特開 2020-173920 保護素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-173920(P2020-173920A)

(43)【公開日】2020年10月22日

(54)【発明の名称】保護素子

(51)【国際特許分類】

   H01H 37/76 20060101AFI20200925BHJP

   H01H 85/11 20060101ALI20200925BHJP

   H01H 85/0445 20060101ALI20200925BHJP

   H01H 85/12 20060101ALI20200925BHJP

【ＦＩ】

   H01H37/76 F

   H01H85/11

   H01H85/0445

   H01H85/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-74011(P2019-74011)

(22)【出願日】2019年4月9日

(71)【出願人】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】向 幸市

【テーマコード（参考）】

5G502

【Ｆターム（参考）】

5G502AA02

5G502AA03

5G502BB01

5G502BB04

5G502BB06

5G502BB16

5G502BB17

5G502BC07

5G502BC08

5G502BC11

5G502BC12

5G502BD01

5G502BD02

5G502CC32

5G502EE04

5G502EE06

5G502FF08

5G502JJ01

(57)【要約】

【課題】発熱遮断による遮断速度が速い保護素子を提供する。
【解決手段】保護素子１ａは、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の上面１０ａ上に設けられた第１の電極１１及び第２の電極１２と、絶縁基板１０の上面１０ａ上に設けられた発熱体と、発熱体に接続する第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４と、第２の発熱体電極１４に引出線１５を介して接続する第３の電極１６と、第３の電極１６上に配置された低融点金属３０と、第１の電極１１と低融点金属３０との間を接続する第１短尺ワイヤー３１と、第２の電極１２と低融点金属３０との間を接続する第２短尺ワイヤー３２とを有する。低融点金属３０が溶融することによって、低融点金属３０と接触している第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２の一部が溶食されて、溶断されるように構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、
前記絶縁基板の少なくとも一方の表面上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
前記絶縁基板の少なくとも一方の表面上に設けられた発熱体と、
前記発熱体に接続する第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極と、
前記第１の発熱体電極及び前記第２の発熱体電極のいずれか一方に接続する第３の電極と、
前記第３の電極の表面上に配置された低融点金属と、
前記第１の電極と前記第２の電極とを接続する少なくとも１本のヒューズエレメントワイヤーと、を有し、
前記低融点金属は、前記ヒューズエレメントワイヤーの少なくとも一部と接触し、前記低融点金属が溶融することによって、前記低融点金属と接触している前記ヒューズエレメントワイヤーの少なくとも一部が溶食されて、溶断されるように構成されている、保護素子。

【請求項2】

前記ヒューズエレメントワイヤーの直径が、０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下の範囲内にある、請求項１に記載の保護素子。

【請求項3】

前記ヒューズエレメントワイヤーは、前記第１の電極と前記低融点金属との間を接続する第１短尺ワイヤーと、前記第２の電極と前記低融点金属との間を接続する第２短尺ワイヤーとを含む、請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項4】

前記ヒューズエレメントワイヤーは、前記第１の電極と前記第２の電極との間を接続する長尺ワイヤーを含む、請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項5】

前記低融点金属は、錫を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の保護素子。

【請求項6】

前記ヒューズエレメントワイヤーは、銅、銀または金を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の保護素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、保護素子に関する。

【背景技術】

【0002】

定格を超える過電流が発生したときに電流経路を遮断する保護素子として、ヒューズエレメント自体が発熱して溶断することによって電流経路を遮断する素子が知られている。この電流遮断用のヒューズエレメントとしては、金属ワイヤー（金属細線）が用いられている（特許文献１〜３）。

【0003】

また、過電流の発生以外の異常時に電流経路を遮断する保護素子として、発熱体（ヒーター）を用いた素子が知られている。この保護素子は、過電流の発生以外の異常時に、発熱体に電流を流すことによって、発熱体が発熱した熱を利用してヒューズエレメントを破断するように構成されている。この発熱体を用いた発熱遮断用のヒューズエレメントとして、内層が低融点金属層で、外層が高融点金属層とされた被覆構造体（可溶導体）が知られている（特許文献４、５）。この被覆構造体は、発熱体が発熱した熱によって内層の低融点金属層が溶融し、生成した低融点金属の溶融物に高融点金属層が浸食（溶食）されて、溶断される。なお、被覆構造体は、過電流が流れたときは低融点金属層自体が発熱して溶融することによって、電流遮断用のヒューズエレメントとしても機能することから、この被覆構造体を有する保護素子は、電流遮断と発熱遮断を両立できるという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−３７３５６５号公報

【特許文献2】特開昭６３−２５４６３４号公報

【特許文献3】特開昭６２−１６２３４７号公報

【特許文献4】特開２０１３−２２９２９３号公報

【特許文献5】特開２０１３−２２９２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

保護素子は例えば、リチウムイオン二次電池を使用した電池パックの充放電回路の保護素子として採用されている。リチウムイオン二次電池を使用したパック電池は、ノートパソコン、携帯電話、スマートフォンなどのモバイル機器において利用されている。また、近年では電動工具、電動自転車、電動バイク及び電気自動車などのモータ駆動用電源としても利用されている。モバイル機器で充電時間の短縮化が望まれ、また、モータ駆動用電源では充電時間の短縮化と共に高出力が望まれており、電池パックの充放電回路を流れる電流量は大きくなる傾向にある。このため、電池パックの充放電回路においては過電流の発生やその他の異常時に、速やかに電流経路を遮断できる保護素子が望まれている。特に、電池パックの充放電回路では、電池の寿命による電圧の変動など過電流の発生以外の異常が発生するケースが想定される。このため、充放電回路に用いる保護素子は、発熱遮断による遮断速度が速いことが望ましい。

【0006】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、発熱遮断による遮断速度が速い保護素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0008】

（１）本発明の一態様に係る保護素子は、絶縁基板と、前記絶縁基板の少なくとも一方の表面上に設けられた第１の電極及び第２の電極と、前記絶縁基板の少なくとも一方の表面上に設けられた発熱体と、前記発熱体に接続する第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極と、前記第１の発熱体電極及び前記第２の発熱体電極のいずれか一方に接続する第３の電極と、前記第３の電極の表面上に配置された低融点金属と、前記第１の電極と前記第２の電極とを接続する少なくとも１本のヒューズエレメントワイヤーと、を有し、前記低融点金属は、前記ヒューズエレメントワイヤーの少なくとも一部と接触し、前記低融点金属が溶融することによって、前記低融点金属と接触している前記ヒューズエレメントワイヤーの少なくとも一部が溶食されて、溶断されるように構成されている。

【0009】

（２）上記（１）に記載の態様において、前記ヒューズエレメントワイヤーの直径が、０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下の範囲内にある構成としてもよい。
（３）上記（１）又は（２）に記載の態様において、前記ヒューズエレメントワイヤーは、前記第１の電極と前記低融点金属との間を接続する第１短尺ワイヤーと、前記第２の電極と前記低融点金属との間を接続する第２短尺ワイヤーとを含む構成としてもよい。
（４）上記（１）又は（２）に記載の態様において、前記ヒューズエレメントワイヤーは、前記第１の電極と前記第２の電極との間を接続する長尺ワイヤーを含む構成としてもよい。

【0010】

（５）上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の態様において、前記低融点金属は、錫を含む構成としてもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載の態様において、前記ヒューズエレメントワイヤーは、銅、銀または金を含む構成としてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、発熱遮断による遮断速度が速い保護素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る保護素子の概略平面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る保護素子の電極および発熱体の配置を示す概略平面図である。

【図3】図１のIII−III線断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る保護素子を用いた保護回路の構成を示す概略回路図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る保護素子の概略平面図である。

【図6】図５のVI−VI線断面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る保護素子の概略平面図である。

【図8】図７のVIII−VIII線断面図である。

【図9】本発明の第４実施形態に係る保護素子の概略平面図である。

【図10】図９のＸ−Ｘ線断面図である。

【図11】本発明の第５実施形態に係る保護素子の概略平面図である。

【図12】図１１のXII−XII線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る保護素子の本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0014】

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る保護素子の概略平面図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る保護素子の電極および発熱体の配置を示す概略平面図であり、図３は、図１のIII−III線断面図である。

【0015】

図１〜３に示す第１実施形態の保護素子１ａは、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の上面１０ａ上に設けられた第１の電極１１及び第２の電極１２と、絶縁基板１０の上面１０ａ上に設けられた発熱体２０と、発熱体２０に接続する第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４と、第２の発熱体電極１４に引出線１５を介して接続する第３の電極１６と、第３の電極１６上に配置された低融点金属３０と、第１の電極１１と低融点金属３０との間を接続する第１短尺ワイヤー３１と、第２の電極１２と低融点金属３０との間を接続する第２短尺ワイヤー３２とを有する。第１短尺ワイヤー３１と第２短尺ワイヤー３２とが、第１の電極１１と第２の電極１２とを接続するヒューズエレメントワイヤーを形成する。

【0016】

絶縁基板１０は矩形状であり、一組の対向する両端部に第１の電極１１及び第２の電極１２が形成され、他方の一組の対向する両端部に第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４が形成されている。図２に示すように、発熱体２０の対向する両端部に、第１の発熱体電極１３と第２の発熱体電極１４が接続されている。

【0017】

絶縁基板１０としては、絶縁性を有する材質のものであれば特に制限されず、例えば、セラミックス基板や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の他、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。なお、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。

【0018】

第１の電極１１、第２の電極１２、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４は、比較的抵抗が低い低抵抗導電性材料から形成されている。低抵抗導電性材料としては、Ｃｕなどの金属単体や、少なくとも表面がＡｇ、Ａｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｕ等から形成されているものを用いることができる。第１の電極１１、第２の電極１２、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４は、これら金属あるいは合金のペーストを塗布し、必要に応じて焼成する方法、蒸着、スパッタなどの電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成される。

【0019】

第１の電極１１、第２の電極１２、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４はそれぞれ、絶縁基板１０の上面１０ａと下面１０ｂに形成されている。図３に示すように、上面側の第１の電極１１ａと下面側の第１の電極１１ｂは第１導通部１１ｓを介して接続し、上面側の第２の電極１２ａと下面側の第２の電極１２ｂは第２導通部１２ｓを介して接続している。なお、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４も同様に、上面側の電極と下面側の電極は導通部を介して接続している。第１の電極１１、第２の電極１２、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４はそれぞれ、はんだ部４１〜４４が設けられていて、はんだ部４１〜４４を介して保護回路に接続される。

【0020】

発熱体２０（ヒーター）は、比較的抵抗が高く、通電すると発熱する高抵抗導電性材料から形成されている。発熱体２０は、例えば、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の導電性材料と、水ガラス等の無機系バインダや熱硬化性樹脂等の有機系バインダとからなる抵抗ペーストを塗布し、必要に応じて焼成することによって形成される。また、発熱体２０としては、酸化ルテニウムやカーボンブラック等の薄膜を、印刷、メッキ、蒸着、スパッタの工程を経て形成してもよく、これらフィルムの貼付や積層等によって形成してもよい。

【0021】

発熱体２０は、絶縁部材２１で覆われている。絶縁部材２１の上面には第３の電極１６が配置されている。第３の電極１６は引出線１５を介して第２の発熱体電極１４と接続しており、発熱体２０が発熱したときは、その熱が第２の発熱体電極１４と引出線１５を介して、第３の電極１６に伝わるようにされている。

【0022】

絶縁部材２１の材料としては、例えば、セラミックス、ガラスなどの絶縁材料を用いることができる。絶縁部材２１は、絶縁材料のペーストを塗布し、焼成する方法によって形成することができる。

【0023】

引出線１５及び第３の電極１６の材料としては、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４と同じものを用いることができる。引出線１５及び第３の電極１６は、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４と同様に、金属あるいは合金のペーストを塗布し、必要に応じて焼成する方法、蒸着、スパッタなどの電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成される。

【0024】

低融点金属３０は、融点が、保護素子１ａを実装する際に行なわれるリフロー時の加熱温度（通常は、約２２０℃）以上で、２８０℃以下の範囲内にあることが好ましい。低融点金属としては、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｂｉ−Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｂｉ−Ｐｂ合金、Ｂｉ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｐｂ−Ｉｎ合金、Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｐｂ−Ａｇ−Ｓｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、ＳＮ−Ａｇ−Ｎｉ合金、ＳＮ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｓｂ合金等を用いることができる。これらの合金の中では、錫を含む錫合金が好ましい。

【0025】

第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２は、融点が低融点金属３０よりも高く、低融点金属３０が溶融した溶融物に溶食され得るものであることが好ましい。例えば、低融点金属３０が錫を含む場合は、銅ワイヤーあるいは銀ワイヤーまたは金ワイヤーを用いることが好ましい。

【0026】

第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２は、ワイヤーの直径によって、ワイヤーを流れる電流の容量を変えることができ、これにより電流遮断時の特性を調整することができる。また、ワイヤーの直径によって、ワイヤーが低融点金属３０の溶融物に溶食されて溶断されるまでの時間を変えることができ、これにより発熱遮断時の特性を調整することができる。第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２は、ワイヤー直径が０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましく、０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の範囲内にあることがより好ましく、０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。ワイヤー直径が大きくなりすぎると、ワイヤーが低融点金属３０の溶融物に溶食されて溶断されるまでの時間が長くなりすぎるおそれがある。一方、ワイヤー直径が小さくなりすぎると、ワイヤーに流せる電流容量が少なくなりすぎる。また、ワイヤーを並列して、電極間を接続するワイヤーの本数を増やすことによって電極間に流せる電流容量を確保できるが、低融点金属３０の溶融物によって低融点（リフロー時の加熱温度）でワイヤーの一部が溶食されて溶断されると、電極間に流せる電流量が少なるおそれがある。

【0027】

第１短尺ワイヤー３１と第１の電極１１又は第３の電極１６を接続する方法、第２短尺ワイヤー３２と第２の電極１２又は第３の電極１６を接続する方法としては、ボールボンディング法、ウェッジボンディング法、はんだ付け法などの金属板とワイヤーとを接続する方法として利用されている公知の方法を用いることができる。第１短尺ワイヤー３１と第３の電極１６及び第２短尺ワイヤー３２と第３の電極１６を、はんだ付け法により接続する場合は、はんだ材として低融点金属３０を用いることができる。

【0028】

次に、第１実施形態に係る保護素子１ａを用いた保護回路の構成と電流遮断動作について説明する。図４は、第１実施形態に係る保護素子１ａを用いた保護回路の構成を示す概略回路図である。

【0029】

図４に示す保護回路２は、リチウムイオン二次電池５１のパック電池に組み込まれている。保護素子１ａの第１の電極１１と第２の電極１２は正極側電源ラインに接続されている。保護素子１ａの第１の発熱体電極１３は、スイッチング素子５２を介して負極側電源ラインに接続されている。スイッチング素子５２は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により構成され、制御素子５３に接続されている。制御素子５３は、過電流の発生以外の異常を検出し、異常が検出された場合には、スイッチング素子５２を作動させる。例えば、制御素子５３は、リチウムイオン二次電池５１の電圧を計測し、リチウムイオン二次電池５１の電圧が異常値になった場合には、スイッチング素子５２を作動させる。

【0030】

保護回路２において、過電流が発生した場合は、第１短尺ワイヤー３１あるいは第２短尺ワイヤー３２が、その過電流によって発熱して溶断することによって、保護回路２の電流経路を遮断する（電流遮断）。

【0031】

一方、保護回路２において、過電流の発生以外の異常が発生した場合は、制御素子５３がスイッチング素子５２を作動させて、発熱体２０に電流を流す。電流が流れることによって、発熱体２０は発熱し、その熱は、第２の発熱体電極１４と引出線１５とを介して、第３の電極１６に伝わっていく。そして、第３の電極１６に伝わった熱によって、第３の電極１６上に配置された低融点金属３０が加熱されて溶融し、生成した低融点金属３０の溶融物に第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２が溶食されて溶断されることによって、保護回路２の電流経路を遮断する（発熱遮断）。

【0032】

以上のような構成された本実施形態の保護素子１ａは、ヒューズエレメントワイヤーとして、直径の小さい第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２を使用するので、電流遮断と発熱遮断の両者に対して遮断速度を速くすることができる。特に、第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２の端部は、第３の電極１６上に配置された低融点金属３０に直接接続しており、熱が伝わりやすいので、発熱遮断時の溶食が進みやすく、遮断速度が速くなる。また、短尺のワイヤーは、電極に固定しやすい。さらに、本実施形態の保護素子１ａでは、ヒューズエレメントワイヤーが第３の電極１６の上に配置された低融点金属３０に部分的に接触しているだけであるので、例えば、保護素子１ａを実装する際に行なわれるリフロー時の加熱によって、低融点金属３０が部分的に溶融した場合でも、ヒューズエレメントワイヤーが変形しにくい。

【0033】

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態に係る保護素子の概略平面図であり、図６は、図５のVI−VI線断面図である。
図５〜６に示す第２実施形態に係る保護素子１ｂは、発熱体２０と、発熱体２０を被覆する絶縁部材２１が絶縁基板１０の下面１０ｂに配置されている点において第１実施形態に係る保護素子１ａと相違する。なお、第２実施形態の保護素子１ｂと第１実施形態の保護素子１ａとで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0034】

発熱体２０は、絶縁基板１０の下面１０ｂに形成されている第１の発熱体電極及び第２の発熱体電極（不図示）と接続している。第３の電極１６は、絶縁基板１０の上面１０ａに形成されている第２の発熱体電極１４と引出線１５を介して接続している。第２実施形態の保護素子１ｂでは、発熱体２０が発熱したときは、その熱が絶縁基板１０の下面１０ｂに形成されている第２の発熱体電極から導通部（不図示）を介して、絶縁基板１０の上面１０ａに形成されている第２の発熱体電極１４に伝わる。そして、その熱が、引出線１５を介して、第３の電極１６に伝わるようにされている。

【0035】

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態に係る保護素子の概略平面図であり、図８は、図７のVIII−VIII線断面図である。
図７〜８に示す第３実施形態に係る保護素子１ｃは、ヒューズエレメントワイヤーが、第１の電極１１と第２の電極１２とを直接接続する長尺ワイヤー３３とされている点において第１実施形態に係る保護素子１ａと相違する。なお、第３実施形態の保護素子１ｃと第１実施形態の保護素子１ａとで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0036】

長尺ワイヤー３３は、第１実施形態の保護素子１ａの第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２と同様に、融点が低融点金属３０よりも高く、低融点金属３０が溶融した溶融物に溶食され得るものであることが好ましい。長尺ワイヤー３３のワイヤー直径は、０．０１ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましく、ワイヤー直径が０．０１ｍｍ以上０．１０ｍｍ以下の範囲内にあることがより好ましく、０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の範囲内にあることが特に好ましい。長尺ワイヤー３３としては、例えば、低融点金属３０が錫を含む場合は、銅ワイヤーあるいは銀ワイヤーまたは金ワイヤーを用いることが好ましい。また、長尺ワイヤー３３と第１の電極１１又は第２の電極１２を接続する方法としては、ボールボンディング法、ウェッジボンディング法、はんだ付け法などの金属板とワイヤーとを接続する方法として利用されている公知の方法を用いることができる。

【0037】

長尺ワイヤー３３は、第３の電極１６上に配置された低融点金属３０と接触している。長尺ワイヤー３３と低融点金属３０とを接触させる方法としては、例えば、最初に、長尺ワイヤー３３と第１の電極１１又は第２の電極１２を接続し、長尺ワイヤー３３の一部を、第３の電極１６に押し当てた状態で、低融点金属３０の溶融物を第３の電極１６上に塗布して、固化させる方法を用いることができる。

【0038】

以上のような構成された本実施形態の保護素子１ｃは、ヒューズエレメントワイヤーとして、直径の小さい長尺ワイヤー３３を使用するので、電流遮断と発熱遮断の両者に対して遮断速度を速くすることができる。また、第１の電極１１と第２の電極１２とを一つの長尺ワイヤー３３で接続することによって、第１短尺ワイヤー３１及び第２短尺ワイヤー３２を用いた場合と比較して、接続箇所が少なくなるため、導電抵抗値のばらつきが低減できると共に、加工時間を短くできる。さらに、本実施形態の保護素子１ｃは、長尺ワイヤー３３が第３の電極１６の上に配置された低融点金属３０に部分的に接触しているだけであるので、例えば、保護素子１ｃ実装する際に行なわれるリフロー時の加熱によって、低融点金属３０が部分的に溶融した場合でも、長尺ワイヤー３３が変形しにくい。

【0039】

［第４実施形態］
図９は、本発明の第４実施形態に係る保護素子の概略平面図であり、図１０は、図９のＸ−Ｘ線断面図である。
図９〜１０に示す第４実施形態に係る保護素子１ｄは、第２実施形態に係る保護素子１ｂと比較すると、ヒューズエレメントワイヤーが、第１の電極１１と第２の電極１２とを直接接続する長尺ワイヤー３３とされている点において相違する。また、第３実施形態に係る保護素子１ｃと比較すると、発熱体２０と、発熱体２０を被覆する絶縁部材２１が絶縁基板１０の下面１０ｂに配置されている点において相違する。なお、第４実施形態の保護素子１ｄと第２実施形態に係る保護素子１ｂ及び第３実施形態の保護素子１ｃとで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0040】

第４実施形態に係る保護素子１ｄにおいて、発熱体２０で発熱した熱の伝わり方は、第２実施形態に係る保護素子１ｂの場合と同じである。また、長尺ワイヤー３３の材料、長尺ワイヤー３３と第１の電極１１又は第２の電極１２の接続方法、長尺ワイヤー３３と低融点金属３０とを接触される方法は、第３実施形態の保護素子１ｃの場合と同じである。

【0041】

［第５実施形態］
図１１は、本発明の第５実施形態に係る保護素子の概略平面図であり、図１２は、図１１のXII−XII線断面図である。
図１１〜１２に示す第５実施形態に係る保護素子１ｅは、長尺ワイヤー３３が複数本とされている点において第３実施形態に係る保護素子１ｃと相違する。なお、第４実施形態の保護素子１ｅと第３実施形態の保護素子１ｃとで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

【0042】

第５実施形態の保護素子１ｅでは、長尺ワイヤー３３が複数本とされているので、個々の長尺ワイヤー３３の直径を小さくしても、第１の電極１１と第２の電極１２との間に流せる電流の容量を多くすることができる。そして、個々の長尺ワイヤー３３の直径を細くすることによって、長尺ワイヤー３３が低融点金属３０の溶融物によって浸食されて、溶断されるまでの時間を短くすることができる。

【0043】

以上に述べたように本実施形態の保護素子１ａ〜１ｅによれば、過電流が発生したときは電流遮断によって電流経路を遮断することができ、過電流の発生以外の異常時に発熱遮断により電流経路を遮断することができる。また、電流遮断による遮断時間や発熱遮断による遮断時間を、ヒューズエレメントワイヤー（第１短尺ワイヤー３１、第２短尺ワイヤー３２、長尺ワイヤー３３）の直径や並列本数によって調整することができる。さらに、発熱遮断による遮断時間は、ヒューズエレメントワイヤーと低融点金属３０の種類によって調整することができる。

【0044】

また、本実施形態の保護素子１ａ〜１ｅでは、ヒューズエレメントワイヤーが第３の電極１６の上に配置された低融点金属３０に部分的に接触しているだけであるので、例えば、保護素子１ａを実装する際に行なわれるリフロー時の加熱によって、低融点金属３０が部分的に溶融した場合でも、ヒューズエレメントワイヤーが変形しにくい。

【0045】

なお、本実施形態では、第１の電極１１、第２の電極１２、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４はそれぞれ、絶縁基板１０の上面１０ａと下面１０ｂに形成されているものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。第１の電極１１、第２の電極１２、第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４は、絶縁基板１０の上面１０ａと下面１０ｂのいずれか一方に形成されていればよい。

【0046】

また、本実施形態では、第３の電極１６は、引出線１５を介して第２の発熱体電極１４に接続しているものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。第３の電極１６は、第１の発熱体電極１３に接続していてもよい。

【実施例】

【0047】

次に、本発明を実施例により説明する。

【0048】

［実施例１］
実施例１では、図７〜８に示す第３実施形態に係る保護素子１ｃを作製した。
まず、矩形の絶縁基板１０を用意した。絶縁基板の一組の対向する両端部に第１の電極１１及び第２の電極１２を形成し、他方の一組の対向する両端部に第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４を形成した。第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４に接するように発熱体２０を配置した。

【0049】

次に、発熱体の表面を絶縁部材で被覆した。絶縁部材の表面に第３の電極１６を形成し、第３の電極１６と第２の発熱体電極１４との間に引出線１５を形成した。

【0050】

次に、第１の電極１１と第２の電極１２との間を、長尺ワイヤー３３として銀ワイヤー（直径Ｄ：０．０５ｍｍ、長さＬ：０．５ｍｍ）を用いて接続した。第１の電極１１及び第２の電極１２と銀ワイヤーとの接続は、ボールボンディング法により行なった。そして、最後に銀ワイヤーの第３の電極１６に押し当てた状態で、低融点金属３０（錫合金）の溶融物を第３の電極１６上に塗布して、固化させて保護素子を作製した。

【0051】

［実施例２］
第１の電極１１と第２の電極１２とを接続する銀ワイヤーの本数を２本とし、銀ワイヤーとして、直径Ｄ：０．０３５ｍｍ、長さＬ：０．５ｍｍのものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして保護素子を作製した。

【0052】

［実施例３］
第１の電極１１と第２の電極１２とを接続する銀ワイヤーの本数を４本とし、銀ワイヤーとして、直径Ｄ：０．０２５ｍｍ、長さＬ：０．５ｍｍのものを用いたこと以外は、実施例１と同様にして保護素子を作製した。

【0053】

［評価］
（１）作製した保護素子の銀ワイヤーについて、下記の物性を算出した。その結果を表１に示す。

【0054】

断面積Ｓ：下記の式より算出した。
断面積Ｓ＝（直径Ｄ／２）×（直径Ｄ／２）×π

【0055】

切断部長さ：銀ワイヤーが電流もしくは発熱体加熱によって切断したときの切断部位の長さである。切断部長さは０．１ｍｍとした。

【0056】

切断部体積：切断部体積は、電流もしくは発熱体加熱によって切断したときの切断部位の体積である。切断部体積は下記の式より算出した。
切断部体積＝断面積Ｓ×切断部長さ×銀ワイヤー本数

【0057】

切断部体積比：切断部体積比は、実施例１の切断部体積を１とした相対値である。

【0058】

導体抵抗：導体抵抗は、銀ワイヤーの長さ方向の抵抗値である。導体抵抗は下記の式より算出した。
導体抵抗＝銀の比抵抗（１．６２×１０^−５Ω・ｍｍ）×長さＬ／断面積Ｓ

【0059】

表面積：表面積は、銀ワイヤー全体の表面積である。表面積は下記の式より算出した。
表面積＝直径Ｒ×π×長さＬ×銀ワイヤー本数

【0060】

表面積比：比表面積比は、実施例１の表面積を１００％とした相対値である。

【0061】

（２）電流遮断による遮断時間
第１の電極１１及び第２の電極１２との間に６ｍＡの電流を流してから、銀ワイヤーが発熱して溶断することによって電流経路が遮断されるまでの時間を計測した。その結果を、表１に示す。

【0062】

（３）発熱遮断による遮断時間
第１の発熱体電極１３及び第２の発熱体電極１４との間に１ｍＡの電流を流してから、発熱体２０が発熱して錫合金が溶融し、生成した錫合金の溶融物に、銀ワイヤーが溶食されて溶断されることによって電流経路が遮断するまでの時間を計測した。その結果を、表１に示す。

【0063】

【表1】

【0064】

実施例１〜３で作製した保護素子において、電流遮断による遮断時間は、いずれも１０秒で同じであった。これは、実施例１〜３の銀ワイヤーの導体抵抗が同じ値であるためであると考えられる。

【0065】

実施例１〜３で作製した保護素子において、発熱遮断による遮断時間は、実施例３が最も短く、実施例２が次に短く、実施例１が最も長くなった。これは、銀ワイヤーは表面積比が大きい方が、錫合金との接触面積が広くなり、錫合金の溶融物によって浸食されやすくなるためであると考えられる。

【0066】

以上の結果から、本実施例の保護素子においては、銀ワイヤーの本数や直径を変えることによって、電流遮断による遮断時間を変えずに、発熱遮断による遮断時間を調整できることが確認された。

【符号の説明】

【0067】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 保護素子
１０ 絶縁基板
１０ａ 上面
１０ｂ 下面
１１ 第１の電極
１１ａ 上面側の第１の電極
１１ｂ 下面側の第１の電極
１１ｓ 第１導通部
１２ 第２の電極
１２ａ 上面側の第２の電極
１２ｂ 下面側の第２の電極
１２ｓ 第２導通部
１３ 第１の発熱体電極
１４ 第２の発熱体電極
１５ 引出線
１６ 第３の電極
２０ 発熱体
２１ 絶縁部材
３０ 低融点金属
３１ 第１短尺ワイヤー
３２ 第２短尺ワイヤー
３３ 長尺ワイヤー
４１、４２、４３、４４ はんだ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】