JP2004319168A - チップヒューズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易であるため製造コストが低減され、製品のサイズを比較的薄く形成しながらも、所要の機械的強度や溶断精度を確保することができるチップヒューズを提供する。
【解決手段】絶縁基板上に接着層を介してヒューズ膜が設けられるチップヒューズにおいて、ヒューズ膜１４の溶断部１４ｂが重なる接着層１１の部分に切欠き部１１ａが形成され、この切欠き部はヒューズ膜の溶断部よりも大きい。また接着層の切欠き部にシリコーン系樹脂１３が充填され、ヒューズ膜を覆う保護層１５にエポキシ系樹脂が使用された。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はチップヒューズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面実装に用いられるチップヒューズは、例えば、セラミック基板等の絶縁基板上にヒューズエレメントとして厚膜印刷による導体膜や、無電解めっきによる金属膜の形成、スパッタ等の金属薄膜等により形成されている。
このようなヒューズ導体膜は、速断性や製造の容易さに優れる一方で、インバーター回路の保護素子として要求される耐パルス性能が得られない場合もあった。このため、インバーター回路に保護素子として挿入されるチップヒューズにあっては、速断性は無論のこと、耐パルス性をも満たすことが要求されている。
【０００３】
このような観点から、特開２００１−５２５９３号公報（特許文献１）には、ヒューズ素子として金属膜を多層化して構成する技術が開示されており、このチップヒューズは、絶縁基板上にポリイミド樹脂層が形成されており、その上面に所定のヒューズパターンで第１の金属膜が形成され、この第１の金属膜の上に低融点金属からなる第２の金属膜がめっき処理などにより積層形成され、これら第１及び第２の金属膜でヒューズエレメントが構成され、絶縁性の保護層によりヒューズエレメントが覆われている。
上記チップヒューズは製造工程が煩雑でサイズも比較的厚くなり、第２の金属膜がめっき処理により形成されるため、ヒューズエレメントの膜厚を均一にすることが難しいものである。また上記ポリイミド樹脂は耐熱性に優れるものであるが、材料が高価であり、放熱性が低いという欠点がある。さらに、上記ヒューズエレメントは、ポリイミド樹脂層の上に積層形成されるため、ヒューズエレメントへの通電時に発生した熱が、絶縁基板などへ放熱されずに、ポリイミド樹脂層によって蓄熱されるため、チップヒューズの表面温度が過度に上昇したり、また溶断後の絶縁性が安定せず、バラツキが生じる等の課題があった。
【０００４】
さらに、特開平１１−９６８８６号公報（特許文献２）に記載されているチップヒューズでは、絶縁基板の上面のほぼ中央に熱伝導性の低い樹脂で膜が形成され、この膜上のほぼ中央にヒューズ素子が形成され、ヒューズ素子と一体に形成されたリード上面部が絶縁基板上面の両端に向かうように配置され、これらヒューズ素子とリード上面部はシリコーン系樹脂膜で覆われている。
上記チップヒューズでは、絶縁基板上のほぼ中央に熱伝導性の低い樹脂膜を形成し、その上にヒューズ素子を形成するため、ヒューズ素子がフラットにならず均一なヒューズ膜を得ることができないという欠点がある。またヒューズ素子の上面を覆うシリコーン系樹脂膜は機械的強度に乏しく、実装時の吸着などによる外的応力によりヒューズ溶断部が損傷を受け易いという欠点もある。
【０００５】
【特許文献１】開２００１−５２５９３号公報
【特許文献２】特特開平１１−９６８８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、製造が容易であるため製造コストが低減され、製品のサイズを比較的薄く形成しながらも、所要の機械的強度、速断性及び耐パルス性などを確保することができるチップヒューズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁基板上に接着層が形成され、該接着層上にヒューズ要素部と表電極部からなるヒューズ膜が形成され、該ヒューズ膜上に保護層が設けられたチップヒューズにおいて、前記接着層は略中央部に切欠き部を有し、該切欠き部には絶縁材が充填され、前記ヒューズ膜は金属箔からなり、前記ヒューズ要素部が前記絶縁材の上に配置されたことを特徴とするチップヒューズが提供される。
上述のようにチップヒューズを構成することにより、ヒューズ要素部は、耐熱性が劣り過度の蓄熱をする接着層上に配置されず、したがって、ポリイミド樹脂のような耐熱層を省略しても、通電時や溶断時の発熱に耐えて、かつ金属箔から成るヒューズ要素部を備えることで耐パルス性の良好なチップヒューズが製造可能になる。
【０００８】
上記チップヒューズでは、前記接着層の切欠き部に、シリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂を充填することが好ましく、これらを充填することにより、ヒューズ膜のヒューズ要素部が樹脂に囲まれて、溶断時のアーク防止効果や溶断の速断性を向上させる効果がある。また接着層の切欠き部に充填された樹脂により、好適な放熱と蓄熱が得られ、優れた溶断特性を得ることができる。さらに、接着層の切欠き部に樹脂を充填したことにより、切欠き部が平坦になり、貼り付けられたヒューズ膜も平坦になるため、溶断特性が安定し、チップヒューズの薄型化も可能になる。
また前記接着層の切欠き部にはシリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂を充填し、ヒューズ膜を覆う保護層を機械的強度の高いエポキシ系樹脂で形成することが好ましい。前記切欠き部を充填するシリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂により溶断時の消弧機能と好適な放熱性が確保される一方で、機械的強度の高いエポキシ系樹脂により機械的強度と外面の平坦さが確保されるため、実装工程におけるヒューズ要素部の破損防止や搭載効率が向上するという利点が得られる。
さらに、保護層に使用するエポキシ系樹脂を、耐燃性、耐熱性及び熱伝導性に優れたアンダーコートと、機械的強度及び耐熱性に優れたオーバーコートとの積層構造とすることにより、溶断時の熱膨張や遮断時の外部への圧力を吸収すると共に、外面の機械的強度と平坦さが確保される。
【０００９】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は本発明のチップヒューズ１０の断面図である。
チップヒューズ１０は、絶縁基板１２の上に接着層１１を介してヒューズ膜の電極部１４ａ，１４ｃが設けられ、ヒューズ膜のヒューズ要素部１４ｂが重なる接着層１１の部分に切欠き部１１ａが形成され、この切欠き部１１ａには所定の耐熱性及び柔軟性を備えた樹脂１３が充填され、ヒューズ膜の電極部１４ａ，１４ｃとヒューズ要素部１４ｂは保護層１５により覆われている。また絶縁基板１２の裏面には裏面電極１７が形成され、この裏面電極１７とヒューズ膜の電極部１４ａ，１４ｃとに通電するように端面電極１６が形成され、さらに、端面電極１６と裏面電極１７と電極部１４ａ，１４ｃの各露出部にメッキ膜１８が形成されている。
【００１０】
ここで、前記絶縁基板１２としてはアルミナセラミック基板を使用するが、絶縁性や耐熱性が良好であれば、ガラス基板や樹脂基板を用いることも可能である。
また前記接着層１１としてはエポキシ系樹脂シートを使用することが好ましく、その他にも、アクリル系樹脂シート、シリコーン系樹脂シートを使用することができる。接着層１１の切欠き部１１ａはヒューズ要素部１４ｂよりも大きい形状が好ましく、主に円形穴とし、円形穴以外に矩形穴、多角形穴またはスリット状に形成することができる。
前記切欠き部１１ａに充填される樹脂１３としては、難燃性で、耐熱性に優れ、適切な熱伝導性を有するシリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂が使用され、接着層１１と略平坦になるように充填される。前記切欠き部１１ａにシリコーン系樹脂を充填する場合は、上記特性に加え消弧性が高いため、例えば、定格５Ａまで、またはそれ以上の定格に適用できる。前記切欠き部１１ａにエポキシ系樹脂を充填する場合は、上記特性により、例えば、定格３Ａ程度までの定格に適用できる。
前記ヒューズ膜は、所望の溶断特性に合わせた材料や厚さが確保された金属箔から成り、この金属箔をエッチングすることで、所要のパターンを形成し、ヒューズ膜の電極部１４ａ，１４ｃとヒューズ要素部１４ｂを形成する。この金属箔としては、例えば、厚さ５〜３５μｍから適宜選択される銅箔やアルミ二ウム箔、さらには、銅と他の金属との合金なども使用することができる。なお、ヒューズ膜として銅箔を使用する場合には、より速断性を得るためにヒューズ要素部１４ｂ上に錫膜を形成し、銅と錫との拡散を防止するために、錫膜の形成前にニッケル膜を形成し、これにより、溶断特性の調整を行なっても良い。
前記保護層１５は、アンダーコート１５ａの上にオーバーコート１５ｂを積層して形成され、アンダーコート１５ａは耐燃性、耐熱性及び熱伝導性に優れた少なくともフィラーとして珪酸を含有するエポキシ系樹脂から形成される一方で、オーバーコート１５ｂは機械的強度及び耐熱性に優れた少なくともフィラーとしてアルミナを含有するエポキシ系樹脂から形成される。このアンダーコート１５ａは、実質的にヒューズ膜の電極部１４ａ，１４ｃを除いたヒューズ要素部１４ｂと、接着層１１の切欠き部１１ａとを覆うように設けられる。
裏面電極１７は、導電性樹脂などが使用できて、ヒューズ膜形成前に絶縁基板１２に形成する場合にはメタルグレーズ系ペーストや、金属有機物ペーストなどを用いることができ、ヒューズ膜形成後に絶縁基板１２に形成する場合には、導電性樹脂ペーストなどを用いることができる。また端面電極については、導電性樹脂ペーストまたはスパッタによる金属膜などから形成し、さらに、めっき膜１８は錫めっきやニッケルめっきにより形成でき、さらに銅めっきを併用することで電極抵抗値を低くする効果もある。
【００１１】
次に、チップヒューズ１０の製造方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｇ）は本発明のチップヒューズの製造工程を説明するために、一つのチップ単位で示した斜視図である。これらの工程は、実際には複数のチップに分割される以前の一枚の絶縁基板上で展開される工程を示すものであるが、理解を容易にするために一つのチップ単位で図示した。
最初に、図２（ｂ）に示したように、接着シート１１をラミネート方式により貼り付けて接着層を形成する。ここで、絶縁基板１２は、多数の単位領域に切断されて各チップに分割される予定のアルミナセラミック、ガラスまたは樹脂等からなる集合基板が使用される。また接着シート１１は多数の単位領域の面積を有するエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂またはシリコーン系樹脂等からなるシートに、それぞれ単位領域分のヒューズ素子の溶断部にあたる部分に図２（ａ）のような切欠き部１１ａが形成されたシートが使用される。接着シート１１の切欠き部１１ａは、切欠き部１１ａを予め形成した接着シート１１を絶縁基板１２に貼り付けるが、接着シート１１を絶縁基板１２に貼り付けた後に、接着シート１１に切欠き部１１ａを形成しても良い。
接着シート１１が絶縁基板１２に貼り付けられたら、スクリーン印刷またはポッティングにより、図２（ｃ）に示したシリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂を切欠き部１１ａに充填する。
次いで、銅やアルミニウム等からなる金属箔を接着層１１の上にラミネート方式で貼り付けて、図２（ｄ）に示したように、ヒューズ膜を仮固定し、その後、熱圧着形成する。そして、ヒューズ膜を所望の溶断特性に合わせてエッチングによりパターニングし、図２（ｅ）に示したように、電極部１４ａ，１４ｃとヒューズ要素部１４ｂとを形成し、このとき、ヒューズ要素部１４ｂは接着層１１の切欠き部１１ａの範囲内に形成する。ヒューズ要素部１４ｂには、適宜前述したように、錫めっきまたはニッケルめっきと錫めっきを施しても良い。
さらに、ヒューズ膜の電極部１４ａ，１４ｃとヒューズ要素部１４ｂとを形成した後に、ヒューズ要素部１４ｂを完全に覆うアンダーコート１５ａとオーバーコート１５ｂとからなる保護層１５を形成する。すなわち、図２（ｆ）に示したように、最初にヒューズ要素部１４ｂの上に耐燃性、耐熱性及び熱伝導性に優れた少なくともフィラーとして珪酸を含有するエポキシ系樹脂をスクリーン印刷してアンダーコート１５ａを形成し、次いで、図２（ｇ）に示したように、このアンダーコート１５ａの上に、機械的強度及び耐熱性に優れた少なくともフィラーとしてアルミナを含有するエポキシ系樹脂をスクリーン印刷することによりオーバーコート１５ｂを形成し、これら二つの層により保護層１５を形成する。
保護層１５の形成後、絶縁基板１２の裏面に裏面電極１７を形成する。裏面電極１７は前述したように、導電性樹脂の印刷硬化によって形成でき、また、裏面電極１７をヒューズ膜形成前に絶縁基板１２に形成する場合は、メタルグレーズ系ペーストや金属有機物ペーストの印刷焼成などにより形成することもできる。そして、一次分割を行なった後に端面電極１６を形成し、さらに、二次分割を行なって、端面電極１６と裏面電極１７と電極部１４ａ，１４ｃの各露出部にメッキ膜１８を形成すれば、チップヒューズ１０は完成する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明では、耐熱性が劣り過度の蓄熱をする接着層上にヒューズ要素部が配置されず、接着層の切欠き部の上に重なるようにヒューズ要素部が配置されるので、例えば、ポリイミド樹脂などの耐熱層を省略しても、通電時や溶断時の発熱に耐え得るチップヒューズが製造可能になり、製造プロセスの簡略化により製造コストを低減させることができて、生産効率が良好で、各種サイズ、各種定格のチップヒューズを提供できる。またヒューズ膜は金属箔から形成されているため、所望の溶断特性に応じて金属箔の厚さを適宜調整するだけで、広範囲に及ぶ溶断特性のヒューズ膜を容易に形成することができると共に、均一な厚さのヒューズ膜を形成し易いため、精度の良い溶断特性を得ることができる。
さらに、ヒューズ膜を絶縁基板上にエポキシ系樹脂シートの接着層により接着することで、ヒューズ膜を容易に絶縁基板上に構成でき、高温を要する作業を不用とできるため、工程の簡略化が可能である。
【００１３】
本発明では、所定の耐熱性及び柔軟性を備えた樹脂が接着層の切欠き部に充填されているので、ヒューズ要素部が樹脂に囲まれて、溶断時のアーク防止効果や溶断の速断性向上効果がある。また接着層の切欠き部に充填された樹脂による適度な蓄熱性と放熱性により、過度な蓄熱や放熱を防止し、優れた溶断特性を得ることができる。さらに、接着層の切欠き部に樹脂を充填したが故に、切欠き部が凹凸形状とならずに平坦になり、ヒューズ膜を平坦に貼り付けることができて、溶断特性の安定化、チップヒューズの薄型化が可能になる。なお、接着層の切欠き部を、接着層を構成する材料で囲むように形成した場合、ヒューズ膜を熱圧着したときに、切欠き部に充填された樹脂が基板外に放出することを防止できる。
【００１４】
本発明では、接着層の切欠き部に充填されたシリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂により、溶断時の消弧機能が確保される。特に、シリコーン系樹脂により、高定格ヒューズの溶断時の消弧機能が確保される。
また本発明では、更にヒューズ要素部を覆う耐燃性、耐熱性及び熱伝導性に優れたエポキシ系樹脂からアンダーコートを形成し、機械的強度及び耐熱性に優れたエポキシ系樹脂からオーバーコートを形成し、これらを積層構造とすることにより、溶断時の熱膨張や遮断時の外部への圧力を吸収すると共に、良好な放熱性を備え、外面の機械的強度と平坦さが確保される。アンダーコートは、実質的に前記表電極部を除いた前記ヒューズ要素部と、前記接着層の切欠き部とを覆うように設けられるため、保護層の密着性、ヒューズ要素部の密閉性を確保しながら、アンダーコートを通じた電極部への過剰な熱放散を抑制し、適切な溶断特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のチップヒューズの断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は本発明のチップヒューズの製造工程を説明するため、一つのチップ単位で示した斜視図である。
【符号の説明】
１０ チップヒューズ
１１ 接着層
１１ａ 切欠き部
１２ 絶縁基板
１３ 切欠き部充填材
１４ ヒューズ膜
１４ｂ ヒューズ要素部
１５ 保護層
１５ａ アンダーコート
１５ｂ オーバーコート

Claims (5)

1. 絶縁基板上に接着層が形成され、該接着層上にヒューズ要素部と表電極部からなるヒューズ膜が形成され、該ヒューズ要素部上に保護層が設けられたチップヒューズにおいて、
   前記接着層は略中央部に切欠き部を有し、該切欠き部には絶縁材が充填され、前記ヒューズ膜は金属箔からなり、前記ヒューズ要素部が前記絶縁材の上に配置されたことを特徴とするチップヒューズ。
2. 前記絶縁材が、シリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂である請求項１に記載のチップヒューズ。
3. 前記金属箔は銅箔である請求項１または請求項２に記載のチップヒューズ。
4. 前記保護層はアンダーコートの上にオーバーコートが設けられたものであって、前記アンダーコートは耐燃性、耐熱性及び熱伝導性に優れたエポキシ系樹脂からなり、前記オーバーコートは機械的強度及び耐熱性に優れたエポキシ系樹脂からなる請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のチップヒューズ。
5. 前記アンダーコートが、実質的に前記表電極部を除いた前記ヒューズ要素部と、前記接着層の切欠き部とを覆うように設けられたものである請求項４に記載のチップヒューズ。

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