JP3194429B2 - 過電流遮断構造 - Google Patents
過電流遮断構造Info
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Description
に過電流が流れる状態になったとき、その通電経路を応
答性よく確実に遮断することができる過電流遮断構造に
係り、特に、金,銅,アルミニウム等の良導体を相対的
に高抵抗のものとして取り扱えるようにした例えば微細
な金線,銅線,アルミ線等の線材を、過電流で発熱する
導電線材として用い、この導電線材の周囲を樹脂で覆っ
た構成において、過電流が流れる通電経路を完全に遮断
することができるようにした過電流遮断構造に関する。
ズを挿入配置することで、過電流が流れる状態になった
とき、ヒューズの溶断で通電経路を遮断している。この
ヒューズは、よく知られているように、ヒューズ線材を
保護するため、例えば、事故電流が大きい負荷電源ライ
ンでは、図16に示されるような筒形ヒューズ101の
構成を採り、また、事故電流が小さい電子機器等の保護
用には図17に示されるような管形ヒューズ102の構
成を採る。しかし、これらのヒューズには、次のような
問題点がある。
製造難易度が高く高価なものであるため、負荷電源ライ
ンにおける過負荷保護において、大きなコストアップと
なる。
ズ102は、共にヒューズホルダーを使用することにな
るため機器に内蔵する場合、専有スペースが大きくな
る。
ズに代わる過電流遮断構造についての検討及び実験を繰
り返し実施し、新たな過電流遮断構造を提案するに至っ
た。この新たな過電流遮断構造は、金,銅,アルミニウ
ム等の良導体を相対的に高抵抗のものとして取り扱える
ようにした例えば微細な金線,銅線等の如く過電流で発
熱する導電線材を芯材として用い、この導電線材の周囲
を樹脂で覆う構成としたものである。このため、通電経
路の容量確保(経路周辺への放熱)と、導電線材により
接続される一対の導電体(例えば端子)の固定とを達成
できる。加えて、取扱易さ、耐環境性、周辺部品との絶
縁性の観点で有利となる。
材の周囲を樹脂で覆う構成とした場合においては、導電
線材が過電流で溶断状態に至る過程で導電線材周りの樹
脂の炭化が進行し、この炭化部分がバイパス電流経路
(炭化経路)となることに留意しなければならない。つ
まり、導電線材が過電流で溶断しても、炭化部分のバイ
パス電流経路が残存し、負荷へと過電流を供給しつづけ
ることになる。このため、従来は、導電線材の周囲を樹
脂で覆う構成とした場合、実用性に欠けるという問題が
あった。
れたものであり、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成にお
いて、過電流が流れる通電経路を応答性よく確実に遮断
できる実用的な過電流遮断構造を提供することにある。
載の発明は、一対の導電体と、それらの導電体間に接続
される線径の細い導体ワイアと、導体ワイアの周囲を封
止する樹脂層と、導体ワイアの経路付近の樹脂層を窪ま
せて形成した薄肉被覆層とを有し、薄肉被覆層を形成す
るための窪み深さは、導体ワイヤが露出しない深さとさ
れ、それにより、導体ワイアが過電流で溶断するか否か
に拘わらず、薄肉被覆層の破壊により通電経路が遮断さ
れるようにしたことを特徴とする過電流遮断構造にあ
る。
電体間に接続した導体ワイアが過電流により発熱して温
度上昇し、同時に樹脂層も発熱して温度上昇する際、樹
脂層の温度上昇が薄肉被覆層の形成部分に集中する。こ
のため、樹脂層の厚肉のままの部分よりも薄肉被覆層の
形成部分において、樹脂の炭化過程で多量のガスが発生
する。換言すれば、樹脂層の厚肉のままの部分でのガス
の圧力上昇よりも薄肉被覆層の形成部分でのガスの圧力
上昇が急峻となる。
起因して導電線材周りに樹脂の炭化による炭化経路が形
成される過程において、樹脂層の厚肉のままの部分で
は、ガス圧がガス破裂の限界圧になるにはほど遠い状態
にあるとき、薄肉被覆層の形成部分では、ガス破裂の限
界圧に到達し、小規模にガス破裂する。これにより、薄
肉被覆層の形成部分では、導電線材が過電流で溶断する
か否かに拘らず、瞬時に炭化経路もろとも断層に亀裂が
生じるように破壊されることになる。その結果、一対の
導電体間の通電経路を流れる負荷電流等が過電流になっ
たとき、樹脂層の厚肉のままの部分の非破壊状態で薄肉
被覆層の形成部分の通電経路を応答性よく確実に遮断で
きよう。加えて、薄肉被覆層の厚み調整を行なうことに
より、通電経路の遮断時期を微調整すための設計自由度
が得られよう。
質が、導電率の高い金属とされる。このような構成によ
れば、過電流で発熱する導体ワイアを配置するための設
計自由度が得られよう。
対の導電体間に複数本接続される。このような構成によ
れば、一対の導電体間に過電流が流れたときに生じる熱
源領域を拡大させ、破壊開始点を拡大させることができ
よう。なお、これは、導体ワイアの本数に反比例して線
材径を細くことで対処できよう。
は、導体ワイアに過電流による発熱が集中するように材
質や体積が選定されている。このような構成によれば、
通電経路に過電流が流れたとき、導電線材が応答性よく
発熱されよう。
が、表面実装仕様の形状とされる。このような構成によ
れば、表面実装技術を利用して、回路基板上に、容易に
実装できよう。
脂層が成形金型を用いるトランスファーモールドで形成
される。このような構成によれば、薄肉被覆層は、導電
体間に接続した導電ワイアを成形金型を用いるトランス
ファモールドで形成したため、生産工程が簡略されよ
う。
は、温度感知物質や物理力感知物質等の異常検知手段が
設けられる。このような構成によれば、薄肉被覆層の発
熱破壊を外側から視覚では識別できない場合に、温度感
熱物質の温度感知等による色調等の変化で、その破壊が
生じたことを知らせることができよう。
つき、図面に基づいて詳細に説明する。
電流遮断構造の第1の実施形態の構成を示す。同図にお
いて、1,2は各々一対の導電体をなす端子構造の各電
極片、3は例えば金,銅,アルミニウム等のように導電
率の高い金属からなる微細な線径の導体ワイヤであり、
相対的に高抵抗にされて過電流で発熱するようにしたも
のである。なお、本実施形態では、金線とした場合は5
0ミクロン、アルミ線とした場合は300ミクロンの線
径のものを適用した。また、4は樹脂層、5は薄肉被覆
層である。
電極片1,2間に、過電流で発熱する導体ワイヤ3をワ
イヤボンディングで接続し、次に、成形金型を用いるト
ランスファモールドで導体ワイヤ3の周囲を例えばエポ
キシ樹脂等の成形樹脂で封止された状態に覆うことによ
り樹脂層4を形成する。そして、樹脂層4を形成する
際、同時に導体ワイヤ3の経路付近を円形に窪ませて薄
肉被覆層5を形成したものである。なお、薄肉被覆層5
を形成するための窪み深さは、導体ワイヤ3が露出しな
い深さで、具体的には、薄肉被覆層5の表面から導体ワ
イヤ3の頂部までの寸法が0.5mm程度の肉厚となる
ように定める。
や質量の大きさを選んで、導体抵抗を下げ、かつ熱容量
を上げたものを用い、一対の電極片1,2間に過電流が
流れたときに導体ワイヤ3に発熱が集中するようにして
いるので、そのときに導体ワイヤ3が応答性よく発熱さ
れるものとなる。
中する導体ワイヤ3の経路付近を円形に窪ませて薄肉被
覆層5を形成した構成を採ることにより、一対の電極端
子片1,2間に接続した導体ワイヤ3が過電流により発
熱して温度上昇する際、この温度上昇による樹脂層4の
発熱が薄肉被覆層5に集中する。このとき、樹脂層4の
うち特に薄肉被覆層5の形成部分に樹脂の炭化過程で多
量のガスが発生する。
とに起因して導体ワイヤ3周りに樹脂の炭化による炭化
経路が形成される過程において、樹脂層4の厚肉のまま
の部分では、ガス圧がガス破裂の限界圧になるにはほど
遠い状態にあるとき、薄肉被覆層5の形成部分では、ガ
ス破裂の限界圧に到達し、小規模にガス破裂する。これ
により、薄肉被覆層5の形成部分では、導電線材が過電
流で溶断するか否かに拘らず、瞬時に炭化経路もろとも
断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。その
結果、一対の導電体間の通電経路を流れる負荷電流等が
過電流になったとき、樹脂層4の厚肉のままの部分の非
破壊状態で薄肉被覆層5の形成部分の通電経路を応答性
よく確実に遮断できる。加えて、以下列挙するような利
点が生じる。
とにより、通電経路の遮断時期を微調整すための設計自
由度が得られる。
置するための設計自由度が得られる。
絶縁性の観点で有利となる。
電体間に接続した導電線材を成形金型を用いるトランス
ファモールドで形成するため、生産工程が簡略され、ま
た、一般的な半導体パッケージ品生産ラインを流用して
製造できるため、過電流遮断構造を作製する生産能力の
向上及びコスト低減を図れる。
覆層5の形状を図2〜図7に示される各実施例のように
種々工夫すると、過電流による導体ワイヤ3の発熱で薄
肉被覆層5の形成部分が破壊する応答性が促進される。
図に示される実施例は、導体ワイヤ3のボンディング形
状に沿わせて外面を湾曲させた薄肉被覆層5aが樹脂層
4に形成されている。この場合、過電流通電時に導体ワ
イヤ3に交差する方向に亀裂が走りやすくなり、薄肉被
覆層5aの形成部分が破壊する応答性が促進される。
示される実施例の変形例であり、薄肉被覆層5aが形成
された位置の底面に導体ワイヤ3の樹脂被覆の厚みを薄
くする凹部6が形成されている。この場合、過電流通電
時に導体ワイヤ3に交差する方向に更に亀裂が走りやす
くなり、薄肉被覆層5aの形成部分が破壊する応答性が
促進される。
図に示される実施例は、導体ワイヤ3の線上に沿った方
向の溝7と、これに交差する方向の溝8とを各々有する
外面形状の溝薄肉被覆層5bが樹脂層4に形成されてい
る。この場合、過電流通電時に溝7,8が構造上の弱点
となって亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層5bの形成
部分が破壊する応答性が促進される。
図に示される実施例は、導体ワイヤ3の線上の中央点を
中心として円形に加工された溝9を有する外面形状の薄
肉被覆層5cが樹脂層4に形成されている。この場合、
過電流通電時に溝9が構造上の弱点となって亀裂が走り
やすくなり、薄肉被覆層5cの形成部分が破壊する応答
性が促進される。
図に示される実施例は、導体ワイヤ3の線上の中央点を
交差する方向に加工された溝10を有する外面形状の薄
肉被覆層5dが樹脂層4に形成されている。この場合、
過電流通電時に溝10が構造上の弱点となって亀裂が走
りやすくなり、薄肉被覆層5dの形成部分が破壊する応
答性が促進される。なお、図7の上面図に示されるよう
に、導体ワイヤ3の線上に沿う方向に加工された溝11
を形成し、薄肉被覆層5eの破壊が促進されるようにし
てもよい。
電流遮断構造の第2の実施形態の構成を示す。この実施
形態では、同図に示されるように、一対の導電体として
SMD仕様の各電極片1A,2Aを用い、この一対の電
極片1A,2A間に導体ワイヤ3をワイヤボンディング
で接続後、樹脂封止することにより前記第1の実施形態
に準じて機能される過電流遮断構造を構成している。
も、樹脂層4を形成する際、同時に導体ワイヤ3の経路
付近に薄肉被覆層5を形成したものであるので、一対の
電極端子片1A,2A間に接続した導体ワイヤ3が過電
流で溶断するか否かに拘らず、導体ワイヤ3に過電流が
流れることに起因して多量に発生するガスにより、瞬時
に薄肉被覆層5の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀
裂が生じるように破壊されることになる。よって、前記
第1の実施形態同様の効果が得られる。加えて、表面実
装技術を利用して導体パターン上に、容易に実装するこ
とできる。
造する場合、図9に示されるように、リードフレーム1
2を対象にして、製造ラインの上流側からその下流側へ
と並べて設置された電極片形成工程(1)、ワイヤボン
ディング工程(2)、樹脂モールド工程(3)を順次実
施し、樹脂モールド工程(3)の終了後、フレームカッ
トを実施して図8の過電流遮断構造を得る。
遮断構造の第3の実施形態の構成を示す。この実施形態
では、同図に示されるように、一対の導電体として、一
方が適宜選定した長さ分だけ導電体を引出した端子構造
の電極片1Bで、他方が端子なしの電極片2Bである各
電極片1B,2Bを用い、この一対の電極片1B,2B
間に導体ワイヤ3をワイヤボンディングで接続後、樹脂
封止することにより前記第1の実施形態に準じて機能さ
れる過電流遮断構造を構成している。
も、樹脂層4を形成する際、同時に導体ワイヤ3の経路
付近に薄肉被覆層5を形成したものであるので、一対の
電極片1B,2B間に接続した導体ワイヤ3が過電流で
溶断するか否かに拘らず、導体ワイヤ3に過電流が流れ
ることに起因して多量に発生されるガスにより瞬時に薄
肉被覆層5の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が
生じるように破壊されることになる。よって、前記第1
の実施形態同様の効果が得られる。
造する場合、図11に示されるように、リードフレーム
13を対象にして、製造ラインの上流側からその下流側
へと並べて設置された電極片形成工程(1)、端子構造
加工工程(2)、ワイヤボンディング工程(3)、樹脂
モールド工程(4)を順次実施し、樹脂モールド工程
(4)の終了後、フレームカットを実施して図10の過
電流遮断構造を得る。
導電体間をワイヤボンディング特有の曲線を描く導体ワ
イヤ3で接続したが、図12(a)の上面図及び同図
(b)の断面図に示される第4の実施形態の過電流遮断
構造では、一対の電極片1,2間を直線的形状の導電線
材3Aで接続後、樹脂封止することにより前記第1の実
施形態に準じた過電流遮断構造を構成している。なお、
導電線材3Aには、前記導体ワイヤ3と同様の線材や、
導体箔等を適用できる。
も、樹脂層4を形成する際、同時に導電線材3Aの経路
付近に薄肉被覆層5を形成したものであるので、一対の
電極片1,2間に接続した導電線材3Aが過電流で溶断
するか否かに拘らず、導電線材3Aに過電流が流れるこ
とに起因して多量に発生されるガスにより、瞬時に薄肉
被覆層5の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が生
じるように破壊されることになる。よって、前記第1の
実施形態同様の効果が得られる。加えて、直線的形状の
導電線材3Aを利用するため、構造全体を更にコンパク
トにすることが可能となる。
過電流遮断構造のように、一対の電極片1,2間に複数
本の導体ワイヤ3a〜3cを接続することにより、過電
流が通電されたときに生じる熱源を拡大させ、破壊開始
点を拡大させることもできる。
続本数分に反比例させて細くすることで対処できる。
過電流遮断構造のように、薄肉被覆層5の外面に、サー
マルテープ等の温度感熱物質14を貼着した構成にする
ことができる。この構成では、薄肉被覆層5の形成部分
の発熱破壊を外側から視覚では識別できない場合に、温
度感熱物質14の温度感知による色調等の変化で、その
破壊が生じたことを知らせることができる。なお、温度
感熱物質を埋め込み構成にすることもできる。
過電流遮断構造のように、薄肉被覆層5の外面に、物理
力感応紙等の物理力感知物質15を貼着した構成にする
ことができる。この構成では、薄肉被覆層5の形成部分
の発熱破壊を外側から視覚では識別できない場合に、物
理力感知物質15の物理力感知による色調等の変化で、
その破壊が生じたことを知らせることができる。なお、
物理力感知物質を埋め込み構成にすることもできる。
明したような各実施形態の構成のもであるから、回路部
品としても使用できるとともに、本発明にかかる過電流
遮断構造が挿入接続された通電経路に過電流が流れたと
き、その通電経路を応答性よく確実に遮断できる。
よれば、導体ワイアの周囲を樹脂で覆う構成において、
過電流が流れる通電経路を応答性よく確実に遮断できる
実用的な過電流遮断構造を提供することができる。
態の構成を示す模式的斜視図である。
態の構成に工夫を加えた第1の実施例の構成説明図であ
る。
態の構成に工夫を加えた第1の実施例の変形例の構成説
明図である。
態の構成に工夫を加えた第2の実施例の構成説明図であ
る。
態の構成に工夫を加えた第3の実施例の構成説明図であ
る。
態の構成に工夫を加えた第4の実施例の構成説明図であ
る。
態の構成に工夫を加えた第4の実施例の変形例の構成説
明図である。
態の構成を示す模式的斜視図である。
態の構成を得る製造工程説明図である。
形態の構成を示す模式的斜視図である。
形態の構成を得る製造工程説明図である。
形態の構成説明図である。
形態の構成を示す模式的斜視図である。
形態の構成を示す模式的斜視図である。
形態の構成を示す模式的斜視図である。
る。
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 一対の導電体と、それらの導電体間に接
続される線径の細い導体ワイアと、導体ワイアの周囲を
封止する樹脂層と、導体ワイアの経路付近の樹脂層を窪
ませて形成した薄肉被覆層とを有し、 薄肉被覆層を形成するための窪み深さは、導体ワイヤが
露出しない深さとされ、 それにより、導体ワイアが過電流で溶断するか否かに拘
わらず、薄肉被覆層の破壊により通電経路が遮断される
ようにした 電流遮断構造。 - 【請求項2】 導体ワイアの材質が、導電率の高い金属
である、請求項1に記載の電流遮断構造。 - 【請求項3】 導体ワイアが一対の導電体間に複数本接
続される、請求項1に記載の電流遮断構造。 - 【請求項4】 一対の導電体は、導体ワイアに過電流に
よる発熱が集中するように材質や体積が選定されてい
る、請求項1に記載の電流遮断構造。 - 【請求項5】 一対の導電体が、表面実装仕様の形状で
ある、請求項1に記載の電流遮断構造。 - 【請求項6】 窪みを有する樹脂層が成形金型を用いる
トランスファーモールドで形成される、請求項1に記載
の電流遮断構造。 - 【請求項7】 窪みの底部には、温度感知物質や物理力
感知物質等の異常検知手段が設けられる、請求項1に記
載の電流遮断構造。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16922598A JP3194429B2 (ja) | 1998-06-02 | 1998-06-02 | 過電流遮断構造 |
KR1019990020137A KR100312480B1 (ko) | 1998-06-02 | 1999-06-02 | 과전류 차단 구조 |
US09/324,477 US6462925B2 (en) | 1998-06-02 | 1999-06-02 | Excess current interrupting structure |
DE69926947T DE69926947T2 (de) | 1998-06-02 | 1999-06-02 | Überstrom-Unterbrechungsvorrichtung |
EP99110674A EP0962953B1 (en) | 1998-06-02 | 1999-06-02 | Excess current interrupting structure |
KR1020010051899A KR100312479B1 (ko) | 1998-06-02 | 2001-08-27 | 과전류 차단 구조의 제조 방법 |
US09/985,842 US6563684B2 (en) | 1998-06-02 | 2001-11-06 | Method of manufacturing excess current interrupting structure |
Applications Claiming Priority (1)
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