JP2006318896A

JP2006318896A - チップ型ヒューズ

Info

Publication number: JP2006318896A
Application number: JP2006108903A
Authority: JP
Inventors: Akira Muranaka; 亮村中; Kenji Takita; 賢二滝田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】チップ型ヒューズにおいて、耐パルス性と溶断位置の安定とを両立させること。
【解決手段】絶縁基板と、絶縁基板の両端部に形成された一対の端面電極と、絶縁基板の上面に形成され一対の端面電極に両端が接続された帯状のヒューズ部１３と、を備え、ヒューズ部１３が、少なくとも一つの屈曲部１８ａを途中に有し、屈曲部１８ａの外周縁が、少なくとも一部分矩形状に形成されていると共に、屈曲部１８ａの内周縁が、少なくとも一部分円弧状に形成されている。これにより、屈曲部１８ａの内外周縁が両方とも矩形状又は円弧状に形成されている場合に比べて、抵抗値及び温度が共に低下する。
【選択図】図２

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、電源投入時等に生じるパルス的な電流で溶断してしまわないように耐パルス性を向上させるため、ヒューズ素子の長さを電極間距離よりも長くしたチップ型ヒューズが提案されている。

また、特許文献２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素子を備えたチップ型ヒューズが提案されている。
これらのチップ型ヒューズは、図１０に示すように、例えば一対の電極１の間に設けられたヒューズ素子２がミアンダ状に形成されて、ヒューズ素子２を長く設定したものである。

特開２００４−１３４０９１号公報（特許請求の範囲、図１）特開平１１−９６８８５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。
上記特許文献１及び２に記載の技術では、電極間ヒューズ素子の長さを長くすることで耐パルス性は改善されるが、さらに性能を向上させるためには、ヒューズ素子をより長くする必要がある。しかしながら、ヒューズ素子が長くなると、幅及び厚さの寸法のばらつきが原因で製品抵抗値のばらつきが大きくなるおそれがある。このため、耐パルス性に優れても、通常の溶断時に溶断位置が安定しないという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、耐パルス性と溶断位置の安定とを両立させ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帯状のヒューズ部と、を備え、前記ヒューズ部が、少なくとも一つの屈曲部を途中に有し、前記屈曲部の外周縁が、少なくとも一部分矩形状に形成されていると共に、前記屈曲部の内周縁が、少なくとも一部分円弧状に形成されていることを特徴とする。

このチップ型ヒューズでは、屈曲部の外周縁が少なくとも一部分矩形状に形成されていると共に、屈曲部の内周縁が少なくとも一部分円弧状に形成されているので、屈曲部の内外周縁が両方とも矩形状又は円弧状に形成されている場合に比べ、内周縁の円弧状としたことによる抵抗値低減効果と外周縁を矩形状としたことによるヒートマス効果とを両立でき、溶断部の発熱を効果的に拡散させ、溶断部温度を低下させ耐パルス性が向上する。今まで耐パルス性を向上させるためヒューズ部長さをより長くしていたが、この屈曲部効果によれば、より短いヒューズ部で同等の効果を得ることが可能となる。

また、本発明のチップ型ヒューズは、前記ヒューズ部が、前記屈曲部による複数の折り返し部を有したミアンダ状に形成されていることを特徴とする。このチップ型ヒューズでは、ヒューズ部がミアンダ状に形成されているので、折り返し部の個数、すなわち折り返し回数でヒューズ部の長さを容易に調整することができると共に耐パルス特性の設定を容易に行うことができる。

さらに、本発明のチップ型ヒューズは、前記屈曲部のうち少なくとも一つが、前記ヒューズ部の他の部分より幅広に形成されていることを特徴とする。すなわち、このチップヒューズでは、少なくとも一部の屈曲部が幅広に形成されているので、外周縁で得られるヒートマス効果がより大きくなると共に、断面積増加による抵抗値低減効果が得られ、耐パルス性をより向上できる。

また、本発明のチップ型ヒューズは、前記幅広に形成された屈曲部が、過電流流入時に溶断する領域に隣接するものであることを特徴とする。前記屈曲部は、折り返し部の一部もしくは全てにあっても屈曲部の効果に問題はないが、溶断部が最も高温となるため、少なくとも溶断部に隣接した折り返し部を幅広に形成することで、耐パルス性の向上を効果的に得られる。

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、屈曲部の外周縁が少なくとも一部分矩形状に形成されていると共に、屈曲部の内周縁が少なくとも一部分円弧状に形成されているので、内周縁を円弧状としたことによる抵抗値低減効果と外周縁を矩形状としたことによるヒートマス効果とを両立でき、溶断部の発熱を効果的に拡散させ、溶断部温度を低下させ耐パルス性が向上する。この効果により、耐パルス性を向上させるためヒューズ部長さを長くしなくても、より短いヒューズ部で同等の効果を得ることが可能となる。

以下、本発明に係るチップ型ヒューズの第１実施形態を、図１から図４を参照して説明する。

本実施形態のチップ型ヒューズは、図１及び図２に示すように、絶縁基板１１と、絶縁基板１１の両端部に形成された一対の端面電極１２と、絶縁基板１１の上面に形成され一対の端面電極１２に両端が接続された帯状のヒューズ部１３と、を備えている。
上記絶縁基板１１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１１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１４が両端に設けられている。

上記ヒューズ部１３は、一対の端面電極１２に両端が接続され銅箔をラミネート方式で貼り付けた銅層１５ａ及びＡｇめっきによる銀層１５ｂからなる第１エレメント１５と、第１エレメント１５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１５よりも低融点な金属で形成された第２エレメント１６と、を備えている。

すなわち、この第２エレメント１６を構成する金属材料は、第１エレメント１５の金属材料よりも融点が低く、第１エレメント１５の金属材料と合金化することで、第１エレメント１５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１６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１６をＳｎ（錫）めっきでパターン形成している。なお、第２エレメント１６を、第１エレメント１５上にＮｉめっきによるＮｉ層（他の金属層）を介して積層しても構わない。

上記第１エレメント１５は、絶縁基板１１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１７を介して設けられている。また、第１エレメント１５の両端には、端面電極１２と接続された表面電極１５ｃがパターン形成されている。

さらに、ヒューズ部１３は、図２に示すように、屈曲部１８ａによる複数の折り返し部１８を有したミアンダ状に形成されている。上記屈曲部１８ａは、その外周縁が直角の矩形状に形成されていると共に、その内周縁が円弧状に形成されている。
また、過電流流入時に溶断する領域、すなわち第２エレメント１６の形成箇所を主要部とする溶断領域に隣接する一対の折り返し部１８は、第１エレメント１５の他の部分より幅広に形成されている。
なお、第１エレメント１５の銅層１５ａは、上記ミアンダ形状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で表面電極１５ｃと共に形成される。

上記接着シート１７には、第１エレメント１５の溶断部となる所定の中間部分（第２エレメント１６の形成箇所を主要部とする溶断領域）が重なる領域に円形の切り欠き部１７ａが形成されている。なお、この接着シート１７は、絶縁基板１１上にラミネート方式により貼り付けられる。
上記切り欠き部１７ａには、アンダーレイヤー樹脂１９が充填されている。すなわち、アンダーレイヤー樹脂１９は、第１エレメント１５の下部に接して配されている。なお、このアンダーレイヤー樹脂１９は、スクリーン印刷又はポッティングにより切り欠き部１７ａに充填される。

さらに、第１エレメント１５及び第２エレメント１６上には、これらを覆うようにアンダーコート樹脂２０が形成されている。
上記アンダーレイヤー樹脂１９は、例えばシリコーン系樹脂で形成されていると共に、上記アンダーコート樹脂２０は、例えばエポキシ系樹脂でスクリーン印刷等により形成されている。

また、上記アンダーコート樹脂２０及び第１エレメント１５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２１がスクリーン印刷等により形成されている。
上記端面電極１２は、絶縁基板１１の端面に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、上記裏面電極１４は、絶縁基板１１の裏面に導電性樹脂の印刷硬化等によりパターン形成される。
さらに、端面電極１２及び裏面電極１４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２２が形成されている。

このように本実施形態のチップ型ヒューズでは、屈曲部１８ａの外周縁が矩形状に形成され、屈曲部１８ａの内周縁が円弧状に形成されていると共に、溶断領域に隣接する折り返し部１８がヒューズ部１３の他の部分より幅広に形成されているので、当該屈曲部１８の内周縁を円弧状としたことによる抵抗値低減効果と外周縁を矩形状としたことによるヒートマス効果とを両立でき、溶断部の発熱を効果的に拡散させ、耐パルス性を向上させることが可能となる。上記耐パルス性向上効果により、ヒューズ部１３を短く設定した場合でも、従来と同様の効果が得られる。また、ヒューズ部１３がミアンダ状に形成されているので、折り返し部１８の個数，すなわち折り返し回数でヒューズ部１３の長さを調節することができると共に耐パルス特性の設定を容易に行うことができる。

次に、本実施形態のチップ型ヒューズについて、抵抗値及び温度についてシミュレーションした結果を、図３及び図４を参照して説明する。

本シミュレーションでは、図３に示すパターン形状のヒューズ部１００について、その中央に形成された折り返し部１０１の屈曲部形状を変えて抵抗値及び温度の計算を行った。まず、従来の基本形として、図４の（ａ）に示すように、屈曲部の外周縁及び内周縁のいずれも直角の矩形状に形成されたものをパターン１として、その抵抗値及び温度を１００％とした。

これに対して、本実施形態のチップ型ヒューズで採用する屈曲部として、図４の（ｂ）に示すように、その外周縁が直角の矩形状に形成されていると共にその内周縁にＲを設けて円弧状内周縁としたパターン２について、上記従来のパターン１との相対的比較でシミュレーションを行った。なお、もう一つの比較例として、従来の屈曲部パターンとして、屈曲部の外周縁及び内周縁のいずれもＲを設けて円弧状としたパターン３についても、同様にパターン１との相対的比較でシミュレーションを行った。これらのシミュレーションの結果を、表１に示す。

シミュレーション結果から、本発明のパターン２は、内周縁及び外周縁のいずれも矩形状の従来のパターン１に比べて、抵抗値及び温度のいずれも低下することがわかる。これに対し、内周縁及び外周縁のいずれも円弧状の従来のパターン３では、パターン１に比べて抵抗値が低下しているにも関わらず、温度が上昇してしまっていることがわかる。このように、本発明のパターン３では、抵抗値低減効果に加え、屈曲部の外周縁において熱拡散による温度低下効果を得ることができ、耐パルス性をさらに向上させることができる。

次に、本実施形態のチップ型ヒューズについて，ヒューズ部の他の例について図５を参照して説明する。
上記実施形態のヒューズ部１３が折り返し部を２つ有するミアンダ状に形成されているのに対し、他の例としてヒューズ部３３は，図５に示すように，折り返し部１８を４つ有するミアンダ状に形成されている。この場合、溶断部の発熱を効果的に拡散させるのは溶断部に隣接する部位であるが、隣接しない部位においても抵抗値低減による発熱の抑制効果が得られ、耐パルス性を向上させる。また、図６のように屈曲部を幅広とすることで上記効果が増す。

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１３が複数の折り返し部１８を有したミアンダ状に形成されているが、折り返し部１８を有さず、図７に示すように、２つの屈曲部１８ａからなるクランク状のヒューズ部を採用したものでも、屈曲部１８ａによる同様の効果を得ることができる。
また、２つ以上の折り返し部１８を有するヒューズ部の場合、折り返し部１８のうち過電流流入時に溶断する領域に隣接する一対について、図８に示すように、ヒューズ部の他の部分より幅広に形成することで、上記実施形態と同様にヒートマス効果を得ることができる。なお、溶断領域に隣接する折り返し部１８を幅広にすることが好ましいが、他の折り返し部１８でも幅広にすることで、抵抗値低減効果を得ることができる。さらに、図９の（ａ）（ｂ）に示すように、折り返し部１８の片側の屈曲部１８ａのみ外周縁を矩形状にし、内周縁を円弧状としても屈曲部１８ａでの効果は得られる。このように屈曲部の外周縁のうち、少なくとも一部分を矩形状にし、内周縁のうち、少なくとも一部分を円弧状としても構わない。

本発明に係る第１実施形態のチップ型ヒューズを示すヒューズ部に沿った断面図である。本実施形態のチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ部を示す平面図である。本発明に係るシミュレーションにおけるヒューズ部の基本パターンを示す平面図である。本発明に係るシミュレーションにおいて、折り返し部の従来のパターン１、本発明のパターン２及び従来のパターン３を示す平面図である。本実施形態のチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ部の他の例を示す平面図である。本発明に係る第２実施形態のチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ部を示す平面図である。本発明に係る実施形態のチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ部の他の例を示す平面図である。本発明に係る実施形態のチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ部の他の例を示す平面図である。本発明に係る実施形態のチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ部の他の例を示す平面図である。本発明に係る従来例のチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ部を示す平面図である。

符号の説明

１１…絶縁基板、１２…端面電極、１３、３３、４３…ヒューズ部、１４…裏面電極、１５ｃ…表面電極、１５…第１エレメント、１６…第２エレメント、１８…折り返し部、１８ａ…屈曲部、２２…端面電極メッキ部

Claims

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帯状のヒューズ部と、を備え、
前記ヒューズ部が、少なくとも一つの屈曲部を途中に有し、
前記屈曲部の外周縁が、少なくとも一部分矩形状に形成されていると共に、前記屈曲部の内周縁が、少なくとも一部分円弧状に形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
請求項１に記載のチップ型ヒューズにおいて、
前記ヒューズ部が、前記屈曲部による複数の折り返し部を有したミアンダ状に形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
請求項１又は２に記載のチップ型ヒューズにおいて、
前記屈曲部のうち少なくとも１つが、前記ヒューズ部の他の部分より幅広に形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
請求項３に記載のチップ型ヒューズにおいて、
前記幅広に形成された屈曲部が、過電流流入時に溶断する領域に隣接するものであることを特徴とするチップ型ヒューズ。