JP4464554B2

JP4464554B2 - Fuse element and chip type fuse

Info

Publication number: JP4464554B2
Application number: JP2000380281A
Authority: JP
Inventors: 守男多田; 盛勝山崎
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JP2002184282A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒューズ素子及びチップ型ヒューズに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
国際公開番号ＷＯ００／１９４７２号公報等に示された従来のチップ型ヒューズは、チップ状基板の表面上に、半田材料からなるヒューズ素子と、通電されるとヒューズ素子を溶断するための熱を発生する発熱体とを具備した構造を有している。このようなチップ型ヒューズは、例えば、予め半田ペースト（ソルダペースト）が印刷された回路基板に搭載した状態でリフロー炉内を通過させてソルダペーストを溶融させた後、冷却工程を経て溶融半田を固化させるリフローソルダリング方法により回路基板上に実装される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、リフローソルダリング方法で用いる半田ペーストとしては、スズ−鉛共晶半田が用いられている。しかしながら環境汚染の問題から、半田ペーストも、鉛を用いない鉛フリー半田を用いることが強く要請されるようになってきた。スズ−鉛共晶半田では、リフロー条件におけるピーク温度が２３０℃であったのに対して、鉛フリー半田ではピーク温度が２５０℃以上に上昇する。そのため、リフローソルダリング時におけるヒューズ素子の溶断を防ぐためにヒューズ素子の半田材料の融点を、例えば２９５℃程度にまで高めなければならなくなる。しかしながら、ヒューズ素子の半田材料の融点が高くなると、ヒューズ素子の溶断時間が長くなり、比較的早いヒューズ素子の溶断時間が求められる電子機器の保護回路には、この種のチップ型ヒューズを使用できなくなるという問題が生じる。
【０００４】
本発明の目的は、ヒューズ素子の形成に用いる半田材料の融点を高くしても、ヒューズ素子の溶断時間が長くなるのを抑制できるヒューズ素子及びチップ型ヒューズを提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、鉛フリー半田を用いるリフローソルダリング時におけるヒューズ素子の溶断を防ぐことができ、しかも比較的早いヒューズ素子の溶断時間が求められる電子部品にも対応できるチップ型ヒューズを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、発熱体の焼損を防止できるチップ型ヒューズを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁材の上に半田材料を用いて形成され、絶縁材を介して発熱体から伝わる熱で溶断するヒューズ素子を改良の対象とする。本発明では、第１の半田材料を用いて形成された下側半田材料層と、第１の半田材料よりも融点の低い第２の半田材料を用いて下側半田材料層の上に直接形成された上側半田材料層とからヒューズ素子を構成する。本発明のように、ヒューズ素子を構成すれば、発熱体からヒューズ素子に伝わる熱によって、最初に、第１の半田材料よりも融点の低い第２の半田材料からなる上側半田材料層が溶融して、下側半田材料層の上で溶融状態になる。溶融状態になっている上側半田材料層内は、まとまろうとする力が発生するものの、下側半田材料層に対してぬれ性がよいため、溶融した上側半田材料層は溶融していない下側半田材料層の上に溶断しない状態（分離しない状態）で残っている。したがってリフローソルダリング時にヒューズ素子の上側半田材料層が溶融しても、それだけで上側半田材料層が溶断することはない。発熱体からの熱量が増加して下側半田材料層を構成する第１の半田材料の融点以上に下側半田材料層が加熱されると、下側半田材料層が溶融を開始する。下側半田材料層が溶融をし始めると、すでに溶融していて電極を中心にまとまろうとしている（または溶断しようとしている）上側半田材料層の内部の力が溶融を開始した下側半田材料層に加わって、溶融した下側半田材料層がまとまろうとする速度が速くなる。その結果、融点の高い第１の半田材料のみでヒューズ素子を形成した場合と比べて、本発明のヒューズ素子のほうが溶断に要する時間（溶断時間）が短くなる。
【０００８】
なお第１の半田材料と第２の半田材料の融点の差及び上側半田材料層及び下側半田材料層の厚みを適宜に設定することにより、下側半田材料層の溶断時間を速めることができる。そのためリフローソルダリングにおいて必要とされるピーク温度の上昇に対応した融点の高い半田材料を用いてヒューズ素子を構成しても、溶断時間が極端に遅くなることがない。
【０００９】
環境問題を考慮すれば、第２の半田材料は、鉛を含まないものを用いるのが好ましい。また、下側半田材料層の溶断時間を短くできる効果を高めるには、第１の半田材料の融点と第２の半田材料の融点の差は４０℃以上にするのが好ましい。融点の差が４０℃より小さくなると、下側半田材料層が溶融を開始する際に上側半田材料層が完全に溶融しない場合があるので、溶断時間の短縮効果が十分に得られない。
【００１０】
本発明が改良の対象とするチップ型ヒューズは、セラミック製のチップ状基板と、チップ状基板上に配置された半田材料からなるヒューズ素子と、チップ状基板上に配置されて通電されるとヒューズ素子を溶断するための熱を発生する発熱体とを具備しており、リフローソルダリング方法により回路基板上に実装される。なお、この回路基板上には、チップ型ヒューズ以外の他の電子部品もリフローソルダリング方法により実装される。本発明では、リフローソルダリング方法のリフロー条件におけるピーク温度よりも高い融点を有する第１の半田材料を用いて形成された下側半田材料層と、ピーク温度よりも低い融点を有する第２の半田材料を用いて下側半田材料層の上に直接形成された上側半田材料層とからヒューズ素子を構成する。本発明のように、ヒューズ素子を構成すれば、前述したヒューズ素子と同様の作用により、第１及び第２の半田材料の融点及び厚み寸法を適宜に設定することにより、下側半田材料層の溶断時間を短縮することができる。そのため、高い融点を有する下側半田材料層によって、リフローソルダリング時のヒューズ素子の溶断を防ぐことができ、しかも低い融点を有する上側半田材料層によって、溶断時間を短くすることができる。特に本発明によれば、第２の半田材料は、リフロー条件におけるピーク温度よりも低い融点を有しているので、溶断時間の遅れを大幅に抑制することができる。その結果、鉛フリー半田を用いるピーク温度の高いリフローソルダリング時におけるヒューズ素子の溶断を防ぐことができ、しかも比較的短いヒューズ素子の溶断時間が求められる電子部品にも対応できるチップ型ヒューズを得ることができる。
【００１１】
前述したヒューズ素子と同様に、環境問題を考慮すれば、第２の半田材料は、鉛を含まないものを用いるのが好ましい。
【００１２】
本発明のチップ型ヒューズに用いる発熱体及びヒューズ素子は、種々の構造に構成することができる。例えば、ヒューズ素子をチップ状基板の表面上に配置し、発熱体をチップ状基板を間に介してヒューズ素子と対向するようにチップ状基板の裏面上に配置することができる。このようにすれば、発熱体とヒューズ素子との距離を最短にすることができ、また両者の対向面積を最も大きくすることができるので、発熱体から発生した熱を短い時間で効率良くヒューズ素子に伝達することができ、ヒューズ素子の溶断時間を短くすることができる。この場合、ヒューズ素子は、一対のヒューズ用電極と該一対のヒューズ用電極の間に配置されたヒューズ用中間電極とに跨って形成し、発熱体は一対の発熱体用電極と該一対の発熱体用電極の間に配置された発熱体用中間電極とに跨って形成するのが好ましい。このようにすれば、ヒューズ用中間電極に分割された直列接続の２つの分割ヒューズ素子に対して、それぞれ発熱体用中間電極に分割された分割発熱体から熱を加えることができ、２つの分割ヒューズ素子をそれぞれ確実に遮断することが可能になる。また、ヒューズ素子を形成する際には、ヒューズ用中間電極が溶融した半田材料を引き止めることができるため、半田材料の分離を防いでヒューズ素子を確実に形成できる。更にこの場合には、ヒューズ用中間電極と発熱体用中間電極とを電気的に共通接続し、一対の発熱体用電極を電気的に共通接続するのが好ましい。このようにすれば、ヒューズ，電極及び発熱体の形成が容易になる。
【００１３】
現在販売されている一般的な鉛フリー半田を用いるリフローソルダリング方法を用いる場合は、ピーク温度が２４５〜２５５℃となる。この場合、上側半田材料層の融点が下側半田材料層の融点より４０℃以上低く、下側半田材料層の抵抗値Ｒ１と、下側半田材料層と上側半田材料層とを併せたヒューズ素子の抵抗値Ｒ２との比が１：１７〜１：５とするのが好ましい。このようにすると、鉛フリー半田を用いてリフローソルダリング法によりチップヒューズを実装するときにおけるヒューズ素子の溶断を防ぐことができて、しかもヒューズ素子の溶断時間を短くすることができる。
【００１４】
また、本発明のヒューズ素子は、絶縁層を介して発熱体とヒューズ素子とが配置された構成物をチップ状基板上に配置するチップ型ヒューズにも適用できる。即ち、チップ状基板と、チップ状基板上に配置されて通電されると熱を発生する発熱体と、発熱体上に配置される絶縁層と、絶縁層上に配置されて発熱体から発生する熱により溶断されるヒューズ素子とを具備するチップ型ヒューズにも適用できる。
【００１５】
発熱体としては、温度特性を実質的に有しない抵抗体を用いてもよい。しかし発熱体として、温度特性を有する、サーミスタを用いることにより、ヒューズ素子の溶断時間の調整を行えたり、発熱体の焼損即ち焼き切れを防ぐことができる。例えば、発熱体に定電圧が印加される使用条件では、発熱量に比例する電力（Ｗ）と電圧（Ｖ）との関係式は、Ｗ＝Ｖ^２／Ｒ（Ｒは抵抗値）になる。そのため、温度の上昇にしたがって抵抗値（Ｒ）が増加する正特性サーミスタを用いると、温度の上昇にしたがって消費電力（Ｗ）が小さくなって発熱量が減少する。また、温度の上昇にしたがって抵抗値（Ｒ）が減少する負特性サーミスタを用いると、温度の上昇にしたがって消費電力（Ｗ）が多くなって発熱量が増加する。したがって発熱体に定電圧が印加される使用条件下において、発熱体の焼き切れ防止等を図りたい場合には、発熱体として正特性サーミスタを用いるのが好ましい。また、ヒューズ素子の溶断時間を早めたい場合には、発熱体として負特性サーミスタを用いるのが好ましい。
【００１６】
また、発熱体に定電流が通電される使用条件では、発熱量に比例する電力（Ｗ）と電流（Ｉ）との関係式は、Ｗ＝Ｉ^２Ｒ（Ｒは抵抗値）になる。そのため、温度の上昇にしたがって抵抗値（Ｒ）が増加する正特性サーミスタを用いると、温度の上昇にしたがって消費電力（Ｗ）が多くなって発熱量が増加する。また、温度の上昇にしたがって抵抗値（Ｒ）が減少する負特性サーミスタを用いると、温度の上昇にしたがって消費電力（Ｗ）が少なくなって発熱量が減少する。したがって、発熱体に定電流が通電される使用条件下においては、発熱体の焼き切れ防止等を図りたい場合には、発熱体として負特性サーミスタを用いるのが好ましい。また、ヒューズ素子の溶断時間を早めたい場合には、発熱体として正特性サーミスタを用いるのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は一部を省略した本発明の実施の形態のチップ型ヒューズの平面図及び底面図であり、図３は図１のIII-III線で切断した概略断面図である。なお、理解を容易にするため、図３においては各部の厚み寸法を誇張して描いている。図１及び図２に示すように、このチップ型ヒューズは、ほぼ矩形のチップ状基板１を有している。チップ状基板１はセラミックスにより形成されており、その長手方向に延びる２つの長辺のうちの１つの長辺には３つの半円弧状の凹部３乃至７が形成されている。また他方の長辺の中央部にも１つの円弧状の凹部９が形成されている。これらの凹部３乃至９は、チップ状基板１の表面１ａと裏面１ｂとを結ぶ側面または外周面に沿って延びている。またチップ状基板１の２つの短辺には、それぞれ平面から見てＵ字状を呈する凹部１１及び１３が形成されている。これらの凹部１１及び１３には、チップ状基板の表面１ａを覆う図示しないケースの取付用フックが嵌合される。
【００１８】
チップ状基板１の表面１ａには、凹部３乃至７に隣接して形成された表面電極１５乃至１９と、アンカー部として用いられる補助電極２１及び２３とが設けられている。表面電極１５乃至１９及び補助電極２１，２３は、ガラスペーストにＡｇ，Ａｇ−Ｐｄ等の導電性粉末が混練されてなるメタルグレーズ導電性ペーストを用いて形成されている。パターンの印刷はスクリーン印刷を用いて行われ、ペーストの焼成温度は約８５０℃程度である。凹部３及び７に隣接する表面電極１５及び１９は、接続用電極１５ａ，１９ａと一対のヒューズ用電極１５ｂ，１９ｂとをそれぞれ有している。凹部５に隣接する表面電極１７は、接続用電極１７ａと接続用電極１７ａから延びるヒューズ用中間電極１７ｂとを有している。補助電極２１は、ヒューズ用電極１５ｂとヒューズ用中間電極１７ｂとの間のほぼ中央部に形成されており、補助電極２３は、ヒューズ用電極１９ｂとヒューズ用中間電極１７ｂとの間のほぼ中央部に形成されている。
【００１９】
チップ状基板１の表面１ａ上には矩形状のヒューズ素子２５が形成されている。ヒューズ素子２５は、一対のヒューズ用電極１５ｂ，１９ｂと、補助電極２１，２３と、ヒューズ用中間電極１７ｂとを跨いで形成されており、後述する裏面１ｂ側の発熱体４５が発生する熱により溶断する。ヒューズ素子２５は、ヒューズ用中間電極１７ｂを跨ぐことにより、一対の分割ヒューズ素子２５Ａ及び２５Ｂから構成されることになる。一方の分割ヒューズ素子２５Ａは、ヒューズ素子２５のヒューズ用電極１５ｂとヒューズ用中間電極１７ｂとの間の部分であり、他方の分割ヒューズ素子２５Ｂは、ヒューズ素子２５のヒューズ用電極１９ｂとヒューズ用中間電極１７ｂとの間の部分である。本例のように、補助電極２１，２３及びヒューズ用中間電極１７ｂを跨いでヒューズ素子２５を形成すると、ヒューズ素子２５を形成する際に補助電極２１，２３及びヒューズ用中間電極１７ｂが溶融した半田材料を引き止めることができるため、半田材料の分離を防いでヒューズ素子２５を確実に形成できる。
【００２０】
また、ヒューズ素子２５は、図３に示すように、下側半田材料層２７と、下側半田材料層２７の上に直接形成された上側半田材料層２９とが積層されて構成されている。下側半田材料層２７は、本例のチップ型ヒューズを後述するリフローソルダリング方法により回路基板上に実装する際のリフロー条件におけるピーク温度（２５０℃）よりも高い融点（２９５℃）を有する鉛を含む第１の半田材料を用いて形成されている。上側半田材料層２９は、ピーク温度（２５０℃）よりも低い融点（２４５℃）を有するＳｎ／Ｓｂ系の鉛を含まない第２の半田材料を用いて形成されている。下側半田材料層２７の形成方法についていは、前述の国際公開番号ＷＯ００／１９４７２号公報に詳しく説明されているので省略する。また上側半田材料層２９の形成方法についていは、下側半田材料層２７を形成したのちに、その上に国際公開番号ＷＯ００／１９４７２号公報に示された方法と同じ方法で重ねて形成すればよい。半田同士のなじみが良いため、上側半田材料層２９を形成する際には、アンカーとなるような電極は特に必要としない。第１の半田材料の融点と第２の半田材料の融点の差は４０℃以上にするのが好ましい。また、下側半田材料層２７の抵抗値Ｒ１と、下側半田材料層２７と上側半田材料層２９とを併せたヒューズ素子の抵抗値Ｒ２との比は、１：８となっている。これらの抵抗値Ｒ１とＲ２との比は、１：１７〜１：５とするのが好ましい。なお、最も好ましいのは、１：８前後である。下側半田材料層２７及び上側半田材料層２９の作用については、後に詳細に説明する。なお、第２の半田材料は、Ｓｎ／Ｓｂ系以外にＳｎ／Ａｇ系及びＳｎ／Ｃｕ系を用いることができる。また、本発明のヒューズ素子の構造の思想は、従来の鉛を含む半田材料に用いてもよいのは勿論である。
【００２１】
チップ状基板１上に配置されたヒューズ素子２５を幅方向に挟む位置には、チップ状基板１を厚み方向に貫通する３つの貫通孔３１乃至３５が形成されている。このように貫通孔３１乃至３５を形成すると、発熱体４５から出た熱が貫通孔３１乃至３５の外側には放散し難く、ヒューズ素子２５の中央部に集まることになるため、より短い時間で発熱体４５からの熱でヒューズ素子２５を溶断することができるようになる。
【００２２】
チップ状基板１の表面１ａには、ヒューズ素子２５及び各接続用電極１５ａ…の半田付け部分を除いた領域に、ガラス材料からなる絶縁材料を用いてオーバーコート３６が形成されている。なお、図１では、理解を容易にするため、オーバーコート３６を透明に描いている。
【００２３】
図２に示すように、チップ状基板１の裏面１ｂには、凹部３乃至９に隣接して裏面電極３７乃至４３が、前述のメタルグレーズ導電性ペーストを用いて形成されている。凹部３及び７に隣接する裏面電極３７，４１は、接続用電極をそれぞれ構成している。凹部９に隣接する裏面電極４３は、接続用電極４３ａと、チップ状基板１の短辺に沿って延びる一対の発熱体用電極４３ｂ及び４３ｃと、接続用電極４３ａと一対の発熱体用電極４３ｂ及び４３ｃとをそれぞれ連結する連結部４３ｄ及び４３ｅとを有している。これにより一対の発熱体用電極４３ｂ及び４３ｃは電気的に共通接続されていることになる。凹部５に隣接する裏面電極３９は、接続用電極３９ａと接続用電極３９ａから裏面電極４３の接続用電極４３ａ側に延びる発熱体用中間電極３９ｂとを有している。この発熱体用中間電極３９ｂは、一対の発熱体用電極４３ｂ及び４３ｃの間に位置している。
【００２４】
チップ状基板１の裏面１ｂ上には、一対の発熱体用電極４３ｂ及び４３ｃと発熱体用中間電極３９ｂとを跨ぐように矩形状の発熱体４５が形成されている。この発熱体４５は、チップ状基板１を間に介して表面１ａ上のヒューズ素子２５と対向する位置に配置されている。この発熱体４５もヒューズ素子２５と同様に、発熱体用中間電極３９ｂを跨ぐことにより、一対の分割発熱体４５Ａ及び４５Ｂから構成されることになり、通電されてチップ状基板１を通してヒューズ素子２５を溶断するための熱を発生する。一方の分割発熱体４５Ａは、発熱体４５の発熱体用電極４３ｂと発熱体用中間電極３９ｂとの間の部分であり、分割ヒューズ素子２５Ｂと対向している。他方の分割発熱体４５Ｂは、発熱体４５の発熱体用電極４３ｃと発熱体用中間電極３９ｂとの間の部分であり、分割ヒューズ素子２５Ａと対向している。この発熱体４５は、温度上昇にしたがって抵抗値が変化するサーミスタにより形成されている。サーミスタの種類は、使用環境及び目的に応じて適宜に設定することができる。例えば、発熱体に定電圧が印加される使用条件下において、発熱体の焼き切れ防止等を図りたい場合には、温度上昇にしたがって抵抗値が増加する正特性サーミスタを用いるのが好ましい。また、ヒューズ素子の溶断時間を早めたい場合には、温度上昇にしたがって抵抗値が減少する負特性サーミスタを用いるのが好ましい。発熱体に定電流が通電される使用条件下において、発熱体の焼き切れ防止等を図りたい場合には、発熱体として負特性サーミスタを用いるのが好ましい。また、ヒューズ素子の溶断時間を早めたい場合には、発熱体として正特性サーミスタを用いるのが好ましい。負特性サーミスタとしては、Ｂ定数が３０００〜５０００の材料を用いることができる。
【００２５】
チップ状基板１の裏面１ｂには、裏面電極４１の半田付け部分を除いた領域、一対の発熱体用電極４３ｂ，４３ｃ及び発熱体４５を覆うようにガラス材料または樹脂からなる絶縁コート４７が形成されている。なお、図２では、理解を容易にするため、絶縁コート４７を透明に描いている。
【００２６】
また、図１及び図２には示していないが、チップ状基板１の表面１ａ上の各接続用電極１５ａ，１７ａ，１９ａと、各接続用電極１５ａ，１７ａ，１９ａに対応する裏面１ｂ上の各接続用電極３７，３９，４１とをそれぞれ接続するために、両者に亘って図４に示すような側面電極４９…が形成されている。ここで、接続用電極１５ａと接続用電極３７との接続例を示す図３を用いて側面電極４９について説明する。図４示すように、側面電極４９は、前述のメタルグレーズ導電性ペーストを用いて、チップ状基板１の表面１ａと裏面１ｂとをつなぐ外側面上に形成されており、対応する表面電極の接続用電極１５ａ…及び裏面電極の接続用電極３７…の上に部分的に重なっている。このように側面電極４９を形成した場合には、チップ状基板１の角部で側面電極４９の厚みが薄くなる傾向があり、この部分でジュール熱が発生し、ヒューズ素子２５の溶断時間が長くなる可能性がある。そこでこの例では、側面電極４９と接続用電極１５ａ…の上に補足電極５１を重ねて形成して、厚みが薄くなった側面電極４９の部分を補足している。補足電極５１もメタルグレーズ導電性ペーストを用いて形成されている。このように側面電極４９…が形成されることにより、ヒューズ用中間電極１７ｂと発熱体用中間電極３９ｂとが電気的に共通接続される。
【００２７】
またチップ状基板１の裏面１ｂには、スぺーサ手段を構成する４つの突出部５３Ａ，５３Ｂ，５５Ａ，５５Ｂが分散した状態で形成されている。突出部５３Ａ，５３Ｂは、矩形状を有しており、一対の発熱体用電極４３ｂ及び４３ｃの外側にそれぞれ形成されている。突出部５５Ａ，５５Ｂも矩形状を有しており、裏面電極４１と裏面電極３９との間及び裏面電極３７と裏面電極３９との間にそれぞれ形成されている。これらの突出部５３Ａ…は、先端部の位置が絶縁コート４７の表面よりもチップ状基板１から離れた位置にあって、チップ型ヒューズが回路基板上に実装されたときに、絶縁コート４７が回路基板と実質的に接触しないようにするためのスペースを形成している。これらの突出部５３Ａ…は、いずれも絶縁コート４７を形成する材料と同じ絶縁材料（ガラス材料または樹脂）により形成されている。
【００２８】
本例のチップ型ヒューズは、接続用電極３７，３９ａ，４１，４３ａに対応する位置に予め半田ペースト（ソルダペースト）が印刷された回路基板に搭載した状態で熱風が噴出する炉を通過させてソルダペーストを溶融させ、その後冷却工程を経て固化させるリフローソルダリング方法により回路基板上に実装される。本例では、下側半田材料層２７が、リフローソルダリング方法により回路基板上に実装する際のリフロー条件におけるピーク温度（２５０℃）よりも高い融点（２９５℃）を有する第１の半田材料を用いて形成されているため、回路基板上に実装される際にヒューズ素子２５が溶断されることはない。また、実装時には、上側半田材料層２９の第２の半田材料は溶融した状態で下側半田材料層２７の上に連続した溶融状態で留まっている。
【００２９】
この実施の形態のチップ型ヒューズの回路図は、図５に示す通りである。このチップ型ヒューズでは、接続用電極３７及び４１が保護すべき回路の遮断部分に接続され、また接続用電極４３ａが保護すべき回路の過電圧を検出すべき箇所に接続される。そして、過大電圧が接続用電極４３ａから一対の分割発熱体４５Ａ，４５Ｂに印加されると一対の分割ヒューズ素子２５Ａ及び２５Ｂの少なくとも一方を通って電流が流れる。そして分割抵抗体４５Ａ，４５Ｂからの発熱により、一対の分割ヒューズ素子２５Ａ，２５Ｂの少なくとも一つが溶融温度まで加熱されると溶断する。また過大電流が接続用電極３７と接続用電極３９との間を流れると、その際の熱で一対の分割ヒューズ素子２５Ａ，２５Ｂの少なくとも一つが溶断し、接続用電極３７と接続用電極４１との間で回路が遮断する。本例のように、高い融点を有する第１の半田材料を用いて形成された下側半田材料層２７と、低い融点を有する第２の半田材料を用いて下側半田材料層２７の上に直接形成された上側半田材料層２９とからヒューズ素子２５を構成すると、発熱体４５からヒューズ素子２５に伝わる熱によって、最初に、融点の低い第２の半田材料が溶融して上側半田材料層２９が溶断され、次に第１の半田材料が溶融する。その際に第１の半田材料の両端部が溶断された上側半田材料層２９にそれぞれ引っ張られるため、下側半田材料層２７の溶断が容易になる。そのため、高い融点を有する下側半田材料層２７によって、リフローソルダリング時のヒューズ素子の溶断を防ぐことができ、しかも低い融点を有する上側半田材料層２９によって、溶断時間の遅れを抑制できる。
【００３０】
次に、２９５℃の融点を有する下側半田材料層２７と、２４５℃の融点を有する上側半田材料層２９とを備えた本例のチップ型ヒューズ１０個と、２９５℃の融点を有する一層構造の半田材料層を備えた比較例のチップ型ヒューズ１０個とにそれぞれ５Ｗの電力を供給するように電圧を印加して各チップ型ヒューズの溶断時間を測定した。なお、本試験に用いたヒューズは、いずれも４ｍΩの抵抗値を有しており、発熱体にはサーミスタではない通常の抵抗体（４．１Ω）を用いた。測定結果は、比較例のチップ型ヒューズは６０秒以内において４個のチップ型ヒューズのヒューズ素子が溶断せず、溶断したチップ型ヒューズはいずれも６０秒に近い時間がかかって溶断した。これに対して本例のチップ型ヒューズでは、平均２９．３秒でいずれのチップ型ヒューズもヒューズ素子が溶断した。これにより、本例のチップ型ヒューズは、溶断時間を短くできるのが分かる。
【００３１】
なお、本発明のヒューズ素子は、絶縁層を介して発熱体とヒューズ素子とが配置された構成物をチップ状基板上に配置するタイプのチップ型ヒューズにも適用できる。この場合、チップ状基板に発熱体を形成し、この発熱体上に絶縁ガラス等の絶縁層を作る。次に、絶縁層上に下側半田材料層を形成した後に上側半田材料層を形成してヒューズ素子を形成するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、融点を高くしても、溶断時間が短いヒューズ素子を得ることができる。また、鉛フリー半田を用いるピーク温度の高いリフローソルダリング時におけるヒューズ素子の溶断を防ぐことができ、しかも比較的短いヒューズ素子の溶断時間が求められる電子機器にも対応できるチップ型ヒューズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一部を省略した本発明の実施の形態のチップ型ヒューズの平面図である。
【図２】一部を省略した本発明の実施の形態のチップ型ヒューズの底面図である。
【図３】図１をIII-III線で切断した概略断面図である。
【図４】図１の実施の形態のチップ型ヒューズの側面電極の構造を示す部分拡大断面図である。
【図５】図１の実施の形態のチップ型ヒューズの回路図である。
【符号の説明】
１チップ状基板
１５ｂ，１９ｂ一対のヒューズ用電極
１７ｂヒューズ用中間電極
２５ヒューズ素子
２７下側半田材料層
２９上側半田材料層
３９ｂ発熱体用中間電極
４３ｂ，４３ｃ一対の発熱体用電極
４５発熱体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuse element and a chip type fuse.
[0002]
[Prior art]
A conventional chip-type fuse disclosed in International Publication No. WO00 / 19472 and the like generates a fuse element made of a solder material on the surface of a chip-like substrate and generates heat for blowing the fuse element when energized. And a heating element. Such a chip-type fuse is, for example, passed through a reflow furnace in a state of being mounted on a circuit board on which a solder paste (solder paste) is printed in advance, and then melting the solder paste through a cooling process. It is mounted on a circuit board by a reflow soldering method for solidifying.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, tin-lead eutectic solder has been used as a solder paste used in the reflow soldering method. However, due to the problem of environmental pollution, it has been strongly required to use lead-free solder that does not use lead as the solder paste. The tin-lead eutectic solder has a peak temperature of 230 ° C. under reflow conditions, whereas the lead-free solder has a peak temperature of 250 ° C. or higher. Therefore, the melting point of the solder material of the fuse element must be increased to, for example, about 295 ° C. in order to prevent the fuse element from fusing during reflow soldering. However, if the melting point of the solder material of the fuse element increases, the fuse element's fusing time becomes longer, and this type of chip-type fuse can be used in protection circuits for electronic devices that require a relatively fast fusing time. The problem of disappearing arises.
[0004]
An object of the present invention is to provide a fuse element and a chip-type fuse that can suppress an increase in the fusing time of the fuse element even if the melting point of the solder material used for forming the fuse element is increased.
[0005]
Another object of the present invention is to provide a chip-type fuse that can prevent fusing of a fuse element during reflow soldering using lead-free solder and that can also be used for electronic components that require a relatively fast fusing time of the fuse element. It is to provide.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a chip-type fuse capable of preventing the heating element from being burned out.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to improve a fuse element which is formed using a solder material on an insulating material and is melted by heat transmitted from a heating element via the insulating material. In the present invention, a lower solder material layer formed using the first solder material and a second solder material having a melting point lower than that of the first solder material are directly formed on the lower solder material layer. A fuse element is formed from the upper solder material layer thus formed. If the fuse element is configured as in the present invention, the upper solder material layer made of the second solder material having a melting point lower than that of the first solder material is first melted by the heat transferred from the heating element to the fuse element. Thus, a molten state is formed on the lower solder material layer. Although the upper solder material layer in the molten state generates a force to be collected, it has good wettability with respect to the lower solder material layer, so the molten upper solder material layer is not melted. It remains on the material layer in an unfused state (not separated). Therefore, even if the upper solder material layer of the fuse element is melted during reflow soldering, the upper solder material layer is not melted by itself. When the amount of heat from the heating element increases and the lower solder material layer is heated above the melting point of the first solder material constituting the lower solder material layer, the lower solder material layer starts to melt. When the lower solder material layer starts to melt, the lower solder material layer that has already melted and the force inside the upper solder material layer that is about to be centered (or about to blow) starts melting In addition to this, the speed at which the molten lower solder material layer tries to gather is increased. As a result, the time required for fusing (melting time) is shorter in the fuse element of the present invention than in the case where the fuse element is formed only with the first solder material having a high melting point.
[0008]
The melting time of the lower solder material layer can be shortened by appropriately setting the difference between the melting points of the first solder material and the second solder material and the thicknesses of the upper solder material layer and the lower solder material layer. . Therefore, even if the fuse element is configured using a solder material having a high melting point corresponding to an increase in peak temperature required in reflow soldering, the fusing time is not extremely delayed.
[0009]
In consideration of environmental problems, it is preferable to use the second solder material that does not contain lead. In order to increase the effect of shortening the fusing time of the lower solder material layer, the difference between the melting point of the first solder material and the melting point of the second solder material is preferably 40 ° C. or higher. If the difference between the melting points is less than 40 ° C., the upper solder material layer may not be completely melted when the lower solder material layer starts melting, so that the effect of shortening the fusing time cannot be sufficiently obtained.
[0010]
The chip-type fuse to be improved by the present invention includes a ceramic chip-shaped substrate, a fuse element made of a solder material disposed on the chip-shaped substrate, and a fuse when placed on the chip-shaped substrate and energized. And a heating element that generates heat for fusing the element, and is mounted on a circuit board by a reflow soldering method. Note that other electronic components other than the chip-type fuse are also mounted on the circuit board by a reflow soldering method. In the present invention, a lower solder material layer formed using a first solder material having a melting point higher than the peak temperature in the reflow conditions of the reflow soldering method, and a second solder having a melting point lower than the peak temperature. A fuse element is formed from an upper solder material layer formed directly on the lower solder material layer using a material. If the fuse element is configured as in the present invention, the lower solder material layer of the lower solder material layer is set by appropriately setting the melting points and thickness dimensions of the first and second solder materials by the same action as the above-described fuse element. The fusing time can be shortened. Therefore, the lower solder material layer having a high melting point can prevent the fuse element from being blown during reflow soldering, and the upper solder material layer having a low melting point can shorten the fusing time. In particular, according to the present invention, since the second solder material has a melting point lower than the peak temperature in the reflow condition, the fusing time delay can be significantly suppressed. As a result, it is possible to obtain a chip-type fuse that can prevent fusing of the fuse element during reflow soldering with high peak temperature using lead-free solder, and can also be used for electronic components that require a relatively short fusing time of the fuse element. be able to.
[0011]
Similar to the above-described fuse element, in consideration of environmental problems, it is preferable to use the second solder material that does not contain lead.
[0012]
The heating element and the fuse element used in the chip type fuse of the present invention can be configured in various structures. For example, the fuse element can be disposed on the surface of the chip-shaped substrate, and the heating element can be disposed on the back surface of the chip-shaped substrate so as to face the fuse element with the chip-shaped substrate interposed therebetween. In this way, the distance between the heating element and the fuse element can be minimized, and the opposing area of both can be maximized. Therefore, the heat generated from the heating element can be efficiently and efficiently removed in a short time. And the fusing time of the fuse element can be shortened. In this case, the fuse element is formed across a pair of fuse electrodes and a fuse intermediate electrode disposed between the pair of fuse electrodes, and the heating element is a pair of heating element electrodes and the pair of heat generation elements. It is preferable to form it straddling the intermediate electrode for a heating element disposed between the body electrodes. In this way, heat can be applied to the two divided fuse elements connected in series divided into the intermediate electrodes for fuses from the divided heating elements divided into the intermediate electrodes for heating elements, respectively. Each fuse element can be surely cut off. Further, when the fuse element is formed, the fuse material can be securely formed by preventing the solder material from being separated because the fuse intermediate electrode can hold the molten solder material. Further, in this case, it is preferable that the fuse intermediate electrode and the heating element intermediate electrode are electrically connected in common and the pair of heating element electrodes are electrically connected in common. This facilitates the formation of fuses, electrodes and heating elements.
[0013]
When using a reflow soldering method using a general lead-free solder currently on the market, the peak temperature is 245 to 255 ° C. In this case, a fuse element in which the melting point of the upper solder material layer is lower by 40 ° C. or more than the melting point of the lower solder material layer, and the resistance value R1 of the lower solder material layer and the lower solder material layer and the upper solder material layer are combined. It is preferable that the ratio to the resistance value R2 is 1:17 to 1: 5. By doing so, it is possible to prevent the fuse element from being blown when the chip fuse is mounted by the reflow soldering method using lead-free solder, and the fusing time of the fuse element can be shortened.
[0014]
The fuse element of the present invention can also be applied to a chip-type fuse in which a component in which a heating element and a fuse element are arranged via an insulating layer is arranged on a chip-like substrate. That is, a chip-shaped substrate, a heating element that is disposed on the chip-shaped substrate and generates heat when energized, an insulating layer disposed on the heating element, and disposed on the insulating layer and generated from the heating element It can also be applied to a chip-type fuse having a fuse element that is blown by heat.
[0015]
A resistor that does not substantially have temperature characteristics may be used as the heating element. However, by using a thermistor having temperature characteristics as the heating element, the fusing time of the fuse element can be adjusted, and the heating element can be prevented from being burned out. For example, under a usage condition in which a constant voltage is applied to the heating element, the relational expression between power (W) and voltage (V) proportional to the amount of generated heat is W = V ² / R (R is a resistance value). For this reason, when a positive temperature coefficient thermistor whose resistance value (R) increases as the temperature increases is used, the power consumption (W) decreases and the amount of heat generation decreases as the temperature increases. In addition, when a negative characteristic thermistor whose resistance value (R) decreases as the temperature increases is used, the power consumption (W) increases and the amount of heat generation increases as the temperature increases. Therefore, it is preferable to use a positive temperature coefficient thermistor as a heating element when it is desired to prevent the heating element from being burned out under use conditions where a constant voltage is applied to the heating element. In order to shorten the fusing time of the fuse element, it is preferable to use a negative characteristic thermistor as a heating element.
[0016]
Further, under a usage condition in which a constant current is applied to the heating element, the relational expression between power (W) and current (I) proportional to the amount of generated heat is W = I ² R (R is a resistance value). Therefore, when a positive temperature coefficient thermistor whose resistance value (R) increases as the temperature increases is used, the power consumption (W) increases as the temperature increases, and the amount of heat generation increases. If a negative characteristic thermistor whose resistance value (R) decreases as the temperature increases is used, power consumption (W) decreases as the temperature increases, and the amount of heat generation decreases. Therefore, under the use conditions in which a constant current is applied to the heating element, it is preferable to use a negative characteristic thermistor as the heating element when it is desired to prevent the heating element from being burned out. In order to shorten the fusing time of the fuse element, it is preferable to use a positive temperature coefficient thermistor as a heating element.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and FIG. 2 are a plan view and a bottom view of a chip type fuse according to an embodiment of the present invention, a part of which is omitted, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view cut along line III-III in FIG. In addition, in order to make an understanding easy, in FIG. 3, the thickness dimension of each part is exaggerated and drawn. As shown in FIGS. 1 and 2, this chip-type fuse has a substantially rectangular chip-shaped substrate 1. The chip-like substrate 1 is made of ceramics, and three semicircular arc-shaped recesses 3 to 7 are formed on one of the two long sides extending in the longitudinal direction. One arcuate recess 9 is also formed at the center of the other long side. These recesses 3 to 9 extend along the side surface or the outer peripheral surface connecting the front surface 1a and the back surface 1b of the chip-like substrate 1. Further, on the two short sides of the chip-like substrate 1, concave portions 11 and 13 each having a U-shape when viewed from the plane are formed. A fitting hook for a case (not shown) that covers the surface 1a of the chip-like substrate is fitted into these recesses 11 and 13.
[0018]
On the surface 1a of the chip substrate 1, surface electrodes 15 to 19 formed adjacent to the recesses 3 to 7 and auxiliary electrodes 21 and 23 used as anchor portions are provided. The surface electrodes 15 to 19 and the auxiliary electrodes 21 and 23 are formed using a metal glaze conductive paste obtained by kneading a conductive powder such as Ag, Ag-Pd or the like in a glass paste. The pattern is printed using screen printing, and the baking temperature of the paste is about 850 ° C. The surface electrodes 15 and 19 adjacent to the recesses 3 and 7 have connection electrodes 15a and 19a and a pair of fuse electrodes 15b and 19b, respectively. The surface electrode 17 adjacent to the recess 5 includes a connection electrode 17a and a fuse intermediate electrode 17b extending from the connection electrode 17a. The auxiliary electrode 21 is formed substantially at the center between the fuse electrode 15b and the fuse intermediate electrode 17b, and the auxiliary electrode 23 is approximately at the center between the fuse electrode 19b and the fuse intermediate electrode 17b. Is formed.
[0019]
A rectangular fuse element 25 is formed on the surface 1 a of the chip substrate 1. The fuse element 25 is formed so as to straddle the pair of fuse electrodes 15b and 19b, the auxiliary electrodes 21 and 23, and the fuse intermediate electrode 17b, and is caused by heat generated by a heating element 45 on the back surface 1b side described later. Fusing. The fuse element 25 is composed of a pair of divided fuse elements 25A and 25B by straddling the fuse intermediate electrode 17b. One divided fuse element 25A is a portion between the fuse electrode 15b of the fuse element 25 and the fuse intermediate electrode 17b, and the other divided fuse element 25B is the fuse electrode 19b of the fuse element 25 and the fuse intermediate electrode. It is a part between the electrodes 17b. When the fuse element 25 is formed across the auxiliary electrodes 21 and 23 and the fuse intermediate electrode 17b as in this example, the solder in which the auxiliary electrodes 21 and 23 and the fuse intermediate electrode 17b are melted when the fuse element 25 is formed. Since the material can be retained, it is possible to reliably form the fuse element 25 by preventing separation of the solder material.
[0020]
Further, as shown in FIG. 3, the fuse element 25 is configured by laminating a lower solder material layer 27 and an upper solder material layer 29 formed directly on the lower solder material layer 27. The lower solder material layer 27 is a lead having a melting point (295 ° C.) higher than a peak temperature (250 ° C.) under reflow conditions when the chip-type fuse of this example is mounted on a circuit board by a reflow soldering method described later. It is formed using the 1st solder material containing. The upper solder material layer 29 is formed using a second solder material containing no Sn / Sb lead having a melting point (245 ° C.) lower than the peak temperature (250 ° C.). The method for forming the lower solder material layer 27 is described in detail in the aforementioned International Publication No. WO00 / 19472, and will not be repeated. As for the method of forming the upper solder material layer 29, after forming the lower solder material layer 27, the upper solder material layer 29 may be formed by overlapping the same method as that disclosed in International Publication No. WO00 / 19472. Good. Since the solder is compatible with each other, when the upper solder material layer 29 is formed, an electrode serving as an anchor is not particularly required. The difference between the melting point of the first solder material and the melting point of the second solder material is preferably 40 ° C. or higher. The ratio between the resistance value R1 of the lower solder material layer 27 and the resistance value R2 of the fuse element including the lower solder material layer 27 and the upper solder material layer 29 is 1: 8. The ratio of the resistance values R1 and R2 is preferably 1:17 to 1: 5. The most preferable is around 1: 8. The operation of the lower solder material layer 27 and the upper solder material layer 29 will be described in detail later. As the second solder material, Sn / Ag system and Sn / Cu system can be used in addition to Sn / Sb system. Of course, the concept of the structure of the fuse element of the present invention may be used for a conventional solder material containing lead.
[0021]
Three through holes 31 to 35 penetrating the chip-like substrate 1 in the thickness direction are formed at positions where the fuse elements 25 arranged on the chip-like substrate 1 are sandwiched in the width direction. When the through holes 31 to 35 are formed in this way, the heat generated from the heating element 45 is not easily dissipated to the outside of the through holes 31 to 35 and is collected at the center of the fuse element 25. The fuse element 25 can be melted by heat from the heating element 45.
[0022]
On the surface 1a of the chip-like substrate 1, an overcoat 36 is formed using an insulating material made of a glass material in a region excluding the soldering portions of the fuse elements 25 and the connection electrodes 15a. In FIG. 1, the overcoat 36 is drawn transparent for easy understanding.
[0023]
As shown in FIG. 2, on the back surface 1b of the chip-like substrate 1, back surface electrodes 37 to 43 are formed adjacent to the recesses 3 to 9, using the above-described metal glaze conductive paste. The back electrodes 37 and 41 adjacent to the recesses 3 and 7 constitute connection electrodes, respectively. The back surface electrode 43 adjacent to the recess 9 includes a connection electrode 43a, a pair of heating element electrodes 43b and 43c extending along the short side of the chip substrate 1, a connection electrode 43a and a pair of heating element electrodes 43b. And 43c are respectively connected to the connecting portions 43d and 43e. As a result, the pair of heating element electrodes 43b and 43c are electrically connected in common. The back electrode 39 adjacent to the recess 5 includes a connection electrode 39a and a heating element intermediate electrode 39b extending from the connection electrode 39a to the connection electrode 43a side of the back electrode 43. The heating element intermediate electrode 39b is located between the pair of heating element electrodes 43b and 43c.
[0024]
On the back surface 1b of the chip substrate 1, a rectangular heating element 45 is formed so as to straddle the pair of heating element electrodes 43b and 43c and the heating element intermediate electrode 39b. The heating element 45 is disposed at a position facing the fuse element 25 on the surface 1a with the chip substrate 1 interposed therebetween. Similarly to the fuse element 25, the heating element 45 is also composed of a pair of divided heating elements 45 A and 45 B by straddling the intermediate electrode 39 b for the heating element. The fuse element 25 is energized through the chip substrate 1. Generates heat for fusing. One divided heating element 45A is a portion between the heating element electrode 43b and the heating element intermediate electrode 39b of the heating element 45, and faces the divided fuse element 25B. The other divided heating element 45B is a portion between the heating element electrode 43c of the heating element 45 and the heating element intermediate electrode 39b, and faces the divided fuse element 25A. The heating element 45 is formed of a thermistor whose resistance value changes as the temperature rises. The type of the thermistor can be appropriately set according to the use environment and purpose. For example, when it is desired to prevent the heating element from being burned out under use conditions in which a constant voltage is applied to the heating element, it is preferable to use a positive temperature coefficient thermistor whose resistance value increases as the temperature rises. In order to shorten the fusing time of the fuse element, it is preferable to use a negative characteristic thermistor whose resistance value decreases as the temperature rises. When it is desired to prevent the heating element from being burned out under use conditions where a constant current is applied to the heating element, it is preferable to use a negative characteristic thermistor as the heating element. In order to shorten the fusing time of the fuse element, it is preferable to use a positive temperature coefficient thermistor as a heating element. As the negative characteristic thermistor, a material having a B constant of 3000 to 5000 can be used.
[0025]
An insulating coat 47 made of a glass material or a resin is formed on the back surface 1b of the chip-like substrate 1 so as to cover the region excluding the soldered portion of the back surface electrode 41, the pair of heating element electrodes 43b and 43c, and the heating element 45. Has been. In FIG. 2, the insulating coat 47 is drawn transparently for easy understanding.
[0026]
Although not shown in FIGS. 1 and 2, the connection electrodes 15a, 17a and 19a on the front surface 1a of the chip-like substrate 1 and the back surface 1b corresponding to the connection electrodes 15a, 17a and 19a. In order to connect each of the connection electrodes 37, 39, and 41, side electrodes 49 as shown in FIG. Here, the side electrode 49 will be described with reference to FIG. 3 showing an example of connection between the connection electrode 15 a and the connection electrode 37. As shown in FIG. 4, the side electrode 49 is formed on the outer surface connecting the front surface 1a and the back surface 1b of the chip-like substrate 1 by using the above-described metal glaze conductive paste. It overlaps partially on the electrode 15a for connection and the connection electrode 37 for the back electrode. When the side electrode 49 is formed in this manner, the thickness of the side electrode 49 tends to be thin at the corner of the chip-like substrate 1, and Joule heat is generated in this portion, and the fusing time of the fuse element 25 is long. There is a possibility. Therefore, in this example, the supplementary electrode 51 is formed so as to overlap the side electrode 49 and the connection electrode 15a, so that the portion of the side electrode 49 whose thickness is reduced is supplemented. The supplementary electrode 51 is also formed using a metal glaze conductive paste. By forming the side electrodes 49 in this way, the fuse intermediate electrode 17b and the heating element intermediate electrode 39b are electrically connected in common.
[0027]
Further, the four protrusions 53A, 53B, 55A, and 55B constituting the spacer means are formed on the back surface 1b of the chip substrate 1 in a dispersed state. The protrusions 53A and 53B have a rectangular shape and are formed outside the pair of heating element electrodes 43b and 43c, respectively. The protrusions 55A and 55B also have a rectangular shape, and are formed between the back electrode 41 and the back electrode 39 and between the back electrode 37 and the back electrode 39, respectively. These protrusions 53A are located at positions where the tips are farther from the chip-like substrate 1 than the surface of the insulating coat 47, and when the chip-type fuse is mounted on the circuit board, the insulating coat 47 A space for preventing substantial contact with the circuit board is formed. These protrusions 53A are formed of the same insulating material (glass material or resin) as the material for forming the insulating coat 47.
[0028]
The chip-type fuse of this example is passed through a furnace in which hot air is blown out in a state where it is mounted on a circuit board on which solder paste (solder paste) has been printed in advance at positions corresponding to the connecting electrodes 37, 39a, 41, 43a. The solder paste is melted and then mounted on the circuit board by a reflow soldering method in which the solder paste is solidified through a cooling process. In this example, the lower solder material layer 27 is made of a first solder material having a melting point (295 ° C.) higher than a peak temperature (250 ° C.) under reflow conditions when mounted on a circuit board by a reflow soldering method. Therefore, the fuse element 25 is not blown when mounted on the circuit board. At the time of mounting, the second solder material of the upper solder material layer 29 remains in a molten state continuously on the lower solder material layer 27 in a molten state.
[0029]
A circuit diagram of the chip-type fuse of this embodiment is as shown in FIG. In this chip-type fuse, the connection electrodes 37 and 41 are connected to a cut-off portion of a circuit to be protected, and the connection electrode 43a is connected to a location where an overvoltage of the circuit to be protected is to be detected. When an excessive voltage is applied from the connection electrode 43a to the pair of divided heating elements 45A and 45B, a current flows through at least one of the pair of divided fuse elements 25A and 25B. Then, when heat is generated from the divided resistors 45A and 45B, at least one of the pair of divided fuse elements 25A and 25B is blown to the melting temperature. When an excessive current flows between the connection electrode 37 and the connection electrode 39, at least one of the pair of divided fuse elements 25A and 25B is melted by the heat at that time, and the connection electrode 37 and the connection electrode 41 The circuit breaks between. As in this example, the lower solder material layer 27 formed using the first solder material having a high melting point and the lower solder material layer 27 using the second solder material having a low melting point. When the fuse element 25 is composed of the directly formed upper solder material layer 29, the second solder material having a low melting point is first melted by the heat transferred from the heating element 45 to the fuse element 25, and the upper solder material layer 29. Is melted, and then the first solder material is melted. At that time, both ends of the first solder material are pulled by the melted upper solder material layer 29, so that the lower solder material layer 27 is easily melted. Therefore, the lower solder material layer 27 having a high melting point can prevent the fuse element from being blown during reflow soldering, and the upper solder material layer 29 having a low melting point can suppress a delay in the fusing time.
[0030]
Next, 10 chip-type fuses of this example provided with a lower solder material layer 27 having a melting point of 295 ° C. and an upper solder material layer 29 having a melting point of 245 ° C., and a single layer structure having a melting point of 295 ° C. A voltage was applied to each of the 10 chip-type fuses of the comparative example having the solder material layers to supply 5 W of power, and the fusing time of each chip-type fuse was measured. The fuses used in this test all have a resistance value of 4 mΩ, and a normal resistor (4.1Ω) that is not a thermistor was used as the heating element. As a result of the measurement, the chip-type fuses of the comparative example did not blow out the fuse elements of the four chip-type fuses within 60 seconds, and all the blown chip-type fuses were blown in a time close to 60 seconds. On the other hand, in the chip type fuse of this example, the fuse element was blown out in any chip type fuse in an average of 29.3 seconds. Thereby, it turns out that the chip-type fuse of this example can shorten the fusing time.
[0031]
The fuse element of the present invention can also be applied to a chip-type fuse in which a component in which a heating element and a fuse element are arranged via an insulating layer is arranged on a chip-like substrate. In this case, a heating element is formed on the chip substrate, and an insulating layer such as insulating glass is formed on the heating element. Next, after forming the lower solder material layer on the insulating layer, the upper solder material layer may be formed to form the fuse element.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, a fuse element with a short fusing time can be obtained even when the melting point is increased. Also, it is possible to obtain a chip-type fuse that can prevent the fuse element from being blown at the time of reflow soldering with high peak temperature using lead-free solder, and can also be used for an electronic device that requires a relatively short fuse element blow time. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a chip type fuse according to an embodiment of the present invention, a part of which is omitted.
FIG. 2 is a bottom view of a chip type fuse according to an embodiment of the present invention, a part of which is omitted.
FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line III-III in FIG.
4 is a partial enlarged cross-sectional view showing the structure of a side electrode of the chip-type fuse of the embodiment of FIG. 1;
5 is a circuit diagram of the chip-type fuse of the embodiment of FIG. 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Chip substrate
15b, 19b A pair of fuse electrodes
17b Intermediate electrode for fuse
25 Fuse element
27 Lower solder material layer
29 Upper solder material layer
39b Intermediate electrode for heating element
43b, 43c A pair of heating element electrodes
45 Heating element

Claims

A fuse element that is formed using a solder material on an insulating material and is fused by heat transmitted from a heating element through the insulating material,
A lower solder material layer formed using a first solder material;
A fuse element comprising: an upper solder material layer formed directly on the lower solder material layer using a second solder material having a melting point lower than that of the first solder material.

A fuse element that is formed using a solder material on an insulating material and is fused by heat transmitted from a heating element through the insulating material,
A lower solder material layer formed using a first solder material containing lead;
A fuse comprising an upper solder material layer formed directly on the lower solder material layer using a second solder material that does not contain lead and has a melting point lower than that of the first solder material element.

3. The fuse element according to claim 1, wherein a difference between a melting point of the first solder material and a melting point of the second solder material is 40 ° C. or more.

A ceramic chip substrate;
A fuse element made of a solder material disposed on the chip-like substrate;
A chip-type fuse that is mounted on a circuit board by a reflow soldering method, and includes a heating element that generates heat for fusing the fuse element when energized by being disposed on the chip-like board. ,
The fuse element is
A lower solder material layer formed using a first solder material having a melting point higher than the peak temperature in the reflow conditions of the reflow soldering method;
A chip-type fuse comprising: an upper solder material layer formed directly on the lower solder material layer using a second solder material having a melting point lower than the peak temperature.

The fuse element is disposed on a surface of the chip-like substrate;
The heating element is disposed on the back surface of the chip substrate so as to face the fuse element with the chip substrate interposed therebetween,
The fuse element is formed across a pair of fuse electrodes and a fuse intermediate electrode disposed between the pair of fuse electrodes,
The heating element is formed across a pair of heating element electrodes and a heating element intermediate electrode disposed between the pair of heating element electrodes,
The fuse intermediate electrode and the heating element intermediate electrode are electrically connected in common,
The chip-type fuse according to claim 4, wherein the pair of heating element electrodes are electrically connected in common.

The peak temperature is 245 to 255 ° C .;
The melting point of the lower solder material layer is 290 to 300 ° C.,
The melting point of the upper solder material layer is 40 ° C. or more lower than the melting point of the lower solder material layer,
The ratio between the resistance value R1 of the lower solder material layer and the resistance value R2 of the fuse element obtained by combining the lower solder material layer and the upper solder material layer is from 1:17 to 1: 5. The chip-type fuse according to claim 4 or 5, characterized in that:

A chip-like substrate;
A heating element that generates heat when placed on the chip substrate and energized;
An insulating layer disposed on the heating element;
A chip-type fuse that is disposed on the insulating layer and is fused on the circuit board by a reflow soldering method, comprising a fuse element that is blown by the heat generated from the heating element,
The fuse element is
A lower solder material layer formed using a first solder material having a melting point higher than the peak temperature in the reflow conditions of the reflow soldering method;
A chip-type fuse comprising: an upper solder material layer formed directly on the lower solder material layer using a second solder material having a melting point lower than the peak temperature.

The chip-type fuse according to claim 4 or 7, wherein the heating element is formed of a positive temperature coefficient thermistor.

The chip-type fuse according to claim 4 or 7, wherein the heating element is formed of a negative characteristic thermistor.