CN100349241C - 合金型温度熔断器及温度熔断器元件用材料 - Google Patents

Abstract

提供一种使用Sn-In-Bi系三元合金，过载特性及耐压特性优良，可以充分保证动作后的绝缘稳定性，可以容易实现熔断器元件的细线化的合金型温度熔断器，使用了Sn超过46%且在70%以下，Bi在1%以上且在12%以下，In在18%以上且不足48%的合金组成的熔断器元件。

Description

合金型温度熔断器及温度熔断器元件用材料

技术领域

本发明涉及Bi-In-Sn系的温度熔断器元件用材料及合金型温度熔断器。

背景技术

作为电气仪器和电路元件例如半导体装置、电容器、电阻元件等的热保护装置的合金型温度熔断器被广泛地使用。

该合金型温度熔断器，其构成是，把规定熔点的合金做成熔断器元件，把该熔断器元件接合在一对引线导体之间，在该熔断器元件上涂布助熔剂，用绝缘体密封该助熔剂涂布熔断器元件。

该合金型温度熔断器的动作机构如下面那样。

在需要保护的电气仪器和电路元件上热接触地配置合金型温度熔断器。当电气仪器和电路元件因任何异常而发热时，由于该发热使温度熔断器的熔断器元件合金被熔融，在与已熔融的活性化的助熔剂的共存下，熔融合金由于向引线导体或电极浸润而分断球状化，由于该分断球状化的进行，通电被切断，由于该通电切断，因仪器降温，分断熔融合金被凝固，终结为不可恢复的断开。

一般说来，在上述熔断器元件上常规方法是使用固相线和液相线之间的固液共存区域狭窄的合金组成，理想的是用共晶组成，意图在大致液相线温度(在共晶组成中，固相线和液相线温度是同温度)下熔断熔断器元件，即，在存在固液共存区域的合金组成的熔断器元件中，有在固液共存区域内的不确定的温度下熔断的可能性，由于当固液共存区域宽时，在其固液共存区域内熔断器元件熔断的温度的不确定幅度变宽，动作温度的上下浮动变大，所以，为了减小该上下浮动，常规方法是使用固相线和液相线之间的固液共存区域狭窄的合金组成，理想的情况使用共晶组成。

近年来，由于环保意识的高涨，禁止使用对生物体有害的物质的动向活跃化了，作为合金型温度熔断器要求的主要条件，强烈要求该温度熔断器元件中不含有害物质。

作为这样的温度熔断器元件的合金组成，有Bi-In-Sn系列。以前，合金组成为Sn47～49％、In51～53％、Bi剩余部分的(日本特开昭56-114237号公报)、Sn42～44％、In51～53％、Bi4～6％的(日本特开昭59-8229号公报)、Sn44～48％、In48～52％、Bi2～6％的(日本特开平3-236130号公报)、Sn0.3～1.5％、In51～54％、Bi剩余部分的(日本特开平6-325670号公报)、Sn33～43％、In0.5～10％、Bi剩余部分的(日本特开2001-266723号公报)、Sn40～46％、Bi7～12％、In剩余部分的(日本特开2001-266724号公报)、Sn2.5～10％、Bi25～35％、In剩余部分的(日本特开2001-291459号公报)、Sn1～15％、

Bi20～33％In剩余部分的(日本特开2001-325867号公报)等已被公知。

可是，当求出Bi-In-Sn系三元合金的液相面状态图时，存在52In-48Sn的二元共晶点和作为三元共晶点的21Sn-48In-31Bi，从上述二元共晶点向着三元共晶点的二元共晶曲线大致通过24～47Sn，50～47In、0～28Bi的框。

众所周知，当对合金以一定的速度施加热能时，保持固相或者液相状态不变，其热能只耗费在升温上。然而，当开始熔化时，其能量的一部分既耗费在相变化上也耗费在升温上，当液相化结束时，在相态不变的条件下热能只耗费在升温上，该升温/热能的状态通过差示扫描热量分析[是把基准试样(不变化)和测定试样放在N₂气容器内，对容器热源供给电力并以一定速度使两试样升温，通过差示热电偶检测伴随测定试样的状态变化的热能输入的变化的分析称为DSC]可以求出。

DSC测定结果因合金组成而异。本发明者测定各种组成的Bi-In-Sn系合金的DSC，精心研究，结果因组成而异呈现出图11的(A)～(D)所示类型的熔融特性，已知图11的(A)所示类型存在于偏离上述二元共晶曲线的特定的区域内，当把该熔融类型的Bi-In-Sn合金用于熔断器元件时，意外地发现熔断熔断器元件在最大吸热峰值点的附近可以集中地发生熔断动作。

下面说明图11(A)的类型，在固相线温度a处液相化开始(熔融开始)，与液相化进行的同时热能吸收量增加，在峰值点p热能吸收量成为最大，通过该点后热能吸收量逐渐减小，为液相点b变为零，液相化结束，以后在液相状态下升温。

熔断器元件的分断动作发生在最大吸热峰值点p的附近的理由可以推断为，在呈现这样的熔融特性的Bi-ID-Sn系组成中，由于大量含有表面张力低的In和Sn，所以在完全液相状态以前的最大吸热峰值点p附近的固液共存区域内已经呈现了优良的浸润性，不用等到超过其固液共存区域状态就产生了球状化分断的结果。

在图11的(C)的熔融类型中，热能的吸收是缓慢的，没有浸润性的急变点，熔断器元件的分断动作点不固定在集中范围内，在图11的(D)的类型中，吸热峰值点是多个，无论在哪个吸热峰值点上都有产生熔断器元件的分断动作的概率，在图11的(C)、(D)上熔断器元件的分断动作都不能集中在狭小的范围内。

另外，作为温度熔断器所要求的特性有过载特性及耐压特性。

所谓过载特性，是指温度熔断器在加上了规定的电流·电压的状态下，在因周围温度上升而动作时，熔断器不达到发生损伤、产生电弧和火焰的危险状态的外形的稳定性，所谓耐压特性，是指动作了的温度熔断器即使在规定的高压下也不发生绝缘破坏并能维持绝缘性的绝缘稳定性。

作为该过载特性及耐压特性的评价方法，在作为代表性的标准的IEC(国际电工委员会International Electrotechnical Comission)标准60691中规定：在加上额定电压×1.1、额定电流×1.5同时以2±1K/min的速度升温使其动作时，不达到产生电弧、火焰等的危险的状态，在动作后的熔断器主体上的卷装的金属箔和导线之间加上额定电压×2+1000V，在两引线导体之间加上额定电压×2，分别加1分钟，不放电也不破坏绝缘。

而且确认了，在把图11的(A)所示的熔融类型的Bi-In-Sn系合金组成做成熔断器元件的温度熔断器中，得到了优良的过载特性和耐压特性。

图11的(B)的熔融类型是上述二元共晶曲线附近组成的类型，已经判明了，固相线温度a和液相线温度b接近，上述的常规方法满足了熔断器元件的主要条件，但是在过载特性及耐压特性上有问题。

其理由可以推定为，由于熔断器元件固液共存区域狭小，在通电升温中瞬间地从固体变到液体，进行动作时容易产生电弧，当电弧发生时，引起局部的急剧升温，在其影响下伴随着助熔剂气化产生内压上升或助熔剂炭化，容易引起物理的破坏；再有，如果表面张力增高，影响就更大，熔融合金和炭化助熔剂的因通电动作产生的飞散变得很激烈，其结果容易引起由于炭化助熔剂间的再导通的电弧产生导致的物理的破坏，另外，可以推测，由于飞散的合金和炭化助熔剂使绝缘距离不再保持，所以当动作后加上电压时，容易产生因再导通产生的绝缘破坏。

发明内容

基于上述的认识，本发明的目的在于，提供使用Bi-In-Sn系合金的熔断器元件的过载特性及耐压特性优良的合金型温度熔断器。

另外，在上述目的之上，还通过熔断器元件的电阻率的降低和细线化谋求合金型温度熔断器的小型和薄型化。

本第1发明的温度熔断器元件用材料，其特征在于，具有Sn超过46％且在70％以下，Bi在1％以上且在12％以下，In在18％以上且不足48％的合金组成。

第2发明的温度熔断器元件用材料，其特征在于，在第1发明的合金组成100重量份中，添加Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge的1种或者2种以上0.1～3.5重量份。

在上述第1发明、第2发明的温度熔断器元件用材料中，允许含有各原料毛坯的制造上及这些原料的熔融搅拌上产生的对特性不带来实际影响的量的不可避免的杂质，再有，在上述合金型温度熔断器中，引线导体或者膜电极的金属材料和金属膜材料由于固相扩散，微量地不可避免地转移到熔断器元件中，在对特性不带来实际影响的情况下，作为不可避免的杂质是允许的。

本发明第3发明是把第1发明或者第2发明的温度熔断器元件用材料做成的熔断器元件。

第4发明的合金型温度熔断器，其特征在于，在上述第3发明所述的合金型温度熔断器含有熔断器元件不可避免的杂质。

第5发明的合金型温度熔断器是第3或者第4发明的合金型温度熔断器，其特征在于，在引线导体之间连接熔断器元件，在引线导体的至少熔断器元件接合部上被覆Sn或者Ag膜。

第6发明的合金型温度熔断器是第3发明～第5发明的任一项所述的合金型温度熔断器，其特征在于，在熔断器元件的两端上接合引线导体，在熔断器元件上涂布助熔剂，在该助熔剂涂布熔断器元件上插通筒状壳体，筒状壳体的各端和各引线导体之间被密封，而且，引线导体端做成盘状，在盘前面接合熔断器元件端。

第7发明的合金型温度熔断器是第3发明～第4发明的任一项所述的合金型温度熔断器，其特征在于，通过含有金属粒体及粘接剂的导电糊的印刷烧结，在基板上设置一对膜电极，在这些膜电极之间接合熔断器元件，而且，金属粒体是Ag、Ag-Pd、Ag-Pt、Au、Ni、Cu的任一种。

第8发明的合金型温度熔断器是第3发明～第7发明的任一项所述的合金型温度熔断器，其特征在于，附设用于熔断熔断器元件的发热体。

第9发明的合金型温度熔断器是第3发明～第5发明的任一项所述的合金型温度熔断器，其特征在于，一对引线导体的一部分从绝缘板的一面露出到另一面，在这些引线导体的露出部分上连接熔断器元件，在上述绝缘板的另一面上被覆绝缘体。

第10发明的合金型温度熔断器，是第3～第5发明的任一项所述的合金型温度熔断器，其特征在于，连接在一对引线导体之间的熔断器元件用绝缘薄膜夹住。

附图说明

图1是表示本发明的合金型温度熔断器的一个例子的图。

图2是表示本发明的合金型温度熔断器的与上例不同的例子的图。

图3是表示本发明的合金型温度熔断器的与上例不同的例子的图。

图4是表示本发明的合金型温度熔断器的与上例不同的例子的图。

图5是表示本发明的合金型温度熔断器的与上例不同的例子的图。

图6是表示本发明的合金型温度熔断器的与上例不同的例子的图。

图7是表示本发明的合金型温度熔断器的与上例不同的例子的图。

图8是表示筒形壳体型的合金型温度熔断器及其动作状态的图。

图9是表示本发明的合金型温度熔断器的与上例不同的例子的图。

图10是表示实施例1的熔断器元件的DSC曲线的图。

图11是表示Sn-In-Bi系三元合金的各种熔融类型的图。

具体实施方式

在本发明中，熔断器元件做成圆形线或者扁平线，其外径或者厚度为100μm～800μm，最好为300μm～600μm。

在第1发明中，把熔断器元件的合金组成限定为46％＜Sn重量≤70％、1％≤Bi重量≤12％、18％≤In重量≤48％的理由在于，排除与上述公知的合金组成的重叠，同时在Bi-In-Sn系三元合金的液相面状态图中，离开了从52In-48Sn的二元共晶点向三元共晶点21Sn-48In-31Bi的二元共晶曲线，但在最大吸热峰附近确定地得到了可以进行熔断器元件的分断动作的图11的(A)所示的熔融类型的合金熔断特性。

在此，为了排除与原有的温度熔断器元件的公知的Bi-In-Sn系组成的重叠，将Sn46％以下、In超过50％除外。Bi超过12％、Bi不足1％、Sn超过70％、In不足18％的范围，由于或是与本申请人的别的申请重叠、或是虽然固液共存区域宽但DSC测定结果成为图11的(C)和(D)类型且促进动作温度的上下浮动、或是电阻率过高、或者难以使后述的保留温度(动作温度-20℃)在固相线温度以下，故排除。

理想的范围是50％≤Sn重量≤60％、5％≤Bi重量≤10％、35％≤In重量45％。基准组成是Sn55％、Bi8％、In37％，其液相线温度约为157℃，固相线温度约为84℃，在升温速度5℃/min下DSC测定的结果是图10那样，最大吸热峰值是单一的，其温度约为97℃。

本发明的熔断器元件备有下面的性能

(1)在熔融过程的吸热行为中，最大吸热峰值是单一的，该点的吸热量差与吸热过程的其他的部分的吸热量差相比非常大，表面张力小的In与Sn的合计量比表面积力大的Bi的量多，最大吸热峰值的固液共存区域的浸润性不用等到完全液相化就变得充分得好，在最大吸热峰值点附近可以进行温度熔断器元件的球状化分断。

(2)从而，温度熔断器的动作温度的上下浮动被收缩在允许范围±5℃以内。

(3)由于当在熔断器元件上因通电电流而产生自己发热时与无负荷时相比温度熔断器在更低的环境温度下动作，所以有义务设定即使连续流过168小时额定电流也不会动作的最高保持温度，该最高保持温度通常称为保留温度(动作温度-20℃)。要求熔断器元件的固相线温度是该保留温度以上的温度，符合该要求。

(4)由于In、Sn比较多，所以在细线的线牵引加工中被付与了必要的充分的延展性，200～300μmφ的细线的线牵引也变得可能了。

(5)可以保证优良的过载特性及耐压特性。如上所述，在11(B)的熔融类型中，由于熔断器元件固液共存区域狭小，在通电升温中瞬间地从固体变到液体，进行动作时容易产生电弧，当电弧发生时，引起局部的急剧升温，在其影响下伴随着助熔剂气化产生内压上升或助熔剂炭化，再有，熔融合金或炭化助熔剂的因剧烈的通电动作产生的飞散变得很激烈，其结果容易引起由于动作时剧烈的内压上升、炭化助熔剂间的再导通导致裂纹发生等的物理的破坏，另外，由于动作后飞散的合金或炭化助熔剂使绝缘距离不再保持，所以当加上电压时，容易产生因再导通导致的绝缘破坏。不过，在本发明的合金组成的熔断器元件中，因为离开上述二元共晶曲线相当远的固液共存区域相当宽，表面张力低的In和Sn的含有量比较多，表面张力高的Bi的含有量比较少，由于在通电升温中在宽的固液共存状态下被分断，所以动作之后的电孤的产生被很好地抑制，而且在Bi含有量少的表面张力下降的协同作用下，即使在通常定额上增加的过载试验中也不会产生上述的物理破坏，可以把动作后的绝缘电阻维持充分的高，可以保证优良的耐压特性。

在本发明中，把Ag、Au、Cu、Ni、Pb、Pt、Ga、Ge、Sb的1种或者2种以上相对于上述的合金组成100重量份添加0.1～3.5的重量份的理由，是为了在降低合金的电阻率的同时提高机械的强度，在不足0.1重量份时不能得到满意的效果，超过了3.5重量份时，难以保持上述的熔融特性。

而且，对于线牵引，可以付与更进一步的强度及延展性并可以容易地进行达到100μmφ～300μmφ的细线的线牵引加工。再有，由于熔断器元件含有比较多的In，所以凝集力相当强，熔断器元件的向导线电体上的焊接接合即使不完全，由于其凝聚力会呈现外表上接合的外观，通过上述元素的添加可以降低凝聚力，可以排除这样的不足之处，在焊接后的检查中，可以提高是否合格的判别精度。

另外，已经知道引线导体的金属材料、薄膜材料或者膜电极中的粒体金属材料等被接合材料由于固相扩散会转移到熔断器元件中，但是通过预先在熔断器元件中添加与被接合材料相同的元素，例如上述的Ag、Au、Cu、Ni等，可以抑制该转移，可以排除本来对特性带来影响的对被接合材料的影响(例如Ag、Au等伴随熔点下降会带来动作温度的局部的降低和上下波动，Cu、Ni等由于在接合界面上形成的金属间化合物层的增大造成动作温度的上下波动和动作不良)，可以不损坏熔断器元件的功能，可以保证正常的温度熔断器的动作。

本发明的合金型温度熔断器的熔断器元件，通常可以先做成小坯料，再用挤压机将其挤压成粗线，再用拉膜线牵引该粗线来制造。外径做成100μm～800μm，最好做成300μm～600μm，另外，也可以最终通过轮压机滚轮做成扁平线使用。

另外，也可以由回转滚筒式纺丝法进行制造，使放入了冷却液的油缸旋转并由旋转离心力使冷却液保持层状，使从喷嘴喷射出的母材料熔融射线入射到上述冷却液层中，使其冷却凝固并得到细线材料。

在这些制造过程中，允许含有在各原料毛坯的制造上及这些原料的熔融搅拌上产生的不可避免的杂质。

本发明在作为独立的热保护装置的温度熔断器的形态下被实施，此外，也可以在下述的形态下实施，把温度熔断器元件串连地连接到半导体装置、电容器或电阻上，在该元件上涂布助熔剂，接近半导体、电容器和电阻地配置该助熔剂涂布元件并与半导体、电容器和电阻等一起由树脂模塑体或壳体等进行密封。

图1表示本发明的筒形壳体型的合金型温度熔断器，在一对导线1、1之间连接用第1～2项发明的任一项所述的温度熔断器元件用材料形成的熔断器元件2，例如，由焊接进行连接，在该熔断器元件2上涂布助熔剂3，在该助熔剂涂布熔断器元件上插通耐热性和良好热传导性的绝缘筒4，例如，陶瓷管，用密封剂5，例如常温固化型环氧树脂等密封该绝缘管4的各端与各导线1之间。

图2表示箱式径向型的合金型温度熔断器，在并行的引线导体1、1的顶端部之间连接用第1～2项发明的任一项所述的温度熔断器元件用材料形成的熔断器元件2，例如由焊接进行连接，在熔断器元件2上涂布助熔剂3，用一端的开口绝缘箱4，例如陶瓷箱包围，用密封剂5，例如常温固化型环氧树脂密封该绝缘箱4的开口。

图3表示薄型的合金型温度熔断器，在厚度100～300μm的塑料底片41的一面上固定厚度100～200μm的带状的引线导体1、1，例如由粘接剂或者熔融固定，在带状的引线导体之间连接线径250μm～500μm的用第1～2项发明的任一项所述的温度熔断器元件用材料形成的熔断器元件2，例如由焊接进行连接，在该熔断器元件2上涂布助熔剂3，把该助熔剂涂布熔断器元件用例如粘接剂或者超声波熔融固定厚度100～300μm的塑料顶片42，进行密封。

图4表示另一种薄型的合金型温度熔断器，在厚度100～300μm的塑料底片(base film)41的一面上固定厚度100～200μm的带状引线导体1、1，例如由粘接剂或者熔融固定，同时把各带状引线导体的一部分从底片41的另一面侧露出，在这些导体露出部之间连接线径250μm～500μm的用第1～2项发明的任一项所述的温度熔断器元件用材料形成的熔断器元件2，例如由焊接进行连接，在该熔断器元件2上涂布助熔剂3，把该助熔剂涂布熔断器元件用例如粘接剂或者超声波熔融固定厚度100～300μm的塑料顶片42，进行密封。

图5表示树脂浸渍式径向型的熔断器元件，在并列的引线导体1、1的前端部之间，例如焊接接合用第1～2项发明的任一项所述的温度熔断器元件用材料形成的熔断器元件2，在熔断器元件2上涂布助熔剂3，将此涂布助熔剂的熔断器元件通过浸渍树脂液，用绝缘密封剂例如环氧树脂5进行密封。

图6表示基板型的合金型温度熔断器，在绝缘基板4例如陶瓷基板上由导电糊的印刷烧结形成一对电极1、1，在各电极1上通过例如焊接或钎焊等连接引线导体11，在电极1、1之间通过例如焊接等接合用第1～2项发明的任一项所述的熔断器元件用材料形成的熔断器元件2，在熔断器元件2上涂布助熔剂3，用密封剂5例如环氧树脂被覆此助熔剂涂布熔断器元件。在该导电糊中包含有金属粒体和粘接剂，在金属粒体中使用例如Ag、Ag-Pd、Ag-Pt、Au、Ni、Cu等，在粘接剂中，可以使用例如玻璃料、热固性树脂等。

在上述合金型温度熔断器中，当可以忽略熔断器元件的焦耳发热时，被保护仪器达到允许温度Tm时的熔断器元件的温度Tx比Tm低2℃～3℃，通常熔断器元件的熔点被设定在[Tm-(2℃～3℃)]上。

本发明可以在合金型温度熔断器上附设并实施用于熔断熔断器元件的发热体。例如，如图7所示，在绝缘基板4例如陶瓷基板上由导电糊的印刷烧结形成具有熔断器元件用电极1、1和电阻用电极10、10的导体图形100，通过电阻糊(例如氧化钌等的氧化金属粉的糊)的涂布和烧结，把膜电阻6设置在电阻用电极10、10之间，在熔断器元件用电极1、1之间接合用第1发明或者第2发明的任一项所述的温度熔断器元件用材料形成的熔断器元件2，例如由焊接进行接合，在熔断器元件2上涂布助熔剂3，可以用密封剂5例如环氧树脂被覆该助熔剂涂布熔断器元件2或膜电阻6。

用该带发热体的温度熔断器，可以检测出成为机器的异常发热的原因的前兆，用该检测信号使膜电阻通电并发热，用该发热可以使熔断器元件熔断。

可以把上述发热体设置在绝缘基体的上面，在其上形成耐热性和热传导性的绝缘膜，例如玻璃烧结膜，再设置一对电极，在各电极上连接扁平引线导体，在两电极之间连接熔断器元件，从熔断器元件开始遍及上述引线导体的前端部被覆助熔剂，在上述绝缘基板上配置绝缘罩，用粘接剂把该绝缘罩周围密封在绝缘基体上。

在上述合金型温度熔断器中，在把熔断器元件直接接合在引线导体的型式中(图1～图5)，在引线导体的至少熔断器元件接合部分上被覆(例如由电镀被覆)Sn或Ag的薄膜(厚度例如15μm以下，最好5～10μm)，可以增强与熔断器元件的接合强度。

在上述合金型温度熔断器中，引线导体的金属材料、薄膜材料或者膜电极中的粒体金属材料有可能通过固相扩散转移到熔断器元件中，但是按照上述的做法，通过预先在熔断器元件中添加与薄膜材料相同的元素可以充分地维持熔断器元件的特性。

在上述的助熔剂中，通过使用熔点比熔断器元件的熔点低的材料，例如，可以使用松香90～60重量份、硬脂酸10～40重量份、活性剂0～3重量份。这时对于松香，可以使用天然松香、改性松香(例如，氢化松香、不均化松香、聚合松香)或者它们的精制松香，对于活性剂，可以使用二乙胺等的胺类的盐酸盐或氢溴酸盐、己二酸等有机酸。

在上述的合金型温度熔断器中，在筒形壳体型的情况下，如图8的(A)所示，相对于筒形壳体无偏心地配置引线导体1、1，如图8的(B)所示，是进行正常的球状化分断的前提条件，如图8的(C)所示，如果有偏心，如图8的(D)所示，动作后，在筒状壳体的内壁上容易附着助熔剂(包括助熔剂炭化物)或飞散合金等，导致绝缘电阻值的降低和耐压特性的恶化。

因此，为了防止这样的不良情况，如图9的(A)所示，把各引线导体1、1的端部形成盘状d，使熔断器元件2的各端接合在各盘d的前面上(例如由焊接接合)，通过向盘外周的筒形壳体内面的支承，使熔断器元件2实际上相对于筒形壳体4处于同心的位置。这种方法是有效的[在图9(A)中，3是涂布在熔断器元件2上的助熔剂，4是筒状壳体，5是密封剂例如环氧树脂。盘外径与筒状壳体内径几乎相等]。这时，如图9的(B)所示，使熔融的熔断器元件球面状地凝聚在盘d的前面并可以防助熔剂(含炭化物)或飞散合金附着在壳体4的内面上。

在下面的实施例及比较例中使用的合金型温度熔断器是交流额定3A×250V的筒形壳体型的，筒状陶瓷壳体，外径是2.5mm，壳体厚度是0.5mm，壳体长度是9mm，引线导体是外径为0.6mmφ的镀Sn软铜线，熔断器元件，外径是0.6mmφ，长度是3.5mm，在助熔剂中使用天然松香80重量份，硬脂酸20重量份，二乙胺氢溴酸盐1重量份的组合物，在密封剂中使用常温固化型的环氧树脂。

熔断器元件的固相线温度及液相线温度在升温速度5℃/min的条件下由DSC测定。

试件数为50个，在通电0.1A的检测电流的同时浸渍在升温速度为1℃/min的油浴内，测定因熔断器元件熔断而通电切断时的油温度T0，把T0-2℃作为温度熔断器元件的动作温度。

过载特性及温度熔断器动作后的绝缘稳定性参照IEC60691中规定的过载试验法及耐压试验法进行试验，以此为基础进行了评价(过载试验前的湿度试验省略了)。

即，在试件上加上1.1×额定电压，1.5×额定电流，同时以(2±1)K/min的速度使周围温度上升，确认有无动作时的破坏和物理损伤。在没有产生破坏和损伤的试件中，引线导体之间在额定电压×2(500V)下能耐受1分钟，同时卷装在动作后的熔断器主体上的金属箔和引线导体之间在额定电压×2+1000V(1500V)下能耐受1分钟的为耐压特性合格，另外，加上直流电压值为额定电压×2(500V)时的引线导体之间的绝缘电阻是0.2MΩ以上，同时卷装在动作后的熔断器主体上的金属箔和引线导体之间的绝缘电阻为2MΩ以上者为绝缘特性合格，耐压特性及绝缘特性均合格的为绝缘稳定性合格。试件数为50个，只有50个全部在绝缘安定性上合格时才能评价为○，只要有一个不合格即评价为×。

[实施例1]

在熔断器元件的组成中使用Sn55％、Bi8％、剩余部分In。熔断器元件通过在1个模的减面率为6.5％、线牵引速度为50m/min的条件下细线加工成300μm来得到，显示了全无断线也不产生颈缩等的良好的加工性。

DSC测定结果是图10所示那样，液相线温度大致是157℃，固相线温度大致是84℃，最大吸热峰值温度大致是97℃。

温度熔断器动作时的熔断器元件温度是94±2℃，从而，温度熔断器动作时的熔断器元件温度与最大吸热峰值温度几乎一致是显然的。

虽然进行了上述的过载试验，可是得到了完全没有伴随破坏等的物理损伤的动作的结果。对于该动作后的耐压试验，由于在引线导体之间在额定电压×2(500V)下耐受了1分钟以上，同时在卷装在动作后的熔断器主体上的金属箔和引线导体之间在额定电压×2+1000V(1500V)下耐受了1分钟以上，所以是合格的，对于绝缘特性，由于加上额定电压×2(500V)的直流电压时的引线导体之间的绝缘电阻是0.2MΩ以上，同时卷装在动作后的熔断器主体上的金属箔和引线导体之间的绝缘器值是2MΩ以上，都是合格的，故绝缘稳定性的评价是○。

得到这样良好的过载特性及动作后的绝缘稳定性的理由，是由于在上述通电升温中熔断器元件在宽的固液共存状态下被分断，动作后的电弧的产生被很好地抑制并难以产生急剧的升温，由此引起的助熔剂的气化而产生的压力上升或助熔剂的炭化等被抑制，不再引起物理的破坏，可以更好地抑制由熔融合金或炭化助熔剂的通电动作引起的飞散等，可以确保充分的绝缘距离。

[实施例2～5]

相对于实施例1，除了表1所示那样改变合金组成而外，其余与实施例1相同。

这些实施例的固相线温度、液相线温度如表1所示那样。温度熔断器动作时的熔断器元件温度也如表1所示，上下浮动是在±4℃以内，处于固液共存区域。

过载特性及绝缘稳定性也与实施例1一样是合格的，其理由可以推断为与实施例1同样地在于熔断器元件在宽的固液共存状态下被分断。

无论哪一个实施例，都与实施例1一样，具有良好的线牵引加工性。

表1

	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
					Sn(％)	48	60	65	70
Bi(％)	8	8	8	8
					In	剩余	剩余	剩余	剩余
固相线温度(℃)	84	84	84	102
					液相线温度(℃)	135	165	177	188
线牵引加工性	良好	良好	良好	良好
					动作时元件温度(℃)	96±2	89±3	101±4	118±4
绝缘稳定性	○	○	○	○

[实施例6～9]

相对于实施例1，除了表2所示那样改变合金组成而外，其余与实施例1相同。

这些实施例的固相线温度、液相线温度如表2所示那样。温度熔断器动作时的熔断器元件温度也如表2所示，上下浮动是在±4℃以内，处于固液共存区域。

过载特性及绝缘稳定性也与实施例1一样是合格的，其理由可以推断为与实施例1同样地在于熔断器元件在宽的固液共存状态下被分断。

无论哪一个实施例，都与实施例1一样，具有良好的线牵引加工性。

表2

	实施例6	实施例7	实施例8	实施例9
					Sn(％)	55	60	65	70
Bi(％)	1	1	1	1
					In	剩余	剩余	剩余	剩余
固相线温度(℃)	109	110	112	137
					液相线温度	141	158	179	198
线牵引加工性	良好	良好	良好	良好
					动作时元件温度(℃)	111±2	112±2	112±3	149±4
过载特性	无损伤等	无损伤等	无损伤等	无损伤等
					绝缘稳定性	○	○	○	○

[实施例10～14]

相对于实施例1，除了表3所示那样改变合金组成而外，其余与实施例1相同。

这些实施例的固相线温度、液相线温度如表3所示那样。温度熔断器动作时的熔断器元件温度也如表3所示，上下浮动是在±5℃以内，处于固液共存区域。

过载特性及绝缘稳定性也与实施例1一样是合格的，其理由可以推断为与实施例1同样地在于熔断器元件在宽的固液共存状态下被分断。

无论哪一个实施例，都与实施例1一样，具有良好的线牵引加工性。

表3

	实施例10	实施例11	实施例12	实施例13	实施例12
						Sn(％)	48	55	60	65	70
Bi(％)	12	12	12	12	12
						In	剩余	剩余	剩余	剩余	剩余
固相线温度(℃)	61	61	82	99	122
						液相线温度(℃)	143	157	170	184	193
线牵引加工性	良好	良好	良好	良好	良好
						动作时元件温度(℃)	78±3	77±4	85±4	114±4	137±5
过载特性	无损伤等	无损伤等	无损伤等	无损伤等	无损伤等
						绝缘稳定性	○	○	○	○	○

[实施例15]

在熔断器元件中，除了使用在实施例1的合金组成100重量份上添加1重量份Ag的合金组成而外，其余与实施例1相同。

与实施例1的熔断器元件线材的线牵引条件相比也是苛刻的条件，在1个模的减面率8％、线牵引速度80m/min的条件下制造了300μmφ的熔断器元件线材，全无断线且颈缩等问题也未发生，显示了优良的加工性。

固相线温度79℃，最大吸热峰值温度及温度熔断器动作时的熔断器元件温度比实施例1只低约2℃，可以确认，与实施例1的动作温度及熔融特性可以保持无大的差别。

与实施例1一样，在上述过载试验中，由于得到了完全没有伴随破坏等的物理损伤的动作的效果，所以是合格的，对于动作后的耐压试验，由于引线导体之间在额定电压×2(500V)下能耐受1分钟以上，同时卷装在动作后的熔断器主体上的金属箔和引线导体之间在额定电压×2+1000V(1500V)下能耐受1分钟以上，所以是合格的，对于绝缘特性，在加上额定电压×2(500V)的直流电压时的引线导体之间的绝缘电阻是0.2MΩ以上，而且卷装在动作后的熔断器主体上的金属箔与引线导体之间的绝缘电阻值是2MΩ以上，所以都是合格的，故绝缘稳定性的评价是○。因此，可以确认，尽管添加Ag，仍可以保持良好的过载特性及绝缘稳定性。

可以确认，在Ag的添加量为0.1～3.5重量份的范围内都可以确定上述效果。

再有，可以确认，在作为被接合体的引线导体的金属材料、薄膜材料或者膜电极中的粒体金属材料是Ag的情况下，像本实施例那样通过预先添加同一元素Ag，可以抑制该金属材料在熔断器元件接合后经过一段时间由于固相扩散向熔断器元件中转移，可以排除伴随熔点降低而使动作温度局部降低或上下波动等影响。

[实施例16～23]

在熔断器元件中，除了在实施例1的100重量份上分别添加Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、Sb 0.5重量份外，其余与实施例1相同。

可以确认，与实施例15的添加金属Ag一样，通过添加Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、Sb得到了优良的线牵引加工性，也可以充分地保证实施例1的动作温度和熔融特性，可以保持良好地过载特性及绝缘稳定性，更可以抑制同种金属材料的固相扩散。

再有，可以确认，在Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Ga、Ge、Sb的各自的添加量为0.1～3.5重量份的范围内，也可以确定上述效果被承认了。

[比较例1]

相对于实施例1，除了把熔断器元件的组成做成Sn42％、Bi8％、剩余部分为In以外，其余与实施例1相同。

加工性良好。由于固液共存区域比较狭窄，所以动作温度的上下浮动也在允许的范围内。

在过载试验中，由于动作没有产生破坏等的物理损失，所以是合格的。

但是，在动作后的耐压试验中，由于引线导体之间的绝缘电阻值低至0.1MΩ以下，在加上2×额定电压(500V)的电压时再导通的情况较多，所以绝缘稳定性是×。

其理由被推断为，虽然熔断器元件的分断在固液共存区域中进行，由于其范围比较狭窄，在通电升温中由于从固体迅速变为液体，所以在动作后产生电弧，由于局部区域急剧升温，而使助熔剂炭化，由于动作时飞散的合金和炭化的助熔剂导致绝缘距离不被保持，所以绝缘电阻值降低，加电压时再导通直至绝缘破坏。

[比较例2]

相对于实施例1，除了把熔断器元件的组成做成Sn72％、Bi8％、剩余部分In而外，其余与实施例相同。

加工性良好，但动作温度是138±7℃，上下浮动超过了允许范围的±5℃。

其理由是由于，虽然固液共存区域宽，因其共存区域的熔融速度缓慢，熔断器元件的分断温度不能集中，其DSC测定结果属于图11的(C)的类型。

另外，固相线温度是121℃，固相线温度不一定比(动作温度-20℃)高，上述保留温度的主要条件不一定能满足。

[比较例3]

相对于实施例1，除了把熔断器元件的组成做成Sn55％、剩余部分In而外，其余与实施例1相同。

加工性良好，动作温度是81±2℃，动作温度的上下浮动小，没有问题。在过载试验中由于动作没有引起破坏等物理损伤，所以是合格的。

但是，在动作后的耐压试验中，由于引线导体之间的绝缘电阻值低至0.1MΩ以下，在加上2×额定电压(500V)的电压时再导通的情况较多，所以绝缘稳定性是×。

其理由被推断为，虽然熔断器元件的分断在固液共存区域中进行，由于其范围比较狭窄，在通电升温中由于从固体迅速变为液体，所以在动作后产生电弧，由于局部区域急剧升温，而使助熔剂炭化，由于动作时飞散的合金和炭化的助熔剂导致绝缘距离不被保持，所以绝缘电阻值降低，加电压时再导通直至绝缘破坏。

[比较例4]

相对于实施例1，除了把熔断器元件的组成做成Sn48％、Bi2％、剩余部分In而外，其余与实施例1相同。

加工性是良好的，由于固液共存区域比较狭窄，动作温度的上下浮动处于可以允许的范围内。

在过载试验中由于动作没有引起破坏等物理损伤，所以是合格的。

但是，在动作后的耐压试验中，由于引线导体间的绝缘电阻值低至0.1MΩ以下，在加上2×额定电压(500V)时，再导通的情况较多，所以绝缘稳定性是×。

其理由与比较例3的相同。

[比较例5]

相对于实施例1，除了把熔断器元件的组成做成Sn70％、Bi15％、剩余部分In而外，其余与实施例1相同。

加工性良好，其DSC测定结果属于图11的(D)的类型，动作温度遍及约150℃～165℃，变动大。另外固相线温度是139℃，固相线温度不一定比(动作温度-20℃)高，不一定能满足上述保留温度的主要条件。

根据本发明的熔断器元件用材料和合金型温度熔断器，可以提供使用不含对生物体有害的金属的Bi-In-Sn系合金且在过载特性及动作后的耐压特性和绝缘特性上优良的合金型温度熔断器。

再有，根据第2发明的熔断器元件用材料和合金型温度熔断器，由于熔断器元件用材料的优良的线牵引加工性，熔断器元件的细线化是容易的，有利于温度熔断器的小型化和薄型化，另外，即使在接合本来会带来影响的被接合材料和熔断器元件并构成合金型温度熔断器的情况下，也可以不损害熔断器元件的机能，保证正常的动作。

特别是根据第3发明～第10发明的合金型温度熔断器，对筒形壳体型温度熔断器、基板型温度熔断器、带形的薄型温度熔断器、带发热体的温度熔断器、在引线导体上镀了Ag等的温度熔断器乃至带发热体的温度熔断器可以保证上述的效果并可以提高这些温度熔断器乃至带发热体的温度熔断器的有用性。

Claims (17)

1.一种合金型温度熔断器元件用材料，其特征在于，含有Sn超过46重量％且在70重量％以下，Bi在1重量％以上且在12重量％以下，In在18重量％以上且不足48重量％，且不含Cd。

2.一种合金型温度熔断器元件用材料，其特征在于，在权利要求1所述的合金组成100重量份上，添加Ag、Au、Cu、Ni、Pd、Pt、Sb、Ga、Ge的1种或者2种以上0.1～3.5重量份。

3.一种合金型温度熔断器，其特征在于，把权利要求1或2所述的温度熔断器元件用材料做成熔断器元件。

4.如权利要求3所述的合金型温度熔断器，其特征在于，在熔断器元件中含有不可避免的杂质。

5.如权利要求3或4所述的合金型温度熔断器，其特征在于，在引线导体间连接熔断器元件，在引线导体的至少熔断器元件接合部上被覆Sn或者Ag膜。

6.如权利要求3或4所述的合金型温度熔断器，其特征在于，在熔断器元件的两端上接合引线导体，在熔断器元件上涂布助熔剂，在该助熔剂涂布熔断器元件上插通筒状壳体，筒状壳体的各端和各引线导体之间被密封，而且，引线导体端做成盘状，在盘前面接合熔断器元件端。

7.如权利要求5所述的合金型温度熔断器，其特征在于，在熔断器元件的两端上接合引线导体，在熔断器元件上涂布助熔剂，在该助熔剂涂布熔断器元件上插通筒状壳体，筒状壳体的各端和各引线导体之间被密封，而且，引线导体端做成盘状，在盘前面接合熔断器元件端。

8.如权利要求3或4所述的合金型温度熔断器，其特征在于，通过含有金属粒体及粘接剂的导电糊的印刷烧结，在基板上设置一对膜电极，在这些膜电极之间连接熔断器元件，而且，金属粒体是Ag、Ag-Pd、Ag-Pt、Au、Ni、Cu的任一种。

9.如权利要求3或4所述的合金型温度熔断器，其特征在于，附设了用于熔断熔断器元件的发热体。

10.如权利要求5所述的合金型温度熔断器，其特征在于，附设了用于熔断熔断器元件的发热体。

11.如权利要求6所述的合金型温度熔断器，其特征在于，附设了用于熔断熔断器元件的发热体。

12.如权利要求7所述的合金型温度熔断器，其特征在于，附设了用于熔断熔断器元件的发热体。

13.如权利要求8所述的合金型温度熔断器，其特征在于，附设了用于熔断熔断器元件的发热体。

14.如权利要求3或4所述的合金型温度熔断器，其特征在于，一对引线导体的一部分从绝缘板的一面露出到另一面，在这些引线导体的露出部分上连接熔断器元件，在上述绝缘板的另一面上被覆绝缘体。

15.如权利要求5所述的合金型温度熔断器，其特征在于，一对引线导体的一部分从绝缘板的一面露出到另一面，在这些引线导体的露出部分上连接熔断器元件，在上述绝缘板的另一面上被覆绝缘体。

16.如权利要求3或4所述的合金型温度熔断器，其特征在于，连接在一对引线导体之间的熔断器元件用绝缘薄膜夹住。

17.如权利要求5所述的合金型温度熔断器，其特征在于，连接在一对引线导体之间的熔断器元件用绝缘薄膜夹住。

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