JP4130499B2

JP4130499B2 - 基板型温度ヒュ−ズの製造方法

Info

Publication number: JP4130499B2
Application number: JP21643598A
Authority: JP
Inventors: 充明植村
Original assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Current assignee: Uchihashi Estec Co Ltd
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: JP2000030585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板型温度ヒュ−ズ（抵抗体付きの基板型温度ヒュ−ズを含む）の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
温度ヒュ−ズにおいては、ヒュ−ズエレメントに低融点可溶合金片を使用し、保護しようとする機器の過電流に基づく発熱で低融点可溶合金片を溶断させて機器への通電を遮断し、機器の異常発熱ひいては火災の発生を未然に防止している。
温度ヒュ−ズとして、絶縁基板上に一対の膜電極を設け、これらの膜電極間に低融点可溶合金片を溶接し、この低融点可溶合金片上にフラックスを塗布し、膜電極やフラックス塗布低融点可溶合金片を覆って絶縁層を設けた基板型温度ヒュ−ズが公知であり、膜電極においては、導電粒体とバインダ−用粒体とビヒクルと溶剤からなる導電ペ−ストをスクリ−ンメッシュとスギ−ジを用いて印刷し、乾燥により溶剤を飛散除去し、次いで焼成によりビヒクルを分解除去しバインダ−用粒体の溶融凝固により導電粒体を固定してある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この膜導体形成法は印刷回路導体の形成に汎用されている。この厚膜導体の導電性は導電粒体の相互接触面積に依存し、導電性をアップするために導電粒体には通常平均粒径が１０μｍ以下のものを使用している。
【０００４】
ところで、上記の厚膜法では焼成時での不純物の浮上や分解物の生成等に起因して厚膜表面に異質薄膜が生成される。この異質薄膜は金属体との溶接を困難にし、回路基板への電子部品の実装においてははんだ付け温度を高くすることにより対処している。
しかしながら、上記の基板型温度ヒュ−ズにおける膜電極と低融点可溶合金片とを溶接温度を高めて溶接すると、溶接点近傍の低融点可溶合金片部分が細径化されて温度ヒュ−ズの作動不良が招来される。
【０００５】
本発明の目的は、前記膜電極の異質薄膜に起因する作動特性への悪影響を確実に回避できる基板型温度ヒュ−ズや抵抗体付きの基板型温度ヒュ−ズを製造することにある。
【０００６】
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る基板型温度ヒュ−ズの製造方法は、導電粒体と、ガラス粒体またはガラスと無機酸化物の混合粒体と、ビヒクルと、溶剤からなる導電ペ−ストを絶縁基板上に印刷・焼付けることにより膜電極を形成し、この膜電極間に低融点可溶合金片を溶接により接続して温度ヒュ−ズを製造する方法において、上記導電粒体の一部として、上記焼成後のバインダ−層上面と絶縁基板面との間の平均距離よりも大なる粒径を有する粗大導電粒体を用いることを特徴とする構成である。
【０００７】
本発明に係る抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズの製造方法は、導電粒体と、ガラス粒体またはガラスと無機酸化物の混合粒体と、ビヒクルと、溶剤からなる導電ペ−ストを絶縁基板上に印刷・焼付けることにより低融点可溶合金片接続用膜電極と抵抗体接続用膜電極とを形成し、低融点可溶合金片接続用膜電極間に低融点可溶合金片を溶接により接続し、抵抗体接続用膜電極間に抵抗体を接続して抵抗体付き温度ヒュ−ズを製造する方法において、上記導電粒体の一部として、上記焼成後のバインダ−層上面と絶縁基板面との間の平均距離よりも大なる粒径を有する粗大導電粒体を用いることを特徴とする構成である。
上記導電粒体中の粗大導電粒体の割合は２５重量％以上とすることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明により製造される基板型温度ヒュ−ズを示す図面、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
本発明により基板型温度ヒュ−ズを製造するには、まず絶縁基板１１上に膜電極１２を形成する。この膜電極を形成するには、バインダ−用粒体と該粒体よりも平均粒子径が大なる導電粒体と印刷性をアップするためのビヒクルと溶剤からなる導電ペ−ストをスクリ−ンメッシュとスキ−ジを用い電極パタ−ンにて塗布する。
【０００９】
図２の（イ）は塗布直後の状態を示し、１１は絶縁基板を、ａ，ａ’は導電粒体を、（ｃ＋ｄ）は溶剤ｄにビヒクルｃが溶解された液相を示している。塗布後は、乾燥により溶剤を飛散除去し、而るのち、焼成してビヒクルを分解除去しバインダ−用粒体を溶融凝固させて導電粒体を固定する。図２の（ロ）は焼成直後の状態を示し、Ｂは溶解凝固されたバインダ−層であり、導電粒体の一部としてバインダ−層Ｂの表面と絶縁基板面１１との間の平均距離ｈよりも粒径（一粒体の平均粒径）の大なる粗大導電粒体ａ’を含有させてあり、その含有割合は２５重量％以上としてある。焼成後の膜電極の厚みは通常１０〜２０μｍであり、乾燥後の塗布層の厚みは焼成後の膜電極の厚みの通常２〜２．５倍である。
【００１０】
図１において、膜電極１２，１２を焼成形成したのちは、これらの膜電極１２，１２間に低融点可溶合金片１３を溶接により接続し、更に低融点可溶合金片１３上にロジン系フラックス１４を塗布し、更に、各膜電極１２にリ−ド線１５をはんだ付けや溶接等により接続し、而るのち、膜電極１２やフラックス塗布低融点可溶合金片１２を覆って絶縁層１６を設け、これにて本発明による基板型温度ヒュ−ズの製造を終了する。
【００１１】
本発明に係る基板型温度ヒュ−ズの製造方法においては、導電粒体の一部として、図２の（ロ）に示すようにバインダ−の溶融凝固層Ｂの上面から必ず部分的に表出する粗大導電粒体ａ’を用いているから、バインダ−の溶融凝固層上に難溶接性の異質薄膜（数ｎｍ程度）が形成されても、粗大導電粒体の表出部分のために膜電極表面の溶接性を充分に保証でき、膜電極と低融点可溶合金片との溶接をそれだけ容易に行い得る。従って、回路板の厚膜導体への回路素子のはんだ付けの場合のような高温度を必要とせず、低融点可溶合金片の断面積を安定に維持できる。
また、膜電極表に導電粒体を充分な面積で表出できるから、溶融金属との濡れ性を良くし得、基板型温度ヒュ−ズの作動時、溶融した低融点可溶合金が溶融フラックスとの共存下で膜電極によく濡れて迅速に分断されるから、溶断作動を充分迅速に行わせ得る。
従って、本発明によれば、作動誤差をよく排除できしかも作動速度が迅速な基板型温度ヒュ−ズを製造できる。
【００１２】
上記において、絶縁基板１１には厚さ１００μｍ〜１０００μｍの耐熱性絶縁基板、例えばアルミナセラミックス基板や窒化アルミニウム基板等のセラミックス基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、紙フェノ−ル基板等を使用できる。
【００１３】
上記導電ペ−ストの導電粒体にはＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等のＡｇ系粒体、Ａｕ系粒体、Ｎｉ系粒体、Ｃｕ系粒体等を用いることができ、バインダ−用粒体にはガラス粒体またはガラスと無機酸化物の混合粒体等を用いることができ、ビヒクルには植物油変性アルキド樹脂、ポリメチルメタアクリレ−ト、ブチルベンジルフタレ−ト等を使用できる。
【００１４】
上記焼成後の膜電極１２の厚みは通常５μｍ〜２０μｍとされ、上記粗大導電粒体の直径（平均直径）はこの厚みよりもやや大きくされる。
【００１５】
上記低融点可溶合金片１３と膜電極１２との溶接には、溶接箇所とこの箇所から隔たった膜電極部分とにピン電極を当接してパルス電流を流す抵抗溶接法を使用することができる。また、熱圧着法や超音波加熱法の使用も可能である。
【００１６】
上記基板型温度ヒュ−ズは、絶縁基板の裏面側に膜抵抗や膜コンデンサ−を付設したものであってもよい。
【００１７】
本発明において膜電極の印刷・焼付けに使用する導電ぺ−ストの導電粒体中の粗大導電粒体の割合を大きくすればするほど上記膜電極表面の溶接性を向上できるが、大きくし過ぎると膜電極中の導電粒体相互間の接触面積が減少しそれだけ膜電極の導電性が低くなるので、導電粒体には粒径（１０〜２０）μｍのものが２５〜６０重量％、残部が１０μｍ以下のものを使用することが好ましい。
【００１８】
図３の（イ）は本発明により製造される抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズの一例を示す図面、図３の（ロ）は図３の（イ）におけるロ−ロ断面図である。
図３において、１１は絶縁基板、１２ａは低融点可溶合金片接続用膜電極、１２ｂは抵抗体接続用膜電極、１５，…は各膜電極に接続したリ−ド線、１３ａは低融点可溶合金片接続用膜電極１２ａ，１２ａ間に溶接した低融点可溶合金片、１４は低融点可溶合金片１３ａ上に塗布したフラックス、１３ｂは抵抗体接続用膜電極間に設けた膜抵抗体、１６は前記基板型温度ヒュ−ズにおけると同様な絶縁層である。
【００１９】
本発明によりこの抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズを製造するには、上記図２に示したものと同様にして、一部を粗大導電粒体とした導電粒体とバインダ−用粒体とビヒクルと溶剤からなる導電ペ−ストを絶縁基板１１上に印刷・焼付けることにより低融点可溶合金片接続用膜電極１２ａと抵抗体接続用膜電極１２ｂとを形成し、更に、抵抗体接続用膜電極１２ｂ，１２ｂ間に抵抗ぺ−スト（抵抗体粉末、例えば酸化ルテニウム粉末とガラスバインダ−との混合物を溶媒でペ−スト状にしたもの）を印刷し、焼付けることにより膜抵抗体１３ｂを形成し、必要に応じ膜抵抗体上に保護膜（例えば、ガラス焼付け膜）を被覆する。而るのち、低融点可溶合金片接続用膜電極１２ａ，１２ａ間に低融点可溶合金片１３ａを溶接により接続し、更に低融点可溶合金片１３ａ上にフラックス１４を塗布し、更に、各膜電極にリ−ド線１３，…をはんだ付けや溶接等により接続し、而るのち、膜電極やフラックス塗布低融点可溶合金片を覆って絶縁層１６を設け、これにて本発明による抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズの製造を終了する。
【００２０】
図４に示すように、膜電極１２０を低融点可溶合金片接続用と抵抗体接続用に併用することも可能である。
【００２１】
前記絶縁層１６には、常温硬化樹脂液例えば常温硬化エポキシ樹脂液への浸漬、滴下塗装等による樹脂封止の外、図６の（ロ）に示すように絶縁カバ−１６０（例えばナイロン、フェノ−ル等の樹脂カバ−、セラミックス等の無機質カバ−）によるパッケ−ジングを使用することもできる。また、図５に示すように、封止樹脂層１６１上に機械的強度の優れた封止板１６２（例えば、セラミックス板、ガラスエポキシ板、フェノ−ル板、窒化アルミニウム板等の絶縁板、ポリエステルフィルム等の樹脂フィルム）を積層して封止構造の薄厚化を図ることも可能である。
【００２２】
上記のリ−ド線１３には、銅線、銅被覆鉄線、ニッケル線、鉄線等の裸導線、またはこれらの絶縁被覆線を使用でき、裸導線を扁平加工して使用することもできる。さらに、裸導線に錫等のメツキを施すこともできる。
【００２３】
上記基板型温度ヒュ−ズにおいては、リ−ド線を省略し、図６の（イ）及び図６の（ロ）〔図６の（イ）におけるロ−ロ断面図〕に示すように膜電極１２３を絶縁基板１１の裏側に周り込ませ、この裏側の膜電極部分を回路基板の導体にはんだ付けする、いわゆるチップタイプとすることもできる。図６において、１３は低融点可溶合金片を、１４はフラックスを、１６０は絶縁カバ−をそれぞれ示している。
【００２４】
上記何れの抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズにおいても、リ−ド線を省略し、全ての膜電極を絶縁基板の裏側に周り込ませ、この裏側の膜電極部分を回路基板の導体にはんだ付けする、チップタイプとすることもできる。
【００２５】
【実施例】
〔実施例〕
導電ペ−ストには、銀ペ−ストで銀／バインダ−の重量比が１００／２０であり、銀粒体には粒径１０μｍ以上のものが４０重量％、残部が１０μｍ以下の粒径分布のものを使用した。
この導電ペ−ストをスクリ−ンメツシュとスキ−ジを用いてアルミナセラミックス基板上に電極形状に印刷し、さらに温度１２０℃×１５分で乾燥し、次いでピ−ク温度８５０℃×１０分、６０分サイクルで焼成した。図２の（ロ）で示したバインダ−の溶融凝固層の厚みｈは９〜１０μｍであった。
この焼成膜電極に直径０．５ｍｍの低融点可溶合金線を溶接した。
このようにして得た試料２０個について、溶接強度を試験したところすべて低融点可溶合金線が破断した。
【００２６】
〔比較例〕
銀粒体に粒子径１０μｍ以下のものが１００％であるものを使用した以外、実施例に同じとした。実施例と同様にして製作した試料２０個について、溶接強度を試験したところ８個が溶接界面の剥離であった。残り１２個では低融点可溶合金線が破断した。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る基板型温度ヒュ−ズや抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズの製造方法においては、膜電極表面を良溶接性若しくは易濡れ性にしてその電極と低融点可溶合金片との溶接接続を行っているから、その溶接を円滑に行い得て低融点可溶合金片の断面寸法（低抵抗値）をよく保持させ得、また温度ヒュ−ズ作動時での溶融低融点可溶合金の膜電極への良好な濡れ性により迅速遮断性を保証でき、優れた特性の基板型温度ヒュ−ズや抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズを製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造される基板型温度ヒュ−ズの一例を示す図面である。
【図２】本発明で使用する膜電極の形成過程を示す図面である。
【図３】本発明により製造される抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズの一例を示す図面である。
【図４】本発明により製造される抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図５】本発明により製造される抵抗体付き基板型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図６】本発明により製造される基板型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【符号の説明】
１１絶縁基板
１２膜電極
１２ａ膜電極
１２ｂ膜電極
１２０膜電極
１３低融点可溶合金片
１３ａ低融点可溶合金片
１３ｂ抵抗体
ａ，ａ’ 導電粒体
ｂバインダ−用粒体
Ｗ粗大導電粒体の直径
ｈ溶融凝固バインダ−層上面と絶縁基板間の距離

Claims

導電粒体と、ガラス粒体またはガラスと無機酸化物の混合粒体と、ビヒクルと、溶剤からなる導電ペ−ストを絶縁基板上に印刷・焼付けることにより膜電極を形成し、この膜電極間に低融点可溶合金片を溶接により接続して温度ヒュ−ズを製造する方法において、上記導電粒体の一部として、上記焼成後のバインダ−層上面と絶縁基板面との間の平均距離よりも大なる粒径を有する粗大導電粒体を用いることを特徴とする基板型温度ヒュ−ズの製造方法。
導電粒体と、ガラス粒体またはガラスと無機酸化物の混合粒体と、ビヒクルと、溶剤からなる導電ペ−ストを絶縁基板上に印刷・焼付けることにより低融点可溶合金片接続用膜電極と抵抗体接続用膜電極とを形成し、低融点可溶合金片接続用膜電極間に低融点可溶合金片を溶接により接続し、抵抗体接続用膜電極間に抵抗体を接続して抵抗体付き温度ヒュ−ズを製造する方法において、上記導電粒体の一部として、上記焼成後のバインダ−層上面と絶縁基板面との間の平均距離よりも大なる粒径を有する粗大導電粒体を用いることを特徴とする基板型温度ヒュ−ズの製造方法。
導電粒体中の粗大導電粒体の割合が２５重量％以上である請求項１または２記載の基板型温度ヒュ−ズの製造方法。