KR100216418B1

KR100216418B1 - 보호소자

Info

Publication number: KR100216418B1
Application number: KR1019950040412A
Authority: KR
Inventors: 모토히데 다케이치; 노리카즈 이와사키; 유지 후루우치
Original assignee: 구리다 히데유키; 소니 케미카루 가부시키가이샤
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1999-08-16
Anticipated expiration: 2015-11-09
Also published as: JP3067011B2; JPH08161990A; DE69520867D1; EP0715328A1; EP0715328B1; DE69520867T2

Abstract

과전압을 방지할 수 있고 동시에 우수한 안전성을 가지는 보호소자를 얻고, 또한 칩형보호소자를 소형화시키기 위하여, 본 발명은 무지계 기판, 그 무지계 기판상에 제공되어있는 무지계 재료로 이루어진 발열체, 그 발열체의 표면을 덮는 절연층, 및 그 절연층상에 제공되어 있는 저융점 금속체로 구성되어 있는 보호소자를 제공한다.

이 보호소자는 제너 다이오드를 사용하는 전압검지수단과 조합하여 사용될 수 있어 전압검지수단이 규격전압 이상의 전압을 검지할때 보호소자의 발열체가 통전되어 발열함으로써 과전압 방지장치를 구성할 수 있다.

Description

보로소자

제1a도 및 제1b도는 각각 본 발명의 보호소자의 평면도 및 X-X선 단면도

제2a도 및 제2b도는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호소자의 평면도 및X-X선 단면도

제3a도 및 제3b도는 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 보호소자의 평면도및 X-X선 단면도

제4도는 본 발명의 보호소자를 사용하는 과전압 방기장치의 회로도

제5a도 및 제5b도는 각각 본 발명의 또다른 실시예에 따른 보호소자의 펑면도및 X-X선 단면도

제6도는 본 발명의 보호소자를 사용하는 다른 실시예에 따른 과전압 방지장치의회로도

제7도는 실시예에 따른 보호소자의 발열체에 전압이 인가될 경우의 시간에 따른전류의 변화를 나타내는 도면

[발명의 배경]

[발명의 분야]

본 발명은 퓨즈등의 저융점 금속체를 사용한 보호소자에 관한 것이다.

더욱 구체적으로 본 발명은 규격동작전압 이상의 전압인 과전압을 방지하는데 유용한 보호소자에 관한 것이다.

[종래기술]

납, 주석, 안티몬 등으로 이루어진 저융점 금속체를 사용한 보호소자로서는, 과전류의 흐름시에 녹아끓어짐으로써 전류를 차단하는 전류퓨즈가 종래부터 널리 사용되고 있다.이 퓨즈의 형태로서는 양단에 체결부품이 제공된 평평한 장방형의 저융점 금속체로 형성된 링크형 퓨즈; 유리관에내에 밀봉된 봉형상의 저융점 금속체로 형성된 카트리지형 퓨즈; 및 리드단자가 제공된 직방체 형상의 저융점 금속체로 형성된 칩형 퓨즈 등이 알려져 있다.

그밖에, 소정온도를 초과한 온도에서 녹아끓어지는 온도퓨즈가 또한 보호소자로서 이용되고 있다.

그러나, 종래의 보호소자의 모든 형태는 배선기판상에 어렵게 장착된다는 문제가 있다. 이것에 대한 대책으로서, 퓨즈가 직방체 형상의 수지내에 매입되어 밀봉되어 있고 그 퓨즈의 리드단자가 직방체 형상의 수지표면상에 형성되어 있는 칩형 퓨즈가 제안되어 있다( 일본국 특허출원 공개 No. 4-192237 ). 그러나, 퓨즈가 단지 수지내에 파묻혀 밀봉되기만 하면, 과전류가 흘렀을때 퓨즈가 용융되더라도 반드시 녹아끊어지지는 않는다. 따라서, 이러한 퓨즈가 안정적으로 호소자로서 기능하게 될 수 없다는 문제가 있다.

상용중인 칩형 퓨즈의 크기에 대해서는, 보다 작은 크기의 퓨즈일지라도 두께 2.6mm×폭 2.5mm×길이 6mm정도이고 기판상에 장착되는 다른 전자부품보다 더 큰 크기를 갖는다.

특히, 칩형 퓨즈의 두께는 IC의 두께가 일반적으로 1mm 정도인 것에 대하여 2.6mm 정도로 매우 크다.

그 때문에, 패키징후의 기판의 높이는 칩형 퓨즈에 의해 제한되고 만다. 이것은 패키징 공간의 축소를 방해한다. 따라서, 칩형 퓨즈의 두께도 어떻게 1mm정도로 소형화시키는가가 문제로 되어있다.

최근의 산업의 발전에 따라서, 종래의 전류퓨즈와 온도퓨즈 이외에, 과전압에 작용하는 보호소자를 제공하려는 것이 시도되고 있다.

예컨대, 고에너지 밀도의 2차전지로서 주목되고 있는 리튬이온전지에서는 덴드라이트(dendrite)가 과충전의 결과로서 전극표면에 생성되어 전지성능을 크게 해치므로 전지가 충전될때 전지가 규격전압 이상으로 충전되는 것을 방지하는 것이 필요하다.그러나, 이와같은 과충전을 방지하는데 유용한 보호소자는 이제까지 개발되어 있지 않다. 실제, 리튬이온전지의 보호기구로서는, 규격치 이상의 전류가 전지에 흐를 경우에, PTC(양의 온도계수 저항기)가 발열하고 퓨즈가 녹아끊어지도록 설정된 보호기구가 제공 되어 았다. 그러나, 이와같은 보호기구는 과충전을 방지하는데 사용될 수 없다. 따라서, 과충전을 방지하기 위한 새로운 보호소자를 제공하러고 한다. 특히, 이와같이 전지가 충전될때에 사용되는 보호소자로서, 발화등의 위험이 없고 사용시에 높은 안전성을 갖는 소자를 제공하려고 한다.

[발명의 요약]

본 발명은 퓨즈에 관한 종래의 기술에 따른 문제점을 해결하고자 한다. 본 발명의 제1목적은 과전압을 방지할 수 있는 새로운 보호소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 제2목적은 종래의 전류퓨즈를 포함하여 칩형의 보호소자를 안정된 동작을 확보하면서보다 소형화시키는 것이다.

본 발명자들은 무기계 기판으로 구성되어 있고, 그 무기계 기판상에 무기계 재료로 이루어진 발열체, 절연층, 및 저융점 금속체가 순차적으로 적층하여 제공되어 있는 소자가 과전압을 방지하기 위한 보호소자로서 유용하다는 것을 발견하였다. 따라서 본 발명자들은 본 발명의 제1양상에 따른 보호소자를 완성하였다.

또한, 본 발명자들은 과전압 방지용 보호소자 뿐만아니라 종래의 전류퓨즈를 포함하는 보호소자들이, 기판사에 저융점 금속체를 제공하고, 그후 그 저융점 금속체보다 더 낮은 융점 또는 더 낮은 연화점을 갖는 재료로 저융점 금속체를 밀봉하고, 다시 그 외측 표면과의 사이에 갭 (빈틈)을 두고 외부케이싱으로 외측표면을 덮어서 칩형 소자를형성하는 경우에, 보호소자의 기능을 손상시키지 않고 소형화 될 수 있다는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명자들은 본 발명의 제 2양상에 따른 보호소자를 완성하였다.

보다 상세하게 말하자면, 본 발명의 제1양상에 따른 보호소자로서, 본 발명은 무기계기판, 그 무기계 기판 상에 제공되어 있는 무기계 재료로 이루어진 발열체, 그 발열체의 표면을 덮는 절연층, 및 그 절연층상에 제공되어 있는 저융점 금속체로 구성되어 있는 보호소자를 제공한다.

이와같은 보호소자를 사용하는 과전압 방지장치로서, 본 발명은 또한 상기 보호소자 및 전압검지수단으로 구성되어 있는 과전압 방지장치를 제공하고, 그 보호소자의 발열체는 전압검지수담이 규격전압 이상의 전압을 검지할때 통전되어 발열한다.

본 발명의 제 2양상에 따른 보호소자로서, 본 발명은 또한 기판, 그 기판상에 제공되어 있는 저융점 금속체, 그 저융점 금속체보다 더 낮은 융점 또는 더 낮은 연화점을 갖는 재료로 이루어져 그 저융점 금속체를 밀봉하는 내부밀봉부, 및 그 내부밀봉부와의 사이에 갭을 두고 내부밀봉부를 덮는 외측케이싱으로 구성되어 있는 과전류 방지용 보호소자를 제공한다.

[발명의 상세한 설명]

제la도 및 제1b도는 본 발명의 제1양상에 따른 보호소자의 기본 실시예를 예시한다. 편면도인 제1a도 및 X-X선 단면도인 제1b도에 도시된 바와 같이, 이 보호소자(1a)는 기판(2), 그 가판상에 있는 발열체(3), 그 발열체(3)의 표면을 덮는 절연층(4), 및 그 절연층(4) 상에 재공되어 있는 저융점 금속체(5)로 구성되어 있다. 여기서, 발열체(3)와 저융점 금속체(5)는 각각 발열체용 단자(6a 및 6b)와 저융점 금속채용 단자(7a 및 7b)에 접속되어 있다.

본 발명에서, 이와같은 보호소자의 기판(2)으로서는 세라믹기판 또는 금속기판 등의 무기계 종류의 기판이 사용된다. 기판(2)의 두께에 대해서는 특정한 제한은 없지만, 보호소자를 소형화시키는 관점으로부터, 기판은 통상 0.lmm내지 1.0mm정도의 두께로 하는것이 바람직하다.

발열체(3) 는 후술할 바와같이 보호소자가 제너 다이오드 등의 전압검지수단과 조합하여 사용되고 그로인해 과전압 방지용 보호소자로서 기능할 수 있는 경우에, 저융점 금속체가 녹아끊어지도록 하기 위한 열원으로서의 역할을 하는 유용한 기능을 갖는다. 본 발명에서, 발열체(3)로서는 무기계 재료로 이루어진 발열체가 사용된다. 예컨대, 산화루테늄, 또는 카본블랙 등의 도전재료 및 물유리 등의 무기계 바인더로 구성된 발열체가 사용될 수 있다. 이와같은 발열체 재료로서는 상용중인 무기계 저항 페이스트가 사용될 수 있다. 유기계 재료로 이루어진 발열체(3)는 기판상에 무기계 저항 페이스트를 도포한후 소성함으로써 용이하게 형성될 수 있다.

유기계 성분이 저항 페이스트내에 함유되어 있을 경우라도, 유기계 성분은 소성 과정에서 분해되고 제거된다. 따라서, 기판상에 도포될 저항 페이스트는 유기계 성분을 함유할 수 있다.

이와같이, 유기계 재료가 아니라 무기계 재료로 이루어진 발열채(3)의 사용은 발열체(3)의 저항치에 대한 열의 영향을 크게 억제하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 발열체(3)가 보호소자의 사용중에 장시간 동안 계속 통전되어 발열체(3)가 발열을 지속할 경우라도, 이와같은 발열상태는 안정될 수 있고 폭주가 발생하지 않는다.

따라서, 과도한 발열에 의한 발화의 위험이 없고 우수한 안전성을 갖는 보호소자를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 기판으로서의 무기계 기판의 사용은 기판상에 저항 페이스트를 도포한후 소성함으로써 무기계 재료로 이루어진 발열체(3)를 용이하게 형성하는 것을 가능하게 한다. 또한 기판 자체가 불연성일 수 있기 때문에, 보호소자의 사용상의 안전성은 증가될 수 있다.

절연층(4)은 발열체(3)와 저융점 금속체(5)를 절연하는 층이다. 이 절연층(4) 의 재료에 대해서는 특정한 제한은 없지만, 예컨대, 에폭시수지, 아크릴수지 및 폴리에스테르수지 등의 여러가지 유기계 수지, 또는Si0₂를 주성분으로 하는 무기계 재료를 사용하는 것이 가능하다. 유기계 수지가 절연층(4)에 사용되는 경우에는 고열전도율을 갖는 무기계분말이 절연층내에 분산될 수 있다. 이것은 발열체의 발열시에 발열체(3)의 열을 저융점 금속체(5) 에 효율적으로 전도시킬 수 있다. 이와같은 무기계 분말은 질화붕소 (열전도율 : 0.18ca1/cm·sec·℃) 및 알루미나 (열전도율 : 0.08ca1/cm·sec·℃) 등으로 예시된다.

저융점 금속체(5)는 종래에 퓨즈재료로서 사용된 여러가지의 저융점 금속으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 표1에 표시된 합금으로 이루어질수 있다.

[표1]

발열체용 단자(6a 및 6b) 및 저융점 금속체용 단자(7a 및 7b)는 기판상에 일반적으로 형성되는 전극단자와 동일 방식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 이들은 동박(copperfoil) 의 패터닝에 의해, 동패턴상에 차례로 도포되는 니켈도금 및 금도금에 의해, 또는 동패턴상의 납땜에 의해 형성될 수 있다.

제 1도에 도시된 바와같은 보호소자(la)는 예컨대 무기계 기판(2)상에 단자(6a, 6b, 7a 및 7b)를 종래방법에 의해 형성하고, 순차적으로 무기계 저항 페이스트를 스크린 인쇄등에 의해 도포한후 소성함으로써 발열체(3)를 형성하고, 그 발열체(3)의 표면절연성 수지를 인쇄등에 의해 도포한 후 경화시킴으로써 절연층(4)을 형성하고, 더욱이절연층(4)상에 저융점 금속박을 열압착에 의해 본딩함으로써 저융점 금속체(5)를 제공하도록 구성된 공정에 의해 제조된다.

상기한 바와같이, 본 발명의 보호소자는 무기계 기판(2)상에 제공되어 있는 무기계 재료로 이루어진 발열체(3), 절연승(4), 및 저융점 금속체(5)로 구성될 수 있다.더욱 바람직하게, 제2a도 및 제2b도, 또는 제3a도 및 제3b도에 도시된 바와같이, 저융점 금속체(5)는 내부밀봉부(8)로 밀봉될 수 있고 그 외부표면은 외측케이싱 또는 외부밀봉부로 더 덮어질수 있다.

더욱 구체적으로, 제2a도 및 제2b도는 상술된 제1도의 보호소자(1a)의 저융점 금속체(5)가 그 저융점 금속체(5)보다 더 저융점 또는 저연화점을 갖는 재료로 이루어진 내부밀봉부(8)로 밀봉되어 있고 그 외부표면이 외측케이싱(9)으로 더 덮여있는 보호소자(1b)의 평면도(제2a도 )및 X-X선 단면도 (제2b도)이다.

저융점 금속체(5)의 표면이 산화되면, 그 산화된 도면은 저융점 금속체(5)가 그고유의 용융온도로 가열되더라도 용융되지 않고, 그때문에 저융점 금속체(5)는 어떤 경우에 녹아끊어지지 않는다. 그러나, 내부밀봉부(8)로 저융점 금속체(5)를 밀봉함으로써 저융점 금속체(5)의 표면산화를 방지할 수 있고, 따라서 소정온도로 가열될 경우에 저융점 금속체가 확실하게 녹아끊어지도록 할 수 있다. 또한, 내부밀봉부(8)가 저융점 금속체(5) 보다 더 낮은 융점 또는 더 낮은 연화점을 갖는 재료로 이루어지기 때문에, 저융점 금속체(5)를 이 내부밀봉부(8)로 밀봉하는 것은 저융점 금속체(5)가 녹아끊어지는 것을 결코 방해하지 않는다.

내부밀봉부(8)는 바람직하게 저융점 금속체(5)의 표면산화를 방지할 뿐만아니라 도면상에 형성된 금속산화막을 제거하도록 작용될 수 있다. 따라서, 내부밀봉부(8) 에 사용되는 밀봉재료(compound)로서는 유기산 및 무기산등의 금속산화막을 제거할 수 있는 밀봉재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 주성분으로서 아비에트산을 함유하는 비부식성 고형 플럭스가 바람직하다. 이것은 아비에트산이 실온에서 고형이고 불활성이지만 약l20℃이상으로의 가열시에 용융하여 활성상태로 되어 금속산화물을 제거하도록 작용하고, 따라서 소정온도로 가열될 경우에 저융점 금속체가 확실하게 녹아끊어질 뿐만아니라 보호소자의 보존 안전성을 항상시키는 것이 가능하다. 고형 플럭스의 사용에 의해 내부밀봉부(8)를 형성하는 방법으로서 크레이터(crater)를 방지하려는 관점으로부터 용제를 사용하지 않고 고형 플럭스를 가열에 의해 용융시키고, 결과적인 용융물을 저융점 금속체(5)상에 도포하는 것이 바람직하다.

내부밀봉부(8)는 바람직하게 밀봉재료의 종류에 따라서, 저융점 금속체(5) 의 표면 산화를 방지하려는 관점 또는 표면 산화막을 제거하는 능력의 관점으로부터 통상10내지 100μm정도의 두께를 갖는다.

외측케이싱(9)은 저융점 금속체(5) 또는 내부밀봉부(8)가 용융할 경우에 용융물이 보호소자로부터 융출하는 것을 방지할 수 있도록 재공된다. 이 외측케이싱(9)은 제2b도에 도시된 바와 같이 내부밀봉부(8)와의 사이에 갭(10)을 두도록 제공되는 것이바람직하다. 이 실예에서, 갭의 수직방향의 크기(dl)는 50 내지 500μm 정도로, 수평방향의 크기(d2)는 0.2 내지 10mm정도로 바람직하게 설정될 수 있다. 이와같은 크기를 갖는 갭(l0)은 저융점 금속체(5) 또는 내부밀봉부(8) 가 용융할 경우에 용융물이 이동할 수 있는 공간을 확보하고, 따라서 저융점 금속체(5)가 확실하게 녹아끊어지도록 할 수 있다.

외측케이싱(9)을 구성하기 위한 쟤료에 대해서는 특정한 제안은 없지만, 내부밀봉부(8) 위로 공간이 형성되는 하우징의 형태를 취하려는 관점, 및 내열성과 난연성의 관점으로부터, 난연제가 첨가된 나일론4/6, 액정폴리머 등을 사용하는 것이 바람직하다.

저융점 금속체(5)가 내부밀봉부(8)로 밀봉되고 또한 내부밀봉부(8)가 그 내부밀봉부와의 사이에 갭(10)을 두고 외측케이싱(9)으로 덮여지면, 저융점 금속체(5)가 가열될때 녹아끊어지는 신뢰성을 확보하고 또한 보호소자가 전체적으로 약 1mm이하의두께(D)를 가지도록 할 수 있다. 따라서, 이와같은 보호소자(1b)는 보호소자를 동작면에서 신뢰성있게 하고 크기면에서 소형화하려는 요구를 충분히 만족시키는 보호소자 일 수 있다.

저융점 금속체(5)가 내부밀봉부(8)로 밀봉되고 또한 내부밀봉부(8)가 그 내부밀봉부와의 사이에 갭(10)을 두고 외측케이싱(9)으로 덮여지는 구성은 그 자체로 발열체(3)를 갖지 않는 보호소자에 적용가능하다. 즉, 제2a도 및 제2b도에 도시된 보호소자(1b)에서 발열체(3)는 후술할 바와같이 과전압 방지장치의 소정 기능을 가질수 있도록제공되는 반면, 또한 상기 구성은 이와같은 발열체(3)를 갖지 않는 종래의 과전류 방지용 칩형 퓨즈에도 적용가능하며, 여기서 저융점 금속체는 내부밀봉부로 밀봉될 수 있고 또한 내부밀봉부는 그것과의 사이에 갭을 두고 외측케이싱으로 덮여질 수 있다. 이것은 보호소자를 동작면에서 보다 신뢰성 있게 하고 크기면에서 소형화하는데 유용하고, 칩형 퓨즈의 두께를 종래의 소자의 약50%로 삭감시킬수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 기판, 그 기판상에 제공되어 있는 저융점 금속체, 그 저융점 금속체보다 더 낮은 융점 또는 더 낮은 연화점을 갖는 재료로 이루어져 저융점 금속체를 밀봉하는 내부밀봉부, 및 그 내부밀봉부와의 사이에 갭을 두고 내부밀봉부를 덮는 외측케이싱으로 구성되어 있는 과전류 방지용 보호소자를 포함한다 (즉, 본 발명의 제 2양상).

한편, 제3a도 및 제3b도는 제2a도 및 제2b도에 도시된 상기 보호소자(1b)의 내부밀봉부(8)를 덮는 외측케이싱(9)이 내부밀봉부(8)를 밀봉하는 외부밀봉부(11)로 교체되어 있는 보호소자(1c)의 평면도 (제3aA도) 및 X-X선 단면도 (제3b도) 이다. 이 외부밀봉부(11)는 또한 저융점 금속체(5) 또는 내부밀봉부(8)가 용융할 경우에 용융물이 보호소자로부터 유출하는 것을 방지할 수 있도록 제공된다. 따라서, 그 구성재료로서는, 저융점 금속체(5) 보다 더 높은 융점 또는 높은 연화점을 갖는 재료가 사용된다. 예컨대, 에폭시계 밀봉재로 또는 페놀재 밀봉재료가 사용될 수 있다.

제2a도 및 제2b도에 앞서 도시된 보호소자(1b)에서, 내부밀봉부(8) 는 저융점 금속체(5) 의 표면산화의 방지의 관점 또는 표면산화막의 제거기능의 관점으로부터 보통 10 내지 100μm정도의 두께를 가져도 충분하다. 제3a도 및 제3b도에 도시된 보호소자(1c)의 경우에서, 내부밀봉부(8) 가 형성되는 영역내에서 용융유동으로 인해 저융점 금속채(5)가 녹아끊어지게 될 수 있다. 따라서, 내부밀봉부(8)는 바람직하게 저융점 금속체(5)가 확실하게 녹아끊어지도록 하는 관점으로부터 500내지 1500μm 정도의 두께를 가질수 있다.

제1a도 및 제1b도 내지 제3a도 및 제3b도에 도시된 보호소자(1; 1a, lb, 및 1c)는 각각 제너 다이오드 및 트렌지스터로 구성된 건압검지수단(12)과 조합하여 사용됨으로써 제 4도에 회로도로 도시뉜 바와 같이 과전압 방지장치를 구성할 수 있다. 제 4도에 도시된 회로에서, 단자(A1 및 A2)는 예커대 리튬이온전지인 피보호장치의 전극 단자와 접속되어 있고, 단자(B1 및 B2)는 필요시에 피보호장치와 접속되는 충전기등의 장치의 전극단자와 접속되어 있다. 이 회로구성에 따라서, 리튬이온전지의 충전이 항복전압 이상의 역전압이 전압검지수단(12)의 제너 다이오드에 인가될때까지 진행하는 경우에, 베이스전류(ib)가 급격히 흐르고, 그것에 의하여 큰 콜렉터전류(ic)가 발열체(3) 를 통해 흘러 발열체를 동전시키고, 발열체(3) 가 발열하여 발열체상의 저융점 금속체(5) 가 녹아끊어지므로, 과전압이 단자(A1 및 A2)간에 인가되는 것을 방지할 수 있다.따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 상기 보호소자(l) 및 전압검지수단(12)으로 구성되어 있는 과전압 방지장치를 포함하고, 상기 보호소자의 발열체는 전압검지수단을 동해 통전되어 발열한다.

상기에서, 본 발명의 보호소자 및 과전압 방지장치는 상세히 설명되었다. 상기 실시예 이외에, 본 발명의 보호소자 및 과전압 방지장치는 다른 여러가지 실시예를 가질수 있다.

예컨대, 제5a도 및 제5b도는 제 1도에 도시된 보호소자의 발열체(3) 및 저융점 금속체(5)의 평면적인 패턴이 변경되어 저융점 금속체(5)가 가열시에 2지점(5a및5b)에서 녹아 끊어질 수 있도톡 한 보호소자(ld)의 평면도 (제5a도) 및 X-X선 단면도 (제5b도) 이다. 제 6도는 보호소자(1d)를 사용하여 구성된 과전압 방지장치의 회로도이다.

상술된 바와같이 제4도에 도시된 회로구성에서, 단자 (A1 및 A2)는 리튬이온전지의 전극단자와 접속되어 있고 단자 (B1 및 B2)는 충전기의 전극단자와 접속되어 있고, 보호소자(1)의 저융점 금속체(5)가 과충전으로 인해 녹아끊어진 이후라도 발열체(3) 는 계속 통전된 체로 유지된다. 대조적으로 제6도에 도시된 회로구성에서, 저융점 금속체(5)가 2지점 (5a 및 5b)에서 녹아끊어진 이후에 발열체(3)는 통전이 완전히 정지된다. 따라서, 과전압 방지장치에 요구되는 안전성을 보다 향상시키게 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 보호소자는 무기계 기판, 그 기판상에 제공되어 있는 무기계 재료로 이루어진 발열체, 그 발열체의 표면을 덮는 절연층 및 그 절연층상에 제공되어 있는 저융점 금속체로 구성되어 있다. 따라서, 전압검지수단과 조합하여 이 보호소자를 사용함으로써 과전압 방지장치를 구성하는 것이 가능하게 된다. 더욱 구체적으로는, 전압검지수단에 의한 과잔압의 검지시에, 보호소자의 발열체는 발열하여 발열체상에 제공되어 있는 저융점 금속체가 녹아끊어지도록 한다.

여기서, 보호소자의 발열체가 무기계 재료로 이루어져 있기 때문에, 발열체의 저항치는 발열이 지속되더라도 안정묄 수 있다. 따라서, 발열체(3) 가 보호소자의 사용중에 장시간동안 졔속 통전되고 발열체(3) 가 발열을 지속하더라도, 이와같은 발열상태는 안정될수있고 어떠한 폭주도 발생하지 않는다.

[실시예]

[실시예 1]

제1a도 및 제1b도에 도시된 바와같이 평가용 보호소자 (무기계 발열체로 구성됨) 는 하기의 방식으로 제조조되었다.

먼저, 무기계 기판으로서, 알루미나계 세라믹 (두께 : 0.5mm)을 준비하였고, 은 페이스트(QS 174, 듀퐁사제, 이. 아이. 사제)를 제 1도에 도시된 단자패턴으로 스크린 인쇄에 의해 도포한후 870℃에서 30분동안 소성하여 발열체용 단자(6a 및 6b) 및 저융점 금속체용 단자(7a 및 7b)를 형성하였다. 다음에, 발열체용 단자(6a 및 6b)사이에 산화루테늄계 저항 페이스트(DP1900, 듀퐁사제, 이. 아이. 사제)를 스크린 인쇄에 의해 도포한 후 870℃에서 30분동안 소성하여 10의 저항치를 갖는 발열체(3)를 형성하였다. 다음에, 실리카계 저항 페이스트(AP5346, 듀퐁사제, 이. 아이. 사제)를 저융점 금속체용단자(7a 및 7b)를 덮지않도록 발열체상에 인쇄한 후 500℃에서 30분동안 소성하여 절연층(4)을 형성하였다. 다음에, 발열체용 단자(6a 및 6b)상에 1mm×4mm 의 저융점 금속박 (Sn : Sb=95 : 5 ; 액상점 : 240℃)을 열압착에 의해 본딩하여 저융점 금속체(5)를 형성하였다. 따라서, 본 발명의 평가용 보호소자 (무기계 발열체로 구성됨)가 제조되었다.

[비교예 1]

발열체(3)를 페놀계 카본 페이스트(FC-403R, 후지쿠라 가세이사제)를 사용하였고 및 절연층(4)을 에폭시 저항 페이스트를 사용하여 형성하였다는 점을 제외하고,과정을 반복하여 유기계 발열체로 구성되는 평가용 보호소자를 제조하였다.

[평가]

실시예 1 및 비교예 l의 평가용 보호소자를 각각 테스트하기 위하여, 4V의 전압을 발열체용 단자(6a 및 6b)간에 인가하였고, 그 경우에 시간에 따른 전류의 변화 및 저융점 금속체(5)가 녹아끊어졌을때까지의 시간을 측정하였고, 또한 어떻게 녹아끊어졌는지를 눈으로 관찰하였다.

이에 따라 측정된 시간에 따른 전류의 변화를 제7도에 도시하였다. 제7도에서 알 수 있는 바와 같이, 제 7도에 실선으로 표시된 실시예 1의 발열체는 항상 안정된 전류치를 나타내고 그 저항치에 어떠한 변화도 없다는 것을 입증한다. 반면, 제7도에 점선으로 표시된 비교예1의 발열체는 통전개시후 약15초에서 개시하는 전류치의 증가를 나타내고 저항치가 감소하였다는 것을 입증한다. 또한 그로부터 알 수 있는 바와같이, 비교예 1의 발열체는 통전개시후 약80초에서 전류치의 급격한 상승을 나타낸다.

실시예 1의 보호소자에서, 저융점 금속체(5)가 녹아끊어졌을때까지의 시간은 21초였고, 발열체의 외관에서 어떤 특정한 변화가 시종 각별하게 인식되지는 않았다. 반면, 비교예 1의 보호소자에서, 저융점 금속체(5)가 녹아 끊어졌을때까지의 시간은 19초였고, 발열체는 통전개시후 약93초에서 발화하였다.

상기 결과로부터, 발열체가 무기계 재료로 이루어지는 경우에 보다 높은 안전성을 보증하는 보호소자가 얻어질 수 있다는 것이 확인되었다.

[실시예 2]

제2a 및 제2b도에 도시된 실시예에 따른 보호소자를 제조하기 위해, 보호소자의 저융점 금속채(5)상에 페이스트형상 플럭스(HA 78 TS-M, 타루틴사제)를 약0.5mm의 두께로 도포하여 내부밀봉부(8)를 형성하였고, 다음에 액정 폴리머(G-530, 니폰 페트로케미카루사제)를 형성함으로써 얻어진 외측케이싱(9)을 에폭시계 접착제로 본딩하였다는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정을 수행하였다.

[시시예 3]

제3a도 및 제3b도에 도시된 실시예에 따른 보호소자를 제조하기 위해서, 보호소자의 저융점 금속체(5)상에 고형 플럭스(Flux K20l, 타루틴사제)를140℃로 가열된 도포장치에 의해 도포한후, 100℃의 내부공기 순환식 오븐내에서, 도포된 플럭스가 저융점 금속체(5)상에 균일하게 퍼지도록 처리함으로써 내부밀봉부(8)를 형성하였다는 것을 제외하고는 실시예 1의 과정과 동일하게 수행하였다. 이에 따라 도포된 플럭스의 두께는 약0.8mm였다.

[평가]

실시예 2 및 실시예3의 보호소자를 각각 테스트하기 위해, 디지탈 멀티메터를 저융점 금속체용단자(7a 및 7b)에 접속하였고 4V 의 전압을 저항치를 관찰하면서 발열체용 단자(6a 및 6b)간에 인가하였다. 결과적으로, 두 보호소자에서 저융점 금속체(5)는 60초 이내에 녹아끊어졌다는 것이 확인되었다. 여기서, 저융점 금속체의 외측케이싱(9) 또는 외부밀봉부(11)로부터의 유출은 관찰되지 않았다. 각각의 보호소자를 또한 60℃/95%RH 또는 105℃의 환경에서 250시간동안 유지하였고, 그후에 상기와 같은 방식으로 전압을 인가하여 테스트하였다. 이 경우에도 초기에 전압인가 테스트에서와 같은 결과가 얻어졌다.

물론, 본 발명은 상기 실시예로 제한되지 않으며 본 발명의 목적을 벗어나지 않는한에서 다른 여러가지 실시예를 가질수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명의 제 1양상에 따른 보호소자는 전류가 일정 조전하에서 보호소자의 발열체를 통해 흐르도록 회로가 구성되는 경우에, 저융점 금속체가 소정조건하에서 녹아끊어지도록 하는 것이 가능하게 되고, 따라서 본 발명의 제 1양상에 따른 보호소자는 전압검지, 광검지, 온도검지 및 습도검지 등의 여러가지 목적을 위한 보호소자로서 사용될 수 있다. 특히 과전압을 방지할 수 있고 높은 안전성을 보증하는 보호소자로서 사용될 수 있다. 본 발명의 제 2양상에 따른 보호소자는 또한 안정된 동작을 확보하면서 십형 보호소자를 소형화시키는 것을 가능하게 한다.

Claims

기판, 상기 기판 상에 제공되는 발열체, 상기 발열체의 표면을 덮는 절연층, 및 상기 절연층 상에 제공되는 저융점 금속체를 포함하는 보호소자로서, 상기 저융점 금속체는, 상기 저융점 금속체보다 더 낮은 융점 또는 더 낮은 연화점을 가지는 내부 밀봉부로 밀봉되어 있고, 상기 내부 밀봉부는, 상기 내부 밀봉부와의 사이에 갭을 두고제공되어 있는 외측케이싱으로 덮여있는 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 1항에 있어서, 상기 절연층은 고 열전도율을 갖는 무기계 분말이 분산되어 있는 절연성 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 1항에 있어서, 상기 저융점 금속체는 발열체의 발열의 결과로서 복수의 지점에서녹아 끊어지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 1항에 있어서, 상기 기판이 무기계 물질로 형성되고, 상기 발열체가 무기계 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 보호소자.
기판, 상기 기판 상에 제공되는 발열체, 상기 발열체의 표면을 덮는 절연층, 및 상기 절연층 상에 제공되는저융점 금속체를 포함하는 보호소자로서, 상기 저융점 금속체는, 상기 저융점 금속체보다 더 낮은 융점 또는 더 낮은 연화점을 가지는 내부 밀봉부로 밀봉되어 있고, 상기 내부밀봉부는, 상기 저융점 금속체보다 더 높은 융점 또는 더 높은 연화점을 가지는 외부 밀봉부에 의하여 밀봉된 것을 특징으로 하는 보호소자.
제5항에 있어서, 상기 내부 밀봉부는 금속 산화막을 제거하는 작용을 가지는 밀봉화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 보호소자.
제6항에 있어서, 금속 산화막을 제거하는 작용을 가지는 상기 밀봉 화합물은 플럭스로 이루어진 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 1항에 있어서, 상기 외측케이싱은 액정 폴리머 또는 나일론 4/6으로 형성된 것을 특징으로 하는 보호소자.
과전압 보호기에 있어서, 제1항에 따른 보호소자 및 전압 검지수단을 포함하며, 상기 보호소자의 발열체는, 상기 전압 검지수단이 규정된 전압을 초과하는 전압을 검지할 때, 발열하기 위하여 전기적으로 여기되는 것을 특징으로 하는 과전압 보호기.
기판, 상기 기판 상에 제공되는 저융점 금속체, 상기 저융점 금속체보다 더 낮은 융점 또는 더 낮은 연화점을 가지는 물질로 형성되고, 상기 저융점 금속체를 밀봉하는 내부 밀봉부, 및 상기 내부 밀봉부와의 사이에 갭을 두고 상기 내부 밀봉부를 덮는 외측케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 과전류-방지 보호소자.
제 1항에 있어서, 상기 발열체는, 열경화성 절연성 수지 및 그 안에 분산된 전도성 입자를 포함하는 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 5항에 있어서, 상기 기판이 무기계 물질로 형성되고, 상기 발열체가 무기계 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 5항에 있어서, 상기 발열체는, 열경화성 절연성 수지 및 그 안에 분산된 전도성 입자를 포함하는 조성물로 형성된 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 5항에 있어서, 상기 절연층은 고 열전도율을 갖는 무기계 분말이 분산되어 있는 절연성 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 보호소자.
제 5항에 있어서, 상기 저융점 금속체는 발열체의 발열의 결과로서, 복수의 지점에서 녹아 끊어지도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 보호소자.
제1항에 있어서, 상기 내부 밀봉부는 금속 산화막을 제거하는 작용을 가지는 밀봉 화합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 보호소자.
제16항에 있어서, 금속 산화막을 제거하는 작용을 가지는 상기 밀봉 화합물은 고형 플럭스로 이루어진 것을 특징으로 하는 보호소자.
과전압 보호기에 있어서, 제5항에 따른 보호소자 및 전압 검지수단을 포함하며, 상기 보호소자의 발열체는, 상기 전압 검지수단이 규정된 전압을 초과하는 전압을 검지할때, 발열하기 위하여 전기적으로 여기되는 것을 특징으로 하는 과전압 보호기.
과전압 보호기에 있어서, 제10항에 따른 보호소자 및 전압 검지수단을 포함하며, 상기 보호소자의 발열체는, 상기 전압 검지수단이 규정된 전압을 초과하는 전압을 검지할때, 발열하기 위하여 전기적으로 여기되는 것을 특징으로 하는 과전압 보호기.