JP2005532689A - ヒューズ抵抗器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ヒューズ抵抗器及びその製造方法にとして・抵抗体の表面上に温度係数が略２０００ｐｐｍ／℃以上であり、固有比抵抗値が低い銅のような物質からなる薄膜層を蒸着してヒューザブル・エレメント（ｆｕｓｉｂｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）として用いることによって、略２０〜４７０ｍΩ程度の極低抵抗値を有するヒューズ抵抗器を提供する。
【解決手段】
ヒューズ抵抗器は抵抗体と、抵抗体に予め設定された値以上の電流が印加される場合に溶断されるヒューザブル・エレメント層と、ヒューザブル・エレメント層を外部と電気的に連結させるキャップと、ヒューザブル・エレメント層を他の回路素子と電気的に連結させるリード線と、ヒューザブル・エレメント層及びキャヅプを外部から絶縁させる絶縁膜とを備える。このような構成のヒューズ抵抗器は過多に発熱せず、ヒューズ固有の機能を全て行うことができる。

Description

本発明は、ヒューズ抵抗器及びその製造方法に関し、電気的特性に優れた廉価のヒューズ抵抗器及びその製造方法に関する。

ヒューズ抵抗器は電子機器に含まれている回路素子を保護するためのものであって、正常状態では一般抵抗器として作用し、過負荷以上時には溶断（ヒュージング（ｆｕｓｉｎｇ））特性によって回路遮断機として作用する。従来のヒューズ抵抗器は抵抗体に炭素、錫−ニッケル（Ｓｎ−Ｎｉ）、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）などの化合物からなる薄膜層を無電解メッキ方式で被着した後、その表面に螺旋形カッティング（以下、「トリミング（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）」という）を行うことによって形成される。

このような従来のヒューズ抵抗器は、比較的廉価の費用で製造することはできるが、製造方法上０．１Ω以下の抵抗値を有するように形成することが難しく、また、トリミング時に抵抗値が増加するようになって通常０．２２Ω以下の抵抗値を有するヒューズ抵抗器の製造は不可能であることが知られている。

これによって、予め設定された電流値以上の電流が電子機器の回路に印加される場合、ヒューズ抵抗器が過多に発熱する問題があった。これを克服するために、ヒューズ抵抗器の定格電流を増加させたりマイクロ・ヒューズ（ｍｉｃｒｏ ｆｕｓｅ）を用いる方法が提案されている。

しかし、ヒューズ抵抗器の定格電力を増加させればヒューズ抵抗器の大きさが増大するという問題は依然として残っている状況であり、マイクロヒューズの場合にも製品の構造的特性上、製品量産速度の低下及び材料費の面で価格が高いという問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するためのものであって、定格電流を増加させる場合、ヒューズ抵抗器の大きさを増加させなくても優れた抵抗特性とヒューズ特性を示す廉価のヒューズ抵抗器及びその製造方法を提供するものである。

本発明の特徴によれば、抵抗体と、抵抗体を取り囲むように形成されて抵抗体に予め設定された値以上の電流が印加される場合に溶断（ｆｕｓｉｎｇ）されるヒューザブル・エレメント（ｆｕｓｉｂｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）層と、ヒューザブル・エレメント層の両端を覆うように形成されてヒューザブル・エレメント層を外部と電気的に連結させるキャップ（ｃａｐ）と、キャップの外側に取り付けられてヒューズ抵抗器が装着される他の回路素子とヒューザブル・エレメント層とを電気的に連結させるリード線と、ヒューザブル・エレメント層及びキャップを外部から絶縁させる絶縁膜とを含むヒューズ抵抗器が提供される。

本発明の他の特徴によれば、抵抗体を設ける段階と、抵抗体の周りにヒューザブル・エレメント層（このヒューザブル・エレメント層は、抵抗体に予め設定された値以上の電流が印加される場合に溶断する層）を形成する段階と、ヒューザブル・エレメント層の両端にヒューザブル・エレメント層を外部と電気的に連結させるキャップを形成する段階と、キャップの外側にリード線を形成する段階と、ヒューザブル・エレメント層及びキャップを外部から絶縁させる絶縁膜を形成する段階とを含むヒューズ抵抗器の製造方法が提供される。

本発明によれば、抵抗体１の表面上に温度係数が略２０００ｐｐｍ／℃以上であり、固有比抵抗値の低い銅のような物質からなるヒューザブル・エレメント層３を蒸着することにより、略２０〜４７０ｍΩ程度の極低（微小）の抵抗値を有するヒューズ抵抗器を製造することができる。

このように、極低抵抗値を有するヒューズ抵抗器は過負荷時にも過多に発熱しないため、ヒューズ固有の機能を全て行うことができ、過電流防止のために構成された回路においてダイオード（ｄｉｏｄｅ）、キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、トランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの瞬間短絡（ｓｈｏｒｔ）現象として発生する過電流を予め遮断するために用いられ、電子機器回路上の各線路の最小電流によって０．０２〜２Ωまで既存のヒューズ抵抗器に取って代わることができる。

また、本発明によるヒューズ抵抗器の製造方法は、従来のヒューズ抵抗器製造工法を応用しているので、特定の設備投資なしに本発明を具現することができるようになり、高い生産性を達成することができるという効果がある。

以下、添付した図面を参照して本発明の好適実施例に対して説明することにする。図１乃至図６は本発明の好適実施例によるヒューズ抵抗器の製造方法を段階別に例示した斜視図である。

まず、図１に示すように、棒（ｒｏｄ）形状の抵抗体１の表面上に導電性物質からなる導電層２を積層する。本実施例において、抵抗体１は高純度のセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）のような材料で形成される。導電性物質としてはニッケル−クロムが用いられるが、このような導電性物質は従来のヒューズ抵抗器の製造方法で用いられる、例えば無電解メッキ方法を通じて抵抗体１の表面上に積層される。

続いて、図２に示すように、導電層２の表面上にヒュージング特性を有するヒューザブル・エレメント層（ｆｕｓｉｂｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）３を積層する。ヒューザブル・エレメント層３は抵抗体１に過電流が流れる場合に発生する熱によって溶融して溶断される。ここで、温度係数（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）はヒュージング特性を決定する最も重要な物質的特性である。温度係数が高い場合、電流値が増加する時に発生するジュール熱（Ｊｏｕｌｅ’ｓ ｈｅａｔ）によってヒューザブル・エレメント層３の抵抗値が上昇するようになる。これにより、ジュール熱によってヒューザブル・エレメント層３の温度が融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）まで上昇し、ヒューザブル・エレメント層３が溶断される。

本実施例において、ヒューザブル・エレメント層３の材料として銅（Ｃｕ）を含む物質を用いるが、銅は温度係数が高くて比抵抗値が低いだけでなく融点も低いので、電気的に優れたヒューズとして作用することができる。本実施例においてはヒューザブル・エレメント層３が銅（Ｃｕ）を含む材料で形成されるが、本発明はこれに限定されず、銅以外にも温度係数が略２０００ｐｐｍ／℃以上の物質として固有比抵抗値が略１×１０^-8〜５０×１０^-8Ω・ｍ（ｏｈｍ ｍｅｔｅｒ）程度に低い物質であればいかなる材料を用いてもよい。

このようなヒューザブル・エレメント層３は電解メッキ方法で導電層２の表面上に蒸着することができる。もう１つの方式として、電解メッキ方法以外にスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法などを用いてヒューザブル・エレメント層３を抵抗体１の表面上に直接蒸着することもできる。このように、電解メッキ方法を用いずにヒューザブル・エレメント層３を積層する場合には上記の導電層２を省略することができる。

次に、図３に示すように、ヒューザブル・エレメント層３が大気中で酸化することを防止するために、ヒューザブル・エレメント層３の表面上に酸化防止層４を蒸着する。例えば、酸化防止層４は銀ペースト（Ａｇ ｐａｓｔｅ）をスプレー（ｓｐｒａｙ）技法を用いて蒸着することができる。このような酸化防止層４を省略してヒューザブル・エレメント層３の表面上に後述するシリコン塗料などの保護膜を直接形成することもできる。

しかし、製造工程中にヒューザブル・エレメント層３が大気中で酸化し得るので、酸化防止層４を積層するのが有利である。以上のように、３つの層２、３、４で形成された第１構造物１０両端の抵抗値は、積層された各層２、３、４の物質種類と厚さによって決定され、本実施例の場合、略５ｍΩ（ｍｉｌｌｉ ｏｈｍ）以下の極低抵抗値を有するようになる。

続いて、図４に示すように、構造物（１０）の両端を覆うように鉄（Ｆｅ）のような導電性物質のキャップ（ｃａｐ）５を設けて第２構造物２０を形成する。このキャップ５を通じて、ヒューザブル・エレメント層３は導電体である酸化防止層４を経て外部と電気的に連結されることができる。第２構造物２０両端の抵抗値は１〜１５ｍΩ程度に維持される。

次に、図５に示すように、３つの層２、３、４に螺旋形の溝（ｇｒｏｏｖｅ）６を形成して第３構造物３０を形成する。第３構造物４０両端の最終抵抗値は通常２０〜４７０ｍΩ程度に維持される。このような最終抵抗値は第１構造物１０の両端の抵抗値及びトリミングの回転数、即ちトリミングターン（ｔｕｒｎ）数によって決定される。さらに詳細には、トリミング後の最終抵抗値はトリミングターン数によって決定され、ターン数は１〜２ターン前後で決定される。トリミングターン数によって決定された抵抗値に応じて、ヒューズなどの定格電流に対応する特性が決定され得る。

最後に、図６に示すように、キャップ５の外側にリード線７を溶接などにより取り付ける。このリード線７はヒューズ抵抗器が装着される回路基板とヒューザブル・エレメント層３とを電気的に連結させる。その後、第３構造物３０の外側を絶縁性塗料でコーティングして保護被膜８を形成することによって、本発明によるヒューズ抵抗器４０を完成する。ここで、保護被膜８はヒューザブル・エレメント層３とキャップ５を外部から絶縁させ、その内部にあるそれぞれの各構成要素を外部の衝撃から保護する。保護被膜８の外側面はヒューズ抵抗器４０の定格電流などを表示することができるように不燃性塗料で形成することが好ましい。

図７は、従来のヒューズ抵抗器と本発明によるヒューズ抵抗器に対する発熱温度の測定結果のグラフを示す。発熱温度測定に用いられた従来のヒューズ抵抗器は韓国のスマート電子株式会社の製品（モデル名ＦＮＳ２Ｗ）で定格電力２Ｗ（Ｗａｔｔ）、抵抗値０．４７Ω、長さ１２ｍｍ（リード線を除く）であり、本発明によるヒューズ抵抗器は上記スマート電子株式会社の製品（モデル名ＳＰＦ１Ｗ）で定格電力１Ｗ、抵抗値０．０２Ω、長さ６．５ｍｍ（リード線を除く）である。発熱温度の測定は各ヒューズ抵抗器のリード線に温度センサを連結した後、２．５Ａ（ａｍｐｅｒｅ）の電流を印加する時の温度を５分間隔で測定した。測定に用いられた温度測定器は日本の横川電機株式会社（登録商標）の製品（モデル名μ１８００）を用いた。

図７に示すように、従来のヒューズ抵抗器は測定後５分が過ぎて２７．５℃から１０５．８℃に上昇して１時間後は１１２．２℃まで温度が上昇し、本発明によるヒューズ抵抗器は測定後５分が過ぎて２７．５℃から３４．８℃に上昇して１時間後は３６．１℃まで温度が上昇した。通常、ヒューズ抵抗器の定格電力が高いほど発熱温度が低くなるが、本発明によるヒューズ抵抗器の定格電力が従来のヒューズ抵抗器定格電力より低いにもかかわらず従来のヒューズ抵抗器発熱温度より相当低く、温度上昇幅も少ないことが分かる。

従って、従来のヒューズ抵抗器は回路基板上に直接接触して装着できず、ある程度基板から離隔されて設けられていたため、電子機器回路の小型化が困難であったが、本発明によるヒューズ抵抗器は上記したような特徴によって回路基板に直接設けられることができ、電子機器回路の小型化を図ることができるという特徴がある。

図８は、従来のヒューズ抵抗器と本発明によるヒューズ抵抗器に対する電流−時間の特性のグラフを示す。ここで、点線は従来のヒューズ抵抗に対する電流−時間特性の曲線を示し、実線は本発明によるヒューズ抵抗器に対する電流−時間特性の曲線を示している。ヒューズ抵抗器の電流−時間の特性の測定に用いられたヒューズ抵抗器は発熱温度の測定時に用いられたものと同一であり、設定された電流値をヒューズ抵抗器に一定に供給してこれらが溶断されればその時間値を表示する溶断測定機は、プロテック（ＰＲＯＴＥＣＨ）株式会社（韓国）の製品（モデル名ＴＦＴ−８７１１Ｅ）を用いて測定した。

図８に示すように、従来のヒューズ抵抗器は７Ａ以下の電流でも溶断されるが、本発明によるヒューズ抵抗器は７Ａ以上の電流でも用いることができることが分かる。即ち、本発明によるヒューズ抵抗器は従来のヒューズ抵抗器が用いられない高電流（７Ａ）以上でも用いることができるという特徴がある。

本発明の実施例によるヒューズ抵抗器の製造方法を段階別に例示した斜視図である。 本発明の実施例によるヒューズ抵抗器の製造方法を段階別に例示した斜視図である。 本発明の実施例によるヒューズ抵抗器の製造方法を段階別に例示した斜視図である。 本発明の実施例によるヒューズ抵抗器の製造方法を段階別に例示した斜視図である。 本発明の実施例によるヒューズ抵抗器の製造方法を段階別に例示した斜視図である。 本発明の実施例によるヒューズ抵抗器の製造方法を段階別に例示した斜視図である。 従来のヒューズ抵抗器と本発明によるヒューズ抵抗器に対する発熱温度の測定結果を示すグラフである。 従来のヒューズ抵抗器と本発明によるヒューズ抵抗器に対する電流−時間特性を示すグラフである。

Claims (18)

1. ヒューズ抵抗器において、
   抵抗体と、
   前記抵抗体を取り囲むように形成され、前記抵抗体に予め設定された値以上の電流が印加される場合に溶断されるヒューザブル・エレメント層と、
   前記ヒューザブル・エレメント層の両端を覆うように形成され、前記ヒューザブル・エレメント層を外部と電気的に連結させるキャップと、
   前記キャップの外側に取り付けられ、前記ヒューズ抵抗器が装着される他の回路素子と前記ヒューザブル・エレメント層とを電気的に連結させるリード線と、
   前記ヒューザブル・エレメント層及び前記キャップを外部から絶縁させる絶縁膜と、を備えるヒューズ抵抗器。
2. 前記ヒューザブル・エレメント層は銅を含む材料で形成される請求項１に記載のヒューズ抵抗器。
3. 前記ヒューザブル・エレメント層は温度係数が略２０００ｐｐｍ／℃以上であり、固有比抵抗値が略１×１０^-5〜５０×１０^-5Ω・ｍである物質で形成される請求項１に記載のヒューズ抵抗器。
4. 前記ヒューザブル・エレメント層を取り囲むように形成され、前記ヒューザブル・エレメント層が酸化することを防止する酸化防止層をさらに含む請求項１に記載のヒューズ抵抗器。
5. 前記酸化防止層は銀ペーストを含む材料からなる請求項４に記載のヒューズ抵抗器。
6. 前記抵抗体と前記ヒューザブル・エレメント層の間に形成され、導電性物質からなる導電層をさらに含む請求項１又は請求項４に記載のヒューズ抵抗器。
7. 前記導電層はニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）を含む材料で形成される請求項６に記載のヒューズ抵抗器。
8. 前記ヒューザブル・エレメント層、前記酸化防止層および前記導電層を貫通して前記抵抗体に到達する溝が設けられる請求項６に記載のヒューズ抵抗器。
9. 前記溝は前記抵抗体の外周面に沿って螺旋形に形成される請求項８に記載のヒューズ抵抗器。
10. ヒューズ抵抗器を製造する方法において、
    抵抗体を備える段階と、
    前記抵抗体の周りにヒューザブル・エレメント層を形成する段階と、
    前記ヒューザブル・エレメント層の両端に上記ヒューザブル・エレメント層を外部と電気的に連結させるキャップを形成する段階と、
    前記キャップの外側にリード線を形成する段階と、
    前記ヒューザブル・エレメント層及び前記キャップを外部から絶縁させる絶縁膜を形成する段階と、
    を備えるヒューズ抵抗器の製造方法。
11. 前記ヒューザブル・エレメント層は銅を含む材料で形成される請求項１０に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。
12. 前記ヒューザブル・エレメント層は温度係数が略２０００ｐｐｍ／℃以上であり、固有比抵抗値が略１×１０^-5〜５０×１０^-5Ω・ｍである物質で形成される請求項１０に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。
13. 前記ヒューザブル・エレメント層の周りに前記ヒューザブル・エレメント層が酸化することを防止する酸化防止層を形成する段階をさらに含む請求項１０に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。
14. 前記酸化防止層は銀ペーストを含む材料からなる請求項１３に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。
15. 前記抵抗体と前記ヒューザブル・エレメント層との間に導電性物質からなる導電層を形成する段階をさらに含む請求項１０又は請求項１３に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。
16. 前記導電層はニッケル−クロムを含む材料で形成される請求項１５に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。
17. 前記ヒューザブル・エレメント層、前記酸化防止層および前記導電層を貫通して前記抵抗体に到達する溝を設ける段階をさらに含む請求項１５に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。
18. 前記溝は前記抵抗体の外周面に沿って螺旋形に形成される請求項１７に記載のヒューズ抵抗器の製造方法。

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