(57)【要約】【課題】  熱処理工程では内部空気の膨張による電子素子の損傷を抑えるとともに、実装後にはアウトガスの侵入を防ぎ電子素子の劣化を防止する。【解決手段】  保護素子１０は、絶縁基板１１と、少なくとも絶縁基板１１の一方の面に配設された電極１２と、電極１２上に配設された可溶導体１３と、内部空間を有するとともに上面に通気口１９ａを有し可溶導体１３を覆うカバー部材１９とを備える。特に、保護素子１０は、カバー部材１９の上面に通気口１９ａを覆うように配設された応力緩和部材２１を備えている。【選択図】図１
2016031863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
少なくとも前記基板の一方の面に配設された電極と、
前記電極上に配設された電子素子と、
内部空間を有するとともに上面に通気口を有し、前記電子素子を覆う外装体とを備える電子部品。
【請求項２】
更に、前記通気口に配設された応力緩和部材を備える請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
前記応力緩和部材は、前記通気口を塞ぐように配設された弾性変形部材である請求項２に記載の電子部品。
【請求項４】
前記応力緩和部材は、前記通気口を塞ぐように配設された圧力調整弁である請求項２に記載の電子部品。
【請求項５】
前記外装体は、前記通気口を複数有する請求項１乃至４の何れか１項に記載の電子部品。
【請求項６】
前記外装体は、前記電子素子の直上を避ける位置に前記通気口が設けられる請求項１乃至５の何れか１項に記載の電子部品。
【請求項７】
前記電子素子は、導通電流により溶断する保護素子である請求項１乃至６の何れか１項に記載の電子部品。
【請求項８】
更に、発熱素子を備え、前記発熱素子への通電電流により前記保護素子を加熱することで溶断する請求項７記載の電子部品。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の電子部品を実装した回路基板。
【請求項１０】
更に、前記回路基板上において、前記電子部品を封止する封止部材を備える請求項９に記載の回路基板。
【請求項１１】
基板と、
少なくとも前記基板の一方の面に配設された電極と、
前記電極上に配設された電子素子と、
内部空間を有するとともに上面に通気口を有し、前記電子素子を覆う外装体と、
前記通気口に配設された応力緩和部材と、
を備える電子部品を、回路基板上に封止部材により封止する電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部空間を有する電子部品、この電子部品を実装した回路基板、およびこの電子部品を実装する方法に関する。
【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素子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】
保護素子は、内部にヒューズエレメントと加熱素子を備え、加熱によってヒューズエレメントが溶断し、また自己発熱によってもヒューズエレメントは溶断するため、溶断したヒューズエレメントが飛散しないように外装部品であるカバーで封止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０６２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年のリチウムイオン二次電池の高容量化、高出力化に伴い、リチウムイオン二次電池向けの保護回路の保護素子についても、定格の向上が求められている。また、電子機器の小型化、薄型化に伴い、保護素子としても更なる小型化、薄型化が求められている。
【０００７】
しかしながら、保護素子は、実装基板等に実装する際にリフロー工程等の熱処理工程を用いることがあり、カバー内部の空気が膨張し、カバーや内部のヒューズエレメントを破壊する恐れがある。これは、保護素子の小型化、薄型化が進むにつれカバー等の強度を強く設計することが困難となるため、カバー内部の空気圧の上昇に耐えることができないといった課題を発生させることとなる。
【０００８】
そこで、上述のような保護素子等、カバー内部に空間を有する電子部品は、実装時の熱処理工程において、内部の空気が膨張し、カバーを損傷したり、内部の保護素子を損傷する恐れがある。このため、内部の空気を逃すために通気口を設けることが考えられ、カバーの側面に切り欠き部を設け、通気口とすることも検討されている。
【０００９】
しかしながら、カバー側面に設けた切り欠き部を設けた場合でも、内部の空気の膨張による損傷は避けられるものの、電子部品内部の素子がアウトガスにさらされ、素子の劣化を加速させてしまう恐れがある。例えば、周辺環境が汚染されている場合の環境ガスや、周辺部品から放出されたガスの影響により、素子の酸化、硫化が促進され、素子を劣化させ製品寿命を短くしてしまうおそれがある。
【００１０】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、カバー内部に空間を有する電子部品において、内部空気の膨張による電子部品の損傷を防止するとともに、外部空気の流入による部品の劣化を低減することができる電子部品、この電子部品を実装した回路基板、及び電子部品の実装方法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】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明に係る電子部品は、基板と、少なくとも基板の一方の面に配設された電極と、電極上に配設された電子素子と、内部空間を有するとともに上面に通気口を有し、電子素子を覆う外装体とを備えるものである。
【００１２】
また、本発明に係る回路基板は、基板と、少なくとも基板の一方の面に配設された電極と、電極上に配設された電子素子と、内部空間を有するとともに上面に通気口を有し、電子素子を覆う外装体と、を備える電子部品を実装した回路基板である。
【００１３】
また、本発明に係る電子部品の実装方法は、基板と、少なくとも基板の一方の面に配設された電極と、電極上に配設された電子素子と、内部空間を有するとともに上面に通気口を有し、電子素子を覆う外装体と、通気口に配設された応力緩和部材と、を備える電子部品を、回路基板上に封止部材により封止するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、カバー内部に空間を有する電子部品において、内部空気を外部に放出可能等として内部の電子素子の損傷を防止するとともに、実装後は外部空気の流入を防止して内部素子の劣化を低減することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、電子部品を説明する断面図である。
【図２】図２は、電子部品を説明する平面図である。
【図３】図３は、電子部品の通気口を真円以外にした場合を説明する平面図である。
【図４】図４は、電子部品の通気口にシート状の応力緩和部材を設けた状態を説明する断面図である。
【図５】図５は、電子部品の通気口にシート状の応力緩和部材を設けた状態を説明する平面図である。
【図６】図６は、電子部品の通気口にシート状で小径の応力緩和部材を設けた状態を説明する断面図である。
【図７】図７は、電子部品の通気口にシート状で小径の応力緩和部材を設けた状態を説明する平面図である。
【図８】図８は、電子部品の通気口に栓状で小径の応力緩和部材を設けた状態を説明する断面図である。
【図９】図９は、電子部品の通気口に栓状で小径の応力緩和部材を設けた状態を説明する平面図である。
【図１０】図１０は、電子部品の通気口に逆止弁を設けた状態を説明する断面図である。
【図１１】図１１は、電子部品の通気口に逆止弁を設けた状態を説明する平面図である。
【図１２】図１２は、電子部品の通気口を複数個設けた状態を説明する断面図である。
【図１３】図１３は、電子部品の通気口を複数個設けた状態を説明する平面図である。
【図１４】図１４は、電子部品の通気口を複数個設け、通気口にシート状の応力緩和部材を設けた状態を説明する断面図である。
【図１５】図１５は、電子部品の通気口を複数個設け、通気口にシート状の応力緩和部材を設けた状態を説明する平面図である。
【図１６】図１６は、電子部品を実装した状態を説明する断面図である。
【図１７】図１７は、バッテリパックの回路構成を示す回路図である。
【図１８】図１８は、本発明が適用された保護素子の等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明が適用された電子部品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。
【００１７】
［実施の形態１］
［電子部品の構成］
本実施例においては、電子部品として保護素子に適用して説明するが、同様の課題を有する他の電子部品に対しても適宜適用することができる。図１及び図２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に覆われた発熱抵抗体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上に発熱抵抗体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、可溶導体１３上に設けられ、可溶導体１３に発生する酸化膜を除去するとともに可溶導体１３の濡れ性を向上させる複数のフラックス１７と、可溶導体１３を覆う外装体となるカバー部材１９とを備える。なお、図１においては、実装基板２０が図示されているが、保護素子１０を実装基板２０に実装する実装方法については詳細を後述する。また、図２においては、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６について勘弁のため図示を省略するが、上面からの透し図面にはこれら絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６があるものとする。
【００１８】
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を用いて略方形状に形成されている。絶縁基板１１は、その他にも、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、可溶導体１３の溶断時の温度に留意する必要がある。
【００１９】
発熱抵抗体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】
発熱抵抗体１４を覆うように絶縁部材１５が配置され、この絶縁部材１５を介して発熱抵抗体１４に対向するように発熱体引出電極１６が配置される。発熱抵抗体１４の熱を効率良く可溶導体１３に伝えるために、発熱抵抗体１４と絶縁基板１１の間に絶縁部材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。
【００２１】
発熱体引出電極１６は、発熱抵抗体１４の一端と連続されるとともに、一端が発熱体電極１８（Ｐ１）に接続され、他端が発熱抵抗体１４を介して他方の発熱体電極１８（Ｐ２）に接続されている。
【００２２】
可溶導体１３は、発熱抵抗体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。また、可溶導体１３は、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ等の合金を用いてもよく、あるいは低融点金属と、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金等の高融点金属との積層体であってもよい。
【００２３】
なお、可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）へ、ハンダ等により接続されている。
【００２４】
また、保護素子１０は、内部を保護するために、絶縁基板１１上にカバー部材１９が設けられている。カバー部材１９は、内部空間を有するとともに保護素子１０の外部と内部とを連通する通気口１９ａを有している。なお、通気口１９ａによって保護素子１０を実装する際に熱処理工程を経ても内部の膨張した空気が適切に外部へ放出することができる。また、保護素子１０を実装した後に樹脂による封止工程を行えば、外部のアウトガスが保護素子１０内に侵入することを防止することができる。封止工程については、詳細を後述する。
【００２５】
保護素子１０は、可溶導体１３が、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６を介して、発熱抵抗体１４と重畳した位置に設けられることにより、発熱抵抗体１４が発した熱を効率よく可溶導体１３に伝え、速やかに溶断させることができる。
【００２６】
ここで、保護素子１０は、定格を向上させ、より多くの電流を流すために、可溶導体１３の導体抵抗を下げることが求められる。そのため、保護素子１０は、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間の導電距離の短縮化、及び可溶導体１３と電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）との接続面積の増大が図られ、図２に示すように、可溶導体１３の形状が、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間距離において短く、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）との接続距離において長い、平面視で矩形状をなす。
【００２７】
また、可溶導体１３の矩形化に応じて、発熱抵抗体１４、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６も、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間において短く、電極（Ａ１），１２（Ａ２）の長辺に沿って長い、矩形状をなす。
【００２８】
［フラックスの配置］
可溶導体１３の表面には、フラックス１７が設けられている。フラックス１７は、略楕円形状をなし、張力が全体にわたって均一に作用し左右に偏倚することなくバランスよく保持されている。
【００２９】
フラックス１７は、発熱抵抗体１４に沿って複数設けられている。これにより、保護素子１０は、フラックス１７が矩形状の可溶導体１３表面を広範囲にカバーすることができ、発熱抵抗体１４の発熱により、フラックス１７を可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散させる。したがって、保護素子１０は、可溶導体１３の酸化防止や濡れ性の向上によって、電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間の電流経路を速やかに溶断することができる。
【００３０】
フラックス１７は、例えば、図２に示すように、可溶導体１３表面上において、発熱抵抗体１４と重畳する位置に、発熱抵抗体１４に沿って設けられている。これにより、フラックス１７は、発熱抵抗体１４の熱により可溶導体１３の発熱抵抗体１４との重畳位置から外縁部にかけて拡散し、可溶導体１３の全面にわたって均一に拡散することで、可溶導体１３を速やかに溶断することができる。
【００３１】
このとき、図１に示すように、少なくとも一つのフラックス１７は、発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上に配置されていることが好ましい。発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａは、絶縁基板１１上に設けられた矩形状の発熱抵抗体１４の中央部をいう。発熱抵抗体１４は、外部と接する外縁部から熱が逃げていくことから、外縁部から離れている発熱中心１４ａが最も温度が高く、外縁部に向かって低くなる温度分布を有する。
【００３２】
保護素子１０は、発熱中心１４ａ上にフラックス１７を配置することにより、当該フラックス１７が発熱抵抗体１４の温度分布に対応して、発熱中心１４ａより外縁部に向かって放射状に拡散する。すなわち、発熱中心１４ａにフラックス１７を設けていない場合、最も温度が高い発熱中心１４ａに向かってはフラックス１７は拡散しにくく、発熱中心１４ａ上にフラックス１７が行き渡らない恐れがある。
【００３３】
したがって、保護素子１０は、予めフラックス１７が拡散しにくい発熱抵抗体１４の発熱中心１４ａ上にフラックスを配置することにより、確実にフラックス１７を可溶導体１３の全面に拡散させることができる。
【００３４】
［通気口の形状および配置］
カバー部材１９に設ける通気口１９ａの形状は、図２において、略円形とされているが、図３に示すように、略楕円形としてもよいし、加工の方法によって所望の形状とすることができる。また、カバー部材１９に設ける通気口１９ａの配置は、図２および図３ではカバー部材１９の略中央とされているが、所望の位置に適宜設定することができる。なお、詳細は後述するが、カバー部材１９には、通気口を複数設けるようにしてもよい。
【００３５】
なお、カバー部材１９に設けた通気口の形状や配置は、保護素子１０を実装する際の熱処理工程において、膨張した内部の空気を外部に流出しやすい形状、配置とされていることが好ましい。
【００３６】
［応力緩和部］
保護素子１０は、更に、図４及び図５に示すように、カバー部材１９の上面に応力緩和部材２１を備えてもよい。応力緩和部材２１は、カバー部材１９によって囲まれた保護素子１０内部と、保護素子１０外部を連通する通気口１９ａを塞ぎ、保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、その応力を緩和する部材によって形成されている。
【００３７】
［シート状粘着フィルム（大）］
具体的に、図４に示す応力緩和部材２１は、シート状の粘着フィルムを用いている。すなわち、応力緩和部材２１は、ケース部材１９の上面に張り付けられている。図４において、応力緩和部材２１は、ケース部材１９の上面と同じサイズとしているが、通気口１９ａを塞ぐことができる十分なサイズが好ましく、ケース部材１９の上面よりも小さく、通気口１９ａの開口面積より大きいサイズとされている。
【００３８】
応力緩和部材２１は、粘着フィルムであるため、保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、弾性変形によって、内部の応力を緩和することができる。従って、保護素子１０の内部圧力を上昇させることはない。また、粘着フィルムによりケース部材１９の通気口１９ａを密閉するため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。
【００３９】
また、応力緩和部材２１は、粘着フィルムとした場合、この粘着フィルムの一部が開放するように大きさを調整してもよい。保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、弾性変形によって、内部の応力を緩和しつつ、所定の圧力を超えると、粘着フィルムの一部がカバー部材１９からめくれあがり保護素子１０の外部と連通し、膨張した内部の空気を保護素子１０の外部に放出することができる。従って、保護素子１０の内部圧力を上昇させることはない。また、粘着フィルムは、熱処理工程後ケース部材１９の通気口１９ａを密閉する、すなわち、元の状態に戻るため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。
【００４０】
［シート状粘着フィルム（小）］
応力緩和部材２１は、図６及び図７に示すように、カバー部材１９の上面と比較して狭小のシート状の粘着フィルムとしてもよい。
【００４１】
具体的に、応力緩和部材２１は、カバー部材１９によって囲まれた保護素子１０内部と、保護素子１０外部を連通する通気口１９ａを塞ぐことができればよく、通気口１９ａより大きい面積で、かつ、接着しろが確保できる大きさであればよい。保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、内部圧力が応力緩和部材２１の接着力を超え、粘着フィルムの一部がカバー部材１９からめくれあがり保護素子１０の外部と連通し、膨張した内部の空気を保護素子１０の外部に放出することができる。従って、保護素子１０の内部圧力を上昇させることはない。また、粘着フィルムによりケース部材１９の通気口１９ａを密閉するため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。
【００４２】
［栓状ゴム］
応力緩和部材２１は、図８及び図９に示すように、カバー部材１９の通気口１９ａを塞ぐように設けられた栓状の部材としてもよい。
【００４３】
具体的に、応力緩和部材２１は、カバー部材１９の通気口１９ａを塞ぐように挿入されたゴム等の弾性を有する栓であってもよい。この場合、応力緩和部材２１は、微細な貫通孔２１ａを設けることが好ましい。貫通孔２１ａは、栓を通気口１９ａに装着する際に弾性変形によってつぶされてしまうが、保護素子１０の内部圧力が上昇した場合に、弾性力に抗して、貫通孔を拡径し、膨張した内部の空気を保護素子１０の外部に放出することができる。従って、保護素子１０の内部圧力を上昇させることはない。また、ゴム状栓は、熱処理工程後ケース部材１９の通気口１９ａを密閉する、すなわち、元の状態に戻るため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。
【００４４】
［逆止弁］
応力緩和部材２１は、図１０及び図１１に示すように、カバー部材１９の通気口１９ａを塞ぐように設けられた逆止弁としてもよい。ここで、逆止弁とは、保護素子１０の内部から外部への空気流出を可能とし、外部からの流入を不可とする一方向弁としての機構を有するものである。なお、逆止弁については、各種の汎用技術を用いることができるためその詳細な機構についての説明は省略する。
【００４５】
具体的に、応力緩和部材２１は、カバー部材１９の通気口１９ａを塞ぐように設けられた機械的な逆止弁であってもよい。この場合、応力緩和部材２１は、中心軸２１ｂに沿って通気口１９ａを開閉する動作をすることができる。内圧の上昇によって自動的に空気流路が解放され内部の圧力を外部へ放出することができる。従って、熱処理工程においても保護素子１０の内部圧力を上昇させることはない。また、逆止弁は、熱処理工程後には外部から内部への空気の流入を機械的に止めるため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。
【００４６】
［実施の形態２］
次に、本発明を適用した他の例として、他の電子部品について説明をするが、実施の形態１と同等の部位については同じ符号を付して説明を省略する。図１２及び図１３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に覆われた発熱抵抗体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上に発熱抵抗体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、可溶導体１３上に設けられ、可溶導体１３に発生する酸化膜を除去するとともに可溶導体１３の濡れ性を向上させる複数のフラックス１７と、可溶導体１３を覆う外装体となるカバー部材１９とを備える。なお、図１２においては、実装基板２０が図示されているが、保護素子１０を実装基板２０に実装する実装方法については詳細を後述する。また、図１３においては、絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６について簡便のため図示を省略するが、上面からの透し図面にはこれら絶縁部材１５及び発熱体引出電極１６があるものとする。
【００４７】
また、保護素子１０は、内部を保護するために、絶縁基板１１上にカバー部材１９が設けられている。カバー部材１９は、内部に空間を有し、保護素子１０の外部と内部とを連通する通気口１９ａを複数有している。なお、以下では、通気口については、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄのように符号を付するが説明は省略する。
【００４８】
［通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅの配置］
カバー部材１９に設ける通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅは、図１３に示すように、カバー部材１９の上面の四隅にそれぞれ一つずつ設けられている。また、通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅは、略円形の開口形状を有している。なお、通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅは、略楕円形としてもよいし、加工の方法によって所望の形状とすることができる。
【００４９】
ここで、通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅの開口面積について説明する。上述で説明した通気口１９ａと比較して、カバー部材１９は、上面に複数の通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを有している。従って、保護素子１０の内部圧力が上昇した場合に、内部の空気を保護素子１０の外部へ放出するルートが複数あることとなる。そのため、実施の形態１で説明した一つの通気口１９ａと比較して、複数の通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅに空気流出路が分散することで、内部気圧の調整がしやすくなる。従って、通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅの開口面積は通気口１９ａよりも小さくすることができる。面積比による空気流出量を考えれば、それぞれの通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを同面積とすると、通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅの面積は、通気口１９ａの２５％で足りることとなる。なお、厳密には流体に対する抵抗は管路が小径になればなるほど大きくなるが、本実施の形態では厳密な計算を割愛する。
【００５０】
次に、通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを設ける位置について説明する。通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅは、図１３に示すように、カバー部材１９の上面の四隅にそれぞれ一つずつ設けられているが、この位置に特に限定されるものではない。本実施の形態においては、通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅに対応する保護素子１０内部の構造物を避ける位置、特にカバー部材１９の上面の四隅に配設するようにしている。
【００５１】
具体的には、保護素子１０の内部には、ヒューズエレメントである可溶導体１３や、可溶導体１３上に塗布されたフラックス１７が存在するが、図１３の平面図で見るように、これらを避けるように通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅが設けられている。
【００５２】
このような通気口の配置は、カバー部材１９を加工する際に、構造物の直上に穴あけドリル等により内部構造物を損傷してしまうことを防止する観点で特に好ましい。また、構造物の直上は、例えばフラックス等が存在する場合に通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを塞いでしまうおそれがあるが、本実施の形態では、そのような状態を回避することができるため、適切に内部空気を外部へ放出することが可能となる。
【００５３】
なお、カバー部材１９を形成する際にあらかじめ通気口を複数設けた状態で、射出成型をするようにしてもよい。樹脂部材は射出成型が容易で任意の形状を容易に形成することができる。
【００５４】
［応力緩和部材］
保護素子１０は、更に、図１４及び図１５に示すように、カバー部材１９の上面に応力緩和部材２１を備えてもよい。応力緩和部材２１は、カバー部材１９によって囲まれた保護素子１０内部と、保護素子１０外部を連通する通気口１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを塞ぎ、保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、その応力を緩和する部材によって形成されている。
【００５５】
［シート状粘着フィルム］
具体的に、図１４に示す応力緩和部材２１は、シート状の粘着フィルムを用いている。すなわち、応力緩和部材２１は、ケース部材１９の上面に張り付けられている。図１４において、応力緩和部材２１は、ケース部材１９の上面と同じサイズとしているが、通気口１９ｂ、１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを塞ぐことができる十分なサイズが好ましく、ケース部材１９の上面よりも小さく、通気口１９ｂ、１９ｃ，１９ｄ，１９ｅの開口面積より大きいサイズとされている。
【００５６】
応力緩和部材２１は、粘着フィルムであるため、保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、弾性変形によって、内部の応力を緩和することができる。従って、保護素子１０の内部圧力を上昇させることはない。また、粘着フィルムによりケース部材１９の通気口１９ｂ、１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを密閉するため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。
【００５７】
また、応力緩和部材２１は、粘着フィルムとした場合、この粘着フィルムの一部が開放するように大きさを調整してもよい。保護素子１０内部の空気が熱膨張する際に、弾性変形によって、内部の応力を緩和しつつ、所定の圧力を超えると、粘着フィルムの一部がカバー部材１９からめくれあがり保護素子１０の外部と連通し、膨張した内部の空気を保護素子１０の外部に放出することができる。従って、保護素子１０の内部圧力を上昇させることはない。また、粘着フィルムは、熱処理工程後ケース部材１９の通気口１９ｂ、１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを密閉する、すなわち、元の状態に戻るため、アウトガスにさらされることによる保護素子１０の劣化を抑止することができる。
【００５８】
なお、応力緩和部材２１には、実施の形態１で説明した、各種の技術を用いることができるが具体的な説明は省略する。また、通気口１９ｂ、１９ｃ，１９ｄ，１９ｅについてそれぞれ異なる技術を用いてもよいことは言うまでもない。複数の通気口１９ｂ、１９ｃ，１９ｄ，１９ｅを有する本実施の形態では、１枚の粘着フィルムで全ての通気口を覆うことができる上述の例が、部品点数、加工容易性の観点で最も好ましい。
【００５９】
［実装工程］
上述した保護素子１０は、図示しない半田ペーストを塗布された実装基板２０に実装され、例えばリフロー工程によって、実装基板２０に実装することができる。リフロー工程は加熱を伴う工程であり、上記で説明した通気口によって保護素子１０は内部圧力を外部に放出することができ、保護素子１０の損傷を防止することができる。
【００６０】
また、リフロー工程の後、保護素子１０の上面から樹脂圧入による樹脂封止工程を経て、実装基板２０に実装された回路基板を得ることができる。図１６において、封止部材として封止樹脂２５を図示している。回路基板は、応力緩和部材２１によって保護素子１０内部への封止樹脂２５の流入を防止し、ひいてはアウトガスの流入を防止しつつも、適切に内部空間を保つ構造となっている。
【００６１】
ここで、樹脂封止工程においては、各種の粘度を有する樹脂を用いることができるが、本実施の形態における通気口１９ａ，１９ｂ、１９ｃ，１９ｄ，１９ｅのそれぞれの大きさは、樹脂が入り込まないように径を設計すれば、応力緩和部材２１を設けない場合でもある程度の効果を期待することができる。
【００６２】
ただし、樹脂封止工程がいかなる粘度の樹脂で行うかは、実装を行う者が適宜選択するところであるため、応力緩和部材を設けることが封止樹脂の保護素子１０の内部空間に混入することを防止するうえで好ましい。
【００６３】
上述したように、本発明を適用することにより、内部空間を有するカバー部材１９を備える保護素子１０において、内部空気を外部に放出可能として内部の電子素子の損傷を防止するとともに、実装後は外部空気の流入を防止して電子素子の劣化を低減することができるようになる。
【００６４】
なお、以下では、上述した保護素子１０の使用方法について簡単に説明する。
【００６５】
［保護素子の使用方法］
このような保護素子１０は、図１７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。
【００６６】
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１０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１０の動作を制御する電流制御素子３７とを備える。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
保護素子１０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。
【００７０】
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。
【００７１】
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１０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。
【００７２】
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１０は、図１８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を溶融する発熱抵抗体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、発熱抵抗体１４が電流制御素子３７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。
【００７３】
このような回路構成からなる保護素子１０は、発熱抵抗体１４の発熱により可溶導体１３を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。
【００７４】
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】
【００７５】
１０  保護素子、１１  絶縁基板、１２  電極、１３  可溶導体、１３ａ  溶断部、１４  発熱抵抗体、１５  絶縁部材、１６  発熱体引出電極、１８  発熱体電極、１９  カバー部材、２０  応力緩和部材、２５  封止樹脂、３０  バッテリパック、３１〜３４  バッテリセル、３６  検出回路、３７  電流制御素子、４０  充放電制御回路、４１，４２  電流制御素子、４３  制御部、４５  充電装置
【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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