JP2009252536A - 電流ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】異常電流時の溶断応答性に優れ、さらに溶断後の残留抵抗が高く、信頼性を向上させることができる電流ヒューズを提供することを目的とする。
【解決手段】絶縁性を有し、１段目の凹部８、２段目の凹部９を設けた平板状の樹脂ベースフィルム１と、樹脂ベースフィルム１上に形成したリード端子２、ヒューズ溶断部３と、ヒューズ溶断部３を保護する樹脂保護用フィルム４とを備え、ヒューズ溶断部３と樹脂保護用フィルム４との間に空隙５を設けたことを特徴とする電流ヒューズである。
【選択図】図９

Description

本発明は、薄型で溶断応答性に優れた電流ヒューズに関するものである。

電流ヒューズは携帯電話やパソコンのハードディスクドライブ、デジタルカメラなどの電子回路で、異常な電流が回路に流れた際に、電流を遮断し、発熱発火を防止する目的で数多く使用されており、人体や家財の安全を守るのに役立っている。より高性能で機能も向上し電子回路が複雑になるに伴い、使用される電子部品の高性能化、薄型化、小型化が進められており、このような回路に使用される電流ヒューズも１６０８サイズから１００５サイズが主流になっている。アルミナなどのセラミックを基体とし、その表面に形成された金属箔をレーザーなどでヒューズ回路を形成し、このヒューズ回路をエポキシ樹脂などで保護コーティングしているおり、電流ヒューズの小型化に伴い、製造設備の精度向上で従来構造の小型化を実現しているが、寸法精度、安定した強度を維持するには小型化も限界があり、小型化しても生産時の歩留まりの低下、製品性能の飛躍的な向上が難しくなっているという状況にある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−０２３５０２号公報

しかしながら、上記従来の方法及び構成では、さらなる小型に伴い、溶断応答性能に優れたヒューズ性能が市場から要求され、セラミックという寸法制御の難しい基体を使用している以上、加工設備を精度向上させても生産歩留まりの低下や、製品としての性能が向上できないなどの問題を有していた。この改善策として、セラミックの成形時に使用する造粒体の流動性を向上させ、成型金型に入る造粒粉末の量を一定にし、セラミック焼成体の寸法を安定させたり、ヒューズ回路を形成するためにレーザー照射を行う際に素子をつかむ設備の精度を向上させる方法がある。しかし、この方法でも、セラミックを焼成するという以上、小型化を行うにあたり、寸法や強度の安定性を向上させるのは容易ではない。

また、ヒューズ溶断面に直接、外装樹脂をコーティングするため、異常電流が流れた際のジュール熱がセラミック基体や外装樹脂に奪われ、溶断応答性が鈍くなるという課題や、溶断する際に溶解した銅などのヒューズ回路構成金属が溶断後に同じ位置にとどまり、残留抵抗が低く、再び電流を流してしまい、完全に電流を遮断することができないという課題があり、これを解決するために外装樹脂を複数層の樹脂で構成する必要があり、内側の樹脂は溶断応答性能、溶断後の残留抵抗値を高く維持させるのに優れた性能を持ち、外側の樹脂は耐候性、耐衝撃性に優れた樹脂を使用する。本発明は構造を簡単にする上記従来の問題点を解決するもので、小型で溶断応答性が良く、溶断後の残留抵抗の高い電流ヒューズを提供することを目的としている。

公開されている従来の発明では、厚み０．１ｍｍの帯状リード導体に線径数百〜数十μｍの電流ヒューズ材料を溶接等で接続し、厚み０．１〜０．２５ｍｍの樹脂ベースフィルムと樹脂カバーフィルムで上下から挟み、電流ヒューズ材料と樹脂カバーフィルムの間に空間を設ける構造のために、製品としての厚みがどんなに薄くしても０．５ｍｍを必要とするなど、薄くて小型の電流ヒューズを作製するには限界があった。また、帯状リード導体はニッケルなどの金属を使用板を使用するために、異常電流が流れた時に生じるジュール熱が帯状リード導体に奪われやすく、その損失分が電流ヒューズとしての応答性が低下する課題がある。

そこで、上記課題を鑑みて本発明は、異常電流時の溶断応答性に優れ、さらに溶断後の残留抵抗が高く、信頼性を向上させることができる電流ヒューズを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、絶縁性を有し、凹部を設けた平板状のベースフィルムと、前記凹部上に形成した導電膜と、前記凹部に設け導電膜を保護する保護膜とを備え、前記導電膜と前記保護膜との間に隙間を設けたことを特徴とする電流ヒューズである。

以上のように本発明によれば、薄型化は勿論のこと、異常電流時の溶断応答性に優れ、さらに溶断後の残留抵抗が高く、電流ヒューズとしての信頼性を向上させることができ、異常電流による事故を未然に防止することができる。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、電流ヒューズであって、絶縁性を有し、凹部を設けた平板状のベースフィルムと、凹部上に形成した導電膜と、凹部に設け導電膜を保護する保護膜とを備え、導電膜と保護膜との間に隙間を設けたことにより、導電膜に電流が異常に流れた際のジュール熱が周りの構成材料に奪われることを少なくするため、ヒューズとしての溶断応答性を向上させることができ、さらに溶断時に溶解した導電膜が同じ位置にとどまらないので、残留抵抗を高くすることができる。

本発明の請求項２に記載の発明によれば、請求項１記載の電流ヒューズであって、凹部が、２段の段差によって形成されていることにより、１段目の段差に保護膜を容易に設けることができ、２段目の段差によって導電膜と保護膜との間の隙間を容易に確保することができる。

本発明の請求項３に記載の発明によれば、請求項１記載の電流ヒューズであって、凹部が、台形状の窪みであることにより、凹部の開口部と同じ大きさの保護膜を用いた場合、導電膜と保護膜との間の隙間を容易に確保することができる。

本発明の請求項４に記載の発明によれば、請求項１記載の電流ヒューズであって、凹部が、半球状の窪みであることにより、凹部の開口部と同じ大きさの保護膜を用いた場合、導電膜と保護膜との間の隙間を容易に確保することができる。

本発明の請求項５に記載の発明によれば、請求項１記載の電流ヒューズであって、凹部に形成した導電膜の一部が最も狭小幅になるようにしたことにより、異常電流が流れた際にジュール熱による発熱が集中的に起こり、より電流遮断精度を向上させることができるという作用を有する。

以下本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明に係る電流ヒューズを示す完成品斜視図であり、図２は本発明に係る電流ヒューズをプリント基板に実装した時の断面図である。これらの図において、１は平板状の樹脂ベースフィルム、２は溶断部と接続するための金属皮膜からなるリード端子、３はリード端子２に接続されヒューズ溶断部、４は樹脂保護用フィルム、５は樹脂ベースフィルム１と樹脂保護用フィルム４との間に設けられた空隙、６はリード端子２上に形成されたニッケルめっき膜、７はリード端子上に形成された錫めっき膜である。

次に、本発明に係わる電流ヒューズの基本的な作製方法について説明する。

樹脂ベースフィルム１を加工して成型する凹部はプレスの金型で形状を変えることができ、ドーム型をした半球状の窪みや、少なくとも２段の段差によって窪みを設けた凹部で成型することができる。

樹脂ベースフィルム１としては、熱伝率が金属よりも低く、耐熱性に優れたものが、好ましく例えば耐熱性の樹脂等を用い、本実施例では、ポリイミド樹脂を使用する。しかしながら、本発明の目的を逸脱しない限り、これ以外の樹脂、例えば、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等も使用できる。

図３の縦０．６ｍｍ、横０．３ｍｍ、厚み０．１ｍｍのポリイミドの樹脂ベースフィルム１を、図４、図５に示すようにプレス加工で１段目の凹部の開口面の寸法が縦０．４ｍｍ、横０．２ｍｍ、深さが０．１ｍｍ（図２で示す長さｂ）、２段目の凹部の開口面の寸法が縦０．３ｍｍ、横０．１ｍｍ、深さが０．２ｍｍ（図２で示す長さａ）の凹部を形成する。

図５は、凹部の拡大図で、８は１段目の凹部、９は２段目の凹部である。

凹部を形成した樹脂ベースフィルム１を感光剤を添加した感光性のパラジウム溶液中に浸漬し、紫外線照射部分にのみパラジウムを定着する作業を行うが、この時、凹部に空気を巻き込み、ムラになりやすいので、樹脂ベースフィルム１はパラジウム溶液に浸漬する直前に脱脂液などの界面活性剤に浸漬して、樹脂ベースフィルム１の表面にパラジウム溶液がなじみやすいように処理し、パラジウム溶液に浸漬した際、超音波で樹脂ベースフィルム１を振動させると気泡が取れ、より精度のよいパラジウムの定着処理を行うことができる。パラジウムが定着処理された樹脂ベースフィルム１をパラホルムアルデヒドを還元剤とする５０℃の無電解銅めっき液に１２分間、ゆるく揺動させながら浸漬し、図６のように、幅０．２ｍｍ、長さ０．２ｍｍ、厚み０．５μｍの銅薄膜２、及び、幅０．０５ｍｍ、長さ０．３ｍｍ、厚み０．５μｍのリード端子２とヒューズ溶断部３とを析出させる。

このヒューズ溶断部３の形状は２段目の凹部９で少なくともリード端子２の幅より狭くすることでヒューズ溶断部３の単位長さあたりの抵抗値がリード端子２より高くすることができるので、異常電流が流れた時のジュール熱によりヒューズ溶断部３の銅薄膜が溶け、溶断部の機能を果す。

なお、電気めっきでも上記銅薄膜３を作製することもできるが、本実施例のように小さい基板に対して行う場合の微細パターンを形成する際には、上記無電解めっきで行うことが好ましい。

また、リード端子２とヒューズ溶断部３は図７に示すように、細い線状のパターンを形成してもよい。

また、２段目の凹部９が最も樹脂ベースフィルム１の表面から距離が離れているので、ヒューズ溶断部３の銅薄膜が溶けた場合に、ヒューズとしての機能が回復不能となり、より信頼性の高い電流ヒューズを作製することができる。

また、１段目の凹部８に樹脂保護用フィルム４を設けるため、ヒューズ溶断部３の形状をリード端子２の幅より狭くしないほうが好ましい。

また、ヒューズ溶断部３の形状は、形成した銅薄膜の中で最も幅が狭いほうがよく、これにより溶断する部分を予め特定することができ、その溶断部分を２段目の凹部９の最も深い部分に形成することで、より電流ヒューズとしての信頼性を確保することができる。

図８のように１段目の凹部８に樹脂保護用フィルム４をエポキシ系やフェノール系の接着剤で接着し、ヒューズ溶断部３を封止する。接着剤を使用せず、ヒーターで樹脂ベースフィルム１と樹脂保護フィルム４を熱溶着してもよい。

なお、樹脂保護用フィルム４に接着剤を塗布する場合、樹脂保護用フィルム４の全面に接着剤を塗布すると、１段目の凹部８に接しない部分の接着剤が揮発して、空間部に滞留して樹脂保護用フィルム４を変質させる恐れがあるため、樹脂保護用フィルム４の１段目の凹部８に接する部分のみに接着剤を塗布することが望ましい。

また、接着剤は樹脂保護用フィルム４ではなく、１段目の凹部８に塗布してもよい。

図９は図８の断面拡大図で、８は１段目の凹部、９は２段目の凹部、５は１段目の凹部８と２段目の凹部９との間に設けられた空隙５である。この空隙５は異常な電流が流れた際に、ヒューズ溶断部３がジュール熱で発熱し熱が回りの構成材料、つまり、樹脂ベースフィルム１のみに吸収されるので、従来の構成に比較して（すなわち、樹脂保護用フィルム４がヒューズ溶断部３に接している場合）溶断までに要する時間が遅れるのを防止する効果がある。さらに、溶断した際、ヒューズ溶断部３に使用されている銅などの金属が同じ場所にとどまらず分散し、溶断後の絶縁抵抗の低下を防止することができる効果がある。もし、この空隙部が無いと、異常電流が流れても溶断した金属が同じ所にとどまったままの状態なので、絶縁抵抗が低いまま、依然として電流を流し続け、ヒューズ機能を果さない危険性がある。

なお、樹脂保護用フィルム４の大きさは、２段目の凹部９の開口部より大きく、１段目の凹部８の開口部より同じか小さくなっており、空隙５を確保しつつ、樹脂ベースフィルム１に固定されている。

図２は図８で作製された本発明の電流ヒューズをプリント基板に接合するために使用されるクリーム半田で接合するために、錫めっき膜７を８μｍ析出させたものであるが、銅などの金属であるリード端子２が錫めっき膜７に拡散、合金化してプリント基板との接合性低下を防止するために錫めっき膜７の前にニッケルめっき膜６を２μｍ析出させてある。

以上、この電流ヒューズを作製する手順を説明したが、量産性を上げるために図１０のようにフープ状の樹脂フィルム１を連続的にプレス加工で凹部を設け加工し、最後に１個ずつ切断して完成品を作製して行くことができる。

このようにして作製された本発明品の溶断特性の効果を（表１）に示す。

従来品の溶断時間が２１０ｍｓに対し、本発明品は１１ｍｓと異常電流が流れてから溶断するまでに反応応答性がよい。これは、溶断部に空間があるために、ジュール熱が奪われにくく、短時間で銅が溶け、溶断が行われたためである。また、溶断後の残留抵抗は従来品の２２ＭΩに対し、本発明品は９５ＭΩと４倍以上、残留抵抗値が高い。一般的には残留抵抗値が１０ｋΩ必要なので、従来品でも安全ではあるが、本発明品は従来品よりもさらに残留抵抗を高くすることができ、さらなる信頼性の向上を図ることができ、今後の製品の小型化に応用展開できる安全性能に優れた技術である。

なお、本発明の窪みの形状としては、図１１及び図１２に示すように上底が下底より長い台形状の窪みや、円弧状の窪みでも上記した本発明の同様の効果を得ることができる。

また、空隙５にフラックスを充填してもよい。

また、他の製造方法として図１３に示すように、まず、１段の段差を長手方向に形成すると同時に複数の２段目の段差を形成し、めっきによってパターンを形成し、その後１段目の樹脂保護用フィルム４を貼り合わせ、１個毎に切断してもよい。この場合、樹脂保護用フィルム４を１個毎に貼ることなく作製することができ、生産性を向上させることができる。

本発明の電流ヒューズは、携帯電話やパソコンのハードディスクドライブ、デジタルカメラなどの電子回路のヒューズとして有用である。

本発明に係る電流ヒューズを示す完成品斜視図 本発明に係る電流ヒューズをプリント基板に実装した時の断面図 本発明に係る電流ヒューズで用いられる樹脂ベースフィルム図 凹部を形成した樹脂ベースフィルム図 凹部の拡大図 部分的に金属を析出させた樹脂ベースフィルム斜視図 部分的に金属を析出させた樹脂ベースフィルム図 保護膜を１段目の凹部に接着した状態図 図８の拡大断面図 連続して凹部を形成したフープ状の樹脂ベースフィルム図 凹部が台形状の窪みの樹脂ベースフィルム図 凹部が円弧状の窪みの樹脂ベースフィルム図 樹脂フィルムを連続して加工、めっき、切断した製造方法の流れ図

符号の説明

１ 樹脂ベースフィルム
２ リード端子
３ ヒューズ溶断部
４ 樹脂保護用フィルム
５ 空隙
６ ニッケルめっき膜
７ 錫めっき膜
８ １段目の凹部
９ ２段目の凹部

Claims (5)

1. 絶縁性を有し、凹部を設けた平板状のベースフィルムと、
   前記凹部上に形成した導電膜と、
   前記凹部に設け導電膜を保護する保護膜とを備え、
   前記導電膜と前記保護膜との間に隙間を設けたことを特徴とする電流ヒューズ。
2. 前記凹部が、２段の段差によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の電流ヒューズ。
3. 前記凹部が、台形状の窪みであることを特徴とする請求項１記載の電流ヒューズ。
4. 前記凹部が、半球状の窪みであることを特徴とする請求項１記載の電流ヒューズ。
5. 前記凹部に形成した導電膜の一部が最も狭小幅になるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電流ヒューズ。

Images