JP2004265617A - Protective element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常時に低融点金属体の溶断により電流を遮断する保護素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
過電流だけでなく過電圧も防止するために使用できる保護素子として、基板上に発熱体と低融点金属体を積層した保護素子が知られている(例えば、特許文献1や特許文献2等を参照)。これら特許文献に記載される保護素子では、異常時に発熱体に通電がなされ、発熱体が発熱することにより低融点金属体が溶融する。溶融した低融点金属体は、低融点金属体が載置されている電極表面に対する濡れ性の良さに起因して電極上に引き寄せられ、その結果、低融点金属体が溶断されて電流が遮断される。
【0003】
このタイプの保護素子の低融点金属体と発熱体との接続態様としては、特許文献3や特許文献4等に記載されているように、発熱体上に低融点金属体を積層せずに、低融点金属体と発熱体とを基板上に平面的に配設して接続するという態様も知られているが、低融点金属体の溶断と同時に発熱体への通電が遮断されるようにするという効果は同じである。
【0004】
ところで、携帯機器等の小型化に伴い、この種の保護素子にも薄型化が要求されており、その目的を達成するための一つの手段として、絶縁基板上にヒューズ(低融点金属体)を配置するとともに、これを絶縁カバー板と樹脂で封止することで薄型化する方法が提案されている(例えば、特許文献5等を参照)。特許文献5記載の基板型温度ヒューズでは、絶縁基板の片面にヒューズ取付用膜電極を形成し、その膜電極間に低融点可溶合金片を橋設し、低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、絶縁基板よりも小なる外郭の絶縁カバー板を絶縁基板の片面上に配し、この絶縁カバー板の周囲端部と絶縁基板の周囲端部との間隙に封止樹脂を充填し、封止樹脂の絶縁カバー板周囲縁端と絶縁基板周囲縁端との間の外面を凹曲傾斜面または直線傾斜面としている。
【0005】
【特許文献1】
特許2790433号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平8−161990号公報
【0007】
【特許文献3】
特開平10−116549号公報
【0008】
【特許文献4】
特開平10−116550号公報
【0009】
【特許文献5】
特開平11−111138号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献5記載の発明のように、絶縁カバー板と樹脂とで封止し薄型化する方法では、低融点金属体が収容される空間が小さくなり、また、小型化に伴い電極面積も小さくなる傾向にあることから、溶断不良が生ずる虞れがある。すなわち、前述のような基板型ヒューズは、先にも述べたように、基板上の膜電極に溶融したヒューズエレメント(低融点金属体)が流れ込むことで溶断する。このとき、十分に電極面積が大きく、電極上の体積も確保されている場合はさほど問題は起こらないが、そうでない場合、ヒューズエレメントは溶融しても溶断できないという状況が発生する。これは、溶融したヒューズエレメントが電極に流れ込んだ時にその高さ方向に盛り上がるような現象が起こり、前記のような場合、電極だけでは溶融したヒューズエレメントを十分に引き寄せることができず、はみ出した溶融ヒューズエレメント間が接触する等の現象が生ずるからである。
【0011】
近年、機器の小型化や薄型化は益々進められる方向にあり、これに伴い前記保護素子にも一層の小型化、薄型化が要求される中、前記問題は深刻なものとなっている。また、高電流定格化によりヒューズエレメントの断面積は拡大傾向にあり、この点からも前記問題は一層大きくなってきており、その解決が望まれている。
【0012】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、溶融したヒューズエレメント(低融点金属体)に対して十分な濡れ面積を確保することができ、ヒューズエレメントの溶断不良が発生することがなく、異常時に確実に電流を遮断することが可能で安定した動作特性を有する保護素子を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の保護素子は、ベース基板上に形成された複数の電極間に低融点金属体が配され、前記低融点金属体の溶断により電流が遮断される保護素子において、前記ベース基板と対向して絶縁カバー板が設けられるとともに、少なくとも1の電極に対向して前記絶縁カバー板に金属パターンが形成されていることを特徴とするものである。
【0014】
本発明の保護素子では、絶縁カバー板にも溶融した低融点金属に対して良好な濡れ性を示す金属パターンが形成されていることから、異常時に低融点金属体が溶融した際には、電極のみならず前記金属パターンも溶融した低融点金属を引き寄せる働きをする。したがって、例えば低融点金属体が収容される空間が小さい場合にも、いわば毛細管現象のような形で溶融した低融点金属が電極と金属パターン間の隙間に速やかに引き込まれ、確実に低融点金属体が溶断される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した保護素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
図1に、本発明を適用した保護素子の一例(第1の実施形態)を示す。なお、図1は、絶縁カバー板を取り除いた状態での平面図である。本例の保護素子は、いわゆる基板型の保護素子(基板型ヒューズ)であり、所定の大きさのベース基板1上に、溶断により電流を遮断するヒューズとしての役割を果たす低融点金属体2と、異常時に発熱して前記低融点金属体2を溶融するための発熱体(ヒータ)3とが近接して並列に配置されている。
【0017】
ここで、ベース基板1の材質としては、絶縁性を有するものであれば如何なるものであってもよく、例えば、セラミックス基板、ガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板、ガラス基板、樹脂基板、絶縁処理金属基板等を用いることができる。これらの中で、耐熱性に優れ、熱良伝導性の絶縁基板であるセラミックス基板が好適である。
【0018】
また、ヒューズとしての機能を有する低融点金属体2の形成材料としては、従来よりヒューズ材料として使用されている種々の低融点金属体を使用することができ、例えば、特開平8−161990号公報の表1に記載の合金等を使用することができる。具体的には、BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等を挙げることができる。また、低融点金属体2の形状は、薄片状でも棒状でもよい。
【0019】
発熱体3は、例えば、酸化ルテニウム、カーボンブラック等の導電材料と水ガラス等の無機系バインダ、あるいは熱硬化性樹脂等の有機系バインダからなる抵抗ペーストを塗布し、必要に応じて焼成することにより形成できる。また、酸化ルテニウム、カーボンブラック等の薄膜を印刷、メッキ、蒸着、スパッタで形成してもよく、これらのフィルムの貼付、積層等により形成してもよい。
【0020】
ベース基板1の表面には、前記低融点金属体2用の一対の電極4,5、及び前記発熱体3用の一対の電極6,7が形成されており、これら電極4,5、あるいは電極6,7に接続される形で前記低融点金属体2や発熱体3が形成されている。また、各電極4,5,6,7には、それぞれリード8,9,10,11が接続されており、外部端子としての役割を果たす。
【0021】
溶融した低融点金属体2が流れ込むこととなる電極、すなわち低融点金属体2用の電極4,5の構成材料についても特に制限はなく、溶融状態の低融点金属体2と濡れ性の良いものを使用することができる。例えば、銅等の金属単体や、少なくとも表面がAg、Ag−Pt、Ag−Pd、Au等から形成されているもの等である。発熱体3用の電極6,7については、溶融状態の低融点金属体2との濡れ性を考慮する必要はないが、通常は前記低融点金属体2用の電極4,5と一括して形成されるため、低融点金属体2用の電極4,5と同様の材料により形成される。
【0022】
リード8,9,10,11には、扁平加工線や丸線等の金属製の線材が用いられ、半田付けや溶接等によって前記電極4,5,6,7に取り付けることにより、これらと電気的に接続される。このようなリード付きの形態を採用する場合、リードの位置を左右対称にすることにより、取り付け作業時に取り付け面を意識することなく作業することができる。
【0023】
また、前記低融点金属体2の上には、その表面酸化を防止するために、フラックス等からなる内側封止部12が設けられている。フラックスとしては、ロジン系フラックス等、公知のフラックスをいずれも使用することができ、粘度等も任意である。
【0024】
以上が本実施形態の保護素子の内部構造であるが、本実施形態の保護素子においては、図2に示すように、前記低融点金属体2や発熱体3を覆って絶縁カバー板13が設けられている。絶縁カバー板13は、周囲に樹脂14を配することによりベース基板1に対して所定の間隔を保って固定され、これら絶縁カバー板13とベース基板1との間の空間に前記低融点金属体2や発熱体3が収容された形になっている。
【0025】
前記絶縁カバー板13を設けることにより、例えば封止樹脂の盛り上がり等を抑えることができ、保護素子全体の薄型化を実現することができる。ここで、絶縁カバー板13の材質は、低融点金属体2の溶断に耐え得る耐熱性と機械的な強度を有する絶縁材料であれば如何なるものであってもよく、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチック、ガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板材料等、様々な材質を適用することができる。さらには、金属板を用い、ベース基板1との対向面に樹脂やレジスト等の絶縁材料層を形成することで絶縁化し、絶縁カバー板13としてもよい。特に、セラミックス板のような機械的強度の高い材質を使用した場合、絶縁カバー板13自体の厚さも薄くすることができ、保護素子全体の薄型化に大きく寄与する。
【0026】
前記絶縁カバー板13をセラミック板のような熱伝導性に優れる材質とし、フラックスを介してベース基板1と接触するようにすることで、通常の取り付け接触面(ベース基板1側)以外からの熱に対しても、応答性の良いヒューズとすることができる。この場合、両面からの熱検出という意味からは、絶縁カバー板13の大きさはベース基板1の大きさと同等であることが好ましいが、これに限らず、いずれか一方が小さくても、あるいは大きくても同様の効果を得ることができる。
【0027】
なお、前記絶縁カバー板13は、単なる平板状であってもよいし、周囲に立ち上がり壁を有する、いわゆるキャップ状のものであってもよい。前者の場合には、周囲を樹脂封止する必要があるが、後者の場合には、例えば絶縁カバー板13をベース基板1に接着するだけでもよい。
【0028】
また、前記絶縁カバー板13のベース基板1との対向面には、溶融した低融点金属体2に対して良好な濡れ性を示す金属パターン15が形成されており、これが本発明の保護素子における最も特徴的な事項である。以下、この金属パターン15について詳述する。
【0029】
絶縁カバー板13のベース基板1との対向面に形成される金属パターン15は、図3に示すように、ベース基板1上の低融点金属体2用の電極4,5に対応して、ほぼ同じ位置にほぼ同じ大きさで形成されている。この金属パターン15の材質は、絶縁カバー板13よりも溶融した低融点金属体2に対して濡れ性が良ければ必ずしも金属に限らないが、その機能を考えた場合、金属材料でないと十分な濡れ性を得ることが難しいことから、金属材料とすることが実効的である。
【0030】
前記金属パターン15は、かかる観点から溶融した低融点金属体2に対して良好な濡れ性を有する金属材料を選択して使用すればよく、Ag、Ag−Pt、Ag−Pd、Au等、様々な材質を適用することができる。
【0031】
金属パターン15の形成方法としては、例えば絶縁カバー板13がセラミックス板からなる場合には、前記金属材料を含む導電ペーストを印刷し、これを焼成することによって形成することができる。絶縁カバー板13がプラスチック等の耐熱性に劣る材料からなる場合には、例えば絶縁カバー板13上に金属膜を蒸着やスパッタ等の手法により成膜し、これをエッチングによりパターニングすることで形成することができる。絶縁カバー板13にガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板材料を用いる場合には、例えば銅箔を貼った銅張り基板を用い、これをウエットエッチング等でパターニングすることにより形成することができる。さらに、絶縁カバー板13としてベース基板1との対向面に樹脂やレジスト等の絶縁材料層を形成した金属板を用いた場合には、前記絶縁材料層を選択的に除去し(例えばレジスト層を印刷等の手法によりパターニングし)、露出した金属板を金属パターン15として利用することも可能である。
【0032】
このように、低融点金属体2が溶融した時に溶融低融点金属が流れ込むベース基板1上の低融点金属体2用の電極4,5に対応して、絶縁カバー板13のベース基板1との対向面に前記溶融低融点金属が濡れ易い性質の金属パターン15を形成することにより、保護素子を薄型素子としながら素子内部に十分な溶融低融点金属濡れ面積を確保することが可能であり、高い定格電流(低融点金属体2の断面積が大)であっても安定した動作特性を得ることができる。
【0033】
図4は、金属パターン15の有無による溶融低融点金属の電極4,5上への流れ込み状態の相違を示すものである。溶融した低融点金属体2に対して濡れ性が良い面が電極4,5のみである場合、図4(a)に示すように、電極4,5上に水滴状に盛り上がった形で引き寄せられる。このとき、溶融した低融点金属体2の量が多かったり、ベース基板1と絶縁カバー板13の間隔が狭く溶融した低融点金属体2の頂部を絶縁カバー板13で押さえ込まれた場合、電極4,5上の溶融低融点金属体2は横方向にはみ出し、電極4上の低融点金属体2と電極5上の低融点金属体2とが互いに接触する可能性がある。これら電極4,5上の低融点金属体2が接触すると、電気的に導通してしまい、低融点金属体2が溶断されたことにはならない。
【0034】
これに対して、絶縁カバー板13に金属パターン15が形成されている場合、溶融した低融点金属体2に対して濡れ性を示す面の面積が実質的に拡大されることになり、図4(b)に示すように、溶融した低融点金属体2は電極4,5及び金属パターン15とによって、これらの間隙に速やかに引き込まれる。このとき、いわゆる毛細管現象のような状態となり、溶融した低融点金属体2はメニスカスを形成するような状態に保持され、横方向へのはみ出しが抑えられる。したがって、溶融した低融点金属体2のはみ出しによる接触が解消され、低融点金属体2は確実に溶断される。
【0035】
金属パターン15は、ここでは電極4,5と対向する位置に電極4,5と同じ大きさに形成しているが、これに限らない。ただし、金属パターン15の形成位置としては、ベース基板1側の電極4,5の溶融低融点金属体2に対する濡れ有効面積の中央(溶融後の低融点金属体2溜まりの頂点)を含むように形成することが好ましい。
【0036】
また、金属パターン15間の距離w1をベース基板1側の電極4,5間距離w2よりも近づけることで、低融点金属体2溶融時の分断特性を向上することが可能である。ただし、前記距離w1として、完全な溶断を保証し得る最低限の距離(例えば0.2mm以上)の確保は必要である。
【0037】
一方、絶縁カバー板13とベース基板1との距離tであるが、十分な濡れ面積の確保が可能であれば、低融点金属体2に絶縁カバー板13が密着する状態(低融点金属体2の厚さの1倍)であってもよいが、前記距離tを低融点金属体2の厚さの1.2倍〜4倍とすることが好ましい。前記距離tが低融点金属体2の厚さの1.2倍未満であると、低融点金属体2の溶融流動による速やかな溶断を保証することが難しい。逆に、前記距離tが低融点金属体2の厚さの4倍を越えると、距離が大きすぎて金属パターン15への濡れが発生しない虞れがあり、また本来の目的である薄型化も実現することが難しい。
【0038】
以上のように、本実施形態の保護素子では、絶縁カバー板13側のスペースを最大限に利用し、溶融した低融点金属体2に対して実効的な濡れ面積を拡大しているので、定格電流を高く(低融点金属体2の断面積を大きく)しても、その分の溶融流れ込み面積を確保することができ、安定した溶断を保証することができる。
【0039】
次に、本発明を適用した保護素子の他の実施形態(第2の実施形態)について説明する。なお、本実施形態の保護素子は、発熱体と低融点金属体とを平面的に配置するのではなく、これらを重ね合わせた状態で配置するようにした保護素子の例である。
【0040】
本実施形態の保護素子は、図5(a)乃至図5(c)に示すように、ベース基板21上に低融点金属体用電極22a、22b、22cが設けられ、これらの電極22a、22b、22c間に架け渡されるように低融点金属体23(23a、23b)が設けられている。また、中央の電極22cの下面側には、絶縁層24を介して発熱体25が設けられている。発熱体25は、発熱体用電極26aから導出された配線26x、26yと発熱体用電極26bとの間で通電加熱される。発熱体用電極26bは、低融点金属体用電極22cと電気的に接続されている。したがって、発熱体25が発熱すると、電極22a、22c間の低融点金属体23a、及び電極22b、22c間の低融点金属体23bがそれぞれ溶断し、被保護装置への通電が遮断され、発熱体25への通電も遮断される。以上のように構成される保護素子の回路図を図6に示す。
【0041】
本実施形態の保護素子においても、先の第1の実施形態の保護素子の場合と同様、絶縁カバー板27が設けられ、保護素子全体の薄型化が図られるとともに、前記絶縁カバー板27のベース基板21との対向面には、図7に示すように、各低融点金属体用電極22a、22b、22cに対応して溶融した低融点金属体23に対して良好な濡れ性を示す金属パターン28a,28b,28cが形成されている。
【0042】
ここで、金属パターン28a,28b,28cは、低融点金属体用電極22a、22b、22cに対応して3カ所に形成するのが理想的であるが、これに限らず、例えば、中央の低融点金属体用電極22cにのみ対応する形で金属パターン28cのみを形成してもよい。本実施形態の保護素子の場合、発熱体25は前記中央の低融点金属体用電極22cの直下に形成されており、発熱体25が発熱した場合に、この低融点金属体用電極22c上の部分の低融点金属体23から溶融が始まる。したがって、この部分で前記金属パターン28cの働きにより溶融した低融点金属体23を引き寄せれば、速やかに溶断が起こり、被保護装置への通電が遮断される。
【0043】
本実施形態(第2の実施形態)の保護素子においても、先の実施形態(第1の実施形態)と同様、金属パターン28a,28b,28cの形成により、溶融した低融点金属体23に対する実効的な濡れ面積を拡大することができ、低融点金属体23の安定した溶断を保証することができる。
【0044】
【実施例】
次に、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【0045】
実施例
本実施例は、先の第1の実施形態の構成に準じて保護素子を作製した例である。すなわち、6mm×6mmの大きさを有する厚さ0.5mmのセラミックス基板をベース基板とし、この上に電極を形成した。各電極としては、Ag−Pd電極を印刷形成した。
【0046】
そして、これら電極のうち、一対の電極間に酸化ルテニウム系の発熱抵抗材料を印刷し、焼成することにより発熱抵抗体を形成した。形成した発熱抵抗体の電気抵抗は4Ωであった。もう一方の一対の電極間には、低融点金属(幅1mm、厚さ0.3mm)を溶接にて接続し、ロジン系フラックスで封止した。また、各電極には、NiメッキCuリード線(幅1mm、厚さ0.5mm)を半田付けにて接続した。
【0047】
次いで、セラミックス基板の外周に2液性エポキシ樹脂を塗布し、セラミックス製の絶縁カバー板(大きさ6mm×6mm、厚さ0.5mm)を置き、リード線に接触するまで押し込んで、40℃、8時間なる条件で硬化した。
【0048】
前記絶縁カバー板には、低融点金属を接続した電極と対向して同じ寸法の金属パターンを形成した。金属パターンは、電極と同様、Ag−Pdペーストを印刷し、焼成することにより形成した。
【0049】
比較例
【0050】
基本的な保護素子の構成は、先の実施例と同様である。ただし、絶縁カバー板に金属パターンを形成していないことが実施例とは異なる。
【0051】
評価結果
【0052】
以上により作製した実施例、及び比較例の保護素子(各10個)について、発熱抵抗体に2Wの電力を印加して低融点金属体の溶断を確認した。その結果、実施例の保護素子では、10個の保護素子全てにおいて平均30秒で低融点金属体が溶断されたことがわかった。
【0053】
これに対し、比較例の保護素子では、同様に2Wの電力を印加しても、10個中3個において低融点金属体が電極に流れ込めず、溶断されていないことがわかった。溶断不良を起こした保護素子について、分解して内部を観察したところ、溶融した低融点金属体(ヒューズエレメント)が絶縁カバー板側に接触して押し出された形になっており、溶断のための空間が足りないことが確認された。
【0054】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、絶縁カバー板に金属パターンを形成しているので、溶融したヒューズエレメント(低融点金属体)に対して十分な濡れ面積を確保することができ、ヒューズエレメントの溶断不良の発生を抑えることができる。したがって、異常時に確実に電流を遮断することが可能で、安定した動作特性を有する保護素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の保護素子の内部構造を示す平面図である。
【図2】絶縁カバー板による封止状態を示す概略断面図である。
【図3】絶縁カバー板のベース基板との対向面を示す平面図である。
【図4】溶融した低融点金属の電極上での状態を示す模式図であり、(a)は絶縁カバー板に金属パターンが形成されていない場合、(b)は絶縁カバー板に金属パターンが形成されている場合をそれぞれ示す。
【図5】第2の実施形態の保護素子の内部構造を示す図であり、(a)は平面図、(b)はx−x線における断面図、(c)はy−y線における断面図である。
【図6】第2の実施形態の保護素子の回路構成を示す回路図である。
【図7】第2の実施形態の絶縁カバー板のベース基板との対向面を示す平面図である。
【符号の説明】
1,21 ベース基板
2,23 低融点金属体
3,25 発熱体
4,5,6,7 電極
8,9,10,11 リード
13,27 絶縁カバー板
14 樹脂
15,28a,28b,28c 金属パターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a protection element for interrupting an electric current due to fusing of a low-melting metal body when an abnormality occurs.
[0002]
[Prior art]
As a protection element that can be used to prevent not only an overcurrent but also an overvoltage, a protection element in which a heating element and a low-melting-point metal body are laminated on a substrate is known (for example, see Patent Documents 1 and 2). ). In the protection elements described in these patent documents, current is applied to the heating element when an abnormality occurs, and the heating element generates heat, so that the low-melting metal body is melted. The molten low-melting metal body is attracted to the electrode due to the good wettability to the electrode surface on which the low-melting metal body is placed, and as a result, the low-melting metal body is melted and the current is interrupted. You.
[0003]
As a connection mode between the low-melting point metal body and the heating element of this type of protection element, as described in
[0004]
By the way, with the miniaturization of portable devices and the like, this type of protection element is also required to be thinner. As one means for achieving the purpose, a fuse (low melting point metal body) is provided on an insulating substrate. A method of arranging and sealing this with an insulating cover plate and a resin to reduce the thickness has been proposed (for example, see Patent Document 5). In the substrate type thermal fuse described in
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2790433 [0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 8-161990
[Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-116549
[Patent Document 4]
JP 10-116550 A
[Patent Document 5]
JP-A-11-111138
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method of sealing and thinning with an insulating cover plate and a resin as in the invention described in
[0011]
In recent years, the size and thickness of devices have been increasingly reduced, and the problem has become more serious as the protection elements have been required to be further reduced in size and thickness. In addition, the cross-sectional area of the fuse element has been increasing due to the high current rating. From this point, the problem has been further increased, and it is desired to solve the problem.
[0012]
The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and it is possible to secure a sufficient wet area with respect to a molten fuse element (a low-melting metal body), and to reduce a fusing defect of the fuse element. An object of the present invention is to provide a protection element which does not occur, can reliably cut off current when an abnormality occurs, and has stable operation characteristics.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a protection element according to the present invention has a low melting point metal body disposed between a plurality of electrodes formed on a base substrate, and a current is cut off by fusing the low melting point metal body. In the device, an insulating cover plate is provided so as to face the base substrate, and a metal pattern is formed on the insulating cover plate so as to face at least one electrode.
[0014]
In the protective element of the present invention, since the metal pattern showing good wettability with respect to the molten low-melting metal is also formed on the insulating cover plate, when the low-melting metal body is abnormally melted, the electrode is In addition, the metal pattern also functions to attract the molten low melting point metal. Therefore, for example, even when the space for accommodating the low-melting-point metal body is small, the low-melting-point metal melted in a manner similar to a capillary phenomenon is quickly drawn into the gap between the electrode and the metal pattern, and the low-melting-point metal is reliably formed The body is blown.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a protection element to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 1 shows an example (first embodiment) of a protection element to which the present invention is applied. FIG. 1 is a plan view with the insulating cover plate removed. The protection element of this example is a so-called substrate-type protection element (substrate-type fuse), and a low-melting-
[0017]
Here, the material of the base substrate 1 may be any material as long as it has an insulating property. For example, a substrate used for a printed wiring board such as a ceramic substrate or a glass epoxy substrate, a glass substrate, a resin A substrate, an insulated metal substrate, or the like can be used. Among them, a ceramic substrate which is an insulating substrate having excellent heat resistance and good thermal conductivity is preferable.
[0018]
Further, as a material for forming the low melting
[0019]
The
[0020]
On the surface of the base substrate 1, a pair of
[0021]
The electrode into which the molten low-melting
[0022]
For the
[0023]
On the low melting
[0024]
The above is the internal structure of the protection element of the present embodiment. In the protection element of the present embodiment, as shown in FIG. 2, an insulating
[0025]
By providing the insulating
[0026]
The insulating
[0027]
The insulating
[0028]
On the surface of the insulating
[0029]
As shown in FIG. 3, the
[0030]
The
[0031]
For example, when the insulating
[0032]
As described above, the insulating
[0033]
FIG. 4 shows the difference in the flow of the molten low melting point metal onto the
[0034]
On the other hand, when the
[0035]
Here, the
[0036]
Further, by making the distance w1 between the
[0037]
On the other hand, although the distance t between the insulating
[0038]
As described above, in the protection element of the present embodiment, the effective wetting area for the molten low-melting
[0039]
Next, another embodiment (second embodiment) of the protection element to which the present invention is applied will be described. Note that the protection element of the present embodiment is an example of a protection element in which a heating element and a low-melting metal body are not arranged in a plane, but are arranged in a state where they are overlapped.
[0040]
As shown in FIGS. 5A to 5C, the protection element of this embodiment is provided with low melting point
[0041]
In the protection device of the present embodiment, similarly to the case of the protection device of the first embodiment, the insulating
[0042]
Here, it is ideal that the
[0043]
In the protection element of the present embodiment (second embodiment) as well, the formation of the
[0044]
【Example】
Next, specific examples to which the present invention is applied will be described based on experimental results.
[0045]
Example This example is an example in which a protection element is manufactured according to the configuration of the first embodiment. That is, a 0.5 mm-thick ceramic substrate having a size of 6 mm × 6 mm was used as a base substrate, and electrodes were formed thereon. As each electrode, an Ag-Pd electrode was formed by printing.
[0046]
Then, a heating resistor was formed by printing a ruthenium oxide-based heating resistor material between a pair of electrodes and baking it. The electric resistance of the formed heating resistor was 4Ω. A low-melting-point metal (width 1 mm, thickness 0.3 mm) was connected between the other pair of electrodes by welding and sealed with a rosin-based flux. In addition, a Ni-plated Cu lead wire (width 1 mm, thickness 0.5 mm) was connected to each electrode by soldering.
[0047]
Next, a two-liquid epoxy resin is applied to the outer periphery of the ceramic substrate, and an insulating cover plate (size: 6 mm × 6 mm, thickness: 0.5 mm) made of ceramic is placed and pushed until it comes into contact with the lead wire at 40 ° C. It was cured under the condition of 8 hours.
[0048]
A metal pattern having the same dimensions was formed on the insulating cover plate so as to face the electrode to which the low melting point metal was connected. The metal pattern was formed by printing and firing an Ag-Pd paste in the same manner as the electrodes.
[0049]
Comparative example [0050]
The basic configuration of the protection element is the same as in the previous embodiment. However, the difference from the embodiment is that no metal pattern is formed on the insulating cover plate.
[0051]
Evaluation result [0052]
With respect to the protection elements (10 pieces each) of the examples and the comparative examples produced as described above, 2 W of electric power was applied to the heating resistor, and the fusing of the low melting point metal body was confirmed. As a result, it was found that the low-melting-point metal body was blown out in an average of 30 seconds in all of the ten protection elements in the protection element of the example.
[0053]
On the other hand, in the protection element of the comparative example, even when a power of 2 W was similarly applied, it was found that the low-melting-point metal body did not flow into the electrode and was not blown out in three out of ten. When the protection element that caused the fusing failure was disassembled and the inside was observed, the molten low-melting metal body (fuse element) came into contact with the insulating cover plate side and was extruded. It was confirmed that there was not enough space.
[0054]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, since the metal pattern is formed on the insulating cover plate, it is necessary to secure a sufficient wet area for the fused fuse element (low-melting metal body). Therefore, the occurrence of a fusing defect of the fuse element can be suppressed. Therefore, it is possible to reliably shut off the current in the event of an abnormality and to provide a protection element having stable operation characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating an internal structure of a protection element according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a state of sealing with an insulating cover plate.
FIG. 3 is a plan view showing a surface of the insulating cover plate facing the base substrate.
4A and 4B are schematic diagrams showing a state of a molten low-melting metal on an electrode, wherein FIG. 4A shows a case where a metal pattern is not formed on an insulating cover plate, and FIG. Each case is shown.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an internal structure of a protection element according to a second embodiment, wherein FIG. 5A is a plan view, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line xx, and FIG. FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a protection element according to a second embodiment.
FIG. 7 is a plan view showing a surface of an insulating cover plate facing a base substrate according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1, 21
Claims (7)
前記ベース基板と対向して絶縁カバー板が設けられるとともに、少なくとも1の電極に対向して前記絶縁カバー板に金属パターンが形成されていることを特徴とする保護素子。A low-melting metal body is arranged between a plurality of electrodes formed on a base substrate, and in a protection element in which current is cut off by fusing of the low-melting metal body,
A protection element, wherein an insulating cover plate is provided facing the base substrate, and a metal pattern is formed on the insulating cover plate facing at least one electrode.
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