TWI597754B

TWI597754B - 保護元件及其電路保護裝置

Info

Publication number: TWI597754B
Application number: TW105115888A
Authority: TW
Inventors: 王紹裘; 蔡東成; 蘇聰敏
Original assignee: 聚鼎科技股份有限公司
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2017-09-01
Also published as: TW201742094A; DE102017110897A1; CN107404104A; DE102017110897B4; CN107404104B; KR101956987B1; US9972991B2; KR20170131183A; US20170338645A1

Description

保護元件及其電路保護裝置

本發明係關於一種應用於電子裝置中的保護元件及包含該保護元件的電路保護裝置，且特別是關於一種具有防止過電壓、過電流或過溫度功能的保護元件及其電路保護裝置。

習知切斷過電流的保護元件，廣泛周知有由鉛、錫、銻等低熔點金屬體所構成的電流熔絲(fuse)。之後，在防止過電流和過電壓方面，持續發展出保護元件，其包含在一個基板上依序積層發熱層及低熔點金屬層。在過電壓時發熱體會發熱，熱從底部向上傳遞，將承載低熔點金屬體的電極加熱，而熔斷該低熔點金屬體，切斷流經的電流，以保護相關的電路或電子裝置。

近年來行動裝置高度普及，舉凡手機、電腦及個人行動助理等資訊產品隨處可見，使得人們對資訊產品之依賴性與日俱增。然而，不時出現有關於手機等可攜式電子產品的電池在充放電的過程中***的新聞。因此，製造商逐步改良前述過電流和過電壓保護元件的設計，提升電池在充放電的過程中的保護措施，以防止電池在充放電的過程中因過電壓或過電流而***。

習知技術提出的保護元件的防護方式是使保護元件中的熔絲與電池的電路串聯，且使保護元件中的低熔點金屬層與發熱層電連接至開關(switch)與積體電路(IC)元件。如此一來，當IC元件量測到在過電壓時會啟動開關呈導通，使電流通過保護元件中的發熱層，使得發熱層產生熱量以熔斷熔絲，進而使電池的電路呈斷路的狀態而達到過電壓保護。本領域技術人員亦可充分瞭解，當過電流發生時，大量的電流流經熔絲會使熔絲發熱而熔斷，進而達到過電流保護。

圖1為習知的一種保護元件的剖面示意圖，其係實現前述保護機制。保護元件100具有基板110、加熱件120、絕緣層130、低熔點金屬層140、助焊劑150及外罩170。外罩170外緣設置於基板110表面，而提供內部空間容納加熱件120、絕緣層130、低熔點金屬層140及助焊劑150。加熱件120配置於基板110上，且電連接兩加熱件電極125。低熔點金屬層140連接兩側的電極層160以及一個中間電極165。絕緣層130覆蓋加熱件120和加熱件電極125。低熔點金屬層140配置於絕緣層130上方作為熔絲，且助焊劑150完全覆蓋於低熔點金屬層140。如此一來，加熱件120發熱時可直接熔融低熔點金屬層140，以使低熔點金屬層140熔融而向兩側的電極層160和中間電極165流動，因此兩側電極層160與中間電極165這三電極區塊，是低熔點金屬層140熔融後向這三區塊聚集，導致低熔點金屬層140從原本的一整片金屬，熔融後分開成為三塊，而截斷電流達到保護目的。此先前技藝，因三個電極區塊都在低熔點金屬層140的下方，但是在低熔點金屬層140的上方因為暴露在空氣中，即便有松香等化學品保護膜，但在高溫加熱下，此化學品保護膜也會因流失或揮發而失去保護之作用，導致低熔點金屬層140表面在高溫加熱熔融時，很容易產生不同程度的氧化，形成氧化膜，此氧化膜覆蓋在熔融之低熔點金屬層140的表面上，阻礙熔融金屬向這三電極區塊聚集，導致此低熔點金屬層140不易熔斷，而有熔斷時間不準確的問題。本發明利用創新的結構設計，可突破此問題使熔斷時間更為準確。

目前行動裝置是趨向小型化設計，因此搭載於其中的元件有薄型化的需求。上述保護元件100的外罩170除了需要一定高度以容納內部構件外，因為外罩170通常是以射出成型製作，就製程上而言，也不容易進一步降低外罩170的高度，而不符合薄型化的需求。此外，射出成型需要開模，成本較高，使得保護元件100的設計有成本不易進一步降低的問題。

本發明係提供一種保護元件及包含該保護元件的電路保護裝置，其具有過電壓、過電流及/或過溫度保護的功能，且可作到薄型化，符合電子裝置小型化和薄型化趨勢的需求。

根據本發明第一方面，提供一種保護元件，其包括第一基板、第二基板、熔斷件及加熱件。第一基板包含第一表面，而第二基板包含面向該第一表面的第二表面。熔斷件設置於第一基板之該第一表面。加熱件設置於該第二基板之該第二表面，且位於該熔斷件上方。當過電壓或過溫度發生時，該加熱件發熱以熔斷該熔斷件。

一實施例中，該熔斷件包含低熔點金屬，當熔斷件熔斷時，該低熔點金屬熔融產生向上及向下方向的吸附現象。

一實施例中，該熔斷件上方設有一金屬層，或特別是在熔斷件和加熱件之間設有該金屬層，從上聚集吸附熔融的低熔點金屬，亦即使得熔融的低熔點金屬向上吸附。

一實施例中，該熔斷件和該金屬層直接接觸，或該熔斷件和該金屬層間形成一間隙。該間隙可填入錫膏連接該熔斷件和該金屬層。

一實施例中，該間隙的厚度不超過1.5mm。

一實施例中，該第一基板和第二基板間的距離為0.03~1.5mm，較佳距離為0.04~1.0mm，最佳距離為0.05~0.5mm。

一實施例中，該保護元件的厚度為0.2~2mm，較佳厚度是0.4~1.5mm，最佳厚度是0.5~1mm，可有效達到薄型化效果。

一實施例中，該熔斷件的厚度為0.005~1mm，較佳厚度是介於0.01mm至0.5mm，最佳厚度是介於0.02mm至0.2mm。

一實施例中，該保護元件另包含設置於該第一表面的第一電極和第二電極，該熔斷件兩端分別連接該第一電極和第二電極。

一實施例中，該保護元件另包含一設置於該第一表面的第三電極，該第三電極作為該熔斷件的中間電極，且該第三電極電連接該加熱件的一端，如此該熔斷件形成包含二個熔絲的電路。特別是，該第三電極包含主要部分和延伸部，該熔斷件的中央部分連接該延伸部。或者，該第三電極不作為該熔斷件的中間電極而直接連接第二電極，而形成電導通，如此該熔斷件形成包含一個熔絲的電路。

一實施例中，保護元件還包含一設置於該第一表面的第四電極，且該第四電極電連接該加熱件的另一端。

一實施例中，該第一電極、第二電極和第三電極的延伸部的厚度相同，且第三電極的主要部分和第四電極的厚度大於第三電極的延伸部的厚度。

一實施例中，保護元件中該第一電極、第二電極和第四電極分別電連接至設於第一基板下之第一焊墊、第二焊墊和第三焊墊。

一實施例中，該保護元件形成該熔斷件包含1或2個熔絲、該加熱件包含1個加熱器的等效電路。

一實施例中，該第二基板的第二表面設有第五電極和第六電極，該第五電極接合第三電極，該第六電極接合第四電極。特別是，該第五電極和第六電極均包含延伸部以連接該加熱件的兩端。

一實施例中，該第五電極和第六電極的延伸部連接該加熱件兩端的主要接觸面位於該加熱件的相對側。

一實施例中，該保護元件另包含填充於該熔斷件和第一基板間的絕緣層。

一實施例中，該第二基板的導熱率小於0.2W/m·K，減低加熱件的熱量逸散，從而將熱量集中傳遞給熔斷件加速熔斷效果。

一實施例中，該保護元件另包含一間隔組件，以形成該第一表面和第二表面間的間隔空間以容納該熔斷件及加熱件。

根據本發明第二方面，提供一種電路保護裝置，其包含前述之保護元件，並搭配一偵測器及一開關。該偵測器偵測待保護電路的電壓降或溫度，而開關連接該偵測器以接受其偵測信號。當偵測器偵測到電壓降或溫度超過預設值時，該開關導通，使得電流流經該加熱件，使得加熱件發熱以熔斷該熔斷件。

一實施例中，該電路保護裝置中保護元件的熔斷件包含低熔點金屬，當熔斷件熔斷時，該低熔點金屬熔融產生向上及向下方向的吸附現象。

以前述第一基板的第一表面包含第一電極、第二電極和第三電極的實施例為例，不同於先前技藝，本發明之該實施例不但有三個在熔斷件的下方的電極，可以吸附熔融後的低熔點金屬，另外在熔斷件的上方也有至少一金屬層(位於加熱件下方)具備吸附熔融低熔點金屬的能力。因此當上方加熱件啟動加熱，經過金屬層傳熱到熔斷件的上表面時，熔斷件所包含的低熔點金屬開始熔融，並被上方的金屬層吸附過去，使氧化層不易形成。另外，當熱繼續往下傳到熔斷件下方的三個電極，熔融的低熔點金屬則朝在其下方三個電極吸附過去，形成熔斷低熔點金屬截斷電流之功能，故本發明藉著從上方金屬層與下方電極一齊吸附熔融的低熔點金屬，可克服先前技藝之低熔點金屬熔斷時間不準確的問題。

本發明之保護元件可以大幅使用印刷技術製作，使得保護元件可以製作的相當薄，符合元件小型化和薄型化的需求。此外，因製程中沒有使用的射出成型的技術，無須開模，可降低製作成本。就製程而言，保護元件於製作初期可將熔斷件模組和加熱件模組分別獨立製作，故可以同時進行相關製程，等到熔斷件模組和加熱件模組完成後加以組合即可完成保護元件。因熔斷件模組和加熱件模組可同時製作，可增加生產速率(throughput)，而增加產出。此外，熔斷件模組和加熱件模組分別獨立製作還有一個優點，如果熔斷件模組和加熱件模組製作時發現不良品可以分別撿出淘汰，無須等到保護元件成品完成再來執行，可降低不良品報廢的損失。再者，相較於傳統的保護元件結構設計，本發明的保護元件的熔斷時間較為集中(標準差較小)，具有更加優越的品質穩定性。

為讓本發明之上述和其他技術內容、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出相關實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2顯示本發明第一實施例之保護元件之立體結構示意圖。保護元件10主要包含兩個模組，一個為以第一基板13為基礎製作的熔斷件模組11，另一個為以第二基板14為基礎製作的加熱件模組12。加熱件模組12的面積大小約等同於或小於熔斷件模組11，且疊置於熔斷件模組11上方，形成實質為四方體的結構。為清楚說明保護元件10之結構設計，以下分別描述熔斷件模組11和加熱件模組12的立體圖示，以及保護元件10不同方向的剖面示意圖。圖3顯示熔斷件模組11的立體示意圖，圖4顯示加熱件模組12的立體示意圖，圖5顯示圖2中保護元件10沿1-1剖面線之剖面示意圖，圖6顯示圖2中保護元件10沿2-2剖面線之剖面示意圖。

請先參照圖3，熔斷件模組11係以的第一基板13作為承載基材，其可為四方形平板的絕緣基板，材料可選用例如氧化鋁、氧化氮、氧化鋯或玻纖基板等。第一電極31、第二電極32、第三電極33和第四電極34位於第一基板13的第一表面131上，特別是位於第一基板13的四側，其中第一電極31和第二電極32的主要部分位於該第一基板13相對的兩側，第三電極33和第四電極34的主要部分位於該第一基板13相對的另外兩側。一實施例中，第一電極31、第二電極32、第三電極33和第四電極34可包含銀、金、銅、錫、鎳或其他導電金屬，厚度約為0.005~1mm，或特別是0.01mm、0.05mm、0.1mm、0.3mm、0.5mm。熔斷件35兩端分別連接第一電極31及第二電極32，形成導電通路。熔斷件35的材料可選用低熔點金屬或其合金，例如Sn-Pb-Ag、Sn-Ag、Sn-Sb、Sn-Ag-Cu等。並視所需通過之電流量，熔斷件35之長度與寬度可作調整，但以不超過第一基板13之長度與寬度為原則，其厚度介於0.005mm至1mm，較佳厚度是介於0.01mm至0.5mm，最佳厚度是介於0.02mm至0.2mm。第三電極33除了位於第一基板13側邊的主要部分外，還包含延伸部331，其延伸至熔斷件35下方並連接該熔斷件35，形成電導通，從而該第三電極33可作為熔斷件35的中間電極。長條狀的第一間隔件36和第二間隔件37位於第一表面131的相對兩側，或本實施例中特別是分別位於該第一電極31和第二電極32上。通常第一間隔件36和第二間隔件37的高度相同。間隔件亦可以設計成有各種不同大小，高度，或形狀，目的是要在熔斷件模組11與加熱件模組12之間，產生間隔空間。

參照圖4，其顯示將圖2所示加熱件模組12上下翻轉後之立體示意圖。加熱件模組12係以的第二基板14作為承載基材，其可為四方形平板的絕緣基板，材料可選用例如氧化鋁、氧化氮、氧化鋯或玻纖基板等。第五電極41和第六電極42位於第二基板14的第二表面141上，且位於第二基板14的相對兩側。第五電極41除了位於第二基板14側邊的主要部分外還包含延伸部411，第六電極42除了位於第二基板14側邊的主要部分外還包含延伸部421。延伸部411和421之間形成大致位於第二表面141中央的間隔。加熱件45兩端分別連接第五電極41之延伸部411和第六電極42之延伸部421，形成電導通。長條狀的第三間隔件43和第四間隔件44位於該第二表面141的另外相對兩側。通常第三間隔件43和第四間隔件44的高度相同。前述第一至第四間隔件36、37、43、44可利用多次印刷層疊方式製作，以提供較好的結構強度。此外，也可以使用射出製作成塊，再安裝至第一基板13和第二基板14上。

一實施例中，前述熔斷件模組11和加熱件模組12可分別先行於第一基板13和第二基板14上利用低熔點錫片焊接與厚膜印刷方式形成熔斷件35、加熱件45和相關第一至第六電極31、32、33、34、41和42等。當熔斷件模組11和加熱件模組12分別完成後，將兩者加以組合，以形成該保護元件10。因熔斷件模組11和加熱件模組12都可利用印刷製作，且無外罩設計，故可達到薄型化的需求。另外，因為熔斷件模組11和加熱件模組12係分別於不同基板製作，相較於同一基板製作熔斷件和加熱件，可降低製作的複雜度。加熱件模組12的面積大小也可以略小於熔斷件模組11，亦即第二基板14小於第一基板13，方便先將加熱件模組12裝設於治具中，之後與熔斷件模組11結合。另外，因分別製作的關係，熔斷件模組11和加熱件模組12若有不良品，可個別篩除，因而可增加最終保護元件10成品的良率，並降低製作成本。惟，本發明並未限制熔斷件模組11和加熱件模組12需個別製作，若保護元件10的最終結構包含本發明界定的技術特徵，將仍為本發明所涵蓋。

圖5顯示圖2中保護元件10沿1-1剖面線之剖面圖，圖6顯示圖2中保護元件10沿2-2剖面線之剖面圖。兩者結合後，第三間隔件43位置對應於第一間隔件36，使得第三間隔件43疊架於第一間隔件36上方。第四間隔件44位置對應於第二間隔件37，使得第四間隔件44疊架於第二間隔件37上方。如此一來，第一間隔件36、第二間隔件37、第三間隔件43和第四間隔件44形成間隔組件20，以形成第一基板13的第一表面131和第二基板14的第二表面141間的間隔空間以容納該熔斷件35及加熱件45。綜言之，該間隔組件20包含位於第一表面131的第一間隔件36和第二間隔件37，以及位於第二表面141的第三間隔件43和第四間隔件44，該第三間隔件43疊設於該第一間隔件36上方，該第四間隔件44疊設於該第二間隔件37上方。本發明之間隔結構並不限於本實施例所示者，舉凡其他例如於四個角落型成4個支撐柱等型式的支撐結構，只要可有效建立第一基板13和第二基板14的距離，均為本發明所涵蓋。

一實施例中，熔斷件35和第一基板13中之間隙可填充絕緣層38，提供支撐效果，避免熔斷件35的變形。該加熱件45表面可設有絕緣層47，作為與熔斷件35之間的隔離。絕緣層47可進一步覆蓋第四電極41和第五電極42。絕緣層47的材料可選用玻璃(glass)、環氧樹脂(epoxy)、氧化鋁或矽膠(silicone)等。另外，加熱件45的下方可設置金屬層46，此金屬層46可以用銀漿印刷方式，或用電鍍方式製備。金屬層46可以單數或複數個條狀、塊狀、點狀、曲線狀、或其他形狀表示，成分可為銀、金、銅、鎳、錫、鉛、銻、等金屬或合金，亦可以單層或多層金屬組成。金屬層46的表面與熔斷件35的表面，可直接接觸或保留一間隙48。此間隙48厚度不超過1.5mm，較佳不超過1mm，最佳不超過0.5mm，且得以用錫膏(圖未示)填入此間隙48，使加熱件45所產生的熱，經過金屬層46及錫膏，可以很快速的傳到熔斷件35。金屬層46及錫膏的作用在於從上方吸附聚集熔斷件35熔融時的金屬，避免其四處流動，此間隙亦可以松香或其他軟質金屬或助焊劑填入，但仍須具備從上方吸附聚集熔斷件35之熔融金屬的功能。該加熱件45的位置對應於熔斷件35，如此加熱件45產生的熱量可以有效傳遞至熔斷件35，以熔融該熔斷件35。一實施例中，第二基板14可選用隔熱材料，其導熱度小於0.2W/m·K、0.15W/m·K或0.1W/m·K，或特別是在第二基板14上表面披覆隔熱層以達到隔熱效果。如此一來，加熱件45可以集中熱量傳遞至熔斷件35而加速熔斷，且避免保護元件10上方過熱而影響鄰近元件。

本實施例中，第三電極33的主要部分和第四電極34相較於第一和第二電極31、32有較厚的厚度。特別是，第三電極33的主要部分比其延伸部331要厚，而延伸部331的厚度約等於第一電極31和第二電極32的厚度，因此得以水平承載熔斷件35。第五和第六電極41、42的位置分別對應於第三和第四電極33、34，而可疊置於其上方。第五和第六電極41、42的主要部分的厚度也大於其延伸部411和421。熔斷件模組11和加熱件模組12組合時可使用錫膏(solder)、環氧樹脂等黏膠，將第三電極33接合第五電極41形成電導通，且將第四電極34接合第六電極42形成電導通。上述第三電極33、第四電極34、第五電極41和第六電極42設計具有較厚的厚度，目的在於形成其間的導電通路，另外也提供結構上的支撐，以增加保護元件10的結構強度。

請同時參照圖3、5和6，一實施例中，第一電極31通過位於第一基板13側邊的導電孔132連接於第一基板13下表面的第一焊墊51。第二電極32通過位於第一基板13另一側邊的導電孔133連接於第一基板13下表面的第二焊墊52。第四電極34通過位於第一基板13又一側邊的導電孔134連接於第一基板13下表面的第三焊墊53。第一焊墊51、第二焊墊52和第三焊墊53作為將保護元件10表面黏著或焊接於電路板的導電介面。

因為熔斷件模組11和加熱件模組12均可利用印刷技術製作，可減少相關熔斷件35、加熱件45和相關第一至第六電極31、32、33、34、41和42等的厚度，使得第一基板13和第二基板14間的距離僅約0.03~1.5mm，較佳距離為0.04~1mm，最佳距離為0.05~0.5mm，或特別是0.1mm、0.3mm、0.7mm或1.2mm。因此即使再加上第一基板13和第二基板14後，保護元件10的厚度僅約0.2~2mm，較佳厚度是0.4~1.5mm，最佳厚度是0.5~1mm，或特別是0.3mm、0.7mm、1.3mm，可有效達到薄型化的效果。此外，熔斷件35和加熱件45的尺寸變化可以影響其電阻值，據以製作低電阻的熔斷件35和高電阻的加熱件45，即得以製作出高效率的保護元件10。熔斷件35的厚度約在0.005~1mm，較佳厚度是介於0.01mm至0.5mm，最佳厚度是介於0.02mm至0.2mm，或特別是0.05mm、0.1mm、0.3mm。較厚的熔斷件35是使用在大電流例如30~100A的應用。

本發明之保護元件10的等效電路圖可以如圖7中虛線方框之電路所示。第一電極31作為連接一個待保護裝置（例如二次電池或馬達）的一端點A1，第二電極32則連接到例如充電器或其他類似裝置的一端點B1。第三電極33連接加熱件45的第五電極41，加熱件45另一端連接第四電極34。根據保護元件10的電路設計，熔斷件35形成的電路包含2個串聯的熔絲35a和35b，加熱件45形成一個加熱器（以電阻符號顯示）。一實施例中，第四電極34電連接開關72，該開關72可為例如場效電晶體(field effect transistor；FET)。開關72連接偵測器71，且連接待保護電路的另一端點A2，以及充電器的另一端點B2。該偵測器71可為IC元件，具備可偵測電壓降或溫度的功能。當沒有過電壓或過溫度時，開關72為斷路，電流通過熔絲35a和35b，但沒有電流流經加熱件45。若此時有過電流發生，至少熔絲35a和35b中之一者會熔斷而提供過電流保護。當偵測器71偵測到電壓超過一預設值(過電壓)或溫度超過一預設值(過溫度)時，開關72切換為導通狀態，電流流經加熱件45。加熱件45發熱而將至少熔絲35a和35b中之一者熔斷，進而提供過電壓或過溫度的保護。綜言之，B1至A1，B2至A2形成2條提供至該待保護電路的電源線，而保護元件10、偵測器71和開關72的組合連接該兩條電源線，形成電路保護裝置70。當偵測器71偵測到待保護電路的電壓降或溫度超過預設值時，啟動加熱件45熔斷該熔斷件35。

以下將本發明前述實施例之保護元件10和圖1所示之傳統保護元件100進行熔斷時間的測試比較。如下表1所示，其顯示本發明之保護元件10進行固定功率6W測試的熔斷件35熔斷時間測試結果，總共測試的樣本數為7個。其中熔斷時間約在6.81~8.93秒之間，並可據此根據標準差公式(1)，計算標準差。本實施例中，經計算出的標準差為0.6586秒。 …(1) 其中，為熔斷時間，為樣本平均數，而為樣本大小。

[表1] <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0003"><TBODY><tr><td> No </td><td> 加熱件電阻 (Ω) </td><td> 熔斷件電阻 (Ω) </td><td> 電壓 (V) </td><td> 電流 (A) </td><td> 功率 (W) </td><td> 熔斷時間(s) </td></tr><tr><td> 1 </td><td> 0.740 </td><td> 0.0035 </td><td> 2.76 </td><td> 2.19 </td><td> 6.04 </td><td> 8.22 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 0.717 </td><td> 0.0036 </td><td> 2.82 </td><td> 2.18 </td><td> 6.15 </td><td> 8.93 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 0.838 </td><td> 0.0036 </td><td> 2.60 </td><td> 2.33 </td><td> 6.06 </td><td> 8.15 </td></tr><tr><td> 4 </td><td> 0.703 </td><td> 0.0034 </td><td> 2.24 </td><td> 2.65 </td><td> 5.94 </td><td> 6.81 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 0.724 </td><td> 0.0035 </td><td> 2.15 </td><td> 2.82 </td><td> 6.06 </td><td> 8.92 </td></tr><tr><td> 6 </td><td> 0.755 </td><td> 0.0035 </td><td> 2.33 </td><td> 2.60 </td><td> 6.06 </td><td> 7.96 </td></tr><tr><td> 7 </td><td> 0.734 </td><td> 0.0036 </td><td> 2.28 </td><td> 2.56 </td><td> 5.84 </td><td> 8.17 </td></tr><tr><td> 最大 </td><td> 0.838 </td><td> 0.0036 </td><td> 2.82 </td><td> 2.82 </td><td> 6.15 </td><td> 8.93 </td></tr><tr><td> 最小 </td><td> 0.703 </td><td> 0.0034 </td><td> 2.15 </td><td> 2.18 </td><td> 5.84 </td><td> 6.81 </td></tr><tr><td> 標準差 </td><td> 0.0412 </td><td> 0.0001 </td><td> 0.2486 </td><td> 0.2273 </td><td> 0.094 </td><td> 0.6586 </td></tr></TBODY></TABLE>

以同樣的測試條件針對傳統保護元件100進行固定功率6W的熔斷件熔斷時間測試，所測得的熔斷時間約在7.02~12.22秒之間，以公式(1)計算的標準差為1.835秒。前述本發明的保護元件10和傳統保護元件100之熔斷時間相對於加熱件電阻之關係以圖8顯示。

另外，以固定電壓4.5V進行保護元件熔斷時間測試，本發明的保護元件10和傳統保護元件100之熔斷時間相對於加熱件電阻之關係以圖9顯示。傳統保護元件100的測試結果的標準差為0.542秒，本發明保護元件10的標準差則可大幅降低至0.1491秒。

以上圖8和圖9的測試結果對應的是加熱件電阻約0.7~0.9Ω的情況。在因應較多電池芯串聯的場合，須採用較高的加熱件電阻。以下表2顯示，採用較高的加熱件電阻之保護元件10進行固定功率6W的熔斷時間測試結果，熔斷時間的標準差為0.4277秒。相對地，以同樣條件測試較高加熱件電阻的傳統型保護元件100，兩者測試結果如圖10所示。傳統保護元件的熔斷時間的標準差為0.493秒，高於本發明之保護元件的標準差。

[表2] <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0004"><TBODY><tr><td> No </td><td> 加熱件電阻 (Ω) </td><td> 熔斷件電阻 (Ω) </td><td> 電壓 (V) </td><td> 電流 (A) </td><td> 功率 (W) </td><td> 熔斷件熔斷時間(s) </td></tr><tr><td> 1 </td><td> 9.41 </td><td> 0.0044 </td><td> 7.63 </td><td> 0.78 </td><td> 5.95 </td><td> 6.04 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 9.61 </td><td> 0.0042 </td><td> 7.75 </td><td> 0.79 </td><td> 6.12 </td><td> 6.32 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 9.64 </td><td> 0.0042 </td><td> 7.76 </td><td> 0.78 </td><td> 6.05 </td><td> 6.88 </td></tr><tr><td> 4 </td><td> 9.58 </td><td> 0.0041 </td><td> 7.78 </td><td> 0.76 </td><td> 5.91 </td><td> 5.78 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 9.61 </td><td> 0.0042 </td><td> 7.75 </td><td> 0.79 </td><td> 6.12 </td><td> 6.32 </td></tr><tr><td> 6 </td><td> 9.64 </td><td> 0.0042 </td><td> 7.76 </td><td> 0.78 </td><td> 6.05 </td><td> 6.88 </td></tr><tr><td> 7 </td><td> 9.58 </td><td> 0.0041 </td><td> 7.78 </td><td> 0.76 </td><td> 5.91 </td><td> 5.78 </td></tr><tr><td> 最大 </td><td> 9.640 </td><td> 0.004 </td><td> 7.78 </td><td> 0.79 </td><td> 6.12 </td><td> 6.88 </td></tr><tr><td> 最小 </td><td> 9.410 </td><td> 0.004 </td><td> 7.63 </td><td> 0.76 </td><td> 5.91 </td><td> 5.78 </td></tr><tr><td> 標準差 </td><td> 0.0736 </td><td> 0.0001 </td><td> 0.0481 </td><td> 0.0116 </td><td> 0.085 </td><td> 0.4277 </td></tr></TBODY></TABLE>

前述對應於圖8、9和10的測試結果包含熔斷時間和標準差整理如下表3所示，本發明的保護元件不論是6W或4.5V的測試中，其標準差都小於1秒，甚至0.7秒，且每個對應組，本發明的保護元件的熔斷時間都表現出較低的標準差值。由此可見，相較於傳統的結構設計，本發明之保護元件的熔斷時間分布較為集中，有較低的標準差，因此在量產時可維持更佳的品質穩定性，也可確保保護元件可迅速且精準地熔斷而提供保護。

[表3] <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0005"><TBODY><tr><td> 　 </td><td> 測試條件 </td><td> 加熱件電阻值(Ω) </td><td> 熔斷時間(s) </td><td> 標準差 (s) </td></tr><tr><td> 傳統型 </td><td> 6W </td><td> 0.729~0808 </td><td> 7.02~12.22 </td><td> 1.835 </td></tr><tr><td> 本發明 </td><td> 6W </td><td> 0.703~0.838 </td><td> 6.81~8.93 </td><td> 0.6586 </td></tr><tr><td> 傳統型 </td><td> 4.5V </td><td> 0.738~0.858 </td><td> 0.53~2.31 </td><td> 0.542 </td></tr><tr><td> 本發明 </td><td> 4.5V </td><td> 0.702~0.768 </td><td> 0.62~1.14 </td><td> 0.1491 </td></tr><tr><td> 傳統型 </td><td> 6W </td><td> 7.27~7.88 </td><td> 4.85~6.23 </td><td> 0.493 </td></tr><tr><td> 本發明 </td><td> 6W </td><td> 9.41~9.64 </td><td> 6.04~6.88 </td><td> 0.4277 </td></tr></TBODY></TABLE>

圖11顯示圖2中沿1-1剖面線的另一實施例的保護元件10剖面圖。圖11和圖5類似，其中第六電極42(延伸部)連接加熱件的一端，差異處在於第五電極41’ (延伸部)為L形結構，且和加熱件45主要接觸面在於加熱件45一端的下表面。加熱件45可以直接接觸第二基板14的表面，或加熱件45和第二基板14間可先形成支撐件49，例如釉料(glaze)等，以便於後續加熱件45的印刷製程。特別是，連接加熱件45兩端的第五電極41’、第六電極42和加熱件45的主要接觸面位於加熱件45的相對側，加熱件45可成水平狀，或有可能會略呈傾斜狀，且傾斜方向不限。如此一來，第五電極41’和第六電極42和加熱件45間供電流流過的主要接觸面距離較遠，故可避免因第五電極41’和第六電極42之間距過窄，可能產生的電弧效應問題。

圖12顯示本發明另一實施例之保護元件10的熔斷件模組11的立體示意圖，其有別於圖3之處在於第三電極33沒有延伸部331的設計，且將第二電極32連接第三電極33形成電導通。換言之，因為沒有延伸部的設計，電流路徑會經由第一電極31、熔斷件35、第二電極32至第三電極33。若圖12之熔斷件模組11同樣搭配圖4所示之加熱件模組12，可形成如圖13方框所示之等效電路。圖13所示之保護元件10的電路中包含一個熔斷件35（熔絲）和一個加熱件45。該保護元件10同樣可搭配偵測器71及開關72，而形成另一實施例之電路保護裝置90。

前述實施例的保護元件的等效電路包含2個熔絲及1個加熱器，或1個熔絲和1個加熱器。惟，也可以利用其他不同的結構電路設計，製作包含例如2個熔絲和2加熱器的電路形式，而仍為本發明之創新技術所涵蓋。

本發明可突破傳統保護元件熔斷不易和熔斷時間不精準的問題。藉著從上方加熱件加熱，經由金屬層與錫膏覆蓋在熔斷件的低熔點金屬的上方，因高溫產生合金與彼此吸附的現象，而使熔融的低熔點金屬表面向上方加熱件的金屬層吸附過去，而防止在高溫下產生氧化層，以致此熔斷件可以順利熔斷，本發明有效突破傳統不易熔斷的問題，而可使熔斷時間更為準確。

本發明之保護元件可充分利用印刷技術製作的特性，使得保護元件可以製作的相當薄，符合元件小型化和薄型化的需求。因製程中沒有使用的射出成型的技術，不僅簡化製程，也可以免除模的製作成本。此外，相較於傳統的保護元件結構設計，本發明的保護元件的熔斷時間較為集中(標準差較小)，具有更加優越的品質穩定性。

本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而本領域具有通常知識之技術人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧保護元件

11‧‧‧熔斷件模組

12‧‧‧加熱件模組

13‧‧‧第一基板

14‧‧‧第二基板

20‧‧‧間隔組件

31‧‧‧第一電極

32‧‧‧第二電極

33‧‧‧第三電極

34‧‧‧第四電極

35‧‧‧熔斷件

35a、35b‧‧‧熔絲

36‧‧‧第一間隔件

37‧‧‧第二間隔件

38‧‧‧絕緣層

41、41'‧‧‧第五電極

42‧‧‧第六電極

43‧‧‧第三間隔件

44‧‧‧第四間隔件

45‧‧‧加熱件

46‧‧‧金屬層

47‧‧‧絕緣層

48‧‧‧間隙

51‧‧‧第一焊墊

52‧‧‧第二焊墊

53‧‧‧第三焊墊

70、90‧‧‧電路保護裝置

131‧‧‧第一表面

132、133、134‧‧‧導電孔

141‧‧‧第二表面

331、411、421‧‧‧延伸部

100‧‧‧保護元件

110‧‧‧基板

120‧‧‧加熱件

125‧‧‧加熱件電極

130‧‧‧絕緣層

140‧‧‧低熔點金屬層

150‧‧‧助焊劑

160‧‧‧電極層

165‧‧‧中間電極

170‧‧‧外罩

圖1顯示習知之保護元件之結構示意圖。圖2顯示本發明一實施例之保護元件之立體結構示意圖。圖3顯示本發明一實施例之保護元件的熔斷件模組的立體結構示意圖。圖4顯示本發明一實施例之保護元件之加熱器模組的立體結構示意圖。圖5顯示圖2中沿1-1剖面線之一實施例的剖面結構示意圖。圖6顯示圖2中沿2-2剖面線之一實施例的剖面結構示意圖。圖7顯示本發明一實施例之電路保護裝置之電路示意圖。圖8至10顯示本發明和傳統型保護元件的熔斷時間測試分佈圖。圖11顯示圖2中沿1-1剖面線之另一實施例的剖面結構示意圖。圖12顯示本發明另一實施例之保護元件的熔斷件模組的立體結構示意圖。圖13顯示本發明另一實施例之電路保護裝置之電路示意圖。