０１０５】
可溶導体６１は、上述した可溶導体１５と同一の材料及び構成を有し、絶縁基板１０の表面１０ａに複数、例えば６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの３枚が並列されている。各可溶導体６１Ａ〜６１Ｃは、矩形板状に形成されるとともに、両端に端子部６２が折り曲げ形成されている。可溶導体６１Ａ〜６１Ｃに設けられた各端子部６２は、外部回路の回路基板に設けられたランド部とそれぞれ接続されることにより、当該回路基板の電流経路の一部を構成し、溶断することにより電流経路を遮断する。端子部６２は、絶縁基板１０の側縁に設けられた嵌合凹部２１に嵌合することにより、絶縁基板１０の裏面１０ｂ側に向けられている。
【０１０６】
また、各可溶導体６１は、絶縁基板１０の表面１０ａ上に載置される中央部が、接続用ハンダ等の接合部材を介して発熱体引出電極１３上に接続されている。なお、可溶導体６１は、上述した可溶導体１５と同様に低融点金属層と高融点金属層とを含有することが好ましく、また後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。
【０１０７】
なお、保護素子６０は、内側に設けられている真ん中の可溶導体６１Ｂの断面積を外側に設けられている他の可溶導体６１Ａ，６１Ｃの断面積よりも小さくすることにより、相対的に高抵抗化し、過電流に伴う自己発熱遮断時において、最後に溶断せるようにしてもよい。
【０１０８】
また、保護素子６０は、上述した保護素子５０と同様に、各可溶導体６１Ａ〜６１Ｃ間に絶縁壁５５を形成してもよい。絶縁壁５５を設けることにより、保護素子６０は、各可溶導体６１が溶断していく際に、発熱体１１又は自身の発熱により溶融、膨張して隣接する可溶導体６１に接触し凝集することを防止する。これにより、保護素子６０は、隣接する可溶導体６１同士が溶融、凝集することで大型化し、溶断に必要な電力が増加することによる溶断時間の増加や溶断後における絶縁性の低下、あるいは過電流に伴う自己発熱による溶断時に生じるアーク放電の大規模化による溶融金属の爆発的飛散を防止することができる。
【０１０９】
なお、図１１（Ｂ）に示すように、保護素子６０においても、各可溶導体６１に対応して、絶縁基板１０の側縁近傍に複数の第５の放熱電極６３と、第５の放熱部材６３と連続するスルーホール６４、及び絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けられ、当該スルーホール６４と連続された第６の放熱電極６５が設けられている。これにより、保護素子６０は、さらに効率よく各可溶導体６１の熱を放熱することができる。
【０１１０】
［フリップタイプ］
また、本発明が適用された保護素子は、図１２及び図１３に示すように、可溶導体の端子部を絶縁基板１０の表面１０ａ側に突出させてもよい。なお、以下の説明において、上述した保護素子１，５０，６０と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略する。図１２（Ａ）は保護素子７０の底面側を示す外観斜視図であり、図１（Ｂ）は保護素子７０の上面側を示す外観斜視図である。図１３（Ａ）は保護素子７０のカバー部材を省略して示す平面図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）に示す保護素子７０のＡ−Ａ’断面図である。
【０１１１】
保護素子７０は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の表面１０ａに積層され、絶縁部材１２に覆われた発熱体１１と、絶縁部材１２上に発熱体１１と重畳するように積層された発熱体引出電極１３と、絶縁基板１０の表面１０ａ上に配置され、中央部が発熱体引出電極１３に接続された可溶導体７１と、可溶導体７１が設けられた絶縁基板１０の表面１０ａを覆うカバー部材１９とを備える。
【０１１２】
可溶導体７１は、上述した可溶導体５１と同様に、板状に形成され、両端部に外部回路と接続される端子部７２が設けられている。可溶導体７１は、端子部７２が、保護素子７０が実装される回路基板のランド部と接続されることにより、当該回路基板の電流経路の一部を構成し、溶断することにより電流経路を遮断する。端子部７２は、可溶導体７１が絶縁基板１０の表面１０ａ上に搭載されることにより、絶縁基板１０の表面１０ａ側に向けられている。
【０１１３】
また、可溶導体７１は、一対の端子部７２間にわたって複数の溶断部７３が形成されている。各溶断部７３は、接続用ハンダ等の接合部材を介して発熱体引出電極１３上に接続されている。なお、可溶導体７１は、上述した可溶導体１５と同様に低融点金属層と高融点金属層とを含有することが好ましく、また後に説明するように、様々な構成によって形成することができる。
【０１１４】
なお、保護素子７０は、可溶導体７１として、可溶導体１５と同様に、複数の溶断部７３を有していない平板状の可溶導体を用いてもよい。
【０１１５】
また、保護素子７０は、発熱体電極１６上に外部接続端子７４が設けられる。外部接続端子７４は、発熱体電極１６を絶縁基板１０の表面１０ａ上に引き出すことにより外部回路と接続する端子であり、例えば柱状又は球状の金属バンプ等を用いることができる。
【０１１６】
このような保護素子７０は、可溶導体７１の端子部７２及び発熱体電極１６と接続された外部接続端子７４が絶縁基板１０の表面１０ａ上に突出されることにより、絶縁基板の表面１０ａ側を外部回路の回路基板への実装面とし、フェースダウンにより接続される。
【０１１７】
なお、図１３に示すように、保護素子７０においても、可溶導体７１の各溶断部７３に対応して、絶縁基板１０の側縁近傍に複数の第７の放熱電極７５が設けられている。これにより、保護素子７０は、さらに効率よく各溶断部７３の両端側の熱を放熱し、中央部を集中的に加熱、溶断することができる。
【０１１８】
保護素子７０は、以下の工程により製造される。可溶導体７１が搭載される絶縁基板１０は、図１４（Ａ）に示すように、表面１０ａに発熱体１１、絶縁部材１２、発熱体引出電極１３、発熱体電極１６及び可溶導体７１の溶断部７３に対応して複数の第７の放熱電極７５が形成されている。図１４（Ｂ）に示すように、この絶縁基板１０の表面１０ａ上に形成された発熱体引出電極１３に接続用ハンダ等の接合材を介して可溶導体７１の各溶断部７２の中央部を接続する。これにより、可溶導体７１は、端子部７２の先端部が絶縁基板１０の表面１０ａ側に突出される。また、発熱体電極１６上に接続用ハンダ等の接合材を介して外部接続端子７４を接続する。
【０１１９】
次いで、図１４（Ｃ）に示すように、可溶導体７１上にはフラックス２７が設けられる。フラックス２７が設けられることにより、可溶導体７１の酸化防止、濡れ性の向上を図り、速やかに溶断させることができる。また、フラックス２７を設けることにより、アーク放電による溶融金属の絶縁基板１０への付着を抑制し、溶断後における絶縁性を向上させることができる。
【０１２０】
そして、図１４（Ｄ）に示すように、絶縁基板１０の表面１０ａ上を保護するとともに、可溶導体７１の溶融導体の飛散を防止するカバー部材１９が搭載されることにより保護素子７０が完成する。カバー部材１９は、対向する一対の側壁１９ａが形成され、この側壁１９ａが表面１０ａ上に設置されるとともに、開放された２側面から可溶導体７１の端子部７２が表面１０ａ側に導出されている。
【０１２１】
この保護素子７０は、絶縁基板１０の表面１０ａｂ側を回路基板に向けて実装される。これにより、保護素子７０は、可溶導体７１の両端子部７２及び外部接続端子７４が回路基板に形成されたランド部と接続される。
【０１２２】
［発熱体位置］
上述した保護素子１，５０，６０，７０は、発熱体１１を絶縁基板１０の表面１０ａに積層する他にも、絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けてもよい。図１５（Ａ）に保護素子１，５０，６０において発熱体１１を絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けた構成を示し、図１５（Ｂ）に保護素子７０において発熱体１１を絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けた構成を示す。
【０１２３】
いずれの場合も、発熱体１１は、絶縁基板１０の裏面１０ｂにおいて絶縁部材１２に被覆されている。また、発熱体１１への給電経路を構成する発熱体電極１３は、発熱体１１と接続される下層部１３ａが絶縁基板１０の裏面１０ｂに形成され、可溶導体１５と接続される上層部１３ｂが絶縁基板１０の表面１０ａに形成され、下層部１３ａと上層部１３ｂとが、導電スルーホールを介して連続される。また、発熱体１１は、絶縁基板１０の裏面１０ｂにおいて、発熱体引出電極１３と重畳する位置に形成されることが好ましい。
【０１２４】
また、保護素子１，５０，６０，７０は、発熱体１１を絶縁基板１０の内部に形成してもよい。図１６（Ａ）に保護素子１，５０，６０において発熱体１１を絶縁基板１０の内部に設けた構成を示し、図１６（Ｂ）に保護素子７０において発熱体１１を絶縁基板１０の内部に設けた構成を示す。
【０１２５】
いずれの場合も、発熱体１１を被覆する絶縁部材１２は設ける必要がない。また、発熱体１１は、絶縁基板１０の内部において、発熱体引出電極１３の上層部１３ｂと重畳する位置に形成されることが好ましい。
【０１２６】
また、保護素子１，５０，６０では、発熱体電極１６は、絶縁基板１０の内部に形成されることにより発熱体１１の一端と接続され、導電スルーホールを介して絶縁基板１０の裏面１０ｂに設けられた外部接続端子１８と接続される。発熱体引出電極１３は、発熱体１１と接続される下層部１３ａが絶縁基板１０の内部まで形成され、可溶導体１５が搭載される上層部１３ｂが絶縁基板１０の表面１０ａに形成され、下層部１３ａと上層部１３ｂとが、導電スルーホールを介して連続される。
【０１２７】
保護素子７０では、発熱体電極１６は、絶縁基板１０の内部に形成されることにより発熱体１１の一端と接続される図示しない下層部と、絶縁基板１０の表面１０ａに設けられるとともに外部接続端子７４が接続される図示しない上層部とを有し、下層部と上層部とが導電スルーホールを介して連続される。同様に、発熱体引出電極１３は、発熱体１１と接続される下層部１３ａが絶縁基板１０の内部まで形成され、可溶導体１５が搭載される上層部１３ｂが絶縁基板１０の表面１０ａに形成され、下層部１３ａと上層部１３ｂとが、導電スルーホールを介して連続される。
【０１２８】
さらに、保護素子１，５０，６０，７０は、発熱体１１を絶縁基板１０の表面１０ａに形成するとともに、発熱体１１と可溶導体１５，５１，６１，７１とを隣接して配置してもよい。図１７に保護素子１において、発熱体１１と可溶導体１５とを絶縁基板１０の表面１０ａ上に隣接して配置した構成を示す。保護素子１，５０，６０，７０の発熱体１１は、絶縁部材１２に被覆されるとともに絶縁基板１０の表面１０ａに設けられた発熱体引出電極１３の一端と接続されている。
【０１２９】
保護素子１，５０，６０，７０は、発熱体１１が絶縁基板１０の裏面１０ｂや内部に形成され、あるいは発熱体１１と可溶導体１５，５１，６１，７１とが絶縁基板１０の表面上に隣接して配置されることにより、絶縁基板１０の表面１０ａが平坦化され、これにより、発熱体引出電極１３を表面１０ａ上に形成することができる。したがって、保護素子１，５０，６０，７０は、発熱体引出電極１３の製造工程を簡略化することができるとともに、低背化を図ることができる。
【０１３０】
また、保護素子１は、発熱体１１を絶縁基板１０の裏面１０ｂや絶縁基板１０の内部に形成した場合にも、絶縁基板１０の材料としてファインセラミック等の熱伝導性に優れた材料を用いることにより、発熱体１１によって、絶縁基板１０の表面１０ａ上に積層した場合と同等に可溶導体１５，５１，６１，７１を加熱、溶断することができる。
【０１３１】
［可溶導体の構成］
上述したように、可溶導体１５，５１，６１，７１は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。以下では、可溶導体１５の構成について説明するが、可溶導体５１，６１，７１も同様の構成とすることができる。可溶導体１５は、図１８（Ａ）に示すように、内層として低融点金属層９１が設けられ、外層として高融点金属層９０が設けられた構成としてもよい。この場合、可溶導体１５は、低融点金属層９１の全面が高融点金属層９０によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。高融点金属層９０による低融点金属層９１の被覆構造は、メッキ等の公知の成膜技術を用いて形成することができる。
【０１３２】
また、図１８（Ｂ）に示すように、可溶導体１５は、内層として高融点金属層９０が設けられ、外層として低融点金属層９１が設けられた構成としてもよい。この場合も、可溶導体１５は、高融点金属層９０の全面が低融点金属層９１によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。
【０１３３】
また、可溶導体１５は、図１９に示すように、高融点金属層９０と低融点金属層９１とが積層された積層構造としてもよい。
【０１３４】
この場合、可溶導体１５は、図１９（Ａ）に示すように、発熱体引出電極１３と接続される下層と、下層の上に積層される上層からなる２層構造として形成され、下層となる低融点金属層９１の上面に上層となる高融点金属層９０を積層してもよく、反対に下層となる高融点金属層９０の上面に上層となる低融点金属層９１を積層してもよい。あるいは、可溶導体１５は、図１９（Ｂ）に示すように、内層と内層の上下面に積層される外層とからなる３層構造として形成してもよく、内層となる低融点金属層９１の上下面に外層となる高融点金属層９０を積層してもよく、反対に内層となる高融点金属層９０の上下面に外層となる低融点金属層９１を積層してもよい。
【０１３５】
また、可溶導体１５は、図２０に示すように、高融点金属層９０と低融点金属層９１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。この場合、可溶導体１５は、最外層を構成する金属層によって、全面又は相対向する一対の側面を除き被覆された構造としてもよい。
【０１３６】
また、可溶導体１５は、内層を構成する低融点金属層９１の表面に高融点金属層９０をストライプ状に部分的に積層させてもよい。図２１は、可溶導体１５の平面図である。
【０１３７】
図２１（Ａ）に示す可溶導体１５は、低融点金属層９１の表面に、幅方向に所定間隔で、線状の高融点金属層９０が長手方向に複数形成されることにより、長手方向に沿って線状の開口部９２が形成され、この開口部９２から低融点金属層９１が露出されている。可溶導体１５は、低融点金属層９１が開口部９２より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属層９０の溶食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。開口部９２は、例えば、低融点金属層９１に高融点金属層９０を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。
【０１３８】
また、可溶導体１５は、図２１（Ｂ）に示すように、低融点金属層９１の表面に、長手方向に所定間隔で、線状の高融点金属層９０を幅方向に複数形成することにより、幅方向に沿って線状の開口部９２を形成してもよい。
【０１３９】
また、可溶導体１５は、図２２に示すように、低融点金属層９１の表面に高融点金属層９０を形成するとともに、高融点金属層９０の全面に亘って円形状又は矩形状の開口部９３が形成され、この開口部９３から低融点金属層９１を露出させてもよい。開口部９３は、例えば、低融点金属層９１に高融点金属層９０を構成する金属の部分メッキを施すことにより形成することができる。
【０１４０】
可溶導体１５は、低融点金属層９１が開口部９３より露出することにより、溶融した低融点金属と高融点金属との接触面積が増え、高融点金属の溶食作用をより促進させて溶断性を向上させることができる。
【０１４１】
また、可溶導体１５は、図２３に示すように、内層となる高融点金属層９０に多数の開口部９４を形成し、この高融点金属層９０に、メッキ技術等を用いて低融点金属層９１を成膜し、開口部９４内に充填してもよい。これにより、可溶導体１５は、溶融する低融点金属が高融点金属に接する面積が増大するので、より短時間で低融点金属が高融点金属を溶食することができるようになる。
【０１４２】
また、可溶導体１５は、低融点金属層９１の体積を、高融点金属層９０の体積よりも多く形成することが好ましい。可溶導体１５は、発熱体１１によって加熱されることにより、低融点金属が溶融することにより高融点金属を溶食し、これにより速やかに溶融、溶断することができる。したがって、可溶導体１５は、低融点金属層９１の体積を、高融点金属層９０の体積よりも多く形成することにより、この溶食作用を促進し、速やかに外部回路の電流経路を遮断することができる。
【０１４３】
また、可溶導体１５は、図２４に示すように、略矩形板状に形成され、外層を構成する高融点金属によって被覆され主面部１５ａよりも肉厚に形成された相対向する一対の第１の側縁部１５ｂと、内層を構成する低融点金属が露出され第１の側縁部１５ｂよりも薄い厚さに形成された相対向する一対の第２の側縁部１５ｃとを有してもよい。
【０１４４】
第１の側縁部１５ｂは、側面が高融点金属層９０によって被覆されるとともに、これにより可溶導体１５の主面部１５ａよりも肉厚に形成されている。第２の側縁部１５ｃは、側面に、外周を高融点金属層９０によって囲繞された低融点金属層９１が露出されている。第２の側縁部１５ｃは、第１の側縁部１５ｂと隣接する両端部を除き主面部１５ａと同じ厚さに形成されている。
【０１４５】
以上のように構成された可溶導体１５は、図２５に示すように、第１の側縁部１５ｂが設けられた両端部を端子部２０とし、第２の側縁部１５ｃが絶縁基板１０の一対の側縁間にわたされる。
【０１４６】
これにより、保護素子１は、リフロー実装時や定格電流の通電時等における可溶導体１５の変形による定格や遮断時間の変動を防止することができる。また、保護素子１は、発熱体１１の発熱後、可溶導体１５を速やかに溶融させ、外部回路の電流経路を遮断することができる。
【０１４７】
すなわち、第１の側縁部１５ｂは、高融点金属によって被覆され、低融点金属層９１も露出されていないために溶食作用が働きにくく、溶融するまでに多くの熱エネルギーを要する。したがって、第１の側縁部１５ｂを端子部２０とすることにより、可溶導体１５は、リフロー実装時等の加熱や、定格電流の通電による自己発熱によって外部回路のランド部に設けられた接続用ハンダが溶融した場合にも、高融点金属被覆された第１の側縁部１５ｂが溶融し内層を構成する低融点金属が接続用ハンダに引っ張られて濡れ性に勝るランド部へ流出することが防止されている。したがって、可溶導体１５は、低融点金属の流出による変形が防止され、所定の定格を維持するとともに、低融点金属の流出によって溶食作用が阻害されることによる溶断時間の延長も防止することができる。
【０１４８】
また、第２の側縁部１５ｃは、第１の側縁部１５ｂ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１５ｃの側面は、内層を構成する低融点金属層９１が露出されている。これにより、第２の側縁部１５ｃは、低融点金属層９１による高融点金属層９０の溶食作用が働き、かつ、溶食される高融点金属層９０の厚さも第１の側縁部１５ｂに比して薄く形成されていることにより、高融点金属層９０によって肉厚に形成されている第１の側縁部１５ｂに比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶融させることができる。
【０１４９】
したがって、保護素子１は、発熱体１１が発熱することにより、速やかに第２の側縁部１５ｃが溶融し、溶融導体が発熱体引出電極１３上に凝集するとともに、一対の端子部２０間を溶断し、外部回路の電流経路を遮断することができる。
【０１５０】
このような構成を有する可溶導体１５は、低融点金属層９１を構成するハンダ箔等の低融点金属箔を、高融点金属層９０を構成するＡｇ等の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。
【０１５１】
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、側縁部において電流密度が相対的に強まり、高融点金属層９０が厚くメッキされる（図２４参照）。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９６が形成される。次いで、この導体リボン９６を長手方向と直交する幅方向（図２４中Ｃ−Ｃ’方向）に、所定長さに切断することにより、可溶導体１５が製造される。これにより、可溶導体１５は、導体リボン９６の側縁部が第１の側縁部１５ｂとなり、導体リボン９６の切断面が第２の側縁部１５ｃとなる。また、第１の側縁部１５ｂは、高融点金属によって被覆され、第２の側縁部１５ｃは、端面（導体リボン９６の切断面）に外周を取り巻く高融点金属層９０と高融点金属層９０によって挟持された低融点金属層９１が外方に露出されている。
【符号の説明】
【０１５２】
１  保護素子、１０  絶縁基板、１０ａ  表面、１０ｂ  裏面、１１  発熱体、１２  絶縁部材、１３  発熱体引出電極、１５  可溶導体、１５ａ  主面部、１５ｂ  第１の側縁部、１５ｃ  第２の側縁部、１６  発熱体電極、１７  スルーホール、１８  外部接続端子、１９  カバー部材、２０  端子部、２１  嵌合凹部、２３  第１の放熱電極、２４  スルーホール、２５  第２の放熱電極、２７  フラックス、３０  バッテリパック、３０ａ  正極端子、３０ｂ  負極端子、３１〜３４  バッテリセル、３５  バッテリスタック、３６  検出回路、３７  電流制御素子、４０  充放電制御回路、４１  電流制御素子、４２  電流制御素子、４３  制御部、４５  充電装置、５０  保護素子、５１  可溶導体、５２  端子部、５３  溶断部、５４  板状体、５５  絶縁壁、５６  第３の放熱電極、６０  保護素子、６１  可溶導体、６２  端子部、７０  保護素子、７１  可溶導体、７２  端子部、７３  溶断部、７４  外部接続端子、９０  高融点金属層、９１  低融点金属層、９２〜９４  開口部、９６  導体リボン
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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