KR102523229B1 - 보호 소자 및 실장체 - Google Patents

Abstract

리튬 이온 이차 전지 등의 고정격화에 대응하여, 정격을 향상시킬 수 있는 소형의 보호 소자 및 회로 기판에 보호 소자가 실장된 실장체를 제공한다.
절연 기판 (10) 과, 절연 기판 (10) 에 배치된 발열체 (11) 와, 발열체 (11) 와 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극 (13) 과, 외부 회로와 접속되는 1 쌍의 단자부 (20) 를 갖고, 1 쌍의 단자부 (20) 사이가 용단됨으로써 외부 회로의 전류 경로를 차단하는 가용 도체 (15) 를 구비한다.

Description

보호 소자 및 실장체{PROTECTION ELEMENT AND MOUNTED BODY}

본 발명은, 전류 경로 상에 실장되고, 발열체의 발열에 수반하여 가용 도체를 용단시킴으로써 당해 전류 경로를 차단하는 보호 소자, 및 회로 기판에 보호 소자가 실장된 실장체에 관한 것이다.

본 출원은, 일본에 있어서 2014년 9월 12일에 출원된 일본 특허출원 번호 특원 2014-186881을 기초로서 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.

충전하여 반복 이용할 수 있는 이차 전지의 대부분은, 배터리 팩으로 가공되어 유저에게 제공된다. 특히 중량 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 이차 전지에 있어서는, 유저 및 전자 기기의 안전을 확보하기 위해서, 일반적으로 과충전 보호, 과방전 보호 등의 몇 가지 보호 회로를 배터리 팩에 내장하고, 소정 경우에 배터리 팩의 출력을 차단하는 기능을 갖고 있다.

이러한 종류의 보호 소자에서는, 배터리 팩에 내장된 FET 스위치를 사용하여 출력의 ON/OFF 를 실시함으로써, 배터리 팩의 과충전 보호 또는 과방전 보호 동작을 실시한다. 그러나, 어떠한 원인으로 FET 스위치가 단락 파괴된 경우, 뇌 서지 등이 인가되어 순간적인 대전류가 흐른 경우, 혹은 배터리 셀의 수명에 의해 출력 전압이 이상하게 저하하거나, 반대로 과대 이상 전류를 출력한 경우라도, 배터리 팩이나 전자 기기는 발화 등의 사고로부터 보호되어야만 한다. 그래서, 이와 같은 상정할 수 있는 어떠한 이상 상태에 있어서, 배터리 셀의 출력을 안전하게 차단하기 위해서, 외부로부터의 신호에 의해 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 보호 소자로 이루어지는 보호 소자가 이용된다.

이와 같은 리튬 이온 이차 전지 등 용도의 보호 회로의 보호 소자로서, 특허문헌 1 에 기재되어 있는 바와 같이, 보호 소자 내부에 발열체를 갖고, 이 발열체에 의해 전류 경로 상의 가용 도체를 용단하는 구조가 일반적으로 이용되고 있다.

본 발명의 관련 기술로서, 도 26(A)(B) 에 보호 소자 (100) 를 나타낸다. 보호 소자 (100) 는, 절연 기판 (101) 과, 절연 기판 (101) 에 적층되고, 유리 등의 절연 부재 (102) 로 덮인 발열체 (103) 와, 절연 기판 (101) 의 양단 (兩端) 에 형성된 1 쌍의 전극 (104a, 104b) 과, 절연 부재 (101) 상에 발열체 (103) 와 중첩되도록 적층된 발열체 인출 전극 (105) 과, 양단이 1 쌍의 전극 (104a, 104b) 에 각각 접속되고, 중앙부가 발열체 인출 전극 (105) 에 접속된 가용 도체 (106) 를 구비한다.

발열체 인출 전극 (105) 의 일단은, 제 1 발열체 전극 (107) 에 접속된다. 또, 발열체 (103) 의 타단은, 제 2 발열체 전극 (108) 에 접속된다. 또한, 보호 소자 (100) 는, 가용 도체 (106) 의 산화 방지를 위해서, 가용 도체 (106) 상의 대략 전체면에 플럭스 (111) 가 도포되어 있다. 또, 보호 소자 (100) 는, 내부를 보호하기 위해서 커버 부재를 절연 기판 (101) 상에 재치 (載置) 해도 된다.

이와 같은 보호 소자 (100) 는, 절연 기판 (101) 의 표면에 형성된 1 쌍의 전극 (104a, 104b) 이, 절연 기판의 측면에 형성된 도전 스루홀 (109) 을 통하여, 절연 기판 (101) 의 이면에 형성된 외부 접속 전극 (110) 과 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 보호 소자 (100) 는, 리튬 이온 이차 전지 등 용도 보호 회로의 기판 상에, 외부 접속 전극 (110) 이 접속됨으로써, 당해 보호 회로의 전류 경로의 일부를 구성한다.

일본 공개특허공보 2010-003665호

그런데, 최근 배터리와 모터를 사용한 HEV (Hybrid Electric Vehicle) 나 EV (Electric Vehicle) 가 급속히 보급되고 있다. HEV 나 EV 의 동력원으로는, 에너지 밀도와 출력 특성으로부터 리튬 이온 이차 전지가 사용되도록 되어 오고 있다. 또, 리튬 이온 이차 전지는, 전동 공구나 전동 어시스트 자전거, 항공기 등에 있어서도 실용이 개시되고 있다. 이러한 종류의 용도에서는, 고전압, 대전류가 필요로 된다. 이 때문에, 고전압, 대전류에 견딜 수 있는 전용 셀도 개발되고 있지만, 제조 비용상의 문제로부터 많은 경우 복수의 배터리 셀을 직렬, 병렬로 접속함으로써, 범용 셀을 사용하여 필요한 전압, 전류를 확보하고 있다.

이와 같은 리튬 이온 이차 전지 등의 대전류 용도에 있어서는, 보호 소자에 있어서도, 전류 정격의 추가적인 향상이 요구된다. 즉, 리튬 이온 이차 전지 등이 고전압화, 대전류화하는 한편, 보호 회로에 탑재되는 보호 소자가, 당해 고전압화, 고전류화에 대응한 정격을 구비하고 있지 않은 경우, 통상적인 사용 상태에 있어서 전류 경로 상의 가용 도체가 용단될 우려나, 보호 소자의 발열에 의해 접속 불량이나 주변의 소자 등에 악영향을 미칠 우려가 생긴다.

그리고, 보호 소자 (100) 에 있어서도, 가용 도체에 의해 접속된 1 쌍의 전극 (104a, 104b) 간의 도통 저항은 전류 정격 향상에 응할 수 있을 정도로 충분히 낮출 수 있다 (예를 들어 1 mΩ 미만).

그러나, 절연 기판 (101) 의 이면에 외부 접속 전극 (110) 을 형성하고, 1 쌍의 전극 (104a, 104b) 과 당해 외부 접속 전극 (110) 을 도전 스루홀 (109) 에 의해 접속하는 보호 소자 (100) 에 있어서는, 1 쌍의 전극 (104a, 104b) 의 각각과 외부 접속 전극 (110) 간의 도통 저항이 높아, 예를 들어 편측의 스루홀 (109) 만으로 0.5 ∼ 1.0 mΩ 이상이 되어, 도전 스루홀 내에 도체를 충전했다고 해도, 절연 기판측의 도통 저항을 낮추는 데는 한계가 있다.

또, 예를 들어 UL 등의 안전 규격에 있어서, 퓨즈의 정격 전류를 정의하는 지표로서 디바이스 표면이나 단자의 온도 상승이 규정되고, 통전에 의해 스루홀이 가열됨으로써 단자나 디바이스 표면의 온도도 상승하는 것으로부터, 스루홀의 발열량분도 포함하여 안전 규격을 만족하도록 전류 정격을 설정해야 하여, 고정격화를 저해하는 요인이 되고 있었다.

또한, 전자 기기의 소형화, 고전류 정격화에 수반하여, 소형 또한 고전류 정격의 보호 소자가 요구되도록 되었다.

그래서, 본 발명은, 리튬 이온 이차 전지 등의 고전압화, 대전류화, 및 전자 기기의 소형화, 고정격화에 대응해, 전류 정격을 향상시킬 수 있는 소형의 보호 소자 및 회로 기판에 보호 소자가 실장된 실장체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 보호 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판에 배치된 발열체와, 상기 발열체와 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 외부 회로와 접속되는 1 쌍의 단자부를 갖고, 상기 1 쌍의 단자부 사이가 용단됨으로써 상기 외부 회로의 전류 경로를 차단하는 가용 도체를 구비하는 것이다.

또, 본 발명에 관련된 실장체는, 회로 기판에 보호 소자가 실장된 실장체에 있어서, 상기 보호 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판에 배치된 발열체와, 상기 발열체와 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과, 외부 회로와 접속되는 1 쌍의 단자부를 갖고, 상기 1 쌍의 단자부 사이가 용단됨으로써 상기 외부 회로의 전류 경로를 차단하는 가용 도체를 구비하는 것이다.

본 발명에 의하면, 절연 기판에 스루홀을 형성하여 가용 도체의 통전 경로를 외부 회로로 인출하는 것이 아니라, 가용 도체에 외부 회로와의 접속 단자가 되는 단자부가 형성되어 있으므로, 외부 회로와 가용 도체 간의 도통 저항이 가용 도체 그 자체의 저항값에 의해 정해져, 절연 기판측의 구성에 좌우되지 않는다. 따라서, 본 발명에 의하면, 소자 전체의 통전 경로를 저저항화하여, 용이하게 전류 정격의 향상을 도모할 수 있다.

도 1(A) 는 보호 소자의 상면측을 나타내는 외관 사시도이고, 도 1(B) 는 보호 소자의 저면측을 나타내는 외관 사시도이다.
도 2(A) 는 보호 소자의 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도, 도 2(B) 는 도 2(A) 에 나타내는 보호 소자의 A-A' 단면도이다.
도 3(A) 는 가용 도체의 용단 후의 보호 소자를 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도, 도 3(B) 는 도 3(A) 에 나타내는 보호 소자의 A-A' 단면도이다.
도 4 는, 보호 소자의 제조 공정을 나타내는 사시도이고, (A) 는 절연 기판, (B) 는 절연 기판에 가용 도체가 끼워 맞춰진 상태, (C) 는 가용 도체에 플럭스가 형성된 상태, (D) 는 커버 부재가 설치된 상태를 나타낸다.
도 5 는, 보호 소자가 접속된 배터리 팩의 회로 구성예를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 보호 소자의 회로 구성을 나타내는 도면이고, (A) 는 가용 도체의 용단 전, (B) 는 가용 도체의 용단 후를 나타낸다.
도 7 은, 본 발명이 적용된 보호 소자의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 8(A) 는 복수의 용단부가 형성된 가용 도체를 구비하는 보호 소자를 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도이고, 도 8(B) 는 도 8(A) 에 나타내는 보호 소자의 A-A' 단면도이다.
도 9 는, 복수의 용단부를 구비하는 가용 도체의 제조 공정을 설명하기 위한 평면도이고, (A) 는 용단부의 양측을 단자부에서 일체로 지지한 것, (B) 는 용단부의 편측을 단자부에서 일체로 지지한 것을 나타낸다.
도 10 은, 복수의 용단부가 형성된 가용 도체를 구비하는 보호 소자의 제조 공정을 나타내는 사시도이고, (A) 는 절연 기판, (B) 는 절연 기판에 가용 도체가 끼워 맞춰진 상태, (C) 는 가용 도체에 플럭스가 형성된 상태, (D) 는 커버 부재가 설치된 상태를 나타낸다.
도 11(A) 는 복수의 가용 도체를 구비하는 보호 소자를 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도이고, 도 11(B) 는 도 11(A) 에 나타내는 보호 소자의 A-A' 단면도이다.
도 12(A) 는 단자부를 절연 기판의 표면측으로 돌출시킨 보호 소자의 상면측을 나타내는 외관 사시도이고, 도 12(B) 는 보호 소자의 저면측을 나타내는 외관 사시도이다.
도 13(A) 는 복수의 용단부가 형성된 가용 도체를 구비하고, 단자부를 절연 기판의 표면측으로 돌출시킨 보호 소자를 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도이고, 도 13(B) 는 도 13(A) 에 나타내는 보호 소자의 A-A' 단면도이다.
도 14 는, 복수의 용단부가 형성된 가용 도체를 구비하고, 단자부를 절연 기판의 표면측으로 돌출시킨 보호 소자의 제조 공정을 나타내는 사시도이고, (A) 는 절연 기판, (B) 는 절연 기판에 가용 도체 및 외부 접속 단자가 접속된 상태, (C) 는 가용 도체에 플럭스가 형성된 상태, (D) 는 커버 부재가 설치된 상태를 나타낸다.
도 15 는 발열체를 절연 기판의 이면측에 형성한 보호 소자를 나타내는 단면도이고, (A) 는 단자부를 절연 기판의 이면측으로 돌출시킨 보호 소자를 나타내며, (B) 는 단자부를 절연 기판의 표면측으로 돌출시킨 보호 소자를 나타낸다.
도 16 은 발열체를 절연 기판의 내부에 형성한 보호 소자를 나타내는 단면도이고, (A) 는 단자부를 절연 기판의 이면측으로 돌출시킨 보호 소자를 나타내며, (B) 는 단자부를 절연 기판의 표면측으로 돌출시킨 보호 소자를 나타낸다.
도 17 은 절연 기판의 표면에 있어서 발열체와 가용 도체를 인접시킨 보호 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도, (B) 는 (A) 에 나타내는 보호 소자의 A-A' 단면도이다.
도 18 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층을 갖고, 피복 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이고, (A) 는 저융점 금속층을 내층으로 하여 고융점 금속층으로 피복한 구조를 나타내고, (B) 는 고융점 금속층을 내층으로 하여 저융점 금속층으로 피복한 구조를 나타낸다.
도 19 는, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 적층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 사시도이고, (A) 는 상하 2 층 구조, (B) 는 내층 및 외층의 3 층 구조를 나타낸다.
도 20 은, 고융점 금속층과 저융점 금속층의 다층 구조를 구비하는 가용 도체를 나타내는 단면도이다.
도 21 은, 고융점 금속층에 선상의 개구부가 형성되어 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이고, (A) 는 길이 방향을 따라 개구부가 형성된 것, (B) 는 폭 방향을 따라 개구부가 형성된 것이다.
도 22 는, 고융점 금속층에 원형의 개구부가 형성되어 저융점 금속층이 노출되어 있는 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 23 은, 고융점 금속층에 원형의 개구부가 형성되어, 내부에 저융점 금속이 충전된 가용 도체를 나타내는 평면도이다.
도 24 는, 고융점 금속에 의해 둘러싸인 저융점 금속이 노출된 가용 도체를 나타내는 사시도이다.
도 25 는 도 24 에 나타내는 가용 도체가 접속된 보호 소자를 나타내는 도면이고, (A) 는 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도, (B) 는 (A) 에 나타내는 보호 소자의 A-A' 단면도이다.
도 26 은, 종래의 보호 소자를 커버 부재를 생략하고 나타내는 도면이고, (A) 는 평면도, (B) 는 (A) 의 A-A' 단면도이다.

이하, 본 발명이 적용된 보호 소자, 및 실장체에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지 변경이 가능한 것은 물론이다. 또, 도면은 모식적인 것이고, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작해 판단해야할 것이다. 또, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.

[보호 소자의 구성]

도 1, 도 2 에 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 를 나타낸다. 도 1(A) 는 보호 소자 (1) 의 상면측을 나타내는 외관 사시도이고, 도 1(B) 는 보호 소자 (1) 의 저면측을 나타내는 외관 사시도이다. 도 2(A) 는 보호 소자 (1) 의 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도이고, 도 2(B) 는 도 2(A) 에 나타내는 A-A' 단면도이다. 또, 도 3 은 가용 도체의 용단 후에 있어서의 보호 소자 (1) 의 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도이고, 도 3(B) 는 도 3(A) 에 나타내는 A-A' 단면도이다. 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 과, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 적층되고, 절연 부재 (12) 로 덮인 발열체 (11) 와, 절연 부재 (12) 상에 발열체 (11) 와 중첩되도록 적층된 발열체 인출 전극 (13) 과, 절연 기판 (10) 의 서로 대향하는 1 쌍의 측가장자리에 끼워 맞춰지고, 중앙부가 발열체 인출 전극 (13) 에 접속된 가용 도체 (15) 와, 가용 도체 (15) 가 형성된 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 을 덮는 커버 부재 (19) 를 구비한다.

보호 소자 (1) 는, 소형 또한 고전류 정격의 보호 소자를 실현하는 것이고, 예를 들어 절연 기판 (10) 의 치수로서 1 변의 길이가 3 ∼ 6 ㎜ 정도로 소형이면서, 소자 전체의 저항값이 0.5 ∼ 1 mΩ, 30 ∼ 60 A 정격으로 고정격화가 도모되어 있다. 또한, 본 발명은, 모든 사이즈, 저항값 및 전류 정격을 구비하는 보호 소자에 적용할 수 있는 것은 물론이다.

절연 기판 (10) 은, 예를 들어 방형상 (方形狀) 으로 형성되고, 알루미나, 유리세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성된다. 그 외, 유리에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 되지만, 가용 도체 (15) 의 용단 시의 온도에 유의할 필요가 있다.

발열체 (11) 는, 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재이고, 예를 들어 니크롬, W, Mo, Ru 등 또는 이들을 포함하는 재료로 이루어진다. 발열체 (11) 는, 이들의 합금 혹은 조성물, 화합물의 분상체를 수지 바인더 등과 혼합하고, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판 (10) 에 적층된 절연 부재 (12) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하고, 소성하는 등에 의해 형성할 수 있다.

또, 발열체 (11) 는 절연 부재 (12) 에 의해 피복되고, 절연 부재 (12) 를 개재하여 발열체 인출 전극 (13) 및 발열체 인출 전극 (13) 과 접속된 가용 도체 (15) 와 대향된다. 절연 부재 (12) 는, 발열체 (11) 의 보호 및 절연을 도모함과 함께, 발열체 (11) 의 열을 효율적으로 가용 도체 (15) 에 전하기 위해서 형성되고, 예를 들어 유리층으로 이루어진다. 보호 소자 (1) 는, 발열체 (11) 가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 적층된 절연 부재 (12) 상에 형성됨과 함께, 절연 부재 (12) 로 피복됨으로써, 발열체 (11) 의 열을 효율적으로 가용 도체 (15) 에 전할 수 있다. 또한, 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 발열체 (11) 를 적층하고, 발열체 (11) 의 표면을 절연 부재 (12) 에 의해 피복해도 된다.

또, 발열체 (11) 는, 일단이 발열체 인출 전극 (13) 과 접속되고, 타단이 발열체 전극 (16) 과 접속되어 있다. 발열체 인출 전극 (13) 은, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성됨과 함께 발열체 (11) 와 접속된 하층부 (13a) 와, 발열체 (11) 와 대향해 절연 부재 (12) 상에 적층됨과 함께 가용 도체 (15) 와 접속되는 상층부 (13b) 를 갖는다. 이로써, 발열체 (11) 는, 발열체 인출 전극 (13) 을 개재하여 가용 도체 (15) 와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 발열체 인출 전극 (13) 은, 절연 부재 (12) 를 개재하여 발열체 (11) 에 대향 배치됨으로써, 가용 도체 (15) 를 용융시킴과 함께, 용융 도체를 응집하기 쉽게 할 수 있다.

또, 발열체 전극 (16) 은, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성되고, 도전층이 형성된 스루홀 (17) 을 통하여 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성된 외부 접속 단자 (18) 와 연속되어 있다.

이들 발열체 인출 전극 (13) 및 발열체 전극 (16) 은, 예를 들어 Ag 나 Cu 등의 도전 패턴에 의해 형성되고, 산화 방지 대책으로서 적절히, 표면에 Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 등의 보호막이 형성되어 있다.

그리고, 보호 소자 (1) 는, 발열체 전극 (16), 발열체 (11), 발열체 인출 전극 (13) 및 가용 도체 (15) 에 이르는 발열체 (11) 로의 통전 경로가 형성된다. 또, 보호 소자 (1) 는, 발열체 전극 (16) 이 외부 접속 단자 (18) 를 개재하여 발열체 (11) 에 통전시키는 외부 회로와 접속되어, 당해 외부 회로에 의해 발열체 전극 (16) 과 가용 도체 (15) 에 걸치는 통전이 제어된다.

또, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 가 발열체 인출 전극 (13) 과 접속 됨으로써, 발열체 (11) 로의 통전 경로의 일부를 구성한다. 따라서, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 가 용융하여, 외부 회로와의 접속이 차단되면, 발열체 (11) 로의 통전 경로도 차단되기 때문에, 발열을 정지시킬 수 있다.

[가용 도체]

절연 기판 (10) 의 서로 대향하는 1 쌍의 측가장자리에 끼워 맞춰짐과 함께, 중앙부가 발열체 인출 전극 (13) 에 접속된 가용 도체 (15) 는, 외부 회로와 접속되는 1 쌍의 단자부 (20) 를 갖고, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 발열체 인출 전극 (13) 과 접속된 중앙부가 용해되어, 발열체 인출 전극 (13) 과 단자부 (20) 사이가 용단됨으로써 외부 회로의 전류 경로를 차단하는 것이다.

가용 도체 (15) 는, 판상으로 형성되고, 양단부에 외부 회로와 접속되는 단자부 (20) 가 형성되어 있다. 가용 도체 (15) 는, 단자부 (20) 가, 보호 소자 (1) 가 실장되는 회로 기판의 랜드부와 접속됨으로써, 당해 회로 기판의 전류 경로의 일부를 구성하고, 용단됨으로써 전류 경로를 차단한다.

가용 도체 (15) 는, 중앙부가 접속용 땜납 등의 접합재에 의해 발열체 인출 전극 (13) 과 전기적, 기계적으로 접속되어 있다. 또, 가용 도체 (15) 는, 양단부가 절연 기판 (10) 의 측면을 따라 구부러짐으로써, 절연 기판 (10) 에 끼워 맞춰짐과 함께, 단자부 (20) 가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측을 향하게 되어 있다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 을 외부의 회로 기판에 대한 실장면이 되고, 가용 도체 (15) 의 1 쌍의 단자부 (20) 및 스루홀 (17) 을 통하여 발열체 전극 (16) 과 접속된 상기 외부 접속 단자 (18) 가, 회로 기판의 랜드부와 접속됨으로써, 외부 회로에 장착된다.

보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 에 외부 회로와의 접속 단자가 되는 단자부 (20) 를 형성하고 있기 때문에, 전류 정격의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 상기 서술한 바와 같이, 절연 기판에 가용 도체의 통전 경로를 외부 회로로 인출하는 표면 전극, 이면 전극, 및 표리면 전극을 연결하는 스루홀을 형성하는 구성에 있어서는, 스루홀이나 캐스틸레이션의 구멍 직경이나 구멍수의 제한이나, 도전 페이스트의 저항률이나 막두께의 제한에 의해, 가용 도체의 저항값 이하의 실현이 어려워, 전류의 고정격화가 곤란해진다. 또, 절연 기판에 형성한 가용 도체의 통전 경로의 저항을 낮추기 위해서 대면적화를 도모하면, 보호 소자 전체가 대형화해 버린다.

한편, 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 에 스루홀 등을 형성하여 가용 도체 (15) 의 통전 경로를 외부 회로로 인출하는 것이 아니라, 가용 도체 (15) 에 외부 회로와의 접속 단자가 되는 단자부 (20) 가 형성되어 있으므로, 외부 회로와 가용 도체 (15) 간의 도통 저항이 가용 도체 (15) 그 자체의 저항값에 의해 정해지고, 절연 기판 (10) 측의 구성에 좌우되지 않는다. 따라서, 보호 소자 (1) 에 의하면, 소자 전체의 통전 경로를 저저항화하여, 용이하게 전류 정격의 향상을 도모할 수 있다. 또, 보호 소자 (1) 에 의하면, 절연 기판 (10) 에 가용 도체 (15) 의 통전 경로를 형성할 필요가 없어, 소자 전체의 소형화를 도모할 수 있다.

단자부 (20) 가 형성된 가용 도체 (15) 는, 예를 들어 판상의 가용 도체 (15) 의 양단부를 절곡시킴으로써 제조할 수 있다. 또한, 보호 소자 (1) 는, 단자부 (20) 를 개재하여 가용 도체 (15) 와 외부 회로가 접속되기 때문에, 절연 기판 (10) 에 별도 외부 회로와의 접속용 전극을 형성하지 않아도 된다.

[끼워 맞춤 오목부]

또, 절연 기판 (10) 은, 가용 도체 (15) 의 단자부 (20) 가 끼워 맞춰지는 1 쌍의 측가장자리부에 끼워 맞춤 오목부 (21) 가 형성되어 있다. 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 에 끼워 맞춤 오목부 (21) 를 형성함으로써, 회로 기판에의 실장 면적이 넓어지지도 않고, 또 가용 도체 (15) 의 끼워 맞춤 위치를 고정할 수 있다. 또한, 끼워 맞춤 오목부 (21) 를 형성함으로써, 보호 소자 (1) 의 제조 프로세스에 있어서 절연 기판 (10) 을 다면 형성 기판 대응으로 할 수 있어, 생산성 향상 및 가공 비용의 저감에도 기여할 수 있다.

[가용 도체의 층 구성]

여기서, 보호 소자 (1) 는, 외부 회로의 전류 경로 상에 장착되는 것이고, 전류 정격의 향상을 도모함과 함께, 긴급 시 등에는 발열체 (11) 의 발열에 의해 신속하게 가용 도체 (15) 가 용단되어, 외부 회로의 전류 경로를 차단할 필요가 있다. 그래서, 가용 도체 (15) 는, 저저항화에 의한 전류 정격의 향상, 및 발열체 (11) 의 발열에 의한 용단 시간 단축의 양립을 도모하기 위해, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 함유하는 것이 바람직하다.

고융점 금속으로는, Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등이고, 리플로우로에 의해 기판 실장을 실시하는 경우에 있어서도 용융되지 않는 높은 융점을 갖는 것이 바람직하다. 저융점 금속으로는, 땜납이나, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등을 사용하는 것이 바람직하다. 저융점 금속의 융점은, 반드시 리플로우로의 온도보다 높을 필요는 없고, 200 ℃ 정도에서 용융되어도 된다.

고융점 금속과 저융점 금속을 함유함으로써, 보호 소자 (1) 를 리플로우 실장 등에 의해 회로 기판에 실장하는 경우에, 실장 온도가 저융점 금속의 용융 온도를 초과하여 저융점 금속이 용융되어도, 고융점 금속이 저융점 금속의 외부로의 유출을 억제하여, 가용 도체 (15) 의 형상을 유지해 전류 정격이나 용단 시간의 변동을 방지할 수 있다. 또, 용융 시에는, 저융점 금속이 용융하는 것에 의해, 고융점 금속을 용식 (땜납 침식) 함으로써, 고융점 금속의 융점 이하의 온도에서 신속하게 용융할 수 있다. 또한, 가용 도체 (15) 는, 후에 설명하는 바와 같이 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.

또, 가용 도체 (15) 는, 내층이 되는 저융점 금속층에 고융점 금속층이 적층되어 구성함으로써, 종래의 납계 고융점 땜납을 사용한 가용 도체에 비해 전기 저항률이 절반 이하로 낮아지고, 그 결과 전류 정격을 크게 할 수 있다.

또, 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속을 고융점 금속에 의해 피복하는 구성으로 함으로써, 단자부 (20) 를 형성하여 실장용 땜납을 개재하여 회로 기판에 접속한 경우에도, 당해 실장용 땜납에 의한 용융을 억제할 수 있다. 예를 들어, 납 등의 가용 도체를 납 프리 땜납을 개재하여 실장한 경우, 가용 도체는, 납 프리 땜납을 구성하는 주석에 의해 리플로우 온도인 250 ℃ 정도에서 용이하게 용융되어, 가용 도체가 용단되어 버린다. 이 점, 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속이 고융점 금속에 의해 피복되어 있기 때문에, 리플로우 온도에 노출된 경우에도, 실장용 땜납에 의한 용융이 억제되어, 용단이나 변형을 방지할 수 있다.

또한, 가용 도체 (15) 는, 보호 소자 (1) 가 장착된 전기 계통에 이상하게 높은 전압이 순간적으로 인가되는 서지에 대한 내성 (내펄스성) 을 향상시킬 수 있다. 즉, 가용 도체 (15) 는, 예를 들어 100 A 의 전류가 수 msec 흐른 경우에까지 용단되어서는 안된다. 이 점, 극히 단시간에 흐르는 대전류는 도체의 표층을 흐르므로 (표피 효과), 가용 도체 (15) 는, 외층으로서 저항값이 낮은 Ag 도금 등의 고융점 금속층을 형성함으로써, 서지에 의해 인가된 전류를 흘리기 쉽고, 자기 발열에 의한 용단을 방지할 수 있다. 따라서, 가용 도체 (15) 는, 종래의 땜납 합금으로 이루어지는 퓨즈에 비해, 대폭적으로 서지에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

[방열 전극]

또, 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 제 1 방열 전극 (23) 이 형성되어 있다. 제 1 방열 전극 (23) 은, 가용 도체 (15) 가 끼워 맞춰지는 절연 기판 (10) 의 1 쌍의 측가장자리 근방에 형성되고, 가용 도체 (15) 와 접속됨으로써 단자부 (20) 의 근방에 있어서의 가용 도체 (15) 의 열을 효율적으로 흡수하는 것이다. 제 1 방열 전극 (23) 은, 예를 들어 Ag 나 Cu 등의 전극 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 접속용 땜납 등의 접속 재료를 개재하여 가용 도체 (15) 와 접속되어 있다.

제 1 방열 전극 (23) 을 형성함으로써, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 의 단자부 (20) 의 근방에 있어서의 열을 절연 기판 (10) 측으로 방열시켜, 가용 도체 (15) 의 발열 영역을 발열체 인출 전극 (13) 과 접속된 중앙부에 집중시킨다. 이로써, 가용 도체 (15) 는, 용단 부위가 중앙부로 한정되어, 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있다. 또, 가용 도체 (15) 는, 과전류에 수반하는 자기 발열 차단 시에 아크 방전을 수반하는 경우에도, 발열 부위가 한정됨으로써, 폭발적인 용단 및 용융 도체의 비산을 방지할 수 있어, 절연 특성을 저해하지 않는다.

이 경우, 절연 기판 (10) 은, 가용 도체 (15) 의 열을 방열하기 위해서 이용되고, 열전도성이 양호한 세라믹 기판이 바람직하게 사용된다. 또, 가용 도체 (15) 를 제 1 방열 전극 (23) 에 접속하는 접착제로는, 도전성의 유무는 불문하고, 열전도성이 우수한 것이 바람직하다.

제 1 방열 전극 (23) 은, 스루홀 (24) 을 통하여 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성된 제 2 방열 전극 (25) 과 접속되어 있다. 스루홀 (24) 은, 열전도성이 우수한 도전 재료 등에 의해 열전도층이 형성되어 있다. 또, 제 2 방열 전극 (25) 은, 제 1 방열 전극 (23) 과 동일한 재료에 의해 형성할 수 있다. 제 1 방열 전극 (23) 과 연속하는 스루홀 (24) 및 제 2 방열 전극 (25) 을 형성함으로써, 보호 소자 (1) 는, 더욱 효율적으로 가용 도체 (15) 의 열을 방열할 수 있다. 또한, 제 2 방열 전극 (25) 은, 외부 회로의 전류 경로를 구성하는 것이 아니라, 외부 회로와 접속되어 있을 필요는 없지만, 효율적으로 방열하는 데에 있어 가용 도체 (15) 의 단자부 (20) 와 함께 외부 회로와 접속해도 된다.

[플럭스]

또, 가용 도체 (15) 는, 외층인 고융점 금속층 또는 저융점 금속층의 산화 방지와, 용단 시의 산화물 제거 및 땜납의 유동성 향상을 위해서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (15) 의 표리면 전체면에 플럭스 (27) 를 도포해도 된다. 플럭스 (27) 를 도포함으로써, 저융점 금속 (예를 들어 땜납) 의 젖음성을 높임과 함께, 저융점 금속이 용해되고 있는 동안의 산화물을 제거하고, 고융점 금속 (예를 들어 은) 으로의 침식 작용을 이용하여 속용단성 (速溶斷性) 을 향상시킬 수 있다.

또, 플럭스 (27) 를 도포함으로써, 최외층인 고융점 금속층의 표면에, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 산화 방지막을 형성한 경우에도, 당해 산화 방지막의 산화물을 제거할 수 있어, 고융점 금속층의 산화를 효과적으로 방지하여, 속용단성을 유지, 향상시킬 수 있다.

[커버 부재]

또, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 가 형성된 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에, 내부를 보호함과 함께 용융된 가용 도체 (15) 의 비산을 방지하는 커버 부재 (19) 가 장착되어 있다. 커버 부재 (19) 는, 각종 엔지니어링 플라스틱, 세라믹스 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성할 수 있다. 커버 부재 (19) 는, 대향하는 1 쌍의 측벽 (19a) 이 형성되고, 이 측벽 (19a) 이 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 설치됨과 함께, 개방된 2 측면으로부터 가용 도체 (15) 의 단자부 (20) 가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측으로 돌출되어 있다.

이 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측을 회로 기판을 향하여 실장된다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 가 커버 부재 (19) 에 의해 덮이기 때문에, 발열체 (11) 의 발열에 의한 용단 시나, 과전류에 의한 아크 방전의 발생을 수반하는 자기 발열 차단 시에 있어서도, 용융 금속이 커버 부재 (19) 에 의해 포착되어, 주위로의 비산을 방지할 수 있다.

[보호 소자의 제조 공정]

보호 소자 (1) 는, 이하의 공정에 의해 제조된다. 가용 도체 (15) 가 탑재되는 절연 기판 (10) 은, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이, 표면 (10a) 에 발열체 (11), 절연 부재 (12), 발열체 인출 전극 (13), 발열체 전극 (16) 및 1 쌍의 제 1 방열 전극 (23) 이 형성되어 있다. 또, 절연 기판 (10) 은, 이면 (10b) 에 스루홀 (17) 을 통하여 발열체 전극 (16) 과 연속되고 있는 외부 접속 단자 (18) 가 형성되어 있다. 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이, 이 절연 기판 (10) 의 1 쌍의 측가장자리에 형성된 끼워 맞춤 오목부 (21) 에, 가용 도체 (15) 의 단자부 (20) 를 끼워 맞춤과 함께, 발열체 인출 전극 (13) 및 제 1 방열 전극 (23) 에 접속용 땜납 등의 접합재를 개재하여 가용 도체 (15) 를 접속한다. 이로써, 가용 도체 (15) 는, 단자부 (20) 의 선단부가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측으로 돌출된다.

이어서, 도 4(C) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (15) 상에는 플럭스 (27) 가 형성된다. 플럭스 (27) 가 형성됨으로써, 가용 도체 (15) 의 산화 방지, 젖음성의 향상을 도모하고, 신속하게 용단시킬 수 있다. 또, 플럭스 (27) 를 형성함으로써, 용융 금속의 절연 기판 (10) 에의 부착을 억제하여, 용단 후에 있어서의 절연성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 도 4(D) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상을 보호함과 함께, 가용 도체 (15) 의 용융 도체의 비산을 방지하는 커버 부재 (19) 가 탑재됨으로써 보호 소자 (1) 가 완성된다. 커버 부재 (19) 는, 대향하는 1 쌍의 측벽 (19a) 이 형성되고, 이 측벽 (19a) 이 표면 (10a) 상에 설치됨과 함께, 개방된 2 측면으로부터 가용 도체 (15) 의 단자부 (20) 가 이면 (10b) 측으로 도출되어 있다.

이 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측을 회로 기판을 향하여 실장된다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 의 양 단자부 (20) 및 외부 접속 단자 (18) 가 회로 기판에 형성된 랜드부와 접속된다.

[보호 소자의 사용 방법]

보호 소자 (1) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩 (30) 내의 회로에 장착되어 사용된다. 배터리 팩 (30) 은, 예를 들어 합계 4 개의 리튬 이온 이차 전지의 배터리 셀 (31 ∼ 34) 로 이루어지는 배터리 스택 (35) 을 갖는다.

배터리 팩 (30) 은, 배터리 스택 (35) 과, 배터리 스택 (35) 의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로 (40) 와, 배터리 스택 (35) 의 이상 시에 충전을 차단하는 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 와, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압을 검출하는 검출 회로 (36) 와, 검출 회로 (36) 의 검출 결과에 따라 보호 소자 (1) 의 동작을 제어하는 전류 제어 소자 (37) 를 구비한다.

배터리 스택 (35) 은, 과충전 및 과방전 상태로부터 보호하기 위한 제어를 필요로 하는 배터리 셀 (31 ∼ 34) 이 직렬 접속된 것이고, 배터리 팩 (30) 의 정극 단자 (30a), 부극 단자 (30b) 를 통해 착탈 가능하게 충전 장치 (45) 에 접속되고, 충전 장치 (45) 로부터의 충전 전압이 인가된다. 충전 장치 (45) 에 의해 충전된 배터리 팩 (30) 의 정극 단자 (30a), 부극 단자 (30b) 를 배터리에 의해 동작하는 전자 기기에 접속시킴으로써, 이 전자 기기를 동작시킬 수 있다.

충방전 제어 회로 (40) 는, 배터리 스택 (35) 으로부터 충전 장치 (45) 로 흐르는 전류 경로에 직렬 접속된 2 개의 전류 제어 소자 (41, 42) 와, 이들 전류 제어 소자 (41, 42) 의 동작을 제어하는 제어부 (43) 를 구비한다. 전류 제어 소자 (41, 42) 는, 예를 들어 전계 효과 트랜지스터 (이하, FET 라고 부른다) 에 의해 구성되고, 제어부 (43) 에 의해 게이트 전압을 제어함으로써, 배터리 스택 (35) 의 전류 경로의 도통과 차단을 제어한다. 제어부 (43) 는, 충전 장치 (45) 로부터 전력 공급을 받아 동작하고, 검출 회로 (36) 에 의한 검출 결과에 따라, 배터리 스택 (35) 이 과방전 또는 과충전일 때, 전류 경로를 차단하도록 전류 제어 소자 (41, 42) 의 동작을 제어한다.

보호 소자 (1) 는, 예를 들어 배터리 스택 (35) 과 충방전 제어 회로 (40) 사이의 충방전 전류 경로 상에 접속되고, 그 동작이 전류 제어 소자 (37) 에 의해 제어된다.

검출 회로 (36) 는, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 과 접속되어, 각 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값을 검출하고, 각 전압값을 충방전 제어 회로 (40) 의 제어부 (43) 에 공급한다. 또, 검출 회로 (36) 는, 어느 1 개의 배터리 셀 (31 ∼ 34) 이 과충전 전압 또는 과방전 전압이 되었을 때에 전류 제어 소자 (37) 를 제어하는 제어 신호를 출력한다.

전류 제어 소자 (37) 는, 예를 들어 FET 에 의해 구성되고, 검출 회로 (36) 로부터 출력되는 검출 신호에 의해, 배터리 셀 (31 ∼ 34) 의 전압값이 소정의 과방전 또는 과충전 상태를 초과하는 전압이 되었을 때, 보호 소자 (1) 를 동작시켜, 배터리 스택 (35) 의 충방전 전류 경로를 전류 제어 소자 (41, 42) 의 스위치 동작에 의하지 않고 차단하도록 제어한다.

이상과 같은 구성으로 이루어지는 배터리 팩 (30) 에 있어서, 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 는, 도 6(A) 에 나타내는 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 보호 소자 (1) 는, 발열체 인출 전극 (13) 을 개재하여 직렬 접속된 가용 도체 (15) 와, 가용 도체 (15) 의 접속점을 개재하여 통전하여 발열시키는 것에 의해 가용 도체 (15) 를 용융하는 발열체 (11) 로 이루어지는 회로 구성이다. 또, 보호 소자 (1) 에서는, 예를 들어 가용 도체 (15) 가 단자부 (20) 를 개재하여 배터리 팩 (30) 의 충방전 전류 경로 상에 직렬 접속되고, 발열체 (11) 가 전류 제어 소자 (37) 와 접속된다. 가용 도체 (15) 의 1 쌍의 단자부 (20) 중, 일방은 배터리 스택 (35) 의 개방단과 접속되고, 타방은 배터리 팩의 정극 단자 (30a) 측의 개방단과 접속된다. 또, 발열체 (11) 는, 발열체 인출 전극 (13) 을 개재하여 가용 도체 (15) 와 접속됨으로써 배터리 팩 (30) 의 충방전 전류 경로와 접속되고, 또 발열체 전극 (16) 및 외부 접속 단자 (18) 를 개재하여 전류 제어 소자 (37) 와 접속된다.

이와 같은 보호 소자 (1) 가 실장된 실장체인 배터리 팩 (30) 의 회로 구성에 있어서, 보호 소자 (1) 는, 절연 기판 (10) 에 스루홀을 형성하여 가용 도체 (15) 의 통전 경로를 외부 회로로 인출하는 것이 아니라, 가용 도체 (15) 에 외부 회로와의 접속 단자가 되는 단자부 (20) 가 형성되어 있으므로, 외부 회로와 가용 도체 (15) 간의 도통 저항이 가용 도체 (15) 그 자체의 저항값에 의해 정해지고, 절연 기판 (10) 측의 구성에 좌우되지 않는다. 따라서, 보호 소자 (1) 에 의하면, 소자 전체의 통전 경로를 저저항화하여, 용이하게 전류 정격의 향상을 도모할 수 있다. 이로써, 배터리 팩 (30) 은, 보호 소자 (1) 가 소자 전체적으로 전류 정격이 향상되어, 대전류에 대응할 수 있다.

또, 배터리 팩 (30) 은, 보호 소자 (1) 의 발열체 (11) 가 발열되면, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (15) 가 용융하고, 그 젖음성에 의해 발열체 인출 전극 (13) 상으로 끌어당겨진다. 그 결과, 도 6(B) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 가 용단함으로써, 확실하게 전류 경로를 차단할 수 있다. 또, 가용 도체 (15) 가 용단함으로써 발열체 (11) 로의 급전 경로도 차단되기 때문에, 발열체 (11) 의 발열도 정지한다.

또한, 본 발명이 적용된 보호 소자 (1) 는, 리튬 이온 이차 전지의 배터리 팩에 사용하는 경우에 한정하지 않고, 전기 신호에 의한 전류 경로의 차단을 필요로 하는 여러 가지 용도에도 물론 적용 가능하다.

또, 보호 소자 (1) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 에 끼워 맞춤 오목부 (21) 를 형성하지 않고, 서로 대향하는 1 쌍의 측가장자리에 가용 도체 (15) 를 끼워 맞춰도 된다.

[병렬 타입/절연벽]

또, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 단자부 (52) 사이에 복수의 용단부 (53) 가 병렬된 가용 도체 (51) 를 사용해도 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략한다.

도 8 에 나타내는 보호 소자 (50) 는, 절연 기판 (10) 과, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 적층되고, 절연 부재 (12) 로 덮인 발열체 (11) 와, 절연 부재 (12) 상에 발열체 (11) 와 중첩되도록 적층된 발열체 인출 전극 (13) 과, 절연 기판 (10) 의 서로 대향하는 1 쌍의 측가장자리에 끼워 맞춰지고, 중앙부가 발열체 인출 전극 (13) 에 접속된 가용 도체 (51) 와, 가용 도체 (51) 가 형성된 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 을 덮는 커버 부재 (19) 를 구비한다.

가용 도체 (51) 는, 판상으로 형성되고, 양단부에 외부 회로와 접속되는 단자부 (52) 가 형성되어 있다. 가용 도체 (51) 는, 단자부 (52) 가, 보호 소자 (50) 가 실장되는 회로 기판의 랜드부와 접속됨으로써, 당해 회로 기판의 전류 경로의 일부를 구성하고, 용단함으로써 전류 경로를 차단한다. 단자부 (52) 는, 절연 기판 (10) 의 측가장자리에 형성된 끼워 맞춤 오목부 (21) 에 끼워 맞춤으로써, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측을 향하게 되어 있다.

또, 가용 도체 (51) 는, 1 쌍의 단자부 (52) 사이에 걸쳐서 복수의 용단부 (53) 가 형성되어 있다. 각 용단부 (53) 는, 접속용 땜납 등의 접합 부재를 개재하여 발열체 인출 전극 (13) 상에 접속되어 있다. 또한, 가용 도체 (51) 는, 상기 서술한 가용 도체 (15) 와 마찬가지로 저융점 금속층과 고융점 금속층을 함유하는 것이 바람직하고, 또 후에 설명하는 바와 같이 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.

이하에서는, 3 개의 용단부 (53A ∼ 53C) 가 병렬된 가용 도체 (51) 를 사용한 경우를 예로 설명한다. 도 8(A) 에 나타내는 바와 같이, 각 용단부 (53A ∼ 53C) 는, 단자부 (52) 사이에 걸쳐서 탑재됨으로써, 가용 도체 (51) 의 복수의 통전 경로를 구성한다. 그리고, 복수의 용단부 (53A ∼ 53C) 는, 발열체 (11) 의 열에 의해 용단되고, 모든 용단부 (53A ∼ 53C) 가 용단됨으로써, 단자부 (52) 사이에 걸치는 전류 경로를 차단한다.

또한, 가용 도체 (51) 는, 정격을 초과하는 전류가 통전하는 것에 의해 용단 할 때에도, 각 용단부 (53A ∼ 53C) 가 순차 용단하므로, 마지막에 남은 용단부 (53) 의 용단 시에 발생하는 아크 방전도 소규모의 것이 되어, 용융된 퓨즈 엘리먼트가 광범위에 걸쳐 비산하고, 비산한 금속에 의해 새롭게 전류 경로가 형성되거나, 혹은 비산한 금속이 단자나 주위의 전자 부품 등에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 또, 가용 도체 (51) 는, 복수의 용단부 (53A ∼ 53C) 마다 용단되므로, 각 용단부 (53A ∼ 53C) 의 용단에 필요한 열에너지는 적어도 되어, 단시간에 차단할 수 있다.

가용 도체 (51) 는, 복수의 용단부 (53) 중, 하나의 용단부 (53) 의 일부 또는 전부의 단면적을 다른 용단부의 단면적보다 작게 함으로써, 상대적으로 고저항화해도 된다. 하나의 용단부 (53) 를 상대적으로 고저항화시킴으로써, 가용 도체 (51) 는, 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 비교적 저저항의 용단부 (53) 로부터 많은 전류가 통전하여 용단되어 간다. 그 후, 남은 당해 고저항화된 용단부 (53) 에 전류가 집중되고, 마지막에 아크 방전을 수반하여 용단된다. 따라서, 가용 도체 (51) 는, 용단부 (53) 를 순차 용단시킬 수 있다. 또, 단면적이 작은 용단부 (53) 의 용단 시에 아크 방전이 발생하기 때문에, 용단부 (53) 의 체적에 따라 소규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산을 방지할 수 있다.

또, 가용 도체 (51) 는, 3 개 이상의 용단부를 형성함과 함께, 내측의 용단부를 마지막에 용단시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (51) 는, 3 개의 용단부 (53A, 53B, 53C) 를 형성함과 함께, 가운데의 용단부 (53B) 를 마지막으로 용단시키는 것이 바람직하다.

이 가용 도체 (51) 는, 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 먼저 2 개의 용단부 (53A, 53C) 에 많은 전류가 흘러 자기 발열에 의해 용단된다. 용단부 (53A, 53C) 의 용단은 자기 발열에 의한 아크 방전을 수반하는 것이 아니기 때문에, 용융 금속의 폭발적인 비산도 없다.

이어서, 가운데의 용단부 (53B) 에 전류가 집중되어, 아크 방전을 수반하면서 용단된다. 이때, 가용 도체 (51) 는, 가운데의 용단부 (53B) 를 마지막으로 용단시킴으로써, 아크 방전이 발생해도, 용단부 (53B) 의 용융 금속을, 먼저 용단되어 있는 외측의 용단부 (53A, 53C) 에 의해 포착할 수 있다. 따라서, 용단부 (53B) 의 용융 금속의 비산을 억제하여, 용융 금속에 의한 쇼트 등을 방지할 수 있다.

이때, 가용 도체 (51) 는, 3 개의 용단부 (53A ∼ 53C) 중, 내측에 위치하는 가운데의 용단부 (53B) 의 일부 또는 전부의 단면적을 외측에 위치하는 다른 용단부 (53A, 53C) 의 단면적보다 작게 함으로써, 상대적으로 고저항화하고, 이로써 가운데의 용단부 (53B) 를 마지막에 용단시켜도 된다. 이 경우도, 단면적을 상대적으로 작게 함으로써 마지막에 용단시키고 있기 때문에, 아크 방전도 용단부 (53B) 의 체적에 따라 소규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산을 보다 억제할 수 있다.

[가용 도체의 제법]

이와 같은 복수의 용단부 (53) 가 형성된 가용 도체 (51) 는, 예를 들어 도 9(A) 에 나타내는 바와 같이, 판상의 저융점 금속과 고융점 금속을 포함하는 판상체 (54) 의 중앙부 2 지점을 사각형상으로 타발한 후, 양단부를 절곡시킴으로써 제조할 수 있다. 가용 도체 (51) 는, 병렬하는 3 개의 용단부 (53A ∼ 53C) 의 양측이 단자부 (52) 에 의해 일체로 지지되어 있다. 또, 형성된 가용 도체 (51) 는, 단자부 (52) 를 구성하는 판상체와 용단부 (53) 를 구성하는 복수의 판상체를 접속시킴으로써 제조해도 된다. 또한, 도 9(B) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (51) 는, 병렬하는 3 개의 용단부 (53A ∼ 53C) 의 일단이 단자부 (52) 에 의해 일체로 지지되고, 타단에는 각각 단자부 (52) 가 형성된 것이어도 된다.

[방열 전극]

또한, 보호 소자 (50) 는, 용단부 (53) 에 따라 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 복수의 제 3 방열 전극 (56) 을 형성해도 된다. 제 3 방열 전극 (56) 은, 상기 서술한 제 1 방열 전극 (23) 과 동일하게, 가용 도체 (51) 가 끼워 맞춰지는 절연 기판 (10) 의 1 쌍의 측가장자리 근방에, 각 용단부 (53) 에 대응해 형성되고, 각 용단부 (53) 와 접속됨으로써 단자부 (52) 의 근방에 있어서의 가용 도체 (51) 의 열을 효율적으로 흡수한다. 제 3 방열 전극 (56) 은, 예를 들어 Ag 나 Cu 등의 전극 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 접속용 땜납 등의 접속 재료를 개재하여 용단부 (53) 와 접속되어 있다.

제 3 방열 전극 (56) 을 형성함으로써, 보호 소자 (50) 는, 가용 도체 (51) 의 단자부 (52) 의 근방에 있어서의 열을 절연 기판 (10) 측으로 방열시켜, 각 용단부 (53) 의 발열 영역을 발열체 인출 전극 (13) 과 접속된 중앙부에 집중시킨다. 이로써, 가용 도체 (51) 는, 용단 부위가 각 용단부 (53) 의 중앙부로 한정되어, 신속하게 전류 경로를 차단할 수 있다. 또, 가용 도체 (51) 는, 과전류에 수반하는 자기 발열 차단 시에 아크 방전을 수반하는 경우에도, 발열 부위가 한정됨으로써, 폭발적인 용단 및 용융 도체의 비산을 방지할 수 있어, 절연 특성을 저해하는 일도 없다.

또한, 도 8(B) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (50) 에 있어서도, 제 3 방열 전극 (56) 과 연속하는 스루홀 (57), 및 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성되고, 당해 스루홀 (57) 과 연속된 제 4 방열 전극 (58) 이 형성되어 있다. 이로써, 보호 소자 (50) 는, 더욱 효율적으로 가용 도체 (51) 의 열을 방열할 수 있다.

[절연벽]

또, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (50) 는, 복수의 용단부 (53) 사이에, 병렬하는 용단부 (53) 끼리의 접속을 방지하는 절연벽 (55) 을 형성해도 된다. 절연벽 (55) 을 형성함으로써, 가용 도체 (51) 는, 용단부 (53) 가 용단되어 갈 때에, 발열체 (11) 또는 자신의 발열에 의해 용융, 팽창하여 인접하는 용단부 (53) 에 접촉해 응집하는 것을 방지한다. 이로써, 가용 도체 (51) 는, 인접하는 용단부 (53) 끼리가 용융, 응집함으로써 대형화해, 용단에 필요한 전력이 증가하는 것에 의한 용단 시간의 증가나 용단 후에 있어서의 절연성의 저하, 혹은 과전류에 수반하는 자기 발열에 의한 용단 시에 생기는 아크 방전의 대규모화에 의한 용융 금속의 폭발적 비산을 방지할 수 있다.

절연벽 (55) 은, 예를 들어 발열체 (11) 의 표면을 피복하는 절연 부재 (12) 상에, 발열체 인출 전극 (13) 을 넘도록 형성되어 있다. 또, 절연벽 (55) 은, 솔더 레지스트나 유리 등의 절연 재료를 인쇄하는 것 등에 의해 수직 형성되어 있다. 또한, 절연벽 (55) 은, 절연성을 가지므로, 용융 도체에 대한 젖음성을 갖지 않기 때문에, 반드시 인접하는 용단부 (53) 끼리를 완전하게 격절할 필요는 없다. 즉, 커버 부재 (19) 의 천면 (天面)(19b) 과의 사이에 간극을 가지고 있어도 젖음성에 의한 인입 작용은 작용하지 않아, 용융 도체가 당해 간극으로부터 병렬하는 용단부 (53) 측으로 유입되는 일은 없다. 또, 용단부 (53) 는, 용융하면, 단자부 (52) 사이의 영역에 있어서 단면 (斷面) 돔상으로 팽창한다. 그 때문에, 용단부 (53) 의 간격을 가용 도체 (51) 의 두께의 2 배보다 좁게 배치하는 경우, 절연벽 (55) 은, 발열체 인출 전극 (13) 으로부터 커버 부재 (19) 의 천면 (19b) 까지 이르는 높이의 절반 이상의 높이가 있으면, 용융 도체가 병렬하는 용단부 (53) 와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 물론, 절연벽 (55) 은, 커버 부재 (19) 의 천면 (19b) 까지 이르는 높이로 형성하여, 용단부 (53) 끼리를 격절해도 된다.

또, 절연벽 (55) 은, 커버 부재 (19) 의 천면 (19b) 에 형성해도 된다. 절연벽 (55) 은, 커버 부재 (19) 의 천면 (19b) 에 일체 형성해도 되고, 또는 천면 (19b) 에 솔더 레지스트나 유리 등의 절연 재료를 인쇄하는 것 등에 의해 수직 형성해도 된다. 이 경우, 절연벽 (55) 은, 커버 부재 (19) 의 천면 (19b) 으로부터 발열체 인출 전극 (13) 까지에 이르는 높이로 함으로써, 용융 도체가 발열체 인출 전극 (13) 을 타고 병렬하는 용단부 (53) 와 접촉하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또, 절연벽 (55) 은, 절연 기판 (10) 이나 커버 부재 (19) 에 형성하는 외에, 병렬하는 복수의 용단부 (53) 사이에 절연벽 (55) 을 구성하는 액상 혹은 페이스트상의 절연 재료를 도포하고, 경화시킴으로써 형성해도 된다. 절연벽 (55) 을 구성하는 절연성의 재료로는, 에폭시 수지 등의 열경화성의 절연성 접착제나 솔더 레지스트, 유리 페이스트를 사용할 수 있다. 이 경우, 절연벽 (55) 을 구성하는 절연 재료는, 가용 도체 (51) 가 절연 기판 (10) 에 접속된 후에 도포, 경화시켜도 되고, 가용 도체 (51) 를 절연 기판 (10) 에 접속시키기 전에 도포, 경화시켜도 된다.

액상 혹은 페이스트상의 절연 재료는, 병렬하는 복수의 용단부 (53) 사이에 모세관 작용에 의해 충전되고, 경화함으로써 용단부 (53) 가 용융된 경우에, 병렬하는 용단부 (53) 끼리의 접속을 방지할 수 있다. 이 때문에, 절연벽 (55) 을 구성하는 절연 재료는, 경화함으로써 용단부 (53) 의 발열 온도에 대한 내열성을 구비할 것이 요구된다.

[절연부의 설치 위치]

또한, 보호 소자 (50) 는, 절연벽 (55) 을 가용 도체 (51) 의 용단 부위에 따라 형성하면 된다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (51) 는, 각 용단부 (53) 가 발열체 인출 전극 (13) 에 접속됨으로써 발열체 (11) 와 중첩되고, 발열체 인출 전극 (13) 을 개재하여 발열체 (11) 의 열이 각 용단부 (53) 로 전달된다. 또, 가용 도체 (51) 는, 각 용단부 (53) 가 가용 도체 (51) 의 양단부에 형성된 단자부 (52) 사이에 형성되고, 양단부 (52) 에서는 전류가 집중되지 않고, 양단부 (52) 사이에 형성된 각 용단부 (53) 의 단자부 (52) 와 발열체 인출 전극 (13) 사이에 있어서 전류가 집중되어, 고온으로 발열함으로써 용융된다.

따라서, 용단부 (53) 의 간격을 가용 도체 (51) 의 두께의 2 배보다 좁게 배치하는 경우, 보호 소자 (50) 는, 절연벽 (55) 을 각 용단부 (53) 의 전역에 인접하여 형성함으로써, 용융 도체가 인접하는 용단부 (53) 에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

또, 용단부 (53) 의 간격을 가용 도체 (51) 의 두께의 2 배 이상 넓게 배치하는 경우, 절연벽 (55) 을 발열체 인출 전극 (13) 상의 각 용단부 (53) 사이에 형성하여, 적어도 용융물을 발열체 인출 전극 (13) 상에서 연속시키지 않도록 하면 되고, 절연벽 (55) 의 높이는, 발열체 인출 전극 (13) 으로부터 커버 부재 (19) 의 천면 (19b) 까지에 이르는 높이의 절반 이하여도 된다.

[용단 순서의 제어]

보호 소자 (50) 는, 가용 도체 (51) 의 각 용단부 (53) 사이에 절연벽 (55) 을 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 복수의 용단부 (53) 끼리가 용융, 응집하는 것을 방지하여, 용단에 필요한 전력이 증가하는 것에 의한 용단 시간의 증가나 용단 후에 있어서 용융 도체의 응집체가 단자부 (52) 사이에 걸쳐서 연속하여 절연성이 저하하는 것을 방지할 수 있다.

또, 보호 소자 (50) 는, 복수의 용단부 (53) 를 순차 용단시킴과 함께, 적어도 최초로 용단하는 용단부 (53) 와 이 최초로 용단하는 용단부 (53) 에 인접하는 용단부 (53) 사이에 절연벽 (55) 을 형성하는 것이 바람직하다. 상기 서술한 바와 같이, 가용 도체 (51) 는, 복수의 용단부 (53) 중, 하나의 용단부 (53) 의 일부 또는 전부의 단면적을 다른 용단부의 단면적보다 작게 하여, 상대적으로 고저항화함으로써, 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 먼저 비교적 저저항의 용단부 (53) 로부터 많은 전류가 통전하여 용단되어 간다.

이때, 보호 소자 (50) 는, 최초로 용단하는 비교적 저저항의 용단부 (53) 와, 이 용단부 (53) 에 인접하는 용단부 사이에 절연벽 (55) 을 형성함으로써, 자신의 발열에 의해 팽창하여 인접하는 용단부 (53) 에 접촉해 응집하는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 보호 소자 (50) 는, 용단부 (53) 를 소정의 용단 순서로 용단시킴과 함께, 인접하는 용단부 (53) 끼리가 일체화하는 것에 의한 용단 시간의 증가나 아크 방전의 대규모화에 의한 절연성 저하를 방지할 수 있다.

구체적으로, 도 8 에 나타내는 3 개의 용단부 (53A, 53B, 53C) 로 이루어지는 가용 도체 (51) 가 탑재된 보호 소자 (50) 에 있어서, 상대적으로 가운데의 용단부 (53B) 의 단면적을 작게 하여 고저항화함으로써, 외측의 용단부 (53A, 53C) 부터 우선적으로 많은 전류를 흘려 용단시킨 후, 마지막에 가운데의 용단부 (53B) 를 용단한다. 이때, 보호 소자 (50) 는, 용단부 (53A, 53B) 와의 사이, 및 용단부 (53B, 53C) 와의 사이에 각각 절연벽 (55) 을 형성함으로써, 용단부 (53A, 53C) 가 자기 발열에 의해 용융했을 때에도, 인접하는 용단부 (53B) 와 접촉하는 일 없이 단시간에 용단함과 함께, 마지막에 용단부 (53B) 를 용단시킬 수 있다. 또, 단면적이 작은 용단부 (53B) 는, 인접하는 용단부 (53A, 53C) 와의 접촉도 없어, 용단 시에 있어서의 아크 방전도 소규모의 것에 그친다.

또한, 가용 도체 (51) 는, 3 개 이상의 용단부를 형성한 경우, 외측의 용단부를 최초로 용단시키고, 내측의 용단부를 마지막에 용단시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (51) 는, 3 개의 용단부 (53A, 53B, 53C) 를 형성함과 함께, 가운데의 용단부 (53B) 를 마지막에 용단시키는 것이 바람직하다.

상기 서술한 바와 같이, 가용 도체 (51) 에 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 먼저 외측에 형성된 2 개의 용단부 (53A, 53C) 에 많은 전류가 흘러 자기 발열에 의해 용단된다. 이들 용단부 (53A, 53C) 의 용단은 자기 발열에 의한 아크 방전을 수반하는 것이 아니기 때문에, 용융 금속의 폭발적인 비산도 없다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 용단부 (53A, 53C) 는, 절연벽 (55) 에 의해 인접하는 용단부 (53B) 와의 접촉도 없어, 최초로 용단된다.

이어서, 내측에 형성된 용단부 (53B) 에 전류가 집중하여, 아크 방전을 수반하면서 용단된다. 이때, 가용 도체 (51) 는, 내측에 형성된 용단부 (53B) 를 마지막에 용단시킴으로써, 아크 방전이 발생해도, 용단부 (53B) 의 용융 금속을, 먼저 용단되어 있는 외측의 용단부 (53A, 53C) 나 용단부 (53A, 53C) 와의 사이에 형성된 절연벽 (55) 에 의해 포착할 수 있다. 따라서, 용단부 (53B) 의 용융 금속의 비산을 억제하여, 용융 금속에 의한 쇼트 등을 방지할 수 있다.

이때도, 가용 도체 (51) 는, 3 개의 용단부 (53A ∼ 53C) 중, 내측에 위치하는 가운데의 용단부 (53B) 의 일부 또는 전부의 단면적을 외측에 위치하는 다른 용단부 (53A, 53C) 의 단면적보다 작게 함으로써, 상대적으로 고저항화하고, 이로써 가운데의 용단부 (53B) 를 마지막에 용단시켜도 된다. 이 경우도, 단면적을 상대적으로 작게 함으로써 마지막에 용단시키고 있기 때문에, 아크 방전도 용단부 (53B) 의 체적에 따라 소규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산을 보다 억제할 수 있다.

[보호 소자의 제조 공정]

보호 소자 (50) 는, 이하의 공정에 의해 제조된다. 가용 도체 (51) 가 탑재되는 절연 기판 (10) 은, 도 10(A) 에 나타내는 바와 같이, 표면 (10a) 에 발열체 (11), 절연 부재 (12), 발열체 인출 전극 (13), 발열체 전극 (16) 및 가용 도체 (51) 의 용단부 (53) 와 동일수의 제 3 방열 전극 (56) 이 형성되어 있다. 또, 절연 기판 (10) 은, 이면 (10b) 에 스루홀 (17) 을 통하여 발열체 전극 (16) 과 연속되어 있는 외부 접속 단자 (18) 가 형성되어 있다. 도 10(B) 에 나타내는 바와 같이, 이 절연 기판 (10) 의 1 쌍의 측가장자리에 형성된 끼워 맞춤 오목부 (21) 에, 가용 도체 (51) 의 단자부 (52) 를 끼워 맞춤과 함께, 발열체 인출 전극 (13) 및 제 3 방열 전극 (56) 에 접속용 땜납 등의 접합재를 개재하여 각 용단부 (53) 를 접속한다. 이로써, 가용 도체 (51) 는, 단자부 (52) 의 선단부가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측으로 돌출된다.

이어서, 도 10(C) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (51) 상에는 플럭스 (27) 가 형성된다. 플럭스 (27) 가 형성됨으로써, 가용 도체 (51) 의 산화 방지, 젖음성의 향상을 도모하여, 신속하게 용단시킬 수 있다. 또, 플럭스 (27) 를 형성함으로써, 용융 금속의 절연 기판 (10) 에 대한 부착을 억제하여, 용단 후에 있어서의 절연성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 도 10(D) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상을 보호함과 함께, 가용 도체 (51) 의 용융 도체의 비산을 방지하는 커버 부재 (19) 가 탑재됨으로써 보호 소자 (50) 가 완성된다. 커버 부재 (19) 는, 대향하는 1 쌍의 측벽 (19a) 이 형성되고, 이 측벽 (19a) 이 표면 (10a) 상에 설치됨과 함께, 개방된 2 측면으로부터 가용 도체 (15) 의 단자부 (52) 가 이면 (10b) 측으로 도출되어 있다.

이 보호 소자 (50) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측을 회로 기판을 향하여 실장된다. 이로써, 보호 소자 (1) 는, 가용 도체 (15) 의 양 단자부 (52) 및 외부 접속 단자 (18) 가 회로 기판에 형성된 랜드부와 접속된다.

[복수의 가용 도체]

또, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체로서, 용단부 (53) 에 상당하는 복수의 가용 도체를 절연 기판 (10) 의 서로 대향하는 1 쌍의 측가장자리 사이에 끼워 맞춰, 병렬시켜도 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1, 50) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략한다.

도 11 에 나타내는 보호 소자 (60) 는, 절연 기판 (10) 과, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 적층되고, 절연 부재 (12) 로 덮인 발열체 (11) 와, 절연 부재 (12) 상에 발열체 (11) 와 중첩되도록 적층된 발열체 인출 전극 (13) 과, 절연 기판 (10) 의 서로 대향하는 1 쌍의 측가장자리에 끼워 맞춰지고, 중앙부가 발열체 인출 전극 (13) 에 접속된 복수의 가용 도체 (61) 와, 복수의 가용 도체 (61) 가 형성된 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 을 덮는 커버 부재 (19) 를 구비한다.

가용 도체 (61) 는, 상기 서술한 가용 도체 (15) 와 동일한 재료 및 구성을 갖고, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 복수, 예를 들어 61A, 61B, 61C 의 3 장이 병렬되어 있다. 각 가용 도체 (61A ∼ 61C) 는, 사각형 판상으로 형성됨과 함께, 양단에 단자부 (62) 가 절곡 형성되어 있다. 가용 도체 (61A ∼ 61C) 에 형성된 각 단자부 (62) 는, 외부 회로의 회로 기판에 형성된 랜드부와 각각 접속됨으로써 당해 회로 기판의 전류 경로의 일부를 구성하고, 용단됨으로써 전류 경로를 차단한다. 단자부 (62) 는, 절연 기판 (10) 의 측가장자리에 형성된 끼워 맞춤 오목부 (21) 에 끼워 맞춤으로써, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 측을 향하게 되어 있다.

또, 각 가용 도체 (61) 는, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 재치되는 중앙부가, 접속용 땜납 등의 접합 부재를 개재하여 발열체 인출 전극 (13) 상에 접속되어 있다. 또한, 가용 도체 (61) 는, 상기 서술한 가용 도체 (15) 와 마찬가지로 저융점 금속층과 고융점 금속층을 함유하는 것이 바람직하고, 또 후에 설명하는 바와 같이 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.

또한, 보호 소자 (60) 는, 내측에 형성되어 있는 가운데의 가용 도체 (61B) 의 단면적을 외측에 형성되어 있는 다른 가용 도체 (61A, 61C) 의 단면적보다 작게 함으로써 상대적으로 고저항화하여, 과전류에 수반하는 자기 발열 차단 시에 있어서, 마지막에 용단시키도록 해도 된다.

또, 보호 소자 (60) 는, 상기 서술한 보호 소자 (50) 와 마찬가지로, 각 가용 도체 (61A ∼ 61C) 사이에 절연벽 (55) 을 형성해도 된다. 절연벽 (55) 을 형성함으로써, 보호 소자 (60) 는, 각 가용 도체 (61) 가 용단되어 갈 때에, 발열체 (11) 또는 자신의 발열에 의해 용융, 팽창하여 인접하는 가용 도체 (61) 에 접촉하여 응집하는 것을 방지한다. 이로써, 보호 소자 (60) 는, 인접하는 가용 도체 (61) 끼리가 용융, 응집함으로써 대형화하여, 용단에 필요한 전력이 증가하는 것에 의한 용단 시간의 증가나 용단 후에 있어서의 절연성의 저하, 혹은 과전류에 수반하는 자기 발열에 의한 용단 시에 생기는 아크 방전의 대규모화에 의한 용융 금속의 폭발적 비산을 방지할 수 있다.

또한, 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (60) 에 있어서도, 각 가용 도체 (61) 에 대응해, 절연 기판 (10) 의 측가장자리 근방에 복수의 제 5 방열 전극 (63) 과, 제 5 방열 전극 (63) 과 연속하는 스루홀 (64), 및 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성되고, 당해 스루홀 (64) 과 연속된 제 6 방열 전극 (65) 이 형성되어 있다. 이로써, 보호 소자 (60) 는, 더욱 효율적으로 각 가용 도체 (61) 의 열을 방열할 수 있다.

[플립 타입]

또, 본 발명이 적용된 보호 소자는, 도 12 및 도 13 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체의 단자부를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 측으로 돌출시켜도 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 보호 소자 (1, 50, 60) 와 동일 부재에 대해서는 동일 부호를 붙이고 그 상세를 생략한다. 도 12(A) 는 보호 소자 (70) 의 저면측을 나타내는 외관 사시도이고, 도 12(B) 는 보호 소자 (70) 의 상면측을 나타내는 외관 사시도이다. 도 13(A) 는 보호 소자 (70) 의 커버 부재를 생략하고 나타내는 평면도이고, 도 13(B) 는 도 13(A) 에 나타내는 보호 소자 (70) 의 A-A' 단면도이다.

보호 소자 (70) 는, 절연 기판 (10) 과, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 적층되고, 절연 부재 (12) 로 덮인 발열체 (11) 와, 절연 부재 (12) 상에 발열체 (11) 와 중첩되도록 적층된 발열체 인출 전극 (13) 과, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 배치되고, 중앙부가 발열체 인출 전극 (13) 에 접속된 가용 도체 (71) 와, 가용 도체 (71) 가 형성된 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 을 덮는 커버 부재 (19) 를 구비한다.

가용 도체 (71) 는, 상기 서술한 가용 도체 (51) 와 마찬가지로, 판상으로 형성되고, 양단부에 외부 회로와 접속되는 단자부 (72) 가 형성되어 있다. 가용 도체 (71) 는, 단자부 (72) 가, 보호 소자 (70) 가 실장되는 회로 기판의 랜드부와 접속됨으로써, 당해 회로 기판의 전류 경로의 일부를 구성하고, 용단함으로써 전류 경로를 차단한다. 단자부 (72) 는, 가용 도체 (71) 가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 탑재됨으로써, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 측을 향하게 되어 있다.

또, 가용 도체 (71) 는, 1 쌍의 단자부 (72) 사이에 걸쳐서 복수의 용단부 (73) 가 형성되어 있다. 각 용단부 (73) 는, 접속용 땜납 등의 접합 부재를 개재하여 발열체 인출 전극 (13) 상에 접속되어 있다. 또한, 가용 도체 (71) 는, 상기 서술한 가용 도체 (15) 와 마찬가지로 저융점 금속층과 고융점 금속층을 함유하는 것이 바람직하고, 또 후에 설명하는 바와 같이 여러 가지 구성에 의해 형성할 수 있다.

또한, 보호 소자 (70) 는, 가용 도체 (71) 로서, 가용 도체 (15) 와 마찬가지로, 복수의 용단부 (73) 를 갖지 않는 평판상의 가용 도체를 사용해도 된다.

또, 보호 소자 (70) 는, 발열체 전극 (16) 상에 외부 접속 단자 (74) 가 형성된다. 외부 접속 단자 (74) 는, 발열체 전극 (16) 을 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상으로 인출함으로써 외부 회로와 접속하는 단자이고, 예를 들어 기둥상 또는 구상의 금속 범프 등을 사용할 수 있다.

이와 같은 보호 소자 (70) 는, 가용 도체 (71) 의 단자부 (72) 및 발열체 전극 (16) 과 접속된 외부 접속 단자 (74) 가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상으로 돌출됨으로써, 절연 기판의 표면 (10a) 측을 외부 회로의 회로 기판에 대한 실장면으로 하여, 페이스 다운에 의해 접속된다.

또한, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (70) 에 있어서도, 가용 도체 (71) 의 각 용단부 (73) 에 대응하여, 절연 기판 (10) 의 측가장자리 근방에 복수의 제 7 방열 전극 (75) 이 형성되어 있다. 이로써, 보호 소자 (70) 는, 더욱 효율적으로 각 용단부 (73) 의 양단측의 열을 방열하여, 중앙부를 집중적으로 가열, 용단할 수 있다.

보호 소자 (70) 는, 이하의 공정에 의해 제조된다. 가용 도체 (71) 가 탑재되는 절연 기판 (10) 은, 도 14(A) 에 나타내는 바와 같이, 표면 (10a) 에 발열체 (11), 절연 부재 (12), 발열체 인출 전극 (13), 발열체 전극 (16) 및 가용 도체 (71) 의 용단부 (73) 에 대응하여 복수의 제 7 방열 전극 (75) 이 형성되어 있다. 도 14(B) 에 나타내는 바와 같이, 이 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 형성된 발열체 인출 전극 (13) 에 접속용 땜납 등의 접합재를 개재하여 가용 도체 (71) 의 각 용단부 (73) 의 중앙부를 접속한다. 이로써, 가용 도체 (71) 는, 단자부 (72) 의 선단부가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 측으로 돌출된다. 또, 발열체 전극 (16) 상에 접속용 땜납 등의 접합재를 개재하여 외부 접속 단자 (74) 를 접속한다.

이어서, 도 14(C) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (71) 상에는 플럭스 (27) 가 형성된다. 플럭스 (27) 가 형성되는 것에 의해, 가용 도체 (71) 의 산화 방지, 젖음성의 향상을 도모하여, 신속하게 용단시킬 수 있다. 또, 플럭스 (27) 를 형성함으로써, 아크 방전에 의한 용융 금속의 절연 기판 (10) 에 대한 부착을 억제하여, 용단 후에 있어서의 절연성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 도 14(D) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상을 보호함과 함께, 가용 도체 (71) 의 용융 도체의 비산을 방지하는 커버 부재 (19) 가 탑재됨으로써 보호 소자 (70) 가 완성된다. 커버 부재 (19) 는, 대향하는 1 쌍의 측벽 (19a) 이 형성되고, 이 측벽 (19a) 이 표면 (10a) 상에 설치됨과 함께, 개방된 2 측면으로부터 가용 도체 (71) 의 단자부 (72) 가 표면 (10a) 측으로 도출되어 있다.

이 보호 소자 (70) 는, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 측을 회로 기판을 향하여 실장된다. 이로써, 보호 소자 (70) 는, 가용 도체 (71) 의 양 단자부 (72) 및 외부 접속 단자 (74) 가 회로 기판에 형성된 랜드부와 접속된다.

[발열체 위치]

상기 서술한 보호 소자 (1, 50, 60, 70) 는, 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 적층하는 외에도, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성해도 된다. 도 15(A) 에 보호 소자 (1, 50, 60) 에 있어서 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성한 구성을 나타내고, 도 15(B) 에 보호 소자 (70) 에 있어서 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성한 구성을 나타낸다.

어느 경우도, 발열체 (11) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 있어서 절연 부재 (12) 로 피복되어 있다. 또, 발열체 (11) 로의 급전 경로를 구성하는 발열체 전극 (13) 은, 발열체 (11) 와 접속되는 하층부 (13a) 가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성되고, 가용 도체 (15) 와 접속되는 상층부 (13b) 가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성되고, 하층부 (13a) 와 상층부 (13b) 가, 도전 스루홀을 통하여 연속된다. 또, 발열체 (11) 는, 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 있어서, 발열체 인출 전극 (13) 과 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

또, 보호 소자 (1, 50, 60, 70) 는, 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 내부에 형성해도 된다. 도 16(A) 에 보호 소자 (1, 50, 60) 에 있어서 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 내부에 형성한 구성을 나타내고, 도 16(B) 에 보호 소자 (70) 에 있어서 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 내부에 형성한 구성을 나타낸다.

어느 경우도, 발열체 (11) 를 피복하는 절연 부재 (12) 는 형성할 필요가 없다. 또, 발열체 (11) 는, 절연 기판 (10) 의 내부에 있어서, 발열체 인출 전극 (13) 의 상층부 (13b) 와 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

또, 보호 소자 (1, 50, 60) 에서는, 발열체 전극 (16) 은, 절연 기판 (10) 의 내부에 형성됨으로써 발열체 (11) 의 일단과 접속되고, 도전 스루홀을 통하여 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 에 형성된 외부 접속 단자 (18) 와 접속된다. 발열체 인출 전극 (13) 은, 발열체 (11) 와 접속되는 하층부 (13a) 가 절연 기판 (10) 의 내부까지 형성되고, 가용 도체 (15) 가 탑재되는 상층부 (13b) 가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성되고, 하층부 (13a) 와 상층부 (13b) 가 도전 스루홀을 통하여 연속된다.

보호 소자 (70) 에서는, 발열체 전극 (16) 은, 절연 기판 (10) 의 내부에 형성됨으로써 발열체 (11) 의 일단과 접속되는 도시하지 않은 하층부와, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성됨과 함께 외부 접속 단자 (74) 가 접속되는 도시하지 않은 상층부를 갖고, 하층부와 상층부가 도전 스루홀을 통하여 연속된다. 마찬가지로, 발열체 인출 전극 (13) 은, 발열체 (11) 와 접속되는 하층부 (13a) 가 절연 기판 (10) 의 내부까지 형성되고, 가용 도체 (15) 가 탑재되는 상층부 (13b) 가 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성되고, 하층부 (13a) 와 상층부 (13b) 가 도전 스루홀을 통하여 연속된다.

또한, 보호 소자 (1, 50, 60, 70) 는, 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성함과 함께, 발열체 (11) 와 가용 도체 (15, 51, 61, 71) 를 인접하여 배치해도 된다. 도 17 에 보호 소자 (1) 에 있어서, 발열체 (11) 와 가용 도체 (15) 를 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 인접하여 배치한 구성을 나타낸다. 보호 소자 (1, 50, 60, 70) 의 발열체 (11) 는, 절연 부재 (12) 로 피복됨과 함께 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 에 형성된 발열체 인출 전극 (13) 의 일단과 접속되어 있다.

보호 소자 (1, 50, 60, 70) 는, 발열체 (11) 가 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 이나 내부에 형성되거나, 혹은 발열체 (11) 와 가용 도체 (15, 51, 61, 71) 가 절연 기판 (10) 의 표면 상에 인접하여 배치됨으로써, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 이 평탄화되고, 이로써 발열체 인출 전극 (13) 을 표면 (10a) 상에 형성할 수 있다. 따라서, 보호 소자 (1, 50, 60, 70) 는, 발열체 인출 전극 (13) 의 제조 공정을 간략화할 수 있음과 함께, 저배화를 도모할 수 있다.

또, 보호 소자 (1) 는, 발열체 (11) 를 절연 기판 (10) 의 이면 (10b) 이나 절연 기판 (10) 의 내부에 형성한 경우에도, 절연 기판 (10) 의 재료로서 파인 세라믹 등의 열전도성이 우수한 재료를 사용함으로써, 발열체 (11) 에 의해, 절연 기판 (10) 의 표면 (10a) 상에 적층한 경우와 동등하게 가용 도체 (15, 51, 61, 71) 를 가열, 용단할 수 있다.

[가용 도체의 구성]

상기 서술한 바와 같이, 가용 도체 (15, 51, 61, 71) 는, 저융점 금속과 고융점 금속을 함유해도 된다. 이하에서는, 가용 도체 (15) 의 구성에 대해 설명하지만, 가용 도체 (51, 61, 71) 도 동일한 구성으로 할 수 있다. 가용 도체 (15) 는, 도 18(A) 에 나타내는 바와 같이, 내층으로서 저융점 금속층 (91) 이 형성되고, 외층으로서 고융점 금속층 (90) 이 형성된 구성으로 해도 된다. 이 경우, 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속층 (91) 의 전체면이 고융점 금속층 (90) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다. 고융점 금속층 (90) 에 의한 저융점 금속층 (91) 의 피복 구조는, 도금 등의 공지된 성막 기술을 사용하여 형성할 수 있다.

또, 도 18(B) 에 나타내는 바와 같이, 가용 도체 (15) 는, 내층으로서 고융점 금속층 (90) 이 형성되고, 외층으로서 저융점 금속층 (91) 이 형성된 구성으로 해도 된다. 이 경우도, 가용 도체 (15) 는, 고융점 금속층 (90) 의 전체면이 저융점 금속층 (91) 에 의해 피복된 구조로 해도 되고, 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조여도 된다.

또, 가용 도체 (15) 는, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (90) 과 저융점 금속층 (91) 이 적층된 적층 구조로 해도 된다.

이 경우, 가용 도체 (15) 는, 도 19(A) 에 나타내는 바와 같이, 발열체 인출 전극 (13) 과 접속되는 하층과, 하층 상에 적층되는 상층으로 이루어지는 2 층 구조로서 형성되고, 하층이 되는 저융점 금속층 (91) 의 상면에 상층이 되는 고융점 금속층 (90) 을 적층해도 되고, 반대로 하층이 되는 고융점 금속층 (90) 의 상면에 상층이 되는 저융점 금속층 (91) 을 적층해도 된다. 혹은, 가용 도체 (15) 는, 도 19(B) 에 나타내는 바와 같이, 내층과 내층의 상하면에 적층되는 외층으로 이루어지는 3 층 구조로서 형성해도 되고, 내층이 되는 저융점 금속층 (91) 의 상하면에 외층이 되는 고융점 금속층 (90) 을 적층해도 되고, 반대로 내층이 되는 고융점 금속층 (90) 의 상하면에 외층이 되는 저융점 금속층 (91) 을 적층해도 된다.

또, 가용 도체 (15) 는, 도 20 에 나타내는 바와 같이, 고융점 금속층 (90) 과 저융점 금속층 (91) 이 교대로 적층된 4 층 이상의 다층 구조로 해도 된다. 이 경우, 가용 도체 (15) 는, 최외층을 구성하는 금속층에 의해, 전체면 또는 서로 대향하는 1 쌍의 측면을 제외하고 피복된 구조로 해도 된다.

또, 가용 도체 (15) 는, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (91) 의 표면에 고융점 금속층 (90) 을 스트라이프상으로 부분적으로 적층시켜도 된다. 도 21 은, 가용 도체 (15) 의 평면도이다.

도 21(A) 에 나타내는 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속층 (91) 의 표면에, 폭 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (90) 이 길이 방향으로 복수 형성됨으로써, 길이 방향을 따라 선상의 개구부 (92) 가 형성되고, 이 개구부 (92) 로부터 저융점 금속층 (91) 이 노출되어 있다. 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속층 (91) 이 개구부 (92) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하여, 고융점 금속층 (90) 의 용식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다. 개구부 (92) 는, 예를 들어 저융점 금속층 (91) 에 고융점 금속층 (90) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.

또, 가용 도체 (15) 는, 도 21(B) 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (91) 의 표면에, 길이 방향으로 소정 간격으로, 선상의 고융점 금속층 (90) 을 폭 방향으로 복수 형성함으로써, 폭 방향을 따라 선상의 개구부 (92) 를 형성해도 된다.

또, 가용 도체 (15) 는, 도 22 에 나타내는 바와 같이, 저융점 금속층 (91) 의 표면에 고융점 금속층 (90) 을 형성함과 함께, 고융점 금속층 (90) 의 전체면에 걸쳐 원형상 또는 사각형상의 개구부 (93) 가 형성되고, 이 개구부 (93) 로부터 저융점 금속층 (91) 을 노출시켜도 된다. 개구부 (93) 는, 예를 들어 저융점 금속층 (91) 에 고융점 금속층 (90) 을 구성하는 금속의 부분 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다.

가용 도체 (15) 는, 저융점 금속층 (91) 이 개구부 (93) 로부터 노출됨으로써, 용융된 저융점 금속과 고융점 금속의 접촉 면적이 증가하여, 고융점 금속의 용식 작용을 보다 촉진시켜 용단성을 향상시킬 수 있다.

또, 가용 도체 (15) 는, 도 23 에 나타내는 바와 같이, 내층이 되는 고융점 금속층 (90) 에 다수의 개구부 (94) 를 형성하고, 이 고융점 금속층 (90) 에, 도금 기술 등을 사용하여 저융점 금속층 (91) 을 성막하여, 개구부 (94) 내에 충전해도 된다. 이로써, 가용 도체 (15) 는, 용융하는 저융점 금속이 고융점 금속에 접하는 면적이 증대하므로, 보다 단시간에 저융점 금속이 고융점 금속을 용식할 수 있도록 된다.

또, 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속층 (91) 의 체적을, 고융점 금속층 (90) 의 체적보다 많이 형성하는 것이 바람직하다. 가용 도체 (15) 는, 발열체 (11) 에 의해 가열됨으로써, 저융점 금속이 용융함으로써 고융점 금속을 용식하고, 이로써 신속하게 용융, 용단할 수 있다. 따라서, 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속층 (91) 의 체적을, 고융점 금속층 (90) 의 체적보다 많이 형성함으로써, 이 용식 작용을 촉진하여, 신속하게 외부 회로의 전류 경로를 차단할 수 있다.

또, 가용 도체 (15) 는, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 대략 사각형 판상으로 형성되고, 외층을 구성하는 고융점 금속에 의해 피복되어 주면부 (15a) 보다 두껍게 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 측가장자리부 (15b) 와, 내층을 구성하는 저융점 금속이 노출되고 제 1 측가장자리부 (15b) 보다 얇은 두께로 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 2 측가장자리부 (15c) 를 가져도 된다.

제 1 측가장자리부 (15b) 는, 측면이 고융점 금속층 (90) 에 의해 피복됨과 함께, 이로써 가용 도체 (15) 의 주면부 (15a) 보다 두껍게 형성되어 있다. 제 2 측가장자리부 (15c) 는, 측면에, 외주를 고융점 금속층 (90) 에 의해 위요된 저융점 금속층 (91) 이 노출되어 있다. 제 2 측가장자리부 (15c) 는, 제 1 측가장자리부 (15b) 와 인접하는 양단부를 제외하고 주면부 (15a) 와 동일한 두께로 형성되어 있다.

이상과 같이 구성된 가용 도체 (15) 는, 도 25 에 나타내는 바와 같이, 제 1 측가장자리부 (15b) 가 형성된 양단부를 단자부 (20) 로 하고, 제 2 측가장자리부 (15c) 가 절연 기판 (10) 의 1 쌍의 측가장자리 사이에 걸쳐진다.

이로써, 보호 소자 (1) 는, 리플로우 실장 시나 정격 전류의 통전 시 등에 있어서의 가용 도체 (15) 의 변형에 의한 정격이나 차단 시간의 변동을 방지할 수 있다. 또, 보호 소자 (1) 는, 발열체 (11) 의 발열 후, 가용 도체 (15) 를 신속하게 용융시켜, 외부 회로의 전류 경로를 차단할 수 있다.

즉, 제 1 측가장자리부 (15b) 는, 고융점 금속에 의해 피복되고, 저융점 금속층 (91) 도 노출되어 있지 않기 때문에 용식 작용이 작용하기 어려워, 용융하기까지 많은 열에너지를 필요로 한다. 따라서, 제 1 측가장자리부 (15b) 를 단자부 (20) 로 함으로써, 가용 도체 (15) 는, 리플로우 실장 시 등의 가열이나, 정격 전류의 통전에 의한 자기 발열에 의해 외부 회로의 랜드부에 형성된 접속용 땜납이 용융한 경우에도, 고융점 금속 피복된 제 1 측가장자리부 (15b) 가 용융하여 내층을 구성하는 저융점 금속이 접속용 땜납에 끌어당겨져 젖음성이 우수한 랜드부로 유출되는 것이 방지되어 있다. 따라서, 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속의 유출에 의한 변형이 방지되어, 소정의 정격을 유지함과 함께, 저융점 금속의 유출에 의해 용식 작용이 저해되는 것에 의한 용단 시간의 연장도 방지할 수 있다.

또, 제 2 측가장자리부 (15c) 는, 제 1 측가장자리부 (15b) 보다 상대적으로 얇게 형성되어 있다. 또, 제 2 측가장자리부 (15c) 의 측면은, 내층을 구성하는 저융점 금속층 (91) 이 노출되어 있다. 이로써, 제 2 측가장자리부 (15c) 는, 저융점 금속층 (91) 에 의한 고융점 금속층 (90) 의 용식 작용이 작용하고, 또한 용식되는 고융점 금속층 (90) 의 두께도 제 1 측가장자리부 (15b) 에 비해 얇게 형성되어 있음으로써, 고융점 금속층 (90) 에 의해 두껍게 형성되어 있는 제 1 측가장자리부 (15b) 에 비해, 적은 열에너지로 신속하게 용융시킬 수 있다.

따라서, 보호 소자 (1) 는, 발열체 (11) 가 발열함으로써, 신속하게 제 2 측가장자리부 (15c) 가 용융되고, 용융 도체가 발열체 인출 전극 (13) 상에 응집함과 함께, 1 쌍의 단자부 (20) 사이를 용단하여, 외부 회로의 전류 경로를 차단할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 가용 도체 (15) 는, 저융점 금속층 (91) 을 구성하는 땜납박 등의 저융점 금속박을, 고융점 금속층 (90) 을 구성하는 Ag 등의 금속으로 피복함으로써 제조된다. 저융점 금속층박을 고융점 금속 피복하는 공법으로는, 장척상의 저융점 금속박에 연속적으로 고융점 금속 도금을 실시할 수 있는 전해 도금법이, 작업 효율상, 제조 비용상 유리해진다.

전해 도금에 의해 고융점 금속 도금을 실시하면, 장척상의 저융점 금속박의 에지 부분, 즉 측가장자리부에 있어서 전류 밀도가 상대적으로 강해져, 고융점 금속층 (90) 이 두껍게 도금된다 (도 24 참조). 이로써, 측가장자리부가 고융점 금속층에 의해 두껍게 형성된 장척상의 도체 리본 (96) 이 형성된다. 이어서, 이 도체 리본 (96) 을 길이 방향과 직교하는 폭 방향 (도 24 중 C-C' 방향) 으로, 소정 길이로 절단함으로써, 가용 도체 (15) 가 제조된다. 이로써, 가용 도체 (15) 는, 도체 리본 (96) 의 측가장자리부가 제 1 측가장자리부 (15b) 가 되고, 도체 리본 (96) 의 절단면이 제 2 측가장자리부 (15c) 가 된다. 또, 제 1 측가장자리부 (15b) 는, 고융점 금속에 의해 피복되고, 제 2 측가장자리부 (15c) 는, 단면 (端面)(도체 리본 (96) 의 절단면) 에 외주를 둘러싸는 고융점 금속층 (90) 과 고융점 금속층 (90) 에 의해 협지된 저융점 금속층 (91) 이 바깥쪽으로 노출되어 있다.

1 : 보호 소자
10 : 절연 기판
10a : 표면
10b : 이면
11 : 발열체
12 : 절연 부재
13 : 발열체 인출 전극
15 : 가용 도체
15a : 주면부
15b : 제 1 측가장자리부
15c : 제 2 측가장자리부
16 : 발열체 전극
17 : 스루홀
18 : 외부 접속 단자
19 : 커버 부재
20 : 단자부
21 : 끼워 맞춤 오목부
23 : 제 1 방열 전극
24 : 스루홀
25 : 제 2 방열 전극
27 : 플럭스
30 : 배터리 팩
30a : 정극 단자
30b : 부극 단자
31 ∼ 34 : 배터리 셀
35 : 배터리 스택
36 : 검출 회로
37 : 전류 제어 소자
40 : 충방전 제어 회로
41 : 전류 제어 소자
42 : 전류 제어 소자
43 : 제어부
45 : 충전 장치
50 : 보호 소자
51 : 가용 도체
52 : 단자부
53 : 용단부
54 : 판상체
55 : 절연벽
56 : 제 3 방열 전극
60 : 보호 소자
61 : 가용 도체
62 : 단자부
70 : 보호 소자
71 : 가용 도체
72 : 단자부
73 : 용단부
74 : 외부 접속 단자
90 : 고융점 금속층
91 : 저융점 금속층
92 ∼ 94 : 개구부
96 : 도체 리본

Claims (27)

1. 절연 기판과,
   상기 절연 기판에 배치된 발열체와,
   상기 발열체와 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과,
   상기 절연 기판의 표면에 배치되고, 열에 의해 용융되는 용단부와, 상기 용단부의 양단에 형성되고, 외부 회로와 접속되는 1 쌍의 단자부를 갖고, 상기 1 쌍의 단자부 사이가 용단됨으로써 상기 외부 회로의 전류 경로를 차단하는 가용 도체를 구비하고,
   1 쌍의 단자부를 갖는 상기 가용 도체는, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 갖고,
   상기 가용 도체는, 상기 고융점 금속층에 의해 피복됨으로써 상기 가용 도체의 주면부보다 두껍게 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 측가장자리부와,
   상기 제 1 측가장자리부보다 얇은 두께로 형성되고, 내층을 구성하는 상기 저융점 금속층이 외층을 구성하는 상기 고융점 금속층으로부터 노출된 서로 대향 하는 1 쌍의 제 2 측가장자리부를 추가로 갖고,
   1 쌍의 상기 제 1 측가장자리부를 상기 단자부로 하는, 보호 소자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가용 도체와 상기 발열체 인출 전극이 접속되어 있는, 보호 소자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 1 쌍의 단자부가 상기 절연 기판에 끼워 맞춰짐으로써, 상기 단자부를 상기 절연 기판의 이면측을 향하게 하고 있는, 보호 소자.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 절연 기판은, 상기 가용 도체와 끼워 맞춰지는 끼워 맞춤 오목부가 형성되어 있는, 보호 소자.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 1 쌍의 단자부는 상기 용단부로부터 상기 절연 기판의 표면측으로 돌출되고,
   상기 절연 기판의 표면에 형성되고, 상기 발열체의 개방단과 접속된 발열체 전극과,
   상기 발열체 전극에 접속됨으로써 상기 절연 기판의 표면측으로 돌출된 외부 접속 단자를 갖는, 보호 소자.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연 기판의 표면에는, 상기 가용 도체와 접속되고, 상기 가용 도체의 열을 흡수하는 방열 전극이 형성되어 있는, 보호 소자.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 방열 전극은, 스루홀을 통하여 상기 절연 기판의 이면에 형성된 단자부와 연속되어 있는, 보호 소자.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 가용 도체는, 상기 1 쌍의 단자부 사이에 복수의 용단부가 병렬되어 있는, 보호 소자.
9. 제 8 항에 있어서,
   복수의 상기 용단부 사이에는 절연벽이 형성되어 있는, 보호 소자.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 가용 도체가 병렬되고, 상기 가용 도체 사이에는 절연벽이 형성되어 있는, 보호 소자.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 표면에 형성됨과 함께 절연 부재로 피복되거나, 또는 상기 절연 기판의 표면에 형성된 절연 부재의 내부에 형성되고,
    상기 발열체 인출 전극은, 상기 절연 부재 상에 형성되어 있는, 보호 소자.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 이면에 형성되고, 절연 부재로 피복되어 있는, 보호 소자.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 내부에 형성되어 있는, 보호 소자.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체는, 상기 절연 기판의 표면에 형성되고,
    상기 가용 도체는, 상기 절연 기판의 표면에, 상기 발열체와 인접하여 배치되는, 보호 소자.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 저융점 금속층이, 상기 고융점 금속층을 침식하여 용단하는, 보호 소자.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저융점 금속층은, Sn 또는 Sn 을 40 ％ 이상 포함하는 합금이고, 상기 고융점 금속층은, Ag, Cu, 또는 Ag 혹은 Cu 를 포함하는 합금인, 보호 소자.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 가용 도체는, 내층이 저융점 금속층이고, 외층이 고융점 금속층의 피복 구조인, 보호 소자.
18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 가용 도체는, 저융점 금속층의 체적이, 고융점 금속층의 체적보다 많은, 보호 소자.
19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발열체 인출 전극의 표면에, Ni/Au 도금, Ni/Pd 도금, Ni/Pd/Au 도금 중 어느 것이 피복되어 있는, 보호 소자.
20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가용 도체의 표면 상의 일부 또는 전부에 플럭스가 코팅되고, 상기 가용 도체의 용단부 및 상기 플럭스가 상기 절연 기판 상에 형성된 커버 부재에 의해 피복되어 있는, 보호 소자.
21. 회로 기판에 보호 소자가 실장된 실장체에 있어서,
    상기 보호 소자는,
    절연 기판과,
    상기 절연 기판에 배치된 발열체와,
    상기 발열체와 전기적으로 접속된 발열체 인출 전극과,
    상기 절연 기판의 표면에 배치되고, 열에 의해 용융되는 용단부와, 상기 용단부의 양단에 형성되고, 외부 회로와 접속되는 1 쌍의 단자부를 갖고, 상기 1 쌍의 단자부 사이가 용단됨으로써 상기 외부 회로의 전류 경로를 차단하는 가용 도체를 구비하고,
    1 쌍의 단자부를 갖는 상기 가용 도체는, 저융점 금속층과 고융점 금속층을 갖고,
    상기 가용 도체는, 상기 고융점 금속층에 의해 피복됨으로써 상기 가용 도체의 주면부보다 두껍게 형성된 서로 대향하는 1 쌍의 제 1 측가장자리부와,
    상기 제 1 측가장자리부보다 얇은 두께로 형성되고, 내층을 구성하는 상기 저융점 금속층이 외층을 구성하는 상기 고융점 금속층으로부터 노출된 서로 대향하는 1 쌍의 제 2 측가장자리부를 추가로 갖고,
    1 쌍의 상기 제 1 측가장자리부를 상기 단자부로 하는, 실장체.
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