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JP4488586B2 - Flux, fluxed low melting point alloy and protective element using the same - Google Patents

Flux, fluxed low melting point alloy and protective element using the same Download PDF

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JP4488586B2 JP2000151078A JP2000151078A JP4488586B2 JP 4488586 B2 JP4488586 B2 JP 4488586B2 JP 2000151078 A JP2000151078 A JP 2000151078A JP 2000151078 A JP2000151078 A JP 2000151078A JP 4488586 B2 JP4488586 B2 JP 4488586B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラックス、そのフラックスを塗布または内蔵したフラックス付き低融点合金、および前記フラックス付き低融点合金を有する電流ヒューズ,温度ヒューズ,抵抗付きヒューズ等の保護素子に関し、より詳細には、低融点合金の溶断温度に近い高温で保管されても特性変化が小さいフラックス、このフラックスを具備するフラックス付き低融点合金、およびこのフラックス付き低融点合金を具備する保護素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子機器の製造には、金属部材同士の電気的接続や機械的固着に低融点合金が広く用いられている。例えば水晶振動子を例にとると、金属外環内にガラスを介してリードを気密封止した気密端子におけるリードの先端に、サポートを抵抗溶接により固着するか、リードの先端にサポートを一体に形成するかし、このサポートに水晶振動片を低融点合金ではんだ付けし、前記金属外環の周面および/または金属キャップの内面に被着した低融点合金を利用して金属キャップを圧入封止し、さらにリードに形成した低融点合金を利用してプリント基板等に実装されている。
また、過電流や温度の異常上昇(過昇)から電子機器を保護する保護素子として、低融点合金を用いた電流ヒューズや温度ヒューズがある。さらに、低融点合金と通電によりこの低融点合金を強制的に溶断させる抵抗体とを具備する抵抗付きヒューズと称される保護素子もある。
【0003】
従来、前記のフラックスとしては、その用途に応じて各種のものがあるが、特開昭55−54298号公報、特開昭56−6798号公報、特開昭58−77791号公報、特開2000−52088号公報には、ロジンにエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)を添加したものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のロジンにエチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)を添加したフラックスは、各種の点で優れているが、熱分解温度が約200℃と比較的低いため、高温域で保管されると熱分解を起こしやすく、しかも万一熱分解した場合に、腐食性を有する酢酸等の分解物を生成して、低融点合金によるろう付け部分が腐食される恐れがある。また、低温域での粘度が高く、低融点合金への塗布性や、低融点合金の溶断前の流動性が悪く、低融点合金の溶断性にやや難がある。さらに、電気抵抗が小さいので、低融点合金に塗布または内蔵された電流ヒューズや温度ヒューズや抵抗付きヒューズ等の保護素子において、低融点合金の溶断後の耐電圧が低く、漏れ電流の恐れがあるという、各種の改善すべき点があった。
そこで本発明は、上記の各種問題点を解決した、フラックス、このフラックスを塗布または内蔵したフラックス付き低融点合金、およびこのようなフラックス付き低融点合金を具備する電流ヒューズ,温度ヒューズ,抵抗付きヒューズ等の保護素子を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のフラックスは、上記の課題を解決するために、ロジンにエチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂を添加したことを特徴とするものである。
また、本発明のフラックス付き低融点合金は、ロジンにエチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂を添加したフラックスを塗布または内蔵させたことを特徴とするものである。
さらに、本発明の保護素子は、前記のフラックス付き低融点合金を具備することを特徴とする電流ヒューズ,温度ヒユーズや抵抗付きューズである。
【0006】
本発明は、ロジンにエチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂を添加したことを特徴とするフラックスを用いた保護素子である。上記の構成によれば、エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂が、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂(以下EVAと略す)に比較して、熱分解温度が約40℃高く、それだけ熱分解が生じ難くなる。また、万一分解しても、EVAのような腐食性の分解物を生成しないので安全である。さらに、低温域での柔軟性に優れ、塗布性が良いのみならず、低融点合金を速やかに溶断させることができる。さらにまた、低融点合金の溶断後の電気抵抗が大きいので、再導通や漏れ電流が生じない。
【0007】
本発明の保護素子に用いるフラックスは、ロジンにエチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂を5〜95質量%および活性剤を0.1〜30質量%添加して構成され、エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂の添加により耐熱性が優れ、しかも活性剤の添加により動作特性の優れたフラックスが得られる。
【0008】
また、前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂が、COOR基を含み、RがC〜C である場合には、動作温度における流動性に優れ、ロジン等の必要成分との相溶性も優れたフラックスが得られる。
【0009】
また、前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂のメルトフローレートが0.6〜1500g/10minのものであれば、ポリマー重合度が高く耐熱性に優れ、動作特性の優れたフラックスが得られる。
【0010】
さらにまた、前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂が、エチレン−メチルアクリレート共重合体, エチレン−エチルアクリレート共重合体, エチレン−n−プロピルアクリレート共重合体, エチレン−イソプロピルアクリレート共重合体, エチレン−n−ブチルアクリレート共重合体,エチレン−イソブチルアクリレート共重合体, エチレン−sec−ブチルアクリレート共重合体, エチレン−tert−ブチルアクリレート共重合体の中から選択されたいずれか1または2以上であれば、従来のEVAを添加したフラックスよりも耐熱特性の優れたフラックスが得られる。
【0011】
一方、本発明の保護素子に用いるフラックスに添加する、前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂には、C〜C18のモノカルボン酸またはジカルボン酸、およびC〜C18のハロゲン化モノカルボン酸またはハロゲン化ジカルボン酸、およびC〜C10のアルキル基を有する第2級アミン、C〜C10のアルキル基を有する第3級アミン、C〜C10のアルキル基を有する第4級アンモニウム塩、グリシンおよびC〜C15のアルキル基を有するアミノ酸またはアミノ酸塩の中から選択されたいずれか1または2以上の活性剤を0.2〜30質量%添加する。上記の構成によれば、活性剤の添加により動作温度におけるフラックスの活性効果が顕著であり、しかも活性剤を必要最小限に抑えられる。
【0012】
エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂に、添加する活性剤は、好ましくは、C〜C10のアルキル基を有する第1級アミンハロゲン化水素酸塩、C〜C10のアルキル基を有する第2級アミンハロゲン化水素酸塩、C〜C10のアルキル基を有する第3級アミンハロゲン化水素酸塩の中から選択されたいずれか1または2以上の活性剤であり、0.1〜10質量%添加する。この活性剤の添加により動作温度におけるフラックスの活性効果が顕著となり、しかも活性剤の添加による金属材料の腐食のないフラックスが得られる。
【0013】
また、本発明の保護素子に用いるフラックスの添加剤である前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂に、硬化ヒマシ油、アマイドワックス類、C〜C18の有機金属石鹸類、C〜C50のカルボン酸エステル誘導体類の中から選択されたいずれか1または2以上の粘性調整剤を1〜40質量%添加する。この粘性調整剤の添加により常温および動作温度におけるフラックスの粘性を適正値にできるのみならず、成分の凝集や分離が生じない。
【0014】
さらに、前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂に、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン系酸化防止剤の中から選択されたいずれか1または2以上の酸化防止剤を0.01〜5質量%添加し、それにより空気中における酸化が抑制される。しかも酸化防止剤の添加により活性剤成分の反応を阻害しない。
以下、明細書において「wt%」との記載部分については、「質量%」と読みかえるものとする。
【0015】
本発明の保護素子は、本発明に係るフラックスを塗布または内蔵させたフラックス付き低融点合金である。上記の構成によれば、前記各種の優れた特性を有するフラックスを塗布または内蔵したフラックス付き低融点合金が得られる。この低融点合金は温度ヒューズの可溶合金体として利用され温度ヒューズを構成する。さらに、この温度ヒューズは、通電による発熱でフラックス付き低融点合金を溶断させる抵抗付きヒューズとして利用できる保護素子であることを特徴とする保護素子である。上記の構成によれば、前記各種の優れた特性を有するフラックスを塗布または内蔵したフラックス付きの低融点合金を具備する抵抗付きヒューズの保護素子が得られる。
【0019】
【フラックスの実施形態】
以下、エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂として、エチレン−エチルアクリレート共重合樹脂(以下EEAという)を用いた本発明のフラックスの実施形態について説明するが、まず、本発明におけるフラックスの添加剤であるEEAの化学構造式および電気特性について説明する。
EEAは、下記の化学構造式を有するものである。
【0020】
【式1】

Figure 0004488586
【0021】
表1は、本発明におけるフラックスの添加剤であるEEAと従来の添加剤であるEVAとの添加量20(%)および25(%)におけるメルトフローレートMFR(g/10min)と、誘電正接(1MHz)および体積固有抵抗(Ω・m)の電気特性を比較するものである。
【0022】
【表1】
Figure 0004488586
【0023】
表1によれば、本発明におけるフラックスの添加剤であるEEAが、従来の添加剤であるEVAに比較して、メルトフローレートMFRが大きく、体積固有抵抗が1桁大きいことが分かる。このことは、このEEAを添加した本発明のフラックスが、従来のEVAを添加したフラックスに比較して、流動性に優れ、かつ電気抵抗が大きいことを意味し、本発明のフラックスを塗布または内蔵した低融点合金を具備する保護素子が動作特性に優れ、かつ動作後,すなわち低融点合金の溶断後の絶縁抵抗ないし耐電圧が大きいことを予感させる。
【0024】
図1は、本発明におけるフラックスの添加剤であるEEAと、従来のフラックスの添加剤であるEVAとの耐熱性を比較するために、温度と加熱質量変化率との関係を示した大気流中での加熱質量変化率特性図である。
この図1によれば、従来の添加剤であるEVAが約200℃で質量分率が低下するのに対して、本発明の添加剤であるEEAでは約240℃で質量分率が低下しており、EVAよりも約40℃だけ耐熱性が優れていることが分かる。
【0025】
次に、上記EEAを用いた本発明のフラックスの実施形態について説明する。
(1)まず、フラックスのベース樹脂として、EEAを添加した下記のものを用意した。
Figure 0004488586
【0026】
(2)そして、上記ベース樹脂に、下記▲1▼〜▲6▼のアミン塩活性剤を、ハロゲン含有量が0.3%になるように添加して、実施例のフラックス▲1▼〜▲6▼を調製した。
▲1▼n−Et.HCl :n−エチルアミン塩酸塩
▲2▼n−Pro.HCl :n−プロピルアミン塩酸塩
▲3▼n−But.HCl :n−ブチルアミン塩酸塩
▲4▼n−Pro.HBr :n−プロピルアミン臭化水素酸塩
▲5▼Di−n−Pro.HBr :ジ−n−プロピルアミン臭化水素酸塩
▲6▼Tri−n−Pro.HBr :トリ−n−プロピルアミン臭化水素酸塩
【0027】
なお、図2は、フラックス中のハロゲン含有量と低融点合金広がり率との特性図である。この図2から明らかなように、フラックス中のハロゲン含有量が0.2wt%よりも少ないと、添加の効果が不十分であり、0.3wt%を超えて添加しても効果の向上が小さいため、上記実施例では活性剤を、ハロゲン含有量が0.3wt%になるように添加している。
【0028】
また、比較例として、上記ベース樹脂におけるEEAに代えてEVAを同一重量%だけ用いたベース樹脂に、上記▲3▼のアミン塩活性剤を、ハロゲン含有量が0.3wt%になるように添加して、比較例のフラックス▲7▼を調製した。
【0029】
(3)上記本発明の実施例のフラックス▲1▼〜▲6▼および比較例のフラックス▲7▼を、後述する温度ヒューズ用のセラミックス製キャップ(内法長辺5.0mm×内法短辺3.0mm×深さ1.0mm)内に充填し、その中に融点が130℃(Sn:50wt%、Pb:20wt%、In:30wt%)で一定の大きさ(長さ4.0m×幅0.5mm×厚さ0.5mm)の低融点合金がフラックス中に完全に埋設されている状態の試験片をそれぞれ10個ずつ作製した。なお、この試験片は、上面が大気中に開放している構造である。
【0030】
(4)上記各試験片5個ずつを、循環オーブンに入れ、80℃で48時間保管した後取り出し、135℃に調温したホットプレートに載せ、低融点合金が溶融するまでの時間を測定した。また、室温で保管した残りの各試験片5個ずつについて、熱保管後の試験片と同一の条件で低融点合金が溶融するまでの時間を測定し、これを初期値として、両者を比較した結果を表2に示す。
【0031】
【表2】
Figure 0004488586
【0032】
(5)前記の初期値および熱保管後のデータから、田口メソッドを用いてSN比(η)を求め、耐熱性を評価した。その結果を表3に示す。なお、表3には、絶縁抵抗値も併記している。
この表3から、本発明のEEAを添加したフラックスが、従来のEVAを添加したフラックスに比較して、SN比(η)が高く耐熱性に優れ、しかも絶縁抵抗値も1桁大きいことが分かる。
【0033】
【表3】
Figure 0004488586
【0034】
【実施例】
次に、本発明のEEAを添加したフラックス▲1▼と、EVAを添加した第1比較例のフラックス▲2▼と、さらに、より一般的な第2比較例のフラックス▲3▼とを、それぞれ下記の組成を有するように調製し、高温保管試験を行った結果について説明する。
本発明のフラックス▲1▼
変性ロジン 59.5wt%
EEA 40.0wt%
ジエチルアミン塩酸塩 0.5wt%
比較例のフラックス▲2▼
変性ロジン 59.5wt%
EVA 40.0wt%
ジエチルアミン塩酸塩 0.5wt%
比較例のフラックス▲3▼
変性ロジン 59.5wt%
アマイド系ワックス 40.0wt%
ジエチルアミン塩酸塩 0.5wt%
【0035】
なお、上記実施例および比較例では、前述した図2のフラックス中のハロゲン含有量と低融点合金広がり率との特性図から、活性剤としてのジエチルアミン塩酸塩の添加量は0.5wt%にしている。
【0036】
【試験方法】
上記の各フラックス▲1▼,▲2▼,▲3▼を、溶断温度が130℃の低融点合金(Sn:50wt%、Pb:20wt%、In:30wt%)に塗布した後述する構造の温度ヒューズを、それぞれ5×4個ずつ用意し、それぞれ低融点合金の溶融温度−10℃(120℃)の高温域で、2,500時間、5,000時間、10,000時間保管した後に各5個ずつ溶断試験にかけ、フラックスの劣化による溶断温度の上昇を、常温保管時の溶断温度である初期値と比較した。
【0037】
【温度ヒューズの実施形態】
上記実施例および比較例の温度ヒューズは、次の構造を有するものである。
図3は上記の本発明フラックス▲1▼および比較例のフラックス▲2▼、▲3▼を塗布した本発明および比較例の温度ヒューズからなる保護素子Aの一部を切り開いた平面図であり、図4は図3の保護素子Aにおける長手方向の中心線に沿う縦断面図を示す。
図3および図4において、1はアルミナ等のセラミックよりなる矩形状の絶縁基板で、その両端部にAgペースト、AgPdペースト,AgPtペースト等のAg系導電ペーストを塗布焼成して形成した電極2、3を有する。これらの電極2、3の外方端には、それぞれ銅製またはニッケル製のリード4、5がはんだ付け等により接続固着されており、また、各電極2、3の内方端間にまたがって、周囲温度に応答して溶融する低融点合金6が溶接等により一体に接続されている。この低融点合金6の表面は、上記本発明のフラックスまたは比較例のフラックス7で被覆されており、このフラックス7の上方からアルミナセラミックや樹脂等の成形体よりなる絶縁キャップ8が被せられ、封止樹脂9により固着封止されている。
【0038】
【試験結果】
上記本発明の実施形態のフラックス▲1▼を用いた温度ヒューズ▲1▼、および比較例のフラックス▲2▼,▲3▼を用いた温度ヒューズ▲2▼,▲3▼を、それぞれ4×5個ずつ用意し、初期状態と、120℃で2,500時間保管後、5,000時間保管後および10,000時間保管後、各5個ずつの溶断温度を測定して、それぞれ平均値および標準偏差を求めた高温保管試験結果を表4に示す。
【0039】
【表4】
Figure 0004488586
【0040】
【上記試験結果からの考察】
本発明の実施形態のフラックス▲1▼を用いた温度ヒューズ▲1▼では、初期値、2,500時間、5,000時間および10,000時間保管後における平均溶断温度が、それぞれ129.4℃、129.4℃、129.8℃および130.0℃で、それぞれの標準偏差も0.11、0.15、0.15および0.27と小さく安定であった。
これに対して、比較例のフラックス▲2▼を用いた温度ヒューズ▲2▼における平均溶断温度は、それぞれ129.6℃、129.6℃、130.1℃および139.7℃で、それぞれの標準偏差は0.19、0.26、0.11および21.69であった。
さらに、比較例のフラックス▲3▼を用いた温度ヒューズ▲3▼における平均溶断温度は、それぞれ129.4℃、129.7℃、135.6℃および201.1℃で、それぞれの標準偏差は0.19、0.57、10.85および計算不能であった。
以上の結果を総合すると、本発明のフラックス▲1▼を用いた温度ヒューズ▲1▼が、最も高温保管特性、すなわち耐熱性が優れていることが明白である。
【0041】
なお、本発明は、上記組成の低融点合金を用いた温度ヒューズのみならず、下記組成の低融点合金を用いた温度ヒューズにおいても、上記結果と同様な結果が確認された。
▲1▼Pb:42%,Bi:58%の組成を有し、融点が125℃の低融点合金。
▲2▼Bi:58%,Sn:42%の組成を有し、融点が135℃の低融点合金。
▲3▼Bi:50%,Sn:50%の組成を有し、融点が160℃の低融点合金。
【0042】
上記実施例においては、ロジンとして不均化ロジンまたは変性ロジンを用いる場合について説明したが、本発明におけるロジンとしては、不均化ロジン,変性ロジン,天然ロジン,精製ロジン,重合ロジン,水添ロジンの中から選択された1種または2種以上を用いることができる。
【0043】
本発明において、EEAが、COOR基を含んでいないと、高融点となり動作温度における流動性が著しく損なわれる。また、RがCを超えると、ロジン等の必要成分との相溶性が損なわれる。したがって、本発明におけるEEAは、COOR基を含み、RがC〜Cまでのものが望ましい。
【0044】
本発明において、上記のようにCOOR基を含み、RがC〜CまでのEEAであっても、メルトフローレート(MFR)が0.6g/10min未満のものでは、ポリマー重合度が低く耐熱性が劣る。また、メルトフローレート(MFR)が1500g/10minを超えると、電流ヒューズ,温度ヒューズ,抵抗付きヒューズ等の動作性を損なうようになる。したがって、本発明におけるEEAのメルトフローレート(MFR)は0.6〜1500g/10minが望ましい。
【0045】
本発明において、上記条件を満たすEEAは、エチレン−メチルアクリレート共重合体, エチレン−エチルアクリレート共重合体, エチレン−n−プロピルアクリレート共重合体, エチレン−イソプロピルアクリレート共重合体, エチレン−n−ブチルアクリレート共重合体, エチレン−イソブチルアクリレート共重合体, エチレン−sec−ブチルアクリレート共重合体, エチレン−tert−ブチルアクリレート共重合体の中から選択されたいずれか1または2以上でもよい。
EEAの添加量が5wt%未満では、ポリマー添加による耐熱性向上効果が顕著でなく、95wt%を超えると他の必要成分量が満たされないのでフラックスとして無効である。したがって、本発明においてEEAの添加量は5〜95wt%が望ましい。
【0046】
本発明において、EEAに添加する活性剤は、C〜C18のモノカルボン酸またはジカルボン酸、およびC〜C18のハロゲン化モノカルボン酸またはハロゲン化ジカルボン酸、およびC〜C10のアルキル基を有する第2級アミン、C〜C10のアルキル基を有する第3級アミン、C〜C10のアルキル基を有する第4級アンモニウム塩の中から選択したいずれか1または2以上とすることができる。そして、その添加量が0.2wt%未満では添加の効果が顕著でないし、30wt%を超えると、活性効果が一定となり、それ以上の添加は無意味になる。したがって、本発明における上記活性剤の添加量は0.2〜30wt%が望ましい。
【0047】
本発明において、EEAに添加する他の活性剤としては、C〜C10のアルキル基を有する第1級アミンハロゲン化水素酸塩、C〜C10のアルキル基を有する第2級アミンハロゲン化水素酸塩、C〜C10のアルキル基を有する第3級アミンハロゲン化水素酸塩の中から選択したいずれか1または2以上とすることができる。そして、この活性剤の添加量が0.1wt%未満では、添加の効果が顕著でないし、10wt%を超えると、金属材料に対する腐食性が見られるようになる。したがって、本発明における上記活性剤の添加量は0.1〜10wt%が望ましい。
【0048】
本発明において、EEAに添加する粘性調整剤(チクソ剤)は、硬化ヒマシ油、アマイドワックス類、C〜C18の有機金属石鹸類、C〜C50のカルボン酸エステル誘導体類の中から選択されたいずれか1または2以上を用い得る。その添加量が1wt%未満では添加の効果が顕著でないし、40wt%を超えると成分の凝集分離が見られるように成る。したがって、本発明における粘性調整剤の添加量は、1〜40wt%が望ましい。
【0049】
本発明において、EEAには、必要に応じて酸化防止剤を添加することができる。酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、リン系酸化防止剤の中から選択されたいずれか1または2以上を用い得る。その添加量は、0.01wt%未満では添加の効果が顕著でなく、5wt%を超えると活性剤成分の反応を阻害するようになる。したがって、酸化防止剤の添加量は0.01〜5wt%が望ましい。
【0050】
【実施形態2】
なお、本発明の保護素子は、上記実施形態の構造に限定されるものではなく、抵抗付きヒューズと称されるものにも適用できる。図5はそのような保護素子Bの一部を切り開いた平面図で、図6は図5のX−X線に沿う縦断面図、図7は一部を切り開いた下面図である。
図5ないし図7において、11はアルミナセラミック等の絶縁基板で、その長手方向の両端部近傍の偏芯した位置に透孔12、13を有する。前記絶縁基板11の表面の前記透孔13から離隔した位置、前記透孔12を含む位置、および前記透孔13を含む位置に、それぞれAgペースト、AgPdペースト、AgPtペースト等の導電ペーストを塗布焼成して電極14、15、16を形成するとともに、絶縁基板11の裏面の前記透孔12、13を含む位置に、それぞれ前記同様の導電ペーストを塗布焼成して電極17、18を形成している。ここで、絶縁基板11の表面の電極15と裏面の電極17とは、透孔12内に充填された導電物質によって接続されており、絶縁基板11の表面の電極16と裏面の電極18とは、透孔13内に充填された導電物質によって接続されている。絶縁基板11の裏面の電極17、18にまたがって、RuO2等の抵抗ペーストを塗布焼成して膜状の抵抗体19が形成され、この抵抗体19を電極17、18とともに低融点ガラスや耐熱樹脂等よりなる絶縁層20で被覆してある。また、表面の電極14、15、16の外方端にそれぞれ銅製またはニッケル製のリード21、22、23を高温はんだ等で接続し、電極14、15の内方端にまたがって、低融点合金24が溶接等により接続されている。この低融点合金24の表面は、前記したフラックス25により被覆されている。このフラックス25の上方からは、セラミックまたは樹脂等の絶縁材料の成形体よりなる絶縁キャップ26が被せられ、エポキシ等の封止樹脂27により固着封止されている。
【0051】
図8は、上記の抵抗付きヒューズと称される保護素子Bの等価回路図を示す。
図8において、21、22、23は端子で、前記各リード21、22、23に対応している。Fはヒューズで、前記低融点合金24に対応している。Rは抵抗で、前記抵抗体19に対応している。前記ヒューズF(低融点合金24)の一端と抵抗R(抵抗体19)の一端は、端子22で共通接続されている。
【0052】
上記の抵抗付きヒューズと称される保護素子Bは、いろいろな用途に用い得るが、例えばリチウムイオン二次電池の過充電防止装置に用いることができる。すなわち,リチウムイオン二次電池は、過充電や過放電状態になると、デンドライトを生成して、危険状態になるので、過充電や過放電を防止する必要がある。
図9は、リチウムイオン二次電池の過充電防止装置の回路図である。図9において31、32は正負直流入力端子で、33、34は正負直流出力端子である。Bは前記の抵抗付きヒューズと称される保護素子で、その端子21は正直流入力端子31に接続され、端子22は正直流出力端子33に接続されている。したがって、ヒューズF(低融点合金24)は、正直流入力端子31と正直流出力端子33間に接続されている。35は電圧検知回路で、図示例はツェナダイオード36と電流制限抵抗37の直列接続で構成されており、前記ツェナダイオード36のカソードは、端子22および正直流出力端子33に接続されている。また、前記保護素子Bの端子23は、前記電圧検知回路35の電圧検知によって導通されるスイッチング素子であるトランジスタ38のコレクタに接続され、そのエミッタは負直流入力端子32および負直流出力端子34に接続されている。さらに、前記電圧検知回路35の電流制限抵抗37の他端は、前記トランジスタ38のベースに接続されている。
【0053】
上記の過充電防止装置において、正負直流入力端子31、32に充電器39を接続するとともに、正負直流出力端子33、34にリチウムイオン二次電池40を接続する。すると、リチウムイオン二次電池40はヒューズF(低融点合金24)を介して充電される。リウムイオン二次電池40が充電完了状態になると、その端子電圧をツェナダイオード36が検出して、トランジスタ38を導通させる。すると、このトランジスタ38を介して抵抗R(抵抗体19)に通電して、抵抗R(抵抗体19)を発熱させて、前記ヒューズF(低融点合金24)を溶断させることによって、リチウムイオン二次電池40の過充電を防止することができる。
【0054】
前記の抵抗付きヒューズと称される保護素子Bは、上記構造のものの他に、絶縁基板の表面または裏面に、低融点合金と抵抗体とを並置して形成した構造のものでもよい。また、絶縁基板の表面または裏面に、抵抗体を形成し、その上に絶縁層を介して低融点合金を積層形成した構造のものでもよい。
【0055】
本発明の保護素子は、上記実施形態に示した温度ヒューズAや抵抗付きヒューズBに限らず、図10に示すように、一対の断面が円形のリード41、42の先端間に、断面が円形の低融点合金43を溶接等により固着し、低融点合金43をフラックス44で被覆し、これをアルミナセラミック等よりなる円筒型の絶縁ケース45に挿通し、絶縁ケース45の両端の開口部をエポキシ樹脂等の絶縁封止材46、47で封止した,いわゆるアキシャル構造の保護素子Cにも適用できる。
このような構造の保護素子Cでは、フラックス44は低融点合金43の周面に塗布する場合のみならず、低融点合金43に内蔵させた、いわゆるフラックス内蔵型の構造にしてもよいし、低融点合金43の周面に長さ方向に沿ってすり割り溝を形成して、このすり割り溝内にフラックス44を充填した構造のものでもよい。
【0056】
【発明の効果】
以上のように、本発明のフラックスは、ロジンにEEAを添加したことを特徴とするフラックスであるから、耐熱性に優れ、熱分解し難いのみならず、万一分解しても、腐食性の分解物が生成されないので、安全である。また、低温域での柔軟性に優れ、塗布性に優れる。
また、本発明のフラックス付き低融点合金は、上記のフラックスを塗布または内蔵させたものであるから、低融点合金の酸化を防止し、溶断時に低融点合金を速やかに溶断させることができる、溶断特性の優れた低融点合金が得られる。
さらに、本発明の保護素子は、上記のフラックス付き低融点合金を具備するものであるから、溶断特性の優れた電流ヒューズ,温度ヒューズ,抵抗付きヒューズ等が得られるのみならず、フラックスの絶縁抵抗値が高いので、低融点合金の溶断後にフラックスを通して再導通したり、漏れ電流が流れる危険性がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のフラックスに用いるエチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂の耐熱性を説明するための大気流中での加熱質量変化率の特性図
【図2】フラックス中のハロゲン含有量と低融点合金広がり率の特性図
【図3】 本発明および比較例のフラックスの評価に用いた、かつ本発明の第1実施形態でもある温度ヒューズからなる保護素子Aの一部を切り開いた平面図
【図4】 本発明および比較例のフラックスの評価に用いた、かつ本発明の第1実施形態でもある温度ヒューズからなる保護素子Aの長手方向の中心線に沿う縦断面図
【図5】 本発明の第2実施形態である抵抗付きヒューズからなる保護素子Bの一部を切り開いた平面図
【図6】 本発明の第2実施形態である抵抗付きヒューズからなる保護素子Bの図5のX−X線に沿う縦断面図
【図7】 本発明の第2実施形態である抵抗付きヒューズからなる保護素子Bの一部を切り開いた下面図
【図8】 本発明の第2実施形態である抵抗付きヒューズからなる保護素子Bの等価回路図
【図9】 本発明の上記第2実施形態における保護素子Bをリチウムイオン二次電池の過充電防止装置に用いた場合の回路図
【図10】 本発明の第3実施態様におけるアキシャル構造の温度ヒューズからなる保護素子Cの縦断面図
【符号の説明】
A、B、C 保護素子
1、11 絶縁基板
2、3、14、15、16、17、18 電極
4、5、21、22、23、41、42 リード
6、24、43 低融点合金
7、25、44 フラックス
8、26 絶縁キャップ
9、27、46、47 封止樹脂
12、13 透孔
19 抵抗体
20 絶縁層
F ヒューズ(低融点合金)
R 抵抗(抵抗体)
31、32 正負直流入力端子
33、34 正負直流出力端子
35 電圧検知回路
36 電圧検知素子(ツェナダイオード)
37 電流制限抵抗
38 スイッチング素子(トランジスタ)
39 充電器
40 リチウムイオン二次電池
45 絶縁ケース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flux, a low-melting-point alloy with a flux applied or built in, and a protection element such as a current fuse, a thermal fuse, a resistance-fuse having the low-melting-point alloy with flux, and more particularly, a low-melting point. The present invention relates to a flux whose characteristic change is small even when stored at a high temperature close to the fusing temperature of the alloy, a low-melting-point alloy with flux that includes this flux, and a protective element that includes the low-melting-point alloy with flux.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of electronic devices, low melting point alloys are widely used for electrical connection and mechanical fixation between metal members. For example, taking a crystal resonator as an example, a support is fixed to the tip of a lead in an airtight terminal in which the lead is hermetically sealed through glass in a metal outer ring, or the support is integrated with the tip of the lead. However, a quartz vibrating piece is soldered to the support with a low melting point alloy, and the metal cap is press-fitted using the low melting point alloy attached to the peripheral surface of the metal outer ring and / or the inner surface of the metal cap. It is mounted on a printed circuit board or the like using a low melting point alloy formed on the lead.
Further, there are current fuses and thermal fuses using a low melting point alloy as protective elements for protecting electronic devices from overcurrent and abnormal temperature rise (overheating). Further, there is a protective element called a resistance fuse including a low melting point alloy and a resistor that forcibly blows off the low melting point alloy by energization.
[0003]
Conventionally, there are various types of the flux according to the use, and JP-A-55-54298, JP-A-56-6798, JP-A-58-77771, and JP-A-2000. JP-A No. -52088 discloses one obtained by adding ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) to rosin.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the flux obtained by adding ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) to the above rosin is excellent in various respects, but is stored in a high temperature range because the thermal decomposition temperature is relatively low at about 200 ° C. In the unlikely event that thermal decomposition occurs, a decomposition product such as acetic acid having corrosiveness may be generated, and the brazed portion of the low melting point alloy may be corroded. Moreover, the viscosity in a low temperature range is high, the applicability | paintability to a low melting-point alloy and the fluidity | liquidity before cutting of a low melting-point alloy are bad, and the meltability of a low-melting-point alloy is somewhat difficult. In addition, since the electrical resistance is small, the withstand voltage after melting of the low melting point alloy is low in a protective element such as a current fuse, a thermal fuse, or a resistance fuse that is applied to or incorporated in the low melting point alloy, which may cause a leakage current. There were various points to be improved.
Accordingly, the present invention provides a flux, a low-melting-point alloy with a flux coated with or containing the flux, and a current fuse, a thermal fuse, and a fuse with a resistance provided with such a low-melting-point alloy with flux. It aims at providing protection elements, such as.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The flux of the present invention is characterized in that an ethylene-acrylate copolymer resin is added to rosin in order to solve the above-mentioned problems.
The low-melting-point alloy with flux of the present invention is characterized in that a flux obtained by adding an ethylene-acrylate copolymer resin to rosin is applied or incorporated.
Furthermore, the protective element of the present invention is a current fuse, a temperature fuse or a fuse with resistance, characterized by comprising the above-mentioned low melting point alloy with flux.
[0006]
  The present inventionFlux characterized by adding ethylene-acrylic acid ester copolymer resin to rosinProtection element usingIt is. According to the above configuration, the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin has a thermal decomposition temperature of about 40 ° C. higher than that of the ethylene-vinyl acetate copolymer resin (hereinafter abbreviated as EVA), and the thermal decomposition hardly occurs. Become. Even if it is decomposed, it is safe because it does not produce corrosive decomposition products such as EVA. Furthermore, not only is it excellent in flexibility in a low temperature range and good applicability, but also a low melting point alloy can be quickly melted. Furthermore, since the electric resistance after the melting of the low melting point alloy is large, re-conduction and leakage current do not occur.
[0007]
  The flux used for the protective element of the present invention is a rosin containing an ethylene-acrylate copolymer resin in an amount of 5 to 95.mass%And activator 0.1-30mass%Addition of the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin provides excellent heat resistance, and addition of an activator provides a flux with excellent operating characteristics.
[0008]
  Also,The ethylene-acrylate copolymer resin contains a COOR group, and R is C1~ C4 IfA flux having excellent fluidity at the operating temperature and excellent compatibility with rosin and other necessary components can be obtained.
[0009]
  Also,The melt flow rate of the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin is 0.6 to 1500 g / 10 min.if there is,A flux having a high degree of polymer polymerization and excellent heat resistance and excellent operating characteristics can be obtained.
[0010]
  Furthermore,The ethylene-acrylate copolymer resin is an ethylene-methyl acrylate copolymer, an ethylene-ethyl acrylate copolymer, an ethylene-n-propyl acrylate copolymer, an ethylene-isopropyl acrylate copolymer, an ethylene-n-butyl copolymer. One or more selected from an acrylate copolymer, an ethylene-isobutyl acrylate copolymer, an ethylene-sec-butyl acrylate copolymer, and an ethylene-tert-butyl acrylate copolymerIf,A flux having better heat resistance than that of a conventional EVA-added flux can be obtained.
[0011]
  On the other hand, the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin added to the flux used in the protective element of the present invention includes C4~ C18Monocarboxylic or dicarboxylic acids, and C4~ C18Halogenated monocarboxylic acids or halogenated dicarboxylic acids, and C1~ C10A secondary amine having an alkyl group of1~ C10A tertiary amine having an alkyl group of1~ C10Quaternary ammonium salts having the following alkyl groups, glycine and C1~ C15Any one or two or more active agents selected from amino acids or amino acid salts having the following alkyl groups:mass%Added. According to said structure, the activation effect of the flux in operating temperature is remarkable by addition of an activator, and also an activator can be suppressed to the minimum necessary.
[0012]
  The activator added to the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin is preferably C4~ C10Primary amine hydrohalates having the following alkyl groups, C4~ C10Secondary amine hydrohalates having the following alkyl groups, C4~ C10Any one or two or more activators selected from tertiary amine hydrohalides having an alkyl group of 0.1 to 10mass%Added. By adding this activator, the flux activation effect at the operating temperature becomes remarkable, and a flux free from corrosion of the metal material by adding the activator can be obtained.
[0013]
  Further, the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin, which is a flux additive used in the protective element of the present invention, is cured with castor oil, amide waxes, C4~ C18Organic metal soaps, C6~ C501 to 40 of any one or more viscosity modifiers selected from carboxylic acid ester derivatives ofmass%Added. The addition of the viscosity modifier not only makes it possible to set the viscosity of the flux at normal temperature and operating temperature to an appropriate value, but also does not cause aggregation or separation of components.
[0014]
  Further, one or two or more antioxidants selected from a hindered phenolic antioxidant, a sulfurous antioxidant, and a phosphorus antioxidant are added to the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin. .01-5mass%Added, thereby suppressing oxidation in the air. Moreover, the reaction of the activator component is not inhibited by the addition of the antioxidant.
  Hereinafter, in the specification, the part “wt%” is read as “mass%”.
[0015]
  Of the present inventionThe protective element according to the present inventionA low-melting-point alloy with a flux applied or incorporated with a flux. According to said structure, the low melting-point alloy with a flux which apply | coated or incorporated the flux which has the said various outstanding characteristic is obtained.This low melting point alloy is used as a fusible alloy body of a thermal fuse and constitutes a thermal fuse. Furthermore, this thermal fuse is a protective element that is a protective element that can be used as a resistance fuse that melts a low-melting-point alloy with flux by heat generated by energization. According to said structure, the protection element of the fuse with a resistance which comprises the low melting-point alloy with the flux which apply | coated or incorporated the flux which has the said various outstanding characteristics, or is incorporated is obtained.
[0019]
[Flux embodiment]
Hereinafter, the embodiment of the flux of the present invention using an ethylene-ethyl acrylate copolymer resin (hereinafter referred to as EEA) as the ethylene-acrylic ester copolymer resin will be described. First, the flux is an additive in the present invention. The chemical structural formula and electrical characteristics of EEA will be described.
EEA has the following chemical structural formula.
[0020]
[Formula 1]
Figure 0004488586
[0021]
Table 1 shows the melt flow rate MFR (g / 10 min) at an addition amount of 20% and 25% of EEA, which is an additive of flux in the present invention, and EVA, which is a conventional additive, and dielectric loss tangent ( 1 MHz) and volume resistivity (Ω · m) are compared.
[0022]
[Table 1]
Figure 0004488586
[0023]
According to Table 1, it can be seen that EEA, which is a flux additive in the present invention, has a higher melt flow rate MFR and a volume resistivity that is an order of magnitude higher than EVA, which is a conventional additive. This means that the flux of the present invention to which this EEA is added is superior in fluidity and has a higher electric resistance than the flux to which the conventional EVA is added. It can be presumed that the protective element having the low melting point alloy has excellent operating characteristics and has a large insulation resistance or withstand voltage after operation, that is, after the melting of the low melting point alloy.
[0024]
FIG. 1 shows the relationship between temperature and heating mass change rate in an atmospheric flow in order to compare the heat resistance between EEA, which is a flux additive in the present invention, and EVA, which is a conventional flux additive. FIG.
According to FIG. 1, EVA, which is a conventional additive, decreases in mass fraction at about 200 ° C., whereas EEA, which is an additive of the present invention, decreases in mass fraction at about 240 ° C. It can be seen that the heat resistance is about 40 ° C. superior to EVA.
[0025]
Next, an embodiment of the flux of the present invention using the EEA will be described.
(1) First, as the base resin for the flux, the following ones with EEA added were prepared.
Figure 0004488586
[0026]
(2) Then, the amine salts activators of the following (1) to (6) are added to the base resin so that the halogen content is 0.3%, and the fluxes of the examples (1) to (▲). 6 ▼ was prepared.
(1) n-Et. HCl: n-ethylamine hydrochloride
(2) n-Pro. HCl: n-propylamine hydrochloride
(3) n-But. HCl: n-butylamine hydrochloride
(4) n-Pro. HBr: n-propylamine hydrobromide
(5) Di-n-Pro. HBr: di-n-propylamine hydrobromide
(6) Tri-n-Pro. HBr: Tri-n-propylamine hydrobromide
[0027]
FIG. 2 is a characteristic diagram of the halogen content in the flux and the low melting point alloy spreading ratio. As is clear from FIG. 2, when the halogen content in the flux is less than 0.2 wt%, the effect of addition is insufficient, and even when added in excess of 0.3 wt%, the effect is small. Therefore, in the above embodiment, the activator is added so that the halogen content is 0.3 wt%.
[0028]
As a comparative example, the amine salt activator (3) above was added to a base resin using the same weight% of EVA instead of EEA in the base resin so that the halogen content was 0.3 wt%. Thus, a flux (7) of a comparative example was prepared.
[0029]
(3) Flux (1) to (6) of the embodiment of the present invention and the flux (7) of the comparative example are replaced with a ceramic cap for a thermal fuse described later (inner long side 5.0 mm × inner short side). 3.0 mm × depth 1.0 mm), which has a melting point of 130 ° C. (Sn: 50 wt%, Pb: 20 wt%, In: 30 wt%) and a constant size (length: 4.0 m × Ten test pieces each having a low melting point alloy having a width of 0.5 mm and a thickness of 0.5 mm were completely embedded in the flux. In addition, this test piece is a structure where the upper surface is open | released in air | atmosphere.
[0030]
(4) Put each of the five test pieces in a circulation oven, store them at 80 ° C. for 48 hours, take them out, place them on a hot plate adjusted to 135 ° C., and measure the time until the low melting point alloy melts. . In addition, for each of the remaining five test pieces stored at room temperature, the time until the low-melting point alloy melts under the same conditions as the test pieces after heat storage was compared, using this as the initial value. The results are shown in Table 2.
[0031]
[Table 2]
Figure 0004488586
[0032]
(5) From the initial value and the data after heat storage, the SN ratio (η) was determined using the Taguchi method, and the heat resistance was evaluated. The results are shown in Table 3. In Table 3, the insulation resistance value is also shown.
From Table 3, it can be seen that the flux added with the EEA of the present invention has a high SN ratio (η), excellent heat resistance, and an insulation resistance value that is an order of magnitude higher than the flux added with the conventional EVA. .
[0033]
[Table 3]
Figure 0004488586
[0034]
【Example】
Next, the flux (1) to which the EEA of the present invention is added, the flux (2) of the first comparative example to which EVA is added, and the flux (3) of the more general second comparative example, respectively, The results of preparing the composition having the following composition and conducting a high-temperature storage test will be described.
Flux of the present invention (1)
Modified rosin 59.5 wt%
EEA 40.0wt%
Diethylamine hydrochloride 0.5wt%
Comparative example flux (2)
Modified rosin 59.5 wt%
EVA 40.0wt%
Diethylamine hydrochloride 0.5wt%
Flux of comparative example (3)
Modified rosin 59.5 wt%
Amide wax 40.0wt%
Diethylamine hydrochloride 0.5wt%
[0035]
In the above examples and comparative examples, the addition amount of diethylamine hydrochloride as the activator is 0.5 wt% based on the above-described characteristic diagram of the halogen content in the flux of FIG. 2 and the low melting point alloy spreading ratio. Yes.
[0036]
【Test method】
The temperature of the structure to be described later applied to each of the fluxes (1), (2), and (3) above on a low melting point alloy (Sn: 50 wt%, Pb: 20 wt%, In: 30 wt%) having a fusing temperature of 130 ° C. Prepare 5 × 4 fuses each, and store them for 2,500 hours, 5,000 hours, 10,000 hours respectively in the high temperature range of the melting temperature of the low melting point alloy −10 ° C. (120 ° C.). Each piece was subjected to a fusing test, and the rise in fusing temperature due to flux deterioration was compared with the initial value, which is the fusing temperature during normal temperature storage.
[0037]
[Temperature fuse embodiment]
The thermal fuses of the above examples and comparative examples have the following structure.
FIG. 3 is a plan view in which a part of the protective element A composed of the thermal fuses of the present invention and the comparative example coated with the flux of the present invention (1) and the fluxes of the comparative example (2) and (3) is cut open. FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along the center line in the longitudinal direction of the protective element A of FIG.
3 and 4, reference numeral 1 denotes a rectangular insulating substrate made of a ceramic such as alumina, and an electrode 2 formed by applying and baking an Ag-based conductive paste such as Ag paste, AgPd paste, AgPt paste on both ends thereof; 3. Copper or nickel leads 4 and 5 are connected and fixed to the outer ends of these electrodes 2 and 3, respectively, by soldering or the like, and straddle between the inner ends of the electrodes 2 and 3, A low melting point alloy 6 that melts in response to the ambient temperature is integrally connected by welding or the like. The surface of the low melting point alloy 6 is covered with the flux of the present invention or the flux 7 of the comparative example, and an insulating cap 8 made of a molded body such as alumina ceramic or resin is covered from above the flux 7 and sealed. It is fixed and sealed with a stop resin 9.
[0038]
【Test results】
The thermal fuse (1) using the flux (1) of the embodiment of the present invention and the thermal fuses (2) and (3) using the flux (2) and (3) of the comparative example are each 4 × 5. Prepare one piece at a time, measure the fusing temperature of 5 pieces each after the initial state, after storage for 2,500 hours at 120 ° C, after storage for 5,000 hours and after storage for 10,000 hours. Table 4 shows the results of the high temperature storage test for which the deviation was obtained.
[0039]
[Table 4]
Figure 0004488586
[0040]
[Discussion from the above test results]
In the thermal fuse {1} using the flux {circle around (1)} of the embodiment of the present invention, the initial fusing temperature after storage for 2,500 hours, 5,000 hours, and 10,000 hours is 129.4 ° C., respectively. At 129.4 ° C., 129.8 ° C., and 130.0 ° C., the standard deviations were 0.11, 0.15, 0.15, and 0.27, respectively, and they were stable.
On the other hand, the average fusing temperature in the thermal fuse {2} using the flux {2} of the comparative example is 129.6 ° C, 129.6 ° C, 130.1 ° C, and 139.7 ° C, respectively. Standard deviations were 0.19, 0.26, 0.11 and 21.69.
Further, the average fusing temperatures of the thermal fuse (3) using the flux (3) of the comparative example are 129.4 ° C., 129.7 ° C., 135.6 ° C. and 201.1 ° C., respectively. 0.19, 0.57, 10.85 and could not be calculated.
In summary of the above results, it is clear that the thermal fuse {1} using the flux {circle around (1)} of the present invention has the best high-temperature storage characteristics, that is, heat resistance.
[0041]
In the present invention, not only a thermal fuse using a low melting point alloy having the above composition but also a thermal fuse using a low melting point alloy having the following composition was confirmed.
(1) A low melting point alloy having a composition of Pb: 42%, Bi: 58% and a melting point of 125 ° C.
(2) A low melting point alloy having a composition of Bi: 58% and Sn: 42% and a melting point of 135 ° C.
(3) A low melting point alloy having a composition of Bi: 50% and Sn: 50% and having a melting point of 160 ° C.
[0042]
In the above embodiment, the case where a disproportionated rosin or a modified rosin is used as the rosin has been described. However, as the rosin in the present invention, a disproportionated rosin, a modified rosin, a natural rosin, a purified rosin, a polymerized rosin, a hydrogenated rosin 1 type (s) or 2 or more types selected from among them can be used.
[0043]
In the present invention, if EEA does not contain a COOR group, it has a high melting point and the fluidity at the operating temperature is significantly impaired. R is C4If it exceeds 1, compatibility with necessary components such as rosin is impaired. Therefore, EEA in the present invention contains a COOR group, and R is C1~ C4Those up to are desirable.
[0044]
In the present invention, a COOR group is contained as described above, and R is C1~ C4Even in the case of EEA up to, if the melt flow rate (MFR) is less than 0.6 g / 10 min, the degree of polymer polymerization is low and the heat resistance is poor. On the other hand, when the melt flow rate (MFR) exceeds 1500 g / 10 min, the operability of a current fuse, a thermal fuse, a resistor-equipped fuse or the like is impaired. Therefore, the melt flow rate (MFR) of EEA in the present invention is preferably 0.6 to 1500 g / 10 min.
[0045]
In the present invention, EEA satisfying the above conditions is ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-n-propyl acrylate copolymer, ethylene-isopropyl acrylate copolymer, ethylene-n-butyl. Any one or two or more selected from an acrylate copolymer, an ethylene-isobutyl acrylate copolymer, an ethylene-sec-butyl acrylate copolymer, and an ethylene-tert-butyl acrylate copolymer may be used.
If the addition amount of EEA is less than 5 wt%, the effect of improving the heat resistance due to the addition of the polymer is not remarkable, and if it exceeds 95 wt%, the amount of other necessary components is not satisfied, which is ineffective as a flux. Therefore, in the present invention, the amount of EEA added is desirably 5 to 95 wt%.
[0046]
In the present invention, the active agent added to EEA is C4~ C18Monocarboxylic or dicarboxylic acids, and C4~ C18Halogenated monocarboxylic acids or halogenated dicarboxylic acids, and C1~ C10A secondary amine having an alkyl group of1~ C10A tertiary amine having an alkyl group of1~ C10Any one or two or more selected from quaternary ammonium salts having the following alkyl groups can be used. When the addition amount is less than 0.2 wt%, the effect of addition is not remarkable, and when it exceeds 30 wt%, the activation effect is constant, and addition beyond that is meaningless. Therefore, the addition amount of the activator in the present invention is preferably 0.2 to 30 wt%.
[0047]
In the present invention, other active agents added to EEA include C4~ C10Primary amine hydrohalates having the following alkyl groups, C4~ C10Secondary amine hydrohalates having the following alkyl groups, C4~ C10Any one or two or more selected from tertiary amine hydrohalates having an alkyl group can be used. And if the addition amount of this activator is less than 0.1 wt%, the effect of addition is not remarkable, and if it exceeds 10 wt%, the corrosiveness with respect to a metal material will be seen. Therefore, the addition amount of the activator in the present invention is preferably 0.1 to 10 wt%.
[0048]
In the present invention, the viscosity modifier (thixotropic agent) added to EEA is hydrogenated castor oil, amide wax, C4~ C18Organic metal soaps, C6~ C50Any one or two or more selected from among the carboxylic acid ester derivatives may be used. When the addition amount is less than 1 wt%, the effect of addition is not remarkable, and when it exceeds 40 wt%, the components are agglomerated and separated. Therefore, the addition amount of the viscosity modifier in the present invention is preferably 1 to 40 wt%.
[0049]
In the present invention, an antioxidant may be added to EEA as necessary. As the antioxidant, any one or two or more selected from a hindered phenol antioxidant, a sulfur antioxidant, and a phosphorus antioxidant can be used. If the addition amount is less than 0.01 wt%, the effect of addition is not remarkable, and if it exceeds 5 wt%, the reaction of the activator component is inhibited. Therefore, the addition amount of the antioxidant is desirably 0.01 to 5 wt%.
[0050]
Embodiment 2
The protection element of the present invention is not limited to the structure of the above embodiment, and can be applied to what is called a resistance fuse. FIG. 5 is a plan view of a part of such a protective element B, FIG. 6 is a longitudinal sectional view taken along line XX of FIG. 5, and FIG. 7 is a bottom view of the part.
5 to 7, reference numeral 11 denotes an insulating substrate such as alumina ceramic, which has through holes 12 and 13 at eccentric positions near both ends in the longitudinal direction. A conductive paste such as an Ag paste, an AgPd paste, or an AgPt paste is applied and fired at a position separated from the through hole 13 on the surface of the insulating substrate 11, a position including the through hole 12, and a position including the through hole 13, respectively. Thus, the electrodes 14, 15 and 16 are formed, and the electrodes 17 and 18 are formed by applying and baking the same conductive paste at the positions including the through holes 12 and 13 on the back surface of the insulating substrate 11, respectively. . Here, the electrode 15 on the surface of the insulating substrate 11 and the electrode 17 on the back surface of the insulating substrate 11 are connected by a conductive material filled in the through-hole 12, and the electrode 16 on the surface of the insulating substrate 11 and the electrode 18 on the back surface are The conductive material filled in the through holes 13 is connected. A resistive paste such as RuO 2 is applied and baked across the electrodes 17 and 18 on the back surface of the insulating substrate 11 to form a film-like resistor 19, and the resistor 19 together with the electrodes 17 and 18 is made of low-melting glass or heat-resistant resin. It coat | covers with the insulating layer 20 which consists of etc. Further, copper or nickel leads 21, 22, 23 are connected to the outer ends of the electrodes 14, 15, 16 on the surface by high-temperature solder or the like, respectively, and the low melting point alloy is straddled across the inner ends of the electrodes 14, 15. 24 is connected by welding or the like. The surface of the low melting point alloy 24 is covered with the flux 25 described above. From above the flux 25, an insulating cap 26 made of a molded body of an insulating material such as ceramic or resin is placed and fixed and sealed with a sealing resin 27 such as epoxy.
[0051]
FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of the protection element B referred to as the above-mentioned fuse with resistance.
In FIG. 8, 21, 22, and 23 are terminals and correspond to the leads 21, 22, and 23. F is a fuse and corresponds to the low melting point alloy 24. R is a resistance and corresponds to the resistor 19. One end of the fuse F (low melting point alloy 24) and one end of the resistor R (resistor 19) are commonly connected by a terminal 22.
[0052]
The protective element B referred to as the fuse with resistance can be used for various applications, and can be used, for example, in an overcharge prevention device for a lithium ion secondary battery. That is, when a lithium ion secondary battery is overcharged or overdischarged, it generates dendrites and enters a dangerous state, so it is necessary to prevent overcharge or overdischarge.
FIG. 9 is a circuit diagram of an overcharge prevention device for a lithium ion secondary battery. In FIG. 9, 31 and 32 are positive and negative DC input terminals, and 33 and 34 are positive and negative DC output terminals. B is a protective element referred to as the above-mentioned fuse with a resistor. Its terminal 21 is connected to a positive DC input terminal 31 and its terminal 22 is connected to a positive DC output terminal 33. Therefore, the fuse F (low melting point alloy 24) is connected between the positive DC input terminal 31 and the positive DC output terminal 33. Reference numeral 35 denotes a voltage detection circuit. In the illustrated example, a Zener diode 36 and a current limiting resistor 37 are connected in series. The cathode of the Zener diode 36 is connected to the terminal 22 and the positive DC output terminal 33. The terminal 23 of the protection element B is connected to the collector of a transistor 38 which is a switching element that is turned on by voltage detection of the voltage detection circuit 35, and its emitter is connected to the negative DC input terminal 32 and the negative DC output terminal 34. It is connected. Further, the other end of the current limiting resistor 37 of the voltage detection circuit 35 is connected to the base of the transistor 38.
[0053]
In the overcharge prevention device, the charger 39 is connected to the positive and negative DC input terminals 31 and 32, and the lithium ion secondary battery 40 is connected to the positive and negative DC output terminals 33 and 34. Then, the lithium ion secondary battery 40 is charged via the fuse F (low melting point alloy 24). When the lithium ion secondary battery 40 is in a fully charged state, the terminal voltage is detected by the Zener diode 36 and the transistor 38 is turned on. Then, the resistor R (resistor 19) is energized through the transistor 38, the resistor R (resistor 19) generates heat, and the fuse F (low-melting point alloy 24) is blown, whereby lithium ion The overcharge of the secondary battery 40 can be prevented.
[0054]
In addition to the above-described structure, the protective element B referred to as a fuse with resistance may have a structure in which a low melting point alloy and a resistor are juxtaposed on the front or back surface of an insulating substrate. Further, a structure in which a resistor is formed on the front surface or the back surface of the insulating substrate and a low melting point alloy is stacked thereon via an insulating layer may be used.
[0055]
The protection element of the present invention is not limited to the thermal fuse A and the resistor fuse B shown in the above embodiment, and as shown in FIG. 10, the cross section is circular between the tips of the leads 41 and 42 having a circular cross section. The low melting point alloy 43 is fixed by welding or the like, and the low melting point alloy 43 is covered with a flux 44, which is inserted into a cylindrical insulating case 45 made of alumina ceramic or the like. The present invention can also be applied to a protective element C having a so-called axial structure sealed with insulating sealing materials 46 and 47 such as resin.
In the protective element C having such a structure, the flux 44 is not only applied to the peripheral surface of the low melting point alloy 43, but may also be a so-called flux built-in structure built in the low melting point alloy 43, or low A structure in which a slit groove is formed along the length direction on the peripheral surface of the melting point alloy 43 and the slit 44 is filled with a flux 44 may be used.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, since the flux of the present invention is characterized by the addition of EEA to rosin, it has excellent heat resistance and is difficult to thermally decompose. Since no decomposition products are produced, it is safe. Moreover, it is excellent in flexibility in a low temperature range and excellent in coating property.
Moreover, since the low-melting-point alloy with flux of the present invention is the one in which the above-mentioned flux is applied or incorporated, the low-melting-point alloy can be prevented from being oxidized, and the low-melting-point alloy can be blown quickly at the time of fusing. A low melting point alloy having excellent characteristics can be obtained.
Furthermore, since the protective element of the present invention comprises the above-described low-melting-point alloy with flux, not only can a current fuse, a thermal fuse, a fuse with resistance, etc. with excellent fusing characteristics be obtained, but also the insulation resistance of the flux Since the value is high, there is no danger of re-conducting through the flux after the melting of the low melting point alloy or leakage current flowing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a characteristic diagram of the rate of change in heating mass in an air flow for explaining the heat resistance of an ethylene-acrylate copolymer resin used in the flux of the present invention.
Fig. 2 Characteristic of halogen content in flux and low melting point alloy spreading ratio
FIG. 3 is a plan view in which a part of a protective element A made of a thermal fuse, which is used for evaluating the flux of the present invention and a comparative example and is also the first embodiment of the present invention, is opened.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along the center line in the longitudinal direction of a protective element A made of a thermal fuse that is used for evaluating the flux of the present invention and a comparative example and is also the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view in which a part of a protection element B made of a fuse with resistance according to a second embodiment of the present invention is cut open.
6 is a longitudinal sectional view taken along line XX of FIG. 5 of a protective element B made of a fuse with resistance according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a bottom view in which a part of a protection element B made of a fuse with resistance according to a second embodiment of the present invention is opened.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram of a protection element B composed of a fuse with a resistance according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram when the protection element B in the second embodiment of the present invention is used in an overcharge prevention device for a lithium ion secondary battery.
FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a protection element C made of a thermal fuse having an axial structure according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
A, B, C Protection element
1,11 Insulating substrate
2, 3, 14, 15, 16, 17, 18 electrodes
4, 5, 21, 22, 23, 41, 42 Lead
6, 24, 43 Low melting point alloy
7, 25, 44 flux
8, 26 Insulation cap
9, 27, 46, 47 Sealing resin
12, 13 Through hole
19 Resistor
20 Insulating layer
F fuse (low melting point alloy)
R resistance (resistor)
31, 32 Positive and negative DC input terminals
33, 34 Positive / negative DC output terminal
35 Voltage detection circuit
36 Voltage sensing element (Zener diode)
37 Current limiting resistor
38 Switching elements (transistors)
39 Charger
40 Lithium ion secondary battery
45 Insulation case

Claims (5)

低融点合金にフラックスを塗布または内蔵したフラックス付き低融点合金を具備する保護素子であって、前記フラックスはロジンに添加剤としてエチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂を5〜95質量%および活性剤を0.1〜30質量%添加し、前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂は、COOR基を含み、RがC 〜C であり、メルトフローレートが0.6〜1500g/10minであることを特徴とする保護素子。A protective element comprising a low-melting-point alloy with a flux applied to or incorporated in a low-melting-point alloy, wherein the flux contains 5 to 95% by mass of an ethylene-acrylate copolymer resin and an activator as an additive to rosin. was added 0.1 to 30 wt%, the ethylene - acrylic acid ester copolymer resin comprises a COOR radical, R is a C 1 -C 4, it melt flow rate is 0.6~1500g / 10min A protective element characterized by 前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂がエチレン−メチルアクリレート共重合体,エチレン−エチルアクリレート共重合体,エチレン−n−プロピルアクリレート共重合体,エチレン−イソプロピルアクリレート共重合体,エチレン−n−ブチルアクリレート共重合体,エチレン−イソブチルアクリレート共重合体,エチレン−sec−ブチルアクリレート共重合体,エチレン−tert−ブチルアクリレート共重合体を含む群から選択された1または2以上からなることを特徴とする請求項1に記載の保護素子。The ethylene-acrylic acid ester copolymer resin is ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-n-propyl acrylate copolymer, ethylene-isopropyl acrylate copolymer, ethylene-n-butyl acrylate. copolymer, ethylene - isobutyl acrylate copolymer, ethylene -sec- butyl acrylate copolymer, characterized in that it consists of one or more selected from the group comprising ethylene -tert- butyl acrylate copolymer according Item 2. The protective element according to Item 1 . 前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂に、C〜C18のモノカルボン酸またはジカルボン酸、およびC〜C18のハロゲン化モノカルボン酸またはハロゲン化ジカルボン酸、およびC〜C10のアルキル基を有する第2級アミン、C〜C10のアルキル基を有する第3級アミン、C〜C10のアルキル基を有する第4級アンモニウム塩、グリシンおよびC〜C15のアルキル基を有するアミノ酸またはアミノ酸塩を含む群から選択された1または2以上の活性剤を0.2〜30質量%添加したことを特徴とする請求項2に記載の保護素子。In the ethylene-acrylic acid ester copolymer resin, a C 4 to C 18 monocarboxylic acid or dicarboxylic acid, a C 4 to C 18 halogenated monocarboxylic acid or halogenated dicarboxylic acid, and a C 1 to C 10 alkyl. secondary amine having a group, tertiary amines having an alkyl group of C 1 -C 10, quaternary ammonium salt having an alkyl group of C 1 -C 10, an alkyl group of glycine and C 1 -C 15 The protective element according to claim 2 , wherein 0.2 to 30 % by mass of one or more activators selected from the group comprising an amino acid or an amino acid salt is added. 前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂に、C〜C10のアルキル基を有する第1級アミンハロゲン化水素酸塩、C〜C10のアルキル基を有する第2級アミンハロゲン化水素酸塩、C〜C10のアルキル基を有する第3級アミンハロゲン化水素酸塩の中から選択されたいずれか1または2以上の活性剤を0.1〜10質量%添加したことを特徴とする請求項2に記載の保護素子。The ethylene - acrylic acid ester copolymer resin, C 4 -C primary amine hydrohalide having an alkyl group of 10, the secondary amine hydrohalide having an alkyl group of C 4 -C 10 , 0.1 to 10 % by mass of one or more activators selected from tertiary amine hydrohalides having a C 4 to C 10 alkyl group. The protective element according to claim 2 . 前記エチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂に1〜40質量%の粘性調整剤および0.01〜5質量%の酸化防止剤のいずれか一方または両方を添加したことを特徴とする請求項3または4に記載の保護素子。The ethylene - claim 3 or 4, characterized in that the addition of either or both of acrylic acid ester copolymer resin in 1 to 40 mass% of viscosity modifier and 0.01 to 5% by weight of antioxidant The protective element as described in.
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