JP2010225497A

JP2010225497A - 回路保護素子

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Publication number: JP2010225497A
Application number: JP2009073302A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Mikamoto; 直弘三家本; Tomoyuki Washisaki; 智幸鷲▲崎▼; Takashi Kitamura; 崇喜多村; Masumi Toda; 麻純任田; Toshiyuki Iwao; 敏之岩尾; Kazutoshi Matsumura; 和俊松村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】本発明は、耐インラッシュ性と速断性を両立させることができる回路保護素子を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の回路保護素子は、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の両端部に設けられた一対の上面電極１２と、この一対の上面電極１２を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極１２と電気的に接続されたエレメント部１３と、このエレメント部１３と前記絶縁基板１１との間に設けられた珪藻土を含有する下地層１４と、前記エレメント部１３を覆うように設けられた絶縁層１５とを備え、前記エレメント部１３を、Ｎｉからなる第１のエレメント部１６と、この第１のエレメント部１６の上面に形成されかつＣｕとＡｇもしくはＡｕとを積層することによって構成された第２のエレメント部１７とで構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子に関するものである。

従来のこの種の回路保護素子は、図２に示すように、絶縁基板１と、この絶縁基板１の上面の両端部に設けられた一対の電極２と、前記絶縁基板１の上面において前記一対の上面電極２と電気的に接続されたエレメント部３と、このエレメント部３を覆うように設けられた絶縁層４と、前記絶縁基板１の両端面に形成された一対の端面電極層５とを備えた構成としていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２０００−３３１５９０号公報

上記した従来の回路保護素子の構成では、耐インラッシュ性を向上させようとしてエレメント部３の断面積を大きくすると、過電流が流れたときに溶断しにくくなって、速断性が低下するものであり、一方、速断性を向上させようとしてエレメント部３の断面積を小さくすると、耐インラッシュ性が低下するという具合に、耐インラッシュ性と速断性を両立させることは困難であるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、耐インラッシュ性と速断性を両立させることができる回路保護素子を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板と、この絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、この一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、このエレメント部と前記絶縁基板との間に設けられた珪藻土を含有する下地層と、前記エレメント部を覆うように設けられた絶縁層とを備え、前記エレメント部を、Ｎｉからなる第１のエレメント部と、この第１のエレメント部の上面に形成されかつＣｕとＡｇもしくはＡｕとを積層することによって構成された第２のエレメント部とで構成したもので、この構成によれば、下地層を構成する珪藻土と第１のエレメント部を構成するＮｉの熱伝導率が低いため、耐インラッシュ性を向上させるためにエレメント部の断面積を大きくした場合でも、このエレメント部の熱の絶縁基板内への拡散は、この下地層と第１のエレメント部によって抑制されることになり、さらに、第２のエレメント部を構成するＣｕとＡｇあるいはＣｕとＡｕは加熱されると低融点の共晶が生じるため、過電流が流れると速く溶融することになり、これにより、速断性を向上させることができ、その結果、耐インラッシュ性と速断性を両立させることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、下地層に撥水性を有する材料を含有させるようにしたもので、この構成によれば、エレメント部をめっきで形成した場合、めっきの延びを抑制することができるため、エレメント部の形状を安定させることができ、これにより、溶断特性を安定させることができるという作用効果が得られるものである。

以上のように本発明の回路保護素子は、絶縁基板と、この絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、この一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、このエレメント部と前記絶縁基板との間に設けられた珪藻土を含有する下地層と、前記エレメント部を覆うように設けられた絶縁層とを備え、前記エレメント部を、Ｎｉからなる第１のエレメント部と、この第１のエレメント部の上面に形成されかつＣｕとＡｇもしくはＡｕとを積層することによって構成された第２のエレメント部とで構成しているため、この第２のエレメント部と前記絶縁基板との間に熱伝導率が低い下地層と第１のエレメント部が形成されることになり、これにより、耐インラッシュ性を向上させるためにエレメント部の断面積を大きくした場合でも、このエレメント部の熱の絶縁基板内への拡散は、この下地層と第１のエレメント部によって抑制されることになり、さらに、第２のエレメント部を構成するＣｕとＡｇあるいはＣｕとＡｕは加熱されると低融点の共晶が生じるため、過電流が流れると速く溶融することになり、これにより、速断性を向上させることができ、その結果、耐インラッシュ性と速断性を両立させることができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における回路保護素子について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図である。

本発明の一実施の形態における回路保護素子は、図１に示すように、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の両端部に設けられた一対の上面電極１２と、この一対の上面電極１２を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極１２と電気的に接続されたエレメント部１３と、このエレメント部１３と前記絶縁基板１１との間に設けられた珪藻土を含有する下地層１４と、前記エレメント部１３を覆うように設けられた絶縁層１５とを備えた構成にするとともに、さらに、前記エレメント部１３を、Ｎｉからなる第１のエレメント部１６と、この第１のエレメント部１６の上面に形成されかつＣｕとＡｇもしくはＡｕとを積層することによって構成された第２のエレメント部１７とで構成しているものである。

上記構成において、前記絶縁基板１１は、その形状が方形状で、Ａｌ₂Ｏ₃を５５〜９６％含有するアルミナで構成され、また、前記一対の上面電極１２は、絶縁基板１１の上面の両端部に設けられ、Ａｇ等を印刷することによって形成されている。

そしてまた、前記エレメント部１３は、絶縁基板１１の全面を覆うように下地層１４と一対の上面電極１２の上面に位置して設けられ、かつ第１のエレメント部１６と第２のエレメント部１７とにより構成されている。

さらに、前記第１のエレメント部１６は、厚みが１〜４μｍのＮｉで構成され、電解めっきまたは無電解めっきにより形成されている。なお、この電解めっきまたは無電解めっきを行うためには、予めスパッタ等の前処理を実施する必要がある。

さらにまた、前記第２のエレメント部１７は、第１のエレメント部１６の上面に、電解めっきまたは無電解めっきにより形成されている。なお、その厚みは１〜１０μｍとなっている。また、この第２のエレメント部１７は、Ｃｕで構成された下層１７ａと、ＡｇまたはＡｕで構成された上層１７ｂとを積層することによって構成されている。なお、前記上層１７ｂは空気と触れる可能性があるため、その材料としては、Ａｇよりも酸化されにくいＡｕの方が好ましい。また、上記とは逆に下層１７ａをＡｇまたはＡｕで構成し、かつ上層１７ｂをＣｕで構成してもよい。

また、前記絶縁基板１１の両端部には前記エレメント部１３の一部に重なるように銀系の材料からなる端面電極層１８が形成されており、かつこの端面電極層１８の表面にはめっき膜（図示せず）が形成されるものである。

さらに、前記エレメント部１３の中心部には、レーザによってトリミング溝１９が２ヶ所、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かって形成され、そしてこの２つのトリミング溝１９で囲まれた領域が、過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部２０となっているものである。なお、前記トリミング溝１９を３つ以上形成して、電流が蛇行するようにしてもよい。

そしてまた、前記下地層１４は絶縁基板１１の中央部に設けられ、かつ前記一対の上面電極１２間に位置するエレメント部１３と絶縁基板１１との間に設けられている。さらに、この下地層１４は、珪藻土とシリコン樹脂を混合させた混合物で構成しているもので、この珪藻土およびシリコン樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下となっているため、この下地層１４によって、エレメント部１３の熱が絶縁基板１１内へ拡散するのを抑制することができる。

このように、下地層１４を構成する材料に撥水性を有するシリコン樹脂を使用すれば、エレメント部１３をめっきで形成した場合、めっきの延びを抑制することができるため、エレメント部１３の形状を安定させることができ、これにより、溶断特性を安定させることができる。

なお、前記下地層１４は絶縁基板１１の中央部だけでなく、絶縁基板１１の上面のほぼ全面に形成し、そしてこの下地層１４の両端部に一対の上面電極１２を形成するようにしてもよい。

また、前記絶縁基板１５は、エレメント部１３を覆うように設けられており、そして溶断部２０を覆うシリコン等の樹脂からなる第１の絶縁層１５ａと、この第１の絶縁層１５ａの上面に設けられたエポキシ等の樹脂からなる第２の絶縁層１５ｂとにより構成されているものである。

次に、本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法について説明する。

図１において、まず、Ａｌ₂Ｏ₃を５５〜９６％含有するアルミナで構成された絶縁基板１１の上面の両端部に、銀ペーストまたは銀を主成分とする銀パラジウム合金導体ペーストを印刷して焼成することにより一対の上面電極１２を形成する。

次に、絶縁基板１１の中央部に、珪藻土を５０〜９０体積％混合させた珪藻土とシリコン樹脂の混合物および有機溶剤からなるペーストを印刷し、その後、１５０℃〜２００℃程度で硬化させて有機溶剤を蒸発させることにより下地層１４を形成する。この場合、下地層１４は珪藻土とシリコン樹脂を混合させたもので構成しているため、１５０℃〜２００℃の比較的低温で硬化させることができる。

次に、下地層１４および一対の上面電極１２の上面にエレメント部１３を形成する。なお、このエレメント部１３は一対の上面電極１２間を橋絡して一対の上面電極１２と電気的に接続されるように構成する。

そして、このエレメント部１３は、まず、スパッタ等の前処理をした後、Ｎｉを電解めっきまたは無電解めっきして第１のエレメント部１６を形成する。その後、第１のエレメント部１６の上面に電解めっきまたは無電解めっきして第２のエレメント部１７を形成する。この第２のエレメント部１７は、まず、Ｃｕからなる下層１７ａを形成した後、ＡｇまたはＡｕからなる上層１７ｂを形成する。

次に、エレメント部１３の中心部の２ヶ所を、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削してトリミング溝１９を形成することにより、この２つのトリミング溝１９で囲まれた領域に、過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部２０を設ける。

なお、この場合、溶断部２０を形成するために、トリミング溝１９を形成するのではなく、エレメント部１３をエッチング等によりパターンニングして幅狭部を設けてもよい。

次に、シリコン等の樹脂を少なくとも溶断部２０を覆うように形成して第１の絶縁層１５ａを設ける。その後、この第１の絶縁層１５ａの上面にエポキシ等の樹脂を形成して第２の絶縁層１５ｂを設けることにより、２層からなる絶縁層１５を形成する。なお、この絶縁層１５は、樹脂に限定されるものではなく、ガラスペーストを印刷して焼成することにより形成してもよい。

次に、絶縁基板１１の両端部においてエレメント部１３の一部と重なるように樹脂銀ペーストを塗布して硬化させることにより端面電極層１８を形成する。なお、この端面電極層１８はスパッタ等の薄膜プロセスによって形成してもよい。

最後に、端面電極層１８に、ニッケルと錫の２層構造からなるめっき膜（図示せず）を形成して、本発明の一実施の形態における回路保護素子を製造するものである。

上記した本発明の一実施の形態においては、下地層１４の上面に設けられたエレメント部１３を、Ｎｉからなる第１のエレメント部１６と、この第１のエレメント部１６の上面に形成されかつＣｕとＡｇもしくはＡｕとを積層することによって構成された第２のエレメント部１７とで構成しているため、この第２のエレメント部１７と絶縁基板１１との間に、熱伝導率が低い下地層１４を構成する珪藻土と第１のエレメント部１６を構成するＮｉが形成されることになり、これにより、耐インラッシュ性を向上させるためにエレメント部１３の断面積を大きくした場合でも、このエレメント部１３の熱の絶縁基板１１内への拡散は、この下地層１４と第１のエレメント部１３によって抑制されることになり、さらに、第２のエレメント部１７を構成するＣｕとＡｇあるいはＣｕとＡｕは加熱されると低融点の共晶が生じるため、過電流が流れると速く溶融することになり、これにより、速断性を向上させることができ、その結果、耐インラッシュ性と速断性を両立させることができるという効果が得られるものである。

すなわち、珪藻土は上述したように熱伝導率が非常に低く、また、Ｎｉは他の金属に比べて比較的熱伝導率が低いため、珪藻土を有する下地層１４とＮｉからなる第１のエレメント部１６を断熱層として使用することができ、これにより、耐インラッシュ性を向上させるためにエレメント部１３の断面層を大きくした場合でも、エレメント部１３で発生した熱はエレメント部１３内に蓄熱することができるため、過電流が流れると速く第２のエレメント部１７が溶融するものである。これに加えて、第２のエレメント部１７を構成するＣｕとＡｇあるいはＣｕとＡｕは過電流によって加熱されると８００℃前後の低い融点の共晶が生じるため、過電流が流れると第２のエレメント部１７が速く溶融し、そして、この第２のエレメント部１７が溶融すると、Ｎｉからなる第１のエレメント部１６に大きな電流が一気に流れるため、第１のエレメント部１６は間を置かずに溶融し、これにより、速断性を向上させることができる。

また、エレメント部１３に、電気導電率が良い金属であるＣｕ、Ａｇ、Ａｕを使用しているため、回路保護素子の直流抵抗値を下げることもできるものである。

本発明に係る回路保護素子は、耐インラッシュ性と速断性を両立させることができるという効果を有するものであり、特に過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子等において有用となるものである。

本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図従来の回路保護素子の断面図

１１絶縁基板
１２上面電極
１３エレメント部
１４下地層
１５絶縁層
１６第１のエレメント部
１７第２のエレメント部

Claims

絶縁基板と、この絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、この一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、このエレメント部と前記絶縁基板との間に設けられた珪藻土を含有する下地層と、前記エレメント部を覆うように設けられた絶縁層とを備え、前記エレメント部を、Ｎｉからなる第１のエレメント部と、この第１のエレメント部の上面に形成されかつＣｕとＡｇもしくはＡｕとを積層することによって構成された第２のエレメント部とで構成した回路保護素子。
下地層に撥水性を有する材料を含有させるようにした請求項１記載の回路保護素子。