特許 6231324 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】6231324

(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】保護回路基板

(51)【国際特許分類】

   H01H 85/046 20060101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H01H85/046

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-164517(P2013-164517)

(22)【出願日】2013年8月7日

(65)【公開番号】特開2015-35280(P2015-35280A)

(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２０００−２８５７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−００３６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２２２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７３４２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

Ｈ０１Ｈ ８５／０４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に形成された発熱体と、
上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記絶縁基板の上記回路基板への実装面側の一側縁部に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子と、
上記実装面側の他側縁部に設けられ、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、
上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域内において、上記保護素子との接続電極を除き、上記保護素子の下側に電極パターンが設けられておらず、
上記回路基板は、上記第１、第２の接続端子と接続される第１、第２の接続電極を有し、
上記第１、第２の接続電極は、上記保護素子が実装される領域外において、上記絶縁基板の上記第１、第２の接続端子が設けられた側縁の幅以上の幅を有し、上記保護素子が実装される領域内において、上記絶縁基板の上記第１、第２の接続端子が設けられた側縁の幅より狭い幅を有する保護回路基板。

【請求項2】

上記第１、第２の接続電極は、上記第１、第２の接続端子の幅以上の幅を有する請求項１に記載の保護回路基板。

【請求項3】

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、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に形成された発熱体と、
上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記絶縁基板の上記回路基板への実装面側の一側縁部に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子と、
上記実装面側の他側縁部に設けられ、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、
上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域内において、上記保護素子との接続電極を除き、上記保護素子の下側に電極パターンが設けられておらず、
上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域外において、ダミー電極が形成されている保護回路基板。

【請求項4】

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、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に形成された発熱体と、
上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、
上記絶縁基板の上記回路基板への実装面側の一側縁部に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子と、
上記実装面側の他側縁部に設けられ、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、
上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域内において、上記保護素子との接続電極を除き、上記保護素子の下側に電極パターンが設けられておらず、
上記回路基板は、多層基板であり、上記保護素子の下側が、一又は複数層にわたって導電パターンが除去されている保護回路基板。

【請求項5】

上記保護素子は、上記第１、第２の電極及び上記第１、第２の接続端子が、該第１、第２の電極が設けられた側縁の中央部に形成され、上記中央部に形成されたスルーホールを介して連続されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の保護回路基板。

【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１９（Ａ）及び図１９（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。

【0009】

ところで、近年、各種電子機器の高容量化、高定格化に伴い、通電電流が高くなり、これに伴い、保護素子８０や回路基板９５自体の発熱を抑制する、あるいは放熱を促進する必要が生じている。このため、回路基板９５に形成する電極パターンを幅広かつ厚くし、また保護素子８０が実装される領域にダミー電極パターンを設け、熱容量の大きな電極パターンを多く形成することで放熱を促進するなどの対策が取られる傾向がある。

【0010】

しかし、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。したがって、保護素子８０は、発熱体８４の熱が第１、第２の電極８１，８２や第１、第２の接続端子９２，９３、あるいはダミー電極パターン等を介して周囲や回路基板９５側へ放熱されることは、可溶導体８３の速溶断性を阻害し、好ましくない。

【0011】

そこで、本発明は、発熱体の熱の放熱を抑えて保護素子の溶断特性を損なうことなく、回路基板に実装することができる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、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された発熱体と、上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、上記絶縁基板の上記回路基板への実装面側の一側縁部に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子と、上記実装面側の他側縁部に設けられ、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、上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域内において、上記保護素子との接続電極を除き、上記保護素子の下側に電極パターンが設けられておらず、上記回路基板は、上記第１、第２の接続端子と接続される第１、第２の接続電極を有し、上記第１、第２の接続電極は、上記保護素子が実装される領域外において、上記絶縁基板の上記第１、第２の接続端子が設けられた側縁の幅以上の幅を有し、上記保護素子が実装される領域内において、上記絶縁基板の上記第１、第２の接続端子が設けられた側縁の幅より狭い幅を有するものである。
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、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された発熱体と、上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、上記絶縁基板の上記回路基板への実装面側の一側縁部に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子と、上記実装面側の他側縁部に設けられ、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、上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域内において、上記保護素子との接続電極を除き、上記保護素子の下側に電極パターンが設けられておらず、上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域外において、ダミー電極が形成されているものである。
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、絶縁基板と、上記絶縁基板に形成された発熱体と、上記絶縁基板に積層された第１及び第２の電極と、上記絶縁基板の上記回路基板への実装面側の一側縁部に設けられ、上記第１の電極と連続する第１の接続端子と、上記実装面側の他側縁部に設けられ、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、上記回路基板は、上記保護素子が実装される領域内において、上記保護素子との接続電極を除き、上記保護素子の下側に電極パターンが設けられておらず、上記回路基板は、多層基板であり、上記保護素子の下側が、一又は複数層にわたって導電パターンが除去されているものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、回路基板の保護素子が実装される実装領域には、熱容量の大きな電極パターンが必要最小限の面積で形成されているため、保護素子の絶縁基板の裏面側からの放熱を抑制することができる。したがって、本発明によれば、発熱体の熱を効率よく可溶導体へ伝えることができ、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を溶融させて電流経路を遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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】保護素子の裏面を示す裏面図である。

【図3】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4】比較例に係る回路基板を示す平面図である。

【図5】比較例に係る回路基板を示す平面図である。

【図6】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】比較例に係る回路基板を示す平面図である。

【図9】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10】比較例に係る回路基板を示す平面図である。

【図11】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12】比較例に係る回路基板を示す平面図である。

【図13】比較例に係る回路基板を示す平面図である。

【図14】本発明が適用された保護回路基板の回路基板を示す断面図である。

【図15】本発明が適用された保護回路基板の回路基板及び比較例に係る回路基板を示す平面図である。

【図16】本発明が適用された保護回路基板の回路基板の第２導電層を示す平面図である。

【図17】バッテリパックの回路図である。

【図18】保護素子の回路図である。

【図19】（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】

【0015】

以下、本発明が適用され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。

【0016】

［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。

【0017】

［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。

【0018】

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。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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

なお、発熱体１４は、図１に示すように、絶縁基板１１の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）が設けられた表面側に形成してもよく、絶縁基板１１の表面と反対側の裏面１１ａに形成してもよい。また、発熱体１４は、絶縁基板１１の内部に形成してもよい。さらに、発熱体１４は、発熱体引出電極１６や可溶導体１３を重畳させてもよく、あるいは絶縁基板１１の表面上において、発熱体引出電極１６や可溶導体１３と並列して形成してもよい。また、いずれの場合も、発熱体１４は、周囲との絶縁を図る必要がある場合は、絶縁部材１５によって被覆され、絶縁の必要がない場合は、絶縁部材１５によって被覆されなくともよい。

【0022】

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２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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

図２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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

［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１９参照）、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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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の両端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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

［可溶導体１３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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

［参考例］
次いで、保護素子の第１、第２の電極の配置を変えて可溶導体の溶断時間を計測した参考例について説明する。参考比較例に係る従来の保護素子８０では、図１９（Ａ）に示すように、第１、第２の電極８１，８２が絶縁基板８５の第１の辺８５ａ及び第２の辺８５ｂの各中央部から一端側にかけて形成されている。そして、保護素子８０は、回路基板の接続電極に接続されるハーフスルーホール９０，９１が、それぞれ第１の辺８５ａ又は第２の辺８５ｂの一端側に偏倚して設けられている。保護素子８０は、これにより回路基板上に１８０°回転して実装されることを防止することができる。

【0041】

一方、参考実施例に係る保護素子３は、第１、第２の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及びハーフスルーホール２０が、絶縁基板１１の第１の辺１１ｂ及び第２の辺１１ｃの各中央部Ｃ１、Ｃ２に形成されている（図１参照）。保護素子８０と保護素子３とは、その他の構成は同じである。

【0042】

そして、参考実施例及び参考比較例に係る保護素子の各発熱体に１０Ｗの電力を印加し、可溶導体１３，８３の溶断時間を比べたところ、参考比較例に係る保護素子８０では、可溶導体８３の溶断時間が１．５ｓｅｃであったのに対して、参考実施例に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が。１．２ｓｅｃとなり、速溶断性に優れていることが分かった。

【0043】

これは、参考比較例に係る保護素子８０においては、第１、第２の電極８１，８２が絶縁基板８５の第１の辺８５ａ及び第２の辺８５ｂの各中央部から一端側にかけて形成され、絶縁基板８５の外縁より外方に臨む領域が多いため、発熱体８４の熱がより多く放熱されたことによる。また、参考比較例に係る保護素子８０においては、熱容量の大きなハーフスルーホール９０，９１が絶縁基板８５の一方の辺８５ａ及び他方の辺８５ｂの一端側に偏倚して設けられているため、発熱体８４の熱の放熱経路が広がり、可溶導体８３の昇温を阻害したことによる。

【0044】

一方、参考実施例に係る保護素子３は、第１、第２の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及びハーフスルーホール２０が、絶縁基板１１の第１の辺１１ｂ及び第２の辺１１ｃの各中央部Ｃ１、Ｃ２に形成されている。したがって、放熱経路が限定され、発熱体１４の熱が第１、第２の電極１２（Ａ１），１２（Ａ２）及びハーフスルーホール２０を介して放熱されにくく、発熱体１４の熱を優先的に可溶導体１３に伝わり速やかに溶融温度まで昇温させることができたことによる。

【0045】

［回路基板］
［第１の形態］
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３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。また、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）は、保護素子３の絶縁基板１１がセラミックにより形成されている場合、当該セラミック基板のコーナー部が接触すると熱が逃げてしまうことから、絶縁基板１１の第１、第２の辺１１ｂ，１１ｃよりも狭い幅で形成し、保護素子３が傾いて実装された場合にも絶縁基板１１のコーナー部との接触を避けること好ましい。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。

【実施例1】

【0049】

次いで、第１の実施例について説明する。第１の実施例では、回路基板２の実装領域Ｒにダミー電極を設けた保護回路基板と、ダミー電極を設けていない保護回路基板との、各可溶導体の溶断時間を測定した。図４に示すように、比較例１に係る回路基板１００には、実装領域Ｒに、保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２），２１（Ｐ２）と接続される接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）の他、ダミー電極１０１が設けられている。接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）及びダミー電極１０１の線幅Ｗは２ｍｍである。実施例１に係る回路基板２は、実装領域Ｒに接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）のみが設けられている他は、比較例１と同じ構成である（図３参照）。また、実施例１及び比較例１に係る保護素子としては、上述した保護素子３を用いた。

【0050】

そして、実施例１及び比較例１に係る保護素子３の各発熱体１４に１０Ｗの電力を印加し、可溶導体１３の溶断時間を比べたところ、比較例１に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が１．８ｓｅｃであったのに対して、実施例１に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が。１．２ｓｅｃとなり、速溶断性に優れていることが分かった。

【0051】

これは、比較例１に係る保護素子においては、実装領域Ｒ内にダミー電極１０１を設けたことによって、発熱体１４の熱が回路基板１００の裏面側により多く放熱され、可溶導体１３へ優先的に熱が回らなかったことによる。一方、実施例１では、実装領域Ｒ内には、保護素子３の実装に必要最小限の接続電極２５のみが形成され、保護素子３の下方には熱容量の大きな不要パターンが設けられていない。したがって、実施例１に係る保護回路基板によれば、絶縁基板１１の下方への放熱が抑制され、効率よく発熱体１４の熱を可溶導体１３に伝えることができたことにより、速溶断特性を向上させることができた。

【0052】

なお、実施例１と比較例１に係る保護回路基板に、それぞれ５Ａ通電させたときの、保護素子３の温度を測定したところ、放熱対策上ダミー電極１０１が実装領域Ｒに形成された比較例では５９℃であった。一方、実装領域Ｒにダミー電極が設けられていない実施例１では、６０℃と、比較例１に比して若干昇温したが、実使用上は問題ない程度であった。

【実施例2】

【0053】

次いで、第２の実施例について説明する。第２の実施例では、保護素子３の実装に寄与しないダミー電極を実装領域Ｒの内外にわたって形成した保護回路基板と、ダミー電極を実装領域Ｒ外に形成した保護回路基板との、各可溶導体１３の溶断時間を測定した。

【0054】

図５に示すように、比較例２に係る回路基板１１０には、実装領域Ｒに、保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２），２１（Ｐ２）と接続される接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）の他、ダミー電極１１１が設けられている。ダミー電極１１１は、実装領域Ｒの内外にわたって形成されている。接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）及びダミー電極１１１の線幅Ｗは２ｍｍである。一方、図６に示すように、実施例２に係る回路基板２は、実装領域Ｒに接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）のみが設けられ、ダミー電極１１１は実装領域Ｒ外に形成されている他は、比較例２に係る回路基板１１０と同じ構成である。また、実施例２及び比較例２に係る保護素子としては、上述した保護素子３を用いた。

【0055】

そして、実施例２及び比較例２に係る保護素子３の各発熱体１４に１０Ｗの電力を印加し、可溶導体１３の溶断時間を比べたところ、比較例２に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が２．５ｓｅｃであったのに対して、実施例２に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が。１．３ｓｅｃとなり、速溶断性に優れていることが分かった。

【0056】

すなわち、図５に示すようにダミー電極１１１が実装領域Ｒの内外にわたって長く形成されている場合も、放熱が促進され、可溶導体１３へ優先的に熱が回らず、速溶断性を阻害する。

【0057】

なお、実施例２と比較例２に係る保護回路基板に、それぞれ５Ａ通電させたときの、保護素子３の温度を測定したところ、放熱対策上ダミー電極１１１が実装領域Ｒの内外にわたって形成された比較例２では５８℃であった。一方、実装領域Ｒ外にダミー電極１１１が設けられている実施例２では、５９℃と、比較例２に比して若干昇温したが、実使用上は問題ない程度であった。

【0058】

［接続電極の幅］
ここで、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）は、図３、図６に示すように、接続対象となる保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２），２１（Ｐ２）の幅と略同じ幅で形成されている。これにより、回路基板２は、実装領域Ｒにおける熱容量の大きな電極パターンの面積を必要最小限に抑え、保護素子３からの放熱を抑制して効率よく可溶導体１３を加熱、溶断することができる。

【0059】

［第２の形態］
また、回路基板２は、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の実装領域Ｒ外の幅を、実装領域Ｒ内における幅よりも拡幅してもよい。例えば、図７に示すように、回路基板２は、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の実装領域Ｒ内の幅Ｗ１を保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同じ幅に形成するとともに、実装領域Ｒ外の幅Ｗ２を絶縁基板１１の第１、第２の辺１１ｂ，１１ｃと同じ幅に形成してもよい。

【0060】

このように、回路基板２は、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅を、実装領域Ｒ内においては保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同じに狭く形成することで、保護素子３の下部に形成された電極を必要最小限に抑えて放熱を抑制することができる。また、回路基板２は、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅を、実装領域Ｒ外において拡幅し、保護素子３の絶縁基板１１と略同じ幅に形成することで、保護素子３からの放熱を抑制しながら、回路基板２の熱容量を増大させて高定格化に対する熱対策を図り、また接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の低抵抗化による高定格化を図ることができる。

【0061】

接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）は、保護素子３の放熱抑制と、回路基板２の高定格化及び低抵抗化を図るために、図７に示すように、実装領域Ｒの直前で幅狭となるように形成することが好ましい。

【実施例3】

【0062】

次いで、第３の実施例について説明する。第３の実施例では、実装領域Ｒの内における接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅を変えた保護回路基板１を用意し、各可溶導体１３の溶断時間を測定した。

【0063】

比較例３に係る回路基板１２０は、図８に示すように、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅Ｗを、実装領域Ｒの内外にわたって絶縁基板１１の第１、第２の辺１１ｂ，１１ｃの幅と同幅（４ｍｍ）で形成した。一方、実施例３に係る回路基板２は、実装領域Ｒ内においては保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同幅（２ｍｍ）で、実装領域Ｒ外においては絶縁基板１１の第１、第２の辺１１ｂ，１１ｃの幅と同幅（４ｍｍ）で形成した（図７参照）。また、実施例３及び比較例３に係る保護素子としては、上述した保護素子３を用いた。

【0064】

そして、実施例３及び比較例３に係る保護素子３の各発熱体１４に１０Ｗの電力を印加し、可溶導体１３の溶断時間を比べたところ、比較例３に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が３．５ｓｅｃであったのに対して、実施例３に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が。１．６ｓｅｃとなり、速溶断性に優れていることが分かった。

【0065】

また、実施例３と比較例３に係る保護回路基板に、それぞれ５Ａ通電させたときの、保護素子３の温度を測定したところ、実施例３及び比較例３ともに５５℃と同じであった。

【0066】

すなわち、比較例３では、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）が幅広に形成され、保護素子３の実装領域Ｒ内に、必要以上の面積で熱容量の大きな電極パターンが形成されているため、絶縁基板１１の下方へより多くの熱が放熱され、発熱体１４の熱が効率よく可溶導体１３へ伝わらなかった。これに対して、実施例３では、実装領域Ｒ内においては、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）が外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同幅で幅狭に形成されているため、絶縁基板１１の下方への放熱が抑制され効率よく可溶導体１３を加熱することができたことによる。

【0067】

一方、５Ａ通電時の保護素子３の温度は、実施例３及び比較例３ともに５５℃と同じであり、保護素子３の温度上昇率は同等であり、通常使用時における放熱性は同等であることが分かる。

【0068】

なお、比較例３の構成において、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）に、実装領域Ｒ内の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と接続する領域を除いてカバーレイを形成し、絶縁を図った場合も、１０Ｗ印加時の可溶導体１３の溶断時間は、カバーレイを形成しない場合と同じであった。これより、カバーレイによって実装領域Ｒ内における接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の露出面積を調整しても、放熱抑制効果はみられないことが分かった。

【実施例4】

【0069】

次いで、第４の実施例について説明する。第４の実施例においても、実装領域Ｒの内における接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅を変えた保護回路基板１を用意し、各可溶導体１３の溶断時間を測定した。

【0070】

第４の実施例では、保護素子として、図１９に示す保護素子８０を用いた。上述したように、保護素子８０は、第１、第２の電極８１，８２が絶縁基板８５の一辺の中央から端部にかけて形成されるとともに、ハーフスルーホール９０、９１が、当該辺の端部に偏倚して形成されている。また、保護素子８０は、ハーフスルーホール９０、９１を介して第１、第２の電極８１，８２と接続され、回路基板９５に形成された第１、第２の接続電極９６，９７と接続される第１、第２の接続端子９２，９３も、絶縁基板８５の裏面において一辺の端部に偏倚して形成されている。

【0071】

比較例４に係る回路基板１２１は、図１０に示すように、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅Ｗを、実装領域Ｒの内外にわたって絶縁基板８５の第１、第２の電極８１，８２が形成された辺の幅と同幅（Ｗ＝４ｍｍ）で形成した。一方、実施例４に係る回路基板２は、図９に示すように、実装領域Ｒ内においては保護素子８０の第１、第２の接続端子９２，９３と略同幅（Ｗ１＝２ｍｍ）で、実装領域Ｒ外においては絶縁基板８５の第１、第２の電極８１，８２が形成された辺の幅と同幅（Ｗ２＝４ｍｍ）で形成した。

【0072】

また、実施例４に係る回路基板２は、保護素子８０の第１、第２の接続端子９２，９３に応じて、実装領域Ｒ内における接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）を、第１、第２の電極８１，８２が形成された辺の幅方向の一端側に偏倚させて形成した。

【0073】

そして、実施例４及び比較例４に係る保護素子８０の各発熱体８４に１０Ｗの電力を印加し、可溶導体８３の溶断時間を比べたところ、比較例４に係る保護素子８０では、可溶導体８３の溶断時間が３．９ｓｅｃであったのに対して、実施例４に係る保護素子８０では、可溶導体８３の溶断時間が。２．１ｓｅｃとなり、速溶断性に優れていることが分かった。

【0074】

また、実施例４と比較例４に係る保護回路基板に、それぞれ５Ａ通電させたときの、保護素子８０の温度を測定したところ、比較例４では５６℃であるのに対し、実施例４は５７℃と、比較例４に比して若干昇温したが、実使用上は、問題ない程度であった。

【0075】

すなわち、比較例３と同様に、比較例４においても、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）が幅広に形成され、保護素子８０の実装領域Ｒ内に、必要以上の面積で熱容量の大きな電極パターンが形成されているため、絶縁基板８５の下方へより多くの熱が放熱され、発熱体８４の熱が効率よく可溶導体８３へ伝わらなかった。これに対して、実施例４では、実施例３と同様に、実装領域Ｒ内においては、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）が第１、第２の接続端子９２，９３と略同幅で幅狭に形成されているため、絶縁基板８５の下方への放熱が抑制され効率よく可溶導体８３を加熱することができたことによる。

【0076】

一方、５Ａ通電時の保護素子８０の温度は、実施例４は５７℃、比較例４は５６℃と、保護素子８０の温度上昇率は同等であり、通常使用時における放熱性は同等であることが分かる。

【0077】

［第３の形態］
なお、上述した実施の形態では、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の実装領域Ｒ外の幅Ｗ２を、絶縁基板１１の第１、第２の辺１１ｂ，１１ｃと同じ幅に形成したが、図１１に示すように、保護回路基板１は、実装領域Ｒを除いて、回路基板２の広範囲にわたって接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）を形成してもよい。

【0078】

図１１に示すように、回路基板２は、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の実装領域Ｒ内の幅Ｗ１を保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同じ幅に形成するとともに、実装領域Ｒ外の幅Ｗ２を回路基板２の幅方向に亘って広範に形成してもよい。

【0079】

これにより、保護回路基板１は、電子機器の高容量化、高定格化に伴い通電電流が高くなった場合にも、発熱の抑制、あるいは放熱の促進を効率よく行うことができる。また、保護回路基板１は、回路基板２の実装領域Ｒを除く広範囲に接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）を広げるとともに、必要な個所には、適宜カバーレイの形成、ソルダーレジストの印刷などにより絶縁を図ってもよい。

【0080】

この場合も、保護回路基板１は、保護素子３の実装領域Ｒにおいては、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅Ｗ１を外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同等とするとともに、他の不要電極を形成しないことにより、絶縁基板１１の下方への放熱を抑制し、効率よく可溶導体１３を加熱することができる。

【実施例5】

【0081】

次いで、第５の実施例について説明する。図１１、図１２に示すように、第５の実施例では、第３の実施例に比して、実装領域Ｒ外における接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅を大幅に広げ、回路基板２の広範囲にわたって形成した点で異なる。

【0082】

すなわち、図１２に示すように、第５の実施例の比較例５に係る回路基板１３０は、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）の幅Ｗを、実装領域Ｒの内外にわたって回路基板２の幅方向に亘って広範に（Ｗ＝１２ｍｍ）で形成した。一方、図１１に示すように、第５の実施例の実施例５に係る回路基板２は、実装領域Ｒ内の幅Ｗ１を保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同幅（Ｗ１＝２ｍｍ）とし、実装領域Ｒ外の幅Ｗ２を回路基板２の幅方向に亘って広範に（Ｗ２＝１２ｍｍ）で形成した。また、実施例５及び比較例５に係る保護素子としては、上述した保護素子３を用いた。

【0083】

そして、実施例５及び比較例５に係る保護素子３の各発熱体に１０Ｗの電力を印加し、可溶導体１３の溶断時間を比べたところ、比較例５に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が５．８ｓｅｃであったのに対して、実施例５に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が。２．４ｓｅｃとなり、速溶断性に優れていることが分かった。

【0084】

また、実施例５と比較例５に係る保護回路基板に、それぞれ５Ａ通電させたときの、保護素子３の温度を測定したところ、実施例５は４２℃、比較例５では４１℃であった。

【0085】

第５の実施例においても、比較例５では、保護素子３の実装領域Ｒ内に、必要以上の面積で電極パターンが形成されているため、絶縁基板１１の下方より多くの熱が放熱され、発熱体１４の熱が効率よく可溶導体１３へ伝わらなかった。これに対して、実施例５では、実装領域Ｒ内においては、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）が外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同幅で幅狭に形成されているため、絶縁基板１１の下方への放熱が抑制され効率よく可溶導体１３を加熱することができた。

【0086】

また、５Ａ通電時の保護素子３の温度は、実施例５で４２℃、比較例５で４１℃と、保護素子３の温度上昇率は同等であり、通常使用時における放熱性は同等であることが分かる。

【0087】

なお、比較例５に係る回路基板１３０の構成において、図１３に示すように、実装領域Ｒ内の接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２），２１（Ｐ２）と接続する領域を除いてカバーレイ１３１を形成し、絶縁を図った場合も、１０Ｗ印加時の可溶導体１３の溶断時間は５．７ｓｅｃと、カバーレイ１３１を形成しない場合（図１２参照）とほぼ同じであった。これより、カバーレイによって実装領域Ｒ内における接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）の露出面積を調整しても、放熱抑制効果はみられないことが分かった。

【0088】

なお、５Ａ通電時の保護素子３の温度は、比較例５では４１℃であるのに対し、カバーレイを付した場合、４３℃と上昇し、通常使用時における放熱性は、カバーレイ１３１を付した場合にやや悪化することが分かる。

【0089】

［第４の形態］
また、保護回路基板１は、回路基板２を絶縁層を介して複数の導電層を積層することにより多層化を図るとともに、実装領域Ｒの下方の導電パターンを削除してもよい。すなわち、図１４に示すように、回路基板を、銅箔が貼付されたガラスエポキシ基板等を積層して多層化した積層板３０として形成する。図１５に示すように、保護素子３が実装される第１導電層３１は、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）がパターニングされている。第１導電層３１の直下の第２導電層３２では、図１６に示すように、実装領域Ｒの投影面内における導電パターンが除去されている。

【0090】

これにより、保護素子３は、実装領域Ｒの下方には、実装に必要な接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）を除き、熱容量の大きな電極パターンが設けられていないため、絶縁基板１１の下方への放熱を抑制される。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へ伝え、速やかな溶断を実現することができる。

【0091】

なお、第１導電層３１と第２導電層３２との間に設けられている第１絶縁層３５や第２導電層３２と第３導電層３３との間に設けられている第２絶縁層３６は、ガラスエポキシ基板等の熱容量の小さい材料で構成されているため、実装領域Ｒの下方に設けられていても、これによって放熱が促進することはない。また、回路基板２は、第３導電層３３以下の層においても、第２導電層３２と同様に、実装領域Ｒの投影面内における導電層を削除することが放熱抑制上、好ましい。

【実施例6】

【0092】

次いで、第６の実施例について説明する。第６の実施例では、４つの導電層３１〜３４が積層された厚さ０．８ｍｍの４層基板からなる回路基板３０を用い、第２層３２を、実装領域Ｒの投影面内における導電パターンを除去して形成した回路基板（図１５、実施例６）と、第２層３２を、実装領域Ｒの投影面を含め全面ベタで導電パターンを形成した回路基板（比較例６）とを形成してそれぞれ可溶導体１３の溶断時間を測定した。

【0093】

実施例６及び比較例６に用いた回路基板２は、図１４に示すように、保護素子３が実装される最上層から順に、厚さ３５μｍのＣｕパターンが形成された第１導電層３１、厚さ０．１ｍｍのガラスエポキシ基板からなる第１絶縁層３５、厚さ１２μｍのＣｕパターンが形成された第２導電層３２、厚さ０．６ｍｍのガラスエポキシ基板からなる第２絶縁層３６、厚さ１２μｍのＣｕパターンが形成された第３導電層３３、厚さ０．１ｍｍのガラスエポキシ基板からなる第３絶縁層３７、厚さ３５μｍのＣｕパターンが形成された第４導電層３４が形成されている。

【0094】

また、実施例６及び比較例６の第１導電層には、図１５に示すように、接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）が形成されている。接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２）は、実装領域Ｒ内における幅Ｗ１が、保護素子３の外部接続端子２１（Ａ１），２１（Ａ２）と略同じ幅（Ｗ１＝２ｍｍ）に形成され、実装領域Ｒ外における幅Ｗ２が、絶縁基板１１の第１、第２の辺１１ｂ，１１ｃと略同じ幅（Ｗ２＝４ｍｍ）に形成されている。また、接続電極１５（Ｐ２）は、実装領域Ｒ内外にわたる幅Ｗ３が、保護素子３の外部接続端子２１（Ｐ２）と略同じ幅（Ｗ３＝２ｍｍ）に形成されている。

【0095】

実施例６では、図１６に示すように、第２層３２のＣｕパターンは、実装領域Ｒの投影面内において除去されている。なお、実施例６では、第３層３３、第４層３４の各Ｃｕパターンは、実装領域Ｒを含め第３絶縁層３７のガラスエポキシ基板全面にわたって形成されている。

【0096】

比較例６では、第２導電層３２、第３導電層３３、第４導電層３４の各Ｃｕパターンは、実装領域Ｒを含め第２絶縁層３６及び第３絶縁層３７のガラスエポキシ基板全面にわたって形成されている。また、実施例６及び比較例６に係る保護素子としては、上述した保護素子３を用いた。

【0097】

そして、実施例６及び比較例６に係る保護素子３の各発熱体１４に１０Ｗの電力を印加し、可溶導体１３の溶断時間を比べたところ、比較例６に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が４．０ｓｅｃであったのに対して、実施例６に係る保護素子３では、可溶導体１３の溶断時間が。３．２ｓｅｃとなり、速溶断性に優れていることが分かった。

【0098】

また、実施例６と比較例６に係る保護回路基板に、それぞれ５Ａ通電させたときの、保護素子３の温度を測定したところ、実施例６及び比較例６ともに４０℃と同じであった。

【0099】

これは、実施例６では、第２導電層３２は、実装領域Ｒの投影面内においてＣｕパターンが除去されていることから、実装領域Ｒに実装された保護素子３の下方には、第１導電層３１に形成された接続電極２５（Ａ１），２５（Ａ２），２５（Ｐ２）以外に、第２導電層３２まで、熱容量の大きな電極パターンが形成されていないことによる。発熱体１４の瞬間的な発熱は、絶縁基板１１の垂直方向に拡散しやすいことから、実施例６においては、当該垂直方向において必要最小限の電極パターンのみ形成しているため、放熱抑制が図られ、効率よく可溶導体１３を加熱することができた。

【0100】

［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１７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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

まず、本発明が適用された保護素子３は、図１８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。

【0110】

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、回路基板２の実装領域Ｒには、実装に必要な最小限の電極パターンのみ形成され、保護素子３の下方には熱容量の大きな不要な電極パターンが設けられていないため、保護素子３の絶縁基板１１の法線方向への放熱が抑制され、発熱体１４の熱を効率よく可溶導体１３へ伝えることができる。したがって、保護回路基板１は、可溶導体１３を速やかに溶断することができる。

【0111】

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】

【0112】

１ 保護回路基板、 ２ 回路基板、３ 保護素子、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、３０ 積層板、３１ 最上層、３２ 第２層、３３ 第３層、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】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】