WO2004070758A1 - 保護素子 - Google Patents

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Publication number
WO2004070758A1
WO2004070758A1 PCT/JP2004/001129 JP2004001129W WO2004070758A1 WO 2004070758 A1 WO2004070758 A1 WO 2004070758A1 JP 2004001129 W JP2004001129 W JP 2004001129W WO 2004070758 A1 WO2004070758 A1 WO 2004070758A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
metal
fuse
cover plate
protection element
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/001129
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yuji Furuuchi
Original Assignee
Sony Chemicals Corp.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Chemicals Corp. filed Critical Sony Chemicals Corp.
Publication of WO2004070758A1 publication Critical patent/WO2004070758A1/ja

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material

Definitions

  • the present invention relates to a protection element for interrupting a current due to fusing of a low-melting-point metal body when an abnormality occurs.
  • a protection element that can be used to prevent not only overcurrent but also overvoltage
  • a protection element in which a heating element and a low-melting-point metal body (fuse portion) are laminated on a substrate is known (for example, see Japanese Patent No. 27900). No. 433, JP-A No. 8-161690, etc.).
  • current is supplied to the heating element in the event of an abnormality, and the heating element generates heat, thereby melting the low-melting metal body.
  • the melted low-melting metal body is attracted to the electrode due to the good wettability of the electrode surface on which the low-melting metal body is placed, and as a result, the low-melting metal body is melted and the current is interrupted.
  • connection mode between the low-melting metal body and the heating element of this type of protection element is described in JP-A-10-116549 / JP-A10-116550 and the like.
  • the effect of cutting off the current to the heating element at the same time as the fusing of the low melting point metal body is the same.
  • this type of protection element is also required to be thinner.
  • One means for achieving this object is to use a fuse (low melting point metal) on an insulating substrate.
  • a method has been proposed to reduce the thickness by placing a body) and sealing it with an insulating cover plate and resin (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-111138).
  • a fuse mounting membrane electrode is formed on one side of an insulating substrate, and a low melting point fusible alloy piece is bridged between the membrane electrodes to provide a low melting point.
  • a flux is applied to the spot fusible alloy piece, an outer insulating par plate smaller than the insulating substrate is disposed on one side of the insulating substrate, and a peripheral end of the insulating cover plate and a peripheral end of the insulating substrate are connected to each other.
  • the gap is filled with a sealing resin, and the outer surface between the peripheral edge of the insulating cover plate of the sealing resin and the peripheral edge of the insulating substrate is formed as a concavely curved inclined surface or a linear inclined surface.
  • the method in which the insulating member is sealed with a bar plate and a resin to reduce the thickness the space for accommodating the low melting point metal body is small.
  • the electrode area tends to be reduced with the miniaturization, there is a possibility that defective fusion may occur. That is, as described above, the above-mentioned substrate type fuse is blown by the molten fuse element (low-melting metal body) flowing into the membrane electrode on the substrate. At this time, if the electrode area is sufficiently large and the volume on the electrode is ensured, no problem will occur, but if not, a situation occurs in which the fuse element cannot be melted and melted.
  • the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and can secure a sufficient wetted area with respect to a molten fuse portion (low-melting metal body). It is an object of the present invention to provide a protection element that does not cause a fusing defect, can reliably shut off current when an abnormality occurs, and has stable operation characteristics. Disclosure of the invention
  • the present invention is directed to a base substrate, a first electrode, a second electrode disposed apart from each other on the base substrate, and a low melting point metal, A fuse portion disposed over the second electrode, wherein a current flowing through the fuse portion is cut off by fusing the fuse portion.
  • the present invention is the protection element in which a second metal pattern separated from the first metal pattern is arranged at a position on the second electrode of the cover plate.
  • a protection element including a heating element provided in the vicinity of the fuse section, wherein a current flows through the heating element, and the fuse section is blown when heat is generated.
  • the present invention is the protection element, wherein a distance between the first and second metal patterns is smaller than a distance between the first and second electrodes.
  • the present invention is the protection element, wherein the distance between the first and second metal patterns is 0.2 mm or more.
  • the distance between the surface of the base substrate on which the first and second electrodes are arranged and the surface of the force bar plate on which the first metal pattern is arranged is determined by: It is a protection element whose thickness is 1.2 times or more and 4 times or less of the thickness of the part.
  • the present invention is a protection element in which the surfaces of the first and second electrodes and the surface of the first metal pattern have higher wettability than the surface exposed between the first and second electrodes. is there.
  • the surface of the first and second electrodes and the surface of the first and second metal patterns have higher wettability than the surface exposed between the first and second electrodes. It is a protection element.
  • a metal pattern showing good wettability with respect to the molten low melting point metal is also formed on the insulating cover plate.
  • the base substrate and the insulating board are made of an insulating material such as ceramic, glass, or resin, and the first and second surfaces are exposed between the first and second electrodes. Since the wettability of the second electrode and the metal pattern surface to the molten low-melting metal is high, when the low-melting metal body is melted at the time of an abnormality, not only the electrode but also the molten metal pattern is melted. It works to attract.
  • the low-melting-point metal that has been melted in a manner similar to capillary action is quickly drawn into the gap between the electrode and the metal pattern, and the low-melting-point metal is reliably reduced
  • the melting point metal body is blown.
  • the surface exposed between the first and second electrodes is not limited to the surface of the base substrate.
  • the surface exposed to the low melting point metal body in a molten state is more than the first and second electrode surfaces and the metal pattern surface. If the wettability is low, for example, the protective film formed on the base substrate may be exposed.
  • FIG. 1 is a plan view showing the internal structure of the protection element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing a sealed state by an insulating cover plate.
  • FIG. 3 is a plan view showing a surface of the insulating cover plate facing the base substrate.
  • FIGS. 4a and 4b are schematic diagrams showing the state of the molten low-melting metal body on the electrode, and FIG. 4a shows the case where the metal pattern is not formed on the insulating cover plate. The figure shows a case where a metal pattern is formed on the insulating cover plate.
  • FIG. 5a to 5c are views showing the internal structure of the protection element of the second embodiment
  • FIG. 5a is a plan view
  • FIG. 5b is a cross-sectional view taken along line X--X
  • FIG. c is a cross-sectional view taken along the line y--y.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a protection element according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a plan view showing a surface of the insulating cover plate facing the base substrate of the second embodiment.
  • reference numerals 1 and 21 indicate a base substrate
  • reference numerals 2 and 23 indicate fuse portions
  • reference numerals 3 and 25 indicate heating elements
  • reference numerals 4, 5, 6, and 7 indicate electrodes
  • reference numeral 8 , 9, 10, 11 1 indicate leads
  • 13 and 27 indicate insulating covers
  • 14 indicates resin
  • 15 a, 15 b, 28 a, 28 b and 28 c indicate metal patterns. Shown. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows an example (first embodiment) of a protection element to which the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a plan view in a state where an insulating cover plate has been removed.
  • the protection element of this example is a so-called substrate-type protection element (substrate-type fuse), which is formed of a low-melting-point metal on a base substrate 1 of a predetermined size and cuts off current by fusing.
  • a fuse part (low-melting metal body) 2 serving as a heat source and a heating element (heat sink) 3 for generating heat in the event of an abnormality and melting the fuse part 2 are arranged in close proximity and in parallel.
  • the material of the base substrate 1 may be any material as long as it has an insulating property.
  • a substrate used for a printed wiring board such as a ceramic substrate or a glass epoxy substrate, a glass substrate , A resin substrate, an insulated metal substrate, or the like can be used.
  • a ceramic substrate which is an insulating substrate having excellent heat resistance and good thermal conductivity is preferable.
  • various low-melting metals conventionally used as a fuse material can be used as a material for forming the fuse portion 2 having a function as a fuse.
  • various low-melting metals conventionally used as a fuse material can be used.
  • JP-A-8-161990 The alloys and the like described in Table 1 of the publication can be used. Specifically, Bi SnPb alloy, Bi PbSn alloy, Bi Pb alloy, Bi Sn alloy, SnPb alloy, SnAg alloy, Pb ln alloy, ZnAl alloy, In Sn alloy, PbAg Sn alloy, etc. Can be mentioned.
  • the shape of the fuse part 2 The shape may be a flake or a rod.
  • the heating element 3 needs to be coated with a resist paste made of a conductive material such as ruthenium oxide and carbon black and an inorganic binder such as water glass or an organic binder such as thermosetting resin. And can be formed by firing. Further, a thin film of ruthenium oxide, carbon black, or the like may be formed by printing, plating, vapor deposition, or sputtering, or may be formed by attaching or laminating these films.
  • a pair of electrodes 4 and 5 (first and second electrodes) for the fuse portion 2 and separated from each other, and a pair of electrodes for the heating element 3 are provided on the surface of the base substrate 1.
  • 6 and 7 are formed, and the fuse section 2 and the heating element 3 are formed so as to be connected to the electrodes 4 and 5 or the electrodes 6 and 7.
  • Leads 8, 9, 10, and 11 are connected to the electrodes 4, 5, 6, and 7, respectively, and serve as external terminals.
  • the electrode into which the molten fuse portion 2 flows that is, the constituent materials of the electrodes 4 and 5 for the fuse portion 2, and those having good wettability with the fused fuse portion 2 in the molten state. Can be used.
  • the fused portion 2 in a molten state and a metal material having good wettability such as copper (Cu), Ag, Ag—Pt, Ag—Pd, Au, Ni, Mo
  • a metal material having good wettability such as copper (Cu), Ag, Ag—Pt, Ag—Pd, Au, Ni, Mo
  • Cu copper
  • Ag—Pt Ag—Pt
  • Ag—Pd Ag—Pd
  • Au Ni
  • Mo metal material having good wettability
  • the electrodes 4 and 5 may be formed of a material having poor wettability with the fused portion 2 in a molten state, and a metal layer containing the above-described metal material may be disposed on the surfaces of the electrodes 4 and 5.
  • a metal layer containing the above-described metal material may be disposed on the surfaces of the electrodes 4 and 5.
  • at least the surface of the electrodes 4 and 5 is made of a metal material selected from the group consisting of Cu, Ag, Ag—Pt, Ag—Pd, Au, Ni, and Mo.
  • a metal layer containing at least one or more metal materials may be provided.
  • the electrodes 6 and 7 for the heating element 3 consider the wettability with the fused part 2 in the molten state. Although it is not necessary to consider it, it is usually formed in a lump with the electrodes 4 and 5 for the fuse portion 2, so that it is formed of the same material as the electrodes 4 and 5 for the fuse portion 2.
  • a metal wire such as a flat wire or a round wire is used, and these wires are attached to the electrodes 4, 5, 6, and 7 by soldering or welding. Is electrically connected to When adopting such a form with leads, by making the positions of the leads symmetrical, it is possible to work without being aware of the mounting surface during the mounting work.
  • an inner sealing portion 12 made of flux or the like is provided on the fuse portion 2, to prevent surface oxidation.
  • the flux any known flux such as a rosin-based flux can be used, and the viscosity and the like are also arbitrary.
  • the above-mentioned inner sealing portion 12 is melted together when the fuse portion 2 is melted, and comes into contact with the electrodes 4, 5 and metal patterns 15a, 15b described later.
  • the inner sealing portion 12 is mainly composed of a reducing material such as a flux, a case where a natural oxide film is formed on the surfaces of the electrodes 4, 5 and the metal patterns 15a, 15b
  • the oxide film is reduced by the melt of the inner sealing portion 12 and the metal material having a high affinity for the fuse portion 2 is formed by the electrodes 4, 5 and the metal patterns 15a, 15b. It will be exposed on the surface.
  • the material having a reducing property such as flux is not limited to the case where it is arranged only on the fuse section 2, and the present invention also applies to the case where it is arranged on the surfaces of the electrodes 4 and 5 and the metal patterns 15 a and 15 b. Is included.
  • a metal material having high corrosion resistance such as gold is disposed on the surfaces of the electrodes 4 and 5 and the metal patterns 15a and 15b, and naturally oxidized on the surfaces of the electrodes 4 and 5 and the metal patterns 15a and 15b. If there is no possibility that a film is formed, the inner sealing portion 12 may not be provided on the fuse portion 2 nor on the electrodes 4 and 5 or the metal patterns 15a and 15b.
  • an insulating cover plate 13 is provided so as to cover the fuse portion 2 and the heating element 3.
  • the insulating cover plate 13 is fixed at a predetermined distance to the base substrate 1 by arranging the resin 14 around it, and the space between the insulating cover plate 13 and the base substrate 1 is maintained.
  • the fuse portion 2 and the heating element 3 are housed in the housing.
  • the material of the insulation cover plate 13 may be any material as long as it is an insulating material having heat resistance and mechanical strength enough to withstand the fusing of the fuse portion 2, for example, glass, ceramic, and the like.
  • Various materials can be applied, such as a board material used for a printed wiring board such as a plastic, a glass, and an epoxy board.
  • the insulating cover plate 13 may be formed by using a metal plate and forming an insulating material layer such as a resin or a resist on the surface facing the base substrate 1 to insulate the material.
  • a material having high mechanical strength such as a ceramic plate is used, the thickness of the insulating cover plate 13 itself can be reduced, which greatly contributes to a reduction in the thickness of the entire protection element.
  • the insulating cover plate 13 is made of a material having excellent thermal conductivity, such as a ceramic plate, and is brought into contact with the base substrate 1 via a flux. A fuse with good responsiveness to heat from outside can be obtained.
  • the size of the insulating cover plate 13 is preferably equal to the size of the base substrate 1, but is not limited to this, and even if either one is smaller, Or, even if it is large, the same effect can be obtained.
  • the insulating cover plate 13 may be a mere flat plate or a so-called cap having a rising wall around the periphery.
  • the periphery must be resin-sealed so that the interior becomes hollow and the fused fuse 2 spreads between the metal patterns 15a and 15b and the electrodes 4 and 5.
  • the insulating cover plate 13 may be simply bonded to the base substrate 1.
  • metal patterns 15a, 15b (first and second metal) exhibiting good wettability to the molten fuse portion 2 are provided. Is formed, and this is the most special matter of the protection element of the present invention.
  • the metal patterns 15a and 15b will be described in detail.
  • each of the electrodes 4 and 5 is formed at substantially the same position and substantially the same size.
  • a first metal pattern 15a is arranged on the first electrode 4, and a second metal pattern 15b separated from the first metal pattern 15a is arranged on the second electrode 5.
  • a first metal pattern 15a is arranged on the first electrode 4
  • a second metal pattern 15b separated from the first metal pattern 15a is arranged on the second electrode 5.
  • the material of the metal patterns 15a and 15b is not necessarily limited to metal as long as it has a good wettability with respect to the fused portion 2 that is more molten than the insulating cover plate 13. Otherwise, it is difficult to obtain sufficient wettability, so it is effective to use a metal material.
  • a metal material having good wettability with respect to the fused fuse portion 2 may be selected and used from this viewpoint.
  • At least one metal material selected from the group consisting of copper (Cu), Ag, Ag—Pt, Ag—Pd, Au, Ni, and Mo It is preferable to form the metal patterns 15a and 15b by the following.
  • a metal layer containing the above-described metal material can be disposed on the surface of the metal pattern made of the material having a molten fuse portion 2 and poor wettability.
  • at least the surface of the metal patterns 15a, 15b is selected from the group consisting of Cu, Ag, Ag-Pt, Ag-Pd, Au, Ni, and Mo. It is sufficient that a metal layer containing at least one kind of metal material among the metal materials to be formed is disposed.
  • each of the metal patterns 15a and 15b may be made of the same material, or each of the metal patterns 15a , 15b may be made of different materials.
  • the metal patterns 15a and 15b As a method of forming the metal patterns 15a and 15b, for example, when the insulating cover plate 13 is made of a ceramic plate, the conductive pattern containing the metal material is printed and baked. Can be.
  • the insulating cover plate 13 is made of a material having poor heat resistance such as plastic, for example, a metal film is formed on the insulating cover plate 13 by a method such as vapor deposition and sputtering, and this is patterned by etching. It can be formed by winging.
  • the insulating cover plate 13 When a board material used for a printed wiring board such as a glass epoxy board is used for the insulating cover plate 13, for example, a copper-clad board to which a copper foil is pasted is used, and this is subjected to etching by etching or the like. By doing so, it can be formed. Further, when a metal plate having an insulating material layer such as a resin or a resist formed on the surface facing the base substrate 1 is used as the insulating cover plate 13, the insulating material layer is selectively removed (for example, a resist layer). The exposed metal plate can be used as the metal patterns 15a and 15b.
  • the base plates of the insulating cover plate 13 correspond to the electrodes 4 and 5 for the fuse unit 2 on the base substrate 1 into which the molten low melting point metal flows when the fuse unit 2 is melted.
  • metal patterns 15a and 15b having a property that the molten low melting point metal is easily wetted on the surface opposite to 1, a sufficient melting low melting point metal wet area inside the element while the protection element is made a thin element. And stable operation characteristics can be obtained even at a high rated current (the cross-sectional area of the fuse section 2 is large).
  • FIG. 4 shows the difference in the state of the molten low melting point metal flowing into the electrodes 4 and 5 depending on the presence or absence of the metal patterns 15a and 15b.
  • the fused fuse If the amount of the part 2 is large or the gap between the base substrate 1 and the insulating cover plate 13 is narrow and the top of the fused part 2 is pressed down with the insulating cover plate 13, the fused fuse on the electrodes 4 and 5 2 protrudes laterally, and there is a possibility that the fuse portion 2 on the electrode 4 and the fuse portion 2 on the electrode 5 come into contact with each other. If the fuses 2 on the electrodes 4 and 5 come into contact, the fuses 2 become electrically conductive, and the fuse 2 is not blown.
  • the metal patterns 15a and 15b are formed on the insulating cover plate 13
  • the area of the surface that shows wettability to the molten fuse portion 2 is substantially increased. Will be done.
  • the process of fusing the fuse portion 2 when the metal patterns 15a and 15b are formed will be specifically described.
  • the fuse portion 2 is melted by the heat generated by the heating element 3, the melted fuse portion 2 is attracted to the electrodes 4 and 5 having good wettability, and the portion of the fuse portion 2 located between the electrodes 4 and 5 is Move over electrodes 4,5. Therefore, the fuse portion 2 on the electrodes 4 and 5 increases in volume by the amount moved from between the electrodes 4 and 5 and rises, so that the height of the fuse portion 2 on the electrodes 4 and 5 is higher than before melting. Get higher.
  • the distance t between the base substrate 1 and the insulating cover plate 13 is determined when the molten fuse portion 2 rises on the electrodes 4 and 5 when the fuse portion 2 and each metal pattern 15 a, 1 5b, so that the fuse portion 2 contacts the metal patterns 15a and 15b, and the fused fuse portion 2 contacts the electrodes 4,5 and the electrodes 4,5. 5 Touch both the metal patterns 15a and 15b located above.
  • the fuse portion 2 between the electrodes 4 and 5 has the electrodes 4 and 5 and the electrodes 4 and 5.
  • the metal part 15a, 15b located on the upper part 4, 5 is further drawn and lost, and the fuse part 2 is divided into two parts. As described above, the electrodes 4 and 5 are separated from each other, and the metal plates 15a and 15b are also separated from each other. When the closed portion 2 is divided, the electrodes 4 and 5 are electrically insulated from each other.
  • FIG. 4b shows a state where the fuse portion 2 is drawn between the electrode 4 (or the electrode 5) and the metal pattern 15a (or the metal pattern 15b) on the electrode 4. At this time, a state similar to a so-called capillary phenomenon occurs, and the fused fuse portion 2 is maintained in a state of forming a meniscus, and the electrode 4, 5 and the metal pattern 15 on the electrode 4, 5 are interposed.
  • the side surface of the fused portion 2 which does not bulge out from the side is indented as shown in FIG. 4b, and the protrusion in the lateral direction is suppressed. Therefore, the contact due to the protrusion of the melted fuse portion 2 is eliminated, and the fuse portion 2 is reliably blown.
  • the metal patterns 15a and 15b are formed at positions facing the electrodes 4 and 5 and have the same size as the opposing electrodes 4 and 5, but are not limited thereto. However, the metal patterns 15a and 15b are formed at the center of the effective area of the electrodes 4 and 5 'on the base substrate 1 side where the electrodes 4 and 5' are wet with the fused fuse portion 2 (the remaining portion of the fused portion 2 after melting). Is preferably formed to include the apex of
  • the distance wl between the metal patterns 15a and 15b closer to the distance w2 between the electrodes 4 and 5 on the base substrate 1, it is possible to improve the breaking characteristics when the fuse 2 is melted. is there. However, it is necessary to secure a minimum distance (for example, 0.2 mm or more) that can guarantee complete fusing as the distance wl.
  • the distance t between the insulating cover plate 13 and the base substrate 1 is not particularly limited as long as a sufficient wet area can be secured.
  • the insulating cover 13 and the base substrate 1 are bonded together. At this time, one or both of the insulating par plate 13 and the base substrate 1 may be bent by the pressing, and both the insulating cover plate 13 and the base substrate 1 may contact the fuse portion 2.
  • the insulating cover plate 13 and the base substrate 1 contact the fuse part 2,
  • the distance t between the insulating cover plate 13 and the base substrate 1 is one time the thickness of the fuse portion 2.
  • the insulating cover plate 13 may come into contact with the surface of the internal sealing portion 12.
  • the metal patterns 15 a and 15 b are formed on the inner side of the fuse portion 2. It may come into contact with the sealing portion 12.
  • the patterns 15a and 15b may directly contact the fuse 2.
  • the fuses 2 have the electrodes 4 and 5 and the metal patterns 15 on the electrodes 4 and 5 have the same thickness.
  • the distance t is the value obtained by adding the thickness of the electrodes 4 and 5 to the thickness of the fuse section 2 plus the thickness of the metal patterns 15a and 15b.
  • the electrodes 4, 5 If a sufficient gap is left between the metal patterns 15a and 15b on the electrodes 4 and 5, the molten fuse portion 2 is drawn into the gap, so that the fuse portion 2 is blown. can do.
  • the distance t is not particularly limited, but it is preferable that the distance t is 1.2 times or more and 4 times or less the thickness of the fuse portion 2. If the distance t is less than 1.2 times the thickness of the fuse 2, it is difficult to guarantee rapid melting of the fuse 2 due to melt flow. Conversely, if the distance t exceeds four times the thickness of the fuse portion 2, the distance may be too large and the metal patterns 15a and 15b may not be wet, which is the original purpose. It is difficult to realize a thinner.
  • the metal patterns 15 a and 15 b may be in a state of being in contact with the leads 8 and 9 connected to the electrodes 4 and 5 facing each other.
  • the insulating cover plate 13 and the base substrate 1 may be separated from one or both of them.
  • a gold electrode is used in order to secure a sufficient volume for drawing in the molten fuse 2 in the gap between the electrodes 4 and 5 and the metal patterns 15 a and 15 b on the electrodes 4 and 5, a gold electrode is used. 4, 5
  • the metal patterns 15 on the electrodes 4, 5 may be separated.
  • the effective wetting area for the fused fuse portion 2 is expanded by maximizing the use of the space on the insulating cover plate 13 side. Even if the height is increased (the cross-sectional area of the fuse portion 2 is increased), the melt flow area can be secured by that amount, and stable fusing can be guaranteed.
  • second embodiment of the protection element to which the present invention is applied will be described. Note that the protection element of the present embodiment is an example of a protection element in which the heating element and the fuse portion are not arranged in a plane, but are arranged in an overlapping state.
  • the protection element of this embodiment is provided with fuse portion electrodes 22a, 22b, 22c on a base substrate 21.
  • a fuse 23 (23a, 23b) is provided so as to be bridged between 22a, 22b, and 22c.
  • a heating element 25 is provided on the lower surface side of the center electrode 22 c via an insulating layer 24. The heating element 25 is energized and heated between the wirings 26x, 26y derived from the heating element electrode 26a and the heating element electrode 26b.
  • the heating element electrode 26 b is electrically connected to the fuse section electrode 22 c.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of the protection element configured as described above.
  • a chargeable / dischargeable charger is connected between A l and A 2, and a power supply for charging the charger or an electric device supplied with electricity from the charger is connected between B l and B 2.
  • a power supply is connected between Bl and B2 and an overvoltage is applied between Bl and B2
  • the Zener diode D conducts and the current ib flowing through the resistor R through the transistor becomes Then, the transistor is turned on, and the current ic flows through the heating elements 25a and 25b.
  • the heating elements 25a and 25b generate heat by the current ic, and as described above, the fuse portion 23a between the electrodes 22a and 22c and the fuse portion 23b between the electrodes 22b and 22c are blown, respectively.
  • the charger connected between Al and A2 is not charged by overvoltage.
  • an insulating cover plate 27 is provided, so that the overall protection device can be made thinner and the insulating cover plate 27 can be formed.
  • the surface facing the base substrate 21 has a good resistance to the fused portion 23 corresponding to each fuse portion electrode 22a, 22b, 22c.
  • Metal patterns 28a, 28b, 28c exhibiting wettability are formed.
  • the metal parts 28a, 28b, 28c are formed in three places corresponding to the fuse part electrodes 22a, 22b, 22c.
  • the present invention is not limited to this.
  • only the metal pattern 28c may be formed so as to correspond to only the central fuse portion electrode 22c.
  • the heating element 25 is formed directly below the fuse electrode 22c at the center, and when the heating element 25 generates heat, the heating element 25 is formed on the fuse electrode 22c. Melting starts from the fuse portion 23 of the portion. Therefore, if the fused portion 23 that is melted by the action of the metal pattern 28c is drawn in this portion, the fuse is quickly blown, and the power supply to the protected device is cut off.
  • the fused fuse portion 23 is formed by forming the metal patterns 28a, 28b, and 28c.
  • the effective wet area of the fuse 23 can be increased, and stable melting of the fuse 23 can be guaranteed.
  • This example is an example in which a protection element is manufactured according to the configuration of the first embodiment. That is, a ceramic substrate having a size of 6111111 and 6111111 and a thickness of 0.5 mm was used as a base substrate, and electrodes were formed thereon. As each electrode, an Ag—Pd electrode was formed by printing.
  • a heating resistor of a ruthenium oxide type was printed between a pair of electrodes and baked to form a heating resistor.
  • the electric resistance of the formed heating resistor was 4 ⁇ .
  • a low melting point metal (width lmm, thickness 3mm) was connected by welding between the other pair of electrodes, and sealed with a rosin-based flux.
  • each electrode has? ⁇ 1 plating (: 11 lead wire (width lmm, thickness 0.5mm)) was connected by soldering.
  • a metal pattern of the same size was formed on the insulating cover plate facing the electrode to which the low melting point metal was connected.
  • the metal pattern was formed by printing and baking an Ag-Pd paste in the same manner as the electrodes.
  • the basic configuration of the protection element is the same as in the previous embodiment. However, the difference from the embodiment is that no metal pattern is formed on the insulating cover plate.
  • the metal pattern is formed on the insulating cover plate, a sufficient wet area is ensured for the molten fuse portion (low-melting metal body). Therefore, it is possible to suppress the occurrence of fusing defects in the fuse portion. Therefore, it is possible to reliably shut off the current in the event of an abnormality, and to provide a protection element having stable operation characteristics.

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Abstract

ベース基板１上に形成された複数の電極４，５間に低融点金属体２が配され、低融点金属体２の溶断により電流が遮断される保護素子である。ベース基板１と対向して絶縁カバー板１３が設けられるとともに、少なくとも１の電極に対向して絶縁カバー板１３に金属パターン１５ａ、１５ｂが形成されている。絶縁カバー板１３に金属パターン１５ａ、１５ｂを形成することで、溶融した低融点金属体２に対して濡れ性を示す面の面積が実質的に拡大されることになり、溶融した低融点金属体２は電極４，５及び金属パターン１５ａ，１５ｂとによって、これらの間隙に速やかに引き込まれる。

Description

技術分野
本発明は、 異常時に低融点金属体の溶断により電流を遮断する保護素子に関す るものである。 背景技術
過電流だけでなく過電圧も防止するために使用できる保護素子として、 基板上 に発熱体と低融点金属体 （フューズ部） を積層した保護素子が知られている （例 えば、 特許 2 7 9 0 4 3 3号公報、 特開平 8— 1 6 1 9 9 0号公報等を参照） 。 これらの特許文献に記載される保護素子では、 異常時に発熱体に通電がなされ、 発熱体が発熱することにより低融点金属体が溶融する。 溶融した低融点金属体は、 低融点金属体が載置されている電極表面に対する濡れ性の良さに起因して電極上 に引き寄せられ、 その結果、 低融点金属体が溶断されて電流が遮断される。
このタイプの保護素子の低融点金属体と発熱体との接続態様としては、 特開平 1 0 - 1 1 6 5 4 9号公報ゃ特開平 1 0— 1 1 6 5 5 0号公報等に記載されてい るように、 発熱体上に低融点金属体を積層せずに、 低融点金属体と発熱体とを基 板上に平面的に配設して接続するという態様も知られているが、 低融点金属体の 溶断と同時に発熱体への通電が遮断されるようにするという効果は同じである。 ところで、 携帯機器等の小型化に伴い、 この種の保護素子にも薄型化が要求さ れており、 その目的を達成するための一つの手段として、 絶縁基板上にフユ一ズ (低融点金属体） を配置するとともに、 これを絶縁カバー板と樹脂で封止するこ とで薄型化する方法が提案されている （例えば、 特開平 1 1一 1 1 1 1 3 8号公 報を参照） 。 この特許文献記載の基板型温度フューズでは、 絶縁基板の片面にフ ユーズ取付用膜電極を形成し、 その膜電極間に低融点可溶合金片を橋設し、 低融 点可溶合金片にフラックスを塗布し、 絶縁基板よりも小なる外郭の絶縁力パー板 を絶縁基板の片面上に配し、 この絶縁カバー板の周囲端部と絶縁基板の周囲端部 との間隙に封止樹脂を充填し、 封止樹脂の絶縁カバー板周囲縁端と絶縁基板周囲 縁端との間の外面を凹曲傾斜面または直線傾斜面としている。
しかしながら、 特開平 1 1一 1 1 1 1 3 8号公報記載の発明のように、 絶縁力 バー板と樹脂とで封止し薄型化する方法では、 低融点金属体が収容される空間が 小さくなり、 また、 小型化に伴い電極面積も小さくなる傾向にあることから、 溶 断不良が生ずる虞れがある。 すなわち、 前述のような基板型フューズは、 先にも 述べたように、 基板上の膜電極に溶融したフューズエレメント （低融点金属体） が流れ込むことで溶断する。 このとき、 十分に電極面積が大きく、 電極上の体積 も確保されている場合はさほど問題は起こらないが、 そうでない場合、 フューズ エレメントは溶融しても溶断できないという状況が発生する。 これは、 溶融した フユ一ズエレメントが電極に流れ込んだ時にその高さ方向に盛り上がるような現 象が起こり、 前記のような場合、 電極だけでは溶融したフユ一ズエレメントを十 分に引き寄せることができず、 はみ出した溶融フユ一ズエレメント間が接触する 等の現象が生ずるからである。
近年、 機器の小型化や薄型化は益々進められる方向にあり、 これに伴い前記保 護素子にも一層の小型化、 薄型化が要求される中、 前記問題は深刻なものとなつ ている。 また、 高電流定格化によりフューズエレメントの断面積は拡大傾向に'あ り、 この点からも前記問題は一層大きくなつてきており、 その解決が望まれてい る。
本発明は、 このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、 溶融したフ ユーズ部 （低融点金属体） に対して十分な濡れ面積を確保することができ、 フユ ーズ部の溶断不良が発生することがなく、 異常時に確実に電流を遮断することが 可能で安定した動作特性を有する保護素子を提供することを目的とする。 発明の開示
上述の目的を達成するために、 本発明は、 ベース基板と、 前記ベース基板上に 互いに離間して配置された第 1、 第 2の電極と、 低融点金属で構成され、 前記第 1、 第 2の電極上に亘つて配置されたフューズ部とを有し、 前記フユ一ズ部の溶 断によって前記フユ一ズ部に流れる電流が遮断される保護素子において、 前記第 1、 .第 2の電極上に配置されたカバ一板と、 前記カバー板の前記第 1の電極上の 位置に、 第 1の金属パターンが配置された保護素子である。
本発明は、 前記カバ一板の前記第 2の電極上の位置に、 前記第 1の金属パター ンとは離間された第 2の金属パターンが配置された保護素子である。
本発明は、 前記フューズ部に近接して発熱体が設けられ、 当該発熱体に電流が 流れ、 発熱すると前記フューズ部が溶断されるように構成された保護素子である。 本発明は、 前記第 1、 第 2の金属パターン間の距離が前記第 1、 第 2の電極間 の距離よりも小である保護素子である。
本発明は、 前記第 1、 第 2の金属パターン間の距離が 0 . 2 mm以上である保 護素子である。
本発明は、 前記ベース基板の前記第 1、 第 2の電極が配置された面と、 前記力 バー板の前記第 1の金属パターンが配置された面との間の距離は、 前記フユ一ズ 部の厚さの 1 . 2倍以上 4倍以下である保護素子である。
本発明は、 前記第 1、 第 2の電極の表面と、 前記第 1の金属パターンの表面は、 前記第 1、 第 2の電極間に露出する表面よりも濡れ性が高くされた保護素子であ る。
本発明は、 前記第 1、 第 2の電極の表面と、 前記第 1、 第 2の金属パターンの 表面は、 前記第 1、 第 2の電極間に露出する表面よりも濡れ性が高くされた保護 素子である。
本発明の保護素子では、 絶縁カバー板にも溶融した低融点金属に対して良好な 濡れ性を示す金属パ夕一ンが形成されている。 一般にベース基板や絶縁力パー板は、 セラミック、 ガラス、 樹脂等の絶縁材料 で構成されており、 第 1、 第 2の電極の間に露出する表面、 例えばベース基板の 表面に比べ、 第 1、 第 2の電極や金属パターン表面の溶融した低融点金属に対す る濡れ性は高いので、 異常時に低融点金属体が溶融した際には、 電極のみならず 前記金属パターンも溶融した低融点金属を引き寄せる働きをする。
したがって、 例えば低融点金属体が収容される空間が小さい場合にも、 いわば 毛細管現象のような形で溶融した低融点金属が電極と金属パターン間の隙間に速 やかに引き込まれ、 確実に低融点金属体が溶断される。
第 1、 第 2の電極との間に露出する表面はべ一ス基板の表面に限定されず、 第 1、 第 2の電極表面及び金属パターン表面よりも、 溶融状態の低融点金属体に対 する濡れ性が低いものであれば、 例えばベース基板上に形成された保護膜が露出 していもよい。 図面の簡単な説明
第 1図は第 1の実施形態の保護素子の内部構造を示す平面図である。
第 2図は絶縁カバー板による封止状態を示す概略断面図である。
第 3図は絶縁カバー板のベース基板との対向面を示す平面図である。
第 4 a図、 第 4 b図は溶融した低融点金属体の電極上での状態を示す模式図で あり、 第 4 a図は絶縁カバー板に金属パターンが形成されていない場合、 第 4 b 図は絶縁カバー板に金属パターンが形成されている場合をそれぞれ示す。
第 5 a図〜第 5 c図は第 2の実施形態の保護素子の内部構造を示す図であり、 第 5 a図は平面図、 第 5 b図は X— X線における断面図、 第 5 c図は y— y線に おける断面図である。
第 6図は第 2の実施形態の保護素子の回路構成を示す回路図である。
第 7図は第 2の実施形態の絶縁カバー板のベ一ス基板との対向面を示す平面図 である。 各図中符号 1, 21はベース基板を示し、 符号 2， 23はフユ一ズ部を示し、 符号 3, 25は発熱体を示し、 符号 4, 5, 6, 7は電極を示し、 符号 8， 9， 10， 1 1はリードを示し、 符号 13, 27は絶縁カバ一板を示し、 符号 14は 樹脂を示し、 符号 15 a, 15 b, 28 a, 28 b, 28 cは金属パターンを示 す。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を適用した保護素子について、 図面を参照しながら詳細に説明す る。
第 1図に、 本発明を適用した保護素子の一例 （第 1の実施形態） を示す。 なお、 第 1図は、 絶縁カバ一板を取り除いた状態での平面図である。 本例の保護素子は、 いわゆる基板型の保護素子 （基板型フユ一ズ） であり、 所定の大きさのベース基 板 1上に、 低融点金属からなり、 溶断により電流を遮断するフユ一ズとしての役 割を果たすフューズ部 （低融点金属体） 2と、 異常時に発熱して前記フューズ部 2を溶融するための発熱体 （ヒ一夕） 3とが近接して並列に配置されている。 ここで、 ベ一ス基板 1の材質としては、 絶縁性を有するものであれば如何なる ものであってもよく、 例えば、 セラミックス基板、 ガラスエポキシ基板のような プリント配線基板に用いられる基板、 ガラス基板、 樹脂基板、 絶縁処理金属基板 等を用いることができる。 これらの中で、 耐熱性に優れ、 熱良伝導性の絶縁基板 であるセラミックス基板が好適である。
また、 フユ一ズとしての機能を有するフユ一ズ部 2の形成材料としては、 従来 よりフューズ材料として使用されている種々の低融点金属を使用することができ、 例えば、 特開平 8— 161 990号公報の表 1に記載の合金等を使用することが できる。 具体的には、 B i SnPb合金、 B i PbSn合金、 B i Pb合金、 B i Sn合金、 SnPb合金、 SnAg合金、 Pb l n合金、 ZnA l合金、 I n Sn合金、 P bAg Sn合金等を挙げることができる。 また、 フューズ部 2の形 状は、 薄片状でも棒状でもよい。
発熱体 3は、 例えば、 酸化ルテニウム、 力一ボンブラック等の導電材料と水ガ ラス等の無機系バインダ、 あるいは熱硬化性樹脂等の有機系バインダからなる抵 抗ぺ一ストを塗布し、 必要に応じて焼成することにより形成できる。 また、 酸化 ルテニウム、 カーボンブラック等の薄膜を印刷、 メツキ、 蒸着、 スパッ夕で形成 してもよく、 これらのフィルムの貼付、 積層等により形成してもよい。
ベース基板 1の表面には、 前記フユ一ズ部 2用であって、 互いに分離された一 対の電極 4, 5 (第 1、 第 2の電極） 、 及び前記発熱体 3用の一対の電極 6， 7 が形成されており、 これら電極 4， 5、 あるいは電極 6, 7に接続される形で前 記フユ一ズ部 2や発熱体 3が形成されている。 また、 各電極 4， 5, 6, 7には、 それぞれリード 8， 9， 10， 11が接続されており、 外部端子としての役割を 果たす。
溶融したフューズ部 2が流れ込むこととなる電極、 すなわちフユ一ズ部 2用の 電極 4， 5の構成材料についても特に制限はなく、 溶融状態のフユ一ズ部 2と濡 れ性の良いものを使用することができる。
電極 4、 5としては溶融状態のフューズ部 2と濡れ性の良い金属材料、 例えば、 銅 （Cu) と、 Agと、 Ag— P tと、 Ag— Pdと、 Auと、 N iと、 Moと からなる群より選択される金属材料のうち、 少なくとも 1種類以上の金属材料で 構成されたものを用いることが好ましい。 .
また、 溶融状態のフューズ部 2と濡れ性の悪い材質で電極 4、 5を構成し、 該 電極 4、 5の表面に、 上述した金属材料を含有する金属層を配置することもでき る。 要するに本願では、 電極 4、 5の少なくとも表面に、 Cuと、 Agと、 Ag — P tと、 Ag— Pdと、 Auと、 N iと、 M oとからなる群より選択される金 属材料のうち、 少なくとも 1種類以上の金属材料を含有する金属層が配置されて いればよい。
発熱体 3用の電極 6， 7については、 溶融状態のフューズ部 2との濡れ性を考 慮する必要はないが、 通常は前記フューズ部 2用の電極 4， 5と一括して形成さ れるため、 フユ一ズ部 2用の電極 4, 5と同様の材料により形成される。
リード 8, 9, 10, 1 1には、 扁平加工線や丸線等の金属製の線材が用いら れ、 半田付けや溶接等によって前記電極 4, 5, 6, 7に取り付けることにより、 これらと電気的に接続される。 このようなリード付きの形態を採用する場合、 リ ―ドの位置を左右対称にすることにより、 取り付け作業時に取り付け面を意識す ることなく作業することができる。
また、 前記フューズ部 2の上には、 その表面酸化を防止するために、 フラック ス等からなる内側封止部 12が設けられている。 フラックスとしては、 ロジン系 フラックス等、 公知のフラックスをいずれも使用することができ、 粘度等も任意 である。
上述した内側封止部 12はフユ一ズ部 2が溶融する際に一緒に溶融し、 電極 4、 5や後述する金属パターン 15 a, 15 bに接触する。 内側封止部 12がフラッ クスのような還元性を有する材料を主成分とする場合には、 電極 4、 5や金属パ ターン 15 a， 15 bの表面に自然酸化膜が形成されている場合であっても、 内 側封止部 12の溶融物によって該酸化膜が還元され、 フユ一ズ部 2に対して親和 性の高い金属材料が、 電極 4、 5や金属パターン 15 a, 15 bの表面に露出す ることになる。
フラックスのような還元性を有する材料は、 フユ一ズ部 2上だけに配置する場 合に限定されず、 電極 4, 5表面や金属パターン 15 a， 1 5 b表面に配置する 場合も本願には含まれる。
また、 電極 4, 5や金属パターン 15 a、 15 bの表面に、 金のように耐腐食 性の高い金属材料が配置され、 電極 4， 5や金属パターン 1 5 a、 15 b表面に 自然酸化膜が形成される恐れがない場合には、 フユ一ズ部 2上にも、 電極 4、 5 や金属パターン 15 a、 15 b上にも内側封止部 12を設けなくてもよい。
以上が本実施形態の保護素子の内部構造であるが、 本実施形態の保護素子にお いては、 第 2図に示すように、 前記フユ一ズ部 2や発熱体 3を覆って絶縁カバー 板 1 3が設けられている。.絶縁カバー板 1 3は、 周囲に樹脂 1 4を配することに よりベース基板 1に対して所定の間隔を保って固定され、 これら絶縁カバ一板 1 3とベース基板 1との間の空間に前記フューズ部 2や発熱体 3が収容された形に なっている。
前記絶縁カバー板 1 3を設けることにより、 例えば封止樹脂の盛り上がり等を 抑えることができ、 保護素子全体の薄型化を実現することができる。 ここで、 絶 縁カバ一板 1 3の材質は、 フューズ部 2の溶断に耐え得る耐熱性と機械的な強度 を有する絶縁材料であれば如何なるものであってもよく、 例えば、 ガラス、 セラ ミックス、 プラスチック、 ガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用い られる基板材料等、 様々な材質を適用することができる。 さらには、 金属板を用 い、 ベース基板 1との対向面に樹脂やレジスト等の絶縁材料層を形成することで 絶縁化し、 絶縁カバー板 1 3としてもよい。 特に、 セラミックス板のような機械 的強度の高い材質を使用した場合、 絶縁カバー板 1 3自体の厚さも薄くすること ができ、 保護素子全体の薄型化に大きく寄与する。
前記絶縁カバー板 1 3をセラミック板のような熱伝導性に優れる材質とし、 フ ラックスを介してベース基板 1と接触するようにすることで、 通常の取り付け接 触面 （ベース基板 1側） 以外からの熱に対しても、 応答性の良いヒューズとする ことができる。 この場合、 両面からの熱検出という意味からは、 絶縁カバ一板 1 3の大きさはベース基板 1の大きさと同等であることが好ましいが、 これに限ら ず、 いずれか一方が小さくても、 あるいは大きくても同様の効果を得ることがで ぎる。
なお、 前記絶縁カバー板 1 3は、 単なる平板状であってもよいし、 周囲に立ち 上がり壁を有する、 いわゆるキャップ状のものであってもよい。 前者の場合には、 内部が空洞になり、 溶融したフューズ部 2が金属パターン 1 5 a , 1 5 bと電極 4、 5との間に広がるように、 周囲を樹脂封止する必要があるが、 後者の場合に は、 例えば絶縁カバー板 13をベース基板 1に接着するだけでもよい。
また、 前記絶縁カバー板 13のべ一ス基板 1との対向面には、 溶融したフュー ズ部 2に対して良好な濡れ性を示す金属パターン 15 a, 15 b (第 1、 第 2の 金属パターン） が形成されており、 これが本発明の保護素子における最も特徵的 な事項である。 以下、 この金属パターン 15 a, 15 bについて詳述する。
絶縁カバー板 13のベース基板 1との対向面には、 第 3図に示すように、 互い に分離された金属パ夕一ン 1 5 a, 15 bがフユ一ズ部 2用の電極 4， 5に対応 して、 各電極 4, 5とほぼ同じ位置にほぼ同じ大きさで形成されている。
即ち、 第 1の電極 4上には第 1の金属パターン 15 aが配置され、 第 2の電極 5上には、 第 1の金属パターン 15 aから分離された第 2の金属パターン 15 b が配置されている。
これらの金属パターン 15 a、 15 bの材質は、 絶縁カバ一板 13よりも溶融 したフューズ部 2に対して濡れ性が良ければ必ずしも金属に限らないが、 その機 能を考えた場合、 金属材料でないと十分な濡れ性を得ることが難しいことから、 金属材料とすることが実効的である。
前記金属パターン 15 a、 15 bは、 かかる観点から溶融したフユ一ズ部 2に 対して良好な濡れ性を有する金属材料を選択して使用すればよい。
例えば、 銅 （Cu) と、 Agと、 Ag— P tと、 Ag— Pdと、 Auと、 N i と、 Moとからなる群より選択される金属材料のうち、 少なくとも 1種類以上の 金属材料で金属パターン 15 a、 15 bを構成することが好ましい。
また、 溶融状態のフユ一ズ部 2と濡れ性の悪い材料からなる金属パターンの表 面に、 上述した金属材料を含有する金属層を配置することもできる。 要するに本 願では、 金属パターン 15 a、 15 bの少なくとも表面に、 Cuと、 Agと、 A g— P tと、 Ag— Pdと、 Auと、 N iと、 M oとからなる群より選択される 金属材料のうち、 少なくとも 1種類以上の金属材料を含有する金属層が配置され ていればよい。 本発明では、 少なくとも表面に上述した金属材料が配置されているのであれば、 各金属パターン 1 5 a、 1 5 bが同じ材料で構成されていてもよいし、 また各金 属パターン 1 5 a、 1 5 bが互いに異なる材料で構成されていてもよい。
金属パターン 1 5 a、 1 5 bの形成方法としては、 例えば絶縁カバー板 1 3が セラミックス板からなる場合には、 前記金属材料を含む導電ペーストを印刷し、 これを焼成することによって形成することができる。 絶縁カバー板 1 3がプラス チック等の耐熱性に劣る材料からなる場合には、 例えば絶縁カバ一板 1 3上に金 属膜を蒸着ゃスパッタ等の手法により成膜し、 これをエッチングによりパター二 ングすることで形成することができる。 絶縁カバ一板 1 3にガラスエポキシ基板 のようなプリント配線基板に用いられる基板材料を用いる場合には、 例えば銅箔 を貼った銅張り基板を用い、 これをゥエツトエッチング等でパ夕一ニングするこ とにより形成することができる。 さらに、 絶縁カバー板 1 3としてベース基板 1 との対向面に樹脂やレジスト等の絶縁材料層を形成した金属板を用いた場合には、 前記絶縁材料層を選択的に除去し （例えばレジスト層を印刷等の手法によりパ夕 —ニングし） 、 露出した金属板を金属パターン 1 5 a、 1 5 bとして利用するこ とも可能である。
このように、 フユ一ズ部 2が溶融した時に溶融低融点金属が流れ込むベース基 板 1上のフユ一ズ部 2用の電極 4 , 5に対応して、 絶縁カバー板 1 3のベース基 板 1との対向面に前記溶融低融点金属が濡れ易い性質の金属パターン 1 5 a、 1 5 bを形成することにより、 保護素子を薄型素子としながら素子内部に十分な溶 融低融点金属濡れ面積を確保することが可能であり、 高い定格電流 （フューズ部 2の断面積が大） であっても安定した動作特性を得ることができる。
第 4図は、 金属パターン 1 5 a、 1 5 bの有無による溶融低融点金属の電極 4， 5上への流れ込み状態の相違を示すものである。 溶融したフユ一ズ部 2に対して 濡れ性が良い面が電極 4 , 5のみである場合、 第 4 a図に示すように、 電極 4， 5上に水滴状に盛り上がった形で引き寄せられる。 このとき、 溶融したフューズ 部 2の量が多かったり、 ベース基板 1と絶縁カバー板 1 3の間隔が狭く溶融した フューズ部 2の頂部を絶縁カバ一板 1 3で押さえ込まれた場合、 電極 4， 5上の 溶融フューズ部 2は横方向にはみ出し、 電極 4上のフユ一ズ部 2と電極 5上のフ ユーズ部 2とが互いに接触する可能性がある。 これら電極 4， 5上のフューズ部 2が接触すると、 電気的に導通してしまい、 フユ一ズ部 2が溶断されたことには ならない。
これに対して、 絶縁カバ一板 1 3に金属パターン 1 5 a、 1 5 bが形成されて いる場合、 溶融したフユ一ズ部 2に対して濡れ性を示す面の面積が実質的に拡大 されることになる。
次に、 金属パターン 1 5 a、 1 5 bが形成されている場合にフユ一ズ部 2が溶 断される経過について具体的に説明する。 発熱体 3の発熱によりフューズ部 2が 溶融すると、 溶融したフューズ部 2が濡れ性の良い電極 4、 5に引き寄せられ、 フユ一ズ部 2のうち、 電極 4 , 5の間に位置する部分は電極 4、 5上に移動する。 従って、 電極 4 , 5上のフューズ部 2は、 電極 4 , 5の間から移動した分だけ 体積が増えて盛り上がり、 フューズ部 2の電極 4， 5上での高さが溶融する前よ りも高くなる。
ベース基板 1と絶縁カバ一板 1 3との間の距離 tは、 溶融したフユ ·一ズ部 2が 電極 4 , 5上で盛り上がったときに、 フューズ部 2と各金属パターン 1 5 a、 1 5 bとが接触する距離にされているので、 フユ一ズ部 2は金属パターン 1 5 a、 1 5 bに接触し、 溶融したフユ一ズ部 2は電極 4， 5と、 該電極 4， 5上に位置 する金属パターン 1 5 a、 1 5 bの両方に接触する。
金属パターン 1 5 a、 1 5 bと電極 4、 5は溶融したフューズ部 2に対する濡 れ性が高いので、 電極 4 , 5の間のフユ一ズ部 2は、 電極 4， 5と、 該電極 4， 5上に位置する金属パターン 1 5 a、 1 5 bとの間に更に引き込まれて無くなり、 フユ一ズ部 2が 2つに分断される。 上述したように、 電極 4， 5同士は互いに分 離され、 金属パ夕一ン 1 5 a、 1 5 b同士も互いに分離されているので、 フユ一 ズ部 2が分断されると、 電極 4 , 5同士が電気的に絶縁される。
第 4 b図はフューズ部 2が電極 4 (又は電極 5 ) と、 該電極 4上の金属パター ン 1 5 a (又は金属パターン 1 5 b ) との間に引き込まれた状態を示している。 このとき、 いわゆる毛細血管現象のような状態となり、 溶融したフューズ部 2は メニスカスを形成するような状態に保持され、 電極 4、 5と、 電極 4， 5上の金 属パターン 1 5との間から膨出せず、 溶融したフューズ部 2の側方表面は、 第 4 b図に示すようにくぼんだ状態になって、 横方向へのはみ出しが抑えられる。 し たがつて、 溶融したフユ一ズ部 2のはみ出しによる接触が解消され、 フユ一ズ部 2は確実に溶断される。
各金属パターン 1 5 a、 1 5 bは、 ここでは電極 4， 5と対向する位置に、 対 向する電極 4， 5と同じ大きさに形成しているが、 これに限らない。 ただし、 金 属パターン 1 5 a、 1 5 bの形成位置としては、 ベース基板 1側の電極 4 , 5'の 溶融したフューズ部 2に対する濡れ有効面積の中央 （溶融後のフューズ部 2留ま りの頂点） を含むように形成することが好ましい。
また、 金属パターン 1 5 a、 1 5 b間の距離 w lをベース基板 1側の電極 4 , 5間距離 w 2よりも近づけることで、 フューズ部 2溶融時の分断特性を向上する ことが可能である。 ただし、 前記距離 w lとして、 完全な溶断を保証し得る最低 限の距離 （例えば 0 . 2 mm以上） の確保は必要である。
一方、 絶縁カバ一板 1 3とベース基板 1との距離 tであるが、 十分な濡れ面積 の確保が可能であれば、 特に限定されるものではない。
例えば、 電極 4と電極 5との間の中央位置のように、 金属パターン 1 5 a、 1 5 bも電極 4、 5も無い場所では、 絶縁カバ一板 1 3とベース基板 1の貼り合わ せの際、 押圧によって絶縁力パー板 1 3とベース基板 1のいずれか一方又は両方 が撓み、 フユ一ズ部 2に絶縁カバー板 1 3とベース基板 1の両方が接触する場合 がある。
フューズ部 2に絶縁カバー板 1 3とベース基板 1の両方が接触する場合には、 絶縁カバ一板 13とべ一ス基板 1との距離 tはフユ一ズ部 2の厚さの 1倍となる。 また、 フューズ部 2上に内部封止部 12が設けられている場合には、 絶縁カバー 板 13が内部封止部 12表面に接触する場合もある。
フューズ部 2が電極 4， 5と、 該電極 4， 5上の金属パターン 15 a, 15 b との間に位置する部分では、 金属パターン 15 a, 15 bがフユ一ズ部 2上の内 側封止部 12に接触する場合がある。 また、 フユ一ズ部 12上に内側封止部 12 が設けられていない場合や、 金属パターン 15 a、 15 bが内側封止部 12にめ り込むように押圧を行った場合には、 金属パターン 15 a、 15 bがフユ一ズ 2 と直接接触する場合もある。
電極 4， 5同士の膜厚が等しく、 かつ、 金属パターン 15 a、 15 b同士の膜 厚が等しいとすると、 フューズ部 2に電極 4, 5と、 電極 4, 5上の金属パター ン 1 5 a、 15 bが接触する状態では、 距離 tは、 フユ一ズ部 2の厚さの 1倍に、 電極 4， 5の厚さと、 金属パターン 15 a、 15 bの厚さとを加えた値になる。 金属パターン 15 a, 1 5 bがフューズ部 2又は内部封止部 12に接触する場 合には、 絶縁カバ一板 13とベース基板 1を押圧して張り合わせる際に、 電極 4， 5と、 該電極 4， 5上の金属パターン 15 a, 15 bとの間に十分な間隙が残る ようにすれば、 溶融したフユ一ズ部 2はその間隙に引き込まれるので、 フユ一ズ 部 2を溶断することができる。
このように、 距離 tは特に限定されるものではないが、 前記距離 tをフューズ 部 2の厚さの 1. 2倍以上 4倍以下とすることが好ましい。 前記距離 tがフユ一 ズ部 2の厚さの 1.2倍未満であると、 フユ一ズ部 2の溶融流動による速やかな溶 断を保証することが難しい。 逆に、 前記距離 tがフューズ部 2の厚さの 4倍を超 えると、 距離が大きすぎて金属パターン 15 a、 15 bへの濡れが発生しない虞 れがあり、 また本来の目的である薄型化も実現することが難しい。
尚、 本実施形態の保護素子は、 金属パターン 15 a、 15 bは対向する電極 4， 5に接続されたリード 8、 9に接触した状態であってもよいし、 フューズ部 2を、 絶縁カバ一板 1 3とべ一ス基板 1のいずれか一方又は両方から離間させてもよい。 また、 電極 4， 5と、 該電極 4 , 5上の金属パターン 1 5 a , 1 5 bとの間の間 隙に、 溶融状態のフューズ 2を引き込む容積を十分に確保するために、 金電極 4， 5ゃ該電極 4 , 5上の金属パターン 1 5が離間させてもよい。
以上のように、 本実施形態の保護素子では、 絶縁カバー板 1 3側のスペースを 最大限に利用し、 溶融したフューズ部 2に対して実効的な濡れ面積を拡大してい るので、 定格電流を高く （フューズ部 2の断面積を大きく） しても、 その分の溶 融流れ込み面積を確保することができ、 安定した溶断を保証することができる。 次に、 本発明を適用した保護素子の他の実施形態 （第 2の実施形態） について 説明する。 なお、 本実施形態の保護素子は、 発熱体とフューズ部とを平面的に配 置するのではなく、 これらを重ね合わせた状態で配置するようにした保護素子の 例である。
本実施形態の保護素子は、 第 5 a図乃至第 5 c図に示すように、 ベース基板 2 1上にフューズ部用電極 2 2 a、 2 2 b、 2 2 cが設けられ、 これらの電極 2 2 a、 2 2 b、 2 2 c間に架け渡されるようにフユ一ズ部 2 3 ( 2 3 a、 2 3 b ) が設けられている。 また、 中央の電極 2 2 cの下面側には、 絶縁層 2 4を介して 発熱体 2 5が設けられている。 発熱体 2 5は、 発熱体用電極 2 6 aから導出され た配線 2 6 x、 2 6 yと発熱体用電極 2 6 bとの間で通電加熱される。 発熱体用 電極 2 6 bは、 フューズ部用電極 2 2 cと電気的に接続されている。
したがって、 発熱体 2 5が発熱すると、 電極 2 2 a、 2 2 c間のフユ一ズ部 2 3 a、 及び電極 2 2 b、 2 2 c間のフューズ部 2 3 bがそれぞれ溶断し、 被保護装 置への通電が遮断され、 発熱体 2 5への通電も遮断される。 以上のように構成さ れる保護素子の回路図を第 6図に示す。
第 6図を用いてフューズ部 2 3が溶断される経過について説明する。 A l , A 2の間には充放電可能な充電器が接続され、 B l , B 2の間には充電器を充電す る電源、 又は充電器から電気が供給される電気機器が接続される。 例えば、 B l、 B 2の間に電源が接続されている場合に、 B l、 B 2の間に過 電圧がかかると、 ツエナーダイオード Dが導通し、 トランジスタに抵抗 Rを流れ る電流 ibが供給されて、 トランジスタが ONになり、 発熱体 25 a、 25 bに電 流 icが流れる。
発熱体 25 a、 25 bは電流 icによって発熱し、 上述したように電極 22 a、 22 c間のフューズ部 23 a、 及び電極 22 b、 22 c間のフューズ部 23 bが それぞれ溶断されるので、 Al, A 2の間に接続された充電器が、 過電圧で充電 されることがない。
本実施形態の保護素子においても、 先の第 1の実施形態の保護素子の場合と同 様、 絶縁カバ一板 27が設けられ、 保護素子全体の薄型化が図られるとともに、 前記絶縁カバー板 27のべ一ス基板 21との対向面には、 第 7図に示すように、 各フユ一ズ部用電極 22 a、 22 b、 22 cに対応して溶融したフューズ部 23 に対して良好な濡れ性を示す金属パターン 28 a、 28 b、 28 cが形成されて いる。
ここで、 金属パ夕一ン 28 a、 28 b、 28 cは、 フューズ部用電極 22 a、 22 b, 22 cに対応して 3力所に形成するのが理想的であるが、 これに限らず、 例えば、 中央のフューズ部用電極 22 cにのみ対応する形で金属パターン 28 c のみを形成してもよい。 本実施形態の保護素子の場合、 発熱体 25は前記中央の フユ一ズ部用電極 22 cの直下に形成されており、 発熱体 25が発熱した場合に、 このフューズ部用電極 22 c上の部分のフユ一ズ部 23から溶融が始まる。 した がって、 この部分で前記金属パターン 28 cの働きにより溶融したフューズ部 2 3を引き寄せれば、 速やかに溶断が起こり、 被保護装置への通電が遮断される。 本実施形態 （第 2の実施形態） の保護素子においても、 先の実施形態 （第 1の 実施形態） と同様、 金属パターン 28 a、 28 b、 28 cの形成により、 溶融し たフューズ部 23に対する実効的な濡れ面積を拡大することができ、 フユ一ズ部 23の安定した溶断を保証することができる。 次に、 本発明を適用した具体的な実施例について、 実験結果に基づいて説明す る。
ぐ実施例 >
本実施例は、 先の第 1の実施形態の構成に準じて保護素子を作製した例である。 すなわち、 6111111 6111111の大きさを有する厚さ0. 5 mmのセラミックス基板 をベース基板とし、 この上に電極を形成した。 各電極としては、 Ag— Pd電極 を印刷形成した。
そして、 これら電極のうち、 一対の電極間に酸化ルテニウム系の発熱抵抗材料 を印刷し、 焼成することにより発熱抵抗体を形成した。 形成した発熱抵抗体の電 気抵抗は 4 Ωであった。 もう一方の一対の電極間には、 低融点金属 （幅 lmm、 厚さ 3mm) を溶接にて接続し、 ロジン系フラックスで封止した。 また、 各 電極には、 ？^ 1メッキ(：11リ ド線 （幅 lmm、 厚さ 0. 5mm) を半田付けに て接続した。
次いで、 セラミックス基板の外周に 2液性エポキシ樹脂を塗布し、 セラミック ス製の絶縁カバ一板 （大きさ 6mmX 6mm、 厚さ 5 mm) を置き、 リード 線に接触するまで押し込んで、 40°C、 8時間なる条件で硬化した。
前記絶縁カバ一板には、 低融点金属を接続した電極と対向して同じ寸法の金属 パターンを形成した。 金属パターンは、 電極と同様、 Ag— Pdペーストを印刷 し、 焼成することにより形成した。
<比較例 >
基本的な保護素子の構成は、 先の実施例と同様である。 ただし、 絶縁カバー板 に金属パターンを形成していないことが実施例とは異なる。
<評価結果 >
以上により作製した実施例、 及び比較例の保護素子 （各 10個） について、 発 熱抵抗体に 2 Wの電力を印加してフユ一ズ部の溶断を確認した。 その結果、 実施 例の保護素子では、 10個の保護素子全てにおいて平均 30秒でフユ一ズ部が溶 断されたことがわかった。
これに対し、 比較例の保護素子では、 同様に 2 Wの電力を印加しても、 1 0個 中 3個においてフューズ部が電極に流れ込めず、 溶断されていないことがわかつ た。 溶断不良を起こした保護素子について、 分解して内部を観察したところ、 溶 融したフューズ部 （フユ一ズエレメント） が絶縁カバー板側に接触して押し出さ れた形になっており、 溶断のための空間が足りないことが確認された。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明によれば、 絶縁カバ一板に金属パター ンを形成しているので、 溶融したフューズ部 （低融点金属体） に対して十分な濡 れ面積を確保することができ、 フューズ部の溶断不良の発生を抑えることができ る。 したがって、 異常時に確実に電流を遮断することが可能で、 安定した動作特 性を有する保護素子を提供することが可能である。

Claims

請求の範囲
1 . ベース基板と、
前記ベース基板上に互いに離間して配置された第 1、 第 2の電極と、 低融点金属で構成され、 前記第 1、 第 2の電極上に亘つて配置されたフューズ 部とを有し、
前記フューズ部の溶断によって前記フューズ部に流れる電流が遮断される保護 素子において、
前記第 1、 第 2の電極上に配置されたカバー板と、
前記カバー板の前記第 1の電極上の位置に、 第 1の金属パターンが配置された 保護素子。
2 . 前記カバー板の前記第 2の電極上の位置に、 前記第 1の金属パターンとは離 間された第 2の金属パターンが配置された請求の範囲第 1項記載の保護素子。
3 . 前記フユ一ズ部に近接して発熱体が設けられ、 当該発熱体に電流が流れ、 発 熱すると前記フューズ部が溶断されるように構成された請求の範囲第 1項記載の 保護素子。
4. 前記フューズ部に近接して発熱体が設けられ、 当該発熱体に電流が流れ、 発 熱すると前記フューズ部が溶断されるように構成された請求の範囲第 2項記載の 保護素子。
5 . 前記第 1、 第 2の金属パターン間の距離が前記第 1、 第 2の電極間の距離よ りも小である請求の範囲第 2項記載の保護素子。
6 . 前記第 1、 第 2の金属パターン間の距離が前記第 1、 第 2の電極間の距離よ りも小である請求の範囲第 4項記載の保護素子。
7 . 前記第 1、 第 2の金属パターン間の距離が 0 . 2 mm以上である請求の範囲 第 5項記載の保護素子。
8 . 前記第 1、 第 2の金属パターン間の距離が 0 . 2 mm以上である請求の範囲 第 6項記載の保護素子。
9 . 前記ベース基板の前記第 1、 第 2の電極が配置きれた面と、 前記カバー板の 前記第 1の金属パターンが配置された面との間の距離は、 前記フューズ部の厚さ の 1 . 2倍以上 4倍以下である請求の範囲第 1項記載の保護素子。
1 0 . 前記第 1、 第 2の電極の表面と、 前記第 1の金属パターンの表面は、 前記 第 1、 第 2の電極間に露出する表面よりも濡れ性が高くされた請求の範囲第 1項 記載の保護素子。
1 1 . 前記第 1、 第 2の電極の表面と、 前記第 1、 第 2の金属パターンの表面は、 前記第 1、 第 2の電極間に露出する表面よりも濡れ性が高くされた請求の範囲第 2項記載の保護素子。
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