JP2001028227A - 電流ヒュ−ズエレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｚｎの合金化に頼ることなく実質的にＺｎ単体
をヒュ−ズエレメント本体とする電流遮断特性及び加工
性に優れた電流ヒュ−ズエレメントを提供する。 【解決手段】Ｚｎ単体またはＺｎが９５重量％以上のＺ
ｎ合金製の線径３０μｍ〜２００μｍの金属細線１また
は厚み２０μｍ〜１５０μｍで、巾が５０μｍ〜３００
０μｍ金属リボンの表面に融点が３００℃以上の厚み
０．１μｍ〜２０μｍの酸素遮断金属膜２、例えばＮ
ｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金
属膜を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子部品用の電流ヒ
ュ−ズエレメントに関し、特にコンデンサやＩＣまたは
半導体装置等の電子部品に内蔵させて使用する電流ヒュ
−ズエレメントとして有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】コンデンサやＩＣまたは半導体装置に内
蔵させて使用する電流ヒュ−ズエレメントは速動型であ
る。電流ヒュ−ズは、タイムラグ溶断型、普通溶断型、
速動溶断型に大別でき、それぞれ溶断特性を異にしてい
る。これらの特性中、速動溶断型の溶断特性は、溶断電
流をＩ、溶断時間をｔｍ、ヒュ−ズエレメントの融点を
Ｔｍ、同じく抵抗をＲ、同じく熱容量をＣ、周囲温度を
θとすると、

【数１】 ｔｍ＝Ｃ（Ｔｍ−θ）／（ＲＩ^２） で与えられる。

【０００３】上記コンデンサ等の電子部品に内蔵させる
電流ヒュ−ズにおいては、溶断時間ｔｍをできるだけ短
くするために、融点Ｔｍの低い金属を使用することが要
求される。しかしながら、電子部品がはんだ付けによっ
て実装されるので、その融点がはんだ付けとの関係で制
約される。而して、上記コンデンサ用等の電子部品用電
流ヒュ−ズには、融点３００℃以上のＰｂ−Ｓｎ−Ａｇ
合金が伝統的に使用されてきた。しかしながら、鉛が生
体系に悪影響を及ぼす畏れがあり、近来では環境対策
上、鉛フリ−ヒュ−ズエレメントの出現が要請されるに
至り、上記融点上の条件を充足するＺｎ系合金を上記電
子部品用ヒュ−ズエレメントとして使用することが提案
されている。例えば、アルミニウムを０．５〜１７重量
％を含有し残部がＺｎであるＺｎ合金を電流ヒュ−ズエ
レメントとして使用すること（特開平１０−１３４６９
８号）、純Ｚｎに５重量％以下の銅を添加したＺｎ合金
を電流ヒュ−ズエレメントとして使用すること（特開昭
５３−１３８９１８号）が提案されている。

【０００４】これらの従来技術は、アルミニウムや銅を
添加することにより、式における抵抗値Ｒを高くする
か、または融点Ｔｍを低くすることにより溶断時間ｔｍ
を短くし、かつアルミニウムや銅の添加量を制限するこ
とにより金属細線やリボンへの加工性を保証しようとし
ている。しかしながら、本発明者の検討結果によれば、
Ｚｎに他の金属を添加してヒュ−ズの電流溶断特性を改
善しようとする場合、他金属の添加量を多くすると融点
が高くなり、加工性も低下し、実質的に単体Ｚｎ使用の
場合と差がないか、むしろ劣ることが多い。

【０００５】そこで、本発明者はＺｎ単体の母材をタン
タルコンデンサ用ヒュ−ズエレメントとして使用するこ
とを検討すべく、Ｚｎ単体のヒュ−ズエレメントを製作
し、その電流遮断特性を試験したところ、ヒュ−ズエレ
メント表面に生じた酸化膜が溶断特性を悪化しており、
この酸化膜の関与を排除すれば溶断特性に優れたヒュ−
ズエレメントを得ることができることを知った。すなわ
ち、Ｚｎは酸化還元電位が低くイオン化傾向の大きい金
属であるために酸化され易く、前記タンタルコンデンサ
用ヒュ−ズエレメントの径が極めて細い（５０〜１００
μｍ）ために、その線径に対して前記酸化膜の厚みが占
める割合がかなり大きく、芯のＺｎ材が溶融してもＺｎ
よりも高融点の前記酸化膜のさやがヒュ−ズエレメント
の溶断を阻止して式におけるヒュ−ズエレメントの融
点Ｔｍを実質的に高め、他方、酸化膜のさやの形成によ
る抵抗値の増加が期待できずに式における抵抗Ｒが殆
ど高くならず、結局式において、抵抗Ｒの増加による
溶断時間ｔｍの減少よりも融点Ｔｍの増加による溶断時
間ｔｍの増大が勝り、全体として溶断時間ｔｍが長くな
ることを知った。

【０００６】本発明の目的は、上記電流ヒュ−ズの検討
結果に基づき、Ｚｎの合金化に頼ることなく実質的にＺ
ｎ単体をヒュ−ズエレメント本体とする電流遮断特性及
び加工性に優れた電流ヒュ−ズエレメントを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電流ヒュ−
ズエレメントは、Ｚｎ単体またはＺｎが９５重量％以上
のＺｎ合金製の線径３０μｍ〜２００μｍの金属細線ま
たは厚み２０μｍ〜１５０μｍで、巾が５０μｍ〜３０
００μｍ金属リボンの表面に融点が３００℃以上の厚み
０．１μｍ〜２０μｍの酸素遮断金属膜、例えばＮｉ、
Ｃｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属膜
を設けたことを特徴とする構成である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明に係る電流
ヒュ−ズエレメントを示している。図１において、１は
Ｚｎ単体を母材とした線径３０μｍφ〜２００μｍφ、
好ましくは５０μｍφ〜１００μｍφのヒュ−ズエレメ
ント本体である。このＺｎ単体は純度を高くするほど加
工性がよくなるので、９９．９９％以上とすることが好
ましい。２は融点が３００℃以上で厚みが０．１μｍ〜
２０μｍ、好ましくは１μｍ〜５μｍの酸素遮断金属膜
であり、例えばＺｎよりもイオン化傾向の低い金属乃至
はイオン化傾向がＺｎに近接する金属であるＮｉ、Ｃ
ｕ、Ｉｎ、Ａｌの何れかを使用することができ、または
Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ等の使用も可能である。

【０００９】上記ヒュ−ズエレメントの線径を線径３０
μｍφ〜２００μｍφとする理由は、式における熱容
量Ｃを可及的に小さくして溶断時間ｔｍを短くすること
にあり、２００μｍφを越えると熱容量Ｃが大きくなり
過ぎ、３０μｍφ未満ではヒュ−ズエレメントの線引き
加工が困難になる。上記酸素遮断金属膜の融点を３００
℃以上とする理由は、３００℃未満でははんだ付け時、
特にリフロ−の際に酸素遮断金属膜が溶融流出してヒュ
−ズエレメント本体が露出する畏れがあるからである。
また、酸素遮断金属膜の厚みを０．１μｍ〜２０μｍと
する理由は、０．１μｍでは被覆が難しく、２０μｍを
越えると後述する通り上記遮断時間ｔｍが酸素遮断金属
膜のために遅延されるからである。

【００１０】本発明において、ヒュ−ズエレメント本体
をリボン状とすることもでき、この場合、厚みが２０μ
ｍ〜１５０μｍ、巾が５０μｍ〜３０００μｍとされ
る。本発明に係る電流ヒュ−ズエレメントを製造するに
は。Ｚｎ母材のロッドを冷間押出しにより製作し、この
ロッドをダイスで線引きして線状とし、またはロ−ル圧
延によりリボン状とし、酸素遮断金属膜をめっき、また
はクラッド加工により被覆する方法を使用できる。この
加工において、Ｚｎは比較的じん性に優れ、線径３０μ
ｍφまでの細線加工、厚み２０μｍまでのリボンへの加
工が容易であり、本発明の電流ヒュ−ズエレメントは加
工が容易である。

【００１１】本発明に係る電流ヒュ−ズエレメントは速
動溶断型として使用され、溶断作動時には、Ｚｎヒュ−
ズエレメントがジュ−ル熱により溶融されて蒸気化さ
れ、その蒸気圧も溶断時間に関与し、蒸発が抑えられる
ような条件下では遮断時間の遅延が生じる。而るに、本
発明に係る電流ヒュ−ズエレメントでは、ヒュ−ズエレ
メント本体に蒸気圧の高いＺｎを使用し、かつ酸素遮断
金属膜の厚みを２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下と
してあるから、酸素遮断金属膜がＺｎの蒸発で即座に破
断され得、溶断時間が遅延されるようなことがない。

【００１２】前述した通り、速動溶断型ヒュ−ズの溶断
時間ｔｍは前記式で把握できる。而るに、本発明に係
る電流ヒュ−ズエレメントでは、Ｚｎヒュ−ズエレメン
ト本体に酸素遮断金属膜を被覆してあり、Ｚｎが化学的
に不安定であるにもかかわらず、ヒュ−ズエレメント本
体の融点をその酸化を防止してＺｎ本来の融点（４２０
℃）に保持でき、かつ前記したように酸素遮断金属膜の
厚みをヒュ−ズ溶断時間を遅延させないように制限して
あるから、式において、融点Ｔｍを酸化の影響を受け
ていないＺｎ本来の融点（４２０℃）として取り扱うこ
とができる。従って、溶断時間を充分に短くできる。

【００１３】本発明に係る電流ヒュ−ズエレメントは、
タンタルコンデンサ素子にヒュ−ズエレメントを直列に
接続しコンデンサ素子と共にヒュ−ズエレメントを樹脂
で封止した形態、半導体チップにヒュ−ズエレメントを
直列に接続しコチップと共にヒュ−ズエレメントを樹脂
で封止した形態の他、電子部品を搭載した回路板の所定
箇所に接続した形態で使用できる。また、本発明に係る
電流ヒュ−ズエレメントは、温度ヒューズや抵抗体付き
温度ヒューズにおいて、電流ヒューズ機能も併せ持つも
のに使用することも可能である。

【００１４】本発明において、ヒュ−ズエレメントに
は、ＺｎにＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の他の金属をＺｎの加工
性、融点、電気抵抗等に実質的に影響を与えない程度に
添加したＺｎ９５重量％以上のＺｎ合金を使用すること
も可能である。

【００１５】

【実施例】以下の何れの実施例及び比較例においてもヒ
ュ−ズエレメントの線径を１００μｍφ、ヒュ−ズ長さ
を３ｍｍとした。

【００１６】〔実施例１〕ヒュ−ズエレメント本体の母
材にＺｎ単体を使用し、酸素遮断金属膜にＮｉを使用
し、その被覆厚さを２μｍとした。

【００１７】〔実施例２〜１２〕ヒュ−ズエレメント本
体の母材、酸素遮断金属膜の金属、酸素遮断金属膜の厚
みを表１に示すとおりとした。

【００１８】〔実施例１３〕ヒュ−ズエレメント本体の
母材に、ＺｎにＡｌを１重量％添加したＺｎ合金を使用
し、酸素遮断金属膜にＮｉを使用し、その被覆厚さを２
μｍとした。

【００１９】〔実施例１４及び１５〕ヒュ−ズエレメン
ト本体の母材に表１に示すとおりのＺｎ合金を使用し、
酸素遮断金属膜の金属、酸素遮断金属膜の厚みを表１に
示すとおりとした。

【００２０】〔比較例１〕ヒュ−ズエレメント本体の母
材にＺｎ単体を使用し、酸素遮断金属膜は省略した。

【００２１】〔比較例２〕ヒュ−ズエレメント本体の母
材にＺｎ単体を使用し、Ｎｉを厚さ２５μｍで被覆し
た。

【００２２】〔比較例３〕ヒュ−ズエレメント本体の母
材に、Ａｌを５重量％添加した融点３８２℃のＺｎ合金
を使用したが、線引き中に断線が頻繁に生じ、ヒュ−ズ
エレメントの製造が実際上不可であった。

【００２３】

【表１】 エレメントの母材 金属膜材 膜厚み（μｍ） 溶断特性 実施例１ Ｚｎ単体 Ｎｉ ２ ○ 実施例２ Ｚｎ単体 Ａｕ ２ ○ 実施例３ Ｚｎ単体 Ａｇ ２ ○ 実施例４ Ｚｎ単体 Ｃｕ ２ ○ 実施例５ Ｚｎ単体 Ｐｄ ２ ○ 実施例６ Ｚｎ単体 Ａｌ ２ ○ 実施例７ Ｚｎ単体 Ｓｎ ２ ○ 実施例８ Ｚｎ単体 Ｉｎ ２ ○ 実施例９ Ｚｎ単体 Ｎｉ １０ ○ 実施例１０ Ｚｎ単体 Ｎｉ ２０ ○ 実施例１１ Ｚｎ単体 Ｓｎ ２０ ○ 実施例１２ Ｚｎ単体 Ｃｕ ２０ ○ 実施例１３ Ｚｎ−１Ａｕ Ｎｉ ２ ○ 実施例１４ Ｚｎ−１Ａｇ Ｎｉ ２ ○ 実施例１５ Ｚｎ−１Ｃｕ Ｓｎ ２ ○ 比較例１ Ｚｎ単体 なし ０ × 比較例２ Ｚｎ単体 Ｎｉ ２５ △ 比較例３ Ｚｎ−５Ａｌ なし ０ 評価不可

【００２４】上記の各実施例品及び比較例品について、
印加電流４アンペアで溶断試験を行い、溶断時間０．５
秒未満のものを○、溶断時間０．５秒以上で２秒未満の
ものを△、溶断時間２秒以上のものを×として評価した
ところ、表１の通りであった。

【００２５】表１の比較例１と実施例１〜１５との対比
から、本発明に係るヒュ−ズエレメントによれば、電流
溶断特性に優れていることが確認できる。そして、この
成果がＮｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ａ
ｕ等の何れかを２０μｍ以下の厚みで被覆したことによ
るものであることが、比較例１及び２と実施例特に実施
例１０〜１２との対比から確認できる。また、Ｚｎの合
金化によって融点、抵抗値を調整して溶断特性を向上さ
せようとする場合とは異なり、線引き加工性の制約を受
けないことも比較例３から明かである。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、上述した通り、鉛フリ
−であり環境汚染の問題がなく、はんだ付けを安全に行
い得、溶断特性及び加工性に優れた電流ヒュ−ズエレメ
ントを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電流ヒュ−ズエレメントを示す図
面である。

【符号の説明】

１ Ｚｎ細線 ２ 酸素遮断金属皮膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｚｎ単体またはＺｎが９５重量％以上のＺ
   ｎ合金の金属細線または金属リボンの表面に融点が３０
   ０℃以上で厚み０．１μｍ〜２０μｍの酸素遮断金属膜
   を設けたことを特徴とする電流ヒュ−ズエレメント。
2. 【請求項２】金属細線が線径３０μｍ〜２００μｍ、ま
   たは金属リボンが厚み２０μｍ〜１５０μｍで、かつ巾
   ５０μｍ〜３０００μｍである請求項１記載の電流ヒュ
   −ズエレメント。
3. 【請求項３】酸素遮断金属膜の金属がＮｉ、Ｃｕ、Ｐ
   ｄ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕの何れかである請求
   項１または２記載の電流ヒュ−ズエレメント。
4. 【請求項４】コンデンサまたは半導体装置に内蔵されて
   使用される請求項１〜３何れか記載の電流ヒュ−ズエレ
   メント。