JP4360666B2 - 合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は作動温度がほぼ１２０℃〜１５０℃に属する合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器や回路素子、例えば半導体装置、コンデンサ、抵抗素子等のサーモプロテクタとして合金型温度ヒューズが汎用されている。
この合金型温度ヒューズは、所定融点の合金をヒューズエレメントとし、このヒューズエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布ヒューズエレメントを絶縁体で封止した構成である。
この合金型温度ヒューズの作動機構は次ぎの通りである。
保護しようとする電気機器や回路素子に合金型温度ヒューズが熱的に接触して配設される。電気機器や回路素子が何らかの異常により発熱すると、その発生熱により温度ヒューズのヒューズエレメント合金が溶融され、既溶融フラックスとの共存下、溶融合金がリード導体や電極への濡れにより分断球状化され、その分断球状化の進行により通電が遮断され、この通電遮断による機器の降温で分断溶融合金が凝固されて非復帰のカットオフが終結される。従って、電気機器等の許容温度とヒューズエレメント合金の分断温度とがほぼ等しいことが要求される。
【０００３】
前記ヒューズエレメントには通常、低融点合金が使用されている。而るに、合金においては、平衡状態図から明らかな通り、固相線温度と液相線温度を有し、固相線温度と液相線温度とが一致する共晶点では、共晶点温度を経過する加熱で固相から液相に一挙に変化するが、共晶点以外の組成では、固相→固液共存相→液相と変化し、固相線温度Ｔｓと液相線温度Ｔｌとの間に固液共存域温度巾ΔＴが存在する。而して、固液共存域でも前記ヒューズエレメントの分断が小なる確立であっても、生じる可能性があり、温度ヒューズの作動温度のバラツキを小さくするために、前記固液共存域温度巾ΔＴが可及的に小さな合金組成を使用することが要求され、ΔＴの小なることが合金型温度ヒューズに要求される条件の一つとされている。
【０００４】
更に、合金型温度ヒューズのヒューズエレメントにおいては、線状片の形態で使用されることが多く、近来の機器の小型化に対応しての温度ヒューズの小型化のためにヒューズエレメントの細線化が要請されることがあり、細い径（例えば４００μｍφ以下）までの線引き加工性も要求される。
【０００５】
更に、近来、電気機器機においては、環境保全意識の高揚から生体に有害な物質、特にＰｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等の使用が規制され、温度ヒューズのヒューズエレメントにおいても、これらの有害金属を含有させないことが要請されている。
【０００６】
合金型温度ヒューズを作動温度の面から分類すると、作動温度が１２０℃〜１５０℃に属するものが多用されている。
ところで、Ｉｎ−Ｓｎ合金の平衡状態図から明らかな通り、Ｉｎ８５〜５２％，残部Ｓｎでは液相線温度が１１９℃〜１４５℃であり、この範囲は、液相線温度が同じく１１９℃〜１４５℃であるＩｎ５２〜４３％，残部Ｓｎの範囲に較べて固相線温度が高く、従って、前記した固液共存域温度巾が狭小である。従って、Ｉｎ８５〜５２％，残部Ｓｎの合金は、前記した作動温度のバラツキの減少、作動温度１２０℃〜１５０℃（通常、温度ヒューズ表面温度に較べヒューズエレメント温度が数℃低く、作動温度はヒューズエレメントの融点よりも数℃高くものとして取扱われる）、有害金属フリーの環境保全等の要件を充足している。
【０００７】
Ｉｎは延性が大であり、Ｉｎを多量に含有する合金では延性が過多となり線引き加工が至難である。
而るに、Ｉｎ−Ｓｎ合金の場合、Ｉｎが７０％以下であれば線引きが可能であるとして、Ｉｎ７０〜５２％，残部Ｓｎの合金組成（Ｉｎの下限を５２％とした理由は、前記したと同様、作動温度のバラツキを抑えるためである）をヒューズエレメントとする作動１２０℃〜１３０℃の温度合金型温度ヒューズが提案されている（特開２００２−２５４０２号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
温度ヒューズにおいては、機器の負荷変動や気温変動等によりヒートサイクルを受け、ヒューズエレメントに熱歪が加わるが、通常の合金型温度ヒューズのヒューズエレメントでは、この熱歪によって特性の変動を来すようなことはない。
しかしながら、本発明者等は、前記のＩｎ５２％以上のＩｎ−Ｓｎ合金をヒューズエレメントとすると、ヒートサイクルによるヒューズエレメントの抵抗値変動（抵抗値上昇）が顕著であることを知った。これは、合金組織内の異相界面で生ずるずれが大きくなり、それが繰り返されることによってヒューズエレメントの極端な断面積変化やエレメントの線長増加が発生する結果である。
かかる抵抗値増加のもとでは、ジュール発熱によりヒューズエレメント温度が上昇され、その上昇温度をΔＴとすれば、機器許容温度に達するまえのその上昇温度ΔＴだけ低い温度で作動してしまい、その温度ΔＴが大きくなると、大きな作動誤差が招来される。
【０００９】
本発明の目的は、Ｉｎ−Ｓｎ合金を主成分とするヒューズエレメントを用いるにもかかわらず、ヒートサイクルに対する作動安定性をよく保証し得、しかもＩｎ量が多量であっても、ヒューズエレメントの歩留の良い線引き加工を保証し得る、作動温度が１２０℃〜１５０℃に属する合金型温度ヒューズを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る温度ヒューズエレメント用線材は、Ｉｎ６５％〜８５％、残部Ｓｎの１００重量部にＣｕが０．４〜４重量部添加されてなる合金組成であることを特徴とする。
請求項２に係る温度ヒューズエレメント用線材は、Ｉｎ５２％〜８５％、残部Ｓｎの１００重量部にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂの１種または２種以上が０．１〜７重量部添加されてなる合金組成であることを特徴とする。
請求項３に係る合金型温度ヒュ−ズは、請求項１〜２何れかの温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とする。
請求項４に係る合金型温度ヒュ−ズは、請求項３の合金型温度ヒュ−ズにおいて、ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体が付設されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において、ヒュ−ズエレメントの合金組成のベースをＩｎ５２％〜８５％，残部Ｓｎとする理由は、液相線温度が１１５℃〜１４５℃であり、固液共存域温度がほぼ６℃以内と狭巾であるために、温度ヒューズの作動温度を１２０℃〜１５０℃に、しかも作動温度のバラツキを僅小（４〜５℃以内）にできるからであり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂの１種または２種以上を０．１〜７重量部添加する理由は、これらの少なくとも一種と延性の大なるＩｎやＳｎとの金属間化合物を生成させ、その金属間化合物によるくさび効果で結晶間のすべりを生じ難くさせ、前記ヒートサイクルに対する耐熱安定性を保証し、線引きに対し充分な強度を付与して線径３００μｍφといった細線への線引き加工を容易に行え得るようにするためであり、０．１重量部未満では添加の効果を満足に得ることができず、７重量部を越えると、液相線温度の増加及び固液共存域温度巾の増加が大きくなり過ぎ、温度ヒューズの作動温度を１２０℃〜１５０℃に属する所定の温度に設定することが困難になる。
【００１２】
本発明において、ヒュ−ズエレメントは合金母材の線引きにより製造でき、断面丸形のまま、または、さらに扁平に圧縮加工して使用でき、ヒュ−ズエレメントの径は、円形線の場合、外径２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは２５０μｍφ〜３５０μｍφとされる。
【００１３】
本発明は独立したサーモプロテクターとしての温度ヒューズの形態で実施される。その外、半導体装置やコンデンサや抵抗体に温度ヒューズエレメントを直列に接続し、このエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布エレメントを半導体やコンデンサ素子や抵抗素子に近接配置して半導体やコンデンサ素子や抵抗素子と共に樹脂モールドやケース等により封止した形態で実施することもできる。
【００１４】
図１は、本発明に係るテ−プタイプの合金型温度ヒュ−ズを示し、厚み１００〜３００μｍのプラスチックベ−スフィルム４１に厚み１００〜２００μｍの帯状リ−ド導体１，１を接着剤または融着により固着し、帯状リ−ド導体間に線径２５０μｍφ〜５００μｍφのヒュ−ズエレメント２を接続し、このヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを厚み１００〜３００μｍのプラスチックカバ−フィルム４１の接着剤または融着による固着で封止してある。
【００１５】
図２は筒型ケ−スタイプを示し、一対のリ−ド線１，１間に低融点可溶合金片２を接続し、該低融点可溶合金片２上にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布低融点可溶合金片上に耐熱性・良熱伝導性の絶縁筒４、例えば、セラミックス筒を挿通し、該絶縁筒４の各端と各リ−ド線１との間を常温硬化の封止剤５、例えば、エポキシ樹脂で封止してある。
【００１６】
図３はケ−スタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを一端開口の絶縁ケ−ス４、例えばセラミックスケ−スで包囲し、この絶縁ケ−ス４の開口をエポキシ樹脂等の封止剤５で封止してある。
【００１７】
図４は基板タイプを示し、絶縁基板４、例えばセラミックス基板上に一対の膜電極１，１を導電ペ−スト（例えば銀ペ−スト）の印刷焼付けにより形成し、各電極１にリ−ド導体１１を溶接等により接続し、電極１，１間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを封止剤５例えばエポキシ樹脂で被覆してある。
【００１８】
図５は樹脂ディツピングタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを樹脂液ディッピングにより絶縁封止剤例えばエポキシ樹脂５で封止してある。
【００１９】
本発明は合金型温度ヒューズに発熱体を付設し、例えば抵抗ペースト（例えば、酸化ルテニウム等の酸化金属粉のペースト）の塗布・焼き付けにより膜抵抗を付設し、機器の異常発熱の原因となる前兆を検出し、この検出信号で膜抵抗を通電して発熱させ、この発熱でヒューズエレメントを溶断させる形態で実施することもできる。
この場合、上記発熱体を絶縁基体の上面に設け、この上に耐熱性・熱伝導性の絶縁膜、例えばガラス焼き付け膜を形成し、更に一対の電極を設け、各電極に扁平リード導体を接続し、両電極間にヒューズエレメントを接続し、ヒューズエレメントから前記リード導体の先端部にわたってフラックスを被覆し、絶縁カバーを前記の絶縁基体上に配設し、該絶縁カバー周囲を絶縁基体に接着剤により封着することができる。
【００２０】
上記のフラックスには、通常、融点がヒュ−ズエレメントの融点よりも低いものが使用され、例えば、ロジン９０〜６０重量部、ステアリン酸１０〜４０重量部、活性剤０〜３重量部を使用できる。この場合、ロジンには、天然ロジン、変性ロジン（例えば、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン）またはこれらの精製ロジンを使用でき、活性剤には、ジエチルアミンの塩酸塩や臭化水素酸塩、アジピン酸等の有機酸を使用できる。
【００２１】
【実施例】
以下の実施例及び比較例の作動温度の測定については、試料形状を基板型、試料数を５０箇とし、０．１アンペアの電流を通電しつつ、昇温速度１℃／分のオイルバスに浸漬し、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定した。
また、ヒートサイクルに対するヒューズエレメントの抵抗値変化については、試料数を５０箇とし、３０分間１１０℃加熱、３０分間−４０℃冷却を１サイクルとするヒートサイクル試験を５００サイクル行なったのちの抵抗値変化を測定して判断し、何らの抵抗値変化が認められなかったものを◎、抵抗値変化がやや認められたもの（ヒートサイクル後の抵抗値がヒートサイクル前の抵抗値の１．５倍以下）を○、大きな抵抗値変化が認められたもの（ヒートサイクル後の抵抗値がヒートサイクル前の抵抗値の１．５倍以上）を△、抵抗値が∞になったものを×と評価した。
【００２２】
以下の実施例及び比較例では、線引きにより得る所定合金組成の線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、小型の基板型温度ヒュ−ズを作製した。フラックスには、ロジン８０重量部，ステアリン酸２０重量部，ジエチルアミン臭化水素酸塩１重量部の組成物を使用し、被覆材には、常温硬化型のエポキシ樹脂を使用した。
【００２３】
〔実施例１〜４〕
表１に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表１の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表１の通りであった。
【表１】
【００２４】
〔実施例５〜１０〕
表２に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表２の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表２の通りであった。
【表２】
【００２５】
〔実施例１１〜１６〕
表３に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表３の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表３の通りであった。
【表３】
【００２６】
〔実施例１７〜２２〕
表４に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表４の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表４の通りであった。
【表４】
【００２７】
〔実施例２３〜２８〕
表５に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表５の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表５の通りであった。
【表５】
【００２８】
〔比較例１〕
Ｉｎ７０％、残部Ｓｎの母材を使用した。実施例と同様に１ダイスについての引落率を６．５％、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとして直径３００μｍφの線引きを試みたが過多の延性のために断線率が高く、１ダイスについての引落率を４．０％、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎに下げて直径３００μｍφの線材を得た。
実施例と同様にして基板型温度ヒュ−ズを作製し、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は△〜×であった。×のものにつき試料を解体したところ、ヒューズエレメントが断線していた。
【００２９】
〔比較例２〕
Ｉｎ５２％、残部Ｓｎの母材を使用した。実施例と同様に１ダイスについての引落率を６．５％、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとして直径３００μｍφの線材を得た。
実施例と同様にして基板型温度ヒュ−ズを作製し、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は△〜×であった。×のものにつき試料を解体したところ、比較例１と同じくヒューズエレメントが断線していた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、液相線温度が１２０℃〜１５０℃、固液共存温度巾が狭小（６℃以下）のＩｎ−Ｓｎ比の範囲を主成分とし、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｂ等の添加により前記の溶融特性を充分に保持させつつ耐熱疲労性乃至強度をよく向上させた温度ヒューズエレメント用線材を得ることができるから、ヒートサイクルのもとでも初期の作動特性を安定に保持でき、しかもヒューズエレメントの線引き加工の良好な歩留りによる優れた生産性を保証できる、作動温度が１２０℃〜１５０℃に属しバラツキが充分に小さく、しかも環境保全に適合した合金型温度ヒューズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一例を示す図面である。
【図２】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図３】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図４】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図５】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【符号の説明】
１ リード導体または電極
２ ヒューズエレメント
３ フラックス
４ 絶縁体
５ 封止剤
【発明の属する技術分野】
本発明は作動温度がほぼ１２０℃〜１５０℃に属する合金型温度ヒューズ及び温度ヒューズエレメント用線材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器や回路素子、例えば半導体装置、コンデンサ、抵抗素子等のサーモプロテクタとして合金型温度ヒューズが汎用されている。
この合金型温度ヒューズは、所定融点の合金をヒューズエレメントとし、このヒューズエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布ヒューズエレメントを絶縁体で封止した構成である。
この合金型温度ヒューズの作動機構は次ぎの通りである。
保護しようとする電気機器や回路素子に合金型温度ヒューズが熱的に接触して配設される。電気機器や回路素子が何らかの異常により発熱すると、その発生熱により温度ヒューズのヒューズエレメント合金が溶融され、既溶融フラックスとの共存下、溶融合金がリード導体や電極への濡れにより分断球状化され、その分断球状化の進行により通電が遮断され、この通電遮断による機器の降温で分断溶融合金が凝固されて非復帰のカットオフが終結される。従って、電気機器等の許容温度とヒューズエレメント合金の分断温度とがほぼ等しいことが要求される。
【０００３】
前記ヒューズエレメントには通常、低融点合金が使用されている。而るに、合金においては、平衡状態図から明らかな通り、固相線温度と液相線温度を有し、固相線温度と液相線温度とが一致する共晶点では、共晶点温度を経過する加熱で固相から液相に一挙に変化するが、共晶点以外の組成では、固相→固液共存相→液相と変化し、固相線温度Ｔｓと液相線温度Ｔｌとの間に固液共存域温度巾ΔＴが存在する。而して、固液共存域でも前記ヒューズエレメントの分断が小なる確立であっても、生じる可能性があり、温度ヒューズの作動温度のバラツキを小さくするために、前記固液共存域温度巾ΔＴが可及的に小さな合金組成を使用することが要求され、ΔＴの小なることが合金型温度ヒューズに要求される条件の一つとされている。
【０００４】
更に、合金型温度ヒューズのヒューズエレメントにおいては、線状片の形態で使用されることが多く、近来の機器の小型化に対応しての温度ヒューズの小型化のためにヒューズエレメントの細線化が要請されることがあり、細い径（例えば４００μｍφ以下）までの線引き加工性も要求される。
【０００５】
更に、近来、電気機器機においては、環境保全意識の高揚から生体に有害な物質、特にＰｂ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ等の使用が規制され、温度ヒューズのヒューズエレメントにおいても、これらの有害金属を含有させないことが要請されている。
【０００６】
合金型温度ヒューズを作動温度の面から分類すると、作動温度が１２０℃〜１５０℃に属するものが多用されている。
ところで、Ｉｎ−Ｓｎ合金の平衡状態図から明らかな通り、Ｉｎ８５〜５２％，残部Ｓｎでは液相線温度が１１９℃〜１４５℃であり、この範囲は、液相線温度が同じく１１９℃〜１４５℃であるＩｎ５２〜４３％，残部Ｓｎの範囲に較べて固相線温度が高く、従って、前記した固液共存域温度巾が狭小である。従って、Ｉｎ８５〜５２％，残部Ｓｎの合金は、前記した作動温度のバラツキの減少、作動温度１２０℃〜１５０℃（通常、温度ヒューズ表面温度に較べヒューズエレメント温度が数℃低く、作動温度はヒューズエレメントの融点よりも数℃高くものとして取扱われる）、有害金属フリーの環境保全等の要件を充足している。
【０００７】
Ｉｎは延性が大であり、Ｉｎを多量に含有する合金では延性が過多となり線引き加工が至難である。
而るに、Ｉｎ−Ｓｎ合金の場合、Ｉｎが７０％以下であれば線引きが可能であるとして、Ｉｎ７０〜５２％，残部Ｓｎの合金組成（Ｉｎの下限を５２％とした理由は、前記したと同様、作動温度のバラツキを抑えるためである）をヒューズエレメントとする作動１２０℃〜１３０℃の温度合金型温度ヒューズが提案されている（特開２００２−２５４０２号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
温度ヒューズにおいては、機器の負荷変動や気温変動等によりヒートサイクルを受け、ヒューズエレメントに熱歪が加わるが、通常の合金型温度ヒューズのヒューズエレメントでは、この熱歪によって特性の変動を来すようなことはない。
しかしながら、本発明者等は、前記のＩｎ５２％以上のＩｎ−Ｓｎ合金をヒューズエレメントとすると、ヒートサイクルによるヒューズエレメントの抵抗値変動（抵抗値上昇）が顕著であることを知った。これは、合金組織内の異相界面で生ずるずれが大きくなり、それが繰り返されることによってヒューズエレメントの極端な断面積変化やエレメントの線長増加が発生する結果である。
かかる抵抗値増加のもとでは、ジュール発熱によりヒューズエレメント温度が上昇され、その上昇温度をΔＴとすれば、機器許容温度に達するまえのその上昇温度ΔＴだけ低い温度で作動してしまい、その温度ΔＴが大きくなると、大きな作動誤差が招来される。
【０００９】
本発明の目的は、Ｉｎ−Ｓｎ合金を主成分とするヒューズエレメントを用いるにもかかわらず、ヒートサイクルに対する作動安定性をよく保証し得、しかもＩｎ量が多量であっても、ヒューズエレメントの歩留の良い線引き加工を保証し得る、作動温度が１２０℃〜１５０℃に属する合金型温度ヒューズを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る温度ヒューズエレメント用線材は、Ｉｎ６５％〜８５％、残部Ｓｎの１００重量部にＣｕが０．４〜４重量部添加されてなる合金組成であることを特徴とする。
請求項２に係る温度ヒューズエレメント用線材は、Ｉｎ５２％〜８５％、残部Ｓｎの１００重量部にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂの１種または２種以上が０．１〜７重量部添加されてなる合金組成であることを特徴とする。
請求項３に係る合金型温度ヒュ−ズは、請求項１〜２何れかの温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とする。
請求項４に係る合金型温度ヒュ−ズは、請求項３の合金型温度ヒュ−ズにおいて、ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体が付設されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において、ヒュ−ズエレメントの合金組成のベースをＩｎ５２％〜８５％，残部Ｓｎとする理由は、液相線温度が１１５℃〜１４５℃であり、固液共存域温度がほぼ６℃以内と狭巾であるために、温度ヒューズの作動温度を１２０℃〜１５０℃に、しかも作動温度のバラツキを僅小（４〜５℃以内）にできるからであり、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂの１種または２種以上を０．１〜７重量部添加する理由は、これらの少なくとも一種と延性の大なるＩｎやＳｎとの金属間化合物を生成させ、その金属間化合物によるくさび効果で結晶間のすべりを生じ難くさせ、前記ヒートサイクルに対する耐熱安定性を保証し、線引きに対し充分な強度を付与して線径３００μｍφといった細線への線引き加工を容易に行え得るようにするためであり、０．１重量部未満では添加の効果を満足に得ることができず、７重量部を越えると、液相線温度の増加及び固液共存域温度巾の増加が大きくなり過ぎ、温度ヒューズの作動温度を１２０℃〜１５０℃に属する所定の温度に設定することが困難になる。
【００１２】
本発明において、ヒュ−ズエレメントは合金母材の線引きにより製造でき、断面丸形のまま、または、さらに扁平に圧縮加工して使用でき、ヒュ−ズエレメントの径は、円形線の場合、外径２００μｍφ〜６００μｍφ、好ましくは２５０μｍφ〜３５０μｍφとされる。
【００１３】
本発明は独立したサーモプロテクターとしての温度ヒューズの形態で実施される。その外、半導体装置やコンデンサや抵抗体に温度ヒューズエレメントを直列に接続し、このエレメントにフラックスを塗布し、このフラックス塗布エレメントを半導体やコンデンサ素子や抵抗素子に近接配置して半導体やコンデンサ素子や抵抗素子と共に樹脂モールドやケース等により封止した形態で実施することもできる。
【００１４】
図１は、本発明に係るテ−プタイプの合金型温度ヒュ−ズを示し、厚み１００〜３００μｍのプラスチックベ−スフィルム４１に厚み１００〜２００μｍの帯状リ−ド導体１，１を接着剤または融着により固着し、帯状リ−ド導体間に線径２５０μｍφ〜５００μｍφのヒュ−ズエレメント２を接続し、このヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを厚み１００〜３００μｍのプラスチックカバ−フィルム４１の接着剤または融着による固着で封止してある。
【００１５】
図２は筒型ケ−スタイプを示し、一対のリ−ド線１，１間に低融点可溶合金片２を接続し、該低融点可溶合金片２上にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布低融点可溶合金片上に耐熱性・良熱伝導性の絶縁筒４、例えば、セラミックス筒を挿通し、該絶縁筒４の各端と各リ−ド線１との間を常温硬化の封止剤５、例えば、エポキシ樹脂で封止してある。
【００１６】
図３はケ−スタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを一端開口の絶縁ケ−ス４、例えばセラミックスケ−スで包囲し、この絶縁ケ−ス４の開口をエポキシ樹脂等の封止剤５で封止してある。
【００１７】
図４は基板タイプを示し、絶縁基板４、例えばセラミックス基板上に一対の膜電極１，１を導電ペ−スト（例えば銀ペ−スト）の印刷焼付けにより形成し、各電極１にリ−ド導体１１を溶接等により接続し、電極１，１間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを封止剤５例えばエポキシ樹脂で被覆してある。
【００１８】
図５は樹脂ディツピングタイプラジアル型を示し、並行リ−ド導体１，１の先端部間にヒュ−ズエレメント２を溶接により接合し、ヒュ−ズエレメント２にフラックス３を塗布し、このフラックス塗布ヒュ−ズエレメントを樹脂液ディッピングにより絶縁封止剤例えばエポキシ樹脂５で封止してある。
【００１９】
本発明は合金型温度ヒューズに発熱体を付設し、例えば抵抗ペースト（例えば、酸化ルテニウム等の酸化金属粉のペースト）の塗布・焼き付けにより膜抵抗を付設し、機器の異常発熱の原因となる前兆を検出し、この検出信号で膜抵抗を通電して発熱させ、この発熱でヒューズエレメントを溶断させる形態で実施することもできる。
この場合、上記発熱体を絶縁基体の上面に設け、この上に耐熱性・熱伝導性の絶縁膜、例えばガラス焼き付け膜を形成し、更に一対の電極を設け、各電極に扁平リード導体を接続し、両電極間にヒューズエレメントを接続し、ヒューズエレメントから前記リード導体の先端部にわたってフラックスを被覆し、絶縁カバーを前記の絶縁基体上に配設し、該絶縁カバー周囲を絶縁基体に接着剤により封着することができる。
【００２０】
上記のフラックスには、通常、融点がヒュ−ズエレメントの融点よりも低いものが使用され、例えば、ロジン９０〜６０重量部、ステアリン酸１０〜４０重量部、活性剤０〜３重量部を使用できる。この場合、ロジンには、天然ロジン、変性ロジン（例えば、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン）またはこれらの精製ロジンを使用でき、活性剤には、ジエチルアミンの塩酸塩や臭化水素酸塩、アジピン酸等の有機酸を使用できる。
【００２１】
【実施例】
以下の実施例及び比較例の作動温度の測定については、試料形状を基板型、試料数を５０箇とし、０．１アンペアの電流を通電しつつ、昇温速度１℃／分のオイルバスに浸漬し、溶断による通電遮断時のオイル温度を測定した。
また、ヒートサイクルに対するヒューズエレメントの抵抗値変化については、試料数を５０箇とし、３０分間１１０℃加熱、３０分間−４０℃冷却を１サイクルとするヒートサイクル試験を５００サイクル行なったのちの抵抗値変化を測定して判断し、何らの抵抗値変化が認められなかったものを◎、抵抗値変化がやや認められたもの（ヒートサイクル後の抵抗値がヒートサイクル前の抵抗値の１．５倍以下）を○、大きな抵抗値変化が認められたもの（ヒートサイクル後の抵抗値がヒートサイクル前の抵抗値の１．５倍以上）を△、抵抗値が∞になったものを×と評価した。
【００２２】
以下の実施例及び比較例では、線引きにより得る所定合金組成の線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、小型の基板型温度ヒュ−ズを作製した。フラックスには、ロジン８０重量部，ステアリン酸２０重量部，ジエチルアミン臭化水素酸塩１重量部の組成物を使用し、被覆材には、常温硬化型のエポキシ樹脂を使用した。
【００２３】
〔実施例１〜４〕
表１に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表１の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表１の通りであった。
【表１】
〔実施例５〜１０〕
表２に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表２の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表２の通りであった。
【表２】
〔実施例１１〜１６〕
表３に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表３の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表３の通りであった。
【表３】
〔実施例１７〜２２〕
表４に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表４の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表４の通りであった。
【表４】
〔実施例２３〜２８〕
表５に示す合金組成の母材を線引きして直径３００μｍφの線に加工した。１ダイスについての引落率を６．５％とし、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとしたが、断線は皆無であった。
これらの線を長さ４ｍｍに切断してヒュ−ズエレメントとし、基板型温度ヒュ−ズを作製した。
これらの実施例品について、作動温度を測定したところ、表５の通りであり、何れの実施例においてもバラツキを充分に小さくできた。
また、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は表５の通りであった。
【表５】
〔比較例１〕
Ｉｎ７０％、残部Ｓｎの母材を使用した。実施例と同様に１ダイスについての引落率を６．５％、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとして直径３００μｍφの線引きを試みたが過多の延性のために断線率が高く、１ダイスについての引落率を４．０％、線引き速度を２０ｍ／ｍｉｎに下げて直径３００μｍφの線材を得た。
実施例と同様にして基板型温度ヒュ−ズを作製し、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は△〜×であった。×のものにつき試料を解体したところ、ヒューズエレメントが断線していた。
【００２９】
〔比較例２〕
Ｉｎ５２％、残部Ｓｎの母材を使用した。実施例と同様に１ダイスについての引落率を６．５％、線引き速度を４５ｍ／ｍｉｎとして直径３００μｍφの線材を得た。
実施例と同様にして基板型温度ヒュ−ズを作製し、ヒートサイクル試験を行ったところ、評価結果は△〜×であった。×のものにつき試料を解体したところ、比較例１と同じくヒューズエレメントが断線していた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、液相線温度が１２０℃〜１５０℃、固液共存温度巾が狭小（６℃以下）のＩｎ−Ｓｎ比の範囲を主成分とし、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｓｂ等の添加により前記の溶融特性を充分に保持させつつ耐熱疲労性乃至強度をよく向上させた温度ヒューズエレメント用線材を得ることができるから、ヒートサイクルのもとでも初期の作動特性を安定に保持でき、しかもヒューズエレメントの線引き加工の良好な歩留りによる優れた生産性を保証できる、作動温度が１２０℃〜１５０℃に属しバラツキが充分に小さく、しかも環境保全に適合した合金型温度ヒューズを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの一例を示す図面である。
【図２】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図３】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図４】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【図５】 本発明に係る合金型温度ヒュ−ズの上記とは別の例を示す図面である。
【符号の説明】
１ リード導体または電極
２ ヒューズエレメント
３ フラックス
４ 絶縁体
５ 封止剤
Claims (4)
- Ｉｎ６５％〜８５％、残部Ｓｎの１００重量部にＣｕが０．４〜４重量部添加されてなる合金組成であることを特徴とする温度ヒューズエレメント用線材。
- Ｉｎ５２％〜８５％、残部Ｓｎの１００重量部にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｓｂの１種または２種以上が０．１〜７重量部添加されてなる合金組成であることを特徴とする温度ヒューズエレメント用線材。
- 請求項１〜２何れか記載の温度ヒューズエレメント用線材をヒューズエレメントとしたことを特徴とする合金型温度ヒュ−ズ。
- ヒューズエレメントを溶断させるための発熱体が付設されていることを特徴とする請求項３記載の合金型温度ヒュ−ズ。
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