保护元件和电池组

技术领域

本技术涉及在过充电、过放电等异常时切断电流路径的保护元件以及使用了该保护元件的电池组。本申请是以在日本2021年9月10日申请的日本专利申请号日本特愿2021-148187为基础来主张优先权的申请，该申请通过参照而引用于本申请。

背景技术

能够充电而反复利用的二次电池大部分被加工成电池组而提供给用户。特别是在重量能量密度高的锂离子二次电池中，为了确保用户以及电子设备的安全，一般将过充电保护、过放电保护等数个保护电路内置于电池组，具有在规定的情况下切断电池组的输出的功能。

作为面向这样的锂离子二次电池等的保护电路的保护元件，使用在保护元件内部具有发热体，通过该发热体的发热将电流路径上的可熔导体熔断的结构。

锂离子二次电池的用途近年来在不断扩大，开始用于更大电流的用途，例如电动螺丝刀等电动工具、无人机、电动摩托车、混合动力汽车、电动汽车、电动助力自行车等设备。这样，由于锂离子二次电池的用途的扩大，保护元件也需要满足各种要求，其中，与高响应、高可靠性相关的特性在确保安全的保护元件的性质上成为最重要的指标之一。

图12是表示现有的保护元件的一个构成例的图，(A)是省略罩构件而表示的俯视图，(B)是截面图，(C)是仰视图。图12所示的保护元件100具备绝缘基板10、形成在绝缘基板101的表面上的第一、第二电极102、103、形成在绝缘基板101的表面的发热体104、覆盖发热体104的绝缘层105、层叠在绝缘层105上并且与发热体104连接的发热体引出电极106以及经由连接用焊料遍及第一电极102、发热体引出电极106以及第二电极103而搭载的可熔导体即熔丝元件107。

第一、第二电极102、103是在连接保护元件100的外部电路的电流路径上连接的端子部，第一电极102经由雉堞部(castellation)与形成在绝缘基板101的背面的第一外部连接电极102a连接，第二电极103经由雉堞部与形成在绝缘基板101的背面的第二外部连接电极103a连接。保护元件100通过第一、第二外部连接电极102a、103a与设置在安装保护元件100的外部电路基板的连接电极连接，从而熔丝元件107被装入到形成在外部电路基板上的电流路径的一部分。

发热体104是电阻值比较高且通电时发热的具有导电性的构件，例如由镍铬合金、W、Mo、Ru等或包含它们的材料构成。另外，发热体104与形成在绝缘基板101的表面上的发热体电极108连接。发热体电极108经由雉堞部与形成于绝缘基板101的背面的第三外部连接电极108a连接。保护元件100通过第三外部连接电极108a与设置于安装保护元件100的外部电路基板的连接电极连接，从而发热体104与设置于外部电路的外部电源连接。而且，发热体104通过未图示的开关元件等始终被控制通电以及发热。

发热体104被由玻璃层等构成的绝缘层105覆盖，并且在绝缘层105上形成发热体引出电极106，由此隔着绝缘层105与发热体引出电极106重叠。此外，在发热体引出电极106上连接有遍及第一、第二电极102、103之间而连接的熔丝元件107。

由此，保护元件100中，发热体104与熔丝元件107通过重叠而热连接，若发热体104因通电而发热，则能够熔断熔丝元件107。

熔丝元件107由无Pb焊料等低熔点金属、Ag、Cu或以它们为主成分的合金等高熔点金属形成，或者具有低熔点金属和高熔点金属的层叠结构。并且，熔丝元件107从第一电极102经由发热体引出电极106连接到第二电极103，从而构成组装有保护元件100的外部电路的电流路径的一部分。而且，熔丝元件107由于通入超过额定的电流而由于自发热(焦耳热)而熔断，或者由于发热体104的发热而熔断，将第一、第二电极102、103间切断。

并且，保护元件100在需要切断外部电路的电流路径时，通过开关元件向发热体104通电。由此，保护元件100的发热体104发热至高温，组装在外部电路的电流路径上的熔丝元件107熔融。熔丝元件107的熔融导体被吸引到润湿性高的发热体引出电极106以及第一、第二电极102、103，从而熔丝元件107熔断。因此，保护元件100能够使第一电极102～发热体引出电极106～第二电极103之间熔断，切断外部电路的电流路径。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-35281号公报

发明内容

发明所要解决的课题

绝缘层105例如使用厚膜印刷技术形成。通过印刷工艺能够形成的玻璃的厚度一般为10μm～60μm左右，能够形成得非常薄，因此能够将发热体104中产生的热有效地传递到熔丝元件107。

但是，二次电池的用途的高电压化不断发展，对发热体104施加的电压也标准地使用超过安全且低电压的42V。另外，如上所述，绝缘层105形成得非常薄，因此有时会形成在印刷时在玻璃层内产生的针孔等。因此，如图13所示，在对发热体104施加高电压时，会在针孔等绝缘性能降低的部位发生绝缘破坏，在发热体104进行充分的发热之前，有时发热体104被破坏。

作为其对策，可举出增加印刷的次数而增厚绝缘层105的厚度。为了防止向发热体104通电时的绝缘破坏，绝缘层105一般以20μm以上的膜厚形成。

但是，绝缘层105的膜厚越厚，向熔丝元件107的热传导效率越低，在为了实现应对大电流的保护元件而使熔丝元件107的厚度增大的情况下等，不能迅速熔断。

因此，本技术的目的在于提供一种实现防止熔丝元件的快速熔断和绝缘破坏，能够应对高响应性、高可靠性的保护元件及电池组。

用于解决课题的方法

为了解决上述的课题，本技术所涉及的保护元件具备绝缘基板、设置于上述绝缘基板的第一、第二电极、形成于上述绝缘基板的发热体、与上述发热体电连接的发热体引出电极、经由上述发热体引出电极从上述第一电极遍及到上述第二电极而搭载的可熔导体以及覆盖上述发热体的绝缘保护层，上述绝缘保护层含有导热性填料。

另外，本技术所涉及的电池组具备一个以上的电池单元、连接在上述电池单元的充放电路径上并切断该充放电路径的保护元件以及检测上述电池单元的电压值来控制向上述保护元件的通电的电流控制元件，上述保护元件具备绝缘基板、设置于上述绝缘基板的第一电极、第二电极、形成于上述绝缘基板的发热体、与上述发热体电连接的发热体引出电极、经由上述发热体引出电极从上述第一电极遍及到上述第二电极而搭载的可熔导体以及覆盖上述发热体的绝缘保护层，上述绝缘保护层含有导热性填料。

发明效果

根据本技术，通过提高绝缘层的导热系数，从发热体向可熔导体的传热速度变高，另外，能够防止绝缘破坏，能够提供应对高响应性、高可靠性的保护元件。

附图说明

[图1]图1是示出应用了本技术的保护元件的一个构成例的图，(A)是省略罩构件而示出的俯视图，(B)是截面图，(C)是仰视图。

[图2]图2是示出在图1所示的保护元件中可熔导体熔断后的状态的图，(A)是省略罩构件而示出的平面图，(B)是截面图。

[图3]图3是示出绝缘保护层中的热传导的概念图。

[图4]图4是表示在玻璃(导热系数：1W/mK)中分散有氧化铝(导热系数：40W/mK)的绝缘保护层的导热系数与氧化铝体积分数的对应关系的图表。

[图5]图5是表示在玻璃(导热系数：1W/mK)中分散有氮化铝(导热系数：285W/mK)的绝缘保护层的导热系数与氮化铝体积分数的对应关系的图表。

[图6]图6是可熔导体的截面图。

[图7]图7是表示电池组的构成例的电路图。

[图8]图8是保护元件的电路图。

[图9]图9是示出应用了本技术的保护元件的变形例的截面图。

[图10]图10是示出在绝缘基板的背面设置有发热体的保护元件的一个构成例的图，(A)是省略罩构件而示出的俯视图，(B)是截面图，(C)是仰视图。

[图11]图11是示出在图10所示的保护元件中可熔导体熔断后的状态的图，(A)是省略罩构件而示出的平面图，(B)是截面图。

[图12]图12是表示现有的保护元件的图，(A)是俯视图，(B)是截面图，(C)是仰视图。

[图13]图13是表示在图12所示的保护元件中产生火花的状态的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本技术的保护元件以及电池组进行详细说明。需要说明的是，本技术并不仅限于以下的实施方式，当然能够在不脱离本技术的主旨的范围内进行各种变更。另外，附图是示意性的，各尺寸的比率等有时与现实不同。具体的尺寸等应参考以下的说明来判断。另外，当然在附图相互间也包含彼此的尺寸的关系、比率不同的部分。

如图1(A)～(C)所示，应用了本技术的保护元件1具备绝缘基板2、支撑在绝缘基板2上的可熔导体3、与可熔导体3连接的第一电极4a、第二电极4b及发热体引出电极4c、设置在绝缘基板2上且通过通电而发热的发热体5、与发热体5连接且成为向发热体5的供电端子的发热体电极6以及覆盖发热体5的绝缘保护层7。

在图1所示的保护元件1中，在绝缘基板2的支撑有可熔导体3的表面2a形成有发热体5及覆盖发热体5的绝缘保护层7。另外，在绝缘基板2的表面2a，作为通电部，形成有与可熔导体3的一端部连接的第一电极4a及与可熔导体3的另一端部连接的第二电极4b。进而，在绝缘基板2的表面2a侧形成有发热体引出电极4c，该发热体引出电极4c与发热体5电连接，并且还与重叠在绝缘保护层7上的可熔导体3连接。

在此，绝缘保护层7由玻璃等绝缘材料构成，并且含有导热性填料。因此，绝缘保护层7的热传导效率提高，将发热体5的发热高效地传递到可熔导体3。由此，不需要为了提高热传导效率而将绝缘保护层7形成得极薄，能够较厚地形成为能够防止针孔等的产生的程度而抑制绝缘破坏。另外，即使不将绝缘保护层7形成得极薄也能够迅速地熔断可熔导体3，因此也能够防止发热体5在可熔导体3熔断前损伤。

这样的保护元件1通过组装入外部电路，从而可熔导体3构成该外部电路的电流路径的一部分，通过发热体5的发热或者超过额定值的过电流而熔断，从而切断电流路径。以下，对保护元件1的各构成进行详细说明。

[绝缘基板]

绝缘基板2例如由三氧化二铝、玻璃陶瓷、莫来石、氧化锆等具有绝缘性的构件形成。此外，绝缘基板2也可以使用玻璃环氧基板、苯酚基板等印刷布线基板所使用的材料。

[第一、第二电极]

在绝缘基板2的相对置的两端部形成有第一、第二电极4a、4b。第一、第二电极4a、4b分别由Ag、Cu等导电图案形成。另外，优选在第一、第二电极4a、4b的表面上通过镀敷处理等公知的方法涂覆Ni/Au镀敷、Ni/Pd镀敷、Ni/Pd/Au镀敷等覆膜。由此，保护元件1能够防止第一、第二电极4a、4b的氧化，防止与导通电阻的上升相伴随的额定的变动。另外，在回流安装保护元件1的情况下，能够防止由于连接可熔导体3的连接用焊料熔融而熔蚀(焊料侵蚀)第一、第二电极4a、4b。

第一电极4a从绝缘基板2的表面2a经由雉堞部与形成于背面2b的第一外部连接电极11连接。另外，第二电极4b从绝缘基板2的表面2a经由雉堞部与形成于背面2b的第二外部连接电极12连接。当保护元件1安装于外部电路基板时，第一外部连接电极11、第二外部连接电极12与设置于该外部电路基板的连接电极连接，从而可熔导体3组装入在该外部电路基板上形成的电流路径的一部分。

第一、第二电极4a、4b经由连接焊料等导电连接材料搭载可熔导体3，从而经由可熔导体3电连接。另外，如图2(A)、(B)所示，保护元件1中流过超过额定的大电流，可熔导体3因自发热(焦耳热)而熔断，或者发热体5伴随通电而发热，可熔导体3熔断，从而第一、第二电极4a、4b被切断连接。

[发热体]

发热体5是电阻值比较高且通电时发热的具有导电性的构件，例如由镍铬合金、W、Mo、Ru等或包含它们的材料构成。发热体5可以通过将这些合金或组合物、化合物的粉状体与树脂粘合剂等混合，制成糊状，使用丝网印刷技术使其在绝缘基板2上形成图案，进行烧成等而形成。作为一例，发热体5可以通过如下方式形成：根据规定的电压调制氧化钌系糊剂、银和玻璃糊剂的混合糊剂，在绝缘基板2的表面2a的规定的位置以规定的面积制膜，然后，在适当条件下进行烧成处理。另外，发热体5的形状能够适当设计，但如图1所示，在使发热面积最大化方面，优选根据绝缘基板2的形状设为大致矩形状。

另外，发热体5的一端部5a与第一引出电极15连接，另一端部5b与第二引出电极16连接。第一引出电极15从发热体电极6沿着发热体5的一端部5a引出而形成，在图1所示的保护元件1中，沿着形成为大致矩形状的发热体5的一侧缘延伸，并且与该发热体5的一侧缘重叠。同样地，第二引出电极16从中间电极8沿着发热体5的另一端部5b引出而形成，在图1所示的保护元件1中，沿着形成为大致矩形状的发热体5的另一侧缘延伸，并且与该发热体5的另一侧缘重叠。

发热体电极6和中间电极8形成于绝缘基板2的与设置有第一、第二电极4a、4b的侧缘不同的相对置的侧缘。发热体电极6是向发热体5供电的供电电极，经由第一引出电极15与发热体5的一端部5a连接，并且经由雉堞部与形成于绝缘基板2的背面2b的第三外部连接电极13连接。

发热体电极6、第一引出电极15、第二引出电极16以及中间电极8与第一电极4a、第二电极4b同样地，能够通过将Ag、Cu等导电糊剂进行印刷、烧成而形成。另外，通过由相同的材料构成在绝缘基板2的表面2a上形成的这些各电极，能够通过一次的印刷及烧成工序来形成。

需要说明的是，发热体电极6也可以设置限制壁，该限制壁防止在与第三外部连接电极13连接的外部电路基板的电极上设置的连接用焊料在回流安装等中熔融，经由雉堞部爬上发热体电极6，在发热体电极6上润湿扩展。第一、第二电极4a、4b也可以同样地设置限制壁。限制壁能够使用例如玻璃、阻焊剂、绝缘性粘接剂等对焊料不具有润湿性的绝缘材料形成，能够通过印刷等形成在发热体电极6上。通过设置限制壁，能够防止熔融的连接用焊料润湿扩展到发热体电极6、第一、第二电极4a、4b，维持保护元件1与外部电路基板的连接性。

中间电极8是设置在发热体5与层叠在绝缘保护层7上的发热体引出电极4c之间的电极，与发热体5的另一端部5b连接，并且与发热体引出电极4c连接。发热体引出电极4c隔着绝缘保护层7与发热体5重叠，并且与可熔导体3连接。

[绝缘保护层]

另外，发热体5、第一引出电极15以及第二引出电极16被绝缘保护层7覆盖。另外，在绝缘保护层7上形成发热体引出电极4c，且重叠有可熔导体3。

绝缘保护层7是为了实现发热体5的保护及绝缘并且将发热体5的热高效地向发热体引出电极4c及可熔导体3传递而设置的，如图3所示，由对发热体5的发热温度具有耐热性的玻璃等绝缘材料9构成，并且在该绝缘材料9中含有导热性填料10。作为构成绝缘材料9的玻璃原料，例如有二氧化硅系玻璃的外涂层用玻璃糊剂、绝缘用玻璃糊剂。

绝缘保护层7例如可以通过利用丝网印刷等将玻璃系的糊剂涂布、烧成而形成。在图1所示的保护元件1中，绝缘保护层7以覆盖形成于绝缘基板2的表面2a的发热体5的方式形成。

绝缘保护层7的厚度从玻璃糊剂等的涂布性、可熔导体3的切断时间的观点出发来设定。即，玻璃糊剂根据导热性填料10的含量而粘度发生变化，根据涂布厚度而难以产生成为绝缘破坏的原因的针孔等，或者在微细的开口图案的情况下糊剂难以从掩模剥离而在图案中产生缺损。另外，若绝缘保护层7的厚度增加，则到发热体引出电极4c及可熔导体3的距离延长，因此根据绝缘保护层7的热导率不同，可熔导体3的切断时间延长。因此，绝缘保护层7的厚度根据玻璃糊剂等材料的涂布性、所要求的可熔导体3的切断时间而适当设定，例如设为比10μm厚且40μm以下，优选设为20μm以上且40μm以下。

[导热性填料]

绝缘材料9中含有的导热性填料10的导热系数比构成绝缘保护层7的绝缘材料9高。因此，通过含有导热性填料10，绝缘保护层7的导热效率提高，将发热体5的发热高效地传递到可熔导体3(参照图3)。由此，能够将绝缘保护层7较厚地形成为能够防止针孔等的产生的程度而抑制绝缘破坏，并且将发热体5的发热高效地传递到可熔导体3，迅速地熔断。另外，通过迅速熔断可熔导体3，也能够防止发热体5在可熔导体3熔断前损伤。

导热性填料10只要是导热性优异的填料就没有特别限定。导热性填料10例如可以使用氧化铝、氧化镁、三氧化二铝、氧化镁、二氧化硅等金属氧化物、氮化铝、氮化硼等氮化物等。其中，从耐热性(高可靠性)、低比重、低成本化等观点出发，优选使用氧化铝、氮化铝。作为导热性填料10，出于提高界面强化、分散性的目的，可以使用用硅烷偶联剂进行了处理的导热性填料。另外，导热性填料10可以单独使用1种，也可以并用含有高导热系数的填料等2种以上，调整为了使绝缘保护层7具备所期望的热传递效率所需的导热性填料10的体积容量。

另外，导热性填料10的形状没有特别限定，例如可列举出球状、粉末状、颗粒状、扁平状、鳞片状等导热性填料。

导热性填料10使用导热系数越高的导热性填料，即使含量少也能够提高绝缘保护层7的导热系数。另外，导热性填料10使用导热系数越高的导热性填料，为了确保绝缘保护层7中的期望的导热系数所需的含量越少，抑制构成绝缘保护层7的绝缘材料9的涂布粘度的上升，具有良好的涂布性。

图4是表示在玻璃(导热系数：1W/mK)中分散有氧化铝(导热系数：40W/mK)的绝缘保护层7的导热系数与氧化铝的体积分数的对应关系的图表。图5是表示在玻璃(导热系数：1W/mK)中分散有氮化铝(导热系数：285W/mK)的绝缘保护层7的导热系数与氮化铝的体积分数的对应关系的图表。

需要说明的是，绝缘保护层7的导热系数例如可以通过与配合有填料的复合体的导热系数相关的Bruggeman公式求出。在下述所示的Bruggeman公式中，考虑了树脂与填料的导热系数、填料在复合树脂中所占的填充率、填料形状(球状)及尺寸的效果、邻近填料间的温度分布的影响。

[数1]

φ：填料的体积分数λ

λ

导热性填料10与构成绝缘保护层7的绝缘材料9的导热系数之差优选为19W/mK以上。例如，在使用玻璃(导热系数：1W/mK)作为绝缘材料9、使用三氧化二铝(含量96％)(导热系数：20W/mK)作为导热性填料10的情况下，导热系数之差为19W/mK。另外，在使用玻璃(导热系数：1W/mK)作为绝缘材料9、使用氧化镁(导热系数：50W/mK)作为导热性填料10的情况下，导热系数之差为49W/mK。如后所述，通过使用高热传导的导热性填料10，为了使绝缘保护层7成为期望的导热系数所需的导热性填料10的体积容量变少，具有良好的涂布性，能够提高制造效率。

绝缘保护层7中的导热性填料10的含量基于该导热性填料10的导热系数、绝缘保护层7的所期望的导热系数及绝缘材料9的涂布性而设定。绝缘保护层7中的导热性填料10的含量例如优选设为超过20体积％且小于60体积％。导热性填料10的含量低于20体积％时，无法实现绝缘保护层7的导热系数的提高，根据绝缘保护层7、可熔导体3的厚度，可熔导体3的迅速熔断变得困难。另外，若导热性填料10的含量超过60体积％，则绝缘材料9的涂布粘度变高，根据涂布厚度而对涂布性造成障碍。例如，关于在绝缘保护层7中用于确保2W/mK的导热系数的导热性填料10的含量，使用具有20W/mK以上的高导热系数的导热性填料10而为20～25体积％。

导热性填料10的平均粒径例如可以设为0.5～20μm的范围。另外，从实现导热性填料10的填充量的高填充(最密填充)化并进一步提高绝缘保护层7的导热系数的观点出发，可以使用平均粒径不同的2种以上的导热性填料10。在使用单一的导热性填料10的情况下，有时会在粒子与粒子之间形成间隙，但通过使用平均粒径不同的2种以上的导热性填料10，容易填埋粒子与粒子之间的间隙，其结果是，能够使绝缘保护层7进一步高导热化。例如，从分散性和高导热性的观点出发，作为导热性填料10，优选并用平均粒径为0.5～5μm的小径填料和平均粒径为5～20μm的大径填料。

另外，在并用平均粒径不同的两种导热性填料10的情况下，相对小径的导热性填料10与相对大径的导热性填料10的体积比(小径的导热性填料：大径的导热性填料)例如可设为15：85～90：10的范围，也可设为40：60～60：40的范围。

保护元件1通过安装于外部电路基板，经由第三外部连接电极13而将发热体5和形成于外部电路的电流控制元件等连接。发热体5在平常时被限制通电以及发热，但在切断外部电路的通电路径的规定时刻经由第三外部连接电极13被通电而发热。

保护元件1中，发热体5的热经由绝缘保护层7及发热体引出电极4c传递到可熔导体3，从而能够使连接第一、第二通电部4a、4b的可熔导体3熔融。此时，根据保护元件1，由于在构成绝缘保护层7的绝缘材料9中含有导热性填料10，因此将发热体5的发热高效地传递到可熔导体3。由此，能够迅速地熔断可熔导体3。绝缘保护层7具备高传热效率，因此不需要为了向可熔导体3迅速地传热而形成得极薄，能够防止针孔等的产生，能够抑制绝缘破坏。另外，通过迅速熔断可熔导体3，也能够防止发热体5在可熔导体3的熔断前损伤。

可熔导体3的熔融导体3a凝聚在发热体引出电极4c上以及第一、第二通电部4a、4b，由此切断第一、第二通电部4a、4b间的电流路径(图2)。需要说明的是，如后所述，发热体5通过可熔导体3的熔断，自身的通电路径也被切断，因此发热停止。

[发热体引出电极]

形成在绝缘保护层7上的发热体引出电极4c的一端与中间电极8连接，并且隔着绝缘保护层7与发热体5重叠。另外，发热体引出电极4c经由连接焊料等接合材料，在第一、第二电极4a、4b之间连接有可熔导体3。

此外，发热体引出电极4c与第一、第二电极4a、4b同样，能够通过将Ag、Cu等的导电糊剂印刷、烧成而形成。另外，优选在发热体引出电极4c的表面上通过镀敷处理等公知的方法涂覆Ni/Au镀敷、Ni/Pd镀敷、Ni/Pd/Au镀敷等覆膜。

[可熔导体]

接着，对可熔导体3进行说明。可熔导体3遍及第一及第二电极4a、4b间而安装，通过由发热体5的通电引起的发热或超过额定值的电流通电而自发热(焦耳热)而熔断，切断第一电极4a与第二电极4b之间的电流路径。

可熔导体3只要是因发热体5的通电引起的发热或过电流状态而熔融的导电性的材料即可，例如能够使用SnAgCu系的无Pb焊料、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。

另外，可熔导体3也可以是含有高熔点金属和低熔点金属的结构体。例如，如图6所示，可熔导体3是由内层和外层构成的层叠结构体，具有作为内层的低熔点金属层18和层叠于低熔点金属层18的作为外层的高熔点金属层19。可熔导体3经由连接焊料等接合材料连接在第一、第二电极4a、4b及发热体引出电极4c上。

低熔点金属层18优选为焊料或以Sn为主成分的金属，是通常被称为“无Pb焊料”的材料。低熔点金属层18的熔点不一定需要比回流温度高，也可以在200℃左右熔融。高熔点金属层19是层叠于低熔点金属层18的表面的金属层，例如是Ag或Cu或以它们中的任一种为主成分的金属，具有即使在通过回流进行第一、第二电极4a、4b及发热体引出电极4c与可熔导体3的连接、保护元件1向外部电路基板上的安装的情况下也不熔融的高熔点。

这样的可熔导体3能够通过使用镀敷技术在低熔点金属箔上使高熔点金属层成膜而形成，或者也能够使用其他公知的层叠技术、膜形成技术而形成。另外，可熔导体3可以设为低熔点金属层18的整个面被高熔点金属层19覆盖的结构，也可以是除了相对置的一对侧面以外被覆盖的结构。需要说明的是，可熔导体3也可以将高熔点金属层19作为内层、将低熔点金属层18作为外层而构成，另外，也可以通过设为低熔点金属层18和高熔点金属层19交替层叠的3层以上的多层结构、在外层的一部分设置开口部而使内层的一部分露出等各种构成而形成。

可熔导体3通过在成为内层的低熔点金属层18上层叠高熔点金属层19作为外层，从而即使在回流温度超过低熔点金属层18的熔融温度的情况下，也能够维持可熔导体3的形状，不至于熔断。因此，能够通过回流高效地进行第一、第二电极4a、4b及发热体引出电极4c与可熔导体3的连接、保护元件1向外部电路基板上的安装，另外，即使在回流的条件下，也能够防止伴随可熔导体3的变形而电阻值局部地变高或变低等从而在规定的温度下不熔断、或者在小于规定的温度下熔断等熔断特性的变动。

另外，可熔导体3在流过规定的额定电流的期间，不会因自发热而熔断。并且，当流过比额定值高的值的电流时，由于自发热而熔融，切断第一、第二电极4a、4b间的电流路径。另外，发热体5通电发热而熔融，从而切断第一、第二电极4a、4b间的电流路径。

此时，可熔导体3通过熔融的低熔点金属层18熔蚀(焊料侵蚀)高熔点金属层19，从而高熔点金属层19在比熔融温度低的温度下熔融。因此，可熔导体3能够利用低熔点金属层18对高熔点金属层19的侵蚀作用在短时间内熔断。另外，可熔导体3的熔融导体3a通过发热体引出电极4c及第一、第二电极4a、4b的物理吸引作用而被切断，因此能够迅速且可靠地切断第一、第二电极4a、4b间的电流路径(图2)。

另外，可熔导体3优选使低熔点金属层18的体积比高熔点金属层19的体积更多地形成。可熔导体3通过基于过电流的自发热或发热体5的发热而被加热，通过低熔点金属熔融而熔蚀高熔点金属，由此能够迅速地熔融、熔断。因此，可熔导体3通过使低熔点金属层18的体积比高熔点金属层19的体积更多地形成，能够促进该熔蚀作用，迅速地将第一、第二电极4a、4b间切断。

另外，可熔导体3由于在成为内层的低熔点金属层18上层叠高熔点金属层19而构成，因此与以往的由高熔点金属构成的贴片熔断器等相比，能够大幅降低熔断温度。因此，可熔导体3与相同尺寸的贴片熔断器等相比，能够增大截面积，能够大幅提高电流额定值。另外，与具有相同电流额定值的现有的贴片熔断器相比，能够实现小型化、薄型化，快速熔断性优异。

另外，可熔导体3能够提高对异常高的电压瞬间施加于组装有保护元件1的电气系统的浪涌的耐性(耐脉冲性)。即，可熔导体3在例如100A的电流流过数毫秒(msec)的情况下也不会熔断。关于这一点，由于在极短时间内流过的大电流流过导体的表层(集肤效应)，因此可熔导体3设置有电阻值低的Ag镀敷等高熔点金属层19作为外层，因此容易流过由浪涌而施加的电流，能够防止自发热引起的熔断。因此，可熔导体3与以往的由焊料合金构成的熔断器相比，能够大幅提高对浪涌的耐性。

需要说明的是，为了防止氧化并提高熔断时的润湿性等，可熔导体3也可以涂敷助焊剂(未图示)。另外，保护元件1通过绝缘基板2被壳体17覆盖而保护其内部。壳体17例如能够使用各种工程塑料、热塑性塑料、陶瓷、玻璃环氧基板等具有绝缘性的构件来形成。另外，壳体17在绝缘基板2的表面2a上具有对于可熔导体3在熔融时膨胀为球状、熔融导体3a凝聚在发热体引出电极4c、第一、第二电极4a、4b上而言充分的的内部空间。

[电路构成例]

这样的保护元件1例如组装到锂离子二次电池的电池组20内的电路中使用。如图7所示，电池组20例如具有由合计4个锂离子二次电池的电池单元21a～21d构成的电池堆25。

电池组20具备电池堆25、控制电池堆25的充放电的充放电控制电路26、在电池堆25异常时切断充放电路径的应用了本发明的保护元件1、检测各电池单元21a～21d的电压的检测电路27以及根据检测电路27的检测结果控制保护元件1的动作的成为开关元件的电流控制元件28。

电池堆25是将需要为了保护避免过充电以及过放电状态而进行控制的电池单元21a～21d串联连接而成的，经由电池组20的正极端子20a、负极端子20b可装卸地与充电装置22连接，被施加来自充电装置22的充电电压。由充电装置22充电后的电池组20通过将正极端子20a、负极端子20b与利用电池进行动作的电子设备连接，能够使该电子设备动作。

充放电控制电路26具备在电池堆25与充电装置22之间的电流路径上串联连接的两个电流控制元件23a、23b以及控制这些电流控制元件23a、23b的动作的控制部24。电流控制元件23a、23b例如由场效应晶体管(以下，称为FET)构成，通过由控制部24控制栅极电压，来控制向电池堆25的电流路径的充电方向和/或放电方向的导通和切断。控制部24从充电装置22接受电力供给而动作，根据检测电路27的检测结果，在电池堆25为过放电或过充电时，控制电流控制元件23a、23b的动作，以切断电流路径。

保护元件1例如连接在电池堆25与充放电控制电路26之间的充放电电流路径上，其动作由电流控制元件28控制。

检测电路27与各电池单元21a～21d连接，检测各电池单元21a～21d的电压值，将各电压值提供给充放电控制电路26的控制部24。另外，检测电路27在电池单元21a～21d的任一个成为过充电电压或过放电电压时，输出控制电流控制元件28的控制信号。

电流控制元件28例如由FET构成，以如下方式进行控制：根据从检测电路27输出的检测信号，在电池单元21a～21d的电压值成为超过规定的过放电或过充电状态的电压时，使保护元件1动作，与电流控制元件23a、23b的开关动作无关地切断电池堆25的充放电电流路径。

在由以上那样的结构所构成的电池组20中使用的、应用了本发明的保护元件1具有图8所示那样的电路结构。即，保护元件1中，第一外部连接电极11与电池堆25侧连接，第二外部连接电极12与正极端子20a侧连接，由此可熔导体3串联连接在电池堆25的充放电路径上。另外，保护元件1中，发热体5经由发热体电极6和第三外部连接电极13而与电流控制元件28连接，并且发热体5与电池堆25的开放端连接。这样，发热体5的一端经由发热体引出电极4c而与可熔导体3及电池堆25的一个开放端连接，另一端经由第三外部连接电极13而与电流控制元件28及电池堆25的另一个开放端连接。由此，形成能够由电流控制元件28控制通电的向发热体5的供电路径。

[保护元件的动作]

当检测电路27检测到电池单元21a～21d中的任一个的异常电压时，向电流控制元件28输出切断信号。于是，电流控制元件28控制电流从而向发热体5通电。保护元件1中，电流从电池堆25流向发热体5，由此发热体5开始发热。保护元件1通过发热体5的发热使可熔导体3熔断，切断电池堆25的充放电路径。另外，保护元件1通过含有高熔点金属和低熔点金属而形成可熔导体3，从而在高熔点金属熔断前低熔点金属熔融，能够利用熔融的低熔点金属对高熔点金属的熔蚀作用在短时间内使可熔导体3熔融。

此时，保护元件1通过在绝缘保护层7中含有导热性填料10来提高导热系数。由此，绝缘保护层7能够将发热体5的发热高效地传递到可熔导体3，迅速地熔断。另外，绝缘保护层7无需形成得极薄，能够防止针孔等的产生，因此能够防止发热体电极6、第一引出电极15或发热体5与发热体引出电极4c之间的绝缘破坏(火花)。进而，通过迅速地熔断可熔导体3，还能够防止发热体5在可熔导体3的熔断前损伤，能够安全且迅速地切断电流路径。

保护元件1通过可熔导体3熔断，向发热体5的供电路径也被切断，因此发热体5的发热停止。

需要说明的是，保护元件1即使在超过额定的过电流通过电池组20的情况下，可熔导体3也会由于自发热而熔融，能够切断电池组20的充放电路径。

这样，保护元件1中，通过发热体5的通电所引起的发热或者过电流所引起的可熔导体3的自发热，可熔导体3熔断。如上所述，即使在保护元件1在回流安装于电路基板时、安装有保护元件1的电路基板进一步暴露于回流加热等高温环境下的情况下，通过具有低熔点金属被高熔点金属覆盖的结构，来抑制可熔导体3的变形。因此，可防止可熔导体3的变形引起的电阻值的变动等所导致的熔断特性的变动，能够因规定的过电流、发热体5的发热而迅速地发生熔断。

本发明的保护元件1不限于用于锂离子二次电池的电池组的情况，当然也能够应用于需要利用电信号切断电流路径的各种用途。

[变形例1]

对应用了本技术的保护元件的变形例进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，有时对与上述的保护元件1相同的构件标注相同的附图标记并省略其详细说明。图9所示的保护元件30中，绝缘保护层7由在表面形成发热体5的基板侧保护层7a和覆盖形成于基板侧保护层7a上的发热体5的覆盖保护层7b构成。基板侧保护层7a形成于绝缘基板2的表面2a，形成有发热体5以及第一引出电极15、第二引出电极16。覆盖保护层7b通过层叠形成在基板侧保护层7a上，同时覆盖基板侧保护层7a和发热体5。由此，绝缘保护层7在内部设置发热体5。另外，覆盖保护层7b层叠有发热体引出电极4c。基板侧保护层7a和覆盖保护层7b的形成方法与上述的绝缘保护层7相同。

覆盖保护层7b优选具有比基板侧保护层7a高的导热系数。由此，发热体5的发热难以向绝缘基板2侧逃逸，并且能够更快速地向覆盖保护层7b侧传递热，每单位时间的向覆盖保护层7b侧传递的热量增加，能够高效地加热可熔导体3。作为使覆盖保护层7b的导热系数高于基板侧保护层7a的导热系数的方法，例如有如下方法：仅使覆盖保护层7b含有导热性填料10，使基板侧保护层7a不含有导热性填料10。另外，有使用导热系数比基板侧保护层7a中含有的导热性填料10高的导热性填料作为覆盖保护层7b中含有的导热性填料10的方法。或者，有使覆盖保护层7b中含有的导热性填料10的量多于基板侧保护层7a中含有的导热性填料10的量的方法。当然，本技术中，作为使覆盖保护层7b的导热系数高于基板侧保护层7a的导热系数的方法，不限于这些方法。

[变形例2]

接着，对应用了本技术的保护元件的其他变形例进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，有时对与上述的保护元件1、30相同的构件标注相同的附图标记并省略其详细说明。如图10、图11所示，应用了本技术的保护元件40也可以在绝缘基板的背面设置发热体。保护元件40在绝缘基板2的与表面2a相反侧的背面2b形成有发热体5、第一引出电极15、第二引出电极16以及覆盖它们的绝缘保护层7。另外，在绝缘基板2的背面2b形成有发热体电极6、背面侧中间电极8b、第一、第二外部连接电极11、12。

另外，在绝缘基板2的表面2a形成有第一、第二电极4a、4b、可熔导体3、发热体引出电极4c和表面侧中间电极8a。

背面侧中间电极8b与上述的中间电极8同样地引出第二引出电极16。另外，表面侧中间电极8a和背面侧中间电极8b通过形成于绝缘基板2的侧面的雉堞部、贯通绝缘基板2的导电通孔等电连接。表面侧中间电极8a与发热体引出电极4c连接。表面侧中间电极8a和背面侧中间电极8b能够通过与上述的中间电极8同样的材料、同样的工序形成。

发热体引出电极4c经由表面侧中间电极8a和背面侧中间电极8b而与发热体5电连接和热连接。即，在保护元件40中，发热体5经由绝缘基板2对发热体引出电极4c进行加热，并且发热体4的热经由导热性优异的表面侧中间电极8a及背面侧中间电极8b传递到发热体引出电极4c，能够对可熔导体3进行加热、熔断(图11(A)、(B))。

需要说明的是，在保护元件40中，发热体电极6也成为与外部电路基板的电极连接的外部连接电极，因此未设置设于保护元件1的第三外部连接电极13。

在保护元件40中，与保护元件30同样地，绝缘保护层7由在表面形成发热体5的基板侧保护层7a和形成在基板侧保护层7a上的覆盖发热体5的覆盖保护层7b来构成绝缘保护层7。基板侧保护层7a形成于绝缘基板2的背面2b，在表面形成有发热体5以及第一引出电极15、第二引出电极16。覆盖保护层7b通过层叠形成在基板侧保护层7a上，从而同时覆盖基板侧保护层7a和发热体5。

保护元件40的覆盖保护层7b优选导热系数比基板侧保护层7a低。由此，发热体5的发热难以向覆盖保护层7b侧逃逸，并且能够更快速地向绝缘基板2侧传递热，每单位时间的向基板侧保护层7a侧传递的热量增加，能够高效地加热可熔导体3。作为使基板侧保护层7a的导热系数比覆盖保护层7b高的方法，例如有仅使基板侧保护层7a含有导热性填料10、使覆盖保护层7b不含有导热性填料10的方法。另外，有使用导热系数比覆盖保护层7b中含有的导热性填料10高的导热性填料作为基板侧保护层7a中含有的导热性填料10的方法。或者，有使基板侧保护层7a中含有的导热性填料10的量多于覆盖保护层7b中含有的导热性填料10的量的方法。当然，本技术中，作为使基板侧保护层7a的导热系数高于覆盖保护层7b的导热系数的方法，不限于这些方法。

实施例1

接下来，将描述本技术的第一实施例和第二实施例。在实施例1中，形成玻璃层作为绝缘保护层，准备改变了玻璃层的厚度及导热系数的保护元件样品，测量从发热体的通电到可熔导体的切断所需的时间(切断时间)。保护元件的构成与上述的保护元件30相同。发热体由氧化钌形成，厚度为15μm。对发热体以施加电压60V进行15A通电。

玻璃层的膜厚是指发热体上部的覆盖保护层的膜厚，各样品的膜厚设为10μm、20μm、30μm、40μm。基板侧保护层的厚度设为15μm。玻璃层中含有的导热性填料使用氧化铝(导热系数：40W/mK)。另外，玻璃层的导热系数通过改变导热性填料的体积分数而在1W/mK～20W/mK的范围内调整(参照图4)。

关于保护元件样品的评价，以切断时间为基准，将0.2秒以下作为优(◎)，将超过0.2秒且0.3秒以下作为良(〇)，将超过0.3秒作为不良(×)。在施加电压时产生绝缘破坏的情况下，具有该膜厚的保护元件样品的评价与玻璃层的导热系数无关，全部为不良(×)。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

如表1所示，在将玻璃层的膜厚设为10μm的保护元件样品中产生了绝缘破坏，因此将该膜厚的样品全部记为不良。

如表2所示，在将玻璃层的膜厚设为20μm的保护元件中，所有样品的切断时间为0.3秒以下。

如表3所示，在将玻璃层的膜厚设为30μm的保护元件中，玻璃层的导热系数为1W/mK及1.25W/mK的样品的切断时间超过0.3秒，但玻璃层的导热系数为1.5W/mK以上的样品的切断时间为0.3秒以下。

如表4所示，在将玻璃层的膜厚设为40μm的保护元件中，玻璃层的导热系数为1W/mK～1.75W/mK的样品的切断时间超过0.3秒，但玻璃层的导热系数为2W/mK以上的样品的切断时间为0.3秒以下。

如上所述，越是含有导热系数高的导热性填料、提高绝缘保护层的导热系数，越能够较厚地形成绝缘保护层，能够提供防止了绝缘破坏的可靠性高的保护元件，并且还能够缩短熔断时间。另外，如果绝缘保护层的厚度相同，则绝缘保护层的导热系数越高，越能够缩短熔断时间，能够提供响应性更高的保护元件。

实施例2

在实施例2中，形成玻璃层作为绝缘保护层，针对导热性填料的每个导热系数，求出使绝缘保护层的导热系数为2W/mK所需的导热性填料的体积容量(％)，对玻璃糊剂的涂布性进行评价。

关于绝缘保护层，将玻璃糊剂通过丝网印刷形成在绝缘基板上。掩模的开口部设为1000×100μm，玻璃糊剂的涂布厚度设为20μm。

作为涂布性的评价指标，将涂布图案中没有针孔、缺损而能够顺利地印刷的情况设为〇(优良)，将降低印刷速度而得到良好的印刷状态的情况设为△(普通)，将即使降低印刷速度也产生针孔、缺损的情况设为×(不良)。

[表5]

如表5所示可知，导热性填料相对于玻璃糊剂的体积容量为35％以上时，导致构成绝缘保护层的玻璃糊剂的粘度上升，因此涂布性降低。

即，导热性填料的导热系数越低，为了使绝缘保护层的导热系数为2W/mK所需的导热性填料的体积容量越多，导致构成绝缘保护层的玻璃糊剂的粘度上升，因此涂布性降低。

另一方面，导热性填料的导热系数越高，为了使绝缘保护层的导热系数为2W/mK所需的导热性填料的体积容量为少量即可，抑制玻璃糊剂的粘度上升，具有良好的涂布性。

在实施例2中，可知通过将导热性填料的体积容量抑制在25％以下，玻璃糊剂具备良好的涂布性。因此可知，为了使绝缘保护层的导热系数为2W/mK，含有至少具备20W/mK的导热系数的填料作为导热性填料是有效的。

附图标记说明

1：保护元件，2：绝缘基板，3：可熔导体，4a：第一电极，4b：第二电极，4c：发热体引出电极，5：发热体，6：发热体电极，7：绝缘保护层，7a：基板侧保护层，7b：覆盖保护层，8：中间电极，9：绝缘材料，10：导热性填料，11：第一外部连接电极，12：第二外部连接电极，13：第三外部连接电极，15：第一引出电极，16：第二引出电极，18：低熔点金属层，19：高熔点金属层，20：电池组，21：电池单元，22：充电装置，23：电流控制元件，24：控制部，25：电池堆，26：充放电控制电路，27：检测电路，28：电流控制元件，30：保护元件，40：保护元件。