JP2015509287A

JP2015509287A - セラミック放熱構造の回路保護用素子およびその製造方法

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Publication number: JP2015509287A
Application number: JP2014553239A
Authority: JP
Inventors: ジョンイルチョン; ドゥウォンカン; ギュジンアン; ソングァンキム; サンジュンジン; ヒョンチャンキム; ギョンミイ; グァンフンイ; サンミンアン
Original assignee: スマートエレクトロニクスインク
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN104040648A; WO2013108947A1; JP5932057B2; CN104040648B

Abstract

ディスク型の発熱体と、発熱体から延長されたリードと、発熱体を収容するための収容凹部、及び、リードの引き出しをガイドするガイド凹部が備えられたセラミックケースと、発熱体が収容凹部に収容された状態で収容凹部に充填される充填材とを含んでおり、セラミックケースは収容凹部を画する複数の壁を含み、複数の壁のうちの１つにはガイド凹部が形成され、ガイド凹部が形成された壁の厚さは、他の壁の厚さより厚いことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、回路保護用素子に関し、より詳しくは、セラミック放熱構造を有した回路保護用素子に関する。

最近、半導体産業の急激な発展は、半導体素子の小型化および高性能化のための超高集積化を加速している。このように超高集積化される半導体素子の動作電圧は次第に低くなる傾向にあるものの、サージ電圧のような過電圧が流れ込む場合には対処能力が顕著に低下することとなる。

半導体素子を内蔵する装備は、過電圧の流入時に半導体素子を破壊させたり劣化させたりすることで寿命短縮や機能低下などを招いているため、半導体素子が内蔵される装備、特に電気回路には、サーミスタ（Thermistor）及びバリスタ（Varistor）といった回路保護用素子を取り付けることについての必要性が増大している。

一方、上述の回路保護用素子のうち、サーミスタについて詳細に説明すれば次の通りである。

サーミスタは、温度変化に対応して半導体の抵抗率が変化する性質を用いた素子である。このようなサーミスタには、温度が高くなれば抵抗値が増加するＰＴＣサーミスタ（Positive temperature coefficient Thermistor；正温度係数サーミスタ）と、温度が高くなれば抵抗値が減少するＮＴＣサーミスタ（Negative temperature coefficient Thermistor；負温度係数サーミスタ）などがある。

特に、ＮＴＣサーミスタは、常温での抵抗値より上昇した温度においてさらに低い抵抗値特性を有するため、突入電流抑制用電源回路に結合された素子としてよく活用される。

ここで、突入電流とは電気製品の電源をターンオンさせる瞬間に回路内で一時的に発生する大容量の電流値をいうものであり、大きい突入電流は電源装置に用いられるダイオードを含む半導体素子の電流限界値を超過するか、そのために発生するスパイク電圧によって半導体素子の損傷を引き起こす。

突入電流を下げるのは抵抗値の大きいＮＴＣサーミスタを用いるほど大きい効果を発揮し、このように抵抗値の大きいＮＴＣサーミスタを用いれば、突入電流を下げるのに大きい効果を発揮するが、突入電流を下げた後には持続的に電力損失および熱損失が発生する。したがって、ＮＴＣサーミスタを介して突入電流を下げようとするときには、抵抗値の小さいＮＴＣサーミスタを用いることが好ましい。

前記ＮＴＣサーミスタは、突入電流を下げた後に電力および熱損失を発生させ、このような問題点を解決するためには、表面積の広いＮＴＣサーミスタを用いて熱を放出させることが好ましい。

例えば、ＮＴＣサーミスタはその形状に応じてチップ型、ビード型、ディスク型などに分けられ、ディスク型の場合、直径の大きいＮＴＣサーミスタを用いる時に熱を放出させるのに容易である。

しかし、ＮＴＣサーミスタは表面積、すなわち、ディスク型の場合、直径が大きいほど製造原価が幾何級数的に増加するという問題点がある。したがって、最近では、抵抗値が小さく且つ直径が小さく、熱を容易に放出でき、製造原価を減少させることができるＮＴＣサーミスタの必要性が浮上している。

また、上述した回路保護用素子のうち、バリスタ（Varistor）について詳細に説明するならば、次の通りである。

バリスタは、サージ電圧に応じて抵抗が変わるため、サージ電圧および静電気から重要電子部品と電気回路を保護する回路保護用素子として広く用いられている。すなわち、通常、回路内に配置されたバリスタは電流が流れないが、特定の電圧以上の過電圧や落雷などによってバリスタの両端に過電圧がかかったならば、素子の抵抗が急激に減少してほぼ全ての電流がバリスタ素子に流れることとなり、他の素子には電流が流れなくなることから、電気回路を保護することとなる。

また、上記のバリスタに電流が流れるようになると、負荷がかかって発熱される。このようなバリスタはディスク型が一般的であり、直径の大きいバリスタは、発熱された熱を放出させやすい。

しかし、バリスタは直径が大きいほど製造原価が幾何級数的に増加するという問題点がある。したがって、最近では、直径が小さく且つ熱を容易に放出でき、製造原価を減少させることができるバリスタの必要性が浮上している。

特開2007-103687 特開2008-288483

本発明はこのような問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は小さい直径を有し、且つ、熱を容易に放熱できる回路保護用素子を提供することにある。

本発明の目的は、突入電流の流入時、直径が小さくても熱を容易に放出できるディスク型ＮＴＣサーミスタを提供することにある。

本発明の目的は、サージ電圧の発生時、直径が小さくても熱を容易に放出できるディスク型バリスタを提供することにある。

前記目的を解決するためのセラミック放熱構造の回路保護用素子は、ディスク型の発熱体と、前記発熱体から延長されたリードと、前記発熱体を収容するための収容凹部、及び前記リードの引き出しをガイドするガイド凹部が備えられたセラミックケースと、前記発熱体が前記収容凹部に収容された状態で前記収容凹部に充填される充填材とを含む。

前記充填材はセメントを含むことを特徴とする。

前記セラミックケースは前記収容凹部を画する複数の壁を含み、
前記壁のうちいずれか１つに前記ガイド凹部が備えられ、
前記ガイド凹部が備えられた壁の厚さ（ｄ２）が、他の壁の厚さ（ｄ１）より大きいことを特徴とする。

前記発熱体はＮＴＣサーミスタ（THERMISTOR）であることを特徴とする。

前記発熱体はバリスタ（VARISTOR）であることを特徴とする。

また、前記目的を解決するためのセラミック放熱構造の回路保護用素子の製造方法は、ディスク型の発熱体と、前記発熱体から延長されたリードとを含む半製品状態の素子を用意し、前記発熱体を収容するための収容凹部と前記リードの引き出しをガイドするガイド凹部とが備えられたセラミックケースを用意し、前記発熱体及び前記リードを前記収容凹部及び前記ガイド凹部にそれぞれ挿入し、前記収容凹部に充填材を充填することを含む。

前記充填材はセメントを含むことを特徴とする。

前記説明のように本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子は、セラミックケースに半製品のＮＴＣサーミスタまたはバリスタを収容させ、充填用セメントを材質とする充填材を充填させることにより、セラミックケースに、小さい直径を有するＮＴＣサーミスタまたはバリスタの発熱体を収容させても、大きい直径を有する従来の発熱体と類似する放熱効果を備えることができる。

また、本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子は、小さい直径を有する発熱体が、従来の大きい直径を有する発熱体に類似する放熱効果を備えるので原価を節減することができる。

本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子の半製品素子を示す斜視図である。本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子のセラミックケースを示す斜視図である。本発明のセラミック放熱構造の半製品素子がセラミックケースに収容された様子を示す平面図である。本発明のセラミック放熱構造の半製品素子がセラミックケースに収容された様子を示す側断面図である。図３ａおよび図３ｂに充填材が充填された様子を示す側断面図である。本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子を製造する過程を示す図である。本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子を印刷回路基板に取り付けた様子を示す側断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態によるセラミック放熱構造の回路保護用素子について詳細に説明する。

本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子は、半製品状態の素子１０と、この半製品状態の素子１０が収容されるセラミックケース２０と、セラミックケース２０に充填される充填材３０とを含む。

まず、回路保護用素子は、図１に示すように、ディスク形状のセラミック胴体１２と、このセラミック胴体１２の両端に形成される電極１３を含む発熱体１１と、この発熱体１１の両端から延長されるように、すなわち、電極１３から延長されるように、はんだ付けされるリード１５とを含む。

前記発熱体１１とリード１５とを含む素子１０は、その外面に、シリコンとエポキシ樹脂といった外装材がコーティングされておらず、製品番号がマーキングされていない半製品状態の素子である。ここで、本発明の一実施形態において、半製品状態の素子１０は、突入電流を抑制する役割をするＮＴＣサーミスタと、サージ電圧を遮断する役割をするバリスタであることができる。

セラミックケース２０には、図２、図３ａおよび図３ｂに示すように、半製品状態の素子１０の発熱体１１が収容される収容凹部２１と、セラミックケース２０の外部へと半製品状態の素子１０のリード１５の引き出すようにガイドするガイド凹部２３とが形成される。

収容凹部２１は、セラミックケース２０の上面が開放された状態で備えられ、上述したように、半製品状態の素子１０の発熱体１１が収容される。すなわち、セラミックケース２０は、収容凹部２１を画する複数の壁を含む。

ガイド凹部２３は、収容凹部２１が形成されたセラミックケース２０の一側壁に形成される。このようなガイド凹部２３が形成されたセラミックケース２０の一側壁の厚さ（Ｄ２）は、図示したように、他の側壁の厚さ（Ｄ１）より厚く形成される。

充填材３０は、図４に示すように、セラミックケース２０の収容凹部２１とガイド凹部２３へと、半製品状態の素子１０を収容させた後に充填される。このような充填材３０は、セラミックケース２０の放熱特性を増進できるように充填用セメント（Ｃｅｍｅｎｔ）を材質としてなるものであり得る。

以下、図５を参照して、本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子の製造方法について説明する。

図１及び図５に示すように、まず、半製品状態の素子１０、すなわち、ディスク形状のＮＴＣサーミスタまたはバリスタの素子を製造する。ここで、半製品状態の素子１０は、セラミック胴体１２の両端に電極１３を形成して発熱体１１を作り、この発熱体１１の両端に、リード１５を延長させるように、はんだ付けすることによって製造される（Ｓ１２０）。

上記のように半製品状態の素子１０を製造するとともに、図２及び図５に示すように、収容凹部２１とガイド凹部２３が形成されるセラミックケース２０を製造する。このようなセラミックケース２０の製造は、射出成形により収容凹部２１とガイド凹部２３とが形成されたセラミックケース２０を作り、収容凹部２１とガイド凹部２３とが形成されたセラミックケース２０に製品番号といったものをマーキングし、マーキングされた部分を乾燥させ、乾燥後にセラミックケースを整列させるという過程によってなされる（Ｓ１１０）。

上記のように半製品状態の素子とセラミックケース２０が完成された後には、図３ａ、図３ｂ及び図５に示すように、セラミックケース２０の収容凹部２１とガイド凹部２３に半製品状態の素子１０を収容させる。すなわち、セラミックケース２０の収容凹部２１にディスク形状の発熱体１１を収容させ、この発熱体１１から延長されるリード１５をセラミックケース２０の外部に引き出すようにガイド凹部２３を通してガイドする（Ｓ１３０）。

次に、半製品状態の素子１０をセラミックケース２０に収容させた後、図４および図５に示すように充填用セメントを材質としてなる充填材３０を充填させる。ここで、充填用セメントの材質の充填材３０は、セラミックケース２０の放熱特性を増進させることができる（Ｓ１４０）。

その後、セラミックケース２０に充填された充填材３０を自然状態、すなわち、常温で乾燥させ、加熱装置（図示せず）を介して再び乾燥させる（Ｓ１５０）。

そして、充填材３０を乾燥させた後には、セラミックケース２０の外部に引き出されたリード１５を、必要な大きさに切断する（Ｓ１６０）。

その後、セラミック放熱構造の回路保護用素子について、抵抗値検査、外観検査および信頼性と出荷検査といった品質検査を行う（Ｓ１７０）。

一方、上記の製造方法によってセラミック放熱構造の回路保護用素子１０が完成した後には、この完成された素子を図６に示すように印刷回路基板１に取り付ける。完成された素子を印刷回路基板１に取り付けることは、印刷回路基板１に形成される貫通孔に素子１０のリードを貫通させて曲げた後、印刷回路基板１の裏面にて、はんだ付けするという過程により行われる。

ここで、セラミックケース２０のガイド凹部２３が形成された一側壁の厚さ（Ｄ２）は、上述したように、他の側壁の厚さ（Ｄ１）よりも、ある程度だけ大きい厚さを有する。

すなわち、本発明の一実施形態において、印刷回路基板１に完成された回路保護用素子のリードが、はんだ付けされるはんだ付けポイントは、セラミックケース２０の内部に収容された発熱体１１から、従来のものより一定距離だけ、さらに離隔される。したがって、本発明の一実施形態においては、印刷回路基板のはんだ付けポイントが、発熱体から従来のものより離隔されるので、放熱において効率的である。

また、下記表１は、抵抗値が一定である場合に、発熱体１１の直径の大きさに応じて、従来のＮＴＣサーミスタと、本発明の一実施形態のＮＴＣサーミスタ、すなわち、セラミックケース２０に半製品の素子１０を収容させた状態で充填材３０を充填させたＮＴＣサーミスタとについて、発熱体１１と、はんだ付けポイントで測定される温度値を比較したデータである。

前記表１に示すように、収容凹部２１とガイド凹部２３が形成されたセラミックケース２０に半製品の素子１０を収容させた状態で充填材３０を充填させる本発明のセラミック放熱構造の回路保護用素子であると、９ｍｍの直径であるときの温度が、従来の回路保護用素子の１５ｍｍの直径であるときと類似する温度値が測定される。

すなわち、本発明の一実施形態においては、従来より放熱効果において効率的であることが分かる。

したがって、本発明の一実施形態においては、セラミックケースに半製品のＮＴＣサーミスタまたはバリスタを収容させ、充填用セメントを材質とする充填材を充填させることにより、セラミックケースに、小さい直径を有するＮＴＣサーミスタまたはバリスタの発熱体を収容させても、大きい直径を有する従来の発熱体に類似する放熱効果を備えることができる。

また、本発明の一実施形態においては、上述のように、小さい直径を有する発熱体が、従来の大きい直径を有する発熱体に類似する放熱効果を備えるので、原価を節減することができる。

Claims

ディスク型の発熱体と、
前記発熱体から延長されたリードと、
前記発熱体を収容するための収容凹部、及び、前記リードの引き出しをガイドするガイド凹部が備えられたセラミックケースと、
前記発熱体が前記収容凹部に収容された状態で前記収容凹部に充填される充填材とを含むセラミック放熱構造の回路保護用素子。
前記充填材には充填用セメントが含まれることを特徴とする請求項１に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子。
前記セラミックケースは前記収容凹部を画する複数の壁を含み、
前記壁のうちいずれか１つに前記ガイド凹部が備えられ、
前記ガイド凹部が備えられた壁の厚さ（ｄ２）が、他の壁の厚さ（ｄ１）より大きいことを特徴とする請求項１に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子。
前記発熱体がＮＴＣサーミスタ（THERMISTOR）であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子。
前記発熱体がバリスタ（VARISTOR）であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子。
ディスク型の発熱体と、前記発熱体から延長されたリードとを含む半製品状態の素子を用意し、
前記発熱体を収容するための収容凹部と、前記リードの引き出しをガイドするガイド凹部とが備えられたセラミックケースを用意し、
前記発熱体及び前記リードを前記収容凹部及び前記ガイド凹部にそれぞれ挿入し、
前記収容凹部に充填材を充填することを特徴とするセラミック放熱構造の回路保護用素子の製造方法。
前記セラミックケースは前記収容凹部を画する複数の壁を含み、
前記壁のうちいずれか１つに前記ガイド凹部が備えられ、
前記ガイド凹部が備えられた壁の厚さ（ｄ２）が、他の壁の厚さ（ｄ１）より大きいことを特徴とする請求項６に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子の製造方法。
前記発熱体がＮＴＣサーミスタ（THERMISTOR）であることを特徴とする請求項６に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子の製造方法。
前記発熱体がバリスタ（VARISTOR）であることを特徴とする請求項６に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子の製造方法。
前記充填材には充填用セメントが含まれることを特徴とする請求項６に記載のセラミック放熱構造の回路保護用素子の製造方法。