JP2002279884A - 過電流遮断素子、電子部品および電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲が樹脂等で封止される場合にも、過電流
に対して通電経路を遮断できる過電流遮断素子を提供す
る。 【解決手段】 過電流によって遮断すべき通電経路が導
体ワイヤ９で構成されるとともに、樹脂封止された過電
流遮断素子において、導体ワイヤ９の近傍の樹脂被覆層
が薄肉の凹部には、変形し易いゲル状のシリコーン樹脂
１２が充填され、成形樹脂１３で封止されるので、過電
流が導体ワイヤ９を流れると、その膨張による熱応力に
よって、凹部の境界付近に応力が集中し、この部分にク
ラックが生じて溶融した導体ワイヤ９の逃げ場を形成し
て導体ワイヤ９による通電経路が遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷短絡時等の過
電流に対して通電経路を遮断して回路や機器等の故障や
破壊を防止するのに好適な過電流遮断素子およびそれを
内蔵した電子部品並びに電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、負荷短絡などによる過電流から回
路、電子部品あるいは電子機器などの故障や破壊を防止
するために、ヒューズなどを用いて通電経路を遮断し、
保護を行っていた。

【０００３】しかしながら、筒形ヒューズや管形ヒュー
ズは、ヒューズホルダーを必要とするために、電子機器
に内蔵する場合には、専有スペースが大きくなるといっ
た問題がある。

【０００４】そこで、かかる問題を解決するために、本
件出願人は、特願平１０−１６９２２５号（特開平１１
−３４５５５３号）「過電流遮断構造」において、導電
ワイヤを用いた過電流遮断構造を提案して専有スペース
を小さくできるようにした。

【０００５】図１４は、上記出願で提案した過電流遮断
構造の一例を示す斜視図である。同図において、１，２
は各々一対の導電体をなす端子構造の各電極片、３は金
等からなる導体ワイヤ、４は樹脂層、５は薄肉被覆層で
ある。この薄肉被覆層５は、樹脂層４を形成する際に、
同時に導体ワイヤ３の経路付近を円形に窪ませて形成し
たものであり、凹部となっている。

【０００６】かかる過電流遮断構造では、過電流が導体
ワイヤ３を流れると、導体ワイヤ３の周囲の樹脂が炭化
する前に、該導体ワイヤ３の急激な温度上昇に起因する
熱応力によって、導体ワイヤ３の近傍の構造的に弱い薄
肉被覆層５の部分に応力が集中し、この部分にクラック
が生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が弾き
飛ばされ、これによって、溶融した導体ワイヤ３の逃げ
場を形成して、あるいは、溶融した導体ワイヤ３の一部
も弾き飛ばされて導体ワイヤ３による通電経路が遮断さ
れるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
過電流遮断構造では、導体ワイヤ３に過電流が流れたと
きに応力を集中させてクラック等を生じさせる必要があ
るために、導体ワイヤ３に近接して窪んだ薄肉被覆層５
を形成する必要があり、このため、図１５に示されるよ
うに、この過電流遮断構造を、過電流遮断素子として電
子部品や電子機器に内蔵して樹脂１３で封止したりする
ような場合には、過電流遮断素子の薄肉被覆層５の部分
も封止樹脂１３で封止されて変形が阻止されることにな
り、このため、導体ワイヤ３に過電流が流れて薄肉被覆
層５の部分が変形しようとしてもそれが阻止されること
になり、導体ワイヤ３の逃げ場を形成できず、通電経路
を遮断できなくなるという難点がある。

【０００８】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、周囲が樹脂等で封止される場合にも、過電流
に対して通電経路を遮断できるようにすることを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００１０】すなわち、本発明の過電流遮断素子は、過
電流によって遮断すべき通電経路が導体ワイヤで構成さ
れるとともに、樹脂封止された過電流遮断素子であっ
て、前記導体ワイヤの近傍の樹脂被覆層が薄肉の凹部と
され、該凹部に前記樹脂よりも変形し易い材料が、充填
されるものである。

【００１１】ここで、導体ワイヤの近傍とは、過電流が
流れたときの導体ワイヤの発熱による熱応力を受けるよ
うな導体ワイヤに近い部分をいう。

【００１２】薄肉とは、導体ワイヤの熱応力が集中しや
すいように、その近傍を、他の部分よりも肉厚を薄くす
ることをいう。

【００１３】本発明によると、薄肉の凹部には、封止樹
脂よりも変形し易い材料が充填されているので、当該過
電流遮断素子を、電子部品や電子機器に内蔵して樹脂封
止したりするような場合にも、薄肉の凹部は、変形が許
容されることになり、これによって、過電流が導体ワイ
ヤを流れて、導体ワイヤの周囲の樹脂が炭化する前に、
該導体ワイヤの急激な温度上昇による膨張によって発生
する熱応力によって、導体ワイヤの近傍の構造的に弱い
薄肉の樹脂の被覆層の部分に応力が集中した際に、上述
のように変形が許容されているので、この部分にクラッ
クが生じ、あるいは、クラックが生じて一部の樹脂が分
離され、これによって、溶融した導体ワイヤの逃げ場が
形成されて導体ワイヤによる通電経路が遮断されるもの
である。

【００１４】本発明の他の実施態様においては、前記変
形し易い材料は、高粘度材料である。

【００１５】ここで、高粘度材料とは、当該高粘度材料
を、樹脂被覆層の凹部に充填する工程やその後の電子部
品等に当該過電流遮断素子を内蔵させる工程などにおい
て、作業性が良好な程度の高い粘度を有する材料をい
い、例えば、ゼリー状物質やゴム状のシリコーン樹脂な
どである。

【００１６】本発明によると、高粘度材料を、樹脂被覆
層の凹部に充填したり、機器に当該過電流遮断素子を内
蔵させる際の作業性が良好となる。

【００１７】また、本発明の他の実施態様においては、
前記変形し易い材料は、ゲル状物質である。

【００１８】ゲル状物質としては、例えば、ゲル状のシ
リコーン樹脂などが挙げられる。

【００１９】本発明によると、薄肉の凹部に、ゲル状物
質を充填するので、当該過電流遮断素子を、電子部品や
電子機器に内蔵して樹脂封止したりするような場合に
も、薄肉の凹部は、変形が許容されることになり、これ
によって、過電流が導体ワイヤを流れた際に、導体ワイ
ヤによる通電経路が遮断されることになる。

【００２０】また、本発明の過電流遮断素子は、過電流
によって遮断すべき通電経路が導体ワイヤで構成される
とともに、樹脂封止された過電流遮断素子であって、前
記導体ワイヤの近傍の樹脂被覆層が薄肉の凹部とされる
とともに、該凹部を覆うシール材を備えている。

【００２１】ここで、シール材とは、凹部を覆って該凹
部内の空間を確保するものであり、ゴム材料、樹脂材
料、金属材料、あるいは、目の細かい繊維材料を基材と
したテープやシートなどの種々の材料を用いることがで
きる。

【００２２】本発明によると、薄肉の凹部は、シール材
によって覆われて凹部内の空間が確保されているので、
当該過電流遮断素子を、電子部品や電子機器に内蔵して
樹脂封止したりするような場合にも、薄肉の凹部内の空
間は、確保されて変形が許容されることになり、これに
よって、過電流が導体ワイヤを流れて、導体ワイヤの周
囲の樹脂が炭化する前に、該導体ワイヤの急激な温度上
昇による膨張によって発生する熱応力によって、導体ワ
イヤの近傍の構造的に弱い薄肉の樹脂の被覆層の部分に
応力が集中した際に、上述のように変形が許容されてい
るので、この部分にクラックが生じ、あるいは、クラッ
クが生じて一部の樹脂が分離され、これによって、溶融
した導体ワイヤの逃げ場が形成されて導体ワイヤによる
通電経路が遮断されるものである。

【００２３】本発明の好ましい実施態様においては、前
記導体ワイヤで接続される一対の端子を備えている。

【００２４】本発明によると、この端子を介して当該過
電流遮断素子を、リードフレームや基板に搭載して電子
部品や電子機器に内蔵させることができる。

【００２５】また、本発明の電子部品は、本発明の過電
流遮断素子を樹脂封止して内蔵したものである。

【００２６】本発明によると、ヒューズなどに比べて少
ない専有面積の過電流遮断素子を内蔵させることによ
り、過電流から電子部品を保護することができる。

【００２７】本発明の電子機器は、本発明の過電流遮断
素子を樹脂封止して内蔵したものである。

【００２８】本発明によると、ヒューズなどに比べて少
ない専有面積の過電流遮断素子を内蔵させることによ
り、過電流から電子機器を保護することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面によって、本発明の実
施の形態について、詳細に説明する。

【００３０】（実施の形態１）図１は、本発明の一つの
実施の形態に係る過電流遮断素子６の外観斜視図であ
り、図２は、その断面図である。

【００３１】この過電流遮断素子６は、一対の表面実装
用の接続端子７，８を有するとともに、両接続端子７，
８間を接続する金などからなる導体ワイヤ９を有してお
り、エポキシ樹脂等の樹脂１０で封止されている。この
樹脂１０は、導体ワイヤ９の経路近傍を円形に窪ませて
薄肉として凹部１１を形成したものである。以上の構成
は、上述の過電流遮断構造と基本的に同様であり、過電
流に対する遮断動作も同様である。

【００３２】この実施の形態では、かかる過電流遮断素
子６を、電子部品や電子機器等に樹脂封止して内蔵させ
たときにも過電流遮断動作ができるように次のように構
成している。

【００３３】すなわち、この実施の形態では、樹脂１０
が薄肉とされて形成された凹部１１には、変形し易い材
料であるゲル状のシリコーン樹脂１２が充填されてい
る。

【００３４】このように、凹部１１に、ゲル状のシリコ
ーン樹脂１２を充填しているので、かかる過電流遮断素
子６を、図３に示されるように、樹脂１３で封止して電
子部品に内蔵させた場合にも、過電流が導体ワイヤ９を
流れて、導体ワイヤ９の近傍の構造的に弱い薄肉の樹脂
被覆層の部分に応力が集中した際に、ゲル状のシリコー
ン樹脂１２によってその変形が許容されることになり、
これによって、クラックが生じ、あるいは、クラックが
生じて一部の樹脂１０が分離され、これによって、溶融
した導体ワイヤ９の逃げ場が形成され、溶融した導体ワ
イヤ９がそこに流れ込むことにより、導体ワイヤ９によ
る通電経路が遮断されるものである。

【００３５】図４は、以上の導体ワイヤ９の溶断の状態
を説明するための断面図であり、過電流遮断素子６の樹
脂被覆層の薄肉の凹部１１に、ゲル状のシリコーン樹脂
１２を充填しているので、低圧で二重成形したような場
合にも薄肉の凹部１１への樹脂１３の侵入が阻止され
る。

【００３６】これによって、過電流が流れて導体ワイヤ
９が発熱して膨張による熱応力が同図（ａ）の矢符で示
されるように発生すると、構造的に弱い薄肉の凹部１１
に熱応力が集中し、導体ワイヤ９から凹部１１の波面
（境界面）に向かって同図（ａ）のようにクラック１４
を生じ、あるいは、同図（ｂ）のようにクラック１４が
生じると同時に樹脂１０の一部が分離され、溶融した導
体ワイヤ９の逃げ場が形成され、溶融した導体ワイヤ９
が、クラック１４に流れ込んで樹脂炭化経路が形成され
る前に、導体ワイヤ９を溶断させて通電経路を遮断する
ものである。

【００３７】図５は、以上の構成を有する過電流遮断素
子６を、電子部品として大型のＳＳＲに実装した状態を
示す斜視図である。

【００３８】このＳＳＲは、二液混合の樹脂を、ケース
１５に流し込んで成形するものであり、図５は、二液混
合の樹脂を注入する前の状態を示している。

【００３９】本発明に係る過電流遮断素子６をリードフ
レームに実装した状態で、ケース１５に挿入し、二液混
合の樹脂を注入硬化させてＳＳＲとするものである。

【００４０】図６は、このＳＳＲの回路図であり、この
ＳＳＲは、入力端子１６₁，１６₂と出力端子１７₁，１
７₂とを絶縁する絶縁回路としてのフォトトライアック
カプラ１８と、出力端子１７₁，１７₂間を導通させる出
力素子（パワー素子）としてのトライアック１９と、コ
ンデンサ２０および抵抗２１からなるノイズ除去用のス
ナバ回路２２と、ゲート抵抗２３とを備えている。

【００４１】前記一対の入力端子１６₁，１６₂は、図示
しない直流電源およびスイッチの直列回路に接続される
一方、一対の出力端子１７₁，１７₂は、図示しない負荷
および交流電源の直列回路に接続されものであり、いわ
ゆる、直流入力、交流出力となっている。

【００４２】この実施の形態では、一方の入力端子１７
₂とトライアック１９のＴ₂端子の接続部との間の通電経
路に、本発明に係る過電流遮断素子６を設けており、負
荷が短絡して過電流が流れると、上述のようにして過電
流遮断素子６の導体ワイヤ９が溶断し、これによって、
通電経路が遮断される。

【００４３】この実施の形態の過電流遮断素子６は、例
えば、図７の一部切欠き斜視図に示されるように、二液
混合の樹脂２４で成形される比較的大型のモジュールで
あるＳＳＲに内蔵させることもでき、あるいは、図８に
示されるように、一般的なトランスファー成形によって
成形される半導体部品であるトランジスタ２９に内蔵さ
せることもでき、さらに、図９に示されるように、大電
力用のピンパッケージの半導体部品３０に内蔵させるこ
ともできる。

【００４４】（実施の形態２）図１０は、本発明の他の
実施の形態に係る過電流遮断素子６₁の断面図であり、
図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

【００４５】上述の実施の形態の過電流遮断素子６で
は、封止樹脂１０が薄肉とされて形成された凹部１１に
は、ゲル状のシリコーン樹脂１２が充填されたけれど
も、この実施の形態では、凹部１１を覆って該凹部１１
内の空間を確保するシール材２５を備えている。

【００４６】このシール材２５として、ゴム材料、樹脂
材料、金属材料、あるいは、目の細かい繊維材料を基材
としたテープやシートなどの種々の材料を用いることが
でき、凹部１１を覆うように封止樹脂１０に、例えば、
接着剤を用いて接着される。

【００４７】このように、凹部１１を覆って該凹部１１
内の空間を確保するシール材２５を備えているので、か
かる過電流遮断素子６₁を、図１１に示されるように、
樹脂１３で封止して電子部品や電子機器に内蔵させた場
合にも、過電流が導体ワイヤ９を流れて、導体ワイヤ９
の近傍の構造的に弱い薄肉の樹脂の被覆層の部分に応力
が集中した際に、凹部１１の空間によってその変形が許
容されることになり、これによって、クラックが生じ、
あるいは、クラックが生じて一部の樹脂１０が分離さ
れ、これによって、溶融した導体ワイヤ９の逃げ場が形
成され、溶融した導体ワイヤ９がそこに流れ込み、導体
ワイヤ９による通電経路が遮断されるものである。

【００４８】この実施の形態の過電流遮断素子６₁も上
述の実施の形態の過電流遮断素子６と同様に、図５、図
７〜図９に示される電子部品等に実装されて過電流を遮
断するものである。

【００４９】（実施の形態３）上述の各実施の形態で
は、過電流遮断素子６，６₁は、接続端子７，８間を接
続する導体ワイヤ９が樹脂封止された構造であって、半
導体素子を備えていなかったのに対して、この実施の形
態の過電流遮断素子６₃では、図１２の平面図に示され
るように、半導体素子２６を内蔵している。同図におい
て、２７は過電流遮断素子６₃の端子となるリードフレ
ームであり、半導体素子２６と該リードフレーム２７と
の間が導体ワイヤ９，２８でそれぞれワイヤボンディン
グされて、樹脂１０で封止されるとともに、導体ワイヤ
９の経路近傍を円形に窪ませて薄肉として凹部１１を形
成したものである。

【００５０】この実施の形態では、凹部１１には、上述
の実施の形態１と同様に、ゲル状のシリコーン樹脂１２
が充填される。

【００５１】図１３は、この半導体素子２６を含む過電
流遮断素子６₃を、低圧の二重成形によって電子部品３
５に実装した状態を示す平面図であり、３１はリードフ
レーム、３２は封止（成形）樹脂である。

【００５２】（その他の実施の形態）上述の実施の形態
では、過電流遮断素子を電子部品に内蔵したけれども、
電源装置や制御装置などの電子機器に内蔵してもよいの
は勿論である。

【００５３】特に、防爆対応の機器などに好適に実施す
ることができる。

【００５４】また、ワイヤの数、線径、ワイヤの材質を
変えて複数種類の溶断特性を持たせるようにしてもよ
い。

【００５５】なお、ボンディングワイヤは、金に限ら
ず、Ａｌやその他の金属であってもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、過電流遮
断素子の薄肉の凹部には、封止樹脂よりも変形し易い材
料が充填され、あるいは、該凹部を覆うシール材を設け
ているので、当該過電流遮断素子を、電子部品や電子機
器に内蔵して樹脂封止したりするような場合にも、前記
凹部は、変形が許容されることになり、これによって、
過電流が導体ワイヤを流れた場合に、溶融した導体ワイ
ヤの逃げ場が形成されて導体ワイヤによる通電経路が遮
断されることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態に係る過電流遮断素
子の斜視図である。

【図２】図１の断面図である。

【図３】図１の過電流遮断素子を二重形成した場合の断
面図である。

【図４】過電流遮断動作を説明するための断面図であ
る。

【図５】図１の過電流遮断素子をＳＳＲに実装する状態
を示す斜視図である。

【図６】図５のＳＳＲの回路図である。

【図７】図１の過電流遮断素子を他のＳＳＲに内蔵させ
た状態を示す切欠き斜視図である。

【図８】図１の過電流遮断素子をトランジスタに内蔵さ
せた状態を示す正面図である。

【図９】図１の過電流遮断素子をピンパッケージの半導
体部品に内蔵させた状態を示す切欠き斜視図である。

【図１０】本発明の他の実施の形態の断面図である。

【図１１】図１０の過電流遮断素子を二重形成した場合
の断面図である。

【図１２】本発明のさらに他の実施の形態の平面図であ
る。

【図１３】図１２の過電流遮断素子を二重成形した場合
の平面図である。

【図１４】先に提案している過電流遮断構造の斜視図で
ある。

【図１５】図１４の過電流遮断構造を二重成形した場合
の断面図である。

【符号の説明】

６₁，６₂，６₃ 過電流遮断素子 ７，８ 端子 ９ 導体ワイヤ １０ 樹脂 １１ 凹部 １２ ゲル状のシリコーン樹脂 ２５ シール材 ２６ 半導体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 信智 京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不 動堂町801番地 オムロン株式会社内 (72)発明者 元山 直紀 佐賀県武雄市朝日町大字中野小字小原 11000番地 オムロン武雄株式会社内 (72)発明者 金丸 直幸 佐賀県武雄市朝日町大字中野小字小原 11000番地 オムロン武雄株式会社内 (72)発明者 綿島 嘉則 佐賀県武雄市朝日町大字中野小字小原 11000番地 オムロン武雄株式会社内 Ｆターム(参考） 5G502 AA01 AA20 BA08 BD08 FF01 JJ01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過電流によって遮断すべき通電経路が導
   体ワイヤで構成されるとともに、樹脂封止された過電流
   遮断素子であって、 前記導体ワイヤの近傍の樹脂被覆層が薄肉の凹部とさ
   れ、該凹部に前記樹脂よりも変形し易い材料が、充填さ
   れることを特徴とする過電流遮断素子。
2. 【請求項２】 前記変形し易い材料は、高粘度材料であ
   る請求項１記載の過電流遮断素子。
3. 【請求項３】 前記変形し易い材料は、ゲル状物質であ
   る請求項１または２記載の過電流遮断素子。
4. 【請求項４】 過電流によって遮断すべき通電経路が導
   体ワイヤで構成されるとともに、樹脂封止された過電流
   遮断素子であって、 前記導体ワイヤの近傍の樹脂被覆層が薄肉の凹部とされ
   るとともに、該凹部を覆うシール材を備えることを特徴
   とする過電流遮断素子。
5. 【請求項５】 前記導体ワイヤで接続される一対の端子
   を備える請求項１〜４のいずれかに記載の過電流遮断素
   子。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の過電流
   遮断素子を樹脂封止して内蔵したことを特徴とする電子
   部品。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかに記載の過電流
   遮断素子を樹脂封止して内蔵したことを特徴とする電子
   機器。