JP2003173728A

JP2003173728A - チップ型電流ヒューズの製造方法

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Publication number: JP2003173728A
Application number: JP2001372630A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Endo; 修一遠藤; Koji Maeno; 浩二前野; Nobuhiro Kanamaru; 展大金丸; Noboru Kashiwagi; 昇柏木
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に製造することが可能で、精度の高い溶
断特性が得られるチップ型電流ヒューズを提供する。【解決手段】角板状の絶縁性基板１１の表面にヒュー
ズエレメント１４を形成し、ヒューズエレメント１４を
保護膜１５で被覆し、基板１１の両端部に電極１２を配
設したチップ型電流ヒューズの製造方法において、熱伝
導率の低い絶縁性基板１上に、金属材料をスパッタリン
グまたは蒸着で着膜し、フォトレジスト３をコートして
フォトリソグラフィでヒューズエレメントパターンを形
成することを特徴とする。また、熱伝導率の低い絶縁性
基板１上に、感光性導電ペースト６を塗布し、フォトリ
ソグラフィによりヒューズエレメントパターンを形成
し、高温で焼成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチップ型電流ヒュー
ズに係り、特に外形寸法が１〜２ｍｍ程度の角板状の絶
縁性基板の表面に導電性材料のヒューズエレメントを配
置したチップ型の電流ヒューズ素子の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】チップ型の電流ヒューズとしては、例え
ば図５に示す構造のものが知られている。これはアルミ
ナ等のセラミック基板２１の両側に電極部２２を設け、
両電極間に蓄熱層となる絶縁層２３を設け、その絶縁層
の上にヒューズエレメントとなる金属被膜を配置したも
のである。金属被膜２４は保護膜２５で被覆されてお
り、その形状は図５（ｂ）に示すように、その略中央部
に細幅の狭隘部を備えている。

【０００３】係るヒューズ素子においては、所定の過電
流が流れると、ヒューズエレメント２４の狭隘部に電流
が集中し、発熱を起こすことによりヒューズエレメント
が溶断し、このチップ型電流ヒューズに接続された各種
電子機器を保護するようになっている。しかしながら、
アルミナ系のセラミック基板２１は一般に熱伝導率が高
く、熱が逃げやすい性質を有している。このため、ガラ
スまたはガラスエポキシ樹脂等からなる熱絶縁材２３を
ヒューズエレメント２４とセラミック基板２１との間に
挿入して蓄熱部とし、これによりヒューズエレメントの
溶断部に生じる熱が逃げて冷却されることを防止してい
る。

【０００４】ヒューズエレメントとして、Ｃｕ，Ａｇ，
Ａｕを電解めっきで形成することが、一般的に知られて
いるが、電解液中の金属イオンの振る舞いや、電解液の
流れ、めっきのシード層をエッチング除去するエッチン
グレートなどで、所望の精度を出しにくいという問題が
ある。また、加工過程において、めっき廃液がでるた
め、その処理方法にも問題がある。

【０００５】また、ヒューズエレメントを無電解めっき
で形成する場合には、電解めっきよりも、膜厚のバラツ
キが少なくなるが、成膜速度が極端に遅いため、生産性
が乏しいという問題がある。また、めっき液の管理が難
しく、めっき廃液も多量に出るという問題がある。

【０００６】また、厚膜導電材ペーストの印刷・焼成に
よりヒューズエレメントを形成するという方法も知られ
ている。この場合にも、８０μｍ未満のファインパター
ンの形成が困難である。また、アルミナ基板上に蓄熱層
となるガラス層を形成すると厚膜導電材ペーストが流れ
てしまい、パターンに波うち現象が現れ溶断特性がバラ
ついてしまうという問題もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に鑑みて為されたもので、精度の高い溶断特性が得られ
るチップ型電流ヒューズを容易に製造することが可能な
チップ型電流ヒューズの製造方法を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のチップ型電流ヒ
ューズのエッチングの製造方法は、熱伝導率の低い絶縁
基板上に、金属材料をスパッタリング等で着膜し、フォ
トレジストをコートし、フォトリソグラフィにてヒュー
ズパターンを形成することを特徴とする。また、本発明
のチップ型電流ヒューズのリフトオフの製造方法は、フ
ォトレジストを露光・現像によりパターン形成した後
に、金属材料をスパッタリング等にて着膜し、その後フ
ォトレジストを除去することを特徴とする。

【０００９】これにより、熱伝導率の低い絶縁性基板上
に、フォトリソグラフィを用いることで、精度の高いヒ
ューズエレメントパターンが容易に得られ、ヒューズ素
子としての良好な電気的特性が得られる。そして、従来
の蓄熱層が不要であり、まためっきによるヒューズエレ
メントの形成が不要となるので、工程の簡素化が可能と
なり、製造コストを低減できる。特に、ヒューズエレメ
ントを高温処理を用いることなく形成できるので、耐熱
性の低いガラスエポキシ基板、またはポリイミド基板等
を用いることが可能となる。これにより、さらなる製造
コストの低減、または特性の向上が期待できる。

【００１０】また、本発明の他の態様のチップ型電流ヒ
ューズの製造方法は、熱伝導率の低い絶縁性基板上に、
感光性導電ペーストを塗布し、フォトリソグラフィによ
りヒューズエレメントパターンを形成し、高温で焼成す
ることを特徴とする。

【００１１】これにより、フォトリソグラフィでヒュー
ズエレメントパターンを形成するので、厚膜導電材ペー
ストのスクリーン印刷でパターンを形成するのと比較し
て、例えば１０μｍ幅程度の細幅のパターンの形成が可
能となる。そして、従来の蓄熱層が不要であり、製造コ
ストを低減しつつ、良好な電気的特性を有するチップ型
電流ヒューズを提供できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１を参照しながら説明する。このチップ型電流ヒュ
ーズ１０は、角板状の絶縁性基板１１として、ガラスセ
ラミック基板、ガラスエポキシ基板、またはポリイミド
基板等の熱伝導率の低い材料を採用し、その上に直接ヒ
ューズエレメントである導電膜１４を配置している。基
板１１の寸法としては、例えば２ｍｍ×１．２５ｍｍ、
１．６ｍｍ×０．８ｍｍ、または１．０ｍｍ×０．５ｍ
ｍ程度の通常の標準チップ部品のサイズが採用されてい
る。

【００１３】ヒューズエレメント１４は、ヒューズとし
て溶断可能な金属薄膜（例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａ
ｌなど）を基板全体にスパッタリング、蒸着、またはイ
オンプレーティングによりデポジットし、フォトリソグ
ラフィによりヒューズエレメントパターンが形成されて
いる。なお、この金属薄膜と基板表面との間に、密着度
増加のための薄膜を配設してもよい。金属薄膜のデポジ
ションとフォトリソグラフィを組み合わせることで、１
０μｍ程度までの細幅のヒューズエレメントパターンを
形成することができる。また、ヒューズエレメントパタ
ーンを細幅に形成することで、チップ型電流ヒューズの
限られたパターンエリアの中に、図１（ｂ）に示すよう
に引き回しパターンを形成することが可能である。この
ため、耐パルス性の向上、低定格電流ヒューズ（１Ａ以
下）の内部抵抗を高くしなければならない領域も、上記
細幅のヒューズエレメントパターンにより対応すること
が可能となる。

【００１４】ヒューズエレメント１４はガラス及び／ま
たはエポキシ樹脂等の保護膜１５により（例えば、下地
の第１層をガラスとし、その上の第２層をエポキシ樹脂
等の保護膜１５により）被覆され、保護されている。電
極１２は、基板１１の端面及び裏面側に設けられた下地
金属上にNiめっき及びはんだめっき等が施されて形成さ
れている。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１は、各種絶縁性基板材料の特性比較を
示す。このように、ガラスセラミック基板、ガラスエポ
キシ基板、またはポリイミド基板等の絶縁性基板は、熱
伝導率が従来のアルミナ系セラミック基板に比べ一桁以
上低い。このため、従来の蓄熱層である絶縁材を用いる
ことなく、ヒューズエレメントの過電流による溶断時の
放熱を防止することができ、これにより安定した溶断特
性が得られる。

【００１７】また、チップ型電流ヒューズは試験基板に
実装後、曲げ試験を実施するが、チップが試験基板から
受ける荷重はかなり大きく素体の曲げ強度が必要とな
る。素体の曲げ強度はヒューズエレメントを形成する基
板の曲げ強度と相関があり、表１に示すように、ガラス
セラミック基板においては、基板の曲げ強度も高く素体
の曲げ試験に対する強度を満足する。また、ガラスエポ
キシ基板またはポリイミド基板は、有機材料系の基板で
あり、十分な曲げ強度を有している。

【００１８】表１に示すように、ガラスセラミックス基
板（例えばＬＴＣＣ，ＨＴＣＣ）は高い平滑性（Ｒａ＜
０．３μｍ）がありヒューズエレメントのパターン形成
が安定してできる。

【００１９】ガラスセラミック基板には、上述したよう
にＬＴＣＣ又はＨＴＣＣと呼ばれるものがある。ＬＴＣ
Ｃ（ＬｏｗＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏ−ｆｉｒｅ
ｄＣｅｒａｍｉｃ：低温同時焼成セラミック）は、アル
ミナ成分とガラス成分とをそれぞれ５０％程度の割合
で、８００℃〜１０００℃の焼成を行ない基板状に形成
したものである。ＨＴＣＣ（ＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａ
ｔｕｒｅＣｏ−ｆｉｒｅｄＣｅｒａｍｉｃ：高温同
時焼成セラミック）は、アルミナ成分とガラス成分とを
それぞれ５０％程度の割合で１０００℃以上の焼成を行
ない基板状に形成したものである。これらのガラスセラ
ミック基板では、ヒューズ特性に必要な低熱伝導率、高
い曲げ強度、及び良好な面粗さを得ることができる。な
お、アルミナ成分とガラス成分の比は上記割合に限定す
るものでなく、ガラス成分を増加すると、より低熱伝導
率化が可能で、ヒューズ特性のより良いものが得られ
る。

【００２０】ガラスエポキシ系、ポリイミド系の基板
は、表１に示すように、熱伝導率がかなり低く、チップ
型電流ヒューズとして直接ヒューズエレメントを形成す
るには良い基板である。一方で、ヒューズの溶断特性を
安定して得るためには、ヒューズエレメントの材質、パ
ターンの精度が必要となり、上記表における基板面の粗
さがヒューズエレメントパターンの寸法精度を損なわす
要因となっている。基板面の粗さは、ラッピング、ポリ
ッシング、研削等で改善される。電流ヒューズを構成す
る上で、ヒューズエレメントパターンを形成する工程の
熱処理温度及びその後の熱工程における温度が重要とな
る。その熱処理方法は基板や基板上におけるヒューズ機
能を満足させ得る構造とするため、物質の耐熱温度によ
り制約をうけるため、工程や方法が限定されることが多
く、一般的に耐熱温度の半分以下に押さえる必要があ
る。このような観点からすると、ガラスエポキシ系、ポ
リイミド系の基板は、耐熱温度がかなり低く、金属薄膜
のデポジションとフォトリソグラフィを組み合わせた低
温処理によるヒューズエレメントの形成方法に最適であ
る。

【００２１】次にこのチップ型電流ヒューズの製造方法
について図２及び図３を参照しながら説明する。まず、
図２（ａ）に示すように、熱伝導率の低い基板１を準備
する。この基板１は、ガラスエポキシ基板、ポリイミド
基板等の有機材料を用いた基板、またはガラスセラミッ
ク基板を用いることが好適である。尚、図２に示す各図
は、シート状（多数個取り）の基板のうちの、後に１個
のチップ型電流ヒューズとなる一部分のみを示してい
る。

【００２２】次に、図２（ｂ）に示すように、ヒューズ
として溶断可能な金属膜（例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，
Ａｌなど）２を基板全体にスパッタリングまたは蒸着等
によりデポジットする。次に、図２（ｃ）に示すよう
に、フォトレジスト膜３を塗布し、ヒューズエレメント
のパターンを有するガラスマスクを用いて露光を行い、
現像することで同図に示すようなフォトレジスト膜のパ
ターン３ａを形成する。

【００２３】次に、図２（ｄ）に示すように金属膜２の
エッチングを行う。フォトレジスト膜のパターン３ａを
マスクとして、金属を溶解可能で且つレジストを溶解し
ないエッチング液を使用し金属膜２をエッチングする。
これにより、金属膜２のうち、レジストパターン３ａに
より被覆されていない部分が除去され、金属膜によるヒ
ューズエレメントパターン２ａが形成される。次に、図
２（ｅ）に示すようにフォトレジストを溶解可能且つ金
属は溶解しない液によりレジストマスク３ａを除去す
る。これにより、金属膜のヒューズエレメントパターン
２ａが形成される。

【００２４】次に、ヒューズエレメント部を被覆するよ
うにガラスコート層及びまたは樹脂コート層からなる保
護層を設ける。このガラスコート／樹脂コート層は、ガ
ラスペースト／樹脂ペーストをスクリーン印刷等により
所定の部分に形成した後に、加熱焼成及び／または加温
硬化して形成する。なお、基板１としてガラスエポキシ
基板またはポリイミド基板等の耐熱性の低い基板を用い
る場合には、保護層は処理温度の低い樹脂コート層を用
いることが必要である。

【００２５】次に、裏面及び端面の電極を形成する。こ
の電極は例えばをスパッタリング等により下地金属薄膜
を端面及び所要の部分に形成する。次に、電極部分にＮ
ｉ／ハンダによる電極メッキを行う。これは、例えば電
解メッキによりまずＮｉメッキを行い、次に引き続きハ
ンダメッキを行うことにより上述した電極メッキを施し
た電極が形成される。これにより、表面実装に好適なチ
ップ型電流ヒューズが完成する。

【００２６】図３は、チップ型電流ヒューズを、リフト
オフ（ＬｉｆｔＯｆｆ）によって作成する方法を示
す。リフトオフ法は、図３（ａ）に示すように、まず基
板１を準備する。そして、図３（ｂ）に示すように、基
板１上に紫外線で感光可能なフォトレジスト３をコート
する。そして、図３（ｃ）に示すように、フォトマスク
を介して紫外線をレジストにあて露光して、レジストの
未露光部と露光部は、現像工程により断面形状を逆テー
パ状に形成しつつ現像され、ヒューズエレメントに対応
したレジストパターン３ａが形成される。その後、図３
（ｄ）に示すようにヒューズとして溶断可能な金属（例
えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａｌなど）２を基板全体にス
パッタリングまたは蒸着によりデポジットする。そし
て、レジストパターン３ａをエッチングまたは剥離する
ことで、レジスト上にデポジットされた金属層も除去さ
れる。そして、図３（ｅ）に示すようにレジストの開口
されたパターン部分（図３（ｃ）参照）のみ、金属薄膜
のヒューズエレメント２ａが形成される。

【００２７】フォトリソグラフィでヒューズパターンを
形成することにより、電解めっき等で形成されていたヒ
ューズパターンをより膜厚制御可能なスパッタリング、
蒸着等で作成可能である。従って、基体となる基板の制
約を受けずにファインパターンで、膜厚均一性の優れた
ヒューズエレメントを作成可能とし、且つ低温処理でヒ
ューズエレメントを形成できる。このため、ガラスエポ
キシ基板、またはポリイミド基板等の耐熱性のない基板
上へのヒューズエレメントの作成が可能となる。なお、
ヒューズエレメント２ａの形成以降の工程は、上述の製
造方法と同様である。

【００２８】また、フォトリソグラフィでヒューズエレ
メントを作成することで、めっき方法（電解めっき、無
電解めっき）における、危険且つ有害な薬品を使用する
ことなく、容易に且つ安価にチップ型電流ヒューズを作
成することが可能となる。

【００２９】図４は、本発明の第２の実施形態のチップ
型電流ヒューズの製造方法を示す。まず、熱伝導率の低
いガラスセラミック基板等の絶縁性基板を準備し、その
上に感光性導電ペースト６をまず全面もしくは少なくと
もヒューズエレメントとなる部分を含む領域に印刷す
る。この感光性導電ペーストは、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ａ
ｌ等の導電材を含み、その塗布は例えばスクリーン印刷
により行う。そして、フォトリソグラフィによりフォト
マスクを用いて紫外線をマスクパターンに従って照射す
ることで、図４（ｃ）の符号６ａに示すような感光性導
電ペーストのヒューズエレメントパターンを露光および
現像により形成する。そして、この形成した導電ペース
トのヒューズエレメントパターン６ａと接続する電極パ
ターン７を例えばスクリーン印刷により形成する。これ
を例えば６００℃以上の高温で焼成することで、電極に
接続したヒューズエレメントパターンが形成される。
尚、図示の例ではヒューズエレメントパターン６ａと電
極パターン７とを別部材として形成しているが、同一部
材を用いて同一工程で形成してもよい。尚、以降の工程
は、上述の製造方法と同様である。

【００３０】このようなチップ型電流ヒューズの製造方
法によれば、ヒューズエレメントパターンを感光性導電
ペーストのフォトリソグラフィ処理により形成するの
で、例えば１０μｍ程度の細幅のパターンを形成するこ
とができる。従って、図４に示すようなパターンの引き
回しが可能となり、これにより対衝撃電流特性に優れた
チップ型電流ヒューズを製造することができる。また、
ヒューズエレメントパターンを細幅に形成することがで
きるので、例えば１Ａ以下の低電流領域のヒューズを比
較的高い内部抵抗で精度よく形成することができる。

【００３１】このようなチップ型電流ヒューズの製造方
法によれば、蓄熱層となる絶縁材の装着の工程が不要と
なるので、材料コストが低減し、工程が短縮されるの
で、その製造コストを低減できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ァインパターンのヒューズエレメントを容易に形成で
き、且つ溶断特性が改良されたチップ型電流ヒューズが
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のチップ型電流ヒューズの
（ａ）縦断面図、（ｂ）平面図である。

【図２】本発明の実施の形態のチップ型電流ヒューズの
製造工程を示す左側が平面図であり、右側が断面図であ
る。

【図３】本発明の他の実施の形態のチップ型電流ヒュー
ズの製造工程を示す左側が平面図であり、右側が断面図
である。

【図４】本発明の更に他の実施の形態のチップ型電流ヒ
ューズの製造工程を示す左側が平面図であり、右側が断
面図である。

【図５】従来のチップ型電流ヒューズの（ａ）縦断面
図、（ｂ）平面図である。

【符号の説明】

１，１１絶縁性基板２金属薄膜３フォトレジスト膜５下地金属薄膜６感光性導電ペースト１０チップ型電流ヒューズ１１絶縁性基板１２電極１４ヒューズエレメント１５保護膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金丸展大長野県上伊那郡箕輪町大字中箕輪14016 コーア株式会社内 (72)発明者柏木昇長野県上伊那郡箕輪町大字中箕輪14016 コーア株式会社内Ｆターム(参考） 5G502 AA01 BA08 BB13 BD02 JJ01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】角板状の絶縁性基板の表面にヒューズエ
レメントを形成し、該ヒューズエレメントを保護膜で被
覆し、前記基板の両端部に電極を配設したチップ型電流
ヒューズの製造方法において、熱伝導率の低い絶縁性基板上に、金属材料をスパッタリ
ングまたは蒸着で着膜し、フォトレジストをコートして
パターンをマスクとして金属材料をエッチングにより除
去してでヒューズエレメントパターンを形成することを
特徴とするチップ型電流ヒューズの製造方法。
【請求項２】絶縁性基板上に、紫外線で感光可能なフ
ォトレジストをコートし、フォトマスクを介して紫外線
を前記レジストにあて露光させ、現像してレジストパタ
ーンを形成し、金属材料を基板全体にデポジットし、前
記レジストを除去することで前記金属材料のヒューズエ
レメントパターンを形成することを特徴とする請求項１
記載のチップ型電流ヒューズの製造方法。
【請求項３】前記絶縁性基板は、耐熱性の低い基板で
あることを特徴とする請求項１または２記載のチップ型
電流ヒューズの製造方法。
【請求項４】前記絶縁性基板として、ガラスセラミッ
ク基板、ガラスエポキシ基板、またはポリイミド基板を
用いることを特徴とする請求項１または２記載のチップ
型電流ヒューズの製造方法。
【請求項５】角板状の絶縁性基板の表面にヒューズエ
レメントを形成し、該ヒューズエレメントを保護膜で被
覆し、前記基板の両端部に電極を配設したチップ型電流
ヒューズの製造方法において、熱伝導率の低い絶縁性基板上に、感光性導電ペーストを
塗布し、フォトリソグラフィによりヒューズエレメント
パターンを形成し、高温で焼成することを特徴とするチ
ップ型電流ヒューズの製造方法。
【請求項６】前記絶縁性基板として、ガラスセラミッ
ク基板を用いたことを特徴とする請求項５記載のチップ
型電流ヒューズの製造方法。