JP3157915B2 - 回路保護用素子 - Google Patents

回路保護用素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回路の過電流破壊を防
止する回路保護用素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、回路保護用素子としては、例えば
実公昭58ー38988号公報に記載されているよう
に、金属線の外周に柔軟性を有する樹脂をコーテングし
た構造が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の金属線の周
囲に柔軟性を有する樹脂をコーテングした構造の回路保
護用素子では、溶断後の絶縁が不確実になるおそれがあ
る。その理由は、例え、金属線が溶融したとしても、金
属線の溶断部分周囲の柔軟性を有する樹脂は燃焼して炭
化し、この炭化物などが原因で溶断後の絶縁が充分には
保証できない問題がある。
【0004】本発明は上述の問題点に鑑みなされたもの
で、金属線が溶融したときに金属線の周囲に炭化が生じ
ないようにして、金属線の溶断後の絶縁が確実に保証で
きる回路保護用素子を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の回路保護用素子
は、回路の過電流を防止する回路保護用素子であって、
対をなす電極と、前記電極の所定位置間に張設接続した
金属線と、前記金属線の外周および少なくとも前記電極
の金属線との接続部とを被覆する少なくとも低融点ガラ
スを含む無機成分の粉末もしくは粉末集合体の低融点ガ
ラス体と、前記電極に金属線張設接続した側の前記低融
点ガラス体の外面を被覆する合成樹脂と、前記電極と前
記金属線と前記低融点ガラス体および前記合成樹脂とを
モールド成形し前記両電極の端部を導出させたモールド
樹脂体とからなるものである。
【0006】
【作用】本発明の回路保護用素子は、金属線の外周全体
および少なくとも電極の金属線との接続部を被覆する低
融点ガラス体はボソボソもしくはサラサラした状態の粉
末もしくは粉末集合体で、この粉末もしくは粉末集合体
間には隙間が生じ、低融点ガラス体は粉末もしくは粉末
集合体で多孔性であるため、残留空気もしくは残留酸素
により金属線の燃焼溶断が確実となる。
【0007】また、低融点ガラス体は無機質材料のた
め、金属線の溶断時に発熱による炭化物が殆どなく、残
留抵抗が発生することがなく、金属線の溶断後の絶縁を
確実にすることができる。
【0008】さらに、低融点ガラスを覆う合成樹脂はこ
の低融点ガラスと金属線を緩衝保護する。
【0009】
【実施例】次に本発明の回路保護用素子の一実施例を図
面について説明する。
【0010】図1および図2において、1,1は回路保
護用素子を過電流より保護すべき回路間に装着するため
の導電性金属などで形成された対をなす電極で、この電
極1,1にはこの電極1,1の所定位置、例えば先端間
に金属線2が中間部を円弧状に彎曲して張設されてこの
金属線2の両端部が電極1,1に接続されている。この
金属線2は所定の電流で溶断する金属細線であり、線径
10μm〜50μm、例えば20μmのアルミニウム線を超音
波ボンダーによりワイヤボンディングして前記電極1,
1に接続している。なお、この金属線2はアルミニウム
線に限定されるものではなく、溶断電流に対応して金
(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)などのワイヤボンディング
可能な金属細線を使用することもできる。
【0011】また、前記金属線2の外周および少なくと
も前記電極1,1の金属線2との接続部とを低融点ガラ
ス体3で被覆する。この低融点ガラス体3は少なくとも
低融点ガラスを含む無機成分の粉末もしくは粉末集合体
で、この低融点ガラス体3は金属線2よりも融点の低い
低融点ガラス体である。そして、この低融点ガラス体3
はペースト状のを加熱することにより溶剤の蒸発もしく
は揮発により粘性を失い、いわゆる全くのボソボソもし
くはサラサラした状態の粉末もしくは粉末集合体とな
る。
【0012】この低融点ガラス体3は、例えば鉛主成分
系低融点ガラスとシリカ粒子およびバインダー樹脂とを
含んでいるペーストを塗布して形成する。
【0013】このシリカ粒子は、例えばアエロジルとし
て知られている SiO2 主成分系で増粘作用を有してい
る。この増粘作用によって、すなわち、シリカ粒子はそ
の表面にシラノール基(SiOH)を有し、水素結合によっ
て相互に結び付く傾向があり、この水素結合は比較的弱
い結合で小さい外力を加えると再び分離し、粘度が減少
し、静止状態となると再び化学結合が生じ、この現象に
よってチクソトロピー効果が発生し、この合成樹脂4を
金属線2の外周に塗布した場合、両電極1,1の金属線
2の接続部から外側に拡がることがなく、低融点ガラス
体3の塗布領域の制御調整が容易となる。
【0014】また、前記バインダー樹脂は、例えばブチ
ルカルビノールを93〜98重量%にエチルセルロース2〜
7重量%を混合して50℃の加熱のもとで撹拌機に4時間
混合して混練する。
【0015】そして、低融点ガラスペーストは、例えば
低融点ガラス85重量%、シリカ粒子10重量%、バインダ
ー樹脂5重量%をブチルカルビノール30〜40g に混合す
る。
【0016】さらに、前記金属線2が円弧状に張設され
て膨出した外側の前記低融点ガラス体3の外周を膜状ま
たは層状の合成樹脂4にて被覆する。この合成樹脂は、
例えば、無溶剤のポリエステル樹脂を用いる。また、こ
の合成樹脂4は粉末または粉末集合体の低融点ガラス体
3を保護する目的を達成するものであれば、無溶剤型エ
ポキシ樹脂、無溶剤型シリコーン樹脂などが用いられ
る。ただし、この合成樹脂4は低融点ガラス体3の粉末
または粉末集合体内部に浸透しない非浸透性に調整する
必要がある。
【0017】また、前記電極1,1と前記金属線2と前
記低融点ガラス体3および前記合成樹脂4とはエポキシ
樹脂などの熱硬化性樹脂によるモールド樹脂体5で被覆
する。このモールド樹脂体5は耐熱性が230 ℃程度以上
ある実装時の半田付け温度に耐えるものであれば、熱硬
化性樹脂に限られず、熱可塑性樹脂など任意の樹脂で構
成することができる。そして、このモールド樹脂体5の
両端底部近傍から突出した前記両電極1,1はモールド
樹脂体5の両端面に沿って配設て他端部をこのモールド
樹脂体5の上面にて互いに対向される。
【0018】次に、上記実施例の回路保護用素子6の製
造方法を説明する。
【0019】まず、リードフレーム(図示せず)に形成
された所望形状からなる対をなす電極1,1の一端部間
に金属線2の両端を超音波ボンディングにより溶着す
る。次に、低融点ガラスペーストにより、少なくとも金
属線2の全外周および電極1,1の金属線2との接続部
とに塗布する。次に、金属線2の該低融点ガラスペース
トの外周を無溶剤型ポリエステル樹脂などの合成樹脂4
で被覆する。
【0020】そして、この合成樹脂4の硬化温度、例え
ば、150 ℃で一時間加熱もしくは加温して乾燥する。こ
の合成樹脂4の硬化温度で、低融点ガラスペーストの粘
性が失われ、いわゆるボソボソもしくはサラサラした粉
末もしくは粉末集合体の状態の低融点ガラス体3とな
り、この低融点ガラス体3の外周の一部を被覆している
合成樹脂4も硬化して層もしくは膜を形成する(図
2)。
【0021】次に、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性
樹脂により、両電極1,1の各他端部が外側に導出され
るようにモールド成形して、モールド樹脂体5を形成す
る。この場合、前記硬化された合成樹脂4がモールド樹
脂体5を注入する時の圧力を吸収するため、前記低融点
ガラス体3および金属線2などに影響を及ぼすことはな
い。
【0022】そして、電極1,1の各他端部(図示せ
ず)をリードフレーム(図示せず)の所望箇所で切離
し、該電極1,1の各他端部がモールド樹脂体5の側面
より外側に導出した状態とする。次いで、この電極1,
1の各他端部(図示せず)をモールド樹脂体5の両端面
に沿って折り曲げ配設して他端部をこのモールド樹脂体
5の上面にて互いに対向させる。図1に示す面実装型の
チップ構成とする。以上のようにして本実施例の面実装
型の回路保護用素子6の製造ができる。
【0023】次にこの実施例の作用を説明する。
【0024】この実施例の回路保護用素子6は低融点ガ
ラス体3を覆う合成樹脂4はこの低融点ガラス体3と金
属線2とを緩衝保護する。
【0025】そして電極1,1間に過電流が流れると、
金属線2が発熱溶解して切断される。この際、金属線2
の外周および電極1,1の少なくとも金属線2の接続部
には、低融点ガラス体3が存在するため、金属線2の溶
断時の発熱により、この金属線2の略周辺部は溶解し、
図3に示す溶断により発生する空間部7へ該低融点ガラ
ス体3が侵入していくとともに、金属線2の張力解放作
用により低融点ガラス体3の粉末もしくは粉末集合体が
落ち込む。
【0026】そして、金属線2の溶断時の発熱によっ
て、低融点ガラス体3は無機質のため、溶断略周辺部で
溶解するが、燃焼することはなく、導電性の炭化物を生
成しない。このため、溶断後の金属線2a,2aが互いに接
触することがなくなり、さらに、炭化物の生成がないこ
とにより、溶断後の絶縁を完全に保証することができ、
実施例の回路保護用素子6を例えば半導体装置の電源ラ
インや、大きな電流の流れるドライバラインなどに装着
することにより、この装置での過電流により確実かつ的
確に反応して、その電流供給を遮断でき、その遮断状態
がより確実に保持できる。
【0027】次に他の実施例について説明する。
【0028】低融点ガラス体3は、低融点ガラス粉末
を、例えば60〜65重量%、好ましくは63重量%と、シリ
カ粉末を、例えば3.5 〜7重量%、好ましくは7重量%
を、溶剤として例えばブチルカルビノールを25〜35重量
%、好ましくは30重量%を混合する。なお、シリカには
増粘効果があるため、バインダーを添加しなくとも、粘
性を有し塗布し易いペーストができる。
【0029】他の構成は前記実施例と同一である。
【0030】この実施例でも前記実施例の図1の構成と
同様に、空気中で、合成樹脂4の硬化温度(例えば15
0℃で60分間)で加熱する。その結果、外周の合成樹
脂4が硬化するととも内側の前記ブチルカルビノールが
系外へと蒸発もしくは揮発して飛散し、低融点ガラスと
シリカ粘性などを失い、いわゆるボソボソもしくはサラ
サラした粉末もしくは粉末集合体の状態を有する低融点
ガラス体3aとなる。
【0031】そして、前記低融点ガラス体3は図4に示
すように、3,000 倍程度に拡大すると、大きい角張った
ガラス粒10の隙間に細かいシリカ粒11が埋まった状態と
なり、このガラス粒10とシリカ粒11との間に空隙12が生
じている。この状態は覆浸液、例えば、シュウ酸塩アル
コール溶液に浸漬した断面を見ると、10分後(図5)か
ら1時間後(図6)に示すように覆浸液が浸透している
ことが明らかであり、このことは低融点ガラス体3が粉
末もしくは粉末集合体となり、空隙が形成され、金属線
2の溶断時の放熱に関して寄与していることが理解でき
る。
【0032】次にこの実施例の回路保護用素子の実験結
果について説明する。
【0033】この回路保護用素子に定格の電流の2.5 倍
の過電流を流した結果、各定格500個の回路保護用素子
の全てが確実に1秒以内に金属線2が溶断して遮断され
る特性を示した。なお、定格電流は0.4 Aから2Aまで
の種類があり、例えば、0.4Aには2.5 倍の1Aの電流
にて溶断が発生する。
【0034】また、金属線2が溶断した状態を、図7は
215 倍程度に拡大したもので、また、図8は800 倍程度
拡大した側断面で、金属線2が瞬間的に高温発熱により
燃焼した痕跡細孔14が見られる。このことは、低融点ガ
ラス体3の内部は多孔性であり、その孔部に空気が残留
して金属線2の燃焼に作用し、金属線2がガス化して空
孔15に侵入したものと推定される。
【0035】さらに、図8に示すように、金属線2の溶
断部の周囲に低融点ガラス粉末およびシリカ粉末が存在
しており、溶断した金属線2の空洞が残っていないこと
から粉末が崩落したことが判る。
【0036】さらに、金属線2が溶断した状態の断面を
電子顕微鏡写真で見ると、金属線2の溶断端部に金属線
(アルミニウム)2の残査塊が存在が確認され、金属線
2は燃焼点を中心として拡がり、燃焼が進行して燃焼温
度以下となったところで燃焼が停止していることが確認
できた。
【0037】また、アルミニウムの金属線2の場合、溶
断部は酸化して電気絶縁特性が高まるものと考えられ
る。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、低融点ガラス体は無機
質材料のため、金属線の溶断時に発熱による炭化物が殆
どなく、残留抵抗が発生することがなく、低融点ガラス
体は粉末もしくは粉末集合体で多孔性であるため、残留
空気もしくは残留酸素により金属線の燃焼溶断が確実と
なり、さらに、低融点ガラスを覆う合成樹脂はこの低融
点ガラスと金属線を保護し、簡単な構成で、金属線が過
電流で確実に溶断し、しかもその溶断状態を確実に保持
し、絶縁状態を確実に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路保護用素子の縦断
面図である。
【図2】同上回路保護用素子の溶断前の状態を説明する
要部縦断面説明図である。
【図3】同上回路保護用素子の溶断後の状態を説明する
要部縦断面説明図である。
【図4】同上低融点ガラス体の拡大断面説明図である。
【図5】同上低融点ガラス体を覆浸液に覆浸した10分後
の説明図である。
【図6】同上低融点ガラス体を覆浸液に覆浸した1時間
後の説明図である。
【図7】同上金属線の溶断状態を示す拡大縦断面説明図
である。
【図8】同上金属線の溶断状態を示す拡大縦断面説明図
である。
【符号の説明】
1 電極 2 金属線 3 低融点ガラス体 4 合成樹脂 5 モールド樹脂体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−78155(JP,A) 特開 昭63−13226(JP,A) 実開 昭62−107342(JP,U) 実開 平2−120802(JP,U) 実開 平6−5089(JP,U) 実公 昭28−5971(JP,Y1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01H 85/00 - 85/62

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路の過電流を防止する回路保護用素子
    であって、 対をなす電極と、 前記電極の所定位置間に張設接続した金属線と、 前記金属線の外周および少なくとも前記電極の金属線と
    の接続部とを被覆する少なくとも低融点ガラスを含む無
    機成分の粉末もしくは粉末集合体の低融点ガラス体と、 前記電極に金属線張設接続した側の前記低融点ガラス体
    の外面を被覆する合成樹脂と、 前記電極と前記金属線と前記低融点ガラス体および前記
    合成樹脂とをモールド成形し前記両電極の両端を導出さ
    せたモールド樹脂体とからなることを特徴とする回路保
    護用素子。
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