鉛フリーを実現！リチウムイオン電池の環境負荷を下げる二次保護ヒューズ新技術

使用高熔點焊料熔絲元件的SCP

SCP（自我控制保護器）是次級保護保險絲，能熔化保險絲元件和中斷電路。當控制鋰離子電池充放電的主要保護功能失效，導致過電流或過電壓時，便會使用這些保護裝置。自1994年推出以來，Dexerials的SCP廣泛應用於使用鋰離子電池的裝置，如筆記型電腦、智慧型手機、電動工具及電動機車。

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除少數產品外，大多數過充保護電路 (SCP) 都透過回流焊接直接連接到印刷電路板上。 SCP 所用材料必須能夠承受回流焊接製程的高溫，且內部熔斷元件即使在 230-260°C 的高溫下也無法熔化。然而，熔斷元件的熔點應略高於元件安裝時所能承受的高溫極限 (260°C)，因為熔斷元件必須在偵測到過充時迅速熔斷。為了滿足這兩個要求，SCP 使用高熔點焊料作為熔斷元件的主要材料。

符合這2個要求的是熔點為296°C的含鉛合金。

然而，隨著時間的推移，這種“鉛”已成為一個大問題。因此，開始需要重大創新。

「無鉛」成為全球產業趨勢

這個課題大衹分為兩個。讓我們仔細看看每一個。

鉛在地球上大量存在，與其他金屬相比，它在較低的溫度下熔化，因此具有價格便宜且易於加工的特點。因此，鉛自古以來就被工業用於各種應用，但另一方面，已知鉛具有毒性，並且當通過食物和水在人體中積累時存在損害健康的危險。因此，近年來，為了防止鉛對土壤，河流和海洋的汙染，許多公司正在努力“減少鉛使用量”和“無鉛”。

RoHS指令禁止使用含鉛量（重量比）為85%或以上的熔點高焊料以及用於電氣和電子元件的玻璃/陶瓷/鉛複合材料。因此，迄今為止，含鉛化合物尚未受到監管。

然而，預計未來鉛使用的規定將變得越來越嚴格，毫無疑問，公司將專註於採購更環保的零件和材料。這是第一個課題。為了順應這一潮流，我們決定開發“無鉛”保險絲元件。

阻礙電池大電流化的鉛質熔斷器

除了對環境的不利影響外，鉛保險絲還有另一個主要問題。那就是鉛很難流動，即“高電阻率金屬”。電阻率越高的金屬，電流通過時的發熱量越大。叫做保險絲的部件，通過自身通電時產生的熱量熔斷而發揮功能。也就是說，因為鉛制的保險絲容易發熱，稍微一點電流就會斷掉。

電動摩托車和其他車輛中使用的鋰離子電池需要能夠承受如此高電流的保險絲元件。如果保險絲的電阻率能低於鉛，那麼就可以製造出尺寸更小但能承受相同電流的保險絲，或者製造出尺寸標準但能承受更大電流的保險絲。換句話說，這將使小型化保險絲（SCP）能夠在承受更大電流的同時，縮小其尺寸。

錫鍍銀組合技術創新

為了解決上述保險絲無鉛化和降低電阻兩大難題，我們想出了用熔點為217℃的錫合金製作保險絲基材，然後再鍍上一層熔點為962℃的銀的方法。

用此方法制成的保險絲在回流焊接過程中會熔化內部錫，但鍍銀塗層會保持其形狀。但是，鋰離子電池會發生過電流和過充電，保險絲被加熱器加熱到400°C以上，經過一定時間後，內部的錫合金會融化，在表面與鍍銀接觸的部分會發生“融化現象”。當固體巖鹽浸沒在液態水中時，鹽會慢慢溶解在水中，但就像固體金屬 (銀) 與液態金屬 (錫) 接觸一樣，接觸表面會融化。

利用這種方法，可以在遠低於銀熔點（962°C）的溫度下熔化保險絲元件，這是實現無鉛SCP的重要一步。

通過低電阻化開拓新產品的可能性

鍍銀被膜型保險絲在實現無鉛的同時，還實現了“低電阻化”。鉛的電阻率為21μΩ·cm,錫的電阻率僅為11μΩ·cm,銀的電阻率更是高達1.6μΩ·cm,是極易導電的金屬。通過組合使用錫和鍍銀，熔絲整體的電阻率達到了7μΩ·cm,能夠以相同的尺寸流過約為原來3倍的電流。

除了無鉛保險絲元件外，Dexerials 也透過審查陶瓷基材的材料組成，開發出整體無鉛 SCP。憑藉這些技術，Dexerials 成功開發並取得專利，適用於需要高電流與快速充電的裝置，如智慧型手機、無人機及電動工具。

今後，我們將充分利用積累的技術和知識，在進一步降低地球環境負荷的同時，不斷開發滿足社會需求的產品。