特許 6231323 保護素子、及びこれを用いた保護回路基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231323

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】保護素子、及びこれを用いた保護回路基板

(51)【国際特許分類】

   H01H 85/046 20060101AFI20171106BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H01H85/046

   H01M2/10 E

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-164516(P2013-164516)

(22)【出願日】2013年8月7日

(65)【公開番号】特開2015-35279(P2015-35279A)

(43)【公開日】2015年2月19日

【審査請求日】2016年6月10日

(73)【特許権者】

【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】100113424

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 信博

(72)【発明者】

【氏名】古内 裕治

(72)【発明者】

【氏名】藤畑 貴史

(72)【発明者】

【氏名】向 幸市

【審査官】 竹下 晋司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００３６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８５７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３０２２５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ８５／０４６

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

Ｈ０１Ｍ ２／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

矩形状に形成された絶縁基板と、
上記絶縁基板に形成された発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆うように、上記絶縁基板に積層された絶縁部材と、
上記絶縁基板の表面に積層された第１及び第２の電極と、
上記絶縁基板の裏面に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子、及び上記第２の電極と連続する第２の接続端子と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上に設けられ、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、熱により溶断することにより、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、
上記絶縁基板は、平面視において少なくとも一つのコーナー部が面取りされた面取り部が形成され、
上記第１又は第２の電極は、上記絶縁基板の側縁部であって、上記面取り部よりも内側に形成されている保護素子。

【請求項2】

すべての上記コーナー部が面取りされている請求項１記載の保護素子。

【請求項3】

直線状又は円弧状に面取りされている請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項4】

上記絶縁基板は、上記コーナー部が打ち抜き加工されることにより面取りされる請求項１〜３のいずれか１項に記載の保護素子。

【請求項5】

上記絶縁基板は、セラミック基板である請求項１〜４のいずれか１項に記載の保護素子。

【請求項6】

回路基板と、上記回路基板上に実装される保護素子とを有する保護回路基板において、
上記保護素子は、
矩形状に形成された絶縁基板と、
上記絶縁基板に形成された発熱体と、
少なくとも上記発熱体を覆うように、上記絶縁基板に積層された絶縁部材と、
上記絶縁基板の表面に積層された第１及び第２の電極と、
上記絶縁基板の裏面に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子、及び上記第２の電極と連続する第２の接続端子と、
上記第１及び第２の電極の間の電流経路上に設けられ、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、
上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、熱により溶断することにより、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、
上記絶縁基板は、平面視において少なくとも一つのコーナー部が面取りされた面取り部が形成され、
上記第１又は第２の電極は、上記絶縁基板の側縁部であって、上記面取り部よりも内側に形成されている保護回路基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過充電、過放電等の異常時に、電流経路を遮断する保護素子、及びこの保護素子が実装された保護回路基板に関する。

【背景技術】

【0002】

充電して繰り返し利用することのできる二次電池の多くは、バッテリパックに加工されてユーザに提供される。特に重量エネルギ密度の高いリチウムイオン二次電池においては、ユーザ及び電子機器の安全を確保するために、一般的に、過充電保護、過放電保護等のいくつもの保護回路をバッテリパックに内蔵し、所定の場合にバッテリパックの出力を遮断する機能を有している。

【0003】

この種の保護素子には、バッテリパックに内蔵されたＦＥＴスイッチを用いて出力のＯＮ／ＯＦＦを行うことにより、バッテリパックの過充電保護又は過放電保護動作を行うものがある。しかしながら、何らかの原因でＦＥＴスイッチが短絡破壊した場合、雷サージ等が印加されて瞬間的な大電流が流れた場合、あるいはバッテリセルの寿命によって出力電圧が異常に低下したり、逆に過大異常電圧を出力した場合であっても、バッテリパックや電子機器は、発火等の事故から保護されなければならない。そこで、このような想定し得るいかなる異常状態においても、バッテリセルの出力を安全に遮断するために、外部からの信号によって電流経路を遮断する機能を有するヒューズ素子からなる保護素子が用いられている。

【0004】

図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すように、このようなリチウムイオン二次電池等向けの保護回路の保護素子８０としては、電流経路上に接続された第１及び第２の電極８１，８２間に亘って可溶導体８３を接続して電流経路の一部をなし、この電流経路上の可溶導体８３を、過電流による自己発熱、あるいは保護素子８０内部に設けた発熱体８４によって溶断するものが提案されている。

【0005】

具体的に、保護素子８０は、絶縁基板８５と、絶縁基板８５に積層され、絶縁部材８６に覆われた発熱体８４と、絶縁基板８５の両端に形成された第１、第２の電極８１，８２と、絶縁部材８６上に発熱体８４と重畳するように積層された発熱体引出電極８８と、両端が第１、第２の電極８１，８２にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極８８に接続された可溶導体８３とを備える。

【0006】

保護素子８０は、過充電、過放電等の異常が検知されると、発熱体８４が通電されることにより発熱する。すると、この熱により可溶導体８３が溶融し、この溶融導体８３を発熱体引出電極８８に集めることにより、第１及び第２の電極８１，８２間の電流経路を遮断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−００３６６５号公報

【特許文献2】特開２００４−１８５９６０号公報

【特許文献3】特開２０１２−００３８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

保護素子８０は、第１、第２の電極８１，８２に設けられたハーフスルーホール９０，９１を介して絶縁基板８５の裏面に形成された第１、第２の接続端子９２，９３が、回路基板９５側に形成された第１、第２の接続電極９６，９７に接続されることにより実装される。これにより、回路基板９５に形成された第１、第２の接続電極９６，９７間にわたって接続された保護素子８０が電流経路の一部を構成する。保護素子８０は、ハーフスルーホール９０が絶縁基板８５の中央からオフセットされた位置に設けられることにより、回路基板９５上に反対の向きに回転実装されることが防止されている。

【0009】

ここで、例えばリチウムイオン二次電池の熱暴走は重大な事故を招く恐れもあることから、この種の保護素子としては、可溶導体をできる限り速やかに溶断することが求められる。したがって、保護素子８０は、過充電、過放電等の異常が検知されると速やかに可溶導体８３を溶融させて電流経路を遮断する必要があることから、発熱体の熱を優先的に可溶導体８３へ伝えることが求められる。

【0010】

しかし、保護素子８０は、絶縁基板８５として熱伝導性の高いセラミック基板等を用いた場合に、絶縁基板８５が傾いて実装されることにより一部のコーナー部が回路基板９５に接触すると、発熱体８４の熱が回路基板９５との接点から逃げてしまう。このため、発熱体１４の熱を効率よく可溶導体８３へ伝えることができず、溶断時間の短縮を図る上で不利となる。

【0011】

そこで、本発明は、このような絶縁基板の片当たりを防止し、発熱体の熱の放熱を抑えて可溶導体の溶断特性を向上することができる保護素子、及びこれを用いた保護回路基板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】

【0012】

上述した課題を解決するために、本発明に係る保護素子は、矩形状に形成された絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された発熱体と、少なくとも上記発熱体を覆うように、上記絶縁基板に積層された絶縁部材と、上記絶縁基板の表面に積層された第１及び第２の電極と、上記絶縁基板の裏面に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子、及び上記第２の電極と連続する第２の接続端子と、上記第１及び第２の電極の間の電流経路上に設けられ、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、熱により溶断することにより、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、上記絶縁基板は、平面視において少なくとも一つのコーナー部が面取りされた面取り部が形成され、上記第１又は第２の電極は、上記絶縁基板の側縁部であって、上記面取り部よりも内側に形成されているものである。

【0013】

また、本発明に係る保護回路基板は、回路基板と、上記回路基板上に実装される保護素子とを有する保護回路基板において、上記保護素子は、矩形状に形成された絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された発熱体と、少なくとも上記発熱体を覆うように、上記絶縁基板に積層された絶縁部材と、上記絶縁基板の表面に積層された第１及び第２の電極と、上記絶縁基板の裏面に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子、及び上記第２の電極と連続する第２の接続端子と、上記第１及び第２の電極の間の電流経路上に設けられ、上記発熱体に電気的に接続された発熱体引出電極と、上記発熱体引出電極から上記第１及び第２の電極にわたって積層され、熱により溶断することにより、該第１の電極と該第２の電極との間の電流経路を遮断する可溶導体とを備え、上記絶縁基板は、平面視において少なくとも一つのコーナー部が面取りされた面取り部が形成され、上記第１又は第２の電極は、上記絶縁基板の側縁部であって、上記面取り部よりも内側に形成されているものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、平面視において絶縁基板のコーナー部に面取り部を形成し、第１又は第２の電極は、絶縁基板の側縁部であって、面取り部よりも内側に形成することにより、絶縁基板が傾いて実装された場合にも、回路基板への片当たりを防止する。これにより、保護素子は、絶縁基板からの放熱を抑制し、発熱体の熱を効率よく可溶導体に伝達して速やかに溶断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（Ａ）は本発明が適用された保護回路基板の保護素子を示す平面図であり、（Ｂ）は保護回路基板のＡ−Ａ‘断面図である。

【図2】絶縁基板の片当たりを説明するための図である。

【図3】本発明が適用された保護素子の絶縁基板が傾いて実装された状態を示す図である。

【図4】ワークを打ち抜いて面取り加工を施した状態を示す平面図である。

【図5】本発明が適用された保護素子の変形例を示す平面図である。

【図6】保護素子の裏面を示す裏面図である。

【図7】本発明が適用された保護回路基板の回路基板を示す平面図である。

【図8】バッテリパックの回路図である。

【図9】保護素子の回路図である。

【図10】（Ａ）は本発明の参考例に係る保護回路基板の保護素子を示す平面図であり、（Ｂ）は保護回路基板の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明が適用された保護素子、及びこれを用いた保護回路基板について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

【0017】

［保護回路基板］
本発明が適用された保護回路基板１は、図１に示すように、回路基板２と、回路基板２上に実装される保護素子３とを有する。この保護回路基板１は、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパックに内蔵され、電流経路の一部を構成するとともに、過充電、過放電等の異常が検知されると速やかに保護素子３の可溶導体１３を溶融させて電流経路を遮断する。

【0018】

［保護素子］
保護素子３は、図１（Ａ）に示すように、絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層され、絶縁部材１５に覆われた発熱体１４と、絶縁基板１１の両端に形成された第１の電極１２（Ａ１）及び第２の電極１２（Ａ２）と、絶縁部材１５上に発熱体１４と重畳するように積層された発熱体引出電極１６と、両端が第１、第２の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極１６に接続された可溶導体１３とを備える。

【0019】

絶縁基板１１は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意する必要がある。

【0020】

絶縁基板１１は、例えば図１（Ａ）に示すように矩形状に形成されている。また、絶縁基板１１は、各コーナー部に面取り部１０が形成されている。面取り部１０は、絶縁基板１１のコーナー部が直線状、あるいは円弧状に面取り加工されることにより形成される。面取り部１０は、絶縁基板１１のコーナー部の少なくとも一つ、好ましくは全コーナー部に形成されている。

【0021】

保護素子３は、面取り部１０を形成することにより、回路基板２に実装される際に、傾きによる片当たりを防止し、これにより放熱抑制を図ることができる。すなわち、保護素子３を回路基板２に実装する際に、図２に示すように、絶縁基板１１が傾いてコーナー部が回路基板２に接触する、いわゆる片当たりが生じる場合がある。このとき、絶縁基板１１を、耐熱衝撃性に優れるが熱伝導率も高いセラミック材料により形成した場合には、後述する発熱体１４の熱が絶縁基板１１のコーナー部を介して回路基板２側へ放熱され、効率よく可溶導体１３を昇温させることができない。

【0022】

そこで、保護素子３は、絶縁基板１１のコーナー部に面取り部１０を形成することにより、図３に示すように、絶縁基板１１が傾いて実装された場合にも、回路基板２への片当たりを防止する。これにより、保護素子３は、絶縁基板１１からの放熱を抑制し、発熱体１４の熱を効率よく可溶導体１３に伝達して速やかに溶断することができる。

【0023】

面取り部１０は、絶縁基板１１をワークから所定の製品サイズに切り出す際に、打ち抜き加工を施すことにより形成することができる。このとき、図４に示すように、面取り部１０は、製品サイズの絶縁基板１１がマトリクス状に複数配列されたワーク５の、相隣接する絶縁基板１１のコーナー部を矩形、あるいは円形等に打ち抜くことにより形成することができる。また、面取り部１０は、プレス加工により絶縁基板１１を形成する際に形成することができる。さらに、面取り部１０は、絶縁基板１１に切削加工を施すことにより形成することができる。

【0024】

また、面取り部１０は、図１に示すように、直線状に形成してもよく、図５に示すように円弧状に形成してもよい。

【0025】

発熱体１４は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばＷ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１１上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。

【0026】

発熱体１４を覆うように絶縁部材１５が配置され、この絶縁部材１５を介して発熱体１４に対向するように発熱体引出電極１６が配置される。発熱体１４の熱を効率良く可溶導体１３に伝えるために、発熱体１４と絶縁基板１１の間にも絶縁部材１５を積層しても良い。絶縁部材１５としては、例えばガラスを用いることができる。

【0027】

発熱体引出電極１６の一端は、発熱体電極１８（Ｐ１）に接続されるとともに、発熱体１４の一端と連続される。また、発熱体１４の他端は、他方の発熱体電極１８（Ｐ２）に接続される。なお、発熱体電極１８（Ｐ１）は、絶縁基板１１の第３の辺１１ｄ側に形成され、発熱体電極１８（Ｐ２）は、絶縁基板１１の第４の辺１１ｅ側に形成されている。また、図６に示すように、発熱体電極１８（Ｐ２）は、第４の辺１１ｅに形成されたハーフスルーホール２０を介して絶縁基板１１の裏面１１ａに形成された外部接続電極２１（Ｐ２）と接続されている。

【0028】

可溶導体１３は、発熱体１４の発熱により速やかに溶断される材料からなり、例えばＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。また、可溶導体１３は、Ｉｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする合金等の高融点金属を用いてもよく、あるいは低融点金属と高融点金属との積層体であってもよい。

【0029】

なお、可溶導体１３は、発熱体引出電極１６及び電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）へ、ハンダ等により接続されている。可溶導体１３は、リフローはんだ付けによって容易に接続することができる。

【0030】

図６に示すように、絶縁基板１１の両側縁に形成され、可溶導体１３によって接続されている第１の電極１２（Ａ１）、第２の電極１２（Ａ２）は、それぞれ、ハーフスルーホール２０を介して、絶縁基板の裏面１１ａに設けられた第１、第２の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と接続されている。保護素子３は、外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）が、後述する回路基板２に設けられた接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）に接続されることにより、電流経路の一部に組み込まれる。

【0031】

ハーフスルーホール２０は、内壁に導電層が形成され、第１の電極１２（Ａ１）と第１の外部接続端子２１（Ａ１）、第２の電極１２（Ａ２）と第２の外部接続端子２１（Ａ２）とを、電気的に接続するものである。ハーフスルーホール２０は、第１の電極１２（Ａ１）が形成された絶縁基板１１の第１の辺１１ｂ、及び第２の電極１２（Ａ２）が形成された第２の辺１１ｃに形成されている。ハーフスルーホール２０の内壁に形成された導電層は、例えば導電ペーストを充填することにより形成することができる。

【0032】

第１の電極１２（Ａ１）は、矩形状に形成された絶縁基板１１の第１の辺１１ｂの側縁部に形成されている。また、第１の電極１２（Ａ１）は、絶縁基板１１の第１の辺１１ｂの両端に形成された面取り部１０よりも内側に形成されている。これにより、保護素子３は、第１の電極１２（Ａ１）を絶縁基板１１の外縁からできるだけ離間した位置に設け、発熱体１４の熱が第１の電極１２（Ａ１）を介して回路基板２や外方へ放熱することを防止でき、可溶導体１３の速溶断特性を向上することができる。

【0033】

すなわち、発熱体１４の熱は可溶導体１３を介して第１の電極１２（Ａ１）にも伝わり、第１の電極１２（Ａ１）からも放熱される。保護素子３は、電子機器等の異常時には可溶導体１３を速やかに溶断し電流経路を遮断することが求められており、そのために発熱体１４の熱が第１の電極１２（Ａ１）等から放熱される事態をできるだけ抑え、速やかに可溶導体１３を溶融温度まで昇温させることが求められる。第１の電極１２（Ａ１）の熱は、絶縁基板１１の外縁より多く放熱されることから、保護素子３は、第１の電極１２（Ａ１）を絶縁基板１１の第１の辺１１ｂの両端よりも内側に形成し、第１の電極１２（Ａ１）を絶縁基板１１の外縁からできるだけ離間した位置に設ける。これにより、保護素子３は、発熱体１４の熱が第１の電極１２（Ａ１）を介して回路基板２や外方へ放熱される事態を抑制することができる。

【0034】

また、第１の電極１２（Ａ１）は、絶縁基板１１の当該第１の辺１１ｂの中央部Ｃ１付近に形成してもよい。これにより、第１の電極１２（Ａ１）は、電極面積が小さくなり熱容量が抑えられるとともに、放熱経路がハーフスルーホール２０に限定され、より第１の電極１２（Ａ１）からの放熱を抑制することができる。

【0035】

［スルーホール］
第１の電極１２（Ａ１）と第１の外部接続端子２１（Ａ１）とを接続するハーフスルーホール２０は、絶縁基板１１の第１の辺１１ｂの中央部Ｃ１に形成されている。これにより、ハーフスルーホール２０が第１の辺１１ｂの一端側に偏倚して形成されている場合に比して（図１０参照）、放熱経路が短く、発熱体１４の熱が第１の電極１２（Ａ１）に拡散することを防止し、効率よく発熱体１４の熱を可溶導体１３に集中させることができる。

【0036】

すなわち、保護素子３は、絶縁基板１１の外縁から最も遠く発熱体１４の熱が最も逃げにくい基板中心が最も高温になる。この基板中心に応じて、スルーホール２０を絶縁基板１１の第１の辺１１ｂの中央部Ｃ１に形成することにより、放熱経路が第１の電極１２（Ａ１）や第１の電極１２（Ａ１）が形成された第１の辺１１ｂに拡散することがなく、発熱体１４の熱を可溶導体１３に集中させることができる。

【0037】

このとき、上述したように、第１の電極１２（Ａ１）も、絶縁基板１１の第１の辺１１ｂの中央部Ｃ１に形成することにより、第１の電極１２（Ａ１）の熱容量を抑えるとともに、第１の電極１２（Ａ１）に拡散した熱も放熱しにくくなり、より発熱体１４の熱の放熱を抑制することができる。

【0038】

以上は、第１の電極１２（Ａ１）について述べたが、第２の電極１２（Ａ２）においても、同様である。すなわち、第２の電極１２（Ａ２）は、絶縁基板１１の第２の辺１１ｃの面取り部１０よりも内側に形成され、好ましくは絶縁基板１１の当該第２の辺１１ｃの中央部Ｃ２付近に形成される。

【0039】

これにより、第２の電極１２（Ａ２）は、発熱体１４の熱が伝搬しても回路基板２や外方へ放熱することを防止でき、可溶導体１３の速溶断特性を向上することができ、また、電極面積が小さくなり熱容量が抑えられるとともに、放熱経路がハーフスルーホール２０に限定され、より第２の電極１２（Ａ２）からの放熱を抑制することができる。

【0040】

また、第２の電極１２（Ａ２）に設けられるハーフスルーホール２０も、同様に、絶縁基板１１の第２の辺１１ｃの中央部Ｃ２に形成されている。これにより、ハーフスルーホール２０が第２の辺１１ｃの一端側に偏倚して形成されている場合に比して、放熱経路が短く、発熱体１４の熱が第２の電極１２（Ａ２）に拡散することを防止し、効率よく発熱体１４の熱を可溶導体１３に集中させることができる。

【0041】

［可溶導体の位置］
また、このとき、可溶導体１３は、絶縁基板１１の第１の辺１１ｂ及び第２の辺１１ｃの中央部Ｃ１、Ｃ２を結ぶ絶縁基板１１の中心線Ｃ０上に搭載されることが好ましい。これにより、可溶導体１３は、絶縁基板１１の最も高温となる基板中央部上に搭載されるため、効率よく発熱体の熱が伝達され、速やかに溶断することができる。

【0042】

なお、可溶導体１３は、第１、第２の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間に接続されていればよく、絶縁基板１１の中心線Ｃ０上からオフセットされて配置されていてもよい。この場合も、可溶導体１３は、第１の電極１２（Ａ１）及び第２の電極１２（Ａ２）からの放熱が抑制されているため、発熱体１４の熱で効率よく昇温され、速やかに溶断することができる。また、可溶導体１３は、第１、第２の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）間に複数搭載されていてもよく、このうち１つの可溶導体１３は絶縁基板１１の中心線Ｃ０上に配置されてもよく、あるいはすべての可溶導体１３が絶縁基板１１の中心線Ｃ０上からオフセットされて配置されていてもよい。

【0043】

なお、保護素子３は、可溶導体１３の酸化防止のために、可溶導体１３上のほぼ全面にフラックス１７を塗布してもよい。

【0044】

また、保護素子３は、内部を保護するために、絶縁基板１１上にカバー部材（図示せず）が設けられている。

【0045】

［回路基板］
次いで、保護素子３が接続される回路基板２について説明する。回路基板２は、例えばガラスエポキシ基板やガラス基板、セラミック基板等のリジッド基板や、フレキシブル基板等、公知の絶縁基板が用いられ、図７に示すように、保護素子３が実装される実装領域Ｒを有し、実装領域Ｒ内に保護素子３との接続電極が設けられている。実装領域Ｒは、保護素子３の絶縁基板１１と同形、同面積である。なお、回路基板２は、保護素子３の発熱体１４に通電させるＦＥＴ等の素子が実装される。

【0046】

実装領域Ｒは、保護素子３の絶縁基板１１と同じ面積を有し、絶縁基板１１の裏面１１ａに設けられた外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２），２１（Ｐ２）とそれぞれ接続される接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）が形成されている。また、実装領域Ｒには、保護素子３との接続に必要な接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）を除いて、保護素子３との接続に不要な電極パターンが形成されていない。

【0047】

これにより、実装領域Ｒには、熱容量の大きな電極パターンが保護素子３の実装に必要な限度で形成されているため、絶縁基板１１の裏面１１ａ側からの放熱を抑制することができる。したがって、保護回路基板１は、発熱体１４の熱を効率よく可溶導体１３へ熱を伝えることができる。これにより、保護回路基板１は、過充電、過放電等の異常が検知されると速やかに可溶導体１３を溶融させて電流経路を遮断することができる。

【0048】

接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）は、外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）の幅以上の幅を有し、保護素子３との接続抵抗を低減させている。一方、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）は、保護素子３の実装領域Ｒ内において広範に設けると、発熱体１４の熱を吸収し、可溶導体１３の速やかな溶断を阻害する。以上のことから、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）は、外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同じ幅に形成されることが好ましい。

【0049】

［保護回路基板の使用方法］
次いで、保護回路基板１の使用方法について説明する。図８に示すように、上述した保護回路基板１は、例えば、リチウムイオン二次電池のバッテリパック内の回路として用いられる。

【0050】

たとえば、保護素子３は、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル４１〜４４からなるバッテリスタック４５を有するバッテリパック４０に組み込まれて使用される。

【0051】

バッテリパック４０は、バッテリスタック４５と、バッテリスタック４５の充放電を制御する充放電制御回路５０と、バッテリスタック４５の異常時に充電を遮断する本発明が適用された保護素子３と、各バッテリセル４１〜４４の電圧を検出する検出回路４６と、検出回路４６の検出結果に応じて保護素子３の動作を制御する電流制御素子４７とを備える。

【0052】

バッテリスタック４５は、過充電及び過放電状態から保護するための制御を要するバッテリセル４１〜４４が直列接続されたものであり、バッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂを介して、着脱可能に充電装置５５に接続され、充電装置５５からの充電電圧が印加される。充電装置５５により充電されたバッテリパック４０の正極端子４０ａ、負極端子４０ｂをバッテリで動作する電子機器に接続することによって、この電子機器を動作させることができる。

【0053】

充放電制御回路５０は、バッテリスタック４５から充電装置５５に流れる電流経路に直列接続された２つの電流制御素子５１、５２と、これらの電流制御素子５１、５２の動作を制御する制御部５３とを備える。電流制御素子５１、５２は、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと呼ぶ。）により構成され、制御部５３によりゲート電圧を制御することによって、バッテリスタック４５の電流経路の導通と遮断とを制御する。制御部５３は、充電装置５５から電力供給を受けて動作し、検出回路４６による検出結果に応じて、バッテリスタック４５が過放電又は過充電であるとき、電流経路を遮断するように、電流制御素子５１、５２の動作を制御する。

【0054】

保護素子３は、たとえば、バッテリスタック４５と充放電制御回路５０との間の充放電電流経路上に接続され、その動作が電流制御素子４７によって制御される。

【0055】

検出回路４６は、各バッテリセル４１〜４４と接続され、各バッテリセル４１〜４４の電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路５０の制御部５３に供給する。また、検出回路４６は、いずれか１つのバッテリセル４１〜４４が過充電電圧又は過放電電圧になったときに電流制御素子４７を制御する制御信号を出力する。

【0056】

電流制御素子４７は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路４６から出力される検出信号によって、バッテリセル４１〜４４の電圧値が所定の過放電又は過充電状態を超える電圧になったとき、保護素子３を動作させて、バッテリスタック４５の充放電電流経路を電流制御素子５１、５２のスイッチ動作によらず遮断するように制御する。

【0057】

以上のような構成からなるバッテリパック４０において、保護素子３の構成について具体的に説明する。

【0058】

まず、本発明が適用された保護素子３は、図９に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子３は、発熱体引出電極１６を介して直列接続された可溶導体１３と、可溶導体１３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体１３を溶融する発熱体１４とからなる回路構成である。また、保護素子３では、たとえば、可溶導体１３が充放電電流経路上に直列接続され、発熱体１４が電流制御素子４７と接続される。保護素子３の２個の電極１２は、それぞれ外部接続端子２１を介して、一方は、Ａ１に接続され、他方は、Ａ２に接続される。また、発熱体引出電極１６とこれに接続された発熱体電極１８は、Ｐ１に接続され、他方の発熱体電極１８は、外部接続端子２１を介してＰ２に接続される。

【0059】

このような回路構成からなる保護素子３は、発熱体１４の発熱により、電流経路上の可溶導体１３を確実に溶断することができる。このとき、保護素子３の絶縁基板１１のコーナー部には面取り部１０が形成されているため、絶縁基板１１が傾いて実装された場合にも、回路基板２への片当たりが防止されている。これにより、保護素子３は、絶縁基板１１からの放熱を抑制し、発熱体１４の熱を効率よく可溶導体１３に伝達して速やかに溶断することができる。

【0060】

なお、本発明の保護素子は、リチウムイオン二次電池のバッテリパックに用いる場合に限らず、電気信号による電流経路の遮断を必要とする様々な用途にももちろん応用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ 保護回路基板、 ２ 回路基板、３ 保護素子、５ ワーク、１０ 面取り部、１１ 絶縁基板、１１ａ 裏面、１１ｂ 第１の辺、１１ｃ 第２の辺、１１ｄ 第３の辺、１２ 電極、１３ 可溶導体、１４ 発熱体、１５ 絶縁部材、１６ 発熱体引出電極、１７ フラックス、１８ 発熱体電極、２０ ハーフスルーホール、２１ 外部接続端子、２５ 接続電極、４０ バッテリパック、４１〜４４ バッテリセル、４５ バッテリスタック、４６ 検出回路、４７ 電流制御素子、５０ 充放電制御回路、５１，５２ 電流制御素子、５３ 制御部、５５ 充電装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】