JP7089012B2 - 保護素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は保護素子に関し、特に低融点合金層を備える保護素子に関する。

通常、充電回路には、過電流や過電圧などの異常状態になったときに充電回路の充電ループを遮断し充電回路を保護する保護素子が設けられている。

「保護素子、この保護素子の製造方法、及び、この保護素子が組み込まれたバッテリモジュール」に関する中国特許第１０３９８８２７７号明細書（特許文献１）には、図３（Ａ）及図３（Ｂ）に示すように、基板１１に発熱体１２を収容するための凹部１１ａを形成し、凹部１１ａを第二基板１３又は印刷された絶縁部材１３ａ１（図９（Ｂ）参照）によって覆うこと、第二基板１３に発熱体電極１５と、二つの電極１４ａ、１４ｂと、接続端子１５２とを形成し、発熱体電極１５及び二つの電極１４ａ、１４ｂ上に低融点合金１６を設置することによって製造される保護素子が開示されている。当該保護素子において、発熱体電極１５は第二基板１３を貫通するスルーホール１５１を介して発熱体１２と電気的に接続し、発熱体電極１５は、接続端子１５２と電気的に接続する。当該保護素子が実装された充電回路に過電流が発生した場合、比較的大きい電流は、二つの電極１４ａ、１４ｂを介して低融点合金に流れるだけでなく、スルーホール１５１及び接続端子１５２を介して発熱体１２にも流れる。発熱体１２が発する熱によって低融点合金１６がより早く溶断されるため、二つの電極１４ａ、１４ｂの接続を遮断し充電回路を確実に保護することができる。

中国特許第１０３９８８２７７号明細書

しかしながら、特許文献１における保護素子は、特に、発熱体の設置にあたり、基板に凹部を予め形成し、その後第二基板又は絶縁部材を覆う必要があるという点において、製造工程が複雑であるという問題があった。

本発明の主な目的は、製造工程が複雑であるという従来の保護素子の問題を解決する保護素子及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る保護素子の特徴は、
単一の電気絶縁材料からなり、第一表面と第二表面とを有する本体と、
前記本体の第一表面に形成される内側接続層と、
前記本体の第一表面に形成され、且つ前記内側接続層と電気的に接続する低融点合金層と、
単一の電気絶縁材料からなる前記本体によって覆われるように前記本体内に埋設され、且つ前記低融点合金層と電気的に接続する発熱層と、
前記本体の第二表面に形成され、且つ前記低融点合金層及び前記発熱層と電気的に接続する外側接続層と、を備える点にある。

本発明に係る保護素子によれば、発熱層は本体内に埋設されるため、凹部又は絶縁層を別途設ける必要がなく、従来技術と比べて製造工程を減らし製造に要する時間を短縮させることができる。さらに、発熱層が発する熱を保護素子内に蓄積し、この熱によって低融点合金層を溶断させることができる。

上記目的を達成するための本発明に係る保護素子の製造方法の特徴は、
第一基板及び第二基板を提供するステップ（ａ）であって、前記第一基板の第一表面は複数の第一素子エリアを有し、前記第二基板の第三表面は複数の第二素子エリアを有し、前記第一素子エリアの各々と、前記第二素子エリアの各々とが対応する、ステップ（ａ）と、
前記第一素子エリアの各々に外側接続層を形成し、前記第二素子エリアの各々に内側接続層を形成し、且つ前記第一基板と前記第二基板との間に、各々が前記第一素子エリア及び前記第二素子エリアと対応する複数の発熱層を形成するステップ（ｂ）と、
前記第二基板の第四表面を前記第一基板の第二表面に重ね合わせるステップ（ｃ）と、
前記第一基板及び第二基板を焼結して単一の電気絶縁材料からなる本体を構成し、これにより、前記本体によって覆われるように前記発熱層を前記本体内に埋設するステップ（ｄ）と、
前記各第二素子エリアの内側接続層に低融点合金層を重ね合わせ、各前記低融点合金層を前記内側接続層を介して対応の前記発熱層及び対応の前記外側接続層と電気的に接続させるステップ（ｅ）と、
前記第二素子エリア同士の境界に沿ってカット加工を行い、複数の保護素子を形成するステップ（ｆ）と、を含む点にある。

本発明に係る保護素子の製造方法によれば、第一基板に複数の外側接続層を、第二基板に複数の内側接続層を、且つ第一基板と第二基板との間に複数の発熱層を同時に形成することができる。また、焼結によって発熱層を本体内に埋設することができるため、第一基板上に凹部を別途形成する必要がない。そのため、製造工程が複雑でなく製造に要する時間を短縮させることができ、製造工程が複雑であるという従来の問題を解決することができる。

本発明に係る保護素子の第一実施形態を示す斜視図である。 図１ＡにおけるＡ－Ａ断面線に沿った断面図である。 図１ＡにおけるＢ－Ｂ断面線に沿った断面図である。 本発明に係る保護素子の第二実施形態を示す断面図である。 本発明に係る保護素子の製造方法における一つのステップを示す分解斜視図である。 図２Ａにおける第二素子エリアを上面から見た時の平面図である。 図２Ａにおける第三素子エリアを上面から見た時の平面図である。 図２Ａにおける第一素子エリアを底面から見た時の平面図である。 本発明に係る保護素子の製造方法における他の一つのステップを示す斜視図である。 図３ＡにおけるＡ－Ａ断面線に沿った分解断面図である。 他の実施形態での、図３ＡにおけるＡ－Ａ断面線に沿った分解断面図である。 本発明に係る保護素子の製造方法における更に一つのステップを示す斜視図である。 図４Ａにおける第二素子エリアを上面から見た時の平面図である。 本発明に係る保護素子の製造方法における他の一つのステップでの動作を示す模式図である。

以下、実施形態を用いて図面を参照しながら本発明に係る保護素子及びその製造方法を説明する。

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、第一実施形態の本発明に係る保護素子１は、本体１０、内側接続層１１０、外側接続層１２０、発熱層１３及び低融点合金層２０を備えている。

本体１０は、第一表面１１と、第二表面１２と、複数の第一導電貫通穴１４と、複数の第二導電貫通穴１５と、第一導電穴１６と、第二導電穴１７と、第三導電穴１８とを有する。本実施形態において、それらの第一導電貫通穴１４及び第二導電貫通穴１５は、本体１０を貫通しており、第一表面１１及び第二表面１２に開口している。第一導電穴１６及び第三導電穴１８は、第一表面１１に開口しており、深さが第一導電貫通穴１４及び第二導電貫通穴１５より浅い。第二導電穴１７は、第二表面１２に開口しており、深さが第一導電貫通穴１４及び第二導電貫通穴１５より浅い。第二導電穴１７は、第三導電穴１８と位置合わせされており且つ第三導電穴１８と連通している。本実施形態において、本体１０は単一の電気絶縁材料からなる。好ましくは、該本体１０は低温同時焼成セラミックスからなり、対向する二つの長手側と対向する二つの短手側とを有する直方体に形成されている。

内側接続層１１０は第一表面１１に形成されている。図１Ａ、図１Ｂ及び図２Ｂに示すように、本実施形態において、内側接続層１１０は第三電極１１１、第四電極１１２、第二発熱電極１１３及び導熱電極１１４を有する。本実施形態において、第三電極１１１は、それらの第一導電貫通穴１４と電気的に接続し、第四電極１１２はそれらの第二導電貫通穴１５と電気的に接続している。第三電極１１１及び第四電極１１２は、第一表面１１における対向する二つの長手側に夫々形成されている。第二発熱電極１１３は、第一導電穴１６と電気的に接続し、導熱電極１１４は、第三導電穴１８と電気的に接続している。第二発熱電極１１３及び導熱電極１１４は、第一表面１１における対向する二つの短手側に夫々形成されている。第二発熱電極１１３は、第三電極１１１及び第四電極１１２の間に延出している。本実施形態において、第三電極１１１、第四電極１１２、第二発熱電極１１３及び導熱電極１１４は、低温同時焼成セラミックスの製造プロセスに適合（ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）している金属からなる。

外側接続層１２０は、第二表面１２に形成されている。図１Ａ、図１Ｂ及び図２Ｄに示すように、本実施形態において、外側接続層１２０は第一電極１２１、第二電極１２２及び第一発熱電極１２３を有する。第一電極１２１は、第三電極１１１に対応しており、且つ第一導電貫通穴１４を介して第三電極１１１と電気的に接続している。第二電極１２２は第四電極１１２に対応しており、且つ第二導電貫通穴１５を介して第四電極１１２と電気的に接続している。第一電極１２１及び第二電極１２２は、第二表面１２における対向する二つの長手側に夫々形成されている。図１Ｃに示すように、第一発熱電極１２３は、第二表面１２の一方の短手側に形成されている。第一発熱電極１２３は、導熱電極１１４に対応しており、且つ第二導電穴１７及び第三導電穴１８を介して導熱電極１１４と電気的に接続している。本実施形態において、第一電極１２１、第二電極１２２及び第一発熱電極１２３は、保護素子１の表面実装パッドであり、充電回路へのはんだ付けに使用される。本実施形態において、第一電極１２１、該第二電極１２２及び第一発熱電極１２３は低温同時焼成セラミックスの製造プロセスに適合する金属からなる。

発熱層１３は、本体１０内に埋設されており、発熱層１３の一端部が第一導電穴１６と電気的に接続しており、発熱層１３の他端部が第二導電穴１７及び第三導電穴１８と電気的に接続している。図１Ｃ及び図２Ｃに示すように、本実施形態において、発熱層１３は、発熱体１３１、第一発熱体電極１３２及び第二発熱体電極１３３を有する。本実施形態において、第一発熱体電極１３２は第一発熱電極１２３に対応しており、第二導電穴１７を介して第一発熱電極１２３と電気的に接続している。第二発熱体電極１３３は、第二発熱電極１１３に対応しており、第一導電穴１６を介して第二発熱電極１１３と電気的に接続している。発熱体１３１は、第一発熱体電極１３２と第二発熱体電極１３３との間に形成され、第一発熱体電極１３２及び第二発熱体電極１３３と電気的に接続している。発熱体１３１の一端部１３１ａと第二発熱電極１１３の一端部１１３ａとが互いに対して位置合わせされている。本実施形態において、発熱体１３１は抵抗ペーストからなり、第一発熱体電極１３２及び第二発熱体電極１３３は、低温同時焼成セラミックスの製造プロセスに適合する金属からなる。

図１Ａ、図１Ｂ及び図４Ｂに示すように、低融点合金層２０は、本体１０の第一表面１１における第三電極１１１、第四電極１１２及び第二発熱電極１１３に重ね合わせられ且つこれらと電気的に接続している。これにより、低融点合金層２０は第三電極１１１を介して第一電極１２１と電気的に接続することになり、また、第四電極１１２を介して第二電極１２２と電気的に接続することになる。好ましくは、低融点合金層２０は、第三電極１１１、第四電極１１２及び第二発熱電極１１３にはんだ付けされるが、低融点合金層２０を第三電極１１１、第四電極１１２及び第二発熱電極１１３と電気的に接続させる方法はこれに限られない。好ましくは、低融点合金層２０は、第一合金又は第二合金からなる。第一合金は、錫、鉛、ビスマス、銅及び銀からなるものであり、第二合金は錫、ビスマス、銅及び銀からなるものであるが、合金の組成はこれに限られない。

保護素子１は、第一電極１２１、第二電極１２２及び第一発熱電極１２３を介して充電回路に表面実装されて使用される。充電回路に過電流が発生した場合、低融点合金層２０の温度は、電流が第一電極１２１、第一導電貫通穴１４、第三電極１１１、低融点合金層２０、第四電極１１２、第二導電貫通穴１５及び第二電極１２２を流れることによって上昇する。また、発熱層１３の温度は、電流が低融点合金層２０から第二発熱電極１１３、第一導電穴１６、発熱層１３、第二導電穴１７及び第一発熱電極１２３を通って流れることによっても上昇する。このように、本発明によれば、保護素子１の本体１０内に熱を蓄積することができるため、単に自体が発する熱によって溶断する低融点合金を使用する場合と比べて、低融点合金層２０をより迅速に溶断させることができる。

図１Ｄは、本発明に係る保護素子１ａの第二実施形態を示す図である。第一実施形態と概ね同様の構造を有しているが、第二実施形態の保護素子１ａには放熱層１２０’が更に備えられている。放熱層１２０’は、発熱層１３と外側接続層１２０との間に間隔を置いて位置するように、本体１０内に埋設されて単一の電気絶縁材料からなる本体１０によって覆われている。本実施形態において、放熱層１２０’は、内側接続層１１０、外側接続層１２０及び発熱層１３と電気的に接続されている。放熱層１２０’は、外側接続層１２０と構造が同一であり、第一電極１２１に対応する第一放熱片１２１’と、第二電極１２２に対応する第二放熱片１２２’と、第一発熱電極１２３に対応する第三放熱片１２３’とを有する。第一導電貫通穴１４は、第一放熱片１２１’を通過し、第二導電貫通穴１５は、第二放熱片１２２’を通過し、第二導電穴１７は、第三放熱片１２３’を通過する。したがって、放熱層１２０’は、第一導電貫通穴１４、第二導電貫通穴１５及び第二導電穴１７と第三導電穴１８を介して、内側接続層１１０、外側接続層１２０及び発熱層１３と電気的に接続される。なお、放熱層１２０’は一層に限らず、放熱上の必要に応じて複数層の放熱層１２０’を間隔をおいて積層配置してもよい。

本発明に係る保護素子の構造は、以上説明した通りである。以下、保護素子の製造方法を詳細に説明する。

図２Ａ、図３、図４Ａ及び図５に示すように、本発明に係る保護素子の製造方法の第一実施形態は、下記ステップ（ａ）からステップ（ｆ）を含む。

ステップ（ａ）では、第一基板３０及び第二基板４０を提供する。但し、ステップ（ａ）はこれに限られない。本実施形態において、第一基板３０及び第二基板４０は低温同時焼成セラミックスからなる。図２Ａに示すように、第一基板３０の第一表面３１は、複数の第一素子エリア３１１を有し、第二基板４０の第三表面４１は、複数の第二素子エリア４１１を有する。第一素子エリア３１１の各々は、第二素子エリア４１１の各々に対応している。本実施形態では、図２Ｄに示すように、第一基板３０におけるそれらの第一素子エリア３１１に、複数の第一貫通穴１４ａ、１５ａ、１７ａと、複数の第一側壁溝部１９１ａ、１９２ａ、１９３ａとを形成する。また、図２Ｂに示すように、第二基板４０におけるそれらの第二素子エリア４１１に、複数の第二貫通穴１４ｂ、１５ｂ、１８ｂと、一つの第三貫通穴１６ｂと、複数の第二側壁溝部１９１ｂ、１９２ｂ、１９３ｂとを形成する。第一貫通穴１４ａ、第一側壁溝部１９１ａ、第一貫通穴１５ａ、第一側壁溝部１９２ａ、第一貫通穴１７ａ、第一側壁溝部１９３ａ、第二貫通穴１４ｂ、第二側壁溝部１９１ｂ、第二貫通穴１５ｂ、第二側壁溝部１９２ｂ、第二貫通穴１８ｂ、第二側壁溝部１９３ｂ及び第三貫通穴１６ｂ内には導電材料を充填する。本実施形態において、導電材料は低温同時焼成セラミックスの製造プロセスに適合する金属である。好ましくは、第一貫通穴１４ａ、１５ａ、１７ａと、第二貫通穴１４ｂ、１５ｂ、１８ｂと、第三貫通穴１６ｂとは、レーザ穴あけ加工によって形成される。各第一素子エリア３１１における第一側壁溝部１９１ａ、１９２ａ、１９３ａ、及び各第二素子エリア４１１における第二側壁溝部１９１ｂ、１９２ｂ、１９３ｂは、隣接する第一素子エリア３１１同士の境界、隣接する第二素子エリア４１１同士の境界に対してレーザ穴あけ加工を行うことによって形成される。但し、これら穴及び溝部を形成する方法はこれに限られない。

ステップ（ｂ）では、図２Ａから図２Ｄに示すように、第一基板３０の第一表面３１におけるそれらの第一素子エリア３１１に外側接続層１２０を形成し、第二基板４０の第三表面４１におけるそれらの第二素子エリア４１１に内側接続層１１０を形成し、第一基板３０と第二基板４０との間に、第一素子エリア３１１及び第二素子エリア４１１に対応する複数の発熱層１３を形成する。本実施形態では、図２Ｄに示すように、第一基板３０の第一表面３１における各第一素子エリア３１１に第一電極１２１、第二電極１２２及び第一発熱電極１２３を形成することによって外側接続層１２０を構成する。第一電極１２１、第二電極１２２は、第一素子エリア３１１における対向する二つの長手側に夫々配置され、第一発熱電極１２３は、第一素子エリア３１１の一方の短手側に配置されている。また、第一貫通穴１４ａ及び第一側壁溝部１９１ａは第一電極１２１に対応し、第一貫通穴１５ａ及び第一側壁溝部１９２ａは第二電極１２２に対応し、第一貫通穴１７ａ及び第一側壁溝部１９３ａは第一発熱電極１２３に対応している。好ましくは、第一電極１２１、第二電極１２２及び第一発熱電極１２３は、印刷によって形成される。

本実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第二基板４０の第三表面４１におけるそれらの第二素子エリア４１１に、第三電極１１１、第四電極１１２、第二発熱電極１１３及び導熱電極１１４を形成することによって内側接続層１１０を構成する。第三電極１１１は第一電極１２１に対応し、第四電極１１２は第二電極１２２に対応している。第三電極１１１、第四電極１１２は、第二素子エリア４１１における対向する二つの長手側に夫々配置されている。導熱電極１１４は、第一発熱電極１２３に対応している。導熱電極１１４、第二発熱電極１１３は、第二素子エリア４１１における対向する二つの短手側に夫々配置されている。また、第二貫通穴１４ｂ及び第二側壁溝部１９１ｂは第三電極１１１に対応し、第二貫通穴１５ｂ及び第一側壁溝部１９２ｂは第四電極１１２に対応し、第二貫通穴１８ｂ及び第二側壁溝部１９３ｂは導熱電極１１４及び第一素子エリア３１１における第一発熱電極１２３に対応し、第三貫通穴１６ｂは第二発熱電極１１３に対応している。好ましくは、第三電極１１１、第四電極１１２、第二発熱電極１１３及び導熱電極１１４は印刷によって形成される。

ステップ（ｃ）では、図２Ａから図２Ｄ、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、各第一素子エリア３１１における第一貫通穴１４ａ、１５ａ、１７ａの各々と、各第二素子エリア４１１における第二貫通穴１４ｂ、１５ｂ、１８ｂの各々とが対応し、各第二素子エリア４１１における第三貫通穴１６ｂと発熱層１３とが対応し、且つ各第一素子エリア３１１における第一側壁溝部１９１ａ、１９２ａ、１９３ａの各々と、各第二素子エリア４１１における第二側壁溝部１９１ｂ、１９２ｂ、１９３ｂの各々とが対応するように、第二基板４０の第四表面４２を第一基板３０の第二表面３２に重ね合わせる。さらに、第二基板４０における第二素子エリア４１１同士の境界に対し、当該第二基板４０の第三表面４１から所定の深さｄ１までカット加工を行う。深さｄ１は、第二基板４０の厚さよりも小さい。

ステップ（ｄ）では、図４Ａに示すように、第一基板３０及び第二基板４０を焼結して一体化させ、これによって単一の電気絶縁材料からなる本体１０’を構成する。本実施形態では、図１Ａ及び図２Ｂから図２Ｄに示すように、第一貫通穴１４ａと第二貫通穴１４ｂとにより、第一電極１２１と第三電極１１１とを電気的に接続する一体化した第一導電貫通穴１４が複数構成される。第一貫通穴１５ａと第二貫通穴１５ｂとにより、第二電極１２２と第四電極１１２とを電気的に接続する一体化した第二導電貫通穴１５が複数構成される。図１Ｃに示すように、第一貫通穴１７ａとその内部に充填された導電材料とにより、第一発熱電極１２３と発熱層１３における第一発熱体電極１３２とを電気的に接続する第二導電穴１７が構成され、第二貫通穴１８ｂとその内部に充填された導電材料とにより、発熱層１３における第一発熱体電極１３２と導熱電極１１４とを電気的に接続する第三導電穴１８が構成される。第三貫通穴１６ｂとその内部に充填された導電材料とにより、第二発熱電極１１３と発熱層１３における第二発熱体電極１３３とを電気的に接続する第一導電穴１６が構成される。第一側壁溝部１９１ａ、１９２ａ、１９３ａの各々と、第二側壁溝部１９１ｂ、１９２ｂ、１９３ｂの各々とにより、複数の側壁溝部１９１、１９２、１９３が構成される。好ましくは、第一電極１２１、第二電極１２２、第三電極１１１、第四電極１１２、第一発熱電極１２３、第二発熱電極１１３、導熱電極１１４及び側壁溝部１９１、１９２、１９３に対してめっきを施してもよく、ここで、めっきされる金属は錫または金である。側壁溝部１９１は、第一電極１２１と第三電極１１１とを電気的に接続し、側壁溝部１９２は、第二電極１２２と第四電極１１２とを電気的に接続し、側壁溝部１９３は、第一発熱電極１２３と導熱電極１１４とを電気的に接続する。

ステップ（ｅ）では、図４Ａに示すように、複数の低融点合金層２０の各々を対応の第二素子エリア４１１の内側接続層１１０に重ね合わせ、低融点合金層２０の各々を図１Ｃに示すように対応の発熱層１３及び対応の外側接続層１２０と電気的に接続させる。本実施形態では、図４Ｂに示すように、低融点合金層２０は内側接続層１１０における第三電極１１１、第四電極１１２及び第二発熱電極１１３と直接的な電気的接続を形成する。好ましくは、低融点合金層２０は、第三電極１１１、第四電極１１２及び第二発熱電極１１３に半田付けされるが、これに限られない。

ステップ（ｆ）では、図１Ａ、図４Ａ及び図５に示すように、隣接する第二素子エリア４１１同士の境界に沿ってカット加工を行い、複数の保護素子１を形成する。本実施形態では、複数の上蓋６０の各々を第二素子エリア４１１に覆設して図１Ａに示す保護素子を形成する。なお、ステップ（ｃ）において第二基板４０をプレカットしているため、ダブルローラーによってプレカットラインに力を加えることによって複数の保護素子１を形成することもできる。

図３Ｃは、本発明に係る保護素子の製造方法の第二実施形態を示す図である。第一実施形態と概ね同様のステップ（ａ）から（ｆ）を含むが、本実施形態におけるステップ（ａ）では、更に第四基板３０’を提供する。第四基板３０’は、第一基板３０と同一の構造を有するものであってよい。第四基板３０’の第七表面は、第一素子エリア３１１及び第二素子エリア４１１に対応する複数の第四素子エリアを有する。本実施形態では、第四素子エリアに、第一素子エリア３１１における第一貫通穴１４ａ、１５ａ及び１７ａに対応する第六貫通穴１４ａ’、１５ａ’及び１７ａ’と、複数の第一側壁溝部（図示せず）とを形成すると共に、これら第六貫通穴１４ａ’、１５ａ’及び１７ａ’内に導電材料を充填する。他の実施形態において、第四素子エリアは第四基板３０’の第八表面に形成される。

本実施形態におけるステップ（ｂ）では、第四素子エリアの各々に、外側接続層１２０に対応する放熱層１２０’を形成する。具体的には、図３Ｃに示すように、第四素子エリアの各々に、第一電極１２１に対応する第一放熱片１２１’と、第二電極１２２に対応する第二放熱片１２２’と、第一発熱電極１２３に対応する第三放熱片１２３’とを形成すると共に、第四基板３０’を第一基板３０と発熱層１３との間に設置する。

本実施形態のステップ（ｃ）では、図３Ｃに示すように、放熱層１２０’における第六貫通穴１４ａ’、１５ａ’、１７ａ’の各々と、第一素子エリア３１１における第一貫通穴１４ａ、１５ａ、１７ａの各々とが対応するように、第四基板３０’を発熱層１３及び第一基板３０の第二表面３２に重ね合わせる。

本実施形態におけるステップ（ｄ）では、第六貫通穴１４ａ’と、対応の第一貫通穴１４ａ及び第二貫通穴１４ｂとにより、本体１０’を貫通する第一導電貫通穴１４が構成される。第六貫通穴１５ａ’と、対応の第一貫通穴１５ａ及び第二貫通穴１５ｂとにより、本体１０’を貫通する第二導電貫通穴１５が構成される。第六貫通穴１７ａ’と、対応の第一貫通穴１７ａ及び第二貫通穴１８ｂとにより、第二導電穴１７及び第三導電穴１８が構成される。

本実施形態におけるステップ（ｅ）では、放熱層１２０’の各々が第一導電貫通穴１４、第二導電貫通穴１５、第二導電穴１７及び第三導電穴１８を介して内側接続層１１０、発熱層１３及び外側接続層１２０と電気的に接続される。

なお、第四基板３０’は一つに限らず、放熱上の必要に応じて第一基板３０と発熱層１３との間に複数の第四基板３０’を積層配置してもよい。

本発明に係る保護素子の製造方法は、以上説明した通である。以下、保護素子における発熱層の製造方法について、実施形態を用いて詳細に説明する。

本発明に係る保護素子における発熱層の製造方法の第一実施形態では、上述したステップ（ｂ）において、各々が第一素子エリア３１１及び第二素子エリア４１１に対応する複数の発熱層１３を第一基板３０の第二表面３２に形成する。本実施形態では、図２Ｃに示すように、第二表面３２に、発熱体１３１、第一発熱体電極１３２及び第二発熱体電極１３３を形成し、これらによって発熱層１３を構成する。第一発熱体電極１３２は、第一素子エリア３１１における第一発熱電極１２３と、第二素子エリア４１１における導熱電極１１４とに対応して設置され、第二発熱体電極１３３は、第二素子エリア４１１における第二発熱電極１１３に対応して設置される。但し、本発明はこれに限られない。これに対し、本発明に係る保護素子における発熱層の製造方法の第二実施形態では、発熱層１３は第一実施形態と同様の構造を有するが、第二表面３２ではなく、第二基板４０の第四表面４２に形成される。これら実施形態において、発熱体１３１は抵抗ペーストからなり、第一発熱体電極１３２及び第二発熱体電極１３３は低温同時焼成セラミックスの製造プロセスに適合する金属からなる。好ましくは、発熱体１３１、第一発熱体電極１３２及び第二発熱体電極１３３は印刷によって形成される。

本発明に係る保護素子における発熱層の製造方法の第三実施形態では、発熱層１３を第三基板５０に形成する。具体的には、前記ステップ（ａ）では、図２Ａに示すように、更に、第三基板５０を提供する。第三基板５０の第五表面５１は、各々が第一素子エリア３１１及び第二素子エリア４１１に対応する複数の第三素子エリア５１１を有する。各第三素子エリア５１１には、複数の第四貫通穴１４ｃ、１５ｃ、１７ｃと、一つの第五貫通穴１６ｃと、複数の第三側壁溝部１９１ｃ、１９２ｃ、１９３ｃとが形成され、これら第四貫通穴１４ｃ、１５ｃ、１７ｃ及び第五貫通穴１６ｃには導電材料が充填されている。前記ステップ（ｂ）では、第三基板５０を第一基板３０と第二基板４０との間に設置すると共に、複数の第三素子エリア５１１の各々に発熱層１３を形成する。これら発熱層１３は、第一実施形態と同様に形成されるが、第四貫通穴１７ｃは第一発熱体電極１３２に対応し、第五貫通穴１６ｃは第二発熱体電極１３３に対応する。前記ステップ（ｃ）では、各第三素子エリア５１１における第四貫通穴１４ｃ、１５ｃ、１７ｃの各々と、第一貫通穴１４ａ、１５ａ、１７ａ及び第二貫通穴１４ｂ、１５ｂ、１８ｂの各々とが対応し、第五貫通穴１６ｃと第三貫通穴１６ｂとが対応し、第三側壁溝部１９１ｃ、１９２ｃ、１９３ｃの各々と、第一側壁溝部１９１ａ、１９２ａ、１９３ａ及び第二側壁溝部１９１ｂ、１９２ｂ、１９３ｂの各々とが対応するように、第三基板５０を第一基板３０と第二基板４０とに重ね合わせる。前記ステップ（ｄ）では、第四貫通穴１４ｃ、第一貫通穴１４ａ、及び第二貫通穴１４ｂにより、第一電極１２１と第三電極１１１とを電気的に接続する第一導電貫通穴１４が構成される。第四貫通穴１５ｃ、第一貫通穴１５ａ、及び第二貫通穴１５ｂにより、第二電極１２２と第四電極１１２とを電気的に接続する第二導電貫通穴１５が構成される。第四貫通穴１７ｃ、第一貫通穴１７ａ及び第二貫通穴１８ｂにより、第一発熱電極１２３と発熱層１３と導熱電極１１４とを電気的に接続する第二導電穴１７及び第三導電穴１８が構成される。第五貫通穴１６ｃと、第三貫通穴１６ｂとにより、第二発熱電極１１３と第二発熱体電極１３３とを電気的に接続する第一導電穴１６が構成される。本発明に係る保護素子における発熱層の製造方法の第四実施形態では、発熱層１３は第三実施形態と概ね同様に製造されるが、第三基板５０の第六表面５２は、複数の第三素子エリア５１１を有する。本実施形態において、第三基板５０は低温同時焼成セラミックスからなる。

以上のように、本発明に係る保護素子の製造方法では、第一基板３０に複数の外側接続層１２０を、第二基板４０に複数の内側接続層１１０を、且つ第一基板３０と第二基板４０との間に複数の発熱層１３を同時に形成しているため、製造に要する時間を短縮させることができ、また、別途凹部を形成する必要がないため、製造工程が複雑であったという従来技術の課題を効果的に解決できる。

要約すると、本発明に係る保護素子によれば、発熱層は保護素子の本体内に埋設されるため、凹部又は絶縁層を別途形成する必要がなく、工程を減らし製造に要する時間を短縮させることが可能となる。発熱層による熱は保護素子内に蓄積され、この熱によって低融点合金層を溶断させることができる。また、本発明に係る保護素子の製造方法によれば、第一基板に複数の外側接続層を同時に形成し、第二基板に複数の内側接続層を同時に形成し、且つ第一基板と第二基板との間に複数の発熱層を同時に形成することができるため、製造に要する時間を短縮させることができるだけでなく、凹部を別途形成する必要がないので、製造工程が複雑であったという従来技術の課題を効果的に解決できる。

上述した実施形態は例示にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明を上記実施形態により説明したが、本発明はこれら開示された実施形態に限定されず、当業者であれば、本発明の技術的思想を逸脱することなく、様々な変更および修飾を加えて均等物とすることができる。したがって、上記実施形態に変更、改変および修飾を加えた内容もまた、本発明の技術的思想に含まれるものである。

１、１ａ 保護素子
１０ 本体
１０’ 本体
１１ 第一表面
１１０ 内側接続層
１１１ 第三電極
１１２ 第四電極
１１３ 第二発熱電極
１１３ａ 端
１１４ 導熱電極
１２ 第二表面
１２０ 外側接続層
１２０’ 放熱層
１２１ 第一電極
１２１’ 第一放熱片
１２２ 第二電極
１２２’ 第二放熱片
１２３ 第一発熱電極
１２３’ 第三放熱片
１３ 発熱層
１３１ 発熱体
１３１ａ 端部
１３２ 第一発熱体電極
１３３ 第二発熱体電極
１４ 第一導電貫通穴
１４ａ 第一貫通穴
１４ａ’ 第六貫通穴
１４ｂ 第二貫通穴
１４ｃ 第四貫通穴
１５ 第二導電貫通穴
１５ａ 第一貫通穴
１５ａ’ 第六貫通穴
１５ｂ 第二貫通穴
１５ｃ 第四貫通穴
１６ 第一導電穴
１６ｂ 第三貫通穴
１６ｃ 第五貫通穴
１７ 第二導電穴
１７ａ 第一貫通穴
１７ｃ 第四貫通穴
１７ａ’ 第六貫通穴
１８ 第三導電穴
１８ｂ 第二貫通穴
１９１ 側壁溝部
１９１ａ 第一側壁溝部
１９１ｂ 第二側壁溝部
１９１ｃ 第三側壁溝部
１９２ 側壁溝部
１９２ａ 第一側壁溝部
１９２ｂ 第二側壁溝部
１９２ｃ 第三側壁溝部
１９３ 側壁溝部
１９３ａ 第一側壁溝部
１９３ｂ 第二側壁溝部
１９３ｃ 第三側壁溝部
２０ 低融点合金層
３０ 第一基板
３０’ 第四基板
３１ 第一表面
３１１ 第一素子エリア
３２ 第二表面
４０ 第二基板
４１ 第三表面
４１１ 第二素子エリア
４２ 第四表面
５０ 第三基板
５１ 第五表面
５２ 第六表面
５１１ 第三素子エリア
６０ 上蓋

Claims (24)

1. 単一の電気絶縁材料からなり、第一表面と第二表面とを有する本体と、
   前記本体の第一表面に形成される内側接続層と、
   前記本体の第一表面に形成され、且つ前記内側接続層と電気的に接続する低融点合金層と、
   単一の電気絶縁材料からなる前記本体によって覆われるように前記本体内に埋設され、且つ前記低融点合金層と電気的に接続する発熱層と、
   前記本体の第二表面に形成され、且つ前記低融点合金層及び前記発熱層と電気的に接続する外側接続層と、
   前記発熱層と前記外側接続層との間に間隔をおいて位置するように、前記本体内に埋設されて単一の電気絶縁材料からなる前記本体によって覆われ、且つ前記内側接続層、前記発熱層及び前記外側接続層と電気的に接続する少なくとも一つの放熱層と、を備える保護素子。
2. 前記外側接続層は、第一電極、第二電極及び第一発熱電極を有し、前記第一電極と前記第二電極は、前記第二表面における対向する両側に形成され、前記第一発熱電極は、前記第二表面における他の側に形成され、
   前記内側接続層は、第三電極、第四電極及び第二発熱電極を有し、前記第二発熱電極は前記第三電極及び前記第四電極の間に位置し、前記第三電極は、少なくとも一つの第一導電貫通穴を介して前記第一電極と接続し、前記第四電極は、少なくとも一つの第二導電貫通穴を介して前記第二電極と接続し、前記第二発熱電極は、一つの第一導電穴を介して前記発熱層と接続し、
   前記発熱層は、一つの第二導電穴を介して前記第一発熱電極と接続する、請求項１に記載の保護素子。
3. 前記本体の第一表面には、前記第一発熱電極に対応する導熱電極が更に形成され、前記導熱電極は、一つの第三導電穴を介して前記発熱層と電気的に接続する、請求項２に記載の保護素子。
4. 前記第二導電穴と前記第三導電穴は互いに連通する、請求項３に記載の保護素子。
5. 前記発熱層は抵抗ペーストからなる、請求項１から４のいずれか一項に記載の保護素子。
6. 前記本体は低温同時焼成セラミックスからなる、請求項１から４のいずれか一項に記載の保護素子。
7. 前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、前記第四電極、前記第一発熱電極、前記第二発熱電極及び前記導熱電極は、低温同時焼成セラミックスの製造プロセスに適合する金属からなる、請求項３に記載の保護素子。
8. 前記低融点合金層は第一合金又は第二合金からなり、
   前記第一合金は、錫、鉛、ビスマス、銅及び銀からなる合金であり、
   前記第二合金は、錫、ビスマス、銅及び銀からなる合金である、請求項１から４のいずれか一項に記載の保護素子。
9. 前記本体の第一表面に覆設される上蓋を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の保護素子。
10. 第一基板、第二基板及び第四基板を提供するステップ（ａ）であって、前記第一基板の第一表面は複数の第一素子エリアを有し、前記第二基板の第三表面は複数の第二素子エリアを有し、前記第四基板の第七表面又は第八表面は複数の第四素子エリアを有し、前記第一素子エリアの各々と、前記第二素子エリアの各々とが対応し、前記第四素子エリアの各々と、前記第一素子エリア及び第二素子エリアの各々とが対応する、ステップ（ａ）と、
    前記第一素子エリアの各々に外側接続層を形成し、前記第二素子エリアの各々に内側接続層を形成し、且つ前記第一基板と前記第二基板との間に、各々が前記第一素子エリア及び前記第二素子エリアと対応する複数の発熱層を形成し、前記第四基板は前記第一基板と前記発熱層との間に位置し、前記第四基板の第七表面又は第八表面における第四素子エリアの各々に放熱層を形成するステップ（ｂ）と、
    前記第二基板の第四表面を前記第四基板に重ね合わせ、前記第四基板を前記第一基板の第二表面及び前記発熱層に重ね合わせるステップ（ｃ）と、
    前記第一基板、前記第二基板及び前記第四基板を焼結して単一の電気絶縁材料からなる本体を構成し、これにより、前記本体によって覆われるように前記発熱層及び前記放熱層を前記本体内に埋設するステップ（ｄ）と、
    前記各第二素子エリアの内側接続層に低融点合金層を重ね合わせ、各前記低融点合金層を前記内側接続層を介して対応の前記発熱層、対応の前記外側接続層及び対応の前記放熱層と電気的に接続させるステップ（ｅ）と、
    前記第二素子エリア同士の境界に沿ってカット加工を行い、複数の保護素子を形成するステップ（ｆ）と、を含む保護素子の製造方法。
11. 前記ステップ（ａ）において、前記第一基板は、前記第一素子エリアの各々に複数の第一貫通穴が形成されていると共に、前記第一貫通穴の各々に導電材料が充填されており、前記第二基板は、前記第二素子エリアの各々に複数の第二貫通穴及び一つの第三貫通穴が形成されていると共に、前記第二貫通穴及び前記第三貫通穴の各々に導電材料が充填されており、
    前記ステップ（ｂ）において、
    前記第一基板の第一表面における前記第一素子エリアの各々に第一電極、第二電極及び第一発熱電極を形成することによって前記外側接続層を構成し、ここで、前記第一電極及び前記第二電極は、前記第一素子エリアにおける対向する両側に位置し、前記第一発熱電極は、前記第一素子エリアにおける他の側に設置され、複数の前記第一貫通穴は、前記第一素子エリアにおける前記第一電極、前記第二電極及び前記第一発熱電極に夫々対応し、且つ
    前記第二基板の第三表面における前記第二素子エリアの各々に第三電極、第四電極及び第二発熱電極を形成することによって前記内側接続層を構成し、ここで、前記第三電極は前記第一電極に対応し、前記第四電極は前記第二電極に対応し、前記第二発熱電極は前記第三電極と第四電極との間に位置し、各前記第二素子エリアにおける前記第二貫通穴は、前記第三電極、前記第四電極及び前記第一素子エリアにおける前記第一発熱電極に夫々対応し、各前記第二素子エリアにおける前記第三貫通穴は、前記第二発熱電極に対応し、且つ
    前記第一電極に対応する第一放熱片と、前記第二電極に対応する第二放熱片と、前記第一発熱電極に対応する第三放熱片とを有する前記放熱層を形成し、
    前記ステップ（ｃ）において、各前記第一素子エリアにおける複数の前記第一貫通穴は、各前記第二素子エリアにおける前記第二貫通穴に夫々対応し、前記第三貫通穴は、更に前記発熱層に対応し、
    前記ステップ（ｄ）において、前記第一貫通穴の各々と、対応の第二貫通穴の各々とにより、前記本体を貫通する導電貫通穴が構成され、
    前記ステップ（ｅ）において、前記低融点合金層の各々は、対応の第二素子エリアにおける内側接続層の前記第三電極、前記第四電極及び第二発熱電極と直接電気的に接続し、且つ、前記導電貫通穴を介して前記外側接続層の前記第一電極及び前記第二電極と電気的に接続し、前記第三貫通穴内の導電材料を介して前記発熱層と電気的に接続する、請求項１０に記載の保護素子の製造方法。
12. ステップ（ｂ）における前記発熱層の各々は、前記第一基板の第二表面又は前記第二基板の第四表面に形成されている、請求項１０又は１１に記載の保護素子の製造方法。
13. 前記ステップ（ａ）において、第三基板を更に提供し、前記第三基板の第五表面又は第六表面は複数の第三素子エリアを有し、前記第三素子エリアは前記第一素子エリア及び前記第二素子エリアに対応し、前記第三基板は、前記第三素子エリアの各々に複数の第四貫通穴及び一つの第五貫通穴が形成されていると共に、前記第四貫通穴及び第五貫通穴の各々に導電材料が充填されており、
    前記ステップ（ｂ）において、前記第三基板は、前記第一基板及び第二基板との間に位置し、前記発熱層は、前記第三基板の第五表面又は第六表面における前記第三素子エリア内に形成され、
    前記ステップ（ｃ）において、各前記第三素子エリアにおける複数の前記第四貫通穴の各々と、各前記第一素子エリアにおける複数の前記第一貫通穴の各々及び各前記第二素子エリアにおける複数の前記第二貫通穴の各々とが対応し、且つ、各前記第三素子エリアにおける前記第五貫通穴と前記第三貫通穴とが対応するように、前記第三基板を前記第一基板及び前記第二基板に重ね合わせ、
    前記ステップ（ｄ）において、前記第四貫通穴の各々と、対応の前記第一貫通穴の各々及び対応の前記第二貫通穴の各々とにより、前記本体を貫通する導電貫通穴が構成され、前記第五貫通穴と、対応の前記第三貫通穴とにより、導電穴が構成される、請求項１１に記載の保護素子の製造方法。
14. 前記ステップ（ｂ）において、前記第二基板における前記第二素子エリアの各々に導熱電極を更に形成し、前記導熱電極は、前記第一発熱電極に対応して設置される、請求項１１又は１３に記載の保護素子の製造方法。
15. 前記ステップ（ｃ）において、前記第二基板における前記第二素子エリア同士の境界に沿って、前記第二基板を所定の深さまでカットする、請求項１０、１１又は１３に記載の保護素子の製造方法。
16. 前記発熱層は抵抗ペーストからなる、請求項１０、１１又は１３に記載の保護素子の製造方法。
17. 前記ステップ（ｂ）において、前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、前記第四電極、前記第一発熱電極、前記第二発熱電極及び前記導熱電極は印刷によって形成され、
    前記ステップ（ｄ）において、更に、前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、前記第四電極、前記第一発熱電極、前記第二発熱電極及び前記導熱電極に対しめっきを施す、請求項１４に記載の保護素子の製造方法。
18. 前記ステップ（ｆ）において、更に、複数の前記第二素子エリアの各々に上蓋を覆設する、請求項１０、１１又は１３に記載の保護素子の製造方法。
19. めっきされる金属は錫又は金である、請求項１７に記載の保護素子の製造方法。
20. 前記第一基板、前記第二基板は低温同時焼成セラミックスからなる、請求項１０、１１又は１３に記載の保護素子の製造方法。
21. 前記第三基板は低温同時焼成セラミックスからなる、請求項１３に記載の保護素子の製造方法。
22. 前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、前記第四電極、前記第一発熱電極、前記第二発熱電極及び前記導熱電極は、低温同時焼成セラミックスの製造プロセスに適合する金属からなる、請求項１４に記載の保護素子の製造方法。
23. 前記低融点合金層は、第一合金又は第二合金からなり、
    前記第一合金は、錫、鉛、ビスマス、銅及び銀からなる合金であり、
    前記第二合金は、錫、ビスマス、銅及び銀からなる合金である、請求項１０、１１又は１３に記載の保護素子の製造方法。
24. 前記ステップ（ａ）において、前記第四基板は、前記第四素子エリアの各々に複数の第六貫通穴が形成されていると共に、前記第六貫通穴の各々に導電材料が充填されており、
    前記ステップ（ｃ）において、各前記第四素子エリアにおける複数の前記第六貫通穴の各々と、各前記第一素子エリアにおける複数の前記第一貫通穴及び各前記第二素子エリアにおける複数の前記第二貫通穴の各々とが対応させられ、
    前記ステップ（ｄ）において、前記第六貫通穴の各々と、対応の前記第一貫通穴及び前記第二貫通穴とにより、前記本体を貫通する導電貫通穴が構成され、
    前記ステップ（ｅ）において、前記放熱層の各々は、前記導電貫通穴を介して前記内側接続層、前記発熱層及び前記外側接続層と電気的に接続する、請求項１１に記載の保護素子の製造方法。

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