JP2007048700A - 可溶体、ヒューズ及びヒューズ入りコンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 基板に取り付ける際の熱の影響を受けないようにしたヒューズ及びヒューズ入りコンデンサを提供する。
【解決手段】 ヒューズ２は、可溶体４を有している。可溶体４には、金製の線材状の通電体６を備えている。この通電体６の周囲には、所定の温度で軟化する熱可塑性製の樹脂部８が設けられている。樹脂部８内には、錫製の粉末１０が混入されている。通電体６の両端は、端子１２、１４に結合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒューズ、このヒューズの一部をなす可溶体及びこのヒューズを用いたヒューズ入りコンデンサに関する。

従来、ヒューズとしては、例えば特許文献1に開示されているようなものがある。この特許文献1のヒューズは、２つの端子を一体に連結する連結部を設け、この連結部の少なくとも一部分に低融点金属を積層状に溶着したものである。端子と連結部とには、銅、銅合金、亜鉛又は亜鉛合金等が用いられ、低融点金属としては、金、ニッケルまたは錫等が用いられている。

特開平１０−１７２４１４号公報

しかし、このヒューズでは、融点の異なる金属からなる連結部と、低融点金属とを積層状に溶着したものであるので、両者が接触しており、このヒューズをプリント基板等に半田付け等する際の熱が両者に容易に伝導し、低融点金属と連結部とが合金化して、連結部が溶断することがある。特に、面実装部品では、半田槽の中に部品を浸漬するので、可溶体が積層状に溶着していると、半田槽に部品を浸漬したとき、容易に合金化し、可溶体が溶断することがある。

本発明は、基板に取り付ける際の熱の影響を受けないようにした可溶体を提供することを目的とする。さらに、このような可溶体を用いたヒューズ及びヒューズ入りコンデンサを提供することを目的とする。

本発明の一態様の可溶体は、通電体を有している。この通電体は、少なくとも1種類の金属または合金からなり、導電性を有している。この通電体は、例えば線材、板状または箔状等の種々の形状を持つことができる。この可溶体は、さらに、前記通電体と合金化可能であって、その合金の融点が前記通電体の融点よりも低い粉末を有している。合金化は、通電体及び粉末が受ける熱によって生じる。この粉末は、少なくとも1種類の金属または合金からなり、半田の溶融温度よりも低い融点を有しているものとできる。この粉末が混合された状態で前記通電体に樹脂が設けられている。樹脂は、粉末の融点よりも高い温度で、かつ半田の溶融温度よりも高い温度で流動化するものとすることもできる。或いは、樹脂は、粉末の融点よりも低い温度で流動化するもの、例えば半田の溶融温度よりも低い温度で軟化する熱可塑性樹脂や、半田の溶融温度よりも低い温度で既に流動化している低融点樹脂やゲル状樹脂を使用することもできる。

このように構成された可溶体では、樹脂が粉末の融点温度よりも高く、半田の溶融温度よりも高い温度で流動化するものであると、可溶体を供えた素子を半田付けするために、半田溶融温度に晒されたとしても、樹脂が溶融しない。このとき、樹脂内に分散している粉末の大部分は、通電体と接触することはなく、両者は殆ど合金化することはなく、可溶体が溶断することはない。半田の溶融温度よりも高い温度に晒され、それが比較的長い時間継続すると、溶融した粉末が通電体と接触し、通電体の多くの部分で合金化が生じ、可溶体が溶断する。

このように構成された可溶体において、樹脂が粉末の融点よりも低い温度で流動化している場合、半田の溶融温度に可溶体が晒されると、粉末が溶融するが、半田の溶融温度に晒される時間は短く、粉末と通電体とによって一部合金化されるが、可溶体の溶断には至らない。

樹脂としては、上述したように熱可塑性樹脂や低融点樹脂やゲル状樹脂を使用することができ、熱可塑性樹脂熱可塑性樹脂としてアクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、低融点樹脂としてＰＶＤＦ（ポリフッ化ビリニデン）、ゲル状樹脂としてシリコン樹脂等を使用することができる。

この可溶体では、粉末が混合された状態で、樹脂が通電体に設けられている。樹脂が基板付けの温度では溶融せず、それよりも高い温度である可溶体が溶断してほしい温度、即ち粉末の融点温度で初めて溶融するものであれば、基板付けの際に可溶体が溶融することはない。また、基板付けの温度において樹脂が流動化し、かつ粉末が溶融するとしても、粉末は樹脂内に分散して存在しているので、大部分の粉末と通電体とは直接に接触することが少ない。また、基板付けの際に粉末が溶融する温度が可溶体にかかっている時間は短かい。従って、通電体の表面が合金化されるのみで、溶断することはない。また、樹脂が基板付けの温度において流動化している熱可塑性樹脂や低融点樹脂やゲル状樹脂であっても、粉末の融点温度が基板付けの温度よりも高い場合には、粉末は溶融せず、溶断することはなく、粉末の融点温度以上の温度に或る時間にわたって晒された場合に可溶体は溶断する。しかも、粉末は、樹脂に混合されているので、空気に触れることがなく、酸化されにくい。酸化された場合には、所望の温度で溶断されにくくなるが、そのようなことはない。

前記通電体としては、例えば金単体を使用することができ、この場合、粉末としては錫粉末を用いる。或いは通電体として金−錫合金を使用し、前記粉末に錫粉末を使用することもある。

上述したような可溶体の前記通電体の両端にそれぞれ電極端子を設けることによってヒューズを構成することができる。この電極端子を適切に選択することによって面実装型のヒューズを構成することもできる。

上述したような可溶体と、陰極と陽極とを有するコンデンサ素子、例えばタンタルコンデンサと、陰極端子と、陽極端子とを、設け、可溶体の前記導電体の一端を前記コンデンサ素子の前記陰極に接続し、前記陰極端子に前記導電体の他端を接続し、前記陽極を前記陽極端子に接続することによってヒューズ入りコンデンサを構成することができる。このコンデンサも面実装型とすることもできる。

以上のように本発明によれば、基板に取り付ける際に、その取り付けの際に発生する熱によって溶断することがない可溶体や、この可溶体を用いたヒューズ及びヒューズ入りコンデンサを得ることができる。

本発明の第1の実施形態は、本発明による可溶体を備えたヒューズ、例えば表面実装用のチップ型ヒューズに関するものである。

このチップ型ヒューズ２が備える可溶体４は、通電体６を有している。この通電体６は、他の金属と接触している状態において加熱されると、他の金属と合金化することが可能な導電体、例えば金属または合金で、この実施形態では金である。この通電体６は、半田の溶融温度よりも高い融点を有している。この通電体６は、線材状、板状または箔状等の種々の形態をとることができるが、この実施形態では、線材、例えば直径７０μｍ、縦断面積が約０．００４平方ｍｍのものが使用されている。

この通電体６には、樹脂部８が設けられている。具体的には、通電体６の中途の部分を包囲するように樹脂部８が取り付けられている。例えば樹脂部８は、熱を加えることによって軟化し、冷却されることによって固化し、この軟化、冷却を温度変化に従って繰り返す熱可塑性樹脂製である。この熱可塑性樹脂は、その軟化し始める温度が、このチップ型ヒューズを基板に取り付けるために使用する半田の溶融温度、例えば摂氏２６０度よりも高く、例えばこの可溶体４が溶断して欲しい温度付近で軟化するものが望ましい。半田の溶融温度以下の温度で軟化するとしても、その温度に晒される時間が短く、かつ軟化温度よりも低い温度に再びなると、固化する点で、熱可塑性樹脂が樹脂部８として望ましい。この熱可塑性樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等を使用することができる。この実施形態では、アクリル樹脂を樹脂部８として使用している。

この樹脂部８内には、通電体６の金属と合金を形成することが可能な金属または合金の粉末１０が多数混入されている。この粉末１０は、その融点が、例えば半田の溶融温度よりも低いものである。この実施の形態では、この粉末として錫の粉末を使用している。図１では、粉末１０の大きさをかなり誇張して描いてある。この粉末１０は、樹脂部８内に混入されているので、各粉末１０の周囲は樹脂部８の樹脂によって覆われている。通電体６の金と錫の粉末との重量比は、金と錫との合金状態図を参照として、８０対２０乃至２０対８０とすることができ、例えば２５対７５とが使用されている。

なお、樹脂部８となる樹脂を溶剤によって溶かし、その中に粉末１０を混入し、この粉末混入の液状樹脂を通電体６の中途に塗布し、固化させることによって、粉末１０が混入した樹脂部８を形成する。

この実施形態で使用されている通電体６、粉末１０は、いずれも鉛を含んでいない。

この可溶体４において、その通電体６の両端には、それぞれ端子１２、１４が電気的及び機械的に結合されている。この結合は、例えば溶接によって行われる。端子１２、１４は、その側面形状がコ字状をなしている。即ち、ほぼ平行に間隔を隔てて位置する上部水平部と下部水平部とこれらをつなぐ垂直部とからなる。そして、コ字状の開いた部分が対向するように、いわば線対称に配置され、その上部水平部にそれぞれ通電体６の端部が結合されている。また、下部水平部が、プリント基板等の配線パターンに半田付けされる。この可溶体４及び端子１２、１４を、端子１２、１４の下部水平部及ぶ垂直部を除いて包囲するように外装部、例えば樹脂モールド部１６が設けられている。

このチップ型ヒューズ２は、上述したように端子１２、１４の下部水平部が半田付けによって、基板の配線パターンに半田付けされる。この際、半田が溶融する温度にまで、このチップ型ヒューズ２も加熱されるが、樹脂部８は、半田溶融温度では、軟化していない。従って通電体６と粉末１０とは、直接に接触せず、合金化は起こらない。

一般に、融点の高い金属と融点の低い金属とで合金化が行われると、その合金の融点は、両金属の中間の温度となる。従って、粉末１０と通電体６とが接触した状態で、粉末１０が溶融されると、通電体６と粉末１０とで合金化が生じ、その合金の融点以上になると溶断する。しかし、樹脂部８内に粉末１０が分散しているので、粉末１０の大部分は通電体６と直接に接触せず、合金化は生じず、溶断することはない。また、仮に、粉末１０の一部と通電体６とが接触していても、基板の配線パターンに半田付けされた際、半田溶融温度とされている時間は、比較的短いので、通電体６の表面層のみ合金化するだけであり、溶断することはない。即ち、基板等への半田付け時の加熱によって、可溶体４が溶断することはない。

このようにして基板等に半田付けされた後、通電体６に電流が流れたことにより発熱し、若しくは外部より熱をかけられた結果、樹脂部８の軟化温度以上になり、その状態が半田溶融温度とされる時間よりも長いと、樹脂部８が軟化し、溶融した粉末１０の大部分が通電体６と直接に接触するようになる。このとき、両者で合金が生じる。しかも、合金の融点温度は、通電体６の融点よりも低いので、通電体６において合金化された部分が溶断する。即ち、可溶体４が溶断し、ヒューズとして機能する。

このようにして構成したチップ型ヒューズ２において、１．０Ａの電流を流したときに溶断するまでの時間は、最大値が４３．３秒、最小値が７．２秒で、平均値が２２．３秒であった。また、５．０Ａの電流を流したとき、最大値が２．５秒、最小値が０．３秒、平均値が１．４秒であった。１．０Ａの電流において、例えば１００秒以下で溶断できれば、温度ヒューズとして使用することができ、５．０Ａの電流において５秒以下で溶断することができれば、電流ヒューズとして使用することができるので、このチップ型ヒューズ２は、温度ヒューズ及び電流ヒューズいずれとしても使用することが可能である。

なお、上記の実施の形態では、通電体６として単一金属の金を使用したが、これに限ったものではなく、合金を使用することもできる。例えば鉛を使用していないＡｕ−２０％Ｓｎ合金を使用することもできる。

本発明の第２の実施形態は、第1の実施の形態において使用した可溶体４と同一構成の可溶体４ａを、ヒューズ入りコンデンサ、例えば面実装型のヒューズ入りタンタルコンデンサ２０に実施したものである。なお、可溶体４ａは、上述した通電体６、樹脂部８、粉末１０にそれぞれ対応する通電体６ａ、樹脂部８ａ、粉末１０ａを有している。

図２（ａ）に示すように、このタンタルコンデンサ２０はタンタルコンデンサ素子２２を有している。このタンタルコンデンサ素子２２は、例えば直方体状に形成され、その一方の端面から陽極引き出し線２４が突出し、この陽極引き出し線２４が突出している端面以外の全ての面に陰極層２６が形成された公知のものである。

陽極引き出し線２４が引き出されている端面側に、側面形状が鏡文字コ字状の陽極端子２８が配置されている。この陽極端子２８も、第１の実施形態の端子１２、１４と同様に上部水平部、下部水平部、垂直部からなる。この陽極端子２８の上部水平部に陽極引き出し線２４が溶接等によって電気的及び機械的に結合されている。

コンデンサ素子２２を挟んで陽極端子２８と対向するように陰極端子３０が配置されている。陰極端子３０も、上部水平部、下部水平部、垂直部からなる側面形状がコ字状のものである。この陰極端子３０の上部水平部に、可溶体４ａの通電体６ａの一端が電気的及び機械的に結合され、他端が導電性塗料３２を介して陰極層２６に電気的及び機械的に結合されている。通電体６ａの中途は、傾斜した状態にある。樹脂部８ａは、同図（ａ）に示すように、通電体６ａの傾斜部分に設けることもできるし、同図（ｂ）に示すように、通電体６ａにおける陰極層２６との接続用の水平部に設けることもできる。

陽極端子２８及び陰極端子３０の下部水平部及び垂直部を露出させた以外、コンデンサ素子２２、可溶体４ａ、陽極端子２８及び陰極端子３０を包囲するように、樹脂製の外装部３４が設けられている。

可溶体４ａは、第１の実施形態の可溶体４と同一構成であるので、第１の実施形態の可溶体４と同様に、陽極端子２８及び陰極端子３０を基板の配線パターンに半田付けする際には、溶断することがなく、タンタルコンデンサ素子２２がショートに至った場合、所定の電流が流さて、所定の温度に上昇した際、溶断する。

この実施形態においても、通電体６ａとして合金、例えば鉛を使用していないＡｕ−２０％Ｓｎ合金を使用することもできる。なお、両実施形態において、樹脂部８、８ａには軟化し始める温度が半田の溶融温度よりも高い熱可塑性樹脂を使用したが、樹脂部８、８ａには軟化し始める温度が半田の溶融温度よりも低く、半田の溶融温度では既に軟化している熱可塑性樹脂を使用したり、半田の溶融温度よりも低い温度でそれぞれ流動化している低融点樹脂やゲル状樹脂、例えばＰＶＤＦやシリコン樹脂を使用したりすることもできる。それは、以下の理由による。

粉末１０の融点以下の温度において、樹脂部８、８ａが流動化していても、粉末１０が溶融しないので、可溶体４、４ａが溶断することはない。粉末１０の融点以上の温度で、チップ型ヒューズ２やヒューズ入りタンタルコンデンサ２０の実装温度（基板への半田付けのための半田が溶融する温度）にチップ型ヒューズ２やヒューズ入りタンタルコンデンサ２０が晒されたとき、樹脂部８、８ａが既に流動化しており、粉末１０が自由に移動して通電体６、６ａと接触し、合金化するが、この実装温度に晒されている時間は、１０秒以内であることが多く、この時間では可溶体４、４ａの溶断にまで至らない。上述したように１．０Ａの電流において、例えば１００秒以下で溶断できれば、温度ヒューズとして使用することができ、５．０Ａの電流において５秒以下で溶断することができれば、電流ヒューズとして使用することができるので、樹脂部８、８ａに実装温度以下で流動化する熱可塑性樹脂や、実装温度以下で既に流動化しているゲル状樹脂や低融点樹脂を使用することができる。

本発明の第１の実施形態のチップ型ヒューズの縦断側面図である。 本発明の第２の実施形態のヒューズ入りタンタルコンデンサの縦断側面図である。

符号の説明

２ チップ型ヒューズ
４ ４ａ 可溶体
６ ６ａ 通電体
８ ８ａ 樹脂部
１０ １０ａ 粉末
１２ １４ 端子
２０ ヒューズ入りタンタルコンデンサ
２２ タンタルコンデンサ素子
２４ 陽極引き出し線
２６ 陰極層
２８ 陽極端子
３０ 陰極端子
３２ 導電性塗料

Claims (6)

1. 少なくとも1種類の金属または合金からなり、導電性を有する通電体と、
   少なくとも1種類の金属または合金からなり、前記通電体と合金化可能であって、その合金の融点が前記通電体の融点よりも低い粉末とを、
   具備し、樹脂に前記粉末が混合された状態で前記通電体に前記樹脂が設けられている可溶体。
2. 請求項１記載の可溶体において、前記樹脂が、前記粉末の融点温度よりも高く、半田の溶融温度よりも高い温度で流動化する樹脂である可溶体。
3. 請求項１記載の可溶体において、前記樹脂が、前記粉末の融点温度以下の温度で流動化する樹脂である可溶体。
4. 請求項１、２または３記載の可溶体において、前記通電体は、金単体または金−錫合金製であり、前記粉末は、錫粉末である可溶体。
5. 請求項１乃至４いずれか記載の可溶体と、
   この可溶体の前記通電体の両端にそれぞれ設けられた電極端子とを
   具備するヒューズ。
6. 請求項１乃至４いずれか記載の可溶体と、
   陰極と陽極とを有するコンデンサ素子と、
   陰極端子と、
   陽極端子とを、
   具備し、前記可溶体の前記導電体の一端が前記コンデンサ素子の前記陰極に接続され、前記陰極端子に前記導電体の他端が接続され、前記陽極が前記陽極端子に接続された、ヒューズ入りコンデンサ。

Images