CN103489730B - 熔断器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种熔断器，其能够在基板部在水平姿势的状态下电流路径被切断时防止由熔融状态的可融金属部形成金属粒。熔断器具备印刷电路基板（10）、平行电极（14A、14B）、固定部（16）以及焊球（15A～15H）。平行电极（14A）与印刷电路基板接近而配置，并具有与印刷电路基板的主面大致平行的主面。平行电极（14B）具有与平行电极（14A）的主面大致平行的主面，并沿着印刷电路基板的主面法线方向与平行电极（14A）的主面分离并对置。固定部对平行电极间的间隔进行固定。焊球与平行电极（14A）的主面中的一部分区域和平行电极（14B）的主面中的一部分区域接触，并使平行电极（14A、14B）导通。

Description

熔断器

技术领域

本发明涉及通过利用施加过电流而发热并熔融从而切断电流路径的熔断器。

背景技术

一般的熔断器构成为具备基板部、第1导电部、第2导电部以及可融金属部（例如，参照专利文献1～3）。第1导电部和第2导电部被配置成在基板部的主面分离且各自的端部彼此对置。可融金属部构成为使第1导电部与第2导电部的端部间导通，利用过电流的施加而发热并熔融或者利用加热器加热而熔融来切断电流路径。第1导电部与第2导电部被配置成在从基板部分开的位置处对置。

专利文献1：日本特开2007－165086号公报

专利文献2：日本特开2010－244817号公报

专利文献3：日本特开2007－27135号公报

在第1导电部和第2导电部在从基板部分开的位置处对置的熔断器中，若在基板部在水平的姿势的状态下，可融金属部熔融，则熔融状态的可融金属部有时会掉到基板部的主面而未固定于基板、导电部，形成粒状金属粒。

而且，在熔断器被安装在壳体内的情况下，若金属粒在壳体内独立地移动，则第1导电部与第2导电部同时与金属粒接触，电流路径被瞬间再连接。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种熔断器，其能够防止在基板部为水平姿势的状态下电流路径被切断时由熔融状态的可融金属部形成金属粒。

本发明的熔断器具备基板部、第1以及第2平行电极、固定部、可融金属部、第1以及第2外部连接端子。第1平行电极与基板接近而配置，并具有与基板部的主面大致平行的主面。第2平行电极具有与第1平行电极的主面大致平行的主面，并沿着基板部的主面法线方向与第1平行电极的主面与分离并对置。固定部对第1以及第2平行电极的间隔进行固定。可融金属部与第1平行电极的主面中的一部分区和第2平行电极的主面中的一部分区域接触，并使第1平行电极与第2平行电极导通。第1外部连接端子被布线于第1平行电极。第2外部连接端子被布线于第2平行电极。

在该构成中，熔融状态的可融金属部在第1平行电极和第2平行电极的主面浸润并扩散。由此，熔融状态的可融金属部在与基板部的主面垂直的方向上被断开。此时，若基板部的主面以大致水平的状态被配置，则作用于熔融状态的可融金属部的重力的方向与熔融状态的可融金属部的断开方向一致，因此熔融状态的可融金属部不会掉落在第1平行电极、第2平行电极外，能够防止形成金属粒。

优选上述熔断器具备使第1平行电极与第2平行电极导通的多个可融金属部。在该构成中，若任意一个可融金属部熔断，则在其他可融金属部流动的电流量增加而产生进一步的温度上升，剩余的可融金属部连续地熔断。

因此，即使可融金属部熔融的时刻、电流值存在偏差，也比仅设置一个可融金属部的情况下的电流路径被切断的时刻、电流值更稳定。而且，即使通过设置多个可融金属部来应对大电流，也能够细致地设定电流路径被切断的时刻、电流值。

并且，假设在设置与多个可融金属部的总体积相同的单独一个可融金属部的情况下，随着可融金属部的熔融，熔融状态的可融金属部难以在平行电极浸润并扩散，导致在流过过电流的情况下直到电流路径被切断为止的快速响应（切断响应性）、在利用加热器加热可融金属部的情况下直到切断电流路径为止的快速响应（切断响应性）劣化。与此相对，在设置多个可融金属部的情况下，由于每一个可融金属部的体积减少，所以电流路径的切断响应性不会显著劣化。

在上述熔断器中，可融金属部也可以是大致呈球状。在这种情况下，优选至少1个可融金属部与其他可融金属部体积不同。在该构成中，体积小的可融金属部与体积大的可融金属部相比，温度更容易上升而先开始熔融，之后剩余的可融金属部由于更大的电流而连续地熔断。因此，可以改善电流路径的切断响应性。

在上述熔断器中，优选第1平行电极与第2平行电极相比，熔融状态的可融金属部的浸润性高。在该构成中，即使在将基板部的主面朝上配置的状态下熔融状态的可融金属部在第2平行电极浸润并扩散的情况下，在第1平行电极熔融状态的可融金属部容易浸润并扩散，因此电流路径的切断响应性不会显著恶化。

在上述熔断器中，优选第1平行电极被接合于基板部、固定部被结合于第1平行电极、第2平行电极被接合于固定部。另外，在上述熔断器中，第1平行电极具有开口，固定部被配置在第1平行电极的开口内，第2外部连接端子可以经由贯穿固定部的电极而于第2平行电极导通。在该构成中，能够通过各部件的层叠来构成熔断器，使制造工序变得容易。

在上述熔断器中，优选具备对可融金属部进行加热的加热器电极。在该构成中，通过控制加热器电极来使其发热，能够在任意时刻使可融部熔融来切断电流路径。

根据该发明，在基板部的主面法线方向设置分离的第1以及第2平行电极，它们之间用可融金属部连接，因此在可融金属部在基板部的主面以大致成为水平的姿势熔融的情况下，能够使熔融状态的可融金属部的断开方向与重力作用的方向一致。因此，能够防止熔融状态的可融金属部掉落到平行电极外，能够防止可融金属部的一部分滴落到基板部而形成金属粒。

附图说明

图1（A）-图1（C）是第1实施方式的熔断器的电流路径连接时的剖视图。

图2是第1实施方式的熔断器的电流路径切断时的侧面剖视图。

图3是表示第1实施方式的熔断器的制造过程的侧面剖视图。

图4是第2实施方式的熔断器的电流路径切断时的侧面剖视图。

图5是第3实施方式的熔断器的电流路径连接时的侧面剖视图。

图6第是4实施方式的熔断器的电流路径连接时的侧面剖视图。

附图标记说明：1、21、31、41…熔断器；10…印刷电路基板；11…盖基板；12A～12C…外部连接电极；13A…过孔电极；13A…外部连接电极；13A～13C…过孔电极；14A、14B、24A、24B、44A…平行电极；15A～15H、35A、35B、35D、35G…焊球；16A、16B…树脂板；45…树脂膜；46…加热器电极。

具体实施方式

《第1实施方式》

以下，对本发明的第1实施方式的熔断器进行说明。在以下说明的图中，导电性的部件采用阴影表示，绝缘性的部件采用点表示。另外，将图1（A）中的图上侧称为顶面侧、将图下侧称为底面侧来进行说明。

图1（A）-图1（C）是第1实施方式的熔断器的电流路径被连接的状态下的剖视图。图1（A）是观察图1（C）中用虚线A－A’示出的面的侧面剖视图。图1（B）是观察图1（C）中用虚线B－B’示出的面的侧面剖视图。图1（C）是从顶面观察图1（A）和图1（B）中用虚线C－C’示出的面的俯视剖视图。

本实施方式的熔断器1具备印刷电路基板10、盖基板11、外部连接电极12A～12C、过孔电极13A～13C、平行电极14A、14B、焊球15A～15H、固定部16以及金属柱17。

印刷电路基板10是本实施方式中的基板部，由玻璃布基材环氧树脂构成，并具有长方形的顶面和底面，顶面与底面之间的厚度较薄的平板状的部件。盖基板11由玻璃布基材环氧树脂构成，该盖基板11是具有长方形的顶面以及外形为长方形且形成了有底开口的底面的盖状的部件。印刷电路基板10的顶面与盖基板11的底面相互接合，由此，印刷电路基板10与盖基板11构成了具有内部空间的壳体。

此外，作为印刷电路基板10和盖基板11的材质，只要具有绝缘性即可，可以采用除玻璃布基材环氧树脂之外的材质。例如，能够采用陶瓷基板、玻璃基板以及其他的树脂基板等。

外部连接电极12A～12C是本实施方式中的外部连接端子，分别由矩形的铜电极构成，并形成为在印刷电路基板10的底面相互分离。

过孔电极13A、13B、13C贯穿印刷电路基板10而形成，过孔电极13A、13B、13C分别与外部连接电极12A、12B、12C连接。

平行电极14A是本实施方式中的第1平行电极，由矩形环状的铜电极构成，并形成于印刷电路基板10的顶面。该平行电极14A经由过孔电极13A和过孔电极13B与外部连接电极12A和外部连接电极12B连接，过孔电极13C从中心部的开口露出。此外，也可以省略过孔电极13A和外部连接电极12A或过孔电极13B和外部连接电极12B中的任意一方来构成熔断器1。

固定部16由在印刷电路基板10的顶面形成的矩形平板状的树脂材构成，固定部16被接合于在平行电极14A的开口内露出的印刷电路基板10。此外，固定部16从顶面侧观察时的外形状与平行电极14A的内形状一致，并其在中心部具有金属柱17贯穿的贯穿孔。金属柱17被设置在贯穿固定部16的贯穿孔内，经由过孔电极13C与外部连接电极12C连接。

平行电极14B是本实施方式中的第2平行电极，由被配置于固定部16的顶面侧的矩形平板状的铜电极构成。在从顶面侧观察时，该平行电极14B的外形状比固定部16的外形状大、且与平行电极14A的外形状一致，金属柱17被连接于平行电极14B的中心部。此外，该平行电极14B与平行电极14A相同。

焊球15A～15H是本实施方式中的可融金属部，由在安装工序中的加热时不熔融而在更高温度下熔融的低熔点金属（例如，固相熔点为245℃的Sn-10Sb合金）构成。各焊球15A～15H的直径与平行电极14A和平行电极14B之间的间隔一致，或者、比他们的间隔稍大。而且，各焊球15A～15H保持与平行电极14A和平行电极14B接触的状态。此外，焊球15A～15H的保持方法可以是任意的，可以使用绝缘性的粘合剂、导电性的粘合剂，比焊球15A～15H低熔点的焊料等进行粘合。此外，也可以构成为通过由平行电极14A、14B夹持而保持。另外，作为可融金属部，并不局限于焊球15A～15H那样的球状，还可以是圆柱状、梁状、线状等任意形状。另外，可融金属部的数目也并不局限于如焊球15A～15H那样的8个，可以是单数，另外也可以是更多的数目或更少的数目。

这样的构成的熔断器1例如通过焊料而被安装于电路基板等，外部连接电极12A～12C与电路基板上的布线图案连接。于是，构成了按从外部连接电极12A和外部连接电极12B到过孔电极13A、13B、平行电极14A、焊球15A～15H、平行电极14B、金属柱17、过孔电极13C、外部连接电极12C的顺序连接而成的电流路径。通过在该电流路径中通恒定以上的过电流，从而焊球15A～15H熔融，熔断器1的电流路径被切断。

图2是表示熔断器1的电流路径切断后的状态的侧面剖视图。

若过电流流过熔断器1，则焊球15A～15H的与平行电极14A的接触位置的附近和焊球15A～15H的与平行电极14B的接触位置的附近产生较大的发热，该接触位置的附近的区域成为超过固相熔点的温度。由此，焊球15A～15H的熔融从接触位置的附近的区域开始，焊球15A～15H的全体由于导热而熔融。于是，熔融状态的焊球15A～15H由于其对平行电极14A、14B的浸润性而在平行电极14A、14B浸润并扩散。而且，熔融状态的焊球15A～15H由于表面张力而在中央附近收缩，在平行电极14A侧与平行电极14B侧熔断，并在平行电极14A、14B浸润扩散的状态下进行再凝固。

在焊球15A～15H熔断时，熔断器1如果是将印刷电路基板10朝向下侧配置的姿势，则利用作用于熔融状态的焊球15A～15H的重力，熔融状态的焊球15A～15H倾向于更靠近平行电极14A侧。

此外相反地，在焊球15A～15H熔断时，熔断器1如果是将印刷电路基板10朝向上侧配置的姿势，则利用作用于熔融状态的焊球15A～15H的重力，熔融状态的焊球15A～15H倾向于更靠近平行电极14B侧。

因此，该熔断器1在将印刷电路基板10朝向下侧或者上侧的配置姿势下，熔融状态的焊球15A～15H不容易掉落到平行电极14A、14B外，能够防止熔融状态的焊球15A～15H与印刷电路基板10、盖基板11接触而形成金属粒。

此外，熔断器1即使不是将印刷电路基板10水平配置的配置姿势而是将印刷电路基板10倾斜或将印刷电路基板10竖立配置的配置姿势，通过预先以适当的间隔配置具有足够浸润性的平行电极14A、14B，从而熔融状态的焊球15A～15H也不容易掉落到平行电极14A、14B外，能够充分防止熔融状态的焊球15A～15H与印刷电路基板10、盖基板11接触而形成金属粒。

另外，在该熔断器1中，通过多个焊球15A～15H仅连接一组平行电极14A、14B，因此若焊球15A～15H中任意一个先熔断，则在焊球15A～15H中剩余的焊球中流动的电流量增加而导致温度进一步上升。因此，通过焊球15A～15H中任意一个先熔断，焊球15A～15H中剩余的全部焊球连续熔断。因此，在平行电极14A、14B间可靠地切断熔融状态的焊球15A～15H（可溶金属部）、可靠地切断熔断器1中的电流路径。另外，即使在焊球15A～15H分别单独熔融的情况下的熔融时刻、熔融电流值中存在偏差，实际的熔融时刻、熔融电流值也按每一产生为单位是稳定。另外，由于使多个小焊球15A～15H分散而配置，所以不会抑制熔融状态的焊球15A～15H的平行电极14A、14B中的浸润扩散，使得从过电流流过到电流路径被切断为止的快速响应性（切断响应性）良好。

此外，这里，虽然共计使用了8个焊球15A～15H，但焊球15A～15H越多越能够可靠地进行熔断器1中的电流路径的切断。而且，电流在各焊球15A～15H中分散流动，因此能够使切断熔断器1中的电流路径的电流值较大。而且，即使设置多个可融金属部来应对大电流，也能够细致地设定电流路径被切断的时刻、电流值。

另外，作为可溶金属部，虽然使用了球状的焊球15A～15H，但通过可溶金属部为球状，从而平行电极14A、14B与焊球15A～15H的接触部分的电阻增大，与焊球15A～15H的平行电极14A、14B的接触部分先熔融。因此，即使是在熔断器1整体未被配置成平行的情况下，也能够使焊球15A～15H在平行电极14A、14B可靠地浸润并扩散，且不发生飞溅而可靠地实现熔断。

此外，这里示出的构成熔断器1的各部的形状仅是一个例子，具体的形状可以是上述以外的形状。

接下来，对熔断器1的制造方法的一个例子进行说明。图3是阶段性表示熔断器1的制造工序的侧面剖视图。

在熔断器1的制造工序中，首先，在图3（A）所示的工序中，准备印刷电路基板10，在印刷电路基板10的内部形成规定的过孔电极，并且在印刷电路基板10两面形成规定的电极图案。由此，形成了外部连接电极12A～12C和过孔电极13A～13C（未图示）。然后，使用金属掩模等在印刷电路基板10印刷焊膏，将成型为规定形状的金属箔配置在焊膏上，使用回流炉等在印刷电路基板10安装金属箔。由此，形成平行电极14A。之后，进行基板清洗，除去在焊膏中含有的焊剂等。

接下来，在图3（B）所示的工序中，在印刷电路基板10的顶面设置成型为规定形状的金属柱17。金属柱17被焊接成与过孔电极13C（未图示）导通。

接下来，在图3（C）所示的工序中，利用分配器在金属柱17周围涂覆热固化性树脂。然后，将印刷电路基板10以180度加热60分钟而使热固化性树脂固化。由此，形成固定部16。

此外，金属柱17与固定部16的形成方法并不局限于这些工序。例如，预先形成在树脂内部形成有金属柱的树脂板，可以将该树脂板接合于印刷电路基板10的顶面侧。另外，也可以预先形成在树脂内部形成有贯穿孔的树脂板，在将该树脂板接合于印刷电路基板10的顶面侧后，将金属柱插入贯穿孔来进行接合。

接下来，在图3（D）所示的工序中，准备多个焊球15A～15H，利用粘合剂等将它们粘合于平行电极14A。

此外，作为粘合剂等，为了使平行电极14A与焊球15A～15H可靠地电连接，可以使用导电性粘合剂、焊膏。

接下来，在图3（E）所示的工序中，平行电极14B被接合于从固定部16露出的金属柱17（未图示）和多个焊球15A～15H。在该接合中，能够利用焊接、基于导电性粘合剂的粘合、电弧熔接等。

接下来，如图3（F）所示，准备预先成型为规定形状的盖基板11。然后，在印刷电路基板10涂覆用于粘合的热固化性树脂膏。接下来，盖基板11被粘贴于热固化性树脂膏。然后，通过将印刷电路基板10和盖基板11以180℃加热60分钟左右，热固化性树脂膏固化。由此，盖基板11被接合于印刷电路基板10。

通过这样的工序，制造熔断器1。此外，这里示出的制造方法仅是一个例子，具体的制造方法也可以是上述以外。

《第2实施方式》

以下，对本发明的第2实施方式的熔断器进行说明。

图4是表示第2实施方式的熔断器的电流路径切断后的状态的侧面剖视图。

对于本实施方式的熔断器21而言，作为与前述熔断器1不同的部件，代替平行电极14A、14B而具备平行电极24A、24B。平行电极24A是与前述平行电极14A相比，焊球15A～15H的浸润性高的电极。另一方面，平行电极24B是与前述平行电极14B相比，焊球15A～15H的浸润性低的电极。

此外，浸润性的程度能够改变例如电极表面的粗糙度（凹凸）、表面氧化的程度、电镀处理等。具体而言，在表面粗糙、氧化度高、未形成电镀层或者电镀层薄等情况下，浸润性降低，在表面平坦、氧化度低、电镀层厚等情况下，浸润性提高。

若过电流流过该熔断器21而焊球15A～15H整体熔融，则熔融状态的焊球15A～15H在对其浸润性高的平行电极14A较宽较薄地浸润并扩散进而熔断。在焊球15A～15H熔断时，熔断器21如果是将印刷电路基板10朝向下侧的配置姿势，则利用作用于熔融状态的焊球15A～15H的重力，熔融状态的焊球15A～15H倾向于更靠近平行电极14A侧。因此，若该熔断器21是用作将印刷电路基板10朝向下侧配置姿势的熔断器，则能够实现极为良好的特性。

《第3实施方式》

以下，对本发明的第3实施方式的熔断器进行说明。

图5是表示第3实施方式的熔断器的电流路径连接时的状态的侧面剖视图。

对于本实施方式的熔断器31而言，作为与前述熔断器1不同的部件，代替焊球15A、15B、15D、15G而具备焊球35A、35B、35D、35G（未图示）。焊球35A、35B、35D、35G（未图示）构成为与其他焊球15C、15E、15F（未图示）、15H（未图示）相比，更细长的椭圆球状、或者长圆球状。因此，焊球35A、35B、35D、35G（未图示）的体积比其他焊球15C、15E、15F（未图示）、15H（未图示）的体积小。

焊球35A、35B、35D、35G（未图示）由于体积小所以热容量小、且电阻较大。因此，在电流路径被切断时，焊球35A、35B、35D、35G（未图示）比其他焊球15C、15E、15F（未图示）、15H（未图示）先熔断。在焊球35A、35B、35D、35G（未图示）熔断后，由于流通在其他焊球15C、15E、15F（未图示）、15H（未图示）的电流值增大，所以其他焊球15C、15E、15F（未图示）、15H（未图示）也连续地熔断。

如该熔断器31那样，通过使焊球的体积不同，能够控制焊球的熔断顺序。而且，能够可靠地使焊球熔断来改善电流路径的切断响应性。

《第4实施方式》

以下，对本发明的第4实施方式的熔断器进行说明。

图6是表示第4实施方式的熔断器的电流路径切断时的侧面剖视图。

对于本实施方式的熔断器41而言，作为与前述熔断器1不同的部件，具备有平行电极44A、树脂膜45、加热器电极46。按照平行电极44A、树脂膜45、加热器电极46的顺序而进行层叠。为了使平行电极44A与加热器电极46之间绝缘而设置树脂膜45。加热器电极46是本实施方式中的加热部，是为了加热平行电极44A而设置。

该熔断器41通过在任意时刻从外部基板经由未图示的外部连接端子向加热器电极46通电，能够使加热器电极46发热来加热焊球15A～15H以使其熔融。因此，能够控制熔断器41的电流路径的切断时刻。

此外，能够适当地设计并变更熔断器的具体构成，关于上述实施方式所述的作用和效果，仅仅例举了根据本发明而产生的最优选的作用和效果，关于本发明的作用和效果并不局限于上述实施方式所述的内容。

Claims (7)

1.一种熔断器，其特征在于，具备：

基板部；

第1平行电极，其与所述基板部接近而配置，并具有与所述基板部的主面大致平行的主面；

第2平行电极，其具有与所述第1平行电极的主面大致平行的主面，并沿着所述基板部的主面法线方向与所述第1平行电极的主面分离并对置；

固定部，其对所述第1平行电极与所述第2平行电极之间的间隔进行固定；

可融金属部，其与所述第1平行电极的主面中的一部分区域和所述第2平行电极的主面中的一部分区域接触，并使所述第1平行电极与所述第2平行电极导通；

第1外部连接端子，其被布线于所述第1平行电极；以及

第2外部连接端子，其被布线于所述第2平行电极，

所述第1平行电极具有开口，

所述固定部被配置在所述开口内，

所述第2外部连接端子经由贯穿所述固定部的电极而与所述第2平行电极导通。

2.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，

具备使所述第1平行电极与所述第2平行电极导通的多个所述可融金属部。

3.根据权利要求2所述的熔断器，其特征在于，

所述可融金属部大致呈球状。

4.根据权利要求3所述的熔断器，其特征在于，

至少1个可融金属部的体积与其他可融金属部的体积不同。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的熔断器，其特征在于，

所述第1平行电极与所述第2平行电极相比，熔融状态的所述可融金属部的浸润性高。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的熔断器，其特征在于，

所述第1平行电极被接合于所述基板部，

所述固定部被接合于所述第1平行电极，

所述第2平行电极被接合于所述固定部。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的熔断器，其特征在于，

具备对所述可融金属部进行加热的加热部。