CN102217021A - 保护元件 - Google Patents

Abstract

一种保护元件，能够将可熔性导体上的助熔剂稳定地保持于所定位置，且可确认助熔剂的保持状态，在异常时能够使可熔性导体迅速地熔断。该保护元件具有：可熔性导体13，其配置于绝缘性的基座基板11上且连接于保护对象设备的电力供应线路，并通过所定的异常电力而熔断；助熔剂19，其涂布于可熔性导体13表面；以及绝缘盖14，其用以覆盖可熔性导体13且安装于基座基板11。绝缘盖14具有由对向于可熔性导体13的透孔所构成的开口部20。助熔剂19接触于开口部20的周缘部，以将助熔剂19保持于可熔性导体13上的所定位置。

Description

保护元件

技术领域

本发明涉及一种保护元件，用以在对电子设备等施加过大电流或电压的情况下，通过该热量使可熔性导体熔断，以阻断电流。

背景技术

以往，装载于二次电池装置等中的保护元件，不仅使用具有过电流防止功能的保护元件，也使用具有过电压防止功能的保护元件。该保护元件以方式形成：在基板上积层发热体与由低熔点金属体构成的可熔性导体，通过过电流使可熔性导体熔断，且在产生过电压时也可对保护元件内的发热体通电，通过发热体的热量而使可熔性导体熔断。可熔性导体的熔断是由于在作为属低熔点金属的可熔性导体熔融时，对所连接的电极表面的良好湿润性而产生。熔融后的低熔点金属被吸引至电极上，其结果便使可熔性导体被截断而阻断电流。

另一方面，随着近年来可携式设备等的电子设备的小型化，对此种保护元件也要求小型化/薄型化，且要求动作的稳定性与高速化，作为其办法，有一种将低熔点金属体的可熔性导体配置于绝缘基板上，同时以绝缘盖将其密封，并在可熔性导体上涂布助熔剂来构成的办法。该助熔剂设置为，实现可熔性导体表面的抗氧化的同时，在可熔性导体加热时迅速稳定地使可熔性导体熔断。

作为这样的保护元件，有如图9所示的构造的产品。该保护元件在基座基板1上设有一对电极2，在与电极2垂直相交的另一侧对向缘部，也设有图中未显示的一对电极。在图中未显示的电极间设有由电阻构成的发热体5，并通过绝缘层6设有连接于图中未显示的电极的一侧的导体层7。在该保护元件中，在形成于基座基板1两端上的一对电极2间，设有由低熔点金属箔构成的可熔性导体3。可熔性导体3的中央部连接于导体层7。并且，与基座基板1上的可熔性导体3相面对，设有绝缘盖4。安装于基座基板1上的绝缘盖4相对于可熔性导体3覆盖，从而形成所定空间8。在可熔性导体3上涂布有助熔剂9，助熔剂9则收容于绝缘盖4内的空间8内。

另外，作为以绝缘盖来密封可熔性导体的保护元件，也有一种专利文献1所公开的构造的产品。该保护元件由于因薄型化导致在可熔性导体熔断时，熔融金属聚集于电极上的空间较为狭窄，因此为了确实地将熔融金属拉往各电极部分，在与绝缘盖内面的各电极相面对的部位设置对熔融金属湿润性良好的金属图案，以使熔融金属迅速地拉往各电极形成部。

此外，如专利文献2所公开的那样，为了防止动作温度的偏差，已提出一种将助熔剂涂布于可熔合金片上，且在连接有可熔合金的电极周围设置槽或玻璃带体，以防止熔融合金的湿润扩展的方案。

专利文献1：日本特开2004-265617号公报

专利文献2：日本特开2007-294117号公报

在上述图9所示的产品或专利文献1、专利文献2所公开的保护元件中，助熔剂用于可熔性导体的抗氧化、以及用于在异常电流/电压下熔断的活性剂，助熔剂的保留状态对动作速度会造成影响。特别是，为了减轻环境负担而使用不含溴(Br)等卤素成分的无卤素助熔剂时，此种助熔剂的活性度较低，助熔剂的状态对可熔性导体的熔断速度会大幅造成影响。

即，如图10所示，在绝缘盖4中，可熔性导体3上的助熔剂9会出现无法稳定保持于空间8的中央部而偏向左右的其中一侧的情形。此种情况下，可熔性导体3的熔融金属便易于流入保持有助熔剂9的部位，在助熔剂9不足的部位呈现可熔性导体3不易熔融的现象，而产生至确实熔断为止的时间会变长的问题。

再者，如专利文献1所述的发明那样，将金属图案形成于绝缘盖上的构造、或如专利文献2所述的发明那样，将槽或带体设置于电极周边的构造中，并无法预先稳定地留住可熔性导体上的助熔剂。而且，在专利文献1所公开的构造的将金属图案形成于绝缘盖的方法中，必须在成型绝缘盖后印刷金属图案，而会使材料成本变高。同样地，在专利文献2所公开的构造中，也必须将用以防止熔融合金湿润扩展的槽或玻璃带体设置于连接有可熔合金的电极的周围，因而耗费成本。另外，专利文献1的构造中，在绝缘盖侧引起热变形等时，也因与绝缘盖的距离接近，而会有造成电极与绝缘盖的金属图案短路的危险。

此外，如上述那样将助熔剂9的位置预先稳定地留住于中央部虽然重要，但在覆盖绝缘盖4之后便无从了解内部的状态，而也有希望能确认助熔剂9是否留在中央部或助熔剂本身是否已被涂布的要求。

发明内容

本发明鉴于上述背景技术而完成，目的在于提供一种保护元件，其能够将可熔性导体上的助熔剂稳定地保持于所定位置，且可确认助熔剂的保持状态，在异常时可熔性导体能够迅速熔断。

本发明提供一种保护元件，其具有：可熔性导体，该可熔性导体配置于绝缘性的基座基板上且连接于保护对象设备的电力供应线路，并通过所定的异常电力熔断；绝缘盖，该绝缘盖隔着所定空间覆盖所述可熔性导体且安装于所述基座基板；以及助熔剂，该助熔剂涂布于所述可熔性导体表面且位于所述空间内，在所述异常电力供应至所述保护对象设备时，所述可熔性导体即熔断以阻断该电流线路，其中，在所述绝缘盖上，对向于所述可熔性导体形成有由透孔所构成的开口部，且所述助熔剂接触于该开口部的周缘部，而在所述可熔性导体上能够将所述助熔剂保持于所述空间内的所定位置。

所述开口部形成于所述绝缘盖的中央部，且由与所述可熔性导体中央部相面对的大口径的开口部所构成。并且，所述开口部优选以透明的膜来覆盖。

另外，所述开口部优选在所述绝缘盖上形成有多个。再者，多个所述开口部也最好以透明的膜来覆盖。

根据本发明的保护元件，由于在绝缘盖上设置了开口部，因此可使助熔剂确实稳定地保持于开口部的周缘部。由此，尤其在使用活性度较低的助熔剂(无卤素的助熔剂等)时，可防止因助熔剂涂布后的保持状态的偏移所造成的活性度的偏移，在可熔性导体的熔断动作，尤其在低电力的发热动作特性方面，可极度缩小动作的偏差。而且，通过使用无卤素的助熔剂而可提供环境负担较小的保护元件。另外，通过将开口部设置于绝缘盖，即可通过目视来检查内部的助熔剂的状态。

附图说明

图1为本发明的第一实施形态的保护元件卸除了绝缘盖的状态的俯视图。

图2为安装有绝缘盖的状态的图1的A-A截面图。

图3为本实施形态的绝缘盖的俯视图。

图4为表示本发明的第一实施形态的保护元件的使用例的电路图。

图5为本发明的第二实施形态的纵截面图。

图6为本发明的第二实施形态的绝缘盖的俯视图。

图7为本发明的第三实施形态的纵截面图。

图8为本发明的第三实施形态的变形例的纵截面图。

图9为公知保护元件的纵截面图。

图10为表示公知保护元件的助熔剂的状态的纵截面图。

【主要元件符号说明】

10 保护元件

11 基座基板

12，21 电极

13 可熔性导体

14 绝缘盖

15 发热体

16 绝缘层

18 空间

19 助熔剂

20 开口部

具体实施方式

以下，针对本发明的保护元件的第一实施形态，根据图1～图4加以说明。本实施形态的保护元件10，在绝缘性的基座基板11的上面两端设有一对电极12，在与一对电极12垂直相交的对向缘部也设有另一对电极21。在一对电极21上连接有由电阻构成的发热体15。在发热体15上则隔着绝缘层16积层有连接于一侧电极21的导体层17。此外，在导体层17与一对电极12上涂布有图中未显示的焊糊，通过焊糊连接固定有由低熔点金属构成的熔线的可熔性导体13。再者，在基座基板11上与可熔性导体13相面对而安装有绝缘体的绝缘盖14。

此处，作为基座基板11的材质，只要是具有绝缘性的材料即可，例如优选使用于诸如陶瓷基板、玻璃环氧基板那样的印刷电路基板的绝缘基板。此外，配合相应用途，可使用玻璃基板、树脂基板、绝缘处理金属基板等，但最好是耐热性优异且热传导性良好的陶瓷基板。

作为电极12、21及导体层17，可使用铜等金属箔或表面以Ag-Pt、Au等镀敷的导体材料。另外，涂布Ag糊等导电性糊而烧成的导体层及电极也可，以蒸镀等所形成的金属薄膜结构也可。

作为可熔性导体13的低熔点金属，只要是能以所定电力熔融的材料即可，作为熔线材料可使用公知的各种低熔点金属。例如，BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、及PbAgSn合金等。

形成发热体15的电阻，其为涂布例如由氧化钌、碳黑等导电材料与玻璃等无机系黏结剂、或热固性树脂等有机系黏结剂所构成的电阻糊后再加以烧成的制品。另外，也可为印刷氧化钌、碳黑等的薄膜后再予以烘烤的制品、或通过镀敷、蒸镀、溅镀形成的制品、也可为将这些电阻材料的膜予以贴附、积层等而形成的制品。

安装于基座基板11的绝缘盖14，其一侧面部形成为开口的箱状，对可熔性导体13形成所定空间18，并覆盖于基座基板11。绝缘盖14上，在与可熔性导体13的中央部相面对的位置，以同心形成有圆形的开口部20。开口部20以对基座基板11的投影位置为围绕发热体15的中心部的方式而形成。

绝缘盖14的材质，只要是具有可耐受可熔性导体13熔断时的热量的耐热性、及具有作为保护元件10的机械强度的绝缘材料即可。例如可以为用于诸如玻璃、陶瓷、塑料、玻璃环氧树脂那样的印刷电路基板的基板材料等各种材料。再者，也可以是使用金属板并将绝缘性树脂等绝缘层形成于与基座基板11的对向面的制品。较佳为，若是如陶瓷那样的机械强度及绝缘性较高的材料，则有助于保护元件整体的薄型化，故较佳。

在可熔性导体13的表面整面上，设有助熔剂19，以防止其表面的氧化。助熔剂19较佳为不含溴等卤素元素的无卤素的助熔剂。助熔剂19在可熔性导体13上，通过表面张力保持并收容于空间18内，且如图2所示，附着在形成于绝缘盖14的开口部20的周缘部及内面14a，通过其湿润性及表面张力而更稳定地保持。由此，助熔剂19在可熔性导体13的中央部，不会产生位置偏移而被稳定地保持。此外，助熔剂19中的溶剂从开口部20挥发，如虚线所示的那样，助熔剂19的表面形成为圆弧状的凹状。

其次，作为将本实施形态的保护元件10使用于电子设备的例，对二次电池装置的过电流/过电压保护电路26，根据图4加以说明。该过电流/过电压保护电路26中，保护元件10的一对电极12串联于输出端子A1与输入端子B1之间，保护元件10的一对电极12的一侧的端子连接于输入端子B1，另一侧的电极12则连接于输出端子A1。此外，可熔性导体13的中点连接于发热体15的一端，电极21的一侧的端子则连接于发热体15的另一侧的端子。发热体15的另一侧的端子连接于晶体管Tr的集电极，晶体管Tr的发射极则连接于另一侧的输入端子A2与输出端子B2之间。再者，在晶体管Tr的基极上，通过电阻R连接齐纳二极管ZD的阳极，齐纳二极管ZD的阴极则连接于输出端子A1。电阻R被设定为如下所述的值，当输出端子A1、A2之间施加有被设定为异常的所定电压时，对齐纳二极管ZD施加击穿电压以上的电压。

在输出端子A1、A2之间，连接有例如锂离子电池等被保护装置的二次电池23的电极端子，在输入端子B1、B2上连接有连接于二次电池23使用的图中未显示的充电器等装置的电极端子。

其次，对本实施形态的保护元件10的保护动作加以说明。安装有本实施形态的过电流/过电压保护电路26的锂离子电池等二次电池装置中，在其充电时，若异常的电压施加于输出端子A1、A2，则击穿电压以上的反向电压即以设定为异常的所定电压施加于齐纳二极管ZD，而使齐纳二极管ZD导通。因齐纳二极管ZD的导通，基极电流ib即流至晶体管Tr的基极，由此晶体管Tr便开启(on)，集电极电流ic即流至发热体15，而使发热体15发热。该热量传导至发热体15上的低熔点金属的可熔性导体13，而使可熔性导体13熔断，输入端子B1与输出端子A1间的导通便被阻断，以防止过电压施加于输出端子A1、A2。

此时，助熔剂19保持于可熔性导体13的中央部，在所定熔断位置迅速且确实地熔断。另外，在异常电流朝向输出端子A1流动时，也设定成使可熔性导体13通过该电流发热而熔断。

根据本实施形态的保护元件10，在绝缘盖14上设有开口部20，通过开口部20可确认助熔剂19是否确实地留在中央部。再者，助熔剂19保持于开口部20的周缘部，而可使助熔剂19稳定地保持于可熔性导体13中央部的一定位置。由此，尤其即使在使用了活性度较低的无卤素助熔剂等助熔剂19的情况下，也可防止因助熔剂19涂布状态的偏移或偏差所造成的助熔剂作用的不稳定，而使可熔性导体13确实地熔断。

其次，对本发明的保护元件的第二实施形态，根据图5、图6加以说明。此处，与上述实施形态同样的部件赋予同一符号并省略其说明。本实施形态的保护元件10在绝缘盖14上形成有多个小透孔的开口部22。此外，助熔剂19中的溶剂从开口部22挥发，如虚线所示的那样，助熔剂19的表面依各开口部22形成为圆弧状的凹状。

此外，开口部22也可形成在形成于绝缘盖14中央部的第一实施形态的大口径的开口部20的周围。

根据本实施形态的保护元件10，与上述实施形态同样地，助熔剂19也可确实地保持于所定的位置，可熔性导体13的熔断动作确实。再者，可通过开口部22以肉眼来辨识助熔剂19的保持状态，而可使产品检查更容易且确实。

其次，对本发明的保护元件的第三实施形态，根据图7加以说明。此处，与上述实施形态同样的部件赋予同一符号并省略其说明。本发明的实施形态的绝缘盖14，与上述实施形态同样地，在绝缘盖14上形成开口部20，且在该绝缘盖14的表面黏贴透明的膜24。另外，如图8所示的那样，也可形成由多个透孔所构成的开口部22，且在该绝缘盖14表面黏贴透明的膜24。

根据这些实施形态的保护元件10，除了与上述实施形态同样的效果以外，也可以肉眼来辨识助熔剂19的保持状态，且通过膜24使灰尘等无法从开口部20、22附着于助熔剂19或渗入内部。

此外，本发明的保护元件并非限定于上述实施形态，只要在绝缘盖上具有透孔的开口部即可，并不局限其形状或数目。另外，不局限助熔剂或绝缘盖的材料，而可适当选择适宜的材料。

Claims (5)

1.一种保护元件，其具有：

可熔性导体，配置于绝缘性的基座基板上且连接于保护对象设备的电力供应线路，通过所定的异常电力熔断；

绝缘盖，隔着所定空间覆盖所述可熔性导体且安装于所述基座基板；以及

助熔剂，涂布于所述可熔性导体表面且位于所述空间内，

在所述异常电力供应至所述保护对象设备时，所述可熔性导体熔断以阻断该电流线路，

其特征在于，在所述绝缘盖上，对向于所述可熔性导体形成有由透孔所构成的开口部，且所述助熔剂接触于该开口部的周缘部，而在所述可熔性导体上能够将所述助熔剂保持于所述空间内的所定位置。

2.如权利要求1所述的保护元件，其中所述开口部形成于所述绝缘盖的中央部，且由与所述可熔性导体中央部相面对的大口径的开口部所构成。

3.如权利要求2所述的保护元件，其中所述开口部以透明的膜来覆盖。

4.如权利要求1所述的保护元件，其中所述开口部与所述可熔性导体中央部相面对，且在所述绝缘盖上形成有多个。

5.如权利要求4所述的保护元件，其中多个所述开口部以透明的膜来覆盖。

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