JP3248564U - チップヒューズ - Google Patents

Abstract

長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板を用いて、しかも遮断時のアークの発生を確実に抑制できるチップヒューズを提供する。チップヒューズ１は、絶縁性基板３の上のアンダーコート５の上に金属薄膜により形成されたヒューズ素子７と、ヒューズ素子７を覆うように厚膜により形成された、絶縁性を有する第１の保護膜２１と、第１の保護膜を覆うように厚膜により形成された、絶縁性を有する第２の保護膜２３とを備える。第１の保護膜２１を形成するためのシリコーンゴムとして、せん断接着強度が３．１ＭＰａ以上３．９ＭＰａ以下であり且つデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度が約６６のシリコーンゴムを用いる。

Description

本発明は、長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板を用いたチップヒューズに関するものである。

特開平１０－３０８１６０号公報（特許文献１）には、長方形平板上に形成した絶縁基板の一平面上に、ヒューズ素子を薄膜形成技術により形成し、ヒューズ素子の両端を露出させるように酸化珪素を主成分とする第１の保護膜をスパッタリングなどにより薄膜形成し、さらに第１の保護膜の上面に、シリコーンゴムなどを塗布・硬化して第２の保護膜を積層形成し、さらに第２の保護膜を完全に覆って架橋構造を有する樹脂及び耐熱性樹脂などを塗布・硬化して第３の保護膜を形成したチップヒューズが開示されている。

また特許第５９７９６５４号公報（特許文献２）には、ヒューズ素子を覆う第１の保護膜としてエポキシ含有のシリコーン樹脂で形成し、第１の保護膜を覆う第２の保護膜として無機フィラー含有のシリコーン樹脂によって形成して、持続アークを低減し且つ外観を維持できるチップヒューズが開示されている。

特開平１０－３０８１６０号公報 特許第５９７９６５４号公報

特許文献１及び２に記載されたチップヒューズが提案された当時のチップヒューズの寸法は、７ｍｍ×４ｍｍ程度と大きいものであり、アークの発生を抑制できて、遮断性能もそれなりのものであった。最近の実装回路の高密化に伴って、チップヒューズの寸法についても、長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板を用いた超小型のチップヒューズの使用要求が高まっている。しかしながらこのような小さい寸法の絶縁性基板を用いたチップヒューズで、アークの発生を抑制して、遮断性能が高いチップヒューズは、今のところ市場には提供されていない。

本発明の目的は、長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板を用いて、しかも遮断時のアークの発生を確実に抑制できるチップヒューズを提供することにある。

本発明は、長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板と、絶縁性基板の上に金属薄膜により形成されたヒューズ素子と、ヒューズ素子を覆うように厚膜により形成された、絶縁性を有する第１の保護膜と、第１の保護膜を覆うように厚膜により形成された、絶縁性を有する第２の保護膜を備えたチップヒューズを改良の対象とする。なお絶縁性基板の上に絶縁性のアンダーコートが形成されていてもよく、その場合には、アンダーコートの上にヒューズ素子が形成される。本発明においては、第１の保護膜としてシリコーンゴムを用いる。特開平１０－３０８１６０号公報に示されるような、従来の大きなチップヒューズで用いていたシリコーンゴムを、本発明が対象とする長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁基板を用いた超小型のチップヒューズにそのまま適用しても、シリコーンゴムが消弧性能を発揮することができず、消弧されないアークによって短絡が発生するおそれがある。

発明者は、従来、消弧用として用いられているシリコーンゴムを第１の保護膜に用いて試験を行ったが、必要十分な消弧性能を得ることができなかった。本発明は、接着剤の材料として用いられている液状から硬化させることでゴム弾性体へと変化するRTV（Room Temperature Vulcanizing）シリコーンゴムの中で、ヒューズ素子が溶断したときに、アークの消弧性を発揮し且つヒューズ素子の溶断部の両側に金属薄膜の溶融金属の溜まり部を保持できるものを、発明者が発見したことを基礎としている。このような接着剤に用いられるシリコーンゴムは、せん断接着強度が３．１ＭＰａ以上３．９ＭＰａ以下であり且つデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度が約６６のシリコーンゴムである。そこで本発明のチップヒューズでは、発明者が発見した接着剤用のシリコーンゴムを第１の保護膜として用いている。なおゴム硬度の「約６６」は、測定時の温度、湿度等の測定条件相違や、製造ロットの相違によって、ゴム強度がばらつくため「約」の用語を用いて、本発明が「６６」のみのゴム硬度に限定されないものであることを特定した。なお「約」によってカバーされる範囲は、前述の通り、測定時の温度、湿度等の測定条件の相違や、製造ロットの相違によって発生するバラツキの範囲である。

従来のチップヒューズ素子で用いていたシリコーンゴムは、絶縁性基板とヒューズ素子長さの寸法が小さくなるほど、遮断時にアークが切れにくくなる。発明者は、種々の材料試験を行った結果、前述の特性を有する特定のシリコーンゴムは、ヒューズ素子の長さ寸法が小さくなったときでも、ヒューズ素子が溶断したときに、シリコーンゴム自身が消弧性能を発揮するとともに、ヒューズ素子の溶断部の両側に金属薄膜の溶融金属の溜まり部が形成された後に、その溜まり部を保持する機能があることを見いだした。すなわち発明者は、ヒューズ素子とシリコーンゴムとを強く密着させることでシリコーンゴムの消弧効果を高くし、しかも溶融金属の溜まり部を保持する機能を高めることを可能にするせん断接着強度及びゴム硬度を有するシリコーンゴムを第１の保護膜に用いることにより、目的を達成できることを見出したのである。すなわち発明者は、寸法が小さい絶縁性基板を用いる場合において、遮断時のアークの発生を抑制するためには第１の保護膜の柔らかさと、ヒューズ素子及びその周囲にある基板面とシリコーンゴムとの密着性を高めることが重要であることを見出して本発明を完成した。本発明のように特定の性質を有する第１の保護膜を用いると、ヒューズ素子が溶断した後に、第１の保護膜が変形することによって、溶断部の両側に確実に金属薄膜の溶融溜まりが形成されて保持され、アークの発生と持続を抑制できる。

なおせん断接着強度は、理論的に上限はないものの、実用上入手可能なシリコーンゴムのせん断接着強度は５ＭＰａ以下であり、好ましいせん断接着強度が３．１ＭＰａ以上３．９ＭＰａ以下である。またデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度は、柔らかいほど金属薄膜の溶断部の溶融溜まり部が広がり易く、硬いほど溶融溜まり部は広がり難くなる。発明者の研究によると、上記範囲内のゴムの密着強度と硬度であれば、必要な溶融溜まり部の広がりと高い消弧効果を得ることができる。

発明者が市場から入手して確認した好ましいシリコーンゴムは、せん断接着強度が３．１ＭＰａ以上３．９ＭＰａ以下であり且つデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度が約６６のシリコーンゴムであるが、今後、このシリコーンゴムと均等のシリコーンゴムが開発された場合、そのシリコーンゴムは本発明で用いるシリコーンゴムの均等物であると言える。

このような特性を有するシリコーンゴムであれば、長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板を用いるチップヒューズで要求されるレベルの遮断特性を達成することができる。

なお第１の保護膜の厚みが、１０μｍ～５０μｍであれば、第１の保護膜に必要な変形を可能にすることができる。

ヒューズ素子は、例えば、銅を主成分とする厚みが１μｍ～２０μｍのメッキ膜からなる第１の金属薄膜と、第１の金属薄膜の上に錫を主成分とする厚みが０．５μｍ～１０μｍのメッキ膜からなる第２の金属薄膜とから形成されているものを用いることができる。このような構成のヒューズ素子は、溶断性能に優れ、且つ溶融金属の溜まりを形成し易いという性質を示すことが分かっている。なお本発明は、このようなヒューズ素子のみに適用可能なものでないのは勿論である。

第２の保護膜は、特に限定されないが、シリコーンゴムとの接合性及び保護特性を考慮すると、厚みが１０μｍ～１００μｍのエポキシまたはシリコーン系の樹脂材料によって形成されているのが望ましい。

なお絶縁性基板の上には絶縁性のアンダーコートが形成されていてもよいのは勿論である。その場合、ヒューズ素子はアンダーコートの上に形成される。また絶縁性基板は、長さ寸法１．６ｍｍ以下で且つ幅寸法が０．８ｍｍ以下であってもよい。

本発明のチップヒューズの実施の形態の一例の断面図である。 トリミングを説明するために用いる図である。 第１の保護膜として用いた材料の特性を示す図である。 実施例１及び２と比較例１乃至３の材料を第１の保護膜に用いたチップヒューズの遮断容量試験の試験結果を示す図である。

以下図面を参照して、本発明のチップヒューズの実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明のチップヒューズの実施の形態の一例の断面図である。なお、理解を容易にするため、図１においては各部の厚み寸法を誇張して描いている。図１に示すように、このチップヒューズ１は、ほぼ矩形の絶縁性基板３を有している。本実施の形態では、チップ状の絶縁性基板３を、アルミナ基板（セラミック基板）により形成している。

絶縁性基板３の基板表面３ａには、ガラスペーストを用いて絶縁性のアンダーコート５がスクリーン印刷により形成されている。アンダーコート５は、絶縁性基板３の長手方向の両端面に近い部分を除いて、基板表面３ａのほぼ全体を覆っている。アンダーコート５の上には、ヒューズ素子７が形成されている。なおこのアンダーコート５は、電圧に応じて使用の可否を決定すればよく。必ず必要なものではない。本実施の形態のヒューズ素子７は、銅を主成分とする厚みが１μｍ～２０μｍのメッキ膜からなる第１の金属薄膜９と、第１の金属薄膜９の上に形成された錫を主成分とする厚みが０．５μｍ～１０μｍのメッキ膜からなる第２の金属薄膜１１とから形成されている。第１の金属薄膜９の両端部分は、一対の表面電極１０，１０を構成している。言い換えると、本実施の形態のヒューズ素子７は、第２の金属薄膜１１とその直下の第１の金属薄膜９の部分によって、構成されている。このような構成のヒューズ素子７は、溶断性能に優れ、且つ溶融金属の溜まりを形成し易いという性質を示すことが分かっている。

また絶縁性基板３の裏面３ｂの両端部分には、第１の金属薄膜９と同様の銅を主成分とする金属成分を含むメッキ膜からなる一対の裏面電極１３，１３が形成されている。

側面電極１５，１５は、ニッケルメッキ層（内部メッキ）１７，１７により全体的に覆われている。そしてニッケルメッキ層１７，１７は、Ｓｎのメッキ層１９，１９（外部メッキ）により全体的に覆われている。

図２は、絶縁性基板３上にヒューズ素子７を形成する際に形成するＬ字形の２本のトリミング溝ＴＳの形成例を示している。２本のトリミング溝ＴＳは、一対の表面電極１０，１０とヒューズ素子７とに跨って形成されており、２本のトリミング溝ＴＳの間に、実際のヒューズ素子７が形成される。図２において、符号２５で指した領域が、ヒューズ素子７に遮断電流が流れたときに溶断する溶断部である。

さらに本実施の形態では、ヒューズ素子７の一部を構成する第２の金属薄膜１１を全体的に覆うように厚膜により形成された絶縁性を有する高柔軟性の第１の保護膜２１と、第１の保護膜２１を覆うように厚膜により形成された、絶縁性を有する高硬度の第２の保護膜２３を備えている。本実施の形態では、第１の保護膜２１として高柔軟性のシリコーンゴムを用いている。第２の保護膜２３は、第１の保護膜２１を形成する高柔軟性のシリコーンゴムとの接合性及び保護特性を考慮して、高硬度のエポキシまたはシリコーン系の樹脂材料によって形成されている。第２の保護膜２３の上には捺印２４が印刷されている。

本実施の形態では、第１の保護膜２１を形成するシリコーンゴムとして、ヒューズ素子が溶断したときに、ヒューズ素子７の溶断部２５（図２参照）の両側に金属薄膜の溶融金属の溜まり部が形成されることを可能にするせん断強度及びゴム硬度を有する高柔軟性のシリコーンゴムを用いている。第１の保護膜２１及び第２の保護膜２３は、それぞれスクリーン印刷により形成されている。第１の保護膜２１は、第２の保護膜２３を形成する際の焼成温度においても、高柔軟性は実質的に影響を受けることがないものである。

第１の保護膜２１を形成する具体的なシリコーンゴムは、従来、消弧用として用いられているシリコーンゴムではなく、接着剤として用いられているシリコーンゴムの中で、ヒューズ素子が溶断したときに、アークの消弧性を発揮し且つヒューズ素子の溶断部の両側に金属薄膜の溶融金属の溜まり部を保持できるものである。本実施の形態で用いた具体的なシリコーンゴムは、接着材の材料として用いられるものの中で、せん断接着強度が３．１ＭＰａ以上３．９ＭＰａ以下であり且つデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度が約６６のシリコーンゴムである。従来のチップヒューズ素子で用いていたシリコーンゴムは、絶縁性基板とヒューズ素子長さの寸法が小さくなるほど、遮断時にアークが切れにくくなるが、本実施の形態で用いたシリコーンゴムは、ヒューズ素子の長さ寸法が小さくなったときでも、ヒューズ素子が溶断したときに、シリコーンゴム自身が消弧性能を発揮するとともに、ヒューズ素子の溶断部の両側に金属薄膜の溶融金属の溜まり部が形成された後に、その溜まり部を保持する機能がある。すなわち発明者は、ヒューズ素子とシリコーンゴムとを強く密着させることでシリコーンゴムの消弧効果を高くし、しかも溶融金属の溜まり部を保持する機能を高めることを可能にするせん断接着強度及びゴム硬度を有するシリコーンゴムを第１の保護膜に用いることにより、目的を達成できることを見出したのである。発明者は、寸法が小さい絶縁性基板を用いる場合において、遮断時のアークの発生を抑制するためには第１の保護膜の柔らかさと、ヒューズ素子及びその周囲にある基板面とシリコーンゴムとの密着性を高めることが重要であることを見出して本発明を完成したのである。本発明のように特定の性質を有する第１の保護膜を用いると、ヒューズ素子が溶断した後に、第１の保護膜が変形することによって、溶断部の両側に確実に金属薄膜の溶融溜まりが形成されて保持され、アークの発生と持続を抑制できる。

なお、せん断接着強度は、理論的に上限はないものの、実用上入手可能なシリコーンゴムのせん断接着強度は５ＭＰａ以下であり、発明者が確認した好ましいせん断接着強度は３．１ＭＰａ以上３．９ＭＰａ以下であった。またデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度は、柔らかいほど金属薄膜の溶断部の溶融溜まり部が広がり易く、硬いほど溶融溜まり部は広がり難くなる。発明者の研究によると、実用上入手可能なシリコーンゴムの中で、デュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度が約６６のシリコーンゴムの硬度であれば、必要な溶融溜まり部の広がりと高い消弧効果を得ることができることを確認できた。なお第１の保護膜２１の厚みは、１０μｍ～５０μｍであれば、本発明の効果が得られることも発明者は確認した。これらの特性を有するシリコーンゴムであれば、第１の保護膜２１に必要な変形を可能にすることができる。これらの数値は、試験を行うことによって確認されたものであり、実用上の観点から決定された。

図３は、本実施の形態の実施例１及び２で用いる第１の保護膜２１に利用可能なシリコーンゴムを選択するためにシリコーン材料のメーカから入手したシリコーンゴムの特性と、第１の保護膜２１としてその他のシリコーンゴムを用いる比較例１乃至３で用いるシリコーンゴムの特性を示すものである。比較例１乃至３のシリコーンゴムも接着剤として用いるものである。

図３のシリコーンゴムを用いた実施例１及び２及び比較例１乃至３においては、長さ寸法が２．０ｍｍで且つ幅寸法が１．２ｍｍのセラミック基板からなる絶縁性基板３を用いた。そして銅を主成分する厚みが５μｍのメッキ膜からなる第１の金属薄膜９と、第１の金属薄膜９の上に錫を主成分とする厚みが１μｍのメッキ膜からなる第２の金属薄膜１１からなるヒューズ素子７を構成した。また実施例１及び２で用いた第１の保護膜２１は、せん断接着強度が３．１ＭＰａと３．９ＭＰａであり且つデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度が約６６のシリコーンゴムであった。第１の保護膜２１の厚みは約３０μｍであった。更に第１の保護膜２１を覆うように、硬度３Ｈのシリコーン系の樹脂材料により形成された厚みが８０μｍの第２の保護膜２３を形成した。そして比較例１乃至３のチップヒューズについては、第１の保護膜２１を形成するシリコーンゴムの材質を除いては、実施例１及び２と同じ構成で製造した。

図４は、実施例１及び２並びに比較例１乃至３の構成で定格電流が１．２５Ａのチップヒューズを作り、これらのチップヒューズについて行った遮断容量試験の試験結果を示している。この試験結果では、溶断電流を４Ａとして、１００Ｖから２００Ｖの回復電圧が印加されたときに、実施例１及び２と比較例１乃至３のチップヒューズがアークの持続によって焼損する確率を確認した。その結果、実施例１及び２のチップヒューズでは、実質的にアークの発生はなかった。特に、実施例１及び２のチップヒューズでは、定格電圧７５Ｖで、最大遮断電流が５０Ａの遮断特性が得られることが確認された。これに対して、比較例１乃至３のチップヒューズでは、同じ条件で遮断容量試験を行った結果、焼損に結びつくアークが発生することを確認した。

なお第２の保護膜２３の材料は、特に限定されないが、シリコーンゴムとの接合性及び保護特性を考慮すると、厚みが１０μｍ～１００μｍのエポキシまたはシリコーン系の樹脂材料によって形成されているのが望ましいことも発明者の試験により確認されている。

本発明によれば、第１の保護膜を形成するシリコーンゴムとして、ヒューズ素子が溶断したときに、ヒューズ素子の溶断部の両側に金属薄膜の溶融金属の溜まり部が形成されることを可能にするゴム硬度及びせん断接着強度を有するものを用いることにより、ヒューズ素子が溶断した後に、第１の保護膜が変形することによって、溶断部の両側に確実に金属薄膜の溶融溜まりが形成され、ヒューズ素子と強く密着させることでシリコーンゴムの消弧効果を高く維持して、アークの発生を抑制できる長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板を用いたチップヒューズを提供できる。

１ チップヒューズ
３ 絶縁性基板
５ アンダーコート
７ ヒューズ素子
９ 第１の金属薄膜
１０ 表面電極
１１ 第２の金属薄
１３ 裏面電極
１５ 側面電極
１７ 内部メッキ
１９ 外部メッキ
２１ 第１の保護膜
２３ 第２の保護膜
２４ 捺印
２５ 溶断部

Claims (7)

1. 長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板からなる絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板の上に金属薄膜により形成されたヒューズ素子と、
   せん断接着強度が３．１ＭＰａ以上３．９ＭＰａ以下であり且つデュロメータタイプＡの硬度計で測定したゴム硬度が約６６のシリコーンゴムにより、前記ヒューズ素子を覆うように形成された第１の保護膜と、
   前記第１の保護膜を覆うように、樹脂材料により形成された第２の保護膜とを備えていることを特徴とするチップヒューズ。
2. 前記ヒューズ素子は、銅を主成分とする厚みが１μｍ～２０μｍのメッキ膜からなる第１の金属薄膜と、前記第１の金属薄膜の上に形成された錫を主成分とする厚みが０．５μｍ～１０μｍのメッキ膜からなる第２の金属薄膜によって構成されている請求項１に記載のチップヒューズ。
3. 前記第１の保護膜の厚みは、１０μｍ～５０μｍである請求項１または２に記載のチップヒューズ。
4. 前記第２の保護膜は、厚みが１０μｍ～１００μｍのエポキシまたはシリコーン系の樹脂材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のチップヒューズ。
5. 前記絶縁性基板の上には絶縁性のアンダーコートが形成されており、
   前記ヒューズ素子は前記アンダーコートの上に形成されている請求項１または２に記載のチップヒューズ。
6. 前記絶縁性基板は、長さ寸法１．６ｍｍ以下で且つ幅寸法が０．８ｍｍ以下である請求項１または２に記載のチップヒューズ。
7. 長さ寸法が２．０ｍｍ以下で且つ幅寸法が１．２ｍｍ以下のセラミック基板等の絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板の上に金属薄膜により形成されたヒューズ素子と、
   前記ヒューズ素子を覆うように厚膜により形成された、絶縁性を有する第１の保護膜と、
   前記第１の保護膜を覆うように厚膜により形成された、絶縁性を有する第２の保護膜を備えたチップヒューズにおいて、
   前記第１の保護膜としてシリコーンゴムが用いられ、
   前記シリコーンゴムとして、前記ヒューズ素子が溶断したときに、アークの消弧性を発揮し且つ前記ヒューズ素子の溶断部の両側に前記金属薄膜の溶融金属の溜まり部を保持できるせん断接着強度及びゴム硬度を有するものが用いられていることを特徴とするチップヒューズ。