JP2021077567A - ヒューズ素子、フレキシブル配線基板及びバッテリーパック - Google Patents

ヒューズ素子、フレキシブル配線基板及びバッテリーパック Download PDF

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Abstract

【課題】フレキシブル配線基板に形成されるヒューズ素子において、破壊される箇所が安定した動作を示すヒューズ素子を提供すること。又は、フレキシブル配線基板に形成されるヒューズ素子において、ヒューズ素子以外の箇所の機能を損なわない、信頼性の高いヒューズ素子を提供すること。【解決手段】ヒューズ素子は、第１フィルムと、前記第１フィルムの上の絶縁層と、前記絶縁層の上の第１導電層と、互いに離隔され、前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる材料又は異なる組成比のパッドと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明の一実施形態はヒューズ素子、フレキシブル配線基板及びバッテリーパックに関する。特に、本発明の一実施形態はフィルム上に形成されたヒューズ素子、フレキシブル配線基板及びバッテリーパックに関する。
電気回路において、意図しない大電流から電気回路に設けられた各機能素子を保護するためにヒューズ素子が設けられている。ヒューズ素子は、各機能素子が破壊されることを抑制するために、一定以上の電流が流れた場合に電流を遮断する。従来のプリント配線基板を用いて電気回路を構成する場合、リード線付き基板実装用ヒューズが用いられていた。このような実装用ヒューズは、はんだを用いてプリント配線基板に実装される。
近年、例えば車両用の電子デバイスにおいても、従来のプリント配線基板に代えてフレキシブル配線基板を用いた電気回路が開発されている。フレキシブル配線基板は、基材となる可撓性を有するフィルム上に配線及び機能素子を形成することができるため、従来のプリント配線基板に比べて薄く、折り曲げ可能である。フレキシブル配線基板上にヒューズ素子を形成する場合、例えば特許文献１に示すように、フレキシブル基板上にチップヒューズが形成されていた。特許文献１では、はんだによってチップヒューズがフレキシブル基板上に実装されている。しかし、例えば車両用の電子デバイスでは、車両の走行中における振動や熱などによるストレスによってチップヒューズがフレキシブル配線基板から脱離してしまう問題が生じていた。このような問題を解消するために、特許文献２に示すように、フレキシブル配線基板上に形成される導電層のパターンによってヒューズ素子を実現する技術が開発されている。
特開２０１９−０３３０９０号公報 特開２０１７−２０４５２５号公報
特許文献２に記載されたヒューズ素子は、導電層に流れる電流によって発生するジュール熱で導電層が溶融する。この導電層の溶融によってヒューズ素子が破壊され、電流を遮断する（つまり、溶断する）。しかしながら、特許文献２に記載された構成のヒューズ素子では、過電流によって破壊される箇所が安定しないという問題が生じていた。さらに、特許文献２に記載された構成のヒューズ素子では、破壊の際に発生するスパークによって飛散した導電層の材料に起因して、絶縁されていた配線間が短絡する問題や、当該スパークによってヒューズ素子以外の箇所が破損する問題が生じていた。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、フレキシブル配線基板に形成されるヒューズ素子において、破壊される箇所が安定した動作を示すヒューズ素子を提供することを課題とする。又は、フレキシブル配線基板に形成されるヒューズ素子において、ヒューズ素子以外の箇所の機能を損なわない、信頼性の高いヒューズ素子を提供することを課題とする。
本発明の一実施形態におけるヒューズ素子は、第１フィルムと、前記第１フィルムの上の絶縁層と、前記絶縁層の上の第１導電層と、前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる材料のパッドと、を有する。
本発明の一実施形態におけるヒューズ素子は、第１フィルムと、前記第１フィルムの上の絶縁層と、前記絶縁層の上の第１導電層と、前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる組成比の２つのパッドと、を有する。
前記第１導電層は、前記パッドよりも抵抗が低くてもよい。
前記第１導電層は、前記パッドよりも融点が低くてもよい。
前記第１導電層は、銀及び銅を含み、前記パッドは、銅を含んでもよい。
前記第１導電層及び前記パッドは、銀及び銅を含んでもよい。
前記第１導電層における銀の比率は、前記パッドにおける銀の比率よりも大きくてもよい。
前記パッドは、互いに離隔されて少なくとも２つ設けられ、２つの前記パッドは第１方向に並び、前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１導電層の幅は前記パッドの幅より小さくてもよい。
前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、前記第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなってもよい。
本発明の一実施形態におけるヒューズ素子は、第１フィルムと、前記第１フィルムの上の絶縁層と、前記絶縁層の上の第１導電層と、前記第１導電層に電気的に接続され、第１方向に互いに離隔された少なくとも２つのパッドと、を有し、前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなる。
前記第１フィルムはＰＣＴ（Ｐｏｌｙ Ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｅｎｅ ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）を含んでもよい。
前記絶縁層は、無機絶縁層であってもよい。
前記無機絶縁層は、酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸化ハフニウムのいずれか又は酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸化ハフニウムのいずれか２つ以上の積層を含んでもよい。
前記絶縁層と前記第１フィルムとの間のプライマ層をさらに有してもよい。
本発明の一実施形態におけるフレキシブル配線基板は、第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる材料のパッドを備えたヒューズ素子と、前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、前記第２導電層の上の第２フィルムと、を有する。
本発明の一実施形態におけるフレキシブル配線基板は、第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる組成比のパッドを備えたヒューズ素子と、前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、前記第２導電層の上の第２フィルムと、を有する。
前記パッド及び前記第２導電層は銅を含み、前記パッドにおける銅の比率は、前記第２導電層における銅の比率よりも小さくてもよい。
本発明の一実施形態におけるフレキシブル配線基板は、第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、第１方向に互いに離隔された少なくとも２つのパッドを備え、前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなるヒューズ素子と、前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、前記第２導電層の上の第２フィルムと、を有する。
前記パッドと前記第２導電層との間の導電性接着層をさらに有してもよい。
本発明の一実施形態におけるバッテリーパックは、バッテリーと、前記バッテリーの電圧、電流、及び温度を監視する監視回路を有するバッテリーマネジメントシステムと、前記バッテリー及び前記バッテリーマネジメントシステムに接続されたフレキシブル配線基板と、有し、前記フレキシブル配線基板は、第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる材料のパッドを備えたヒューズ素子と、前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、前記第２導電層の上の第２フィルムと、を備え、前記バッテリーマネジメントシステムは、前記第２フィルム上に設けられ、前記監視回路は、前記第２導電層に接続されている。
本発明の一実施形態におけるバッテリーパックは、バッテリーと、前記バッテリーの電圧、電流、及び温度を監視する監視回路を有するバッテリーマネジメントシステムと、前記バッテリー及び前記バッテリーマネジメントシステムに接続されたフレキシブル配線基板と、有し、前記フレキシブル配線基板は、第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる組成比のパッドを備えたヒューズ素子と、前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、前記第２導電層の上の第２フィルムと、を備え、前記バッテリーマネジメントシステムは、前記第２フィルム上に設けられ、前記監視回路は、前記第２導電層に接続されている。
本発明の一実施形態におけるバッテリーパックは、バッテリーと、前記バッテリーの電圧、電流、及び温度を監視する監視回路を有するバッテリーマネジメントシステムと、前記バッテリー及び前記バッテリーマネジメントシステムに接続されたフレキシブル配線基板と、有し、前記フレキシブル配線基板は、第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、第１方向に互いに離隔された少なくとも２つのパッドを備え、前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなるヒューズ素子と、前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、前記第２導電層の上の第２フィルムと、を備え、前記バッテリーマネジメントシステムは、前記第２フィルム上に設けられ、前記監視回路は、前記第２導電層に接続されている。
前記バッテリーパックは、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ‐ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に用いられる。
本発明の一実施形態によれば、フレキシブル配線基板に形成されるヒューズ素子において、破壊される箇所が安定した動作を示すヒューズ素子を提供することができる。又は、本発明の一実施形態によれば、フレキシブル配線基板に形成されるヒューズ素子において、ヒューズ素子以外の箇所の機能を損なわない、信頼性の高いヒューズ素子を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の変形例に係るヒューズ素子の平面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るヒューズ素子の第１導電層の膜厚プロファイルを示す図である。 比較例に係るヒューズ素子において、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の第１導電層に相当する層の膜厚プロファイルを示す図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るヒューズ素子の平面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るヒューズ素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル配線基板の断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の断面図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル配線基板の断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係るフレキシブル配線基板の断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズ素子を適用するＢＭＳの機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るヒューズ素子を適用するバッテリーパックの断面図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリーパックの適用例を示す図である。 本発明の実施例に係るヒューズ素子において、破壊された後の状態を示す光学顕微鏡写真である。 本発明の実施例に係るヒューズ素子において、破壊された後の状態を示す光学顕微鏡写真である。 本発明の実施例に係るヒューズ素子において、破壊された後の状態を示す光学顕微鏡写真である。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎない。つまり、当業者が、発明の主旨を保ちつつ適宜変更することで容易に想到し得る構成は、当然に本発明の範囲に含有される構成である。図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。しかし、これらはあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号の後に大文字のアルファベットを付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
本明細書および特許請求の範囲において、第１部材の上に第２部材が配置された態様を表現する際に、単に「上」又は「上方」と表記する場合、特に断りの無い限りは、第１部材に接するように、第１部材の直上に第２部材が配置される場合と、第１部材の上方に、さらに別の第３部材を介して第２部材が配置される場合と、の両方を含むものと定義される。また、本明細書で説明する構成の上下が反転されてもよい。
本明細書において「αはＡ、Ｂ又はＣを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣのいずれかを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ〜Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。
なお、以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。
〈第１実施形態〉
［ヒューズ素子１０の構成］
図１〜図３を用いて、第１実施形態に係るヒューズ素子１０の構成について説明する。以下に説明するように、ヒューズ素子１０はフィルム上に導電層（金属層）が形成された構成のヒューズなので、ＭＯＦ（Ｍｅｔａｌ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）ヒューズということができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の断面図である。図１に示すように、ヒューズ素子１０は、第１フィルム１００、絶縁層１１０、第１導電層１２０、及びパッド１３０を有する。絶縁層１１０は第１フィルム１００の上に設けられている。第１導電層１２０は絶縁層１１０の上に設けられている。絶縁層１１０は第１導電層１２０に接している。換言すると、第１導電層１２０は絶縁層１１０によって覆われている。パッド１３０は絶縁層１１０及び第１導電層１２０の各々上に設けられている。パッド１３０は複数設けられ、互いに離隔して配置されている。第１導電層１２０は各々のパッド１３０に電気的に接続されている。本実施形態では、パッド１３０は第１導電層１２０の端部に設けられており、第１導電層１２０の側壁及び上面に接している。ただし、パッド１３０の位置は第１導電層１２０の端部に限定されない。
図２は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の平面図である。図２に示すように、パッド１３０は２つ設けられており、２つのパッド１３０はＤ１方向に並べて配置されている。Ｄ１方向に直交するＤ２方向において、第１導電層１２０の幅ｗ１はパッド１３０の幅ｗ２より小さい。平面視で第１導電層１２０とパッド１３０とが重なる領域において、第１導電層１２０は、幅ｗ１よりも大きく幅ｗ２よりも小さい幅ｗ３を有する。［ｗ１／ｗ２］の割合は１０％以上９０％以下である。上記の幅の比率は、第１導電層１２０の融点及びパッド１３０融点に基づいて決定することができる。第１導電層１２０の幅ｗ３を有する領域の全ては、平面視でパッド１３０と重なっている。ただし、第１導電層１２０の幅ｗ３を有する領域の一部が、平面視でパッド１３０と重なっていなくてもよい。
第１導電層１２０の材料とパッド１３０の材料とは異なる。又は、第１導電層１２０の組成比とパッド１３０の組成比とは異なる。本実施形態において、第１導電層１２０の抵抗はパッド１３０の抵抗より低い。また、第１導電層１２０の融点はパッド１３０の融点より低い。具体的には、第１導電層１２０は銀及び銅を含む。パッド１３０は銅を含む。より具体的には、第１導電層１２０として銀及び銅の合金（以下、「ＡｇＣｕ」という）が用いられる。例えば、第１導電層１２０としてＡｇ：Ｃｕ＝９：１のＡｇＣｕ（共晶合金）が用いられる。パッド１３０として銅（Ｃｕ）が用いられる。例えば、パッド１３０として純度が９０％以上９９．９９％以下のＣｕが用いられる。
ここで、Ｃｕの融点は約１０８３℃である。これに対して、上記のＡｇＣｕの融点は約１４１℃である。また、Ｃｕの電気抵抗率は１．６８×１０-8［Ωｍ］である。これに対して上記のＡｇＣｕの電気抵抗率は３．８８×１０-8［Ωｍ］である。つまり、ＣｕとＡｇＣｕとを比較すると、電気抵抗率を大きく変えることなく融点を下げることができる。
絶縁層１１０として、例えば無機絶縁層が用いられる。具体的には無機絶縁層として酸化シリコン（ＳｉＯ2）が用いられる。ただし、当該無機絶縁層として、酸化シリコン以外にも、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＴｉＯ3）のいずれか、又はこれらの絶縁層のいずれか２つ以上の積層が用いられてもよい。絶縁層１１０として、第１フィルム１００よりも硬い材料を用いることができる。
第１フィルム１００として、ＰＣＴ（Ｐｏｌｙ Ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｅｎｅ ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）素材のフィルムが用いられる。ＰＣＴは、耐熱性が高く、耐湿性が高く、高温高湿環境下でも水分によって物性が変わりにくいなどの特性を有している。ただし、第１フィルム１００の材料はＰＣＴに限定されない。例えば、第１フィルム１００として、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｔｈａｌａｔｅ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙ Ｉｍｉｄｅ）、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）又はＰＰＳ（Ｐｏｌｙ ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ ｓｕｌｆｉｄｅ）などが用いられてもよい。
以上のように、本実施形態に係るヒューズ素子１０によると、パッド１３０の融点に比べて第１導電層１２０の融点が低いため、ヒューズ素子１０に過電流が流れたときに、第１導電層１２０が優先的に溶断される。したがって、意図しない箇所でヒューズ素子が破壊されることを抑制することができ、ヒューズ素子１０の破壊が第１導電層１２０の領域で発生する確率を向上させることができる。また、上記のＡｇＣｕはＣｕに比べても十分に低い電気抵抗率を有しているので、破壊される前のヒューズ素子１０の電流損失は、第１導電層１２０としてＣｕを用いた場合のヒューズ素子の電流損失と大きな差はない。
また、上記のように、第１導電層１２０の下の第１フィルム１００としてＰＣＴフィルムが用いられることで、過電流によって第１導電層１２０が溶断される際にスパークが発生することを抑制できる。したがって、スパークによってヒューズ素子１０以外の箇所が破損する問題を抑制することができる。又は、第１導電層１２０が溶断されるときに、スパークによる第１導電層１２０の飛散を抑制することができる。したがって、絶縁されていた配線間が短絡する問題を抑制することができる。
なお、パッド１３０は銀及び銅を含んでもよい。第１導電層１２０及びパッド１３０の両方が銀及び銅を含む場合、第１導電層１２０における銀の比率が、パッド１３０における銀の比率と異なっていてもよい。各々の銀の比率が異なることで、第１導電層１２０の融点がパッド１３０の融点よりも低い。より具体的には、第１導電層１２０及びパッド１３０としてＡｇＣｕが用いられる場合、第１導電層１２０としてＡｇ：Ｃｕ＝９：１のＡｇＣｕが用いられ、パッド１３０としてＡｇ：Ｃｕ＝８５：１５〜１５：８５のＡｇＣｕが用いられてもよい。つまり、第１導電層１２０における銀の比率が、パッド１３０における銀の比率よりも大きくてもよい。ただし、第１導電層１２０とパッド１３０とのＡｇとＣｕとの比率は上記の例に限定されない。第１導電層１２０の融点がパッド１３０の融点よりも低ければ、それぞれにおけるＡｇの比率は、上記の比率とは異なっていてもよい。
また、本実施形態では、第１導電層１２０としてＡｇＣｕが用いられ、パッド１３０としてＣｕが用いられた構成を例示したが、この構成に限定されない。第１導電層１２０の融点がパッド１３０の融点よりも低ければ、第１導電層１２０及びパッド１３０として、上記の組み合わせ以外の材料が用いられてもよい。例えば、パッド１３０としてＣｕ、Ａｇ、金（Ａｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）が用いられ、第１導電層１２０として亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか、これらの合金、Ｃｕ又はＡｇとこれらの合金が用いられてもよい。
［ヒューズ素子１０の製造方法］
図３を用いて、第１実施形態に係るヒューズ素子１０の製造方法について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の製造方法を示すフローチャートである。図３に示すように、ヒューズ素子１０の製造方法は、第１フィルム準備（Ｓ１４１）、絶縁層材料塗布（Ｓ１４２）、第１導電層印刷（Ｓ１４３）、及びパッド印刷（Ｓ１４４）のステップを含む。このように、第１導電層１２０及びパッド１３０として、メタルを印刷によって形成するため、これらをメタル印刷層ということができる。なお、Ｓ１４２、Ｓ１４３、及びＳ１４４の各々のステップの後には硬化処理が行われる。なお、各ステップの後に行われる硬化処理として、１２０℃２０ｍｉｎの熱硬化処理が行われる。ただし、硬化処理として紫外線（ＵＶ）硬化処理が行われてもよい。
ステップＳ１４１でＰＣＴ素材の第１フィルム１００が準備される。ＰＣＴ素材のフィルムとして、例えばＳＫケミカル社製のＰＣＴフィルムを使用することができる。又は、ＰＣＴを含む溶液を基板上に塗布し、硬化することで第１フィルム１００を形成してもよい。塗布されたＰＣＴを硬化する場合、熱硬化処理を用いて硬化してもよく、ＵＶ硬化処理を用いて硬化してもよい。なお、上記のように第１フィルム１００として、ＰＣＴの代わりにＰＩ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＰＳ等の素材が用いられてもよい。
ステップＳ１４２で酸化シリコンを含む溶液が第１フィルム１００上に塗布される。当該溶液が第１フィルム１００上に塗布された状態で上記の硬化処理が行われる。この硬化処理によって、酸化シリコンを含む絶縁層１１０が形成される。なお、上記のように、絶縁層１１０を形成するための溶液が窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸バリウム、ジルコン酸チタン酸鉛を含んでもよい。また、塗布の代わりに物理蒸着法（ＰＶＤ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は化学蒸着法（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて絶縁層１１０を形成してもよい。ＰＶＤとして、スパッタリング法、真空蒸着法、及びイオンビーム蒸着法などを用いて絶縁層１１０を成膜してもよい。ＣＶＤとして、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、原子層堆積（ＡＬＤ；Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及び有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などを用いて絶縁層１１０を成膜してもよい。
ステップＳ１４３で、印刷法によってＡｇＣｕインクを第１フィルム１００上に形成する。印刷されるＡｇＣｕインクとして、例えばＡｇ：Ｃｕ＝９：１のＡｇＣｕインクが用いられる。ＡｇＣｕインクとして、ポリエステルを含む溶媒を用いることができる。ＡｇＣｕインクは、ＡｇＣｕ合金が溶媒に溶解したものであってもよく、Ａｇ及びＣｕがそれぞれ溶媒に溶解したものであってもよい。また、ＡｇＣｕインクは、ＡｇＣｕ合金のナノ粒子を含むインクであってもよく、Ａｇナノ粒子及びＣｕナノ粒子を個別に含むインクであってもよい。なお、第１導電層１２０のパターン形成は、マスクを用いて行われてもよく、インクジェットを用いて行われてもよい。例えば、第１導電層１２０のパターン形成方法として、スクリーン印刷（シルク印刷）、オフセット印刷、グラビア印刷などの有版式の印刷方法や、インクジェット方式、静電方式、熱転写方式、レーザ方式などの無版式の印刷方法を用いることができる。第１導電層１２０のパターンを形成した後に、上記の方法によって第１導電層１２０のパターンが形成された後に上記の硬化処理が行われる。
ステップＳ１４４で、印刷法によってＣｕインクを第１フィルム１００上及び第１導電層１２０上に形成する。印刷されるＣｕインクとして、例えば純度が９０％以上９９．９９％以下のＣｕ粒子を含むＣｕインクが用いられる。Ｃｕインクとして、ポリエステルを含む溶媒を用いることができる。Ｃｕインクは、Ｃｕが溶媒に溶解したインクであってもよく、Ｃｕのナノ粒子を含むインクであってもよい。なお、パッド１３０のパターン形成は、マスクを用いて行われてもよく、インクジェットを用いて行われてもよい。上記の方法によってパッド１３０のパターンが形成された後に上記の硬化処理が行われる。
上記のようにＳ１４１〜Ｓ１４４のステップによって、ヒューズ素子１０を形成することができる。なお、上記の製造方法ではそれぞれのステップの後に硬化処理を行う製造方法を例示したが、この製造方法に限定されない。例えば、少なくとも２つのステップの後に、それらのステップで形成された部材に対して、まとめて硬化処理を行ってもよい。また、各ステップの後に、上記の硬化処理（以下、本硬化処理という）よりも弱い仮硬化処理を行い、少なくとも２つのステップの後に、それらのステップで形成された部材に対して、まとめて本硬化処理を行ってもよい。ここで、本硬化処理よりも弱い仮硬化処理とは、例えば、本硬化処理が１２０℃２０ｍｉｎの熱硬化処理であれば、１２０℃未満又は２０ｍｉｎ未満の熱処理を意味する。又は、本硬化処理がＵＶ硬化処理であれば、仮硬化処理の照度又は照射時間は本硬化処理の照度又は照射時間よりも弱い又は短いことを意味する。
以上のように、本実施形態に係るヒューズ素子１０の製造方法によると、第１フィルム上に塗布又は印刷法によって絶縁層１１０、第１導電層１２０、及びパッド１３０を形成することができる。したがって、フォトリソグラフィーのような高コストのパターニングを必要とせず、低コストでパターニングを行うことができる。
［第１実施形態の変形例］
図４〜図８を用いて、本実施形態の変形例について説明する。図４〜図８は、本発明の一実施形態の変形例に係るヒューズ素子の平面図である。図４〜図８に示すヒューズ素子１０Ａ〜１０Ｃは、図２に示すヒューズ素子１０と類似しているが、それぞれ第１導電層１２０Ａ〜１２０Ｃのパターンが図２の第１導電層１２０のパターンと相違する。以下の説明において、図２と同様の特徴については説明を省略し、図２との相違点について説明する。
図４に示すヒューズ素子１０Ａは、平面視でパッド１３０Ａと重ならない領域の第１導電層１２０ＡのＤ２方向の幅が場所によって異なる。具体的には、第１導電層１２０Ａは第１領域１５１Ａ及び第２領域１５３Ａを有している。第１領域１５１Ａの第１導電層１２０ＡはＤ２方向に幅ｗ５を有している。第２領域１５３Ａの第１導電層１２０Ａは、Ｄ２方向に幅ｗ４を有している。幅ｗ５は幅ｗ４より小さい。上記の構成を換言すると、第１導電層１２０ＡのＤ２方向の幅は、第２領域１５３Ａから第１領域１５１Ａに向かって段階的に小さくなっている。
上記のように、第１導電層１２０ＡのＤ２方向の幅が第２領域１５３Ａから第１領域１５１Ａに向かって段階的に小さくなっていることで、過電流による溶断が第１領域１５１Ａに集中する。したがって、高確率でヒューズ素子１０Ａの溶断を第１領域１５１Ａで発生させることができる。特に、第１領域１５１Ａと第２領域１５３Ａとの境界付近で溶断が起きる確率が向上する。上記のように、ヒューズ素子１０Ａが、第１導電層１２０ＡのＤ２方向の幅が段階的に小さくなる形状を有していることで、当該幅が連続的に小さくなる形状に比べて、溶断が起きる位置を制御することができる。
図５は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の第１導電層の膜厚プロファイルを示す図である。図５の膜厚プロファイル１２１Ａは、第１導電層１２０ＡとしてＡｇ：Ｃｕ＝９：１の比率のＡｇＣｕが用いられた場合の膜厚プロファイルである。図５の平面図は、図４の第１導電層１２０Ａのみを示した平面図である。図５の膜厚プロファイル１２１Ａは、図５の平面図におけるＡ−Ａ’線に沿って、ＡからＡ’に向かってスキャンして測定した膜厚プロファイルである。つまり、図５の膜厚プロファイルは、Ｄ２方向の幅がｗ５である第１領域１５１Ａにおける第１導電層１２０Ａの膜厚プロファイルである。換言すると、図５の膜厚プロファイルは、ヒューズ素子１０Ａのうち溶断される領域の膜厚プロファイルである。図５に示すように、第１導電層１２０Ａは、そのパターン端部に膜厚のピーク１２３Ａ、１２５Ａを有し、両端部から内側に向かって凹形状１２７Ａを有している。
図６は、比較例に係るヒューズ素子において、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の第１導電層に相当する層の膜厚プロファイルを示す図である。図６の膜厚プロファイル１２１Ｚは、第１導電層１２０ＺとしてＣｕが用いられた場合の膜厚プロファイルである。図６の平面図は、比較例に係るヒューズ素子１０Ｚの平面図である。図６の膜厚プロファイルは、図６の平面図におけるＢ−Ｂ’線に沿って、ＢからＢ’に向かってスキャンして測定した膜厚プロファイルである。図６に示すように、Ｃｕによって構成された第１導電層１２０Ｚは、図５の第１導電層１２０Ａとは異なり、パターン端部に膜厚のピークを有しておらず、おおよそ矩形状であることが確認される。
本実施形態に係るヒューズ素子１０Ａにおいて、第１導電層１２０Ａが上記のような膜厚プロファイルを有していることで、第１導電層１２０Ａで溶断が発生する確率をより向上させることができる。
図７に示すヒューズ素子１０Ｂは、図４のヒューズ素子１０Ａと同様に、平面視でパッド１３０Ｂと重ならない領域の第１導電層１２０ＢのＤ２方向の幅が場所によって異なる。具体的には、第１導電層１２０Ｂは第１領域１５１Ｂ、第２領域１５３Ｂ、及び第３領域１５５Ｂを有している。第１領域１５１Ｂの第１導電層１２０ＢはＤ２方向に幅ｗ８を有している。第２領域１５３Ｂの第１導電層１２０Ｂは、Ｄ２方向に幅ｗ７を有している。第３領域１５５Ｂの第１導電層１２０Ｂは、Ｄ２方向に幅ｗ６を有している。第１領域１５１Ｂに隣接するパッド１３０Ｂと平面視で重なる第１導電層１２０Ｂは、Ｄ２方向に幅ｗ９を有する。幅ｗ９は幅ｗ３よりも小さい。幅ｗ８は幅ｗ７より小さく、幅ｗ７は幅ｗ６より小さい。上記の構成を換言すると、第１導電層１２０ＢのＤ２方向の幅は、第３領域１５５Ｂから第１領域１５１Ｂに向かって段階的に小さくなっている。なお、第１導電層１２０Ｂは、Ｄ２方向の一方の端部だけ（図７の下方の端部）が第３領域１５５Ｂから第１領域１５１Ｂに向かって段階的に小さくなっている。図７の例では、２つのパッド１３０Ｂの大きさは同じであるが、第１領域１５１Ｂに隣接するパッド１３０Ｂは他方のパッド１３０Ｂよりも小さくてもよい。
上記のように、第１導電層１２０ＢのＤ２方向の幅が第３領域１５５Ｂから第１領域１５１Ｂに向かって段階的に小さくなっていることで、過電流による溶断が第１領域１５１Ｂに集中する。さらに、段差部が第１導電層１２０ＢのＤ２方向の一方の端部だけに形成されているため、第１領域１５１Ｂの段差部が形成されている側で溶断が起きる確率が向上する。したがって、より溶断が発生する位置を制御することができる。
図８に示すヒューズ素子１０Ｃは、図４のヒューズ素子１０Ａと同様に、平面視でパッド１３０Ｃと重ならない領域の第１導電層１２０ＣのＤ２方向の幅が場所によって異なる。具体的には、第１導電層１２０Ｃは第１領域１６１Ｃ、第２領域１６３Ｃ、第３領域１６５Ｃ、第４領域１６７Ｃ、及び第５領域１６９Ｃを有している。第１領域１６１Ｃ、第３領域１６５Ｃ、及び第５領域１６９Ｃの各々の第１導電層１２０Ｃは、Ｄ２方向に幅ｗ１０を有している。第２領域１６３Ｃ及び第４領域１６７Ｃの各々の第１導電層１２０Ｃは、Ｄ２方向に幅ｗ１１を有している。幅ｗ１１は幅ｗ１０より小さい。上記の構成を換言すると、第１導電層１２０ＣのＤ２方向の幅は、第１領域１６１Ｃから第２領域１６３Ｃに向かって段階的に小さくなっており、第５領域１６９Ｃから第４領域１６７Ｃに向かって段階的に小さくなっている。一方、第１導電層１２０ＣのＤ２方向の幅は、第２領域１６３Ｃから第３領域１６５Ｃに向かって、及び第４領域１６７Ｃから第３領域１６５Ｃに向かって段階的に大きくなっている。
上記の構成を有することで、過電流が流れたときに、第１導電層１２０ＣのＤ２方向の幅がｗ１０からｗ１１に小さくなるところで、溶断が起きやすくなる。つまり、第１領域１６１Ｃ、第２領域１６３Ｃ、第３領域１６５Ｃ、第４領域１６７Ｃ、及び第５領域１６９Ｃの各々の境界付近で溶断が起きる確率が向上する。また、図８の構成によると、上記の溶断が起きる確率が高い箇所を複数形成することができるため、第１導電層１２０Ｃで溶断が発生する確率を向上させることができる。
なお、図８では、第１領域１６１Ｃ、第３領域１６５Ｃ、及び第５領域１６９Ｃの各々が幅ｗ１０である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、第１領域１６１Ｃ、第３領域１６５Ｃ、及び第５領域１６９Ｃの各々の幅が異なっていてもよい。また、第２領域１６３Ｃ及び第４領域１６７Ｃの各々が幅ｗ１１である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、第２領域１６３Ｃ及び第４領域１６７Ｃの各々の幅が異なっていてもよい。第１領域１６１Ｃと第３領域１６５Ｃとによって挟まれた第２領域１６３Ｃの幅が、第１領域１６１Ｃ及び第３領域１６５Ｃの各々の幅よりも小さければよい。同様に、第５領域１６９Ｃと第３領域１６５Ｃとによって挟まれた第４領域１６７Ｃの幅が、第５領域１６９Ｃ及び第３領域１６５Ｃの各々の幅よりも小さければよい。
図４、図７、及び図８に示すように、平面視でパッド１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃと重ならない領域において、第１導電層１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０ＣにおいてＤ２方向の幅が他の箇所よりも小さい領域（図４における幅ｗ５の領域、図７における幅ｗ８の領域、図８における幅ｗ１１の領域）を有する構成の場合であって、第１導電層１２０及びパッド１３０の両方が銀及び銅を含む場合、第１導電層１２０における銀及び銅の比率が、パッド１３０における銀及び銅の比率と同じであってもよい。例えば、第１導電層１２０及びパッド１３０としてＡｇ：Ｃｕ＝９：１のＡｇＣｕが用いられてもよい。この場合、Ｄ２方向の幅が他の箇所よりも小さい領域（幅ｗ５、幅ｗ８、幅ｗ１１の領域）で溶断を発生させることができる。
〈第２実施形態〉
［フレキシブル配線基板２０Ｄの構成］
図９を用いて、第２実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｄの構成について説明する。図９は、本発明の一実施形態に係るフレキシブル配線基板の断面図である。図９に示すフレキシブル配線基板２０Ｄは、第２導電層２１０Ｄが形成された第２フィルム２００Ｄ上に図１と同様のヒューズ素子１０Ｄを接続したものである。以下の説明において、図１と同様の特徴については説明を省略し、図１との相違点について説明する。第２フィルム２００Ｄは可撓性を有する基板である。第２導電層２１０Ｄは、第２フィルム２００Ｄ上に設けられた配線である。
図９に示すように、２つのパッド１３０Ｄは、それぞれ別々の第２導電層２１０Ｄに電気的に接続されている。２つの第２導電層２１０Ｄはいずれも第２フィルム２００Ｄの下に設けられている。第２フィルム２００Ｄの下には第２導電層２１０Ｄの他にも、サーミスタ素子２２０Ｄ、トランジスタなどのスイッチング素子２３０Ｄ、及び容量素子２４０Ｄなどの機能素子が設けられている。これらの機能素子はパッド２１１Ｄを介して第２導電層２１０Ｄに電気的に接続されている。上記のように、フレキシブル配線基板２０Ｄは、ヒューズ素子の他に上記のような機能素子を備えることで、所望の機能を有する回路を構成することができる。
パッド２１１Ｄはパッド１３０Ｄと同じ工程で形成することができる。つまり、パッド２１１Ｄの構成とパッド１３０Ｄの構成は同じであってもよい。サーミスタ素子２２０Ｄ、スイッチング素子２３０Ｄ、及び容量素子２４０Ｄは、第１フィルム１００Ｄ上に形成された導電層、絶縁層、及び半導体層で構成されている。例えば、第１フィルム１００Ｄ上に印刷法を用いてこれらの層を形成することができる。ただし、これらの機能素子がリード線付き基板実装用の素子であってもよい。
本実施形態では、サーミスタ素子２２０Ｄとスイッチング素子２３０Ｄとの間にヒューズ素子１０Ｄが設けられている。ヒューズ素子１０Ｄに過電流が流れると、ヒューズ素子１０Ｄの第１導電層１２０Ｄが溶断し、サーミスタ素子２２０Ｄとスイッチング素子２３０Ｄとが絶縁される。ただし、上記の構成は一例であり、ヒューズ素子１０Ｄの位置は上記の構成に限定されない。
以上のように、第２実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｄによると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、フレキシブル配線基板２０Ｄのヒューズ素子として、ヒューズ素子１０及び１０Ａ〜１０Ｃの各々を用いることができる。フレキシブル配線基板２０Ｄでは、ヒューズ素子を薄膜で形成することができるため、薄膜のフレキシブル配線基板を実現することができる。
〈第３実施形態〉
［ヒューズ素子１０Ｅの構成］
図１０を用いて、第３実施形態に係るヒューズ素子１０Ｅの構成について説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の断面図である。図１０に示すヒューズ素子１０Ｅは、図１のヒューズ素子１０と類似しているが、第１フィルム１００Ｅと絶縁層１１０Ｅとの間にプライマ層１７０Ｅが設けられている点において、ヒューズ素子１０と相違する。以下の説明において、図１と同様の特徴については説明を省略し、図１との相違点について説明する。
プライマ層１７０Ｅは、第１フィルム１００Ｅと絶縁層１１０Ｅとの密着性を向上させるために設けられる。プライマ層１７０Ｅとして、アクリル系樹脂、エチレン酢酸ビニル系樹脂、ウレタン系樹脂、及びエポキシ系樹脂を用いることができる。第１フィルム１００Ｅ上にプライマ層１７０Ｅを形成する前に、第１フィルム１００Ｅ表面にＵＶ照射処理又はプラズマ処理を行ってもよい。特に、第１フィルム１００ＥとしてＰＣＴが用いられる場合、ＰＣＴは化学的に非常に安定なので、ＰＣＴ上に絶縁層１１０Ｅなどの膜を形成するのが非常に難しい。つまり、ＰＣＴと絶縁層１１０Ｅとの密着性が悪い。そこで、ＰＣＴ上にプライマ層１７０Ｅを形成し、そのプライマ層１７０Ｅの上に絶縁層１１０Ｅを形成することで、ＰＣＴと絶縁層１１０Ｅとの密着性の悪さを改善することができる。さらに、プライマ層１７０Ｅを形成する前にＵＶ照射処理又はプラズマ処理を行うことで、ＰＣＴとプライマ層１７０Ｅとの密着性を向上させることができる。
以上のように、第３実施形態に係るヒューズ素子１０Ｅによると、第１実施形態に係るヒューズ素子１０と同様の効果を得ることができる。なお、ヒューズ素子１０Ｅの構成に、ヒューズ素子１０及び１０Ａ〜１０Ｃの各々の構成を適用することができる。
〈第４実施形態〉
［フレキシブル配線基板２０Ｆの構成］
図１１を用いて、第４実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｆの構成について説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係るフレキシブル配線基板の断面図である。図１１に示すフレキシブル配線基板２０Ｆは、図９に示すフレキシブル配線基板２０Ｄと類似しているが、図１０と同様、第１フィルム１００Ｆと絶縁層１１０Ｆとの間にプライマ層１７０Ｆが設けられている点、及びパッド１３０Ｆ、２１１Ｆと第２導電層２１０Ｆとの間に導電性接着層１９０Ｆが設けられている点において、フレキシブル配線基板２０Ｄと相違する。以下の説明において、図９と同様の特徴については説明を省略し、図９との相違点について説明する。
図１０のヒューズ素子１０Ｅのプライマ層１７０Ｅと同様に、プライマ層１７０Ｆは、第１フィルム１００Ｆと絶縁層１１０Ｆとの密着性を向上させるために設けられる。プライマ層１７０Ｆとして、上記のプライマ層１７０Ｅと同様の材料を用いることができる。また、プライマ層１７０Ｆを形成する前に、第１フィルム１００Ｆの表面にＵＶ照射処理又はプラズマ処理を行ってもよい。
図１１に示すように、パッド１３０Ｆと第２導電層２１０Ｆとの間、及びパッド２１１Ｆと第２導電層２１０Ｆとの間に導電性接着層１９０Ｆが設けられている。導電性接着層１９０Ｆは、各パッド（１３０Ｆ、２１１Ｆ）に対して個別に設けられている。ただし、導電性接着層１９０Ｆが膜厚方向だけに導電性を有する異方性導電膜である場合は、導電性接着層１９０Ｆは第２フィルム２００Ｄの下面において複数のパッド（１３０Ｆ、２１１Ｆ）に連続して設けられていてもよい。
以上のように、第４実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｆによると、第２実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｄと同様の効果を得ることができる。なお、フレキシブル配線基板２０Ｆのヒューズ素子として、ヒューズ素子１０及び１０Ａ〜１０Ｃの各々を用いることができる。ヒューズ素子を薄膜で形成することができるため、薄膜のフレキシブル配線基板を実現することができる。
〈第５実施形態〉
［ヒューズ素子１０Ｇの構成］
図１２を用いて、第５実施形態に係るヒューズ素子１０Ｇの構成について説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の断面図である。図１２に示すヒューズ素子１０Ｇは、図１のヒューズ素子１０と類似しているが、第１導電層１２０Ｇとパッド１３０Ｇとの間に第３導電層１８０Ｇが設けられている点において、ヒューズ素子１０と相違する。以下の説明において、図１と同様の特徴については説明を省略し、図１との相違点について説明する。
図１２に示すように、ヒューズ素子１０Ｇは第１導電層１２０Ｇ及びパッド１３０Ｇに加えて、第１導電層１２０Ｇとパッド１３０Ｇとの間に第３導電層１８０Ｇを有している。パッド１３０Ｇの材料、第３導電層１８０Ｇの材料、及び第１導電層１２０Ｇの材料の各々は異なる。又は、パッド１３０Ｇの組成比、第３導電層１８０Ｇの組成比、及び第１導電層１２０Ｇの組成比の各々は異なる。実施形態において、第１導電層１２０Ｇの抵抗は第３導電層１８０Ｇの抵抗より低い。第３導電層１８０Ｇの抵抗はパッド１３０Ｇの抵抗より低い。また、第１導電層１２０の融点は第３導電層１８０Ｇの融点より低い。第３導電層１８０Ｇの融点はパッド１３０Ｇの融点より低い。
具体的には、例えば、パッド１３０ＧがＣｕであり、第３導電層１８０ＧがＡｇ：Ｃｕ＝８５：１５〜１５：８５のＡｇＣｕであり、第１導電層１２０ＧがＡｇ：Ｃｕ＝９：１のＡｇＣｕであってもよい。つまり、ヒューズ素子１０Ｇは、パッド１３０Ｇから第１導電層１２０Ｇに向かって、徐々に溶断しやすい材料に変わっている。仮に、第１導電層１２０Ｇとパッド１３０Ｇとの間に複数の導電層が設けられている場合、パッド１３０Ｇ側に設けられた導電層よりも第１導電層１２０Ｇ側に設けられた導電層の方が溶断しやすい材料を用いることができる。なお、図１２では、第３導電層１８０Ｇが第１導電層１２０Ｇの端部に乗り上げており、第１導電層１２０Ｇの側壁及び上面に接する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、第１導電層１２０Ｇが第３導電層１８０Ｇの端部に乗り上げていてもよい。つまり、第１導電層１２０Ｇが第３導電層１８０Ｇの側壁及び上面に接していてもよい。
図１３は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子の平面図である。図１３に示すように、Ｄ２方向において、パッド１３０Ｇは幅ｗ１２を有し、第３導電層１８０Ｇは幅ｗ１３を有し、第１導電層１２０Ｇは幅ｗ１４を有する。幅ｗ１３は幅ｗ１２より小さい。幅ｗ１４は幅ｗ１３より小さい。
以上のように、第５実施形態に係るヒューズ素子１０Ｇによると、第１実施形態に係るヒューズ素子１０と同様の効果を得ることができる。なお、ヒューズ素子１０Ｇの構成に、ヒューズ素子１０、１０Ａ〜１０Ｃ、及び１０Ｅの各々の構成を適用することができる。
〈第６実施形態〉
［フレキシブル配線基板２０Ｈの構成］
図１４を用いて、第６実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｈの構成について説明する。図１４は、本発明の一実施形態に係るフレキシブル配線基板の断面図である。図１４に示すフレキシブル配線基板２０Ｈは、図９及び図１１に示すフレキシブル配線基板２０Ｄ、２０Ｆと類似しているが、図１２と同様、第１導電層１２０Ｈとパッド１３０Ｈとの間に第３導電層１８０Ｈが設けられている点において、フレキシブル配線基板２０Ｄ、２０Ｆと相違する。それ以外の点については、図９及び図１１に示すフレキシブル配線基板２０Ｄ、２０Ｆと同様なので説明を省略する。
第１フィルム１００Ｈ上にサーミスタ素子２２０Ｈ、スイッチング素子２３０Ｈ、及び容量素子２４０Ｈを形成する場合、各機能素子の用途に応じて異なる材料の導電層を形成する場合がある。このような場合に、第５実施形態に示すヒューズ素子１０Ｇの特徴を満たすように第１導電層１２０Ｈ及び第３導電層１８０Ｈを選択することができる。
以上のように、第６実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｈによると、第２実施形態に係るフレキシブル配線基板２０Ｄと同様の効果を得ることができる。なお、フレキシブル配線基板２０Ｈのヒューズ素子として、ヒューズ素子１０、１０Ａ１０Ｃ、及び１０Ｅの各々を用いることができる。ヒューズ素子を薄膜で形成することができるため、薄膜のフレキシブル配線基板を実現することができる。
〈第７実施形態〉
本実施形態では、第１実施形態〜第６実施形態のヒューズ素子１０及び１０Ａ〜１０Ｈ又は第２実施形態、第４実施形態、第６実施形態のフレキシブル配線基板２０Ｄ、２０Ｆ、２０Ｈを車両に用いる場合について説明する。乗用自動車などの車両、特にハイブリッド自動車や電気自動車などの車両では、電気システムに数百個のヒューズ素子が用いられている。これらのヒューズ素子の一部に上記のヒューズ素子を用いることができる。特に、フレキシブル配線基板上に設けられた電気回路内に用いられるヒューズ素子として、上記のヒューズ素子を用いることができる。
近年、エネルギーの効率的な使用のために、電気自動車（ＥＶ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）、エネルギー貯蔵システム（ＥＳＳ；Ｅｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、及び人工知能（ＡＩ）サーバの電力システムの重要性が高くなってきており、温室効果ガス放出の低減やグリーン電力の産業化が世界的に要求されている。車両のバッテリーはＥＶビジネスの成功のためのキーテクノロジーである。バッテリー技術の発展は、適用範囲の増加やＥＶのコスト低減につながる。
バッテリーマネジメントシステム（ＢＭＳ）は、ＥＶやＥＳＳにおいてバッテリーの状態や信頼性のある動作を監視するために用いられる重要な部品である。ＢＭＳは、例えば、充電状態（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）、劣化状態（ＳＯＨ；Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ）、電力上限評価（ＰＬＥ；Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｍｉｔ Ｅｓｔｉｍａｔｅ）などのバッテリーの状態を評価するために電圧、温度、及び電流を監視する監視回路８０１を有する。バッテリーのエネルギーを最大限利用するため、及び異常動作からバッテリーを保護するために、ＢＭＳはモジュールやパックにおけるバッテリーの状態を正確に監視する必要がある。
図１５は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子を適用するＢＭＳの機能ブロック図である。図１５に示すように、ＢＭＳ８００は、測定ブロック８１０、バッテリーアルゴリズムブロック８２０、容量評価ブロック８３０、セル均等化ブロック８４０、及び熱管理ブロック８５０を有する。各ブロックの機能は監視回路８０１によって実現される。測定ブロック８１０は、周囲の温度だけでなく、バッテリーバンクの異なる点におけるセル電圧、バッテリー電流、及びバッテリー温度を保存し、それらをデジタル値に変換する。バッテリーアルゴリズムブロック８２０は、バッテリー電圧、電流、及び温度などのバッテリーの変数を用いてＳＯＣ及びＳＯＨを評価する。容量評価ブロック８３０は、バッテリーの充電電流及び放電電流のレベルについてエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）に情報を送信する。セル均等化ブロック８４０は、セル電圧を比較し、セル電圧の最大値と最小値との差を評価し、セルバランシング技術を利用する。熱管理ブロック８５０は、周囲及びバッテリーの温度を測定し、冷却動作又は加熱動作を開始し、温度の異常上昇が起きたときにＥＣＵに緊急信号を送信する。
ＢＭＳ８００を過電流、サージ電圧、及び静電破壊から保護するために、測定ブロック８１０、バッテリーアルゴリズムブロック８２０、容量評価ブロック８３０、セル均等化ブロック８４０、及び熱管理ブロック８５０の各回路に、第１実施形態〜第６実施形態のヒューズ素子１０及び１０Ａ〜１０Ｈが設けられる。
図１６は、本発明の一実施形態に係るヒューズ素子を適用するバッテリーパックの断面図である。図１６に示すように、バッテリーパック３０Ｊはフレキシブル配線基板２０Ｊの上下にＢＭＳ８００Ｊ及びバッテリー９００Ｊが設けられている。本実施形態では、ＢＭＳ８００Ｊが第２フィルム２００Ｊの上に設けられており、バッテリー９００Ｊが第１フィルム１００Ｊの下に設けられている。ただし、ＢＭＳ８００Ｊ及びバッテリー９００Ｊの位置が逆であってもよい。また、フレキシブル配線基板２０Ｊは、図９に示すフレキシブル配線基板２０Ｄと同様の構成であるが、この構成に限定されない。
フレキシブル配線基板２０Ｊに含まれるヒューズ素子１０Ｊは、第２フィルム２００Ｊに設けられた第２導電層２１０Ｊを介して、ＢＭＳ８００Ｊ及びバッテリー９００Ｊに電気的に接続されている。第２導電層２１０ＪとＢＭＳ８００Ｊとは、第２フィルム２００Ｊの端部の外側において、ワイヤボンディングによって接続されてもよく、第２フィルム２００Ｊを貫通する貫通孔に設けられた貫通電極によって接続されてもよい。同様に、第２導電層２１０Ｊとバッテリー９００Ｊとは、第１フィルム１００Ｊの端部の外側においてワイヤボンディングによって接続されてもよく、第１フィルム１００Ｊを貫通する貫通孔に設けられた貫通電極によって接続されてもよい。
図１７は、本発明の一実施形態に係るバッテリーパックの適用例を示す図である。図１７に示すように、バッテリーパック３０Ｊは、車両４０Ｊに搭載される。車両４０Ｊとして、電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ‐ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が用いられる。
図１８〜図２０を用いて、第１実施形態及びその変形例に係るヒューズ素子１０、１０Ａ、１０Ｂを用いて、ヒューズ素子に電流を流して溶断した実験結果について説明する。図１８〜図２０は、本発明の実施例に係るヒューズ素子において、破壊された後の状態を示す光学顕微鏡写真である。なお、図１８〜図２０に示すヒューズ素子は第１フィルム１００の代わりにガラス基板が用いられたサンプル素子である。
図１８〜図２０に示すように、ヒューズ素子１０、１０Ａ、１０Ｂに電流を流して溶断した場合、いずれの場合においても第１導電層１２０、１２０Ａ、１２０Ｂで溶断していることが確認される。なお、図１８の溶断箇所１２９、１２９Ａ、１２９Ｂが過電流によって溶断が発生した箇所である。一方、第１導電層１２０に相当する層がＣｕのみで構成された比較例に係るヒューズ素子に電流を流して溶断した場合、ランダムな位置で溶断が発生していることが確認された。比較例に係るヒューズ素子のパッドに相当する、面積が広いエリアの中央付近で溶断が発生する場合もあり、溶断後に安定した絶縁状態が得られない場合が確認された。
以上のように、本実施形態に係るヒューズ素子１０、１０Ａ、１０Ｂによると、単層の導電層（例えばＣｕ）で形成された比較例に係るヒューズ素子に比べて、第１導電層１２０、１２０Ａ、１２０Ｂで溶断が発生する確率を高くすることができる。
以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、各実施形態のヒューズ素子を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。さらに、上述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。
また、上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
１０：ヒューズ素子、 ２０Ｄ：フレキシブル配線基板、 ３０Ｊ：バッテリーパック、 ４０Ｊ：車両、 １００：第１フィルム、 １１０：絶縁層、 １２０：第１導電層、 １２１Ａ：膜厚プロファイル、 １２３Ａ：ピーク、 １２５Ａ：ピーク、 １２７Ａ：凹形状、 １２９Ａ：溶断箇所、 １３０：パッド、 １５１Ａ：第１領域、 １５３Ａ：第２領域、 １５５Ｂ：第３領域、 １６１Ｃ：第１領域、 １６３Ｃ：第２領域、 １６５Ｃ：第３領域、 １６７Ｃ：第４領域、 １６９Ｃ：第５領域、 １７０Ｅ：プライマ層、 １８０Ｇ：第３導電層、 １９０Ｆ：導電性接着層、 ２００Ｄ：第２フィルム、 ２１０Ｄ：第２導電層、 ２１１Ｄ：パッド、 ２２０Ｄ：サーミスタ素子、 ２３０Ｄ：スイッチング素子、 ２４０Ｄ：容量素子、 ８００：ＢＭＳ（バッテリーマネジメントシステム）、 ８１０：測定ブロック、 ８２０：バッテリーアルゴリズムブロック、 ８３０：容量評価ブロック、 ８４０：セル均等化ブロック、 ８５０：熱管理ブロック、 ９００Ｊ：バッテリー

Claims (23)

  1. 第１フィルムと、
    前記第１フィルムの上の絶縁層と、
    前記絶縁層の上の第１導電層と、
    前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる材料のパッドと、を有するヒューズ素子。
  2. 第１フィルムと、
    前記第１フィルムの上の絶縁層と、
    前記絶縁層の上の第１導電層と、
    前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる組成比の２つのパッドと、を有するヒューズ素子。
  3. 前記第１導電層は、前記パッドよりも抵抗が低い、請求項１又は２に記載のヒューズ素子。
  4. 前記第１導電層は、前記パッドよりも融点が低い、請求項１乃至３のいずれか一に記載のヒューズ素子。
  5. 前記第１導電層は、銀及び銅を含み、
    前記パッドは、銅を含む請求項１に記載のヒューズ素子。
  6. 前記第１導電層及び前記パッドは、銀及び銅を含む請求項２に記載のヒューズ素子。
  7. 前記第１導電層における銀の比率は、前記パッドにおける銀の比率よりも大きい、請求項６に記載のヒューズ素子。
  8. 前記パッドは、互いに離隔されて少なくとも２つ設けられ、
    ２つの前記パッドは第１方向に並び、
    前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１導電層の幅は前記パッドの幅より小さい、請求項１乃至７のいずれか一に記載のヒューズ素子。
  9. 前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、
    前記第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなる、請求項８に記載のヒューズ素子。
  10. 第１フィルムと、
    前記第１フィルムの上の絶縁層と、
    前記絶縁層の上の第１導電層と、
    前記第１導電層に電気的に接続され、第１方向に互いに離隔された少なくとも２つのパッドと、を有し、
    前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、
    前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなるヒューズ素子。
  11. 前記第１フィルムはＰＣＴ（Ｐｏｌｙ Ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｅｎｅ ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）を含む、請求項１乃至１０のいずれか一に記載のヒューズ素子。
  12. 前記絶縁層は、無機絶縁層である、請求項１乃至１１のいずれか一に記載のヒューズ素子。
  13. 前記無機絶縁層は、酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸化ハフニウムのいずれか又は酸化シリコン、窒化シリコン、及び酸化ハフニウムのいずれか２つ以上の積層を含む、請求項１２に記載のヒューズ素子。
  14. 前記絶縁層と前記第１フィルムとの間のプライマ層をさらに有する、請求項１乃至１３のいずれか一に記載のヒューズ素子。
  15. 第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる材料のパッドを備えたヒューズ素子と、
    前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、
    前記第２導電層の上の第２フィルムと、
    を有するフレキシブル配線基板。
  16. 第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる組成比のパッドを備えたヒューズ素子と、
    前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、
    前記第２導電層の上の第２フィルムと、
    を有するフレキシブル配線基板。
  17. 前記パッド及び前記第２導電層は銅を含み、
    前記パッドにおける銅の比率は、前記第２導電層における銅の比率よりも小さい、請求項１６に記載のフレキシブル配線基板。
  18. 第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、第１方向に互いに離隔された少なくとも２つのパッドを備え、前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなるヒューズ素子と、
    前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、
    前記第２導電層の上の第２フィルムと、
    を有するフレキシブル配線基板。
  19. 前記パッドと前記第２導電層との間の導電性接着層をさらに有する請求項１６乃至１８のいずれか一に記載のフレキシブル配線基板。
  20. バッテリーと、
    前記バッテリーの電圧、電流、及び温度を監視する監視回路を有するバッテリーマネジメントシステムと、
    前記バッテリー及び前記バッテリーマネジメントシステムに接続されたフレキシブル配線基板と、有し、
    前記フレキシブル配線基板は、
    第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる材料のパッドを備えたヒューズ素子と、
    前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、
    前記第２導電層の上の第２フィルムと、を備え、
    前記バッテリーマネジメントシステムは、前記第２フィルム上に設けられ、
    前記監視回路は、前記第２導電層に接続されているバッテリーパック。
  21. バッテリーと、
    前記バッテリーの電圧、電流、及び温度を監視する監視回路を有するバッテリーマネジメントシステムと、
    前記バッテリー及び前記バッテリーマネジメントシステムに接続されたフレキシブル配線基板と、有し、
    前記フレキシブル配線基板は、
    第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、前記第１導電層とは異なる組成比のパッドを備えたヒューズ素子と、
    前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、
    前記第２導電層の上の第２フィルムと、を備え、
    前記バッテリーマネジメントシステムは、前記第２フィルム上に設けられ、
    前記監視回路は、前記第２導電層に接続されているバッテリーパック。
  22. バッテリーと、
    前記バッテリーの電圧、電流、及び温度を監視する監視回路を有するバッテリーマネジメントシステムと、
    前記バッテリー及び前記バッテリーマネジメントシステムに接続されたフレキシブル配線基板と、有し、
    前記フレキシブル配線基板は、
    第１フィルム、前記第１フィルムの上の絶縁層、前記絶縁層の上の第１導電層、及び前記第１導電層に電気的に接続され、第１方向に互いに離隔された少なくとも２つのパッドを備え、前記第１導電層は、前記第１方向に沿って第１領域及び第２領域を備え、前記第１方向に直交する第２方向において、前記第１領域の前記第１導電層の幅は前記第２領域の前記第１導電層の幅より小さく、前記第１導電層の幅は前記第２領域から前記第１領域に向かって段階的に小さくなるヒューズ素子と、
    前記パッドに電気的に接続された第２導電層と、
    前記第２導電層の上の第２フィルムと、を備え、
    前記バッテリーマネジメントシステムは、前記第２フィルム上に設けられ、
    前記監視回路は、前記第２導電層に接続されているバッテリーパック。
  23. 電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ：Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、又は、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ：Ｐｌｕｇ‐ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に用いられる、請求項２０乃至２２のいずれか一に記載のバッテリーパック。
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