JP2006286224A - チップ型ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】 チップ型ヒューズにおいて、より優れた速断性及びより明確な溶断可能電流値を得ること。
【解決手段】 絶縁基板１と、絶縁基板１の両端部に形成された一対の端面電極２と、絶縁基板１の上面に形成され一対の端面電極２に両端が接続された金属のヒューズ部４と、ヒューズ部４の上下に設けられヒューズ部４を構成する金属よりも低融点の下部融解性樹脂８及び上部融解性樹脂９と、を備えている。これにより、低融点の下部融解性樹脂８及びが上部融解性樹脂９が先に融解を起こして液状化することによって、ヒューズ部４付近の熱伝導率が急激に下がる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過電流による回路破壊を防止するため各種電子機器に使用されるチップ型ヒューズに関する。

電子機器に故障等で生じた過電流の流入により回路破壊が発生することを防止するためにヒューズが用いられているが、近年、装置の小型化に伴って配線板等に表面実装が容易で量産性に優れたチップ型ヒューズが採用されるようになってきた。
従来、例えば特許文献１には、耐パルス性を向上させるために非直線状となるように折り返されたヒューズ部を基板上に備えたチップ形ヒューズが提案されている。
また、特許文献２には、ヒューズ膜の溶断部下にシリコーン系樹脂が充填されていると共に、ヒューズ膜をエポキシ系樹脂の保護膜で覆ったチップヒューズが提案されている。

特開平１１−９６８８５号公報（特許請求の範囲、図１） 特開２００４−３１９１６８号公報（特許請求の範囲、図１）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、ヒューズ特性として、ヒューズ部のより優れた速断性が要望されていると共に、溶断しない電流値と溶断する時の電流値とをより明確に区別可能とすることが要望されている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、より優れた速断性及びより明確な溶断可能電流値を得ることができるチップ型ヒューズを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のチップ型ヒューズは、絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に形成された一対の電極と、前記絶縁基板の上面に形成され前記一対の電極に両端が接続された金属のヒューズ部と、前記ヒューズ部の上下の少なくとも一方に設けられ前記ヒューズ部を構成する金属よりも低融点の融解性樹脂と、を備えていることを特徴とする。

このチップ型ヒューズでは、ヒューズ部を構成する金属よりも低融点の融解性樹脂がヒューズ部の上下の少なくとも一方に設けられているので、低融点の融解性樹脂が先に融解を起こして液状化することによって、ヒューズ部付近の熱伝導率が急激に下がる。これにより、熱がこもり易くなって温度上昇速度が大きくなり、温度がヒューズ部の融点まで急速に達して溶断し易くなる。したがって、速断性が向上すると共に、相転移的な変化を起こすことで溶断しない電流値と溶断する時の電流値とをより明確に区別することが可能になる。

また、本発明のチップ型ヒューズは、前記融解性樹脂が、前記ヒューズ部の近傍にのみ形成されていることを特徴とする。すなわち、このチップ型ヒューズでは、融解性樹脂が、ヒューズ部の近傍にのみ形成されているので、融解性樹脂が融解し、ヒューズ部が溶断した際も、絶縁基板を含むヒューズ全体の剛性はほとんど低下せず、良好な実装状態を維持することができる。

また、本発明のチップ型ヒューズは、前記ヒューズ部が、前記一対の電極に両端が接続された第１金属層と、前記第１金属層の所定の中間部分に直接又は他の金属層を介して積層され前記第１金属層よりも低融点な金属で形成された第２金属層と、を備え、前記融解性樹脂が、前記第２金属層を構成する金属よりも低融点であることを特徴とする。すなわち、このチップ型ヒューズでは、融解性樹脂が、第２金属層を構成する金属よりも低融点であるので、第２金属層より先に融解性樹脂が融解して、第２金属層の融点まで急速に温度上昇させることで、溶けた第２金属層の第１金属層への拡散を急激に進行させて、溶断し易くすることができる。

さらに、本発明のチップ型ヒューズは、前記第２金属層が、Ｓｎで形成され、前記融解性樹脂が、フッ素樹脂又はエポキシ系樹脂であることを特徴とする。すなわち、このチップ型ヒューズでは、第２金属層が融点２３２℃のＳｎであり、それより低い融点（例えば２００℃付近）で難燃性材料であるフッ素樹脂又はエポキシ系樹脂の融解性樹脂を選択して用いるので、速断性を確実に向上させることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るチップ型ヒューズによれば、ヒューズ部を構成する金属よりも低融点の融解性樹脂がヒューズ部の上下の少なくとも一方に設けられているので、低融点の融解性樹脂が先に融解を起こして、ヒューズ部付近の熱伝導率を急激に低下させて、ヒューズ部の速断性を向上させると共に、相転移的変化によりさらに明確化された溶断可能電流値を得ることができる。

以下、本発明に係るチップ型ヒューズの一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。

本実施形態のチップ型ヒューズは、図１に示すように、絶縁基板１と、絶縁基板１の両端部に形成された一対の端面電極２と、絶縁基板１の上面に形成され一対の端面電極２に両端が接続された金属のヒューズ部４と、を備えている。
上記絶縁基板１は、絶縁性及び耐熱性が良好なアルミナセラミックス基板、ガラス基板又は樹脂基板等である。この絶縁基板１の裏面には、Ａｇ（銀）系樹脂（Ａｇペースト等）で形成された一対の裏面電極３が両端に設けられている。

上記ヒューズ部４は、一対の端面電極２に両端が接続され銅箔で形成された銅層５ａ及びＡｇめっきによる銀層５ｂからなる第１エレメント（第１金属層）５と、第１エレメント５の溶断部となる所定の中間部分に積層され第１エレメント５よりも低融点な金属で形成された第２エレメント（第２金属層）６と、を備えている。すなわち、この第２エレメント６を構成する金属材料は、第１エレメント５の金属材料よりも融点が低く、第１エレメント５の金属材料と合金化することで、第１エレメント５の融点を下げるものが選択される。したがって、過電流が印加された場合、この第２エレメント６の形成箇所が溶断の主要部となる。本実施形態では、第２エレメント６をＳｎ（錫）で形成している。

上記第１エレメント５は、絶縁基板１上に、例えばエポキシ系樹脂シート、アクリル系樹脂シート又はシリコーン系樹脂シート等の接着シート７を介して設けられている。なお、第１エレメント５は、所望の溶断特性に合わせて厚さやパターン形状が決定される。また、第１エレメント５の両端には、端面電極２と接続された表面電極５ｃがパターン形成されている。なお、本実施形態では、第１エレメント５を１００ｎｍ〜２０μｍの厚さに設定している。

上記接着シート７には、第１エレメント５の溶断部となる所定の中間部分が重なる領域に円形の切り欠き部７ａが形成されている。この切り欠き部７ａには、下部融解性樹脂８が充填されている。すなわち、下部融解性樹脂８は、第１エレメント５の下部に接して配されている。さらに、第１エレメント５及び第２エレメント６上には、これらを覆うように上部融解性樹脂９が形成されている。

これら下部融解性樹脂８及び上部融解性樹脂９は、第２エレメント６を構成する金属よりも低融点の樹脂で形成されている。すなわち、本実施形態では、第２エレメント６がＳｎで形成されているのに対し、融点２３２℃のＳｎよりも低融点であるフッ素樹脂又はエポキシ系樹脂で下部融解性樹脂８及び上部融解性樹脂９が形成されている。なお、フッ素樹脂及びエポキシ系樹脂は、Ｓｎの融点２３２℃よりも低い融点（例えば、２００℃程度）で難燃性材料のものが選択される。

また、上部融解性樹脂９及び第１エレメント５上には、これらを覆うようにフィラー含有エポキシ系樹脂等の保護用樹脂１０が設けられている。
上記端面電極２は、導電性樹脂ペースト又はスパッタにより形成され、本実施形態では、Ａｇ系樹脂（Ａｇペースト等）で形成されている。また、端面電極２及び裏面電極３上には、これらを覆うようにＣｕ、Ｎｉ（ニッケル）又はＳｎ等で端面電極メッキ部１１が形成されている。

次に、本実施形態のチップ型ヒューズの製造方法について、図２から図３を参照して説明する。

まず、図２の（ａ）に示すように、絶縁基板１上に、切り欠き部７ａを予め形成した接着シート７をラミネート方式により貼り付ける。なお、予め切り欠き部７ａを形成せず、接着シート７を貼り付けた後に、切り欠き部７ａを形成しても構わない。次に、図２の（ｂ）に示すように、スクリーン印刷又はポッティングにより、切り欠き部７ａ内に、フッ素樹脂又はエポキシ系樹脂である下部融解性樹脂８を充填する。

そして、図２の（ｃ）に示すように、銅箔を接着シート７上にラミネート方式で貼り合わせ、さらに熱圧着することで銅層５ａを形成する。なお、スパッタ等の薄膜プロセスを用いて銅層５ａを形成しても構わない。次に、図２の（ｄ）に示すように、所望の溶断特性に合わせてフォトリソグラフィ技術によるパターンエッチングを施し、絶縁基板１の両端に位置する一対の表面電極５ｃを形成すると共に、表面電極５ｃを連結する所望の形状に銅層５ａをパターン形成する。このとき、銅層５ａを、切り欠き部７ａ上、すなわち下部融解性樹脂８上の範囲内となるようにパターニングする。

次に、図３の（ａ）に示すように、表面電極５ｃ及び銅層５ａの上に、バリヤ層としてＡｇめっきにより銀層５ｂを形成する。これら銅層５ａと銀層５ｂとで第１エレメント５が構成される。さらに、図３の（ｂ）に示すように、第１エレメント５において溶断部となる所定の中間部分に、Ｓｎめっきにより第２エレメント６をパターニングして積層する。なお、この際、ＮｉめっきによるＮｉ層（他の金属層）を介して第２エレメント６を積層しても構わない。
このように、第１エレメント５及び第２エレメント６によりヒューズ部４が構成される。

次に、図３の（ｃ）に示すように、ヒューズ部４上に、これを覆うようにスクリーン印刷等によりフッ素樹脂又はエポキシ系樹脂の上部融解性樹脂９を形成し、さらに、その上にスクリーン印刷等によりフィラー含有エポキシ系樹脂等の保護用樹脂１０を形成する。そして、保護用樹脂１０形成後に、絶縁基板１の裏面に一対の裏面電極３を導電性樹脂の印刷硬化等によりパターン形成する。なお、第１エレメント５の形成前に裏面電極３を形成する場合は、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等で形成することもできる。なお、ここまでの工程は、絶縁基板１を複数のチップ状に分割する以前の１枚の平板状態で複数を一括して処理する。

そして、平板状態の絶縁基板１を短冊状に一次分割し、その絶縁基板１の端面に、Ａｇペーストの端面電極２を形成する。さらに、端面電極２及び裏面電極３上に、図３の（ｄ）に示すように、これらを覆うようにＣｕ、Ｎｉ（ニッケル）又はＳｎめっき等で端面電極メッキ部１１を形成することで、本実施形態のチップ型ヒューズが作製される。

この本実施形態のチップ型ヒューズでは、ヒューズ部４を構成する金属よりも低融点の下部融解性樹脂８及び上部融解性樹脂９がヒューズ部４の上下に形成されているので、融点が２３２℃のＳｎより融点の低いフッ素樹脂又はエポキシ系樹脂が第２エレメント６よりも先に融解を起こして液状化することによって、ヒューズ部４付近の熱伝導率が急激に下がり、熱がこもり易くなって温度上昇速度が大きくなる。これにより、溶けた第２エレメント６の第１エレメント５への拡散を急激に進行させて、温度が第１エレメント５の融点まで急速に達して溶断し易くなり、速断性が向上する。

また、相転移的な変化を起こすことで溶断しない電流値と溶断する時の電流値とをより明確に区別することが可能になる。したがって、本実施形態のチップ型ヒューズは、速断性の向上及び明確な溶断可能電流値が得られるため、例えば印加電流値の低い低定格品ヒューズ等に好適である。
また、下部融解性樹脂８及び上部融解性樹脂９が、ヒューズ部４の近傍にのみ形成されているので、下部融解性樹脂８及び上部融解性樹脂９が融解し、ヒューズ部４が溶断した際も、絶縁基板１を含むヒューズ全体の剛性はほとんど低下せず、良好な実装状態を維持することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、ヒューズ部４の上下に下部融解性樹脂８及び上部融解性樹脂９を設けているが、ヒューズ部４の上下のいずれか一方に同様の融解性樹脂を設けても構わない。なお、この場合、実装面側に近いヒューズ部４の下部に融解性樹脂を設けた方が、ヒューズ部４の上部に設けるよりも効果的である。

本発明に係る一実施形態のチップ型ヒューズを示す断面図である。 本実施形態のチップ型ヒューズの製造工程について、接着シートの貼り付けから銅層のパターンエッチングまでを工程順に示す斜視図である。 本実施形態のチップ型ヒューズの製造工程について、銀層の形成から端面電極メッキ部の形成までを工程順に示す斜視図である。

符号の説明

１…絶縁基板、２…端面電極、３…裏面電極、４…ヒューズ部、５…第１エレメント（第１金属層）、５ｃ…表面電極、６…第２エレメント（第２金属層）、８…下部融解性樹脂、９…上部融解性樹脂、１１…端面電極メッキ部

Claims (4)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の両端部に形成された一対の電極と、
   前記絶縁基板の上面に形成され前記一対の電極に両端が接続された金属のヒューズ部と、
   前記ヒューズ部の上下の少なくとも一方に設けられ前記ヒューズ部を構成する金属よりも低融点の融解性樹脂と、を備えていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
2. 請求項１に記載のチップ型ヒューズにおいて、
   前記融解性樹脂が、前記ヒューズ部の近傍にのみ形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
3. 請求項１又は２に記載のチップ型ヒューズにおいて、
   前記ヒューズ部が、前記一対の電極に両端が接続された第１金属層と、
   前記第１金属層の所定の中間部分に直接又は他の金属層を介して積層され前記第１金属層よりも低融点な金属で形成された第２金属層と、を備え、
   前記融解性樹脂が、前記第２金属層を構成する金属よりも低融点であることを特徴とするチップ型ヒューズ。
4. 請求項３に記載のチップ型ヒューズにおいて、
   前記第２金属層が、Ｓｎで形成され、
   前記融解性樹脂が、フッ素樹脂又はエポキシ系樹脂であることを特徴とするチップ型ヒューズ。
   

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