(57)【要約】【課題】リフロー実装を用いるタイプの保護素子の場合、可溶導体には融点が３００℃以上のＰｂ入り高融点ハンダが用いられている。しかしながら、今後Ｐｂフリー化の要求は、強まるものと考えられる。そこで、本発明は、高融点金属層と低融点金属層との積層体を用いて、Ｐｂフリー化を可能にした保護素子を実現することを目的とする。【解決手段】保護素子１０は、絶縁基板１１と、発熱体１４と、絶縁部材１５と、２個の電極１２と、発熱体引出電極１６と、可溶導体１３とを備える。そして、可溶導体１３は、少なくとも高融点金属層１３ａと低融点金属層１３ｂとを含む積層体からなり、低融点金属層１３ｂは、発熱体１４が発する熱により溶融することで、高融点金属層１３ａを浸食しながら、低融点金属層１３ｂの濡れ性がよい２個の電極１２及び発熱体引出電極１６側に表面張力にて引き寄せられて溶断される。【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、
上記絶縁基板に積層された発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆うように、上記絶縁基板に積層された絶縁部材と、
上記絶縁部材が積層された上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、加熱により、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、少なくとも高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、
上記低融点金属層は、上記発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属層を浸食しながら、上記低融点金属の濡れ性が高い上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されることを特徴とする保護素子。
【請求項２】
絶縁基板と、
上記絶縁基板に積層された発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆うように、上記絶縁基板に積層された絶縁部材と、
上記絶縁部材が積層された上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、加熱により、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を溶断する複数の可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、少なくとも高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、
上記低融点金属層は、上記発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属層を浸食しながら、上記低融点金属の濡れ性が高い上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されることを特徴とする保護素子。
【請求項３】
上記複数の可溶導体が積層された上記発熱体引出電極は、上記複数の可溶導体の可溶導体間に絶縁層が形成されている請求項２記載の保護素子。
【請求項４】
上記発熱体引出電極は、上記複数の可溶導体が積層されている部分の幅よりも上記複数の可溶導体の間の部分の幅が狭く形成されている請求項２記載の保護素子。
【請求項５】
絶縁基板と、
上記絶縁基板の内部に内蔵された発熱体と、
上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、発熱体の加熱により、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、少なくとも高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、
上記低融点金属層は、上記発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属層を浸食しながら、上記低融点金属の濡れ性が高い上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されることを特徴とする保護素子。
【請求項６】
絶縁基板と、
上記絶縁基板に積層された発熱体と、
上記絶縁基板の上記発熱体が積層された面の反対面に積層された第１及び第２の電極と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、発熱体の加熱により、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、少なくとも高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、
上記低融点金属層は、上記発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属層を浸食しながら、上記低融点金属の濡れ性が高い上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されることを特徴とする保護素子。
【請求項７】
絶縁基板と、
上記絶縁基板に積層された発熱体と、
上記絶縁基板の上記発熱体が積層された同一面に積層された第１及び第２の電極と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、発熱体の加熱により、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、少なくとも高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、
上記低融点金属層は、上記発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属層を浸食しながら、上記低融点金属の濡れ性が高い上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されることを特徴とする保護素子。
【請求項８】
絶縁基板と、
上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上に積層された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極に電気的に接続する様に搭載された発熱素子と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、発熱素子の加熱により、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、少なくとも高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、
上記低融点金属層は、上記発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属層を浸食しながら、上記低融点金属の濡れ性が高い上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されることを特徴とする保護素子。
【請求項９】
上記低融点金属層は、Ｐｂフリーハンダからなり、上記高融点金属層は、Ａｇ若しくはＣｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする金属からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１０】
上記高融点金属層の表面には、Ａｕ若しくはＡｕを主成分とする皮膜が形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１１】
上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極に接続される位置において、上記可溶導体は、低融点金属にて接続されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１２】
上記可溶導体は、内層が高融点金属層であり、外層が低融点金属層の被覆構造であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１３】
上記低融点金属層は、少なくとも一部の上記高融点金属層を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項１２記載の保護素子。
【請求項１４】
上記可溶導体は、内層が低融点金属層であり、外層が高融点金属層の被覆構造であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１５】
上記高融点金属層は、表面に開口を有し、上記低融点金属層が露出していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１６】
上記可溶導体は、上層を高融点金属層、下層を低融点金属層の２層構造とすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１７】
上記可溶導体は、上層を低融点金属層、下層を高融点金属層とする２層積層体であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１８】
上記可溶導体は、上記高融点金属層、上記低融点金属層を、交互に４層以上積層して形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項１９】
上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極の表面に、Ｎｉ／Ａｕメッキ処理が施されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項２０】
上記発熱体と上記絶縁基板の間に絶縁部材層を設けることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項２１】
上記高融点金属層の体積よりも上記低融点金属層の体積の方が多いことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の保護素子。
【請求項２２】
絶縁基板と、
上記絶縁基板に積層された発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆うように、上記絶縁基板に積層された絶縁部材と、
上記絶縁部材が積層された上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上で該発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、加熱により、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備え、
上記可溶導体は、高融点金属からなり、上記第１の電極、上記第２の電極、及び上記発熱体引出電極の各々と低融点金属を介して接続され、
上記低融点金属層は、上記発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属からなる上記可溶導体を浸食しながら、上記低融点金属の濡れ性が高い上記第１及び第２の電極並びに上記発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されることを特徴とする保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流経路を溶断することにより、電流経路上に接続されたバッテリへの充電を停止し、バッテリの熱暴走を抑制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】
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、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
特許文献１に記載されているような保護素子においては、リフロー実装を用いた場合に、リフローの熱によって溶融しないように、一般的には、可溶導体には融点が３００℃以上のＰｂ入り高融点ハンダが用いられている。しかしながら、ＲｏＨＳ指令等においては、Ｐｂ含有ハンダの使用は、限定的に認められているに過ぎず、今後Ｐｂフリー化の要求は、強まるものと考えられる。
【０００７】
ここで、「ハンダ喰われ」や「溶食現象」は、電子部品等のＡｕメッキ、Ａｇメッキが、溶融したハンダ内に溶けだす現象として以前からよく知られており、この現象を利用してＰｂフリーハンダ材に対応した保護素子が、特許文献２に記載されている。しかしながら、特許文献２に記載されているように、絶縁層に高融点金属層が密着配置された構造では、高融点金属層が低融点金属層の溶融により溶食現象を生じるのみであり、回路の遮断を完全にできない場合があるとの問題がある。また、可溶導体を確実に溶断させるのには、高融点金属層等にスリット及び膜厚段差等を形成するのが好ましいが、スリット及び膜厚段差形成のための工程が増加するとの問題がある（たとえば、特許文献３を参照）。
【０００８】
そこで、本発明は、高融点金属層と低融点金属層との積層体を用いて、Ｐｂフリー化を可能にした保護素子を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、絶縁基板に積層された発熱体と、少なくとも発熱体を覆うように、絶縁基板に積層された絶縁部材と、絶縁部材が積層された絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、１及び第２の電極の間の電流経路上で発熱体とに電気的に接続された発熱体引出電極と、発熱体引出電極から第１及び第２の電極にわたって積層され、加熱により、第１の電極と第２の電極との間の電流経路を溶断する可溶導体とを備える。そして、可溶導体は、高融点金属層と低融点金属層との積層体からなり、低融点金属層は、発熱体が発する熱により溶融することで、高融点金属層を浸食しながら、濡れ性が高い第１及び第２の電極並びに発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断される。
【００１０】
低融点金属層は、Ｐｂフリーハンダからなり、高融点金属層は、Ａｇ又はＣｕを主成分とする金属からなることが好ましい。
【００１１】
また、低融点金属層の体積を高融点金属層の体積よりも多くすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の保護素子では、高融点金属層と低融点金属層との積層体からなる可溶導体を加熱することにより、発熱体が発する熱で低融点金属層が溶融して、高融点金属層を浸食しながら、濡れ性が高い第１及び第２の電極並びに発熱体引出電極側に引き寄せられて溶断されるので、確実に溶断させることができる。また、本発明の保護素子は、可溶導体を有することから通常の電流ヒューズとしても機能する事は明白であり、外部信号および過電流における電流経路遮断の両立を実現することができる。
【００１３】
また、低融点金属層は、Ｐｂフリーハンダからなり、高融点金属層は、Ａｇ又はＣｕを主成分とする金属からなるので、Ｐｂフリーに対応できる。
【００１４】
低融点金属層の体積を高融点金属層の体積よりも多くしているので、効果的に高融点金属層の浸食作用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（Ａ）は、本発明が適用された保護素子の平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡ−Ａ’部の断面図である。
【図２】本発明が適用された保護素子の応用例を示すブロック図である。
【図３】本発明が適用された保護素子の回路構成例を示す図である。
【図４】公知例（特開２００４−１８５９６０号公報）の保護素子の断面図である。
【図５】本発明が適用された保護素子の動作を説明するための概念的な平面図である。（Ａ）は、保護素子の動作開始前又は動作開始直後を示す平面図である。（Ｂ）は、加熱動作により、熱源近傍の低融点金属層が溶融して高融点金属層を浸食している様子を示す平面図である。（Ｃ）は、高融点金属層の浸食が進んだ状況を示す平面図である。（Ｄ）は、電極及び発熱体引出電極に低融点金属層が引き寄せられた状態を示す平面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の保護素子の実施形態のうちの変形例の１つを示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡ−Ａ’部の断面図である。
【図７】（Ａ）は、本発明の保護素子の実施形態のうちの変形例の１つを示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡ−Ａ’部の断面図である。
【図８】（Ａ）は、本発明の保護素子の実施形態のうちの変形例の１つを示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡ−Ａ’部の断面図である。
【図９】図８の変形例に係る保護素子の動作を説明するための概念的な平面図である。（Ａ）は、保護素子の動作開始前又は動作開始直後を示す平面図である。（Ｂ）は、加熱動作により、熱源近傍の低融点金属層が溶融して高融点金属層を浸食している様子を示す平面図である。（Ｃ）は、高融点金属層の浸食が進んだ状況を示す平面図である。（Ｄ）は、電極及び発熱体引出電極に低融点金属層が引き寄せられた状態を示す平面図である。
【図１０】形状の異なる可溶導体を構成した例を示す斜視図である。（Ａ）は、角型（方形）状に形成した例であり、（Ｂ）は、丸線状に形成した例を示す。
【図１１】（Ａ）は、本発明の保護素子の実施形態のうちの変形例の１つを示す平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）図のＡ−Ａ’部の断面図である。
【図１２】発熱体を絶縁基板に内蔵した保護素子の変形例を示す断面図である。
【図１３】発熱体を絶縁基板の裏面に形成した保護素子の変形例を示す断面図である。
【図１４】発熱体を絶縁基板の表面に形成した保護素子の変形例を示す断面図である。
【図１５】発熱素子を絶縁基板の表面に実装した保護素子の変形例を示す断面図である。
【図１６】高融点金属層に線状の開口部を設け低融点金属層を露出させた可溶導体を用いた保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１７】高融点金属層に円形の開口部を設け低融点金属層を露出させた可溶導体を用いた保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１８】高融点金属層に線状の開口部を設け低融点金属層を露出させた可溶導体を用いた保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図１９】高融点金属層と低融点金属層との２層構造をなす可溶導体を低融点金属によって接続した保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２０】高融点金属層と低融点金属層とが交互に積層された４層構造の可溶導体を用いた保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２１】高融点金属層の単層からなる可溶導体を低融点金属によって接続した保護素子の変形例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２２】複数の可溶導体を設けると共に、発熱体引出電極上に絶縁層を形成した保護素子を示す平面図である。
【図２３】複数の可溶導体を設けると共に、発熱体引出電極上に絶縁層を形成した保護素子において、可溶導体が溶断された状態を示す平面図である。
【図２４】複数の可溶導体を設けると共に、発熱体引出電極上に幅狭部を形成した保護素子を示す平面図である。
【図２５】複数の可溶導体を設けると共に、発熱体引出電極上に幅狭部を形成した保護素子において、可溶導体が溶断された状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、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もちろんである。
【００１７】
［保護素子の構成］
図１に示すように、本発明が適用された保護素子１０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），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た発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続された可溶導体１３とを備える。また、絶縁基板１１の裏面には、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子が形成されている。
【００１８】
方形状の絶縁基板１１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。
【００１９】
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１１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。
【００２０】
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の熱を効率良く可溶導体に伝えるために、発熱体１４と絶縁基板１１の間に絶縁部材１５を積層しても良い。
【００２１】
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。また、発熱体１４の他端は、他方の発熱体電極１８（Ｐ２）に接続される。
【００２２】
可溶導体１３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、好ましくは、内層として高融点金属層１３ａ、外層として低融点金属層１３ｂを有する。なお、後述するように、内層として低融点金属層１３ｂ、外層として高融点金属層１３ａを有するようにしてもよい。また、可溶導体１３は、上層と下層の２層積層構造体としても良く、上層として高融点金属層１３ａ、下層として低融点金属層１３ｂを有するようにしてもよい。高融点金属層１３ａは、好ましくは、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。低融点金属層１３ｂは、好ましくは、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である（たとえば千住金属工業製、Ｍ７０５等）。低融点金属層１３ｂ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１３ａと低融点金属層１３ｂとを積層することによって、リフロー温度が低融点金属層１３ｂ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、可溶導体１３として溶断するに至らない。高融点金属層１３ａに低融点金属層１３ｂをメッキ技術を用いて成膜することによって可溶導体１３を形成してもよく、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いることによって高融点金属層１３ａに低融点金属層１３ｂを積層した可溶導体１３を形成することができる。また、逆の高融点金属層１３ａを外層とする場合も同様の成膜技術で形成することができる。なお、可溶導体１３の発熱体引出電極１６及び電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）への接続は、低融点金属層１３ｂを用いてハンダ接合することにより実現される。
【００２３】
外層の低融点金属層１３ｂの酸化防止のために、可溶導体１３上のほぼ全面にフラックスを塗布してもよい。
【００２４】
このようにして構成された保護素子１０の内部を保護するためにカバー部材を絶縁基板１１上に載置してもよい。
【００２５】
［保護素子の使用方法］
図２に示すように、上述した保護素子１０は、リチウムイオン二次電池のバッテリパック内の回路に用いられる。
【００２６】
たとえば、保護素子１０は、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル２１〜２４からなるバッテリスタック２５を有するバッテリパック２０に組み込まれて使用される。
【００２７】
バッテリパック２０は、バッテリスタック２５と、バッテリスタック２５の充放電を制御する充放電制御回路３０と、バッテリスタック２５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１０と、各バッテリセル２１〜２４の電圧を検出する検出回路２６と、検出回路２６の検出結果に応じて保護素子１０の動作を制御する電流制御素子２７とを備える。
【００２８】
バッテリスタック２５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２１〜２４が直列接続されたものであり、バッテリパック２０の正極端子２０ａ、負極端子２０ｂを介して、着脱可能に充電装置３５に接続され、充電装置３５からの充電電圧が印加される。充電装置３５により充電されたバッテリパック２０を正極端子２０ａ、負極端子２０ｂ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。
【００２９】
充放電制御回路３０は、バッテリスタック２５から充電装置３５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３１、３２と、これらの電流制御素子３１、３２の動作を制御する制御部３３とを備える。電流制御素子３１、３２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３３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２５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部３３は、充電装置３５から電力供給を受けて動作し、検出回路２６による検出結果に応じて、バッテリスタック２５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３１、３２の動作を制御する。
【００３０】
保護素子１０は、たとえば、バッテリスタック２５と充放電制御回路３０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２７によって制御される。
【００３１】
検出回路２６は、各バッテリセル２１〜２４と接続され、各バッテリセル２１〜２４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路３０の制御部３３に供給する。また、検出回路２６は、いずれか１つのバッテリセル２１〜２４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２７を制御する制御信号を出力する。
【００３２】
電流制御素子２７は、検出回路２６から出力される検出信号によって、バッテリセル２１〜２４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１０を動作させて、バッテリスタック２５の充放電電流経路を電流制御素子３１、３２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。
【００３３】
以上のような構成からなるバッテリパック２０において、保護素子１０の構成について具体的に説明する。
【００３４】
まず、本発明が適用された保護素子１０は、たとえば図３に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１０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１０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２７と接続される。保護素子１０の２個の電極１２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１８は、Ｐ２に接続される。
【００３５】
このような回路構成からなる保護素子１０は、低背化とともにＰｂフリー化を実現しつつ、発熱体１４の発熱により、電流経路上の可溶導体１３を確実に溶断することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
［保護素子の動作］
まず、比較のために、公知例（特開２００４−１８５９６０号公報）を従来の保護素子とし、その構成について説明する。
【００３８】
図４に示すように、従来の保護素子４０は、方形状の基板４１上に下地の絶縁層としてガラス層４１ａが形成され、ガラス層４１ａ上に、発熱体４４が積層されている。発熱体４４を覆うように絶縁部材４５が形成され、絶縁部材４５を介して発熱体４４に対向するように高融点金属層４３ａが積層され、さらに低融点金属層４３ｂが積層されている。高融点金属層４３ａ及び低融点金属層４３ｂの両端に電極４２が、高融点金属層４３ａと低融点金属層４３ｂとによってはさまれるようにして積層され接続されている。低融点金属層４３ｂ上には、フラックス４７が塗布されている。
【００３９】
このように、従来の保護素子４０においては、高融点金属層４３ａの全体が絶縁部材４５と直接密着して形成されている。この構造においては、発熱体４４の発熱により低融点金属層４３ｂが溶融して高融点金属層４３ａを浸食する作用のみによって回路遮断を行う。遮断状態が完全でなくても、可溶導体が高抵抗となった時点で発熱体４４への通電が抑制されるために発熱が停止する。すなわち、完全に回路を遮断できないケースが起こりうる。
【００４０】
図１に示すような本発明に係る保護素子１０では、高融点金属層１３ａ及び低融点金属層１３ｂは、発熱体引出電極１６と電極１２との間でまたぐように接続される。このため、低融点金属層１３ｂの溶融による高融点金属層の浸食作用に加え、接続された各電極上で溶融した低融点金属層１３ｂの表面張力による物理的引き込み作用により確実に可溶導体１３を溶断させることが可能である。
【００４１】
以下、本発明に係る保護素子１０の動作について説明する。
【００４２】
図５には、図１に示したような保護素子１０の発熱体１４に通電し、可溶導体１３がどのようにふるまうのかを模式的に示す。
【００４３】
図５（Ａ）は、発熱体電極１８（Ｐ２）と電極１２（Ａ１），（Ａ２）の間に電圧が印加されるように電源をつないで、発熱体１４に通電する前、及び通電を開始した当初の様子を示す図である。発熱体１４の発する熱の温度が通常のリフロー温度（〜２６０℃）よりも高い温度（３００℃以上）となるように、印加電圧に従い発熱体１４の抵抗値を設定することが望ましい。
【００４４】
図５（Ｂ）に示すように、発熱体１４の直上にある可溶導体１３の外層の低融点金属層１３ｂが溶融を開始して、溶融した低融点金属が内層の高融点金属層１３ａに拡散し、溶食現象を生じて、高融点金属層１３ａが浸食され、消失する。破線の円内では、高融点金属層１３ａが消失して、溶融した低融点金属層１３ｂと混じり合った状態となっている。
【００４５】
図５（Ｃ）に示すように、発熱体１４の温度がさらに上昇し、可溶導体１３の外層の低融点金属層１３ｂの溶融による高融点金属層１３ａの浸食領域が拡大する。この状態においては、高融点金属層１３ａの材料として高い熱伝導度の金属を採用することにより、電極１２部を含めて高温となり、低融点金属層１３ｂ全体が溶融状態となる。その際、発熱体引出電極１６上で高融点金属層１３ａが完全に浸食された状態になると、図５（Ｄ）に示すように、低融点金属層１３ｂ、すなわちハンダは、その濡れ性（表面張力）によって、発熱体引出電極１６と、２つの電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）のそれぞれに引き寄せられる。その結果、各電極間が遮断状態となる。
【００４６】
［変形例１］
図６に示すように、本発明の１つの変形例の保護素子５０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），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た発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。また、絶縁基板１１の裏面には、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子が形成されている。
【００４７】
一般的な高融点ハンダ（Ｐｂ含有ハンダ）を用いた可溶導体の場合には、熱伝導度が低いので、保護素子の両端の電極部までは短時間で溶融温度に達しない。これに対して、本発明に係る保護素子のように、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からなる高融点金属層を有する可溶導体の場合には熱伝導度が高いので、保護素子の両端の電極部においても、十分低融点金属層の溶融温度に到達するために、以下に述べるハンダ溜まり部を設けることによって、より安定した溶断特性を得ることが可能になる。
【００４８】
可溶導体１３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、好ましくは、内層として高融点金属層１３ａ、外層として低融点金属層１３ｂを有する。あるいは、内層として低融点金属層１３ｂ、外層として高融点金属層１３ａを有するようにしてもよい。高融点金属層１３ａは、好ましくは、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。低融点金属層１３ｂは、好ましくは、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である（たとえば千住金属工業製、Ｍ７０５等）。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１３ａに低融点金属層１３ｂをメッキ技術を用いて成膜することによって可溶導体１３を形成してもよく、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いることによって高融点金属層１３ａに低融点金属層１３ｂを積層した可溶導体１３を形成することができる。また、逆の高融点金属層１３ａを外層とする場合も同様の成膜技術で形成することができる。
【００４９】
ここで、可溶導体１３の両端において、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続される部分に低融点金属層１３ｂと同一の材料からなるハンダの溜まり部５１を設ける。保護素子の動作時においては、低融点金属層１３ｂは、溜まり部５１も含めてすべて溶融状態となる。高融点金属層１３ａの浸食が可溶導体１３全体で起こることによって、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）側にあるそれぞれの溜まり部５１，５１に溶融した可溶導体１３が引き寄せられやすくなるので、より確実に可溶導体を溶断させることができる。
【００５０】
［変形例２］
図７に示すように、保護素子６０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），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た発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。また、絶縁基板１１の裏面には、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子が形成されている。
【００５１】
可溶導体１３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、好ましくは、内層として高融点金属層１３ａ、外層として低融点金属層１３ｂを有する。上述の変形例のように可溶導体１３の両端に溜まり部５１，５１を設けてもよい。
【００５２】
この変形例では、高融点金属層１３ａに多数の開口６１を施し、多数の開口がある高融点金属層１３ａに、たとえばメッキ技術等を用いて低融点金属層１３ｂを成膜する。これにより、溶融する低融点金属層１３ｂに接する高融点金属層１３ａの面積が増大するので、より短時間で低融点金属層１３ｂが高融点金属層１３ａを浸食することができるようになる。したがって、より確実に可溶導体を溶断させることが可能となる。
【００５３】
［変形例３］
図８は、上述した可溶導体１３の構成をかえたものを用いた場合の変形例である。
【００５４】
図８に示すように、保護素子７０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），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た発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。また、絶縁基板１１の裏面には、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子が形成されている。
【００５５】
可溶導体１３は、内層が低融点金属層１３ｂであり、外層が高融点金属層１３ａである。低融点金属層１３ｂには、上述と同様に、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダを用いることができ、高融点金属層１３ａには、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を用いることができる。図８の変形例の場合では、可溶導体１３の表面が酸化するために溶融温度が上昇してしまうのを防止するとともに発熱溶融中のハンダの表面張力維持のために、フラックス１７が可溶導体１３上に塗布されている。
【００５６】
図１に示したような構成例の場合と同様に、内層の低融点金属層１３ｂにメッキ技術等を施すことによって、外層の高融点金属層１３ａを形成することができ、この変形例における可溶導体１３を形成することができる。
【００５７】
図９に、図８に示した構成例の動作の様子を概念的に示す。
【００５８】
図９（Ａ）には、発熱体電極１８（Ｐ２）と電極１２（Ａ１），（Ａ２）の間に電圧が印加されるように電源をつないで、発熱体１４に通電する前、及び通電した当初の様子を示す。
【００５９】
図９（Ｂ）に示すように、発熱体１４の直上にある可溶導体１３の内層の低融点金属層１３ｂが溶融を開始して、外層の高融点金属層１３ａに低融点金属が溶食現象により拡散する。このため、外層の高融点金属層１３ａが浸食されて消失し、内層の低融点金属層１３ｂが露出し始めた様子を示す。図中の実線の円内が露出した低融点金属層１３ｂであり、他の部分は、外層の高融点金属層１３ａである。
【００６０】
図９（Ｃ）に示すように、発熱体１４の温度がさらに上昇し、可溶導体１３の内層の低融点金属層１３ｂの溶融が進み、高融点金属層１３ａの浸食領域が拡大する。この状態では、低融点金属層１３ｂ全体が溶融状態にあるので、発熱体引出電極１６上で高融点金属層１３ａが完全に浸食された状態になると、図９（Ｄ）に示すように、低融点金属層１３ｂ、すなわちハンダは、その濡れ性（表面張力）によって、発熱体引出電極１６と、２つの電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）のそれぞれに引き寄せられる。結果として、各電極間が遮断される。
【００６１】
可溶導体１３は、図１０（Ａ）に示すように、方形の可溶導体１３としてもよく、図１０（Ｂ）に示すように、丸線状の可溶導体としてもよい。図１０では、内層として低融点金属層１３ｂとし、外層として高融点金属層１３ａとしているが、内層と外層とを逆転してももちろんよい。
【００６２】
また、内層として低融点金属層１３ｂとし、外層として高融点金属層１３ａとした場合においても、可溶導体１３の厚さを維持することに留意しつつ、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）上に可溶導体１３の低融点金属層１３ｂよりも厚さの厚い低融点金属層１３ｂからなる溜まり部を設けるようにしてもよい。
【００６３】
［変形例４］
図１１は、可溶導体１３の構成をかえたものを用いた場合の変形例である。
【００６４】
図１１に示すように、保護素子８０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），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た発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。また、絶縁基板１１の裏面には、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子が形成されている。
【００６５】
可溶導体１３は、下層が低融点金属層１３ｂ、上層が高融点金属層１３ａの２層積層構造である。低融点金属層１３ｂには、上述と同様に、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダを用いることができ、高融点金属層１３ａには、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を用いることができる。
【００６６】
図１１の変形例の場合では、低融点金属層１３ｂによる電極自体の浸食を抑制して溶断特性の向上を図るために、２ヶ所の電極１２、電極１２と接続された外部端子及び発熱体引出電極１６表面にメッキ処理を施し、Ｎｉ／Ａｕメッキ層５２が形成されている。なお、Ｎｉ／Ａｕメッキに代えてＮｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等公知のメッキ処理を用いることができる。
【００６７】
また、可溶導体１３の表面の酸化によって、可溶導体１３の溶融温度が上昇してしまうのを防止するとともに、発熱溶融中のハンダの表面張力維持のために、フラックス１７が可溶導体１３上に塗布されている。
【００６８】
［変形例５］
図１２は、発熱体１４の配置位置を変えたものを用いた場合の変形例である。図１２に示すように、保護素子９０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に内蔵された発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と、絶縁基板１１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、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。保護素子９０は、発熱体１４が絶縁基板１１に内蔵された点、及び絶縁部材１５が設けられていない点を除いて、上述した保護素子８０と同様の構成を有する。
【００６９】
なお、絶縁基板１１は、裏面１１ｂに電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子９１が形成されている。また、保護素子９０は、絶縁基板１１の表面上を保護するカバー部材９２が設けられている。
【００７０】
可溶導体１３は、上層に高融点金属層１３ａが、下層に低融点金属層１３ｂが設けられた２層の積層構造をなし、それぞれＮｉ／Ａｕメッキ層５２が設けられた電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６に当該低融点金属層１３ｂを介して接続されている。また、可溶導体１３は、高融点金属層１３ａの表面上に、フラックス１７が塗布されている。
【００７１】
この保護素子９０は、発熱体１４が絶縁基板１１に内蔵されることにより、絶縁基板１１の表面１１ａが平坦化され、これにより、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同一平面上に形成することができる。そして、保護素子９０は、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同じ高さにすることにより、平坦化された可溶導体１３を接続することができる。したがって、保護素子９０は、可溶導体１３の溶断特性を向上させることができる。
【００７２】
また、保護素子９０は、絶縁基板１１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、発熱体１４によって、ガラス層等の絶縁部材１５を介した場合と同等に可溶導体１３を加熱することができる。
【００７３】
さらに、保護素子９０は、絶縁部材１５が不要となり、また、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６を構成する導電ペーストを平坦な絶縁基板１１の表面１１ａに塗布することにより、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６を一括して形成することができるため、製造工程の省力化を図ることができる。
【００７４】
［変形例６］
図１３は、発熱体１４の配置位置を変えたものを用いた場合の変形例である。
【００７５】
図１３に示すように、保護素子１００は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の裏面１１ｂに積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と、絶縁基板１１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、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。保護素子１００は、発熱体１４が絶縁基板１１の裏面１１ｂに積層された点を除いて、上述した保護素子８０と同様の構成を有する。
【００７６】
なお、絶縁基板１１は、裏面１１ｂに電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子９１が形成されている。また、保護素子１００は、絶縁基板１１の表面上を保護するカバー部材９２が設けられている。
【００７７】
この保護素子１００は、発熱体１４が絶縁基板１１の裏面１１ｂに積層されることにより、絶縁基板１１の表面１１ａが平坦化され、これにより、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同一平面上に形成することができる。そして、保護素子１００は、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同じ高さにすることにより、平坦化された可溶導体１３を接続することができる。したがって、保護素子１００は、可溶導体１３の溶断特性を向上させることができる。
【００７８】
また、保護素子１００は、絶縁基板１１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、発熱体１４によって、絶縁基板１１の表面１１ａ上に積層した場合と同等に可溶導体１３を加熱することができる。
【００７９】
さらに、保護素子１００は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６を構成する導電ペーストを平坦な絶縁基板１１の表面１１ａに塗布することにより、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６を一括して形成することができるため、製造工程の省力化を図ることができる。
【００８０】
［変形例７］
図１４は、発熱体１４の配置位置を変えたものを用いた場合の変形例である。
【００８１】
図１４に示すように、保護素子１１０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の表面１１ａ上に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の表面１１ａ上に発熱体１４と隣接して形成された電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と、絶縁基板１１の表面１１ａ上の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間に積層され、発熱体１４と電気的に接続された発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。保護素子１１０は、発熱体１４が絶縁基板１１の表面１１ａに積層された点を除いて、上述した保護素子８０と同様の構成を有する。
【００８２】
なお、絶縁基板１１は、裏面１１ｂに電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と接続された外部端子９１が形成されている。また、保護素子９０は、絶縁基板１１の表面上を保護するカバー部材９２が設けられている。
【００８３】
この保護素子１１０は、発熱体１４が絶縁基板１１の表面１１ａに、電極１２（Ａ１）に隣接して積層されることにより、絶縁基板１１の表面１１ａが平坦化され、これにより、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同一平面上に形成することができる。そして、保護素子１１０は、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同じ高さにすることにより、平坦化された可溶導体１３を接続することができる。したがって、保護素子１１０は、可溶導体１３の溶断特性を向上させることができる。
【００８４】
また、保護素子１１０は、発熱体１４を電極１２（Ａ１）に隣接して積層することにより、発熱した熱を効率よく可溶導体１３に伝達することができ、絶縁部材１５を介して発熱体１４と発熱体引出電極１６とを重畳させた場合と同等に可溶導体１３を加熱することができる。
【００８５】
さらに、保護素子１１０は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）、発熱体１４及び発熱体引出電極１６を構成する導電ペーストを平坦な絶縁基板１１の表面１１ａに塗布することにより、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）、発熱体１４及び発熱体引出電極１６を一括して形成することができるため、製造工程の省力化を図ることができる。また、保護素子１１０は、発熱体１４を絶縁基板１１の表面１１ａに形成し、かつ発熱体引出電極１６と重畳させていないため、絶縁基板１１の厚さ方向の低背化による小型化を図ることができる。
【００８６】
［変形例８］
図１５は、導電性ペーストを塗布、焼成することにより発熱体１４を形成する構成に代えて、発熱素子を用いて、これを電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）の近傍に隣接させた場合の変形例である。
【００８７】
図１５に示すように、保護素子１２０は、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の表面１１ａ上に実装された発熱素子１２１と、絶縁基板１１の表面１１ａ上に発熱素子１２１と隣接して形成された電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と、絶縁基板１１の表面１１ａ上の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間に積層され、発熱素子１２１と電気的に接続された発熱体引出電極１６と、両端が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に接続され、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。保護素子１２０は、発熱体１４に代えて、発熱素子１２１が絶縁基板１１の表面１１ａに積層された発熱体引出電極１６と接続されるとともに、発熱素子電極１２２と接続されている点を除いて、上述した保護素子８０と同様の構成を有する。発熱素子１２１は、絶縁基板１１の表面１１ａに形成されたランド部１２３上に実装されている。
【００８８】
保護素子１２０は、発熱熱素子電極１２２と上述した電力制御素子２７とが接続され、バッテリセル２１〜２４のいずれかについて異常電圧を検出すると、発熱素子１２１が動作され、バッテリスタック２５の充放電経路を遮断する。
【００８９】
この保護素子１２０においても、発熱素子１２１が絶縁基板１１の表面１１ａに、電極１２（Ａ１）に隣接して積層されることにより、絶縁基板１１の表面１１ａが平坦化され、これにより、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同一平面上に形成することができる。そして、保護素子１２０は、発熱体引出電極１６を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）と同じ高さにすることにより、平坦化された可溶導体１３を接続することができる。したがって、保護素子１２０は、可溶導体１３の溶断特性を向上させることができる。
【００９０】
また、保護素子１２０は、発熱素子１２１を電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）に隣接して実装することにより、発熱した熱を効率よく可溶導体１３に伝達することができ、絶縁部材１５を介して発熱体１４と発熱体引出電極１６とを重畳させた場合と同等に可溶導体１３を加熱することができる。
【００９１】
さらに、保護素子１２０は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６を構成する導電ペーストを平坦な絶縁基板１１の表面１１ａに塗布することにより、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６を一括して形成することができるため、製造工程の省力化を図ることができる。また、保護素子１２０は、絶縁基板１１の表面１１ａ上に発熱体１４を発熱体引出電極１６と重畳させて形成するものではないため、絶縁基板１１の厚さ方向の低背化による小型化を図ることができる。
【００９２】
また、保護素子１２０は、発熱素子１２１として、種々のものを選択、実装することができ、可溶導体１３の溶断に適した高温を発熱する素子を用いることができる。
【００９３】
［変形例９］
図１６〜図１８は、可溶導体の構成を代えた保護素子の変形例である。
【００９４】
図１６（Ａ）（Ｂ）に示す保護素子１３０は、内層となる低融点金属層１３１の両面に外層として高融点金属層１３２が形成された３層構造の可溶導体１３３を用いる。可溶導体１３３は、外層を構成する高融点金属層１３２に、長手方向に沿って線状の開口部１３２ａが形成され、この開口部１３２ａから低融点金属層１３１が露出されている。可溶導体１３３は、低融点金属層１３１が開口部１３２ａ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層１３２との接触面積が増え、高融点金属層１３２の浸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。高融点金属層１３２の開口部１３２ａは、例えば、低融点金属層１３１に高融点金属層１３２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。
【００９５】
保護素子１３０は、可溶導体１３に代えて可溶導体１３３を用いた点を除いて、上述した保護素子１０と同じ構成を有する。なお、可溶導体１３３は、それぞれＮｉ／Ａｕメッキ層５２が設けられた電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６にハンダ等の低融点金属１３４を介して接続されている。また、可溶導体１３３は、高融点金属層１３２の表面上に、フラックス１７が塗布されている。高融点金属層１３２は、上述した高融点金属層１３ａと同様の材料を用いて形成することができ、低融点金属層１３１は、上述した低融点金属層１３ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【００９６】
また、可溶導体１３３は、低融点金属層１３１を構成する金属としてハンダを用いるとともに、高融点金属層１３２の表面にＡｕ又はＡｕを主成分とする皮膜を形成してもよい。これにより、可溶導体１３３は、低融点金属層１３１を構成するハンダの濡れ性をさらに向上させ、浸食作用を促進させることができる。
【００９７】
図１７（Ａ）（Ｂ）に示す保護素子１４０は、内層となる低融点金属層１４１の両面に外層として高融点金属層１４２が形成された３層構造の可溶導体１４３を用いる。可溶導体１４３は、外層を構成する高融点金属層１４２に、全面に亘って円形の開口部１４２ａが形成され、この開口部１４２ａから低融点金属層１４１が露出されている。
【００９８】
保護素子１４０のその他の構成は、上述した保護素子１３０と同じである。また、高融点金属層１４２の開口部１４２ａは、例えば、低融点金属層１４１に高融点金属層１４２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。
【００９９】
可溶導体１４３は、低融点金属層１４１が開口部１４２ａ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層１４２との接触面積が増え、高融点金属層の浸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。
【０１００】
また、可溶導体１４３においても、低融点金属層１４１を構成する金属としてハンダを用いるとともに、高融点金属層１４２の表面にＡｕ又はＡｕを主成分とする皮膜を形成してもよい。これにより、可溶導体１４３は、低融点金属層１４１を構成するハンダの濡れ性をさらに向上させ、浸食作用を促進させることができる。
【０１０１】
図１８（Ａ）（Ｂ）に示す保護素子１５０は、内層となる低融点金属層１５１の両面に外層として高融点金属層１５２が形成された３層構造の可溶導体１５３を用いる。可溶導体１５３は、外層を構成する高融点金属層１５２に、幅方向に亘る線状の開口部１５２ａが、長手方向に亘って複数形成され、この開口部１５２ａから低融点金属層１５１が露出されている。
【０１０２】
保護素子１５０のその他の構成は、上述した保護素子１３０と同じである。また、高融点金属層１５２の開口部１５２ａは、例えば、低融点金属層１５１に高融点金属層１５２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。
【０１０３】
可溶導体１５３は、低融点金属層１５１が開口部１５２ａ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層１５２との接触面積が増え、高融点金属層の浸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。
【０１０４】
また、可溶導体１５３においても、低融点金属層１５１を構成する金属としてハンダを用いるとともに、高融点金属層１５２の表面にＡｕ又はＡｕを主成分とする皮膜を形成してもよい。これにより、可溶導体１５３は、低融点金属層１５１を構成するハンダの濡れ性をさらに向上させ、浸食作用を促進させることができる。
【０１０５】
［変形例１０］
図１９は、可溶導体の構成を代えた保護素子の変形例である。
【０１０６】
図１９（Ａ）（Ｂ）に示す保護素子１６０は、上層に低融点金属層１６１を配し、下層に高融点金属層１６２が形成された可溶導体１６３を用いる。可溶導体１６３は、それぞれＮｉ／Ａｕメッキ層５２が設けられた電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６にハンダ等の低融点金属１６４を介して接続されている。これにより、可溶導体１６３は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上において、低融点金属１６４、高融点金属層１６２、低融点金属層１６１の３層構造をなす。
【０１０７】
なお、可溶導体１６３は、低融点金属層１６１の表面上に、フラックス１７が塗布されている。また、保護素子１６０は、可溶導体１３に代えて可溶導体１６３を用いた点を除いて、上述した保護素子１０と同じ構成を有する。また、高融点金属層１６２は、上述した高融点金属層１３ａと同様の材料を用いて形成することができ、低融点金属層１６１は、上述した低融点金属層１３ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１０８】
保護素子１６０は、可溶導体１６３が、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上において、低融点金属１６４、高融点金属層１６２、低融点金属層１６１の３層構造をなすことから、溶融した低融点金属１６４及び低融点金属層１３１による高融点金属層１６２の浸食作用により、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上における溶融導体の凝集をより促進させ、溶断性を向上させることができる。
【０１０９】
また、保護素子１６０は、可溶導体１６３を低融点金属層１６１の表面に高融点金属層１６２を積層する簡易な工程で形成することができる。
【０１１０】
また、可溶導体１６３においても、低融点金属層１６１を構成する金属としてハンダを用いるとともに、高融点金属層１６２の表面にＡｕ又はＡｕを主成分とする皮膜を形成してもよい。これにより、可溶導体１６３は、低融点金属層１６１を構成するハンダの濡れ性をさらに向上させ、浸食作用を促進させることができる。
【０１１１】
［変形例１１］
図２０は、可溶導体の構成を代えた保護素子の変形例である。
【０１１２】
図２０（Ａ）（Ｂ）に示す保護素子１７０は、最上層から順に、第１の高融点金属層１７１、第１の低融点金属層１７２、第２の高融点金属層１７３、第２の低融点金属層１７４が積層された４層構造をなす可溶導体１７５を用いる。可溶導体１７５は、第２の低融点金属層１７４を介して、それぞれＮｉ／Ａｕメッキ層５２が設けられた電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６に接続されている。
【０１１３】
なお、可溶導体１７５は、第１の高融点金属層１７１の表面上に、フラックス１７が塗布されている。また、保護素子１７０は、可溶導体１３に代えて可溶導体１７５を用いた点を除いて、上述した保護素子１０と同じ構成を有する。また、第１、第２の高融点金属層１７１，１７３は、上述した高融点金属層１３ａと同様の材料を用いて形成することができ、第１、第２の低融点金属層１７２，１７４は、上述した低融点金属層１３ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１１４】
保護素子１７０は、溶融した第１、第２の低融点金属層１７２，１７４による第１、第２の高融点金属層１７１，１７３の浸食作用により、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上における溶融導体の凝集をより促進させるとともに、発熱体引出電極１６と電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）との各間の溶断性を向上させることができる。
【０１１５】
また、最下層を第２の低融点金属層１７４とすることにより、当該第２の低融点金属層１７４に、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６への接続を図る接着剤層を兼用させることができる。なお、保護素子１７０は、可溶導体として、高融点金属層と低融点金属層とが交互に積層されていれば、４層以上のものを用いてもよい。
【０１１６】
［変形例１２］
図２１は、可溶導体の構成を代えた保護素子の変形例である。
【０１１７】
図２１（Ａ）（Ｂ）に示す保護素子１８０は、高融点金属層１８１のみからなる単層の可溶導体１８２を用いる。可溶導体１８２は、それぞれＮｉ／Ａｕメッキ層５２が設けられた電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６にハンダ等の低融点金属１８３を介して接続されている。これにより、可溶導体１８２は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上において、低融点金属１８３、高融点金属層１８１の２層構造をなす。
【０１１８】
なお、可溶導体１８２は、高融点金属層１８１の表面上に、フラックス１７が塗布されている。また、保護素子１８０は、可溶導体１３に代えて可溶導体１８２を用いた点を除いて、上述した保護素子１０と同じ構成を有する。また、高融点金属層１８１は、上述した高融点金属層１３ａと同様の材料を用いて形成することができ、低融点金属１８３は、上述した低融点金属層１３ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１１９】
保護素子１８０は、可溶導体１８２が、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上において、低融点金属１８３、高融点金属層１８１の２層構造をなすことから、溶融した低融点金属１８３による高融点金属層１８１の浸食作用により、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上における溶融導体の凝集をより促進させ、溶断性を向上させることができる。このため、低融点金属１８３は、可溶導体１８２の高融点金属層１８１よりも厚く形成することが好ましい。
【０１２０】
また、保護素子１８０は、可溶導体１８２を高融点金属層１８１の単層構造であるため、簡易な工程で形成することができる。
【０１２１】
なお、可溶導体１８２においても、低融点金属１８３を構成する金属としてハンダを用いるとともに、高融点金属層１８１の表面にＡｕ又はＡｕを主成分とする皮膜を形成してもよい。これにより、可溶導体１８２は、低融点金属１８３を構成するハンダの濡れ性をさらに向上させ、浸食作用を促進させることができる。
【０１２２】
［変形例１３］
図２２は、複数の可溶導体を用いた保護素子の変形例である。
【０１２３】
図２２に示す保護素子１９０は、大電流用途において、保護素子１９０の定格を上げるために、可溶導体１９１を大型化したものである。ここで、可溶導体１９１を大型化すると、溶融時における溶融導体の体積が多くなり、溶融導体が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６の各間に亘って凝集し、溶断できないおそれがある。
【０１２４】
そこで、保護素子１９０は、複数の可溶導体に分割すると共に、発熱体引出電極１６上の可溶導体接続部１６ａの周辺に絶縁層１９２を形成する。例えば、保護素子１９０は、図２２に示すように、第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂを設け、全体としての定格を向上させている。第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂは、電極１２（Ａ１）から発熱体引出電極１６を経て電極１２（Ａ２）に亘って、ハンダ等の低融点金属１９３によって接続されている。また、第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂは、所定の距離離間して配設されている。
【０１２５】
なお、第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂは、内層を構成する低融点金属層が外層を構成する高融点金属層によって被覆された積層構造をなし、図２２に示すように、低融点金属１９３を介して、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上に接続されている。また、第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂ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、下層を構成する低融点金属層を介して電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上に接続してもよい。また、第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂは、高融点金属層のみの単層構造とし、低融点金属１９３を介して電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上に接続してもよい。また、第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂは、外層を構成する高融点金属層に開口部を設け、内層を構成する低融点金属層を外方に露出させる構成としてもよい。
【０１２６】
また、保護素子１９０は、発熱体引出電極１６上の第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂ間の領域に絶縁層１９２が形成されている。絶縁層１９２は、溶融した第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂ同士が結合することによる溶融導体の体積の増大を防止するものであり、公知の絶縁材料を用いて公知の方法で形成される。
【０１２７】
なお、可溶導体１９１は、表面上に、フラックス（図示せず）が塗布されている。また、保護素子１９０は、可溶導体１３に代えて複数の可溶導体１９１を用いた点、及び発熱体引出電極１６の可溶導体接続部１６ａの周辺に絶縁層１９２を形成した点を除いて、上述した保護素子１０と同じ構成を有する。また、可溶導体１９１は、高融点金属層として、上述した高融点金属層１３ａと同様の材料を用いて形成することができ、低融点金属層として、上述した低融点金属層１３ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１２８】
図２３に示すように、保護素子１９０は、第１、第２の可溶導体１９１ａ，１９１ｂが溶融した場合にも、絶縁層１９２によって発熱体引出電極１６を伝って溶融導体が結合することが防止される。したがって、保護素子１９０は、可溶導体１９１全体の体積を増加させて定格を向上させた場合にも、溶融導体が発熱体引出電極１６を伝って一方に引き寄せられ、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６の各間に亘って凝集し、溶断できない事態を防止でき、確実に溶断することができる。
【０１２９】
なお、保護素子１９０は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）の可溶導体接続部周辺にも絶縁層１９２を設けてもよい。これにより、保護素子１９０は、溶融導体が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）を伝って一方に引き寄せられ、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６の各間に亘って凝集し、溶断できない事態を防止できる。
【０１３０】
なお、可溶導体１９１においても、低融点金属層と高融点金属層とが積層された構造を有する場合、低融点金属を構成する金属としてハンダを用いるとともに、高融点金属層の表面にＡｕ又はＡｕを主成分とする皮膜を形成してもよい。これにより、可溶導体１９１は、低融点金属を構成するハンダの濡れ性をさらに向上させ、浸食作用を促進させることができる。
【０１３１】
さらに、保護素子１９０は、図２２に示すように、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）の長手方向に亘って、絶縁層１９５を形成してもよい。絶縁層１９５は、溶融導体が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）を超えて外部電極に凝集することを防止するものであり、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）の可溶導体１９１の接続領域の外側に形成されている。絶縁層１９５を設けることにより、図２３に示すように、保護素子１９０は、溶融導体が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）上に凝集し、外部電極まで流れることがない。
【０１３２】
［変形例１４］
図２４は、複数の可溶導体を用いた保護素子の変形例である。
【０１３３】
図２４に示す保護素子２００は、上記保護素子１９０と同様に、大電流用途において、保護素子２００の定格を上げるために、可溶導体２０１を大型化したものである。
【０１３４】
保護素子２００においては、複数の可溶導体に分割すると共に、発熱体引出電極１６上の可溶導体接続部１６ａの周辺を、該可溶導体接続部１６ａよりも細く形成された幅狭部２０２を有する。例えば、保護素子２００は、図２４に示すように、第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂを設け、全体としての定格を向上させている。第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂは、電極１２（Ａ１）から発熱体引出電極１６を経て電極１２（Ａ２）に亘って、ハンダ等の低融点金属２０３によって接続されている。また、第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂは、所定の距離離間して配設されている。
【０１３５】
なお、第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂは、内層を構成する低融点金属層が外層を構成する高融点金属層によって被覆された積層構造をなし、図２４に示すように、低融点金属２０３を介して、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上に接続されている。また、第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂ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、下層を構成する低融点金属層を介して電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上に接続してもよい。また、第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂは、高融点金属層のみの単層構造とし、低融点金属を介して電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６上に接続してもよい。また、第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂは、外層を構成する高融点金属層に開口部を設け、内層を構成する低融点金属層を外方に臨ませる構成としてもよい。
【０１３６】
また、保護素子２００は、発熱体引出電極１６上の第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂ間の領域に、可溶導体接続部１６ａよりも細い幅狭部２０２が形成されている。幅狭部２０２は、溶融した第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂ同士が結合することによる溶融導体の体積の増大を防止するものであり、発熱体引出電極１６を所定パターンに印刷、焼成することにより形成される。また、幅狭部２０２は、発熱体引出電極１６上に絶縁層を設けることにより形成してもよい。
【０１３７】
なお、可溶導体２０１は、表面上に、フラックス（図示せず）が塗布されている。また、保護素子２００は、可溶導体１３に代えて複数の可溶導体２０１を用いた点、及び発熱体引出電極１６の可溶導体接続部１６ａの周辺に幅狭部２０２を形成した点を除いて、上述した保護素子１０と同じ構成を有する。また、可溶導体２０１は、高融点金属層として、上述した高融点金属層１３ａと同様の材料を用いて形成することができ、低融点金属層として、上述した低融点金属層１３ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【０１３８】
図２５に示すように、保護素子２００は、第１、第２の可溶導体２０１ａ，２０１ｂが溶融した場合にも、幅狭部２０２へは流入せず幅広の可溶導体接続部１６ａへ凝集し、発熱体引出電極１６を伝って溶融導体が結合することが防止される。したがって、保護素子２００は、可溶導体２０１全体の体積を増加させて定格を向上させた場合にも、溶融導体が発熱体引出電極１６を伝って一方に引き寄せられ、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６の各間に亘って凝集し、溶断できない事態を防止でき、確実に溶断することができる。
【０１３９】
なお、保護素子２００は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）の可溶導体接続部周辺にも幅狭部２０２を設けてもよい。これにより、保護素子２００は、溶融導体が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）を伝って一方に引き寄せられ、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及び発熱体引出電極１６の各間に亘って凝集し、溶断できない事態を防止できる。
【０１４０】
なお、可溶導体２０１においても、低融点金属層と高融点金属層とが積層された構造を有する場合、低融点金属を構成する金属としてハンダを用いるとともに、高融点金属層の表面にＡｕ又はＡｕを主成分とする皮膜を形成してもよい。これにより、可溶導体２０１は、低融点金属を構成するハンダの濡れ性をさらに向上させ、浸食作用を促進させることができる。
【０１４１】
さらに、保護素子２００においても、図２４に示すように、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）の長手方向に亘って、絶縁層２０５を形成してもよい。絶縁層２０５は、溶融導体が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）を超えて外部電極に凝集することを防止するものであり、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）の可溶導体２０１の接続領域の外側に形成されている。絶縁層２０５を設けることにより、図２５に示すように、保護素子２００は、溶融導体が電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）上に凝集し、外部電極まで流れることがない。
【符号の説明】
【０１４２】
１０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００  保護素子、１１、４１  絶縁基板、１２（Ａ１）、１２（Ａ２）、４２  電極、１３  可溶導体、１３ａ、４３ａ  高融点金属層、１３ｂ、４３ｂ  低融点金属層、１４、４４  発熱体、１５、４５  絶縁部材、１６  発熱体引出電極、１７、４７  フラックス、１８（Ｐ１），１８（Ｐ２）、４８  発熱体電極、１９  、９２カバー部材、２０  バッテリパック、２０ａ  正極端子、２０ｂ  負極端子、２１〜２４  バッテリセル、２５  バッテリスタック、２６  検出回路、２７、３１，３２  電流制御素子、３０  充放電制御回路、３３  制御部、３５  充電装置、４１ａ  ガラス層、５１  溜まり部、５２  Ｎｉ／Ａｕメッキ層、６１  開口
【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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