JP2014175129A

JP2014175129A - ヒューズ

Info

Publication number: JP2014175129A
Application number: JP2013046032A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Banba; 真一郎番場; Hiroshi Fukuda; 福田　　寛
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】ヒューズ機能が高い確実性で発現するヒューズを提供する。
【解決手段】ヒューズ１は、ヒューズエレメント２０を備える。ヒューズエレメント２０は、絶縁性基板２１と、配線２２とを有する。配線２２は、絶縁性基板２１に設けられている。絶縁性基板２１は、互いに組成が異なるセラミック層２１１，２１２を含む複数のセラミック層２１１〜２１４の積層体により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒューズに関する。

従来、電子部品を過電流から保護するために、種々のヒューズが用いられている。例えば、特許文献１には、基板と、基板上に設けられたヒューズ導体と、基板を加熱する抵抗体部品とを備えるヒューズが記載されている。特許文献１に記載されたヒューズでは、抵抗体部品からの熱により、基板が破断し、それに伴ってヒューズ導体が破断されることによりヒューズ機能が発現する。

特開平３−７４１３６号公報

特許文献１に記載されているような破断型のヒューズにおいて、ヒューズ機能がより確実に発現するようにしたいという要望がある。

本発明の主な目的は、ヒューズ機能が高い確実性で発現するヒューズを提供することである。

本発明に係るヒューズは、ヒューズエレメントを備える。ヒューズエレメントは、絶縁性基板と、配線とを有する。配線は、絶縁性基板に設けられている。絶縁性基板は、互いに組成が異なるセラミック層を含む複数のセラミック層の積層体により構成されている。

本発明に係るヒューズのある特定の局面では、互いに組成が異なるセラミック層は、熱膨張係数が互いに異なるセラミック層を含む。

本発明に係るヒューズの別の特定の局面では、互いに組成が異なるセラミック層が接触している。

本発明に係るヒューズの他の特定の局面では、絶縁性基板は、絶縁性基板が加熱された際に複数のセラミック層の少なくともひとつの表面に引張応力が加わるように構成されている。

本発明に係るヒューズのさらに他の特定の局面では、複数のセラミック層は、第１のセラミック層と、第１のセラミック層の一主面の上に配された第２のセラミック層と、第１のセラミック層の他主面の上に配された第３のセラミック層とを含む。第１〜第３のセラミック層は、絶縁性基板が加熱された際に、第１のセラミック層の両表面に引張応力が加わるように構成されている。

本発明に係るヒューズのさらに別の特定の局面では、絶縁性基板は、焼成完了温度が互いに異なるセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートの積層体を焼成してなる。

本発明に係るヒューズのまた他の特定の局面では、ヒューズは、ヒューズ本体をさらに備える。ヒューズ本体は、内部空間を有する。ヒューズ本体は、ヒューズエレメントの一部が内部空間内に位置するように設けられている。

本発明に係るヒューズのまた別の特定の局面では、ヒューズ本体と絶縁性基板とが同時焼成されたセラミック体により構成されている。

本発明に係るヒューズのさらにまた他の特定の局面では、ヒューズは、絶縁性基板を加熱する発熱体をさらに備える。

本発明に係るヒューズのさらにまた別の特定の局面では、発熱体と配線とは、絶縁性基板の上方から平面視したときに少なくとも一部同士が重なるように配されている。

本発明によれば、ヒューズ機能が高い確実性で発現するヒューズを提供することができる。

第１の実施形態に係るヒューズの略図的断面図である。第１の実施形態に係るヒューズの略図的平面図である。第２の実施形態に係るヒューズの略図的断面図である。第３の実施形態に係るヒューズの略図的断面図である。第４の実施形態に係るヒューズの略図的断面図である。第５の実施形態に係るヒューズの略図的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

図１は、第１の実施形態に係るヒューズの略図的断面図である。図２は、第１の実施形態に係るヒューズの略図的平面図である。

図１及び図２に示されるヒューズ１は、ヒューズ本体１０と、ヒューズエレメント２０とを備えている。

ヒューズエレメント２０は、絶縁性基板２１と、配線２２とを有する。絶縁性基板２１は、例えばＢａ、Ａｌ、Ｓｉを主成分とする低温焼成セラミック材料や、アルミナを主成分とする高温焼成セラミック材料などの絶縁性セラミックスにより構成することができる。配線２２は、絶縁性基板２１の第１の主面２１ａ上に設けられている。もっとも、配線２２は、絶縁性基板２１の内部に設けられていてもよい。配線２２は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｐｄ等により構成することができる。

配線２２は、ヒューズ本体１０の一主面上に設けられた端子電極２３，２４に電気的に接続されている。

ヒューズエレメント２０は、ヒューズ本体１０内に設けられている。ヒューズ本体１０は、例えば、Ｂａ、Ａｌ、Ｓｉを主成分とする低温焼成セラミック材料や、アルミナを主成分とする高温焼成セラミック材料などを主材とする絶縁性セラミックスにより構成することができる。ヒューズ本体１０は、絶縁性基板２１と同時焼成されたセラミック体により構成されていてもよい。もっとも、ヒューズ本体１０は、例えば、樹脂により構成されていてもよい。

ヒューズ本体１０は、内部空間１１を有する。この内部空間１１は、外部と実質的に連通していない密閉空間である。ヒューズエレメント２０の一部は、内部空間１１内に位置している。内部空間１１内において、ヒューズエレメント２０の一部の両主面及び両側面がヒューズ本体１０の内壁から離間するように設けられている。すなわち、ヒューズ本体１０において、ヒューズエレメント２０の上方、下方、右方及び左方のそれぞれに空洞が設けられている。

ヒューズ１は、発熱体３０をさらに備える。発熱体３０は、例えば、抵抗発熱体により構成することができる。発熱体３０は、例えば、Ｎｉをベースとし、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅの内の少なくとも一種を含む合金等により構成することができる。発熱体３０は、絶縁性基板２１の第２の主面２１ｂの上に配されている。このため、発熱体３０の熱を絶縁性基板２１に効率的に伝達することができる。発熱体３０の少なくとも一部は、内部空間１１内に配されている。発熱体３０と配線２２とは、絶縁性基板２１の上方から平面視したときに少なくとも一部同士が重なるように配されている。

配線２２に接続される一方側の外部端子と発熱体３０に接続される一方側の外部端子とはヒューズ本体を実装する基板上等で電気的に接続されている。また、配線２２と発熱体３０の他方側の外部端子も同様に接続されている。そのため、配線２２に大電流が流れると、発熱体３０にも大電流が流れる。これにより、発熱体３０が発熱する。この発熱体３０の熱により絶縁性基板２１が熱膨張し、破断する。これに伴い、配線２２も破断し、ヒューズ機能が発現する。

ここで、ヒューズ１では、絶縁性基板２１が、複数のセラミック層の積層体により構成されている。積層体に含まれる複数のセラミック層には、互いに組成が異なるセラミック層が含まれる。互いに組成が異なるセラミック層では、通常、線膨張係数が相互に異なる。このため、絶縁性基板２１の温度が上昇すると、互いに組成が異なるセラミック層の間に応力が加わる。具体的には、線膨張係数が小さいセラミック層の表面に引張応力が加わる。よって、線膨張係数が小さいセラミック層が破断しやすい。線膨張係数が小さいセラミック層が破断すると、それに伴い、絶縁性基板２１全体が破断しやすい。よって、ヒューズ１では、絶縁性基板２１が破断しやすい。従って、ヒューズ機能が高い確実性で発現する。また、絶縁性基板２１が低温で破断するため、ヒューズ機能の発現に要する時間が短い。

ヒューズ機能がより高い確実性で発現するようにする観点からは、互いに組成が異なるセラミック層が接触していることが好ましい。また、絶縁性基板２１は、焼成完了温度が互いに異なるセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートの積層体を焼成してなるものであることが好ましい。この場合、先に焼成完了した材料は後から焼成完了する材料に対して収縮を抑制するため拘束体になるため、後から焼成完了する材料にはフリーで収縮する場合に比べ引っ張りの応力がかかる。この引っ張りの残留応力はクラックを進展させるため、破断しやすくなる。

具体的には、本実施形態では、絶縁性基板２１は、セラミック層２１１〜２１４の積層体により構成されている。外層に位置するセラミック層２１１，２１４と、内層に位置するセラミック層２１２，２１３とでは、組成が異なる。このため、外層に位置するセラミック層２１１，２１４と、内層に位置するセラミック層２１２，２１３とでは、線膨張係数が異なる。具体的には、外層に位置するセラミック層２１１，２１４の線膨張係数が、内層に位置するセラミック層２１２，２１３の線膨張係数よりも大きい。従って、絶縁性基板２１の温度が上昇した際に、内層に位置するセラミック層２１２，２１３の表面に引張応力が付与される。これにより、絶縁性基板２１の破断が促進される。

また、ヒューズ１では、ヒューズエレメント２０の一部が内部空間１１内に位置している。このため、絶縁性基板２１が迅速に加熱され、絶縁性基板２１及び配線２２が短期間のうちに破断する。従って、ヒューズ機能が迅速に発現する。

また、発熱体３０の熱が内部空間１１内に閉じ込められるため、絶縁性基板２１を少ない熱量で効率的に加熱することができる。従って、絶縁性基板２１及び配線２２を確実に破断させることができる。また、発熱体３０の熱が他の部分に影響を及ぼすことを抑制することができる。

また、絶縁性基板２１及び配線２２の破断温度が外気温によって変化することを抑制できるため、破断温度を安定させることができる。

さらに、絶縁性基板２１や配線２２が破断したときに生じる破片の飛散を抑制することができる。

なお、第１の実施形態に係るヒューズ１では、発熱体３０が絶縁性基板２１の第２の主面２１ｂの上に配されている例について説明した。但し、本発明において、発熱体３０の位置は特に限定されない。例えば、図３に示されるように、発熱体３０を絶縁性基板２１の内部に配してもよい。

また、発熱体３０を、配線２２と共に、第１の主面２１ａの上に配してもよい。この場合は、第１の主面２１ａ上に発熱体３０を配置し、その上に配置する配線２２とを電気的に絶縁する絶縁層を配置してから配線２２を設けることが好ましい。

ヒューズ１では、絶縁性基板２１が４つのセラミック層２１１〜２１４の積層体である例について説明した。但し、本発明において、絶縁性基板２１を構成しているセラミック層の数は、２以上であれば特に限定されない。例えば、図４に示されるように、絶縁性基板２１を、３つのセラミック層２１１，２１２，２１４により構成してもよい。この場合、中央に位置しているセラミック層２１２の線膨張係数が、両側に位置しているセラミック層２１１，２１４の線膨張係数よりも小さい。このため、絶縁性基板２１が加熱された際に、セラミック層２１２の両表面に引張応力が付与されるため、セラミック層２１２がより破断しやすい。よって、ヒューズ機能がより高い確実性で発現する。

また、図５に示されるように、絶縁性基板２１を２つのセラミック層２１１，２１２により構成してもよい。絶縁性基板２１の厚みは２０〜５００μｍであることが好ましい。２０μｍ未満であると絶縁性基板２１が衝撃を受けたときに破壊する可能性があり、５００μｍを超えると確実な破断が難しい場合がある。絶縁性基板２１の厚みは流れる電流（耐電流）によって調整される。

ヒューズ１は、配線２２に大電流が流れた際にヒューズ機能を発現する受動素子であるが、本発明に係るヒューズは、例えば能動素子であってもよい。例えば、発熱体３０に必要に応じて電流を供給し、配線２２を能動的に破断させる能動素子であってもよい。

また、図６に示されるヒューズのように、発熱体を設けず、配線２２に大電流が流れた際に配線２２が発熱し、ヒューズ機能が受動的に発現するようにしてもよい。

なお、ヒューズ１は、例えば、以下の要領で製造することができる。まず、ヒューズ本体１０及び絶縁性基板２１を構成するためのセラミックグリーンシートを用意する。具体的には、セラミック原料粉末に、バインダー、可塑剤及び溶剤を混合してスラリーを得る。このスラリーをドクターブレード法などによりキャリアフィルムの上にシート状に形成することによりセラミックグリーンシートを得ることができる。なお、セラミックグリーンシートとしては、セラミック層２１１，２１４を構成するためのものと、セラミック層２１２，２１３を構成するためのものと、ヒューズ本体１０を構成するためのものとの３種類を作製する。

次に、セラミックグリーンシートの上に、導電性ペーストを塗布することにより、配線２２などを構成するための導電性ペースト層を形成する。また、セラミックグリーンシートに、打ち抜きやレーザー照射により貫通孔を形成した後に、貫通孔に導電性ペーストを充填する。また、内部空間１１を形成するための消失剤（例えば、樹脂ペーストやカーボンペースト）を塗布したセラミックグリーンシートを用意する。樹脂ペーストとしては、ポリプロピレン樹脂、ブチラール樹脂、アクリル樹脂などを含む樹脂ペーストが好ましく用いられる。

これらのセラミックグリーンシートを適宜積層し、グリーンシート積層体を得る。グリーンシート積層体にプレスを施してもよい。

その後、グリーンシート積層体を焼成することにより、ヒューズ１を完成させることができる。

上記の製造方法によると、ヒューズエレメント２０とヒューズ本体１０とを同時焼成することができ、内部空間１１を上記同時焼成工程において形成することができるため、容易にヒューズ１を作製することができる。なお、予めヒューズエレメント２０を準備しておき、他の絶縁性基板からなるヒューズ本体１０と張り合わせることによりヒューズ１を作製してもよい。

１…ヒューズ
１０…ヒューズ本体
１１…内部空間
２０…ヒューズエレメント
２１…絶縁性基板
２１１〜２１４…セラミック層
２１ａ…第１の主面
２１ｂ…第２の主面
２２…配線
２３，２４…端子電極
３０…発熱体

Claims

絶縁性基板と、前記絶縁性基板に設けられた配線とを有するヒューズエレメントを備え、
前記絶縁性基板は、互いに組成が異なるセラミック層を含む複数のセラミック層の積層体により構成されている、ヒューズ。
前記互いに組成が異なるセラミック層は、熱膨張係数が互いに異なるセラミック層を含む、請求項１に記載のヒューズ。
前記互いに組成が異なるセラミック層が接触している、請求項１または２に記載のヒューズ。
前記絶縁性基板は、前記絶縁性基板が加熱された際に前記複数のセラミック層の少なくともひとつの表面に引張応力が加わるように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒューズ。
前記複数のセラミック層は、第１のセラミック層と、前記第１のセラミック層の一主面の上に配された第２のセラミック層と、前記第１のセラミック層の他主面の上に配された第３のセラミック層とを含み、
前記第１〜第３のセラミック層は、前記絶縁性基板が加熱された際に、前記第１のセラミック層の両表面に引張応力が加わるように構成されている、請求項４に記載のヒューズ。
前記絶縁性基板は、焼成完了温度が互いに異なるセラミックグリーンシートを含む複数のセラミックグリーンシートの積層体を焼成してなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒューズ。
内部空間を有し、前記ヒューズエレメントの一部が前記内部空間内に位置するように設けられているヒューズ本体をさらに備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒューズ。
前記ヒューズ本体と前記絶縁性基板とが同時焼成されたセラミック体により構成されている、請求項７に記載のヒューズ。
前記絶縁性基板を加熱する発熱体をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のヒューズ。
前記発熱体と前記配線とは、前記絶縁性基板の上方から平面視したときに少なくとも一部同士が重なるように配されている、請求項９に記載のヒューズ。