JP2007059273A - チップ型ヒューズ素子及びその製造方法、並びにチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いる可溶体ペースト - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば低コストな印刷法を利用して可溶体を形成した場合であっても、可溶体を高抵抗化して優れた溶断特性を実現するとともに、可溶体の抵抗値の設計を容易なものとする。
【解決手段】 可溶体を備えるチップ型ヒューズ素子であって、可溶体においては、構成元素及び比抵抗が互いに異なる複数種類の領域が混在している。複数種類の領域として、構成元素が互いに異なる金属領域と非金属領域を有する。金属領域を構成する構成元素として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。非金属領域が、酸化物、窒化物、炭化物から選ばれる少なくとも１種の化合物により形成され、化合物が絶縁体であることが好ましい。絶縁体を構成する構成元素は例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂから選ばれる少なくとも１種である。可溶体は印刷法により形成されたものであることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可溶体を有するチップ型ヒューズ素子及びその製造方法に関し、さらにはチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いられる可溶体ペーストに関する。

チップ型ヒューズ素子としては、絶縁基板上に金属被膜等からなる幅狭の可溶体を形成し、可溶体の両端に端子電極を接続した構造のものが知られている。このような可溶体を形成する方法としては、蒸着やスパッタ等の薄膜法を利用した方法（例えば特許文献１、特許文献２等参照）がある。薄膜を利用した方法は、可溶体の線幅を細くしたり膜厚を小さくしたりすることによる可溶体の高抵抗化が容易であること等から、広く用いられている。

一方近年、可溶体を形成する方法として、印刷法が大きな注目を集めている。例えば特許文献３等においては、Ａｇ系のペーストのスクリーン印刷による厚膜技術を用いて可溶体を形成することが記載されている。印刷法は薄膜法で必要とされるような真空装置等の大規模な製造設備が不要であることから、チップ型ヒューズ素子の製造コストを大幅に低減可能な方法として期待されている。
特開平６−１７６６８０号公報 特開２００３−１７３７２８号公報 特開２００２−１４０９７５号公報

しかしながら、薄膜法を利用した場合と比較すると、印刷法では可溶体の線幅や膜厚を小さくすること、すなわち可溶体の断面積を小さくすることに限界がある。例えば印刷法において、線幅８０μｍ未満や膜厚５μｍ以下のような高精細な可溶体を実現することは難しい。このように印刷法では形成される可溶体の断面積が大きくなる結果、可溶体の抵抗値が低下する傾向にあり、溶断時間が長くなってしまう。これは、速断性の要求されるチップ型ヒューズ素子を作製しようとする場合、特に大きな問題となる。

また、印刷法を利用する場合、例えば薄膜法を利用する場合に比べて材料選択の幅が狭いため、可溶体の抵抗値設計が困難であるという問題もある。チップ型ヒューズ素子の製造者に対しては、定格電流や溶断時間等を様々に変化させたチップ型ヒューズ素子をバリエーション豊富に揃えておくことが要請されるが、所望の抵抗値を有する可溶体の作製が困難であると、前述の要請への対応が不十分となるおそれがある。チップ型ヒューズ素子のバリエーションを揃えるには、可溶体の長さ等、可溶体形状を適宜変更することによって対応するのが一般的であるが、このような可溶体形状の変更による対応は製造上煩雑であるため、より簡易な技術で可溶体の抵抗値を制御し得る技術が要求されている。

なお、薄膜法を用いて可溶体を形成する場合、印刷法に比べると前述のような問題は軽微なものであると一般に認識されているが、将来的には速断性やバリエーション増大等の要請への対応が不十分となることも予想される。したがって、薄膜法を利用したチップ型ヒューズ素子においても、印刷法と同様にさらなる改良が望まれるところである。

そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、例えば低コストな印刷法を利用して可溶体を形成した場合であっても、可溶体を高抵抗化して優れた溶断特性を実現するとともに、可溶体の抵抗値の設計を容易なものとすることが可能なチップ型ヒューズ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明に係るチップ型ヒューズ素子は、可溶体を備えるチップ型ヒューズ素子であって、前記可溶体においては、構成元素及び比抵抗が互いに異なる複数種類の領域が混在していることを特徴とする。

以上のようなチップ型ヒューズ素子の可溶体においては、比抵抗の低い材料（例えば金属）中に、構成元素が異なり且つ相対的に比抵抗の高い領域（例えば絶縁体）を存在させている。相対的に比抵抗の高い領域の存在により、可溶体が金属のみからなる場合に比べて、可溶体として機能する領域（金属領域）の断面積が小さくなる。すなわち、可溶体を擬似的に高精細化したこととなる。したがって、例えば可溶体の薄膜化や細線化が困難な印刷法を利用した場合であっても、高い抵抗値を示す可溶体が実現される。

また、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、可溶体における比抵抗の異なる各領域の存在比率を変えることで、可溶体の抵抗値を所望の値に制御することができる。このため、可溶体の抵抗値設計が容易なものとなる。

また、本発明のチップ型ヒューズ素子の製造方法は、構成元素が異なる複数種類の粉末を含む可溶体ペーストを印刷し、これを焼成することにより比抵抗が異なる複数種類の領域が混在する可溶体を形成することを特徴とする。

以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、構成元素が異なる複数種類の粉末を含む可溶体ペーストを用いることで、比抵抗の異なる複数種類の領域を含む高抵抗な可溶体が形成される。また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、印刷法を利用するため、印刷法の利点である低コスト化が実現される。また、可溶体ペーストにおける各種粉末の配合比率を変えることで、可溶体における各領域の存在比率を制御し、結果として可溶体の抵抗値を制御することができる。したがって、材料の制約が大きい印刷法を用いた場合であっても、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。

さらに、本発明に係るチップ型ヒューズ素子の製造方法は、構成元素が異なる複数種類のターゲットを用いてスパッタを行い、比抵抗が異なる複数種類の領域が混在する可溶体を形成することを特徴とする。

以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、比抵抗が異なる複数種類の領域が混在した高抵抗な可溶体が形成される。また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、ターゲットの組み合わせやターゲットの組成を変えることで、可溶体における各領域の存在比率を制御し、結果として可溶体の抵抗値を制御することができる。したがって、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。

さらにまた、本発明に係る可溶体ペーストは、比抵抗が異なる複数種類の領域が混在する可溶体の形成に用いられる可溶体ペーストであって、構成元素が異なる複数種類の粉末を含むことを特徴とする。

前記可溶体ペーストを用いることで、比抵抗が異なる複数種類の領域が混在した高抵抗な可溶体が形成される。このため、本発明の可溶体ペーストを用いることで、可溶体の高抵抗化による溶断特性の向上と印刷法の利点である低コスト化との両立が実現される。また、可溶体ペースト中の各粉末の配合比率を変えることで、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。

本発明によれば、例えば印刷法を利用した場合であっても高抵抗値を示す可溶体が得られ、その結果、溶断特性に優れたチップ型ヒューズ素子を提供することができる。また、本発明によれば、可溶体の抵抗値設計が容易なものとなり、様々な抵抗値をもつチップ型ヒューズ素子を提供することができる。

また、本発明によれば、高抵抗な可溶体を形成することが可能となるため、溶断特性に優れたチップ型ヒューズ素子を製造することができる。さらに、印刷法及びスパッタ法のいずれを用いた場合においても、比抵抗の異なる領域の存在比率の制御が容易であるため、例えば可溶体の形状等を変化させることなく様々な抵抗値を有するチップ型ヒューズ素子を容易に製造することができる。特に、可溶体を形成する際に印刷法を利用することで、溶断特性に優れたチップ型ヒューズ素子を低コストにて製造することが可能となる。

以下、本発明を適用したチップ型ヒューズ素子及びその製造方法、並びにチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いる可溶体ペーストについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したチップ型ヒューズ素子は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、チップ状の基板１と、基板１上に形成された可溶体２とを基本的に備えるものである。ここで、可溶体２は、印刷法を利用して厚膜に形成されても、スパッタ法等を利用して薄膜に形成されても構わないが、スパッタ法等の薄膜法を利用する場合に比較して製造コストの大幅な削減が可能であり、低価格なチップ型ヒューズ素子を提供し得る点において、印刷法は好適な技術である。したがって、以下では主に、印刷法により形成された可溶体２を有するチップ型ヒューズ素子を想定して説明する。

基板１は、可溶体２の支持体となるものであり、例えば角形状に形成されている。基板１を構成する材料としては限定されるものではなく、この種のチップ型ヒューズ素子に用いられる材料をいずれも使用可能である。基板１を構成する材料としては、例えば、低い熱伝導性を示す絶縁材料を用いることができ、より具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３、ガラスセラミック等の絶縁材料を用いることができる。

可溶体２は、例えば定格電流の２倍を超えるような過大な電流が流れたときに溶断することにより、チップ型ヒューズ素子が組み込まれた電気回路等の保護を図るものである。本発明を適用したチップ型ヒューズ素子が有する可溶体２においては、構成元素及び比抵抗が互いに異なる複数種類の領域が混在している。構成元素及び比抵抗が互いに異なる複数種類とは、具体的には構成元素が互いに異なる金属領域と非金属領域を指す。

なお、本発明でいう「構成元素」とは、酸化物、窒化物、炭化物等の化合物の場合、当該化合物の構成元素から酸素、窒素及び炭素を除いた元素のことを表す。例えばＡｌ_２Ｏ_３の構成元素はアルミニウム（Ａｌ）であって、酸素（Ｏ）ではないこととする。

可溶体２の金属領域を構成する金属元素としては、例示するならばＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｎ等が挙げられ、これらから少なくとも１種を用いることができる。可溶体２を印刷法により形成する場合においては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ等を用いることが好ましく、中でもＡｇを用いることが好ましい。

非金属領域を構成する化合物としては、例えば酸化物、窒化物、炭化物等から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。酸化物、窒化物及び炭化物は、可溶体２に用いられる金属に比べて、通常高い比抵抗を持つ。したがって、酸化物、窒化物及び炭化物であれば特に制限なく非金属として用いることができるが、可溶体２の抵抗値を効率的に高める観点では、酸化物、窒化物、炭化物等の中でも、可溶体として全く機能しない絶縁体を用いることが好ましい。絶縁体を構成する構成元素としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ等が挙げられ、具体的には非金属領域を構成する絶縁体としてＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ等を用いることができる。中でも、可溶体２を印刷法により形成する場合においては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＢＮ等を非金属領域を構成する絶縁体として用いることが好ましい。

可溶体２における各領域の比率は、チップ型ヒューズ素子の用途や必要とする可溶体２の抵抗値、さらには可溶体２の材料や寸法等に応じて適宜定めればよい。例えば金属領域としてＡｇからなる領域と非金属領域としてＡｌ_２Ｏ_３からなる領域とが混在している場合、ＡｇとＡｌ_２Ｏ_３との合計質量を１００としたとき、各材料の存在比（質量比）は、Ａｇ：５０〜８０（ただし５０を含まず。）、Ａｌ_２Ｏ_３：２０〜５０（ただし５０を含まず。）とすることが好ましい。また、金属がＡｇであり、非金属がＢＮである場合であって、ＡｇとＢＮとの合計質量を１００としたとき、各材料の存在比（質量比）は、Ａｇ：７０〜８０（ただし７０を含まず。）、ＢＮ：２０〜３０（ただし３０を含まず。）とすることが好ましい。金属領域の存在比率が前記範囲を越える、すなわち非金属領域の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体２における金属領域の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち非金属領域の比率が前記範囲を越えると、得られる可溶体２の抵抗値が高くなりすぎるおそれがある。

可溶体２の平面形状は、例えば図１に示すような、電極３間に幅狭の狭隘部を持つ形状とされるが、これに限らず様々な形状とすることができる。

可溶体２の両端には、外部電極となる端子電極３が接続される。端子電極３の構成は特に限定されるものではなく、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等の良導電材料を含む厚膜、前記良導電材料のめっき膜、前記良導電材料を含む樹脂等から構成される。

また、チップ型ヒューズ素子は、一般に、可溶体２を被覆する保護層４を備える。保護層４は、可溶体２に所定の電流値を超える過電流が流れることによって可溶体２が溶断した際、溶断した可溶体２を確実に絶縁するとともに、可溶体２を構成する材料の飛散を防止するものである。保護層４としては、例えばＺｎＯ系ガラス、ＣａＯ系ガラス、Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｒＯ系ガラス等のガラス、シリコーン樹脂等を用いることができる。

さらに、図２に示すように、必要に応じて基板１と可溶体２との間に蓄熱層５を配置してもよい。蓄熱層５を構成する材料としては特に限定されないが、低い熱伝導性を示す材料を用いることが好ましく、例えばガラス等を挙げることができる。蓄熱層は、多孔質構造とすることもできる。

以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、可溶体２中に非金属領域が存在することによって、可溶体２の実効的な断面積が小さいものとされる。したがって、可溶体２の実際の断面積を小さくすることなく可溶体２の高抵抗化が実現され、結果として溶断特性に優れたチップ型ヒューズ素子を実現することができる。特に、非金属として絶縁体を用いることで、可溶体２の実効的な断面積を効率的に小さくすることができ、可溶体２の抵抗値を大幅に高めることができる。

なお、通常の印刷法で可溶体を形成する場合、高精細化が難しいため可溶体の抵抗値が低下し易いという欠点がある。これに対し本発明によれば、可溶体２の実際の形状を変更することなく、可溶体２の擬似的な高精細化を図るため、このような印刷法の欠点を補うことができる。したがって、可溶体２が印刷法で形成されたものである場合、チップ型ヒューズ素子の低コスト化と、可溶体２の高抵抗化による優れた溶断特性とを両立することができる。

また、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、可溶体における各領域の存在比率を変えることで、可溶体の抵抗値を所望の値に制御することができる。このため、例えば可溶体の長さ等、実際の形状を変更することなく、可溶体２の抵抗値の設計を容易に行うことができる。

以下、以上のような構成のチップ型ヒューズ素子の製造方法について説明する。

基板１上に、可溶体ペーストを例えばスクリーン印刷等により所定形状に印刷する。ここで用いる可溶体ペーストは、少なくとも構成元素が異なる複数種類の粉末を含み、これが有機ビヒクルと混合されて調製される。

可溶体ペーストに含まれる構成元素が異なる複数種類の粉末とは、具体的には金属粉末と非金属粉末である。前記非金属粉末は、焼成後の可溶体２において非金属領域を構成する。具体的な非金属粉末としては、例えば酸化物、窒化物、炭化物等から選ばれる少なくとも１種を含む粉末を用いることができ、これらの中でも絶縁粉末を用いることが好ましい。非金属粉末として絶縁粉末を用いることにより可溶体２の抵抗値を効率的に高めることができる。絶縁粉末としては、具体的にはＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。これら中でも、可溶体２を印刷法により形成する場合においては、特殊な制御を必要とすることなく大気中焼成時に安定に存在することから、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＢＮ等を用いることが好ましい。

一方、前記金属粉末は、焼成後の可溶体２において金属領域を構成する。金属粉末としては、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ等から選ばれる少なくとも１種を含む金属粉末が好ましく、特にＡｇが好ましい。Ａｇは、特殊な制御を必要とすることなく大気中で焼成可能であるため、印刷法により可溶体２を形成するにあたって好適な材料である。

金属粉末及び非金属粉末のそれぞれの粒径は、可溶体ペーストの物性等を考慮して適宜最適なものを用いればよい。ただし、可溶体２の形状を保つ観点から、非金属粉末の粒径は可溶体２の膜厚以下であることが好ましい。なお、非金属粉末の粒径は小さいほど好ましく、その下限は製造可能な粒径であれば特に限定されない。非金属粉末の粒径を小さくすることで、可溶体２において金属領域が連続的に存在するため、可溶体２の溶断特性が安定化する。

また、可溶体ペーストにおける金属粉末と非金属粉末との配合比は、チップ型ヒューズ素子の用途や必要とする可溶体２の抵抗値、さらには可溶体２の材料や寸法等に応じて適宜定めればよい。金属粉末がＡｇであり、非金属粉末がＡｌ_２Ｏ_３である場合であって、ＡｇとＡｌ_２Ｏ_３との合計質量を１００としたとき、各粉末の配合比（質量比）は、Ａｇ：５０〜８０（ただし５０を含まず。）、Ａｌ_２Ｏ_３：２０〜５０（ただし５０を含まず。）とすることが好ましい。また、金属粉末がＡｇであり、非金属粉末がＢＮである場合であって、ＡｇとＢＮとの合計質量を１００としたとき、各粉末の配合比（質量比）は、Ａｇ：７０〜８０（ただし７０を含まず。）、ＢＮ：２０〜３０（ただし３０を含まず。）とすることが好ましい。各粉末の配合比率を前記範囲内とすることで、可溶体として適当な抵抗値と溶断時間の短縮とを両立することができる。金属粉末の存在比率が前記範囲を越える、すなわち非金属粉末の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体２における金属粉末の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち非金属粉末の比率が前記範囲を越えると、得られる可溶体２の抵抗値が高くなりすぎるおそれがある。

有機ビヒクルは、各種粉末をペースト化させる役割を有し、この種のペーストに用いられるものがいずれも使用可能である。有機ビヒクルは、バインダを有機溶剤中に溶解することによって調製されるものである。バインダとしては、特に限定されず、例えば、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等、各種バインダから適宜選択すればよい。有機溶剤も限定されず、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等、各種有機溶剤から適宜選択すればよい。さらに、可溶体ペーストの物性を調節するために、分散剤等の各種添加剤を加えてもよい。

可溶体ペーストを印刷した後、例えば可溶体ペーストが印刷された基板１を酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、可溶体ペーストを焼成する。これにより、可溶体ペースト中のバインダを除去するとともに、可溶体ペースト中の各種粉末等を焼き固め、互いに比抵抗の異なる複数の領域が混在した膜からなる可溶体２を形成する。酸素含有雰囲気とは、酸素を含有する雰囲気であれば特に限定されないが、例えば大気雰囲気とすればよい。

次に、基板１に端子電極３を形成する。例えば端子電極３を厚膜で形成するには、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等を含有する導電ペーストをディッピングし、焼成すればよい。なお、端子電極３は、可溶体２の形成後に形成する場合に限らず、可溶体２を形成する前に予め形成しておいてもよい。また、端子電極３の焼成と可溶体２の焼成とを同時に行ってもよい。

次に、形成した可溶体２を被覆するように保護膜４を形成する。以上のようにして、図１に示す構造のチップ型ヒューズ素子が作製される。

例えばＡｇ等の金属粉末のみを含む従来型の可溶体ペーストを用いて印刷法により可溶体を形成する場合、可溶体の線幅や膜厚等を小さくする等のいわゆる高精細化に限界があるため、可溶体の高抵抗化は難しい。これに対し、本発明では例えば金属粉末の一部をそれより比抵抗の高い非金属粉末に置き換え、比抵抗が異なる複数種類の領域が混在した状態の可溶体２を形成している。これにより、可溶体２の実際の線幅や膜厚を小さくすることなく可溶体２が擬似的に高精細化することとなる。このため、高精細化が困難な印刷法を用いた場合であっても高抵抗値を有する可溶体２を形成することができる。また、印刷法の利点である低コスト化を実現することができる。

また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、可溶体ペーストに含ませる各種粉末の配合比率を変えることによって、得られる可溶体２の抵抗値を任意の値に容易に設計することができる。可溶体２の抵抗値の設計が容易となるため、印刷法を利用した場合であっても多様な抵抗値のチップ型ヒューズ素子を容易に作製することができる。

なお、チップ型ヒューズ素子の可溶体２は、印刷法に限らずスパッタ法により形成することもできる。以下、スパッタ法により可溶体２を形成する方法について説明する。具体的には、可溶体２を作製するに際してスパッタ法を利用するとともに、構成元素が異なる複数種類のターゲットを併用する。

構成元素が異なる複数種類のターゲットとしては、具体的には金属ターゲットと非金属ターゲットを用いることができる。非金属ターゲットは、チップ型ヒューズ素子の可溶体において非金属領域を形成するターゲットである。ここで、非金属としては、前記金属粉末の金属元素以外の元素を構成元素とすることができる。非金属は例えば酸化物、窒化物、炭化物等であり、中でも絶縁体であることが好ましい。非金属として絶縁体を含むターゲットを用いることにより、得られる可溶体２の抵抗値を効率的に高めることができる。絶縁体としては、具体的にはＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。

一方、金属ターゲットは、チップ型ヒューズ素子の可溶体において金属領域を形成するターゲットである。金属としては、例えばＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｎ等から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

以上のようなスパッタ法を利用したチップ型ヒューズ素子の製造方法によれば、金属ターゲット及び非金属ターゲットを併用することにより、比抵抗が異なる複数種類の領域が混在する可溶体２を形成することができる。したがって、高抵抗値を有するとともに、優れた溶断特性のチップ型ヒューズ素子を得ることができる。

また、以上のようなスパッタ法を利用したチップ型ヒューズ素子の製造方法によれば、用いるターゲットの合金組成やスパッタの条件を適当に変化させることによって、得られる可溶体２の抵抗値を容易に制御することができる。したがって、可溶体２の抵抗値の設計が容易となり、多様な抵抗値のチップ型ヒューズ素子を容易に作製することができる。

さらに、以上のようなスパッタ法を利用したチップ型ヒューズ素子の製造方法によれば、可溶体２の高精細化が容易なスパッタ法を利用するため、可溶体２の抵抗値のさらなる向上を図り、速断性の要求されるチップ型ヒューズ素子を容易に作製可能な点で有用である。

以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。なお、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。

以下、構成元素が異なる複数種類の粉末を含む可溶体ペーストを用いてチップ型ヒューズ素子を作製し、その特性を評価した。

＜実験１＞
先ず、可溶体ペーストを作製した。金属Ａｇ粉末（平均粒径０．１μｍ）、Ａｌ_２Ｏ_３粉末（平均粒径０．３μｍ）及び有機ビヒクルを各組成となるように秤量し、３本ロールミルで混練し、可溶体ペーストを得た。金属Ａｇ粉末とＡｌ_２Ｏ_３粉末との配合比率（質量％）は、表１の記載に従った。有機ビヒクルは、バインダとしてエチルセルロースと、有機溶剤としてブチルカルビトールとを含むものである。なお、金属Ａｇ粉末及びＡｌ_２Ｏ_３粉末と有機ビヒクルとの配合比は、得られた抵抗体ペーストがスクリーン印刷に適した粘度となるように設定した。

次に、印刷工程において、基板上に前記可溶体ペーストを図１に示す形状にスクリーン印刷して乾燥させた。可溶体ペーストを印刷する際には、焼成後の可溶体の膜厚：２０μｍ、幅狭部の幅：１００μｍ、長さ：１．０ｍｍとなるように塗布した。基板としては、アルミナを用いた。その後、焼成工程を実施した。焼成工程では、この基板をベルト炉に入れ、大気中でペースト中のバインダを除去し、焼成を行った。焼成時の熱処理温度は９００℃、その温度での保持時間は１０分間とした。この焼成により、Ａｇからなる領域とＡｌ_２Ｏ_３からなる領域とが混在した可溶体が得られた。

その後、可溶体の両端に接続するように電極を形成した。電極の構成材料はＡｇ熱硬化性樹脂である。電極はディッピングすることにより形成した。さらに、可溶体を被覆するように保護膜としてシリコーンゴムを成膜し、チップ型ヒューズ素子を得た。

得られた各サンプルのチップ型ヒューズ素子につき、抵抗値及び溶断時間を測定した。溶断時間は、可溶体に４Ａの電流を流し始めてから可溶体が切断されるまでの時間とした。結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、可溶体ペースト中のＡｇ粉末に対しＡｌ_２Ｏ_３粉末を添加することによって、可溶体が高抵抗化することが確認された。また、Ａｇ粉末に対するＡｌ_２Ｏ_３粉末の配合比率を高めることに伴って溶断時間が短縮していることがわかる。したがって、金属粉末と非金属粉末を含む可溶体ペーストを用いることで、可溶体の実際の線幅や膜厚を小さくすることなく可溶体の高抵抗化を実現し、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子が実現できることが確認された。また、０．５秒未満の短い溶断時間を達成可能な粉末の配合比率は、Ａｇ：５０〜８０質量％（ただし５０質量％を含まず。）、Ａｌ_２Ｏ_３：２０〜５０質量％（ただし５０質量％を含まず。）であった。

＜実験２＞
可溶体ペーストを作製する際の粉末として、金属Ａｇ粉末（平均粒径０．１μｍ）、ＢＮ粉末（平均粒径１μｍ）及び有機ビヒクルを各組成となるように秤量し、３本ロールミルで混練し、可溶体ペーストを得た。金属Ａｇ粉末とＢＮ粉末との配合比率（質量％）は、表１の記載に従った。有機ビヒクルは、バインダとしてエチルセルロースと、有機溶剤としてブチルカルビトールとを含むものである。なお、金属Ａｇ粉末及びＢＮ粉末と有機ビヒクルとの配合比は、得られた抵抗体ペーストがスクリーン印刷に適した粘度となるように設定した。

その後、実験１と同様に印刷及び焼成を行うことにより、Ａｇからなる領域とＢＮからなる領域とが混在した可溶体を得た。次に、実験１と同様にして可溶体の両端に電極を形成し、さらに保護膜を成膜することにより、チップ型ヒューズ素子を得た。

得られた各サンプルのチップ型ヒューズ素子につき、抵抗値及び溶断時間を測定した。溶断時間は、可溶体に４Ａの電流を流し始めてから可溶体が切断されるまでの時間とした。結果を表２に示す。

表２の結果から、Ａｌ_２Ｏ_３粉末に変えて窒化物であるＢＮ粉末を用いた場合も、可溶体の高抵抗化を確認することができた。また、Ａｇ粉末に対するＢＮ粉末の配合比率を高めることに伴って溶断時間が短縮する傾向も、Ａｌ_２Ｏ_３と同様であった。また、本実施例サイズの可溶体において０．５秒未満の短い溶断時間を達成可能なＡｇ粉末とＢＮ粉末との配合比率は、Ａｇ：７０〜８０質量％（ただし７０を含まず。）、ＢＮ：２０〜３０質量％（ただし３０を含まず。）であった。

本発明を適用したチップ型ヒューズ素子の一例を示す図である。（ａ）は概略平面図であり、（ｂ）は概略断面図である。 本発明を適用したチップ型ヒューズ素子の他の例を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 基板、２ 可溶体、３ 電極、４ 保護層、５ 蓄熱層

Claims (25)

1. 可溶体を備えるチップ型ヒューズ素子であって、
   前記可溶体においては、構成元素及び比抵抗が互いに異なる複数種類の領域が混在していることを特徴とするチップ型ヒューズ素子。
2. 前記複数種類の領域として、構成元素が互いに異なる金属領域と非金属領域を有することを特徴とする請求項１記載のチップ型ヒューズ素子。
3. 前記金属領域を構成する構成元素として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項２記載のチップ型ヒューズ素子。
4. 前記非金属領域が、酸化物、窒化物、炭化物から選ばれる少なくとも１種の化合物により形成されることを特徴とする請求項２又は３記載のチップ型ヒューズ素子。
5. 前記化合物が絶縁体であることを特徴とする請求項４記載のチップ型ヒューズ素子。
6. 前記絶縁体を構成する構成元素として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項５記載のチップ型ヒューズ素子。
7. 前記可溶体は印刷法により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のチップ型ヒューズ素子。
8. 構成元素が異なる複数種類の粉末を含む可溶体ペーストを印刷し、これを焼成することにより比抵抗が異なる複数種類の領域が混在する可溶体を形成することを特徴とするチップ型ヒューズ素子の製造方法。
9. 前記複数種類の粉末が金属粉末と非金属粉末であることを特徴とする請求項８記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
10. 前記金属粉末を構成する構成元素として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項９記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
11. 前記非金属粉末が、酸化物、窒化物、炭化物から選ばれる少なくとも１種の化合物により形成されることを特徴とする請求項９又は１０記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
12. 前記化合物が絶縁体であることを特徴とする請求項１１記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
13. 前記絶縁体を構成する構成元素として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１２記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
14. 構成元素が異なる複数種類のターゲットを用いてスパッタを行い、比抵抗が異なる複数種類の領域が混在する可溶体を形成することを特徴とするチップ型ヒューズ素子の製造方法。
15. 前記ターゲットとして、金属ターゲットと非金属ターゲットを用いることを特徴とする請求項１４記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
16. 前記金属ターゲットを構成する構成元素として、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｓｎから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１５記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
17. 前記非金属ターゲットが、酸化物、窒化物、炭化物から選ばれる少なくとも１種の化合物により形成されることを特徴とする請求項１５又は１６記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
18. 前記非金属ターゲットが絶縁体により形成されることを特徴とする請求項１７記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
19. 前記絶縁体を構成する構成元素として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１８記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
20. 比抵抗が異なる複数種類の領域が混在する可溶体の形成に用いられる可溶体ペーストであって、
    構成元素が異なる複数種類の粉末を含むことを特徴とする可溶体ペースト。
21. 前記複数種類の粉末が金属粉末と非金属粉末であることを特徴とする請求項２０記載の可溶体ペースト。
22. 前記金属粉末を構成する構成元素として、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項２１記載の可溶体ペースト。
23. 前記非金属粉末が、酸化物、窒化物、炭化物から選ばれる少なくとも１種の化合物により形成されることを特徴とする請求項２１又は２２記載の可溶体ペースト。
24. 前記化合物が絶縁体であることを特徴とする請求項２３記載の可溶体ペースト。
25. 前記絶縁体を構成する構成元素として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂから選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項２４記載の可溶体ペースト。

Images