特開 2023-40957 保護素子及びバッテリパック

(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】P2023040957

(43)【公開日】2023-03-23

(54)【発明の名称】保護素子及びバッテリパック

(51)【国際特許分類】

   H01H 37/76 20060101AFI20230315BHJP

   H01H 85/046 20060101ALI20230315BHJP

【ＦＩ】

H01H37/76 F

H01H85/046

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021148187

(22)【出願日】2021-09-10

(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】100113424

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 信博

(74)【代理人】

【識別番号】100185845

【弁理士】

【氏名又は名称】穂谷野 聡

(72)【発明者】

【氏名】野村 優

【テーマコード（参考）】

5G502

【Ｆターム（参考）】

5G502AA01

5G502AA02

5G502AA11

5G502AA13

5G502AA20

5G502BB08

5G502BB10

5G502BB13

5G502BB17

5G502BC07

5G502BC08

5G502BD02

5G502BD10

5G502CC04

5G502CC28

5G502CC32

5G502EE06

5G502FF08

5G502JJ01

(57)【要約】

【課題】ヒューズエレメントの速溶断と絶縁破壊の防止を図り、高応答性、高信頼性に対応できる保護素子及びバッテリパックを提供する。
【解決手段】保護素子１は、絶縁基板２と、絶縁基板２に設けられた第１、第２電極４ａ，４ｂと、絶縁基板２に形成された発熱体５と、発熱体５と電気的に接続された発熱体引出電極４ｃと、発熱体引出電極４ｃを介して第１の電極４ａから第２の電極４ｂにわたって搭載された可溶導体３と、発熱体５を覆う絶縁保護層７を備え、絶縁保護層７は、熱伝導性フィラー１０が含有されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、
上記絶縁基板に設けられた第１、第２電極と、
上記絶縁基板に形成された発熱体と、
上記発熱体と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を介して上記第１の電極から上記第２の電極にわたって搭載された可溶導体と、
上記発熱体を覆う絶縁保護層を備え、
上記絶縁保護層は、熱伝導性フィラーが含有されている保護素子。

【請求項2】

上記熱伝導性フィラーは、酸化アルミニウム及び／又は窒化アルミニウムを含む請求項１に記載の保護素子。

【請求項3】

上記絶縁保護層は、２０μｍ以上の厚さを有する請求項１又は２に記載の保護素子。

【請求項4】

上記絶縁保護層の熱伝導率は１．５Ｗ／ｍｋ以上である請求項１～３のいずれか１項に記載の保護素子。

【請求項5】

上記絶縁保護層を構成する絶縁材料の体積容量に対する上記熱伝導性フィラーの体積容量は２０％以上である請求項１～４のいずれか１項に記載の保護素子。

【請求項6】

上記発熱体及び上記絶縁保護層は、上記絶縁基板の上記可溶導体が搭載された面に形成されている請求項１～５のいずれか１項に記載の保護素子。

【請求項7】

上記発熱体及び上記絶縁保護層は、上記絶縁基板の上記可溶導体が搭載された面と反対側の面に形成されている請求項１～５のいずれか１項に記載の保護素子。

【請求項8】

１つ以上のバッテリセルと、
上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子と、
上記バッテリセルの電圧値を検出して上記保護素子への通電を制御する電流制御素子を備え、
上記保護素子は、
絶縁基板と、
上記絶縁基板に設けられた第１、第２電極と、
上記絶縁基板に形成された発熱体と、
上記発熱体と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を介して上記第１の電極から上記第２の電極にわたって搭載された可溶導体と、
上記発熱体を覆う絶縁保護層を備え、
上記絶縁保護層は、熱伝導性フィラーが含有されている
バッテリパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、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、及びこの保護素子を用いたバッテリパックに関する。

【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。特に重量エネルギー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として、保護素子内部に発熱体を有し、この発熱体の発熱によって電流経路上の可溶導体を溶断する構造が用いられている。

【0004】

リチウムイオン二次電池の用途は、近年拡大しており、より大電流の用途、例えば電動ドライバ等の電動工具や、ドローン、電動バイク、ハイブリッドカー、電気自動車、電動アシスト自転車等の機器への採用が開始されている。このようにリチウムイオン二次電池の用途の拡大によって保護素子も様々な要求を満足する必要が有るが、その中でも、高応答、高信頼性に関する特性は、安全を担保する保護素子の性質上、最も重要な指標の一つとなっている。

【0005】

図１２は、従来の保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は底面図である。図１２に示す保護素子１００は、絶縁基板１０１と、絶縁基板１０１の表面上に形成された第１、第２の電極１０２、１０３と、絶縁基板１０１の表面に形成された発熱体１０４と、発熱体１０４を被覆する絶縁層１０５と、絶縁層１０５上に積層されるとともに発熱体１０４と接続された発熱体引出電極１０６と、第１の電極１０２、発熱体引出電極１０６、及び第２の電極１０３にわたって接続用ハンダを介して搭載される可溶導体であるヒューズエレメント１０７とを備える。

【0006】

第１、第２の電極１０２，１０３は、保護素子１００が接続される外部回路の電流経路上に接続される端子部であり、第１の電極１０２は絶縁基板１０１の裏面に形成された第１の外部接続電極１０２ａとキャスタレーションを介して接続され、第２の電極１０３は絶縁基板１０１の裏面に形成された第２の外部接続電極１０３ａとキャスタレーションを介して接続されている。保護素子１００は、第１、第２の外部接続電極１０２ａ，１０３ａが、保護素子１００が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、ヒューズエレメント１０７が外部回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。

【0007】

発熱体１０４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、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。また、発熱体１０４は、絶縁基板１０１の表面上に形成された発熱体電極１０８と接続されている。発熱体電極１０８は、絶縁基板１０１の裏面に形成された第３の外部接続電極１０８ａとキャスタレーションを介して接続されている。保護素子１００は、第３の外部接続電極１０８ａが、保護素子１００が実装される外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、発熱体１０４が外部回路に設けられた外部電源と接続されている。そして、発熱体１０４は、図示しないスイッチ素子等により常時、通電及び発熱が制御されている。

【0008】

発熱体１０４は、ガラス層等からなる絶縁層１０５によって被覆されるとともに、絶縁層１０５上に発熱体引出電極１０６が形成されることにより、絶縁層１０５を介して発熱体引出電極１０６と重畳されている。また、発熱体引出電極１０６上には第１、第２の電極１０２，１０３間にわたって接続されたヒューズエレメント１０７が接続されている。

【0009】

これにより、保護素子１００は、発熱体１０４とヒューズエレメント１０７が重畳されることにより熱的に接続され、発熱体１０４が通電によって発熱するとヒューズエレメント１０７を溶断することができる。

【0010】

ヒューズエレメント１０７は、Ｐｂフリーハンダなどの低融点金属やＡｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金などの高融点金属により形成され、あるいは低融点金属と高融点金属の積層構造を有する。そして、ヒューズエレメント１０７は、第１の電極１０２から発熱体引出電極１０６を経て第２の電極１０３にかけて接続されることにより、保護素子１００が組み込まれた外部回路の電流経路の一部を構成する。そして、ヒューズエレメント１０７は、定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、あるいは発熱体１０４の発熱により溶断し、第１、第２の電極１０２，１０３間を遮断する。

【0011】

そして、保護素子１００は、外部回路の電流経路を遮断する必要が生じると、スイッチ素子により発熱体１０４へ通電される。これにより、保護素子１００は、発熱体１０４が高温に発熱され、外部回路の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント１０７が溶融される。ヒューズエレメント１０７の溶融導体は、濡れ性の高い発熱体引出電極１０６及び第１、第２の電極１０２，１０３に引き寄せられることによりヒューズエレメント１０７が溶断される。したがって、保護素子１００は、第１の電極１０２～発熱体引出電極１０６～第２の電極１０３の間を溶断させ、外部回路の電流経路を遮断することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１５－３５２８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

絶縁層１０５は、例えば厚膜印刷技術を用いて形成される。印刷プロセスによって形成出来るガラスの厚みは一般的に１０～６０μｍ程度で、非常に薄く形成することが可能であるため、発熱体１０４で生じた熱を効率的にヒューズエレメント１０７に伝達することができる。

【0014】

しかし、二次電池の用途の高電圧化が進み、発熱体１０４に印加される電圧も安全かつ低電圧である４２Ｖを超える使用が標準的に行われるようになってきている。また、絶縁層１０５は、上述したように非常に薄く形成されるため、印刷時にガラス層内に発生するピンホール等が形成される場合がある。そのため、図１３に示すように、発熱体１０４に高電圧が印加された時に、ピンホール等の絶縁性能が低下している箇所において、絶縁破壊が発生し、発熱体１０４が十分な発熱をする前に、発熱体１０４が破壊されてしまう場合があった。

【0015】

この対策として、印刷する回数を増やして絶縁層１０５の厚みを厚くすることが挙げられる。発熱体１０４への通電時における絶縁破壊を防止するために、絶縁層１０５は、一般に２０μｍ以上の膜厚で形成される。

【0016】

しかし、絶縁層１０５の膜厚を厚くするほどヒューズエレメント１０７への熱伝導効率が下がり、大電流に対応する保護素子を実現するためにヒューズエレメント１０７の厚みを増大させた場合等には速やかに溶断することができなくなる。

【0017】

そこで、本技術は、ヒューズエレメントの速溶断と絶縁破壊の防止を図り、高応答性、高信頼性に対応できる保護素子及びバッテリパック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】

【0018】

上述した課題を解決するために、本技術に係る保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に設けられた第１、第２電極と、上記絶縁基板に形成された発熱体と、上記発熱体と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を介して上記第１の電極から上記第２の電極にわたって搭載された可溶導体と、上記発熱体を覆う絶縁保護層を備え、上記絶縁保護層は、熱伝導性フィラーが含有されているものである。

【0019】

また、本技術に係るバッテリパックは、１つ以上のバッテリセルと、上記バッテリセルの充放電経路上に接続され、該充放電経路を遮断する保護素子と、上記バッテリセルの電圧値を検出して上記保護素子への通電を制御する電流制御素子を備え、上記保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板に設けられた第１、第２電極と、上記絶縁基板に形成された発熱体と、上記発熱体と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を介して上記第１の電極から上記第２の電極にわたって搭載された可溶導体と、上記発熱体を覆う絶縁保護層を備え、上記絶縁保護層は、熱伝導性フィラーが含有されているものである。

【発明の効果】

【0020】

本技術によれば、絶縁層の熱伝導率を高くすることで、発熱体から可溶導体への伝熱速度が高くなり、また、絶縁破壊を防止でき、高応答性、高信頼性に対応した保護素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本技術が適用された保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は底面図である。

【図2】図２は、図１に示す保護素子において、可溶導体が溶断した状態を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は断面図である。

【図3】図３は、絶縁保護層における熱伝導を示す概念図である。

【図4】図４は、ガラス（熱伝導率：１Ｗ／ｍＫ）中に酸化アルミニウム（熱伝導率：４０Ｗ／ｍＫ）を分散させた絶縁保護層の、熱伝導率と酸化アルミニウム体積分率との対応を示すグラフである。

【図5】図５は、ガラス（熱伝導率：１Ｗ／ｍＫ）中に窒化アルミニウム（熱伝導率：２８５Ｗ／ｍＫ）を分散させた絶縁保護層の、熱伝導率と窒化アルミニウム体積分率との対応を示すグラフである。

【図6】図６は、可溶導体の断面図である。

【図7】図７は、バッテリパックの構成例を示す回路図である。

【図8】図８は、保護素子の回路図である。

【図9】図９は、本技術が適用された保護素子の変形例を示す断面図である。

【図10】図１０は、絶縁基板の裏面に発熱体を設けた保護素子の一構成例を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は底面図である。

【図11】図１１は、図１０に示す保護素子において、可溶導体が溶断した状態を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図であり、（Ｂ）は断面図である。

【図12】図１２は、従来の保護素子を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図、（Ｃ）は底面図である。

【図13】図１３は、図１２に示す保護素子において、スパークが発生した状態を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本技術が適用された保護素子及びバッテリパックについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本技術は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本技術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。

【0023】

本技術が適用された保護素子１は、図１（Ａ）～（Ｃ）に示すように、絶縁基板２と、絶縁基板２上に支持された可溶導体３と、可溶導体３に接続された第１の電極４ａ、第２の電極４ｂ及び発熱体引出電極４ｃと、絶縁基板２に設けられ、通電されることにより発熱する発熱体５と、発熱体５と接続され、発熱体５への給電端子となる発熱体電極６と、発熱体５を被覆する絶縁保護層７を備える。

【0024】

図１に示す保護素子１では、絶縁基板２の可溶導体３が支持された表面２ａに、発熱体５及び発熱体５を被覆する絶縁保護層７が形成されている。また、絶縁基板２の表面２ａには、通電部として、可溶導体３の一端部と接続された第１の電極４ａ及び可溶導体３の他端部と接続された第２の電極４ｂが形成されている。さらに、絶縁基板２の表面２ａ側には、発熱体５と電気的に接続されるとともに、絶縁保護層７上に重畳され可溶導体３とも接続された発熱体引出電極４ｃが形成されている。

【0025】

ここで、絶縁保護層７は、ガラスなどの絶縁材料により構成されるとともに、熱伝導性フィラーが含有されている。そのため、絶縁保護層７は熱伝導効率が向上され、発熱体５の発熱を効率よく可溶導体３に伝える。これにより、熱伝導効率を上げるために絶縁保護層７を極度に薄く形成する必要が無く、ピンホール等の発生を防止できる程度に厚く形成して絶縁破壊を抑制することができる。また、絶縁保護層７を極度に薄く形成せずとも可溶導体３を速やかに溶断することができ、このため発熱体５が可溶導体３の溶断よりも先に損傷することも防止することができる。

【0026】

このような保護素子１は、外部回路に組み込まれることにより、可溶導体３が当該外部回路の電流経路の一部を構成し、発熱体５の発熱、あるいは定格を超える過電流によって溶断することにより電流経路を遮断する。以下、保護素子１の各構成について詳細に説明する。

【0027】

［絶縁基板］
絶縁基板２は、例えばアルミナ、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、絶縁基板２は、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。

【0028】

［第１、第２の電極］
絶縁基板２の相対向する両端部には、第１、第２の電極４ａ，４ｂが形成されている。第１、第２の電極４ａ，４ｂは、それぞれ、ＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成されている。また、第１、第２の電極４ａ，４ｂの表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、保護素子１は、第１、第２の電極４ａ，４ｂの酸化を防止し、導通抵抗の上昇に伴う定格の変動を防止することができる。また、保護素子１をリフロー実装する場合に、可溶導体３を接続する接続用ハンダが溶融することにより第１、第２の電極４ａ，４ｂを溶食（ハンダ食われ）するのを防ぐことができる。

【0029】

第１の電極４ａは、絶縁基板２の表面２ａより、キャスタレーションを介して裏面２ｂに形成された第１の外部接続電極１１と連続されている。また、第２の電極４ｂは、絶縁基板２の表面２ａより、キャスタレーションを介して裏面２ｂに形成された第２の外部接続電極１２と連続されている。保護素子１が外部回路基板に実装されると、第１、第２の外部接続電極１１，１２が、当該外部回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、可溶導体３が当該外部回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。

【0030】

第１、第２の電極４ａ，４ｂは、接続ハンダ等の導電接続材料を介して可溶導体３が搭載されることにより、可溶導体３を介して電気的に接続されている。また、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１、第２の電極４ａ，４ｂは、保護素子１に定格を超える大電流が流れ可溶導体３が自己発熱（ジュール熱）によって溶断し、あるいは発熱体５が通電に伴って発熱し可溶導体３が溶断することにより、接続遮断される。

【0031】

［発熱体］
発熱体５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、例えばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。発熱体５は、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２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ことができる。一例として、発熱体５は、酸化ルテニウム系ペーストと銀とガラスペーストの混合ペーストを所定の電圧に応じて調整し、絶縁基板２の表面２ａの所定の位置に所定の面積で製膜し、その後、適正条件にて焼成処理を行うことにより形成することができる。また、発熱体５の形状は適宜設計できるが、図１に示すように、絶縁基板２の形状に応じて略矩形状とすることが発熱面積を最大化するうえで好ましい。

【0032】

また、発熱体５は、一端部５ａが第１の引出電極１５と接続され、他端部５ｂが第２の引出電極１６と接続されている。第１の引出電極１５は、発熱体電極６から発熱体５の一端部５ａに沿って引き出し形成され、図１に示す保護素子１では、略矩形状に形成された発熱体５の一側縁に沿って延在されるとともに、当該発熱体５の一側縁が重畳されている。同様に、第２の引出電極１６は、中間電極８から発熱体５の他端部５ｂに沿って引き出し形成され、図１に示す保護素子１では、略矩形状に形成された発熱体５の他側縁に沿って延在されるとともに、当該発熱体５の他側縁が重畳されている。

【0033】

発熱体電極６及び中間電極８は、絶縁基板２の第１、第２の電極４ａ，４ｂが設けられた側縁と異なる相対向する側縁に形成されている。発熱体電極６は、発熱体５への給電電極であり、第１の引出電極１５を介して発熱体５の一端部５ａと接続されるとともに、キャスタレーションを介して絶縁基板２の裏面２ｂに形成された第３の外部接続電極１３と連続されている。

【0034】

発熱体電極６、第１、第２の引出電極１５，１６、及び中間電極８は、第１、第２の電極４ａ，４ｂと同様に、ＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって形成することができる。また、絶縁基板２の表面２ａ上に形成されるこれら各電極を同一の材料により構成することで、一度の印刷及び焼成工程で形成することができる。

【0035】

なお、発熱体電極６は、第３の外部接続電極１３と接続される外部回路基板の電極に設けられた接続用ハンダがリフロー実装等において溶融し、キャスタレーションを介して発熱体電極６上に這い上がり、発熱体電極６上に濡れ拡がることを防止する規制壁を設けてもよい。第１、第２の電極４ａ，４ｂも同様に、規制壁を設けてもよい。規制壁は、例えばガラスやソルダーレジスト、絶縁性接着剤等ハンダに対する濡れ性を有しない絶縁材料を用いて形成することができ、発熱体電極６上に印刷等により形成することができる。規制壁を設けることにより、溶融した接続用ハンダが発熱体電極６や第１、第２の電極４ａ，４ｂまで濡れ広がることを防止し、保護素子１と外部回路基板との接続性を維持することができる。

【0036】

中間電極８は、発熱体５と絶縁保護層７上に積層される発熱体引出電極４ｃとの間に設けられる電極であり、発熱体５の他端部５ｂと接続されるとともに、発熱体引出電極４ｃと接続されている。発熱体引出電極４ｃは、絶縁保護層７を介して発熱体５と重畳するとともに可溶導体３と接続される。

【0037】

［絶縁保護層］
また、発熱体５、第１の引出電極１５及び第２の引出電極１６は、絶縁保護層７に被覆されている。また、絶縁保護層７上には発熱体引出電極４ｃが形成され、可溶導体３が重畳されている。

【0038】

絶縁保護層７は、発熱体５の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体５の熱を効率よく発熱体引出電極４ｃ及び可溶導体３へ伝えるために設けられ、図３に示すように、発熱体５の発熱温度に対する耐熱性を有するガラス等の絶縁材料９により構成されるとともに、この絶縁材料９に熱伝導性フィラー１０が含有されている。絶縁材料９を構成するガラス原料としては、例えばシリカ系ガラスのオーバーコート用ガラスペーストや絶縁用ガラスペーストがある。

【0039】

絶縁保護層７は、例えばガラス系のペーストをスクリーン印刷等により塗布、焼成することにより形成することができる。図１に示す保護素子１では、絶縁保護層７は、絶縁基板２の表面２ａに形成された発熱体５を覆うように形成されている。

【0040】

絶縁保護層７の厚さは、ガラスペースト等の塗布性や可溶導体３の遮断時間の観点から設定される。すなわち、ガラスペーストは熱伝導性フィラー１０の含有量に応じて粘度が変わり、塗布厚みによっては絶縁破壊の原因となるピンホール等が生じたり、微細な開口パターンの場合にはマスクからペーストがはがれ難くなってパターンに欠損が生じたりする。また、絶縁保護層７の厚みが増すと、発熱体引出電極４ｃ及び可溶導体３までの距離が延びるため、絶縁保護層７の熱伝導率によっては可溶導体３の遮断時間が延びる。そのため、絶縁保護層７の厚さは、ガラスペースト等の材料の塗布性や、求められる可溶導体３の遮断時間に応じて適宜設定され、例えば１０μｍより厚く４０μｍ以下とされ、好ましくは２０μｍ以上４０μｍ以下とされる。

【0041】

［熱伝導性フィラー］
絶縁材料９に含有されている熱伝導性フィラー１０は、絶縁保護層７を構成する絶縁材料９よりも熱伝導率が高い。そのため、熱伝導性フィラー１０を含有することにより、絶縁保護層７は熱伝導効率が向上され、発熱体５の発熱を効率よく可溶導体３に伝える（図３参照）。これにより、絶縁保護層７をピンホール等の発生を防止できる程度に厚く形成して絶縁破壊を抑制するとともに、発熱体５の発熱を効率よく可溶導体３に伝達し、速やかに溶断することができる。また、可溶導体３を速やかに溶断することで、発熱体５が可溶導体３の溶断よりも先に損傷することも防止することができる。

【0042】

熱伝導性フィラー１０は、熱導電性に優れるフィラーであれば特に限定されない。熱伝導性フィラー１０は、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミナ、マグネシア、二酸化ケイ素等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等の窒化物等を用いることができる。これらの中でも、耐熱性（高熱信頼性）、低比重、低コスト化等の観点から、酸化アルミニウムや窒化アルミニウムを用いることが好ましい。熱伝導性フィラー１０としては、界面強化や分散性の向上を目的として、シランカップリング剤で処理したものを用いてもよい。また、熱伝導性フィラー１０は、１種単独で用いてもよいが、高熱伝導率のフィラーを含有するなど２種以上を併用し、絶縁保護層７が所望の熱伝達効率を具備するために必要な熱伝導性フィラー１０の体積容量を調整してもよい。

【0043】

また、熱伝導性フィラー１０の形状は特に限定されず、例えば、球状、粉末状、顆粒状、扁平状、鱗片状等の熱伝導性フィラーが挙げられる。

【0044】

熱伝導性フィラー１０は、熱伝導率の高いものを用いるほど、少ない含有量でも絶縁保護層７の熱伝導率を向上させることができる。また、熱伝導性フィラー１０は、熱伝導率の高いものを用いるほど、絶縁保護層７における所望の熱伝導率を確保するために必要な含有量が少なくなり、絶縁保護層７を構成する絶縁材料９の塗布粘度の上昇を抑え、良好な塗布性を有する。

【0045】

図４は、ガラス（熱伝導率：１Ｗ／ｍＫ）中に酸化アルミニウム（熱伝導率：４０Ｗ／ｍＫ）を分散させた絶縁保護層７の、熱伝導率と酸化アルミニウムの体積分率との対応を示すグラフである。図５は、ガラス（熱伝導率：１Ｗ／ｍＫ）中に窒化アルミニウム（熱伝導率：２８５Ｗ／ｍＫ）を分散させた絶縁保護層７の、熱伝導率と窒化アルミニウムの体積分率との対応を示すグラフである。

【0046】

なお、絶縁保護層７の熱伝導率は、例えばフィラーを配合した複合体の熱伝導率に関するBruggemanの式により求めることができる。下記に示すBruggemanの式では、樹脂とフィラーの熱伝導率、複合樹脂中に占めるフィラーの充填率、フィラー形状（球状）およびサイズの効果、近接フィラー間の温度分布の影響が考慮されている。

【0047】

【数1】

【0048】

熱伝導性フィラー１０と絶縁保護層７を構成する絶縁材料９との熱伝導率の差は１９Ｗ／ｍＫ以上とすることが好ましい。例えば、絶縁材料９としてガラス（熱伝導率：１Ｗ／ｍＫ）、熱伝導性フィラー１０としてアルミナ（含有量９６％）（熱伝導率：２０Ｗ／ｍＫ）を用いた場合、熱伝導率の差は１９Ｗ／ｍＫである。また、絶縁材料９としてガラス（熱伝導率：１Ｗ／ｍＫ）、熱伝導性フィラー１０として酸化マグネシウム（熱伝導率：５０Ｗ／ｍＫ）を用いた場合、熱伝導率の差は４９Ｗ／ｍＫである。後述するように、高熱伝導の熱伝導性フィラー１０を用いることにより、絶縁保護層７を所望の熱伝導率とするために必要な熱伝導性フィラー１０の体積容量が少なくなり、良好な塗布性を有し、製造効率を向上することができる。

【0049】

絶縁保護層７中の熱伝導性フィラー１０の含有量は、当該熱伝導性フィラー１０の熱伝導率、絶縁保護層７の所望の熱伝導率及び絶縁材料９の塗布性を踏まえて設定される。絶縁保護層７中の熱伝導性フィラー１０の含有量は、例えば、２０体積％超６０体積％未満とすることが好ましい。熱伝導性フィラー１０の含有量が２０体積％未満の場合、絶縁保護層７の熱伝導率の向上が図れず、絶縁保護層７や可溶導体３の厚さやによっては可溶導体３の速やかな溶断が困難となる。また、熱伝導性フィラー１０の含有量が６０体積％を超えると、絶縁材料９の塗布粘度が高くなり、塗布厚によっては塗布性に支障をきたす。例えば、絶縁保護層７に２Ｗ／ｍＫの熱伝導率を確保するための熱伝導性フィラー１０の含有量は、２０Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導率を有する熱伝導性フィラー１０を用いて２０～２５体積％である。

【0050】

熱伝導性フィラー１０の平均粒子径は、例えば、０．５～２０μｍの範囲とすることができる。また、熱伝導性フィラー１０の充填量の高充填（最密充填）化を狙うとともに、絶縁保護層７の熱伝導率をより向上させる観点から、平均粒子径が異なる２種以上の熱伝導性フィラー１０を用いてもよい。単一の熱伝導性フィラー１０を用いた場合には、粒子と粒子の間に隙間ができる場合があるが、平均粒子径が異なる２種以上の熱伝導性フィラー１０を用いることで、粒子と粒子の間の隙間が埋まりやすくなり、その結果、絶縁保護層７をより高熱伝導化させることができる。例えば、分散性と高熱伝導性の観点では、熱伝導性フィラー１０として、平均粒子径０．５～５μｍの小径のフィラーと、平均粒子径５～２０μｍの大径のフィラーを併用することが好ましい。

【0051】

また、平均粒子径の異なる２種の熱伝導性フィラー１０を併用する場合、相対的に小径の熱伝導性フィラー１０と、相対的に大径の熱伝導性フィラー１０との体積比（小径の熱伝導性フィラー：大径の熱伝導性フィラー）は、例えば、１５：８５～９０：１０の範囲とすることができ、４０：６０～６０：４０の範囲とすることもできる。

【0052】

保護素子１は、外部回路基板に実装されることにより、第３の外部接続電極１３を介して発熱体５と外部回路に形成された電流制御素子等とが接続される。発熱体５は、平常時においては通電及び発熱が規制されているが、外部回路の通電経路を遮断する所定のタイミングで第３の外部接続電極１３を介して通電され、発熱する。

【0053】

保護素子１は、発熱体５の熱が絶縁保護層７及び発熱体引出電極４ｃを介して可溶導体３に伝達することにより、第１、第２の通電部４ａ，４ｂを接続している可溶導体３を溶融させることができる。このとき、保護素子１によれば、絶縁保護層７を構成する絶縁材料９に熱伝導性フィラー１０が含有されているため、発熱体５の発熱を効率よく可溶導体３に伝える。これにより、可溶導体３を速やかに溶断することができる。絶縁保護層７は、高熱伝達効率を備えるため、可溶導体３に速やかに熱を伝えるために極度に薄く形成する必要が無く、ピンホール等の発生を防止でき、絶縁破壊を抑制することができる。また、可溶導体３を速やかに溶断することで、発熱体５が可溶導体３の溶断よりも先に損傷することも防止することができる。

【0054】

可溶導体３の溶融導体３ａは発熱体引出電極４ｃ上及び第１、第２の通電部４ａ，４ｂに凝集し、これにより第１、第２の通電部４ａ，４ｂ間の電流経路が遮断される（図２）。なお、後述するように、発熱体５は、可溶導体３が溶断することにより、自身の通電経路も遮断されることから発熱が停止する。

【0055】

［発熱体引出電極］
絶縁保護層７上に形成される発熱体引出電極４ｃは、一端を中間電極８と接続されるとともに、絶縁保護層７を介して発熱体５と重畳されている。また、発熱体引出電極４ｃは、接続ハンダ等の接合材料を介して、第１、第２の電極４ａ，４ｂ間において、可溶導体３が接続されている。

【0056】

また、発熱体引出電極４ｃは、第１、第２の電極４ａ，４ｂと同様に、ＡｇやＣｕ等の導電ペーストを印刷、焼成することによって形成することができる。また、発熱体引出電極４ｃの表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。

【0057】

［可溶導体］
次いで、可溶導体３について説明する。可溶導体３は、第１及び第２の電極４ａ，４ｂ間にわたって実装され、発熱体５の通電による発熱、又は定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、第１の電極４ａと第２の電極４ｂとの間の電流経路を遮断するものである。

【0058】

可溶導体３は、発熱体５の通電による発熱、又は過電流状態によって溶融する導電性の材料であればよく、例えば、ＳｎＡｇＣｕ系のＰｂフリーハンダや、ＢｉＰｂＳｎ合金、ＢｉＰｂ合金、ＢｉＳｎ合金、ＳｎＰｂ合金、ＰｂＩｎ合金、ＺｎＡｌ合金、ＩｎＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金等を用いることができる。

【0059】

また、可溶導体３は、高融点金属と、低融点金属とを含有する構造体であってもよい。例えば、図６に示すように、可溶導体３は、内層と外層とからなる積層構造体であり、内層として低融点金属層１８、低融点金属層１８に積層された外層として高融点金属層１９を有する。可溶導体３は、第１、第２の電極４ａ，４ｂ及び発熱体引出電極４ｃ上に接続ハンダ等の接合材料を介して接続される。

【0060】

低融点金属層１８は、好ましくは、ハンダ又はＳｎを主成分とする金属であり、「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料である。低融点金属層１８の融点は、必ずしもリフロー温度よりも高い必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。高融点金属層１９は、低融点金属層１８の表面に積層された金属層であり、例えば、Ａｇ若しくはＣｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする金属であり、第１、第２の電極４ａ，４ｂ及び発熱体引出電極４ｃと可溶導体３との接続や保護素子１の外部回路基板上への実装をリフローによって行う場合においても溶融しない高い融点を有する。

【0061】

このような可溶導体３は、低融点金属箔に、高融点金属層をメッキ技術を用いて成膜することによって形成することができ、あるいは、他の周知の積層技術、膜形成技術を用いて形成することもできる。また、可溶導体３は、低融点金属層１８の全面が高融点金属層１９によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。なお、可溶導体３は、高融点金属層１９を内層とし、低融点金属層１８を外層として構成してもよく、また低融点金属層１８と高融点金属層１９とが交互に積層された３層以上の多層構造とする、外層の一部に開口部を設けて内層の一部を露出させるなど、様々な構成によって形成することができる。

【0062】

可溶導体３は、内層となる低融点金属層１８に、外層として高融点金属層１９を積層することによって、リフロー温度が低融点金属層１８の溶融温度を超えた場合であっても、可溶導体３として形状を維持することができ、溶断するに至らない。したがって、第１、第２の電極４ａ，４ｂ及び発熱体引出電極４ｃと可溶導体３との接続や保護素子１の外部回路基板上への実装を、リフローによって効率よく行うことができ、また、リフローによっても可溶導体３の変形に伴って局所的に抵抗値が高く又は低くなる等により所定の温度で溶断しない、あるいは所定の温度未満で溶断する等の溶断特性の変動を防止することができる。

【0063】

また、可溶導体３は、所定の定格電流が流れている間は、自己発熱によっても溶断することがない。そして、定格よりも高い値の電流が流れると、自己発熱によって溶融し、第１、第２の電極４ａ，４ｂ間の電流経路を遮断する。また、発熱体５が通電され発熱することにより溶融し、第１、第２の電極４ａ，４ｂ間の電流経路を遮断する。

【0064】

このとき、可溶導体３は、溶融した低融点金属層１８が高融点金属層１９を溶食（ハンダ食われ）することにより、高融点金属層１９が溶融温度よりも低い温度で溶解する。したがって、可溶導体３は、低融点金属層１８による高融点金属層１９の浸食作用を利用して短時間で溶断することができる。また、可溶導体３の溶融導体３ａは、発熱体引出電極４ｃ及び第１、第２の電極４ａ，４ｂの物理的な引き込み作用により分断されることから、速やかに、かつ確実に、第１、第２の電極４ａ，４ｂ間の電流経路を遮断することができる（図２）。

【0065】

また、可溶導体３は、低融点金属層１８の体積を、高融点金属層１９の体積よりも多く形成することが好ましい。可溶導体３は、過電流による自己発熱又は発熱体５の発熱によって加熱され、低融点金属が溶融することにより高融点金属を溶食し、これにより速やかに溶融、溶断することができる。したがって、可溶導体３は、低融点金属層１８の体積を高融点金属層１９の体積よりも多く形成することにより、この溶食作用を促進し、速やかに第１、第２の電極４ａ，４ｂ間を遮断することができる。

【0066】

また、可溶導体３は、内層となる低融点金属層１８に高融点金属層１９が積層されて構成されているため、溶断温度を従来の高融点金属からなるチップヒューズ等よりも大幅に低減することができる。したがって、可溶導体３は、同一サイズのチップヒューズ等に比して、断面積を大きくでき電流定格を大幅に向上させることができる。また、同じ電流定格をもつ従来のチップヒューズよりも小型化、薄型化を図ることができ、速溶断性に優れる。

【0067】

また、可溶導体３は、保護素子１が組み込まれた電気系統に異常に高い電圧が瞬間的に印加されるサージへの耐性（耐パルス性）を向上することができる。すなわち、可溶導体３は、例えば１００Ａの電流が数ｍｓｅｃ流れたような場合にまで溶断してはならない。この点、極短時間に流れる大電流は導体の表層を流れることから（表皮効果）、可溶導体３は、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層１９が設けられているため、サージによって印加された電流を流しやすく、自己発熱による溶断を防止することができる。したがって、可溶導体３は、従来のハンダ合金からなるヒューズに比して、大幅にサージに対する耐性を向上させることができる。

【0068】

なお、可溶導体３は、酸化防止、及び溶断時の濡れ性の向上等のため、フラックス（図示せず）を塗布してもよい。また、保護素子１は、絶縁基板２がケース１７に覆われることによりその内部が保護されている。ケース１７は、例えば、各種エンジニアリングプラスチック、熱可塑性プラスチック、セラミックス、ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成することができる。また、ケース１７は、絶縁基板２の表面２ａ上に、可溶導体３が溶融時に球状に膨張し、溶融導体３ａが発熱体引出電極４ｃや第１、第２の電極４ａ，４ｂ上に凝集するのに十分な内部空間を有する。

【0069】

［回路構成例］
このような保護素子１は、例えばリチウムイオン二次電池のバッテリパック２０内の回路に組み込まれて用いられる。図７に示すように、バッテリパック２０は、例えば、合計４個のリチウムイオン二次電池のバッテリセル２１ａ～２１ｄからなるバッテリスタック２５を有する。

【0070】

バッテリパック２０は、バッテリスタック２５と、バッテリスタック２５の充放電を制御する充放電制御回路２６と、バッテリスタック２５の異常時に充放電経路を遮断する本発明が適用された保護素子１と、各バッテリセル２１ａ～２１ｄの電圧を検出する検出回路２７と、検出回路２７の検出結果に応じて保護素子１の動作を制御するスイッチ素子となる電流制御素子２８とを備える。

【0071】

バッテリスタック２５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２１ａ～２１ｄが直列接続されたものであり、バッテリパック２０の正極端子２０ａ、負極端子２０ｂを介して、着脱可能に充電装置２２に接続され、充電装置２２からの充電電圧が印加される。充電装置２２により充電されたバッテリパック２０は、正極端子２０ａ、負極端子２０ｂ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。

【0072】

充放電制御回路２６は、バッテリスタック２５と充電装置２２との間の電流経路に直列接続された２つの電流制御素子２３ａ、２３ｂと、これらの電流制御素子２３ａ、２３ｂの動作を制御する制御部２４とを備える。電流制御素子２３ａ、２３ｂは、たとえば電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという。）により構成され、制御部２４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２５の電流経路の充電方向及び／又は放電方向への導通と遮断とを制御する。制御部２４は、充電装置２２から電力供給を受けて動作し、検出回路２７による検出結果に応じて、バッテリスタック２５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２３ａ、２３ｂの動作を制御する。

【0073】

保護素子１は、例えば、バッテリスタック２５と充放電制御回路２６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２８によって制御される。

【0074】

検出回路２７は、各バッテリセル２１ａ～２１ｄと接続され、各バッテリセル２１ａ～２１ｄの電圧値を検出して、各電圧値を充放電制御回路２６の制御部２４に供給する。また、検出回路２７は、バッテリセル２１ａ～２１ｄのいずれか１つ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２８を制御する制御信号を出力する。

【0075】

電流制御素子２８は、たとえばＦＥＴにより構成され、検出回路２７から出力される検出信号によって、バッテリセル２１ａ～２１ｄ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１を動作させて、バッテリスタック２５の充放電電流経路を電流制御素子２３ａ、２３ｂのスイッチ動作によらず遮断するように制御する。

【0076】

以上のような構成からなるバッテリパック２０に用いられる、本発明が適用された保護素子１は、図８に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子１は、第１の外部接続電極１１がバッテリスタック２５側と接続され、第２の外部接続電極１２が正極端子２０ａ側と接続され、これにより可溶導体３がバッテリスタック２５の充放電経路上に直列に接続される。また、保護素子１は、発熱体５が発熱体電極６及び第３の外部接続電極１３を介して電流制御素子２８と接続されるとともに、発熱体５がバッテリスタック２５の開放端と接続される。このように、発熱体５は、一端を発熱体引出電極４ｃを介して可溶導体３及びバッテリスタック２５の一方の開放端と接続され、他端を第３の外部接続電極１３を介して電流制御素子２８及びバッテリスタック２５の他方の開放端と接続される。これにより電流制御素子２８によって通電が制御可能な発熱体５への給電経路が形成される。

【0077】

［保護素子の動作］
検出回路２７がバッテリセル２１ａ～２１ｄのいずれかの異常電圧を検出すると、電流制御素子２８へ遮断信号を出力する。すると、電流制御素子２８は、発熱体５に通電するよう電流を制御する。保護素子１は、バッテリスタック２５から、発熱体５に電流が流れ、これにより発熱体５が発熱を開始する。保護素子１は、発熱体５の発熱により可溶導体３が溶断し、バッテリスタック２５の充放電経路を遮断する。また、保護素子１は、可溶導体３を高融点金属と低融点金属とを含有させて形成することにより、高融点金属の溶断前に低融点金属が溶融し、溶融した低融点金属による高融点金属の溶食作用を利用して短時間で可溶導体３を溶解させることができる。

【0078】

このとき、保護素子１は、絶縁保護層７に熱伝導性フィラー１０が含有されることにより、熱伝導率が向上されている。これにより、絶縁保護層７は、発熱体５の発熱を効率よく可溶導体３に伝達し、速やかに溶断することができる。また、絶縁保護層７は、極度に薄く形成する必要が無く、ピンホール等の発生を防止できるため、発熱体電極６、第１の引出電極１５又は発熱体５と、発熱体引出電極４ｃとの間の絶縁破壊（スパーク）を防止することができる。さらに、可溶導体３を速やかに溶断することで、発熱体５が可溶導体３の溶断よりも先に損傷することも防止することができ、安全かつ速やかに電流経路を遮断できる。

【0079】

保護素子１は、可溶導体３が溶断することにより、発熱体５への給電経路も遮断されるため、発熱体５の発熱が停止される。

【0080】

なお、保護素子１は、バッテリパック２０に定格を超える過電流が通電された場合にも、可溶導体３が自己発熱により溶融し、バッテリパック２０の充放電経路を遮断することができる。

【0081】

このように、保護素子１は、発熱体５の通電による発熱、あるいは過電流による可溶導体３の自己発熱によって可溶導体３が溶断する。上述したように、保護素子１は、回路基板へのリフロー実装時や、保護素子１が実装された回路基板が更にリフロー加熱等の高温環境下に曝された場合にも、低融点金属が高融点金属によって被覆された構造を有することにより、可溶導体３の変形が抑制されている。したがって、可溶導体３の変形による抵抗値の変動等に起因する溶断特性の変動が防止され、所定の過電流や発熱体５の発熱によって速やかに溶断することができる。

【0082】

本発明に係る保護素子１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。

【0083】

［変形例１］
本技術が適用された保護素子の変形例について説明する。なお、以下の説明において上述した保護素子１と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略することがある。図９に示す保護素子３０は、絶縁保護層７を、表面に発熱体５が形成される基板側保護層７ａと、基板側保護層７ａ上に形成された発熱体５を覆う被覆保護層７ｂとにより構成する。基板側保護層７ａは、絶縁基板２の表面２ａに形成され、発熱体５及び第１、第２の引出電極１５，１６が形成されている。被覆保護層７ｂは、基板側保護層７ａ上に積層形成されることにより、基板側保護層７ａとともに発熱体５を覆う。これにより絶縁保護層７は、内部に発熱体５が設けられる。また、被覆保護層７ｂは、発熱体引出電極４ｃが積層されている。基板側保護層７ａ及び被覆保護層７ｂの形成方法は、上述した絶縁保護層７と同様である。

【0084】

被覆保護層７ｂは、基板側保護層７ａよりも熱伝導率が高いことが好ましい。これにより、発熱体５の発熱が絶縁基板２側に逃げにくくするとともに被覆保護層７ｂ側により速く熱を伝達することが可能となり、単位時間当たりの被覆保護層７ｂ側へ伝わる熱量が増え、効率よく可溶導体３を加熱することができる。被覆保護層７ｂの熱伝導率を基板側保護層７ａよりも高くする方法としては、例えば被覆保護層７ｂにのみ熱伝導性フィラー１０を含有させ、基板側保護層７ａには熱伝導性フィラー１０を含有しないようにする方法がある。また、被覆保護層７ｂに含有する熱伝導性フィラー１０を、基板側保護層７ａに含有する熱伝導性フィラー１０よりも熱伝導率の高いものを使用する方法がある。あるいは、被覆保護層７ｂに含有する熱伝導性フィラー１０の量を、基板側保護層７ａに含有する熱伝導性フィラー１０の量よりも多くする方法がある。本技術は、被覆保護層７ｂの熱伝導率を基板側保護層７ａよりも高くする方法として、これらの方法に限定されないことはもちろんである。

【0085】

［変形例２］
次いで、本技術が適用された保護素子の他の変形例について説明する。なお、以下の説明において上述した保護素子１，３０と同じ部材については同一の符号を付してその詳細を省略することがある。図１０、図１１に示すように、本技術が適用された保護素子４０は、絶縁基板の裏面に発熱体を設けてもよい。保護素子４０は、絶縁基板２の表面２ａと反対側の裏面２ｂに、発熱体５、第１，第２の引出電極１５，１６及びこれらを被覆する絶縁保護層７が形成されている。また、絶縁基板２の裏面２ｂには、発熱体電極６、裏面側中間電極８ｂ、第１、第２の外部接続電極１１，１２が形成されている。

【0086】

また、絶縁基板２の表面２ａには、第１、第２の電極４ａ，４ｂと、可溶導体３と、発熱体引出電極４ｃと、表面側中間電極８ａが形成されている。

【0087】

裏面側中間電極８ｂは、上述した中間電極８と同様に、第２の引出電極１６が引き出されている。また、表面側中間電極８ａと裏面側中間電極８ｂは、絶縁基板２の側面に形成されたキャスタレーションや絶縁基板２を貫通する導電スルーホール等により電気的に接続されている。表面側中間電極８ａは、発熱体引出電極４ｃが接続されている。表面側中間電極８ａと裏面側中間電極８ｂは、上述した中間電極８と同様の材料、同様の工程によって形成することができる。

【0088】

発熱体引出電極４ｃは、表面側中間電極８ａ及び裏面側中間電極８ｂを介して発熱体５と電気的及び熱的に接続される。すなわち、保護素子４０は、発熱体５が絶縁基板２を介して発熱体引出電極４ｃを加熱するとともに、熱伝導性に優れる表面側中間電極８ａ及び裏面側中間電極８ｂを介して発熱体４の熱が発熱体引出電極４ｃに伝わり、可溶導体３を加熱、溶断することができる（図１１（Ａ）（Ｂ））。

【0089】

なお、保護素子４０では、発熱体電極６が外部回路基板の電極と接続される外部接続電極ともなるため、保護素子１に設けた第３の外部接続電極１３は設けられていない。

【0090】

保護素子４０においては、絶縁保護層７は、保護素子３０と同様に、絶縁保護層７を、表面に発熱体５が形成される基板側保護層７ａと、基板側保護層７ａ上に形成された発熱体５を覆う被覆保護層７ｂとにより構成する。基板側保護層７ａは絶縁基板２の裏面２ｂに形成され、表面に発熱体５及び第１、第２の引出電極１５，１６が形成されている。が形成される。被覆保護層７ｂは、基板側保護層７ａ上に積層形成されることにより、基板側保護層７ａとともに発熱体５を覆う。

【0091】

保護素子４０に係る被覆保護層７ｂは、基板側保護層７ａよりも熱伝導率が低いことが好ましい。これにより、発熱体５の発熱が被覆保護層７ｂ側に逃げにくくするとともに絶縁基板２側により速く熱を伝達することが可能となり、単位時間当たりの基板側保護層７ａ側へ伝わる熱量が増え、効率よく可溶導体３を加熱することができる。基板側保護層７ａの熱伝導率を被覆保護層７ｂよりも高くする方法としては、例えば基板側保護層７ａにのみ熱伝導性フィラー１０を含有させ、被覆保護層７ｂには熱伝導性フィラー１０を含有しないようにする方法がある。また、基板側保護層７ａに含有する熱伝導性フィラー１０を、被覆保護層７ｂに含有する熱伝導性フィラー１０よりも熱伝導率の高いものを使用する方法がある。あるいは、基板側保護層７ａに含有する熱伝導性フィラー１０の量を、被覆保護層７ｂに含有する熱伝導性フィラー１０の量よりも多くする方法がある。本技術は、基板側保護層７ａの熱伝導率を被覆保護層７ｂよりも高くする方法として、これらの方法に限定されないことはもちろんである。

【実施例0092】

次いで、本技術の実施例１及び実施例２について説明する。実施例１では、絶縁保護層としてガラス層を形成し、ガラス層の厚さ及び熱伝導率を変えた保護素子サンプルを用意し、発熱体の通電から可溶導体の遮断に要するまでの時間（遮断時間）を計測した。保護素子の構成は、上述した保護素子３０と同様である。発熱体は酸化ルテニウムにより形成し、厚さ１５μｍとした。発熱体へは印加電圧６０Ｖで１５Ａを通電した。

【0093】

ガラス層の膜厚は、発熱体上部の被覆保護層の膜厚をいい、各サンプルの膜厚は１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍとした。基板側保護層の厚さは１５μｍとした。ガラス層に含有させる熱伝導性フィラーは酸化アルミニウム（熱伝導率：４０Ｗ／ｍＫ）を使用した。また、ガラス層の熱伝導率は、熱伝導性フィラーの体積分率を変えることにより１Ｗ／ｍＫ～２０Ｗ／ｍＫの範囲で調整した（図４参照）。

【0094】

保護素子サンプルの評価は、遮断時間を基準とし、０．２秒以下を優（◎）、０．２秒超０．３秒以下を良（○）、０．３秒超を不良（×）とした。電圧を印加した際に絶縁破壊が生じた場合、当該膜厚を有する保護素子サンプルの評価はガラス層の熱伝導率に関わらず全て不良（×）とした。

【0095】

【表1】

【0096】

【表2】

【0097】

【表3】

【0098】

【表4】

【0099】

表１に示すように、ガラス層の膜厚を１０μｍとした保護素子サンプルにおいて絶縁破壊が生じたため、当該膜厚のサンプルは全て不良とした。

【0100】

表２に示すように、ガラス層の膜厚を２０μｍとした保護素子では、全てのサンプルにおいて遮断時間が０．３秒以下であった。

【0101】

表３に示すように、ガラス層の膜厚を３０μｍとした保護素子では、ガラス層の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ及び１．２５Ｗ／ｍＫのサンプルで遮断時間が０．３秒を超えたが、ガラス層の熱伝導率が１．５Ｗ／ｍＫ以上のサンプルでは遮断時間が０．３秒以下であった。

【0102】

表４に示すように、ガラス層の膜厚を４０μｍとした保護素子では、ガラス層の熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ～１．７５Ｗ／ｍＫのサンプルで遮断時間が０．３秒を超えたが、ガラス層の熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上のサンプルでは遮断時間が０．３秒以下であった。

【0103】

以上のように、熱伝導率が高い熱伝導性フィラーを含有させ絶縁保護層の熱伝導率を高くするほど、絶縁保護層を厚く形成することができ絶縁破壊が防止された信頼性の高い保護素子を提供でき、且つ溶断時間も短くできる。また、絶縁保護層の厚みが同じであれば、絶縁保護層の熱伝導率が高くなるほど、溶断時間を短縮することができ、より応答性の高い保護素子を提供できる。

【実施例0104】

実施例２では、絶縁保護層としてガラス層を形成し、絶縁保護層の熱伝導率を２Ｗ／ｍＫとするために必要な熱伝導性フィラーの体積容量（％）を熱伝導性フィラーの熱伝導率毎に求め、ガラスペーストの塗布性について評価した。

【0105】

絶縁保護層は、ガラスペーストを絶縁基板上にスクリーン印刷により形成した。マスクの開口部は１０００×１００μｍとし、ガラスペーストの塗布厚は２０μｍとした。

【0106】

塗布性の評価指標としては、塗布パターンにピンホールや欠損もなくスムーズに印刷できた場合を〇（優良）、印刷速度を落として良好な印刷状態を得た場合を△（普通）、印刷速度を落としてもピンホールや欠損が発生した場合を×（不良）とした。

【0107】

【表5】

【0108】

表５に示すように、ガラスペーストに対する熱伝導性フィラーの体積容量が３５％以上となると絶縁保護層を構成するガラスペーストの粘度上昇を招くため、塗布性が低下することが分かる。

【0109】

すなわち、熱伝導性フィラーの熱伝導率が低いほど、絶縁保護層の熱伝導率を２Ｗ／ｍＫとするために必要な熱伝導性フィラーの体積容量は多くなり、絶縁保護層を構成するガラスペーストの粘度上昇を招くため、塗布性が低下する。

【0110】

一方、熱伝導性フィラーの熱伝導率が高くなるほど、絶縁保護層の熱伝導率を２Ｗ／ｍＫとするために必要な熱伝導性フィラーの体積容量は少なくて済み、ガラスペーストの粘度上昇を抑え、良好な塗布性を有する。

【0111】

実施例２では、熱伝導性フィラーの体積容量を２５％以下に抑えることで、ガラスペーストの良好な塗布性を備えることが分かる。そのため、絶縁保護層の熱伝導率を２Ｗ／ｍＫとするために、熱伝導性フィラーとして少なくとも２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を備えるものを含有させることが有効であることが分かる。