专利名称：合金型温度熔断器及低熔点合金片的制造方法
技术领域：
本发明涉及合金型温度熔断器。
技术背景
在二次电池例如锂离子电池的过热保护中所使用的合金型温度熔断器方面，要求 小尺寸，作为其小尺寸温度熔断器，公知的是，在带状引线导体间连接低熔点合金片，在低 熔点合金片上涂布助熔剂，将该涂布助熔剂的低熔点合金片用上下的绝缘膜进行密封形成 的温度熔断器(例如专利文献1、专利文献2)。
合金型温度熔断器的动作机构是，由于安装了温度熔断器的被保护设备的过热， 低熔点合金片熔融，其熔融合金向各引线端部润湿扩展，中央断裂，在助熔剂的活性作用支 持的条件下，通过表面张力促进球状化，断裂间的距离增大，通电被切断。
现有技术文献
专利文献1 (日本)特开2001-52582号公报
专利文献2 (日本)特开2005-26036号公报发明内容
发明所要解决的课题
然而，上述的温度熔断器，需要在低熔点合金片的两侧设置空间，使熔融金属向该 空间的引线导体部分润湿扩展，不能避免由于这些空间造成的温度熔断器主体部的尺寸增 大。
本发明的目的在于提供一种合金型温度熔断器，其虽然排除了低熔点合金片两侧 的空间，但是可保证良好的工作性，充分地实现小型化。
用于解决课题的手段
本发明第一方面涉及一种合金型温度熔断器，其是在扁平引线导体的表面端部 间，以规定的接触角凝固形成凸曲面状，且在被焊接于引线导体的端部的低熔点合金片上 涂布助熔剂，用膜夹住该涂布助熔剂的低熔点合金片，用粘接剂将它们的间隙填埋的温度 熔断器，其特征在于，在低熔点合金片两端的分别邻接的引线导体表面部分，设置相对引线 导体表面的润湿性而言，润湿性差的润湿扩展防止层，使所述的凝固低熔点合金片的各端 在所述润湿扩展防止层的前端终止。
本发明第二方面的合金型温度熔断器，其特征在于，在第一方面所述的合金型温 度熔断器中，低熔点合金的组成以SruIn或Bi为主成分，润湿扩展防止层的材质为Ni、Fe、 Co、Cr、W、Nb、Ti 的任一种。
本发明第三方面的合金型温度熔断器，其特征在于，在第一方面所述的合金型温 度熔断器中，润湿扩展防止层为引线导体的氧化膜。
本发明第四方面的合金型温度熔断器，其特征在于，在第一 第三方面中任一项 所述的合金型温度熔断器中，使低熔点合金的一部分进入两引线导体前端的端面间的空间，在该进入合金的背面也涂布有助熔剂。
本发明第五方面的合金型温度熔断器，其特征在于，在第一 第四方面中任一项 所述的合金型温度熔断器中，低熔点合金片的各端和粘接剂层的各内端之间的距离为0或 士0. 3mm 以下。
本发明第六方面涉及一种合金型温度熔断器，其特征在于，在引线导体的表面端 部间，配给低熔点合金的熔融液，在该熔融液的表面张力和引线导体表面的表面张力平衡 前的阶段，使其冷却凝固，将对再熔融保持有不平衡力的低熔点合金片作为可熔体。
本发明第七方面涉及一种合金型温度熔断器，其特征在于，在引线导体的表面端 部间，配给低熔点合金的熔融液，将在开放冷却的条件下使其润湿扩展而凝固的低熔点合 金片作为可熔体。
本发明第八方面涉及一种温度熔断器用的带有引线导体的低熔点合金片的制作 方法，是本发明第一 五方面中任一项所述的合金型温度熔断器中使用的带有引线导体的 低熔点合金片的制作方法，其特征在于，将距前端隔开规定距离的位置作为前端设置了润 湿扩展防止层的扁平引线导体基材隔开规定的间隙间隔配设于操作台上，跨越所述间隙及 两引线导体端部供给低熔点合金的熔融液，在使该熔融液润湿扩展至润湿扩展防止层的前 端或者前端跟前并凝固的同时，将各引线导体的端部和凝固合金之间焊接，接着切断为长 条状。
发明效果
图1的(A)及(B)表示在本发明中使用的带有引线导体的低熔点合金片。
图1的(A)所示的带有引线导体的低熔点合金片，是在扁平引线导体1、1的端部 间，配给规定量的低熔点合金的熔融液，在表面开放的足够快的冷却速度的条件下进行冷 却，使其在所述熔融液的表面张力和引线导体表面的表面张力与所述熔融液和引线导体表 面之间的界面张力未达到力学平衡的阶段冷却凝固，形成低熔点合金片2，蓄积不平衡力。 当再熔融时，不平衡力被释放，熔融合金扩展。
图I(B)所示的带有引线导体的低熔点合金片，设置将距引线导体前端规定距离 的位置作为前端的、润湿角为90°以上的润湿扩展防止层s,防止所述熔融液越过润湿扩 展防止层的前端而润湿扩展的情况，其他方面和图I(A)所示的内容相同。
也可以代替上述“蓄积了不平衡力的低熔点合金片”，使用在引线导体的表面端部 间，配给低熔点合金的熔融液，在开放冷却的条件下使所述熔融液润湿扩展并凝固而成的 低熔点合金片，在被封闭的后述的助熔剂填充空间a内的再熔融，由于与开放冷却相比，冷 却缓慢进行，凝固就会相应地需要长的时间，因此利用再熔融进行扩展。
图1 (C)及⑶表示温度熔断器主体部，在助熔剂填充空间a封入图1㈧及⑶的 凝固可熔合金片，当可熔合金利用来自外部的热被熔融时，上述所蓄积的不平衡力被释放， 在一方向作用拉伸力，中央处断裂，各断裂块因表面张力的作用而变为球状，断裂间距离增 大，温度熔断器的工作结束，可保证良好的工作性。
本发明涉及的合金型温度熔断器，如图I(B)所示，在低熔点合金片两端的分别邻 接的引线导体表面部分，设置相对于引线导体表面的润湿性而言，润湿性差的润湿扩展防 止层s，使所述低熔点合金片2的各端在所述润湿扩展防止层s的前端终止，具有可使低熔 点合金片2的长度L确实地为规定长度的、尽管排除了低熔点合金片两侧的空间仍可保证良好的工作性的这样的效果。
图1是用于表示本发明涉及的合金型温度熔断器的功能的图2-1是表示本发明中使用的带有引线导体的低熔点合金片的图2-2是表示上述带有引线导体的低熔点合金片的中央部的图2-3是表示带有引线导体的低熔点合金片的和上述不同的例子的图3是表示本发明中使用的带有引线导体的低熔点合金片制作方法的图4-1是表示本发明涉及的合金型温度熔断器的立体图4-2是图4-1中的A-A剖面图5是表示本发明涉及的合金型温度熔断器的工作状态的图。
符号说明
1引线导体
2低熔点合金片
20低熔点合金片的进入部
3助熔剂
4绝缘膜
5粘接剂
s润湿扩展防止层具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图2是表示本发明中使用的带有引线导体的低熔点合金元件的图。
在图2-1中，1、1为带状引线导体，例如可以使用铜导体。
2为低熔点合金元件，使其上面为越到两端部切线角越大的曲面，使中间部的一部 分20如图2-2所示进入相对的引线导体前端端面11、11间，两端部21、21分别焊接于各带 状引线导体端部10、10的上面。
低熔点合金元件进入相对的引线导体前端端面间的体积为低熔点合金元件整个 体积的10 20%。如图2-1所示，进入部分20的下面也可和带状引线导体1、1的下面大 致成为一个面。
在制造上述的温度熔断器用带有引线导体的元件时，如图3所示，将距前端隔开 规定距离的位置作为前端而设置了润湿扩展防止层s的扁平引线导体基材100、100，隔开 规定的间隙间隔配设于耐热性操作台A例如不锈钢台上，向该基材100、100之间供给低熔 点合金线材，同时通过焊料进行熔融，或用移动喷嘴供给低熔点合金，由此，跨越间隙及引 线导体基材端部而供给低熔点合金的熔融液200。
所述熔融液200在供给同时，通过经引线导体基材100、100的高热传导路径的散 热被冷却，以越接近引线导体基材端部的部分越快的冷却速度被冷却而进行凝固。
假设，保持熔融状态直到所述熔融液的表面张力和引线导体表面的表面张力与所 述熔融液和引线导体表面之间的界面张力在力学上达到平衡，在该状态下使所述熔融液冷时，即使再熔融也不会产生润湿扩展。
然而，如果在达到该力学平衡以前使所述熔融液冷却凝固，再熔融时就会产生润 湿扩展。即，可以使凝固低熔点合金元件中保持有不平衡力。
但是，该方法中，在凝固低熔点合金元件的端位置易产生不均，凝固低熔点合金元 件变得比规定长度长，在温度熔断器中，有时元件端侵入后述的粘接剂的密封界面，对密封 性造成不良影响。
于是，本发明中，在扁平引线导体基材上设置将距前端隔开规定距离的位置作为 前端的润湿扩展防止层S，确保使所述熔融液不会越过润湿扩展防止层的前端而进行润湿 扩展并使其凝固。
待该供给的低熔点合金熔融液的凝固结束，将其切成长条状，获得“凝固低熔点合 金元件中保持有不平衡力的带有引线导体的低熔点合金元件”。
作为低熔点合金熔融液的材质，可以使用以In、Bi、Sn为主成分的组成，且在这些 合金中为了提高机械强度或调节温度性能而添加Cu、Ag、Sb、Zn等元素0. 1 4. 0质量％ 而形成的材质。
为了调节上述引线导体基材经热传导路径的散热产生的冷却速度，可以对间隙背 侧进行保温，或对引线导体基材吹风，或者用热传导性的部件支撑引线导体基材。
通过上述制造方法所获得的温度熔断器用带有引线导体的低熔点合金元件中，如 图2-2所示，低熔点合金元件的一部分20进入相对的引线导体前端端面11、11间。
低熔点合金，例如可以从如下的组成中选定适合温度熔断器的工作温度的融点的 组成。
[A] (1)43 % ^ Sn ^ 70 %,0. 5 % ^ In ^ 10 %,剩余部分为 Bi ； (2) 25 % ^ Sn^ 40%,50%^ 55%，剩余部分为 Bi ； (3) 25% ^ Sn ^ 44%, 55% ^ In^ 74%, 1 % ^ Bi ^ 20 % ； (4) 46 % ^ Sn ^ 70 %, 18 % ^ In ^ 48 %, 1 % ^ Bi ^ 12 % ； (5) 5 % ^ Sn ^ 28%, 15%^ 37%，剩余部分为 Bi ； (6) 10%^ Sn ^ 18%,37%^ In ^ 43%, 剩余部分为 Bi ； (7) 25 % 彡 Sn 彡 60 %，20 % 彡 In 彡 50 %，12 % 彡 B i ^ 33 % ； (8)在(I) (7)的任一种100 重量份中，添加 Ag、Au、Cu、Ni、Pb、Pt、Sb、Ga、Ge、P 的 1 种或 2 种以上合计0.01 7重量份；(9)33%彡Sn彡43%,0. 5%^ In彡10%，剩余部分为Bi ； (10)在47%彡Sn彡49%, 51% ^ In彡53 %的100重量份中，添加3 5重量份的Bi ；(II)40%^Sn ^ 46%,7%^ Bi ^ 12%，剩余部分为 h ； (12)0. 3%^ Sn ^ 1. 5%,51% ^ ，剩余部分为 Bi ； (13)2. 5%^ Sn ^ 10%,25%^ Bi ^ ；35%，剩余部分为 h ；(14)10%彡Sn ^ 25%,48%^ In ^ 60%，剩余部分为Bi等的In-Sn-Bi系合金的组成；(15)在(9) (14)的任一种100 重量份中，添加 Ag、Au、Cu、Ni、Pb、Pt、Sb、Ga、Ge、P 的 1 种或2种以上合计0. 01 7重量份；
[B] (16)30%^ Sn ^ 70 %, 0. 3 % ^ Sb ^ 20%，剩余部分为 Bi ； (17)在(16)的 100重量份中，添加Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、P的1种或2种以上合计0. 01 7重量 份等的Bi-Sn-Sb系合金的组成；
[C] (18)52%彡化彡85%，剩余部分为Sn ;(19)在(18)的100重量份中，添加Ag、 Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge、P的1种或2种以上合计0. 01 7重量份等的I n_Sn系合 金的组成；6
[D] (20) 45% SBi <55%，剩余部分为 h ； (21)在(20)的 100 重量份中，添加 Ag、 Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge、P的1种或2种以上合计0. 01 7重量份，或添加0. 01 0. 04重量份的Sn等的h-Bi系合金的组成；
[E] (22) 50% 彡 Bi ( 57%，剩余部分为 Sn ； (23)在(22)的 100 重量份中，添 Ag、 Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、P的1种或2种以上合计0. 01 7重量份等的Bi-Sn系合金的 组成；
[F] (24)在 100 重量份 In 中，添加 Au、Bi、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、P 的 1 种或 2 种 以上合计0. 01 7重量份；(25)在90%彡h彡99. 9%，0≤Ag≤10%的100重量 份中，添加Au、Bi、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、P的1种或2种以上合计0. 01 7重量份；(26) 在 95%彡 In ^ 99. 9%,0. Sb ( 5%的 100 重量份中，添加 Au、Bi、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、 Ge、P的1种或2种以上合计0. 01 7重量份等的h系合金的组成等。
润湿扩展防止层可通过镀敷、真空淀积Ni、Fe、Co、Cr、W、Nb、Ti的任一种而形成。 也可以在引线导体上形成氧化膜而设置润湿扩展防止层。
在引线导体上设置Sn等的镀膜时，可以将距引线导体的前端规定距离的位置作 为前端而设置润湿扩展防止层，接着，与扩展防止层的后端部互接而设置Sn等镀膜。
图4-1表示本发明涉及的合金型温度熔断器的立体图，图4-2表示图4-1中的A-A 剖面图。
在图4-2中，E为带有引线导体的低熔点合金元件，包含在扁平引线导体1、1的表 面端部间，以规定的接触角凝固形成凸曲面状，且焊接在引线导体的端部的低熔点合金片 2，在低熔点合金片两端的分别邻接的引线导体表面部分，设置相对于引线导体表面的润湿 性而言，润湿性差的润湿扩展防止层s，使上述低熔点合金片2的各端在上述润湿扩展防止 层s的前端终止。
在低熔点合金元件2的上面侧涂布助熔剂31，在低熔点合金元件的进入部20的下 面及与该下面邻接的带状引线导体下面部分，像符号32表示的那样，也涂布有助熔剂。
上侧助熔剂31以将焊接在带状引线导体的端部上面的低熔点合金元件100%覆 盖的方式进行涂布。上面侧助熔剂31的涂布厚度优选为焊接在带状引线导体的端部上面 的低熔点合金元件部分的平均厚度的70 100%。
为保证从温度熔断器主体的下面侧向低熔点合金元件的热传导性(感温性)，下 侧助熔剂32的涂布厚度优选设定为下面侧绝缘体厚度(下侧膜和下侧粘接剂的总厚度) 的50%以下。
助熔剂可使用以松香系为主成分，且添加了活性剂例如二羧酸(例如，富马酸、马 来酸、草酸等)的助熔剂。
4、4为上下的耐热膜，5为填埋上下膜4、4间的空间的粘接剂，上侧助熔剂31、下侧 助熔剂32与粘接剂相接。
耐热膜可以使用PET、PC、PEN等工程塑料膜、玻璃布基材环氧树脂膜等。也可以用 一片膜从上下夹住的方式使用。
作为粘接剂，可以使用环氧树脂、紫外线固化性树脂、硅树脂等。
使低熔点合金片2的各端和粘接剂5的各内端一致，排除向合金片端部的粘接剂 界面的侵入，或排除在合金片端和粘接剂内端之间产生间隔的情况，但即使不一致，只要其间的距离为士0. 3mm以下，基本上也不会造成障碍。
在制造本发明涉及的温度熔断器时，可使用(1)在操作台上将带有引线导体的涂 布有助熔剂的低熔点合金元件配置于下侧耐热膜上，以下侧涂布的助熔剂的粘接力担保其 向其配置位置的固定状态，接着，将涂布有未固化粘接剂的耐热膜，以粘接剂面为下侧配置 于上述下侧配置的耐热膜上，在用夹具压住该上侧配置的耐热膜的状态下，使粘接剂固化 的方法；或者( 在操作台上以粘接剂面为上侧配置涂布有未固化粘接剂的耐热膜，将涂 布有助熔剂的低熔点合金元件连接引线导体配置于下侧耐热膜上，以未固化粘接剂的粘接 力担保其向配置位置的固定状态，接着，将涂布有未固化粘接剂的耐热膜，以粘接剂面为下 侧配置于上述下侧配置的耐热膜上，在用夹具压住该上侧配置的耐热膜的状态下，使粘接 剂固化的方法。
上述的合金型温度熔断器中，在热循环时产生的低熔点合金元件的热膨胀力，在 进入相对的引线导体前端端面间的低熔点合金元件部分和引线导体前端端面的接触面也 得到支持，因此，相对上述热膨胀力，作用在低熔点合金元件和引线导体前端部的焊接处的 反作用力减小。因此，可提高低熔点合金元件和引线导体前端部的焊接处的对热循环的稳 定性。
另外，对于来自温度熔断器主体的下面侧的热传递，只有低熔点合金元件的进入 厚度可以将低热传导物(助熔剂)的厚度减薄，因此可以相应地提高来自下面侧的感热性。
另外，如图2-3所示，即使为了容易产生断裂，在低熔点合金元件2的中央部两侧 设置切入部22、22，由于进入引线导体前端端面间的低熔点合金元件部分20，也可以充分 地确保低熔点合金元件的中央部的截面积，可以很好地确保电流容量。
图5表示本发明涉及的合金型温度熔断器的低熔点合金元件的断裂动作状态，在 用固化粘接剂确保的空腔50内，不空出空间地容纳有低熔点合金元件和助熔剂，在该无空 隙的状态下，低熔点合金元件断裂，熔融助熔剂30侵入该断裂块200、200间，断裂间距离扩 大。然而，在低熔点合金元件向相对的引线导体前端端面间的进入部分的下面及与该下面 邻接的引线导体前端部下面，也涂布有助熔剂，使上述空腔50的容积变大，因此，可使断裂 间距离加长，能够充分地确保断裂间绝缘距离，能够保证可靠的电流切断。8
权利要求
1.一种合金型温度熔断器，其是在扁平引线导体的表面端部间，以规定的接触角凝固 形成凸曲面状，且在被焊接于引线导体的端部的低熔点合金片上涂布助熔剂，用膜夹住该 涂布助熔剂的低熔点合金片，用粘接剂将它们的间隙填埋的温度熔断器，其特征在于，在低 熔点合金片两端的分别邻接的引线导体表面部分，设置相对引线导体表面的润湿性而言， 润湿性差的润湿扩展防止层，使所述的凝固低熔点合金片的各端在所述润湿扩展防止层的 前端终止。
2.如权利要求1所述的合金型温度熔断器，其特征在于，低熔点合金的组成以SnUn或 Bi为主成分，润湿扩展防止层的材质为Ni、狗、Co、Cr、W、Nb、Ti的任一种。
3.如权利要求1所述的合金型温度熔断器，其特征在于，润湿扩展防止层为引线导体 的氧化膜。
4.如权利要求1 3中任一项所述的合金型温度熔断器，其特征在于，使低熔点合金的 一部分进入两引线导体前端的端面间的空间，在该进入合金的背面也涂布有助熔剂。
5.如权利要求1 4中任一项所述的合金型温度熔断器，其特征在于，低熔点合金片的 各端和粘接剂层的各内端之间的距离为ο或士0. 3mm以下。
6.一种合金型温度熔断器，其特征在于，在引线导体的表面端部间，配给低熔点合金的 熔融液，在该熔融液的表面张力和引线导体表面的表面张力平衡前的阶段，使其冷却凝固， 将对再熔融保持有不平衡力的低熔点合金片作为可熔体。
7.一种合金型温度熔断器，其特征在于，在引线导体的表面端部间，配给低熔点合金的 熔融液，将在开放冷却的条件下使其润湿扩展而凝固的低熔点合金片作为可熔体。
8.一种温度熔断器用的带有引线导体的低熔点合金片的制作方法，是权利要求1 5 中任一项所述的合金型温度熔断器中使用的带有引线导体的低熔点合金片的制作方法，其 特征在于，将距前端隔开规定距离的位置作为前端设置了润湿扩展防止层的扁平引线导体 基材，隔开规定的间隙间隔配设于操作台上，跨越所述间隙及两引线导体端部供给低熔点 合金的熔融液，在使该熔融液润湿扩展至润湿防止层的前端或者前端跟前并凝固的同时， 将各引线导体的端部和凝固合金之间焊接，接着切断为长条状。
全文摘要
本发明提供一种合金型温度熔断器及温度熔断器用的带有引线导体的低熔点合金片的制造方法，即使排除了低熔点合金片两侧的空间，仍可保证良好的工作性，充分地实现小型化。在低熔点合金片(2)两端的分别邻接的引线导体(1)表面部分，设置相对于引线导体表面的润湿性而言，润湿性差的润湿扩展防止层(s)，使上述的凝固低熔点合金片(2)的各端在上述润湿扩展防止层(s)的前端终止。
文档编号H01H37/76GK102034645SQ20101029577
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年10月2日
发明者川西俊朗, 野边健一 申请人:内桥艾斯泰克股份有限公司