JP3549497B2 - 回路保護素子及び実装構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器あるいは、バッテリー等を搭載したモバイル型電子機器等に用いられ、特に、ハードディスクドライブ装置，光ディスク装置などの記憶装置や、パーソナルコンピュータやモバイル型パーソナルコンピュータなどに用いられる回路保護素子及び実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来の回路保護素子を示す側面図である。
【０００３】
１は回路保護素子で、回路保護素子１は、アレイ状であって、しかも断面が正方形状の角柱状絶縁体基台の表面に導電膜を設けた基体１と、基体１に設けられた溝３が設けられている。この溝３の側部間に狭幅部４が設けられている。溝３及び狭幅部４を覆う保護材７が設けられ、両端には端子部５，６が設けられている。狭幅部４が設けられている面は溶断面１ａである。
【０００４】
この様な、回路保護素子１は、図３に示すように、回路基板８上に実装されるとともに、端子部５，６がランド８ａ，８ｂにそれぞれ半田，鉛フリー半田などの接合材１０，９で電気的に接合されている。
【０００５】
端子部５，６に所定の電流が流れると狭幅部４が発熱し、狭幅部４の導電膜が溶断し、端子部５，６間が電気的に非接合状態となり、回路などに過度な電流が流れるのを防止する。この時狭幅部４が溶断する際に、おそらく熱膨張により保護材７を外方へ押し出し、狭幅部４が切断すると考えられる。
【０００６】
従来の回路保護素子１では、基体２の断面形状（特に端子部５，６の断面形状）を正方形状としているので、実装する際に方向性が無くバルク実装などに非常に適している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の構成では、実装性がないために、回路基板８と対向する様に溶断面１ａが実装された場合に、溶断特性に不具合が生じることがあった。
【０００８】
図３に示すように、リフローなどの際に、接合材９，１０に含まれるフラックス１１が回路基板８と溶断面１ａの間に入り込み、フラックスＧが固形化することで、保護材７の変位を制限してしまう。その結果、溶断面１ａにおける狭幅部４が溶断する際に、熱膨張などによって保護材７を図３に示すＦ方向に押し出すことをフラックスＧが制限してしまい、溶断特性に不具合が生じる可能性を見いだした。更に、回路保護素子１を回路基板８に実装した際に回路基板８から保護材７へ応力が加わり、上述の様に保護材７の変位を規制することも考えられる。
【０００９】
上記現象の詳細は不明であるが、実際上述の様に溶断面１ａが回路基板８と対向するように配置された場合には、狭幅部４の溶断後における端子部５，６間の抵抗値を測定したところ、７ｋオーム或いは８ｋオームなどのものが存在し、規定の１０ｋオームに届かないものが存在する。
【００１０】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、十分な溶断後においても十分な絶縁抵抗を得ることができる回路保護素子及び実装構造を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、柱状の基台上に導電膜を設けた基体と、前記基体に設けられた周回状の溝と、前記溝間で構成された狭幅部と、前記導電膜と電気的に接続され前記狭幅部を挟むように設けられた一対の端子部と、前記端子部間に所定以上の電流が流れると、前記狭幅部が発熱して溶断する回路保護素子であって、一対の端子部の間に前記一対の端子部よりも全周に渡って段落ちした中央部を設け、前記狭幅部を含む中央部全周を覆うように設けられた保護材とを備え、一対の端子部にはそれぞれ実装面と、前記基体の短手方向の幅が前記実装面より狭い非実装面とを有し、前記実装面と非平行な部分に狭幅部を設けた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、柱状の基台上に導電膜を設けた基体と、前記基体に設けられた周回状の溝と、前記溝間で構成された狭幅部と、前記導電膜と電気的に接続され前記狭幅部を挟むように設けられた一対の端子部と、前記端子部間に所定以上の電流が流れると、前記狭幅部が発熱して溶断する回路保護素子であって、一対の端子部の間に前記一対の端子部よりも全周に渡って段落ちした中央部を設け、前記狭幅部を含む中央部全周を覆うように設けられた保護材とを備え、一対の端子部にはそれぞれ実装面と、前記基体の短手方向の幅が前記実装面より狭い非実装面とを有し、前記実装面と非平行な部分に狭幅部を設けたことを特徴とする回路保護素子とすることで、溶断部分である狭幅部を基板と対面する位置に配置されることを防止でき、溶断後の絶縁抵抗を大きくすることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、端子部を避けて狭幅部を覆うように保護材を設けた請求項１記載の回路保護素子とすることで、狭幅部の耐候性を向上させ、特性劣化を防止できる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、端子部の断面形状を長方形状とし、長辺部分を実装面とし、短辺部分を非実装面とした請求項１記載の回路保護素子とすることで、基体を構成する基台の形状が非常にシンプルで生産しやすく、実装性が向上する。
【００２０】
請求項４記載の発明は、実装面の幅をＬ３、側面の幅をＬ２とした場合に、０．４＜Ｌ２÷Ｌ３＜０．９０としたことを特徴とする請求項１記載の回路保護素子とすることで、実装面を明確にすることができ、しかも狭幅部を形成する側面の面積を広くできるので、狭幅部の製造が容易になる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、基板と、前記基板に設けられたランドと、回路保護素子とから成り、前記回路保護素子は、柱状の基台上に導電膜を設けた基体と、前記基体に設けられた周回状の溝と、前記溝間で構成された狭幅部と、前記導電膜と電気的に接続され前記狭幅部を挟むように設けられた一対の端子部と、前記狭幅部を覆うように設けられた保護材とを備え、前記端子部間に所定以上の電流が流れると、前記狭幅部が発熱して溶断する回路保護素子であって、一対の端子部の間に前記一対の端子部よりも全周に渡って段落ちした中央部を設け、一対の端子部にはそれぞれ実装面と、前記基体の短手方向の幅が前記実装面より狭い非実装面とを有し、前記実装面と非平行な部分に狭幅部を設けたことを特徴とし、前記ランドに前記回路保護素子の端子部を接合材にて直接或いは間接的に接合された回路保護素子の実装構造であって、実装面とランドが対面するように回路保護素子を基板上に実装した時に、狭幅部は基板に対して非対向となる部分に配置されるように実装されたことを特徴とする回路保護素子の実装構造とすることで、回路基板と素子の間に狭幅部を非配置とすることで、狭幅部が溶断する際にフラックスなどの影響を受けにくく、溶断後の絶縁抵抗を大きくすることができる。
【００２３】
請求項６記載の発明は、狭幅部を設けた溶断面は基板面に対して略直交していることを特徴とする請求項５記載の回路保護素子の実装構造とすることで、全く狭幅部を設けた部分と基板は対向しないので、更に確実な溶断を行うことができる。
【００２４】
請求項７記載の発明は、端子部の断面形状を長方形状とし、長辺部分を実装面とし短辺部分を非実装面とした請求項５記載の回路保護素子の実装構造とすることで、基体を構成する基台の形状が非常にシンプルで生産しやすく、実装性が向上する。
【００２５】
図１は本発明の一実施の形態における回路保護素子を示す斜視図である。
【００２６】
図１において、１１は基体で、基体１１は、基台と基台上に設けられた導電膜１２で構成され、基台は絶縁材料などをプレス加工，押し出し法等を施して構成されており、導電膜１２は、印刷法，塗布法，メッキ法やスパッタリング法等の蒸着法等によって基台上に形成される。１３は基体１１に設けられた溝で、溝１３は、レーザ光線等を基体１１の導電膜１２に照射することによって形成したり、導電膜１２に砥石等を当てて機械的に形成されている。また、溝１３は、上述の様に切削などで形成するのではなく、フォトリソ技術等を用いて形成しても良い。すなわち、溝１３は基台の全面に導電膜１２を設けた後に、トリミングによって、形成しても良く、或いは導電膜を形成する際に予め導電膜１２を非形成とした部分を溝１３としても良い。１４は基体１１の溝１３を設けた部分に塗布された保護材、１５，１６はそれぞれ端子電極が形成された端子部で、端子部１５と端子部１６の間には、溝１３及び保護材１４が設けられている。保護材１４は仕様等によっては、設けなくても良い。
【００２７】
また、１３ａは溝１３の両端部間で形成された狭幅部で、狭幅部１３ａは導電膜１２の一部である。この狭幅部１３ａの幅または膜厚の少なくとも一方の設定によって、溶断電流を制御するようにしている。すなわち、動作としては、例えば５Ａの電流で溶断するように構成したい場合には、予め５Ａで狭幅部１３ａが溶断するように、導電膜１２の材料や膜厚、狭幅部１３ａの幅、基台の材料等を実験等で算出しておき、その構造で回路保護素子を作製する。そして、所定の電流（例えば５Ａの電流）が流れると、狭幅部１３ａが溶断して、過電流による回路基板や電子機器等の故障等を防止している。
【００２８】
また、本実施の形態の回路保護素子は、回路保護素子の長さＬ１，幅Ｌ２，高さＬ３は以下の通りとなっていることが好ましい。
【００２９】
Ｌ１＝０．５〜２．２ｍｍ（好ましくは０．８〜１．８ｍｍ）
Ｌ２＝０．２〜１．３ｍｍ（好ましくは０．４〜０．９ｍｍ）
Ｌ３＝０．２〜１．３ｍｍ（好ましくは０．４〜０．９ｍｍ）
Ｌ１が０．５ｍｍ以下であると、加工が非常に難しくなり、生産性が向上しない。また、Ｌ１が２．２ｍｍを超えてしまうと、素子自体が大きくなってしまい、電子回路等が形成された基板など（以下回路基板等と略す）回路基板等の小型化ができず、ひいてはその回路基板等を搭載した電子機器等の小型化を行うことができない。また、Ｌ２，Ｌ３それぞれが０．２ｍｍ以下であると、素子自体の機械的強度が弱くなりすぎてしまい、実装装置などで、回路基板等に実装する場合に、素子折れ等が発生することがある。また、Ｌ２，Ｌ３が１．３ｍｍ以上となると、素子が大きくなりすぎて、回路基板等の小型化、ひいては装置の小型化を行うことができない。なお、Ｌ４（最大段落ちの深さ）は２０μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、２０μｍ以下であれば、狭幅部１３ａ上に溶断促進助剤を設け、その上に更に保護材１４を設けたときに、保護材１４を薄くしなければならず、その結果、実装の時などに衝撃などによって、前記溶断促進助剤に影響が出て、十分な溶断特性を得ることができないことがある。また、Ｌ４が１００μｍを超えると基台の機械的強度が弱くなり、やはり素子折れ等が発生することがある。
【００３０】
本実施の形態の特徴部分は、実装面に側面１１ａが配置されないようにした構成を有し、具体的な構成としては、端子部１５，１６形状を断面正方形状とはせず、断面長方形状とした点にある。
【００３１】
すなわち、図１において、端子部１５，１６の実装面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの幅（Ｌ３に相当）は側面１５ｃ，１５ｄ，１６ｃ，１６ｄの幅（Ｌ２に相当）よりも広くなっている。実装面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ及び側面１５ｃ，１５ｄ，１６ｃ，１６ｄの奥行きはＬ５でほぼ同一奥行きである。
【００３２】
更に重要なことは、実装面１５ａ，１６ａを回路基板と対向するように回路保護素子を回路基板上に実装した際に、狭幅部１３ａを含む溶断面が回路基板と対向せず、しかも実装面１５ｂ，１６ｂを回路基板と対向するように回路保護素子を回路基板上に実装した際も狭幅部１３ａを含む溶断面が回路基板と対向しない構成であることが重要である。
【００３３】
図１に示す構成においては、溝１３を設ける中央部１１ｂは断面長方形状である柱状形状としているので、幅の広い側面１１ｃ，１１ｄ（互いに対向関係）には狭幅部１３ａは設けず、幅の狭い側面１１ａもしくは側面１１ａと対向する側面１１ｅに狭幅部１３ａを設ける構成とする。
【００３４】
この様に構成することで、回路基板に回路保護素子を実装する際に、実装幅の広い実装面１５ａ，１６ａ或いは実装面１５ｂ，１６ｂで実装されることになり、狭幅部１３ａが回路基板と平行するような対向関係に配置されることはなく、溶断後の特性もほとんどの場合、１０ｋオーム以上の抵抗値を有する。
【００３５】
更に、実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂの幅Ｌ３と側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄの幅Ｌ２の関係は、０．４＜Ｌ２÷Ｌ３＜０．９０（好ましくは０．６＜Ｌ２÷Ｌ３＜０．８）とすることが好ましい。すなわち、Ｌ２÷Ｌ３が０．４以下であると、側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄの幅が狭くなりすぎて、狭幅部１３ａを形成しにくく、０．９０以上であると、実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂと側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄの幅が近似してしまい、実装の際に、側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄが回路基板側に実装されてしまう可能性が高くなる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、端子部１５，１６の断面形状を略長方形としたが、図４に示すような構成でも良い。すなわち図４（ａ）に示すように、実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂを平坦部にして、側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄに一つ或いは複数の角部を形成することで、側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄは実質的に回路基板上に実装されない構成としている。
【００３７】
又、図４（ｂ）に示すように端子部１５，１６を断面楕円形状或いは略楕円形状とすることで、長軸に沿った実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂは非常に安定的に回路基板上に実装され、短軸に沿った側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄは尖った形状となっているので、回路基板上には実装されにくい。
【００３８】
更に、図４（ｃ）に示すように略二等辺三角形状とし、しかも底辺が他の辺よりも短い構成とすることで、斜辺を実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂとし、頂点あるいは底辺を側面１５ｃ，１６ｃ，１５ｄ，１６ｄとすることで、実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂを容易に回路基板と対向させることができる。
【００３９】
従って、本実施の形態では、端子部１５，１６の形状を端子部１５，１６の複数の側面の内、特定の側面（実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂ）が回路基板上に実装されやすいような形状とし、しかもその特定の側面（実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂ）に対して、非平行な面（好ましくは略直交する面）に狭幅部１３ａを設けた側面１１ａを配置することで、側面１１ａを回路基板側に配置されることを防止でき、溶断後の絶縁抵抗を大きくすることできる。すなわち、狭幅部１３ａが回路基板側とは異なる側方に設けられるので、従来考えられる実装時における接合材からしみ出したフラックスで保護材１４が固定されず、溶断時に容易に熱膨張による保護材１４が膨らみ、狭幅部１３ａにおける溶断を確実に行うことができる。
【００４０】
別な見方をすれば、回路基板などに実装されにくい、側面１５ｃと側面１６ｃ、もしくは側面１５ｄと側面１６ｄで挟まれた領域内に、狭幅部１３ａが存在し、実装面１５ａと実装面１６ａ、もしくは実装面１５ｂ，１６ｂで挟まれた領域内には狭幅部１３ａが存在しない構成ということもできる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、溝１３が設けられる中央部１１ｂを端子部１５，１６の断面形状と近似した長方形状とし、幅の狭い側面に狭幅部１３ａを形成したが、中央部１１ｂのみを断面正方形状としても同様の効果を得ることができる。すなわち、回路基板と対向しやすい或いは確実に対向する実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂと非平行（直交）する断面正方形状の側面に狭幅部を設けておけば、上述と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
更に、中央部１１ｂを断面円形状としても良い。この構成では、溝１３を正確に構成できるので、特性バラツキを抑えることができる。この場合には、回路基板と対向しやすい或いは確実に対向する実装面１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂと非平行（直交）する部分に狭幅部１３ａを設けることで、上述と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
更に、本実施の形態では、中央部１１ｂを全周に渡って両端部よりも段落ちさせたアレイ状の基体１１を用いたが、段落ちの無いストレート形状としても良い。この場合には基体１１の形状が非常にシンプルになるので、生産性が向上する。例えば、基体１１を構成する基台の形状を直方体形状としても良い。
【００４４】
図３に示す実装構造において、例えば図１の構造の回路保護素子を用いるとするならば、回路基板８等の基板状に設けられたランド８ａ，８ｂに直接或いは接合材９，１０を介して端子部１５，１６の実装面１５ａ，１６ａ或いは実装面１５ｂ，１６ｂを接合すると、必ずフラックスＧが貯まりやすい回路基板８と回路保護素子の間に狭幅部１３ａは存在しない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、柱状の基台上に導電膜を設けた基体と、前記基体に設けられた周回状の溝と、前記溝間で構成された狭幅部と、前記導電膜と電気的に接続され前記狭幅部を挟むように設けられた一対の端子部と、前記端子部間に所定以上の電流が流れると、前記狭幅部が発熱して溶断する回路保護素子であって、一対の端子部の間に前記一対の端子部よりも全周に渡って段落ちした中央部を設け、前記狭幅部を含む中央部全周を覆うように設けられた保護材とを備え、一対の端子部にはそれぞれ実装面と、前記基体の短手方向の幅が前記実装面より狭い非実装面とを有し、前記実装面と非平行な部分に狭幅部を設けたことで、溶断部分である狭幅部を基板と対面する位置に配置されることを防止でき、溶断後の絶縁抵抗を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における回路保護素子を示す斜視図
【図２】従来の回路保護素子を示す側面図
【図３】従来の回路保護素子の実装構造を示す側面図
【図４】本発明の他の実施の形態における回路保護素子の端面を示す平面図
【符号の説明】
８ 回路基板
８ａ，８ｂ ランド
９，１０ 接合材
１１ 基体
１１ｂ 中央部
１２ 導電膜
１３ 溝
１３ａ 狭幅部
１４ 保護材
１５，１６ 端子部
１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ 実装面
１５ｃ，１５ｄ，１６ｃ，１６ｄ 側面

Claims (7)

1. 柱状の基台上に導電膜を設けた基体と、前記基体に設けられた周回状の溝と、前記溝間で構成された狭幅部と、前記導電膜と電気的に接続され前記狭幅部を挟むように設けられた一対の端子部と、前記端子部間に所定以上の電流が流れると、前記狭幅部が発熱して溶断する回路保護素子であって、一対の端子部の間に前記一対の端子部よりも全周に渡って段落ちした中央部を設け、前記狭幅部を含む中央部全周を覆うように設けられた保護材とを備え、一対の端子部にはそれぞれ実装面と、前記基体の短手方向の幅が前記実装面より狭い非実装面とを有し、前記実装面と非平行な部分に狭幅部を設けたことを特徴とする回路保護素子。
2. 端子部を避けて狭幅部を覆うように保護材を設けた請求項１記載の回路保護素子。
3. 端子部の断面形状を長方形状とし、長辺部分を実装面とし、短辺部分を非実装面とした請求項１記載の回路保護素子。
4. 実装面の幅をＬ３、側面の幅をＬ２とした場合に、０．４＜Ｌ２÷Ｌ３＜０．９０としたことを特徴とする請求項１記載の回路保護素子。
5. 基板と、前記基板に設けられたランドと、回路保護素子とから成り、前記回路保護素子は、柱状の基台上に導電膜を設けた基体と、前記基体に設けられた周回状の溝と、前記溝間で構成された狭幅部と、前記導電膜と電気的に接続され前記狭幅部を挟むように設けられた一対の端子部と、前記狭幅部を覆うように設けられた保護材とを備え、前記端子部間に所定以上の電流が流れると、前記狭幅部が発熱して溶断する回路保護素子であって、一対の端子部の間に前記一対の端子部よりも全周に渡って段落ちした中央部を設け、一対の端子部にはそれぞれ実装面と、前記基体の短手方向の幅が前記実装面より狭い非実装面とを有し、前記実装面と非平行な部分に狭幅部を設けたことを特徴とし、前記ランドに前記回路保護素子の端子部を接合材にて直接或いは間接的に接合された回路保護素子の実装構造であって、実装面とランドが対面するように回路保護素子を基板上に実装した時に、狭幅部は基板に対して非対向となる部分に配置されるように実装されたことを特徴とする回路保護素子の実装構造。
6. 狭幅部を設けた溶断面は基板面に対して略直交していることを特徴とする請求項５記載の回路保護素子の実装構造。
7. 端子部の断面形状を長方形状とし、長辺部分を実装面とし短辺部分を非実装面とした請求項５記載の回路保護素子の実装構造。

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