JP2016096134A - 回路素子、及び回路素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラックスを高分散状態で密閉して保持することによって、その動作特性を安定化させる。【解決手段】可溶導体１３と当接する部位の何れかにフラックス１９Ａを保持する回路素子１０であって、絶縁基板１１上に設けられる少なくとも１対の電極１５Ａ、１５Ｂと、電極と可溶導体とを接続するソルダーペーストからなる接続媒体１８Ａ、１８Ｂと、接続媒体に設けられる複数の空隙部１９と、を備え、フラックスは、空隙部の少なくとも１つ以上に充填されることによって保持されることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、電流経路を溶断することにより、電流経路上に接続された回路を保護する保護素子や短絡素子等のフラックスを保持する回路素子、及び当該回路素子の製造方法に関する。

従来、二次電池装置等に搭載される保護素子は、過電流だけでなく過電圧防止機能も有するものが用いられている。保護素子は、基板上に発熱体と低融点金属体から成る可溶導体が積層され、過電流により可溶導体が溶断されるように形成されていると共に、過電圧が生じた場合も保護素子内の発熱体に通電され、発熱体の熱により可溶導体が溶断する。可溶導体の溶断は、低融点金属である可溶導体の溶融時に、接続された電極表面に対する濡れ性の良さに起因して、溶融した低融点金属が電極上に引き寄せられ、その結果、可溶導体が分断されて電流が遮断される。

一方、近年の携帯機器等の電子機器の小型化に伴い、当該電子機器に搭載される電源の保護回路に実装される保護素子にも小型化・薄型化が要求された上で、動作の安定性と高速化が求められている。保護素子の動作の安定性と高速化を図るために、絶縁基板上に低融点金属体の可溶導体を配置して、当該可溶導体を絶縁カバーで封止して、かつ、可溶導体にフラックスの塗布がなされている。このように、フラックスを可溶導体に塗布することによって、可溶導体の表面の酸化防止を図ると共に、可溶導体の加熱時に迅速に安定して溶融が促進され、溶断特性が高まるようになる。

フラックスは、熱流動性に富むため、保護素子を回路基板に実装する際に、リフロー炉等の熱環境下に曝されると、可溶導体表面に塗布したフラックスが流出して残存しないため、その機能が発揮されず可溶導体の溶断不良の原因となることがあった。特許文献１及び特許文献２には、可溶導体上のフラックスを絶縁カバー部によって所定の位置に保持することによって、異常時における可溶導体の迅速、かつ正確な溶断を可能にした保護素子が開示されている。また、特許文献３には、可溶導体に近接してフラックス含浸多間隙金属体を設けることによって、フラックス作用を満足に保持させつつ、金網等に溶融合金を吸い込ませて作動速度の迅速化を図った合金型温度ヒューズが開示されている。

特開２０１０−１７０８０２号公報 特開２０１０−１７０８０３号公報 特許第４０１５２４４号公報

フラックスは、揮発性成分等も含むため、大気や湿気に直接さらされると、その特性が劣化し易い。このため、可溶導体の表面の酸化防止を図ると共に、可溶導体の溶断特性を高めるためには、保護素子を絶縁カバー等で完全密封した状態とすることが望まれる。しかしながら、リフロー時やヒューズ溶断時に絶縁カバー等の外装部にクラックが発生するという問題があり、保護素子等の回路素子を密封型の構成にするのが容易でない。また、可溶導体上部にフラックスを配置する場合には、フラックスを保持するための空間や保持するための機構が必要になり、低背化が容易にできないという問題があった。さらに、フラックスによる可溶導体表面の酸化防止や可溶導体の溶断特性向上を図るためには、フラックスが可溶導体により均一に分散されることが望ましい。

特許文献１及び２の保護素子では、フラックスの動作前に所定位置で保持する構成とすることによって、保護素子の溶断特性を高められるが、保護素子の低背化とフラックスの高分散化による溶断特性の安定化には、課題が残る。また、特許文献３では、可溶導体に近接してフラックス含浸多間隙金属体を設けてフラックスを保持することによって、フラックス作用を満たすことについては、開示されているが、フラックスの高分散化による溶断特性の安定化については、言及していない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラックスを高分散状態で密閉して保持することによって、その動作特性を安定化させることの可能な、新規かつ改良された回路素子、及び回路素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、可溶導体と当接する部位の何れかにフラックスを保持する回路素子であって、絶縁基板上に設けられる少なくとも１対の電極と、前記電極と前記可溶導体とを接続する接続媒体と、前記接続媒体に設けられる複数の空隙部と、を備え、前記フラックスは、前記空隙部の少なくとも１つ以上に充填されることによって保持されることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、可溶導体と電極を接続する接続媒体に高分散状態の空隙部が設けられて、当該空隙部にフラックスが保持されることによって、フラックスを高分散状態で密閉して保持できるので、フラックスの動作特性の安定化が図れる。

このとき、本発明の一態様では、前記空隙部は、空隙径が０．０１〜０．１ｍｍのものの割合が１〜４０％であり、空隙径が０．１〜０．２ｍｍのものの割合が４０〜８０％である構成となっていることとしてもよい。

このようにすれば、フラックスがより均等に高分散状態に密閉して保持できるので、フラックスの動作特性の安定化が確実に図れる。

また、本発明の一態様では、前記接続媒体は、低融点金属と高融点金属を含み、前記空隙部のそれぞれは、前記高融点金属の粒子に囲まれることによって形成されることとしてもよい。

このようにすれば、フラックスを保持する空隙部が均一な大きさに形成できるので、フラックスをより均一な高分散状態で密閉して保持して、その動作特性の安定化が確実に図れるようになる。

また、本発明の他の態様は、可溶導体と当接する部位の何れかにフラックスを保持する回路素子の製造方法であって、絶縁基板上に設けられる少なくとも１対の電極と前記可溶導体とを接続する接続媒体を形成するソルダーペーストを作製するソルダーペースト作製工程と、前記ソルダーペーストを溶融するソルダーペースト溶融工程と、を含み、前記ソルダーペースト作製工程または前記ソルダーペースト溶融工程の何れかにおいて、前記ソルダーペーストにより形成される前記接続媒体に複数の空隙部を形成すると同時に、これらの空隙部に前記フラックスを保持させることを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、可溶導体と電極を接続するソルダーペーストを生成する過程で当該ソルダーペーストに高分散状態の空隙部を意図的に形成すると同時に、当該空隙部にフラックスを保持できるようになる。

このとき、本発明の他の態様では、前記ソルダーペースト作製工程で低融点金属と高融点金属とを所定の重量比で調合してから、前記ソルダーペースト溶融工程で前記ソルダーペーストを溶融することにより、前記接続媒体に空隙径が０．０１〜０．１ｍｍのものの割合が１〜４０%であり、空隙径が０．１〜０．２ｍｍ のものの割合が４０〜８０％で前記空隙部を形成すると同時に、該空隙部に前記フラックスが自ずと保持されることとしてもよい。

このようにすれば、フラックスがより均等に高分散状態に密閉して保持できるので、フラックスの動作特性の安定化が確実に図れる。

また、本発明の他の態様では、前記ソルダーペースト作製工程では、前記低融点金属と前記高融点金属の前記所定の重量比として１０：９０〜９０：１０で調合することとしてもよい。

このようにすれば、実装リフローの熱がかかった場合に、低融点金属は、溶けて可溶導体と接続するのに対して、高融点金属は、溶けないので、高融点金属を構成する金属粒子が複数集結することによって、当該金属粒子に囲まれた空隙部が高分散状態で生成され、かかる空隙部にフラックスを保持できるようになる。

また、本発明の他の態様では、前記ソルダーペーストの原料となる前記低融点金属と前記高融点金属は、それぞれ粒状であり、前記低融点金属の粒径は、前記高融点金属の粒径よりも大きいこととしてもよい。

このようにすれば、実装リフロー時において低融点金属が溶け出したときに、高融点金属をよりカバーし易くなり、かつ、高融点金属の粒子によって空隙部を形成し易くできる。

また、本発明の他の態様では、前記ソルダーペースト溶融工程は、事前に所定の温度に加熱する予熱工程と、前記ソルダーペーストを本加熱してはんだ付けを行う本加熱工程と、前記本加熱工程の終了後に冷却する冷却工程と、を含み、前記ソルダーペースト溶融工程では、前記予熱工程、前記本加熱工程、または前記冷却工程の何れかの温度条件を調整して前記ソルダーペーストの溶融条件を変更することによって、前記空隙部が前記接続媒体に形成されると同時に、前記空隙部の少なくとも１つ以上に前記フラックスを保持させることとしてもよい。

このようにすれば、ソルダーペーストの溶融条件を調整することによって、ソルダーペーストからなる接続媒体にフラックスを保持するための空隙部が高分散状態に形成できる。

以上説明したように本発明によれば、可溶導体と電極を接続するソルダーペーストからなる接続媒体に高分散状態の空隙部を設けて、当該空隙部にフラックスが保持されるので、フラックスの動作特性を安定化できる。このため、フラックスによる可溶導体表面の酸化防止や可溶導体の溶断特性の向上が図れるようになる。

本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子の平面図である。 図１に示す本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子のＡ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子に備わる接続媒体の要部拡大図である。 本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子に備わる接続媒体に形成された空隙部の拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子に備わる接続媒体の要部拡大図である。 本発明の他の実施形態に係る回路素子の製造方法における温度条件を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

まず、本発明の一実施形態に係る回路素子の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子の平面図であり、図２は、図１に示す本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子のＡ−Ａ断面図である。

本発明の一実施形態に係る保護素子１０は、図１に示すように、絶縁基板１１上に発熱体１２及び可溶導体１３を有し、発熱体１２の発熱により電流経路となる可溶導体１３を溶断することによって、電流経路上に接続された回路を保護する機能を有する。本実施形態では、保護素子１０は、絶縁性のベース基板１１の上面両端に形成された一対の電極１４（１４Ａ、１４Ｂ）を有し、一対の電極１２と直交する対向縁部にも、他の一対の電極１５（１５Ａ、１５Ｂ）が設けられている。

電極１５Ａ、１５Ｂ間には、抵抗体からなる発熱体１２が接続されている。発熱体１２には、当該発熱体１２を覆うように配置される絶縁層１６を介して、一方の電極１５Ａに接続された導体層１７が積層されている。導体層１７には、一対の電極１４（１４Ａ、１４Ｂ）に接続された低融点金属からなるヒューズである可溶導体１３の中央側の部位が、溶融した可溶導体１３に対して濡れ性の良い金属成分を含有したソルダーペーストからなる接続媒体１８（１８Ｃ）を介して接続されている。また、可溶導体１３と電極１４（１４Ａ、１４Ｂ）は、図２に示すように、ソルダーペーストからなる接続媒体１８（１８Ａ、１８Ｂ）によって接続されている。なお、接続媒体を形成するソルダーペースト１８の材質等の詳細については、後述する。

絶縁基板１１は、例えば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニア等の絶縁性を有する部材によって形成される。その他、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよいが、ヒューズ溶断時の温度に留意して材質を選ぶ必要がある。また、絶縁基板１１の上には、保護素子１０の内部を保護するために、絶縁性を有する部材によって形成されるカバー部材を載置してもよい。

発熱体１２は、比較的抵抗値が高く通電すると発熱する導電性を有する部材であって、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等からなる。これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものを絶縁基板１１上にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。

可溶導体１３は、発熱体１２の発熱により速やかに溶断される低融点金属からなり、例えば、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダを好適に用いることができる。また、可溶導体１３は、低融点金属と、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらを主成分とする合金等の高融点金属との積層体であってもよい。

本発明の一実施形態に係る保護素子１０は、導体層１７を介して直列接続された可溶導体１３と、可溶導体１３の接続点を介して通電して発熱させることによって可溶導体１３を溶融する発熱体１２とからなる回路構成である。このように、保護素子１０では、例えば、可溶導体１３が電極１４Ａ、１４Ｂを介して、充放電電流経路上に直列接続され、発熱体１２が電極１５Ｂを介して、例えば、電流制御素子と接続される。このような回路構成からなる保護素子１０は、発熱体１２の発熱により、電流経路上の可溶導体１３を確実に溶断することができる。

また、本実施形態では、ソルダーペーストにより形成される接続媒体１８には、複数の空隙部１９が高分散状態で形成され、これらの空隙部１９の少なくとも１つ以上に可溶導体１３の表面の酸化防止や溶断特性の向上のために使用されるフラックス１９Ａが充填されている。すなわち、本実施形態の保護素子１０は、ヒューズエレメントとなる可溶導体１３と電極１４Ａ、１４Ｂとの間の接続用の接続媒体１８Ａ、１８Ｂ、及び可溶導体１３と導体層１７との間の接続媒体１８Ｃに孔やボイド、表面の窪み等からなる複数の空隙部１９を高分散状態に形成して、これらの空隙部１９の何れかにフラックス１９Ａを保持する構造となっている。なお、フラックス１９Ａとしては、ロジン系フラックス等、公知のフラックスを使用することができ、臭素等のハロゲン元素を有しない、ハロゲンフリーのフラックスが好ましく、粘度等も任意である。

このように、本実施形態では、保護素子１０を可溶導体１３と当接する部位の何れかに空隙部１９を高分散状態に形成して、これらの空隙部１９の少なくとも１つ以上にフラックス１９Ａを保持する構成としている。このため、発熱体１２が発熱して可溶導体１３の溶融時に、可溶導体１３の発熱体１２と熱的に結合する位置における溶融状態が均一化されて、可溶導体１３の分断が促進されるので、溶断特性のばらつきが低減される。すなわち、より均一に確実なフラックス供給が可能となり、安定した溶融動作特性が実現される。また、従来のように可溶導体の上部にフラックスを配置するための空間や保持するための機構を別途設ける必要がなくなるので、より保護素子１０の低背化が可能な構造とすることができる。

次に、本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子に備わる接続媒体の材質等の詳細について、図面を使用しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子に備わる接続媒体の要部拡大図であり、図４は、本発明の一実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子に備わる接続媒体に形成された空隙部の拡大図である。

本実施形態では、ソルダーペーストにより形成される接続媒体１８の金属組成や粒子径、配合比を調整して、当該接続媒体１８を多孔質化することによって、均一な大きさの構成となっている複数の空隙部１９を高分散状態に形成することを特徴とする。接続媒体１８を形成するソルダーペーストの材質としては、溶融した可溶導体１３に対して濡れ性の良い金属成分を含有したもので、鉛フリーのものが好適な材料として使用される。具体的には、接続媒体１８を形成するソルダーペーストを作製する金属組成を銀Ａｇや銅Ｃｕ等のように、融点が３００℃より高い高融点金属と、錫ＳｎやビスマスＢｉ等のように、融点が３００℃以下の低融点金属を配合して、これらの重量比が１０：９０〜９０：１０の範囲となるように調整することによって、接続媒体１８の多孔質化を図る。

すなわち、ソルダーペーストから接続媒体１８を作製する工程において、低融点金属と高融点金属を所定の重量比で調合することによって、意図的に接続媒体１８に複数の空隙部１９をそれぞれ均一な大きさに形成すると同時に、これらの空隙部１９の少なくとも１つ以上にフラックス１９Ａを保持する。このとき、高融点金属の割合が９０％以上の場合だと、接続媒体１８と可溶導体１３との接続ができない。一方、低融点金属の割合が９０％以上の場合だと、接続媒体１８に空隙部１９が殆ど形成されない。

このため、本実施形態では、ソルダーペーストから接続媒体１８を作製する工程において、低融点金属と高融点金属の重量比を１０：９０〜９０：１０で調合することによって、接続媒体１８に複数の空隙部１９を均一な大きさで高分散状態に形成する。具体的には、空隙部１９の形成条件としては、空隙径が０．０１〜０．１ｍｍのものの割合が１〜４０％であり、空隙径が０．１〜０．２ｍｍのものの割合が４０〜８０％である構成となるように、空隙部１９が形成される。なお、本明細書中で空隙部１９の大きさについて記載した「均一」には、完全に均一なものから略均一なものまでを含むものとする。

このように低融点金属と高融点金属を調合してから、ソルダーペーストを溶融する工程で実装リフローの熱がかかった場合に、図４に示すように、低融点金属１８Ｄは、溶融して可溶導体１３（図２参照）と接続する。これに対して、高融点金属は、溶融しないので、高融点金属を構成する金属粒子１８Ｅが複数集結することによって、図４に示すように、当該金属粒子１８Ｅに囲まれた空隙部１９が高分散状態で生成されると同時に、かかる空隙部１９の少なくとも１つ以上にフラックス１９Ａが自ずと高い確率で保持されるようになる。このようにして、フラックス１９Ａがより均等に高分散状態に保持されるので、フラックス１９Ａの動作特性の安定化が確実に図れるようになる。

また、本実施形態では、接続媒体１８を形成するソルダーペーストを作製する工程において、当該ソルダーペーストの原料となる低融点金属と高融点金属は、それぞれ粒状であり、かつ、低融点金属の粒径は、高融点金属の粒径よりも大きいものを使用して調合することを特徴とする。具体的は金属粒子の粒径として、低融点金属は、１〜１００μｍ、高融点金属は、０．５〜５０μｍとする。ソルダーペーストからなる接続媒体１８を作製する低融点金属と高融点金属をこのような粒子径とすることによって、実装リフロー時において低融点金属１８Ｄが溶け出したときに、高融点金属１８Ｅをよりカバーし易くなり、かつ、高融点金属を構成する金属粒子１８Ｅによって空隙部１９を形成し易くできる。ここで言及する原料となる金属粒子の粒径とは、実装リフロー前（溶融前）の低融点金属及び高融点金属の粒径を指す。

なお、低融点金属粒子がより小さいと、低融点金属溶融時に高融点金属をカバーし難く、空隙部１９を形成し易いことから、可溶導体１３との接続性の面では、低融点金属が高融点金属より粒径が大きい方が好ましい。一方、空隙部１９を大きくするためには、低融点金属と高融点金属の粒径差が小さい方が好ましい。すなわち、保護素子１０としての機能の信頼性を重視する場合や、保護素子１０の省スペース化を重視する場合等の各種目的に応じて、適宜、低融点金属と高融点金属の粒径を調整する。

また、本実施形態では、空隙部１９内にフラックス１９Ａを保持する構造のため、接続媒体１８を形成するソルダーペースト内に予め配合するフラックス１９Ａの量も重要となる。フラックス１９Ａの動作特性を確実に図るためには、フラックス１９Ａの含有量が多いほうが好ましい。しかしながら、フラックス１９Ａが多すぎると、接続媒体１８を形成するソルダーペーストにそもそも求められている印刷性や印刷後の形状保持性等に影響が出る。

このため、本実施形態の保護素子１０を製造する際に、フラックス１９Ａの含有量を適切な範囲で調整する必要がある。具体的には、低融点金属と高融点金属の合計重量とフラックスの重量の比が８０：２０〜９９．５：０．５の範囲となるように、目的に応じて適宜、配合するフラックスの量を調整する。このような重量比で接続媒体１８を形成するソルダーペーストにフラックス１９Ａを事前に配合させることによって、ソルダーペーストからなる接続媒体１８に形成された空隙部１９の少なくとも１つ以上にフラックス１９Ａが自ずと保持されるようになる。

前述したように、本実施形態では、接続媒体１８を形成するソルダーペーストを構成する低融点金属と高融点金属の配合比と粒子径を調整して、当該接続媒体１８に均一な大きさの空隙部１８を分散するように意図的に形成して多孔質化して、当該空隙部１８にフラックス１９Ａを保持する構成としている。このため、フラックス１９Ａの動作特性を安定化できるので、フラックス１９Ａによる可溶導体１３の表面の酸化防止や可溶導体１３の溶断特性の向上が図れるようになる。

特に、可溶導体１３と当接する部位に設けられるソルダーペーストからなる接続媒体１８に意図的にフラックス１９Ａを保持するための空隙部１９を高分散状態で形成すると同時に、当該空隙部１９の少なくとも１つ以上にフラックス１９Ａを保持させるので、より均一にフラックス１９Ａを可溶導体１３に供給できるようになる。このため、可溶導体１３の溶断特性がばらつくことがなくなるので、安定した溶断特性による保護素子１０としての機能が向上する。

次に、本発明の他の実施形態に係る回路素子の構成について、図面を使用しながら説明する。図５は、本発明の他の実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子の断面図であり、図６は、本発明の他の実施形態に係る回路素子の一例となる保護素子に備わる接続媒体の要部拡大図である。なお、本発明の他の実施形態に係る保護素子２０は、前述した一実施形態の保護素子１０と略同一の構成となっているので、その平面図は、図１と同様であり、また、図５は、図１のＡ−Ａ断面図に対応した他の実施形態に係る保護素子の断面図となる。

本発明の他の実施形態に係る保護素子２０は、図５に示すように、絶縁基板２１上に発熱体２２及び可溶導体２３を有し、発熱体２２の発熱により電流経路となる可溶導体２３を溶断することによって、電流経路上に接続された回路を保護する機能を有する。また、本実施形態では、保護素子２０は、絶縁性のベース基板２１の上面両端に形成された一対の電極２４（２４Ａ、２４Ｂ）を有し、これらの電極２４Ａ、２４Ｂと直交する対向縁部にも、不図示の他の一対の電極が設けられている。これらの他の一対の電極間には、抵抗体からなる発熱体２２が接続され、発熱体２２には、当該発熱体２２を覆うように配置される絶縁層２６を介して、他の一対の電極の一方の電極に接続された導体層２７が積層されている。

導体層２７には、一対の電極２４（２４Ａ、２４Ｂ）に接続された低融点金属からなるヒューズである可溶導体２３の中央側の部位が、溶融した可溶導体２３に対して濡れ性の良い金属成分を含有したソルダーペーストからなる接続媒体２８（２８Ｃ）を介して接続されている。また、可溶導体２３と電極２４（２４Ａ、２４Ｂ）は、図５に示すように、接続媒体２８（２８Ａ、２８Ｂ）によって接続されている。なお、本実施形態に係る保護素子２０に備わる絶縁基板２１、発熱体２２、可溶導体２３、電極２４、絶縁層２６、導体層２７は、前述した一実施形態の保護素子１０に備わるものと同様であるので、その詳細な説明は、省略する。

本実施形態の保護素子２０は、接続媒体２８を形成するソルダーペーストの溶融条件を調整することによって、意図的に接続媒体２８に空隙部となるボイド２９を高分散状態に形成して、当該ボイド２９の少なくとも１つ以上にフラックス２９Ａを保持させることを特徴とする。接続媒体２８を形成するソルダーペーストの材質としては、従来のものと同様に溶融した可溶導体２３に対して濡れ性の良い金属成分を含有したもので、鉛フリーのものが好ましく、例えば、錫（Ｓｎ）銀（Ａｇ）銅（Ｃｕ）系のペースト材を用いることが出来る。なお、本実施形態に係る接続媒体２８の具体的な溶融条件の調整の詳細については、後述する。

本実施形態では、接続媒体２８は、一般的なはんだペーストに温度条件等の溶融条件の調整によって複数のボイド２９を高分散状態に形成され、かかるボイド２９の少なくとも１つ以上、すなわち、一部のボイド２９にフラックス２９Ａが保持されている。このため、ボイド２９には、図６に示すように、その内部にフラックス２９Ａが保持されたものに、フラックス２９Ａが保持されずに単なる空隙だけを形成したものがある程度混在している。また、ボイド２９の大きさや配置等もランダムであることから、接続安定性とフラックス保持性のバランスに関しては、前述した一実施形態と比べると幾分劣ってしまう。

しかしながら、本実施形態では、ソルダーペーストからなる接続媒体２８に形成されるボイド２９が不均一な粒径及び形状であるが、接続媒体を形成するソルダーペーストの溶融条件を調整しない従来の保護素子のように、内部金属が合金化して内部にボイドが形成されないことによる当該内部金属外にフラックスが流れ出るリスクが低減される。すなわち、ボイドが殆ど形成されない従来のソルダーペーストからなる接続媒体よりも、フラックス２９Ａが少なくとも一部のボイド２９内で確実に保持されていることから、フラックス２９Ａによる可溶導体２３の表面の酸化防止や可溶導体２３の溶断特性の向上が図れ、好ましい状態となる。

次に、本発明の他の実施形態に係る回路素子の製造方法における溶融条件の調整について、図面を使用しながら説明する。図７は、本発明の他の実施形態に係る回路素子の製造方法における温度条件を示す説明図である。

本実施形態では、接続媒体２８を形成するソルダーペーストを溶融する工程では、事前に所定の温度に加熱する予熱工程と、接続媒体２８を形成するソルダーペーストを本加熱してはんだ付けを行う本加熱工程と、本加熱工程の終了後に冷却する冷却工程と、を含む。そして、予熱工程、本加熱工程、または冷却工程の何れかの温度条件を調整して接続媒体２８を形成するソルダーペーストの溶融条件を変更することによって、接続媒体２８に空隙部となるボイド２９を高分散状態に形成すると同時に、当該ボイド２９にフラックス２９Ａが保持される。

具体的には、図７に示すように、本加熱工程における接続媒体２８を形成するソルダーペーストの溶融温度を２００〜３００℃程度と従来よりも低めにする。このとき、本加熱工程の継続時間を３０秒程度として、かつ、そのピーク温度を２５５℃±５℃程度、当該ピーク温度の継続時間を５秒とすると、ソルダーペーストからなる接続媒体２８に複数のボイド２９が高分散状態に形成されると同時に、当該ボイド２９にフラックス２９Ａが保持されるようになる。なお、本加熱工程が終了したら、常温で自然放置することにより徐冷する。

また、図７に示すように、予熱工程における接続媒体２８を形成するソルダーペーストの溶融温度を１５０〜２００℃程度と従来よりも低めにする。このとき、予熱工程の継続時間を９０秒±３０秒程度とすると、接続媒体２８に複数のボイド２９が高分散状態に形成されると同時に、当該ボイド２９の少なくとも１つ以上にフラックス２９Ａが保持されるようになる。

さらに、図７のＰ１に示すように、予熱工程から本加熱工程に移行する際の温度勾配をきつくして急上昇させたり、図７のＰ２に示すように、本加熱工程後の冷却工程を急激に行って急降下させることによっても、ソルダーペーストからなる接続媒体２８に複数のボイド２９が高分散状態に形成されると同時に、当該ボイド２９の少なくとも１つ以上にフラックス２９Ａが保持されるようになる。また、接続面積を広くして、ボイド２９を抜け難くすることによっても、フラックス２９Ａが保持されるようになる。

このように、本実施形態では、接続媒体２８を形成するソルダーペーストの溶融条件を調整することによって、意図的に接続媒体２８にフラックス２９Ａを保持するための空隙部２９を高分散状態に形成すると同時に、当該空隙部２９の少なくとも１つ以上にフラックス２９Ａを保持させる。このため、フラックス２９Ａの動作特性を安定化させた状態で保持できるので、フラックス２９Ａによる可溶導体２３の表面の酸化防止や可溶導体２３の溶断特性の向上が図れるようになる。すなわち、接続媒体２８を形成するソルダーペーストの溶融条件を調整しない従来の場合と比べて、本実施形態では、接続媒体２８を形成するソルダーペーストの溶融条件を調整することによって、意図的に接続媒体２８に空隙部２９を高分散状態に形成すると同時に、当該空隙部２９の少なくとも１つ以上にフラックス２９Ａをある程度保持できる。このため、従来のものと比べて、フラックス２９Ａによる可溶導体２３の表面の酸化防止や可溶導体２３の溶断特性の向上が図れる。

なお、前述した一実施形態と他の実施形態では、回路素子として保護素子に適用した場合について説明しているが、短絡素子、切替素子、電流ヒューズ等のように、可溶導体と当接する部位の何れかにフラックスを保持する回路素子にも適用できる。すなわち、本実施形態に係る回路素子を適用して、ヒューズ可溶導体の溶融補助、経年及び熱履歴変化抑制に用いるフラックスを有効に機能させる構造を有する回路素子にも適用できる。

このように、可溶導体を用いるＳＣＰ、電流ヒューズ、短絡素子、切替素子等の保護素子デバイス、回路素子に本発明の各実施形態を適用することによって、フラックスの確実な保持による動作特性の安定化と、可溶導体上のフラックス保持量及び保持機構の削減による回路素子の低背化が実現される。

なお、上記のように本発明の各実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。

例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、回路素子の構成、動作も本発明の各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０、２０ 保護素子（回路素子）、１１、２１ 絶縁基板、１２、２２ 発熱体、１３、２３ 可溶導体、１４、１４Ａ、１４Ｂ、１５、１５Ａ、１５Ｂ、２４、２４Ａ、２４Ｂ 電極、１６、２６ 絶縁部材、１７、２７ 導体層、１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、２８、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ 接続媒体、１８Ｄ 低融点金属、１８Ｅ 高融点金属（金属粒子）、１９、２９ 空隙部、１９Ａ、２９Ａ フラックス

Claims (8)

1. 可溶導体と当接する部位の何れかにフラックスを保持する回路素子であって、
   絶縁基板上に設けられる少なくとも１対の電極と、
   前記電極と前記可溶導体とを接続する接続媒体と、
   前記接続媒体に設けられる複数の空隙部と、を備え、
   前記フラックスは、前記空隙部の少なくとも１つ以上に充填されることによって保持されることを特徴とする回路素子。
2. 前記空隙部は、空隙径が０．０１〜０．１ｍｍのものの割合が１〜４０％であり、空隙径が０．１〜０．２ｍｍのものの割合が４０〜８０％である構成となっていることを特徴とする請求項１に記載の回路素子。
3. 前記接続媒体は、低融点金属と高融点金属を含み、前記空隙部のそれぞれは、前記高融点金属の粒子に囲まれることによって形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路素子。
4. 可溶導体と当接する部位の何れかにフラックスを保持する回路素子の製造方法であって、
   絶縁基板上に設けられる少なくとも１対の電極と前記可溶導体とを接続する接続媒体を形成するソルダーペーストを作製するソルダーペースト作製工程と、
   前記ソルダーペーストを溶融するソルダーペースト溶融工程と、を含み、
   前記ソルダーペースト作製工程または前記ソルダーペースト溶融工程の何れかにおいて、前記ソルダーペーストにより形成される前記接続媒体に複数の空隙部を形成すると同時に、これらの空隙部の少なくとも１つ以上に前記フラックスを保持させることを特徴とする回路素子の製造方法。
5. 前記ソルダーペースト作製工程で低融点金属と高融点金属とを所定の重量比で調合してから、前記ソルダーペースト溶融工程で前記ソルダーペーストを溶融することにより、前記接続媒体に空隙径が０．０１〜０．１ｍｍのものの割合が１〜４０%であり、空隙径が０．１〜０．２ｍｍ のものの割合が４０〜８０％で前記空隙部を形成すると同時に、該空隙部に前記フラックスが自ずと保持されることを特徴とする請求項４に記載の回路素子の製造方法。
6. 前記ソルダーペースト作製工程では、前記低融点金属と前記高融点金属の前記所定の重量比として１０：９０〜９０：１０で調合することを特徴とする請求項５に記載の回路素子の製造方法。
7. 前記ソルダーペーストの原料となる前記低融点金属と前記高融点金属は、それぞれ粒状であり、前記低融点金属の粒径は、前記高融点金属の粒径よりも大きいことを特徴とする請求項５又は６に記載の回路素子の製造方法。
8. 前記ソルダーペースト溶融工程は、
   事前に所定の温度に加熱する予熱工程と、
   前記ソルダーペーストを本加熱してはんだ付けを行う本加熱工程と、
   前記本加熱工程の終了後に冷却する冷却工程と、を含み、
   前記ソルダーペースト溶融工程では、前記予熱工程、前記本加熱工程、または前記冷却工程の何れかの温度条件を調整して前記ソルダーペーストの溶融条件を変更することによって、前記空隙部が前記接続媒体に形成されると同時に、前記空隙部の少なくとも１つ以上に前記フラックスを保持させることを特徴とする請求項４に記載の回路素子の製造方法。