JP4510858B2 - チップヒューズ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、チップヒューズ及びその製造方法に関し、さらに詳細には、高定格電流域における溶断特性が遅延タイプのチップヒューズ及びその製造方法に関する。
チップヒューズに関して既に開示されている技術を挙げるとすれば、本出願人による特許文献１に記載されたものがある。これは、絶縁基板上に接着層を介してヒューズ膜を設け、接着層におけるヒューズ膜の溶断部が重なる箇所に切欠き部が形成され、この切欠き部にシリコーン樹脂が充填され、この切欠き部はヒューズ膜の溶断部よりも大きく、ヒューズ膜を覆う保護層にエポキシ樹脂が使用されている。このような構造のチップヒューズは耐パルス性能には優れているが、切欠き部の構造が複雑であり製造工程が煩雑になり、歩留が低下するという問題がある。
他のチップヒューズに関する技術としては、特許文献２に、無機質の基板の一面に熱伝導性の低いシリコーン膜を形成し、このシリコーン膜の上にヒューズ素子を形成したチップヒューズが記載されている。また特許文献３には、絶縁性基板の上面に下地ガラス層を形成し、この下地ガラス層の上にヒューズエレメントを設けたチップヒューズが記載されている。これら特許文献２及び３は、いずれも、熱伝導率を低くして熱を蓄えて速断性を向上させようとするものである。
さらに、特許文献４には、絶縁層が絶縁性高分子中に高熱伝導性の無機物質を分散した組成物からなるヒューズ抵抗器が記載されている。これは、熱伝導率を高くして熱を放散させるものである。
チップヒューズに関し、上述のような技術が既に開示されている一方で、需要者の更なる要望として、高定格電流域における溶断特性が遅延タイプのチップヒューズがあるが、特許文献１乃至４に記載された技術では、これに応えることができない。
特開２００４−３１９１６８号公報
特開平１１−９６８８６号公報
特開２００４−３１９１９５号公報
特開平７−１５３３６７号公報
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、高定格電流域における定常時の保護膜最上層の表面温度の上昇が７５℃以下に抑制されて溶断特性が遅延タイプであり、しかも、比較的簡易な工程により製造することができるため歩留が良いチップヒューズ及びその製造方法を提供するものである。
本発明では、以下に記載する（１）乃至（４）の手段により、上記課題が解決される。
（１）本発明では、絶縁基板上に蓄熱層が形成され、蓄熱層の上には絶縁基板に接触しないようにヒューズ膜が形成され、当該ヒューズ膜は両端に配置される表電極部の間にヒューズ要素部を有し、前記蓄熱層よりも熱伝導性が高い材料からなる保護層が両表電極部間に設けられて前記ヒューズ要素部を被覆し、前記蓄熱層が、ヒューズ要素部の形成される領域の全てを覆わない大きさに形成されることにより、前記保護層が部分的に絶縁基板に接触するものであるチップヒューズが提供される。
（２）前記蓄熱層は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を主成分とする膜からなり、前記保護層は、フィラーとして無機物を含む樹脂材料からなることを特徴とする前記（１）に記載のチップヒューズ。
（３）絶縁基板上に蓄熱層が形成され、蓄熱層の上にヒューズ膜が形成され、ヒューズ膜は両端に配置される表電極部の間にヒューズ要素部を有し、ヒューズ要素部が保護層により被覆されるチップヒューズの製造方法であって、集合絶縁基板上においてヒューズ要素部を形成するための領域の全てを覆わない大きさに蓄熱層を形成する工程と、絶縁基板に接触しないように、蓄熱層の上に該蓄熱層よりも若干小さく、ほぼ同じ形状のヒューズ膜を形成するとともに、表電極部の間にヒューズ要素部を形成する工程と、前記蓄熱層よりも熱伝導性が高い材料からなる保護層を前記両表電極部間に設けてヒューズ要素部を被覆する工程とを含むことにより、前記ヒューズ要素部の溶断を遅延させることを特徴とするチップヒューズの製造方法。
本発明では、ヒューズ膜が絶縁基板に接触しないように蓄熱層の上に形成され、蓄熱層は、ヒューズ要素部が形成される絶縁基板上の全ての領域を覆わない大きさに形成され、ヒューズ要素部を被覆する保護層が部分的に絶縁基板に接触し、保護層は蓄熱層よりも熱伝導性が高い材料から形成される。
したがって、チップヒューズに通電してヒューズ要素部の温度が上昇すると、その熱は下方に伝わり蓄熱層に蓄えられる一方で、上方に伝わった熱は保護層を介して絶縁基板から放熱され、これにより、発熱量が比較的大きくなる高定格電流域において、温度上昇を抑制することができ、且つ、ヒューズ要素部の溶断を遅延させることが可能になる。
また本発明では、蓄熱層、ヒューズ膜及び保護層の何れの層も、特許文献１の切欠き部のように製造工程を煩雑にする構成を必要とせず、感光基を有する樹脂材料を主成分とするシート材料を絶縁基板上に貼り付け、シート材料にフォトマスクを介して露光した後に、シート材料の所定部を除去して蓄熱層を形成するので、蓄熱層の配置や平面形状の寸法精度が向上する。また蓄熱層の材料として使用する、樹脂材料を主成分とするシート材料は、その厚さが均一性に富むものであるため、蓄熱層の厚さの寸法精度も向上する。
以上のように、蓄熱層の厚さ、形状及び配置の寸法精度が向上することにより、チップヒューズの製造時における良好な歩留が可能になる。
したがって、チップヒューズに通電してヒューズ要素部の温度が上昇すると、その熱は下方に伝わり蓄熱層に蓄えられる一方で、上方に伝わった熱は保護層を介して絶縁基板から放熱され、これにより、発熱量が比較的大きくなる高定格電流域において、温度上昇を抑制することができ、且つ、ヒューズ要素部の溶断を遅延させることが可能になる。
また本発明では、蓄熱層、ヒューズ膜及び保護層の何れの層も、特許文献１の切欠き部のように製造工程を煩雑にする構成を必要とせず、感光基を有する樹脂材料を主成分とするシート材料を絶縁基板上に貼り付け、シート材料にフォトマスクを介して露光した後に、シート材料の所定部を除去して蓄熱層を形成するので、蓄熱層の配置や平面形状の寸法精度が向上する。また蓄熱層の材料として使用する、樹脂材料を主成分とするシート材料は、その厚さが均一性に富むものであるため、蓄熱層の厚さの寸法精度も向上する。
以上のように、蓄熱層の厚さ、形状及び配置の寸法精度が向上することにより、チップヒューズの製造時における良好な歩留が可能になる。
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が、本発明はこれに限定されるものではない。
図１（ａ）〜（ｆ）は本発明のチップヒューズ１０を製造する工程を示した平面図であり、図２は図１（ｆ）のＡ−Ａ線におけるチップヒューズ１０の断面図である。
チップヒューズ１０は、絶縁基板１１の上に蓄熱層１２が形成され、蓄熱層１２の上にヒューズ膜１３が設けられ、ヒューズ膜１３は、両端に配置された表電極部１３ａと、これら両端の表電極部１３ａを接続するヒューズ要素部１３ｂとを有し、ヒューズ要素部１３ｂの上にはＮｉとＳｎめっき膜またはＳｎめっき膜が形成され、このめっき膜が溶断部１４となる。さらに、ヒューズ要素部１３ｂの上には、蓄熱層１２よりも熱伝導性が高い材料からなる第一の保護層１５が設けられ、第一の保護層１５の上に第二の保護層１６が形成され、絶縁基板１１の裏側の両端に裏電極１７が設けられ、絶縁基板１１の両端面に端面電極１８が設けられ、電極めっき膜１９が表電極１３ａ、端面電極１８及び裏電極１７を覆うように設けられる。
図１（ａ）〜（ｆ）は本発明のチップヒューズ１０を製造する工程を示した平面図であり、図２は図１（ｆ）のＡ−Ａ線におけるチップヒューズ１０の断面図である。
チップヒューズ１０は、絶縁基板１１の上に蓄熱層１２が形成され、蓄熱層１２の上にヒューズ膜１３が設けられ、ヒューズ膜１３は、両端に配置された表電極部１３ａと、これら両端の表電極部１３ａを接続するヒューズ要素部１３ｂとを有し、ヒューズ要素部１３ｂの上にはＮｉとＳｎめっき膜またはＳｎめっき膜が形成され、このめっき膜が溶断部１４となる。さらに、ヒューズ要素部１３ｂの上には、蓄熱層１２よりも熱伝導性が高い材料からなる第一の保護層１５が設けられ、第一の保護層１５の上に第二の保護層１６が形成され、絶縁基板１１の裏側の両端に裏電極１７が設けられ、絶縁基板１１の両端面に端面電極１８が設けられ、電極めっき膜１９が表電極１３ａ、端面電極１８及び裏電極１７を覆うように設けられる。
ここで、蓄熱層１２はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を主成分とする膜から形成することが可能であり、第一の保護層１５は、例えば、珪酸アルミを含有するエポキシ樹脂のように、フィラーとして無機物を含む樹脂材料から形成することができる。以上のような構成により、例えば、蓄熱層１２は熱伝導率をほぼ０.０５Ｗ／ｍ℃程度とし、第一の保護層１５は、蓄熱層１２よりも高いほぼ０.１Ｗ／ｍ℃程度の熱伝導率にすることができる。
ヒューズ要素部１３ｂは、図１（ｂ）に示したように、両端の表電極部１３ａを接続するように比較的狭い幅で形成され、蓄熱層１２は、ヒューズ膜１３が絶縁基板１１に接触しないように、ヒューズ膜１３よりも若干大きく、ほぼ同じ形状に形成されるか、または同じ大きさで同じ形状に形成される。
このように蓄熱層１２とヒューズ膜１３が重ね合わされることにより、絶縁基板１１における両端の表電極部１３ａで挟まれた領域１１ａ（ヒューズ要素部の形成される領域）には、蓄熱層１２とヒューズ膜１３の何れによっても覆われていない面が生じ、この面上を、図１（ｄ）のように第一の保護層１５で被覆することで、第一の保護層１５はヒューズ要素部１３ｂと絶縁基板１１の両方に接触するものとなる。
このように蓄熱層１２とヒューズ膜１３が重ね合わされることにより、絶縁基板１１における両端の表電極部１３ａで挟まれた領域１１ａ（ヒューズ要素部の形成される領域）には、蓄熱層１２とヒューズ膜１３の何れによっても覆われていない面が生じ、この面上を、図１（ｄ）のように第一の保護層１５で被覆することで、第一の保護層１５はヒューズ要素部１３ｂと絶縁基板１１の両方に接触するものとなる。
以上のような構成により、チップヒューズ１０が通電されてヒューズ要素部１３ｂに熱が発生すると、その熱は下方に伝わり蓄熱層１２に蓄えられる一方で、上方に伝わった熱は第一の保護層１５を介して絶縁基板１１から放熱され、これにより、高定格電流域においても、定常時の温度上昇を抑制することができ、且つ、ヒューズ要素部１３ｂの溶断を遅延させることが可能になる。
次に、チップヒューズ１０の製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。
チップヒューズを製造するための集合絶縁基板としては、例えば、アルミナの純度が９６％程度のアルミナ基板を使用することができる。この集合絶縁基板上に複数層にわたり各構成が形成されるとともに、縦方向、横方向に切断されることにより、チップヒューズは製造されるものであるが、図１（ａ）〜（ｆ）では、製造過程における集合絶縁基板上の一区画、すなわち、一つのチップヒューズの平面図が示される。
チップヒューズを製造するための集合絶縁基板としては、例えば、アルミナの純度が９６％程度のアルミナ基板を使用することができる。この集合絶縁基板上に複数層にわたり各構成が形成されるとともに、縦方向、横方向に切断されることにより、チップヒューズは製造されるものであるが、図１（ａ）〜（ｆ）では、製造過程における集合絶縁基板上の一区画、すなわち、一つのチップヒューズの平面図が示される。
［集合絶縁基板の溝刻設工程］
最初に、レーザー等の手段により集合絶縁基板（図示せず）に切断用の溝（図示せず）を刻設する。集合絶縁基板には、予め切断用の溝が形成されたものもあり、その場合には、溝の刻設工程は省かれる。
最初に、レーザー等の手段により集合絶縁基板（図示せず）に切断用の溝（図示せず）を刻設する。集合絶縁基板には、予め切断用の溝が形成されたものもあり、その場合には、溝の刻設工程は省かれる。
［蓄熱層の形成工程］
蓄熱層１２を形成するため、絶縁基板１１上にシート状材料を貼る。シート状材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及び感光基を含み、厚さ３０μ程度に形成されたＢ状態のものを使用することができる。貼り付け工程を、所定温度、所定圧力で行うことにより、シート状材料は接着後に厚さ２５μ程度になる。蓄熱層１２を更に厚くする場合には、同様のシート状材料を同様の条件で貼り重ねる。
次に、シート状材料の上にフォトマスクを介して露光した後、炭酸ナトリウム溶液をスプレーにより吹き付けることにより、シート状材料は、図１（ａ）に示したような形状に形成され、絶縁基板上には蓄熱層１２で被覆されていない領域１１ａが形成される。
以上のように蓄熱層１２を形成すれば、その熱伝導率をほぼ０.０５Ｗ／ｍ℃程度にできる。また上述のように、シート状材料として感光基を含むものを使用すれば、蓄熱層１２の寸法精度が高まり、蓄熱層１２の上に形成する第一の保護膜１５と絶縁基板１１との接触面積が高精度化し、溶断特性のばらつきを低減することができる。
蓄熱層１２を形成するため、絶縁基板１１上にシート状材料を貼る。シート状材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及び感光基を含み、厚さ３０μ程度に形成されたＢ状態のものを使用することができる。貼り付け工程を、所定温度、所定圧力で行うことにより、シート状材料は接着後に厚さ２５μ程度になる。蓄熱層１２を更に厚くする場合には、同様のシート状材料を同様の条件で貼り重ねる。
次に、シート状材料の上にフォトマスクを介して露光した後、炭酸ナトリウム溶液をスプレーにより吹き付けることにより、シート状材料は、図１（ａ）に示したような形状に形成され、絶縁基板上には蓄熱層１２で被覆されていない領域１１ａが形成される。
以上のように蓄熱層１２を形成すれば、その熱伝導率をほぼ０.０５Ｗ／ｍ℃程度にできる。また上述のように、シート状材料として感光基を含むものを使用すれば、蓄熱層１２の寸法精度が高まり、蓄熱層１２の上に形成する第一の保護膜１５と絶縁基板１１との接触面積が高精度化し、溶断特性のばらつきを低減することができる。
［ヒューズ膜の形成工程］
蓄熱層１２を形成した絶縁基板１１上に電解銅箔を貼り付ける。この貼り付け工程は、常温よりも高い温度で所定圧力を所定時間加えることにより行われる。次に、電解銅箔の上にネガタイプのドライフィルムを貼るか、又は液状のレジストを塗布し、その上からフォトマスクを介して露光した後、電解銅箔をエッチングしてドライフィルム又は液状レジストを剥離させる。
以上のような工程により、ヒューズ膜１３が図１（ｂ）に示したように形成される。ヒューズ膜１３は蓄熱層１２よりも若干小さく、ほぼ同じ形状であり、絶縁基板１１に接触せず、絶縁基板１１上の領域１１ａは蓄熱層１２とヒューズ膜１３の何れによっても被覆されない状態で維持される。
蓄熱層１２を形成した絶縁基板１１上に電解銅箔を貼り付ける。この貼り付け工程は、常温よりも高い温度で所定圧力を所定時間加えることにより行われる。次に、電解銅箔の上にネガタイプのドライフィルムを貼るか、又は液状のレジストを塗布し、その上からフォトマスクを介して露光した後、電解銅箔をエッチングしてドライフィルム又は液状レジストを剥離させる。
以上のような工程により、ヒューズ膜１３が図１（ｂ）に示したように形成される。ヒューズ膜１３は蓄熱層１２よりも若干小さく、ほぼ同じ形状であり、絶縁基板１１に接触せず、絶縁基板１１上の領域１１ａは蓄熱層１２とヒューズ膜１３の何れによっても被覆されない状態で維持される。
［ヒューズ膜溶断部の形成工程］
ヒューズ要素部１３ｂのほぼ中央部には、電気めっき法により、ＮｉとＳｎめっき膜またはＳｎめっき膜を設けることで、図１（ｃ）に示したような溶断部１４を形成し、これによりヒューズ膜１３の溶断特性にＭ効果を得る。
ヒューズ要素部１３ｂのほぼ中央部には、電気めっき法により、ＮｉとＳｎめっき膜またはＳｎめっき膜を設けることで、図１（ｃ）に示したような溶断部１４を形成し、これによりヒューズ膜１３の溶断特性にＭ効果を得る。
［保護層の形成工程］
絶縁基板１１上において、蓄熱層１２及びヒューズ膜１３で被覆されていない領域１１ａへの熱伝導率を高めるため、図１（ｄ）に示したように、第一の保護層１５を形成する。第一保護膜１５は、ヒューズ要素部１３ｂに生じた熱を絶縁基板１１へと伝えて放熱させるものである。
さらに詳細に説明すれば、第一の保護層１５は、熱伝導率がほぼ０.０５Ｗ／ｍ℃程度
である蓄熱層１２と比較して、これよりも高いほぼ０.１Ｗ／ｍ℃程度の熱伝導率になる
ように、熱伝導性の高い材料から形成する。そのような材料としては、例えば、エポキシ樹脂のなかに、珪酸アルミ、窒化アルミ、アルミナ等の無機フィラーが分散された材料を挙げることができる。その材料に含まれる無機フィラーの含有率は２０％〜５０％程度が適切である。その含有率が２０％以下であれば、スクリーン印刷性が低下し、特に滲みという不具合が発生する。さらに、それを適用したチップヒューズは表面温度が７５℃以下という前記規定値より高くなる問題が発生する。また、５０％以上であってもスクリーン印刷性が低下し、特に、擦れという不具合が発生する。さらに、それを適用したチップヒューズは溶断特性が所定の目標値を満足することができない。
第一の保護層１５を形成した後、その上に感光性ソルダーレジストを設け、エポキシ系樹脂材料により、図１（ｅ）のように第二の保護層１６を形成する。
絶縁基板１１上において、蓄熱層１２及びヒューズ膜１３で被覆されていない領域１１ａへの熱伝導率を高めるため、図１（ｄ）に示したように、第一の保護層１５を形成する。第一保護膜１５は、ヒューズ要素部１３ｂに生じた熱を絶縁基板１１へと伝えて放熱させるものである。
さらに詳細に説明すれば、第一の保護層１５は、熱伝導率がほぼ０.０５Ｗ／ｍ℃程度
である蓄熱層１２と比較して、これよりも高いほぼ０.１Ｗ／ｍ℃程度の熱伝導率になる
ように、熱伝導性の高い材料から形成する。そのような材料としては、例えば、エポキシ樹脂のなかに、珪酸アルミ、窒化アルミ、アルミナ等の無機フィラーが分散された材料を挙げることができる。その材料に含まれる無機フィラーの含有率は２０％〜５０％程度が適切である。その含有率が２０％以下であれば、スクリーン印刷性が低下し、特に滲みという不具合が発生する。さらに、それを適用したチップヒューズは表面温度が７５℃以下という前記規定値より高くなる問題が発生する。また、５０％以上であってもスクリーン印刷性が低下し、特に、擦れという不具合が発生する。さらに、それを適用したチップヒューズは溶断特性が所定の目標値を満足することができない。
第一の保護層１５を形成した後、その上に感光性ソルダーレジストを設け、エポキシ系樹脂材料により、図１（ｅ）のように第二の保護層１６を形成する。
［裏電極、端面電極等の形成工程］
第一及び第二の保護層１５，１６を形成した後に、絶縁基板１１の裏側にスクリーン印刷法で銀ペーストを塗布して焼き付け、裏電極１７を形成する。次に、集合絶縁基板を縦溝に沿って切断して短冊状の基板を形成し、この短冊状基板の長辺方向の側面に銀ペーストを塗布して焼き付けること、またはスパッタ法により、Ｃｒ膜とＮｉ膜を製膜すること
により端面電極１８を形成する。さらに、短冊状の基板を横溝に沿って切断し、一個ずつのチップとし、バレルめっき法によりダミーとともに籠に入れ、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜及びＳｎ膜からなる電極めっき膜１９を形成すれば、図１（ｆ）に示したように、本発明のチップヒューズ１０が完成する。
第一及び第二の保護層１５，１６を形成した後に、絶縁基板１１の裏側にスクリーン印刷法で銀ペーストを塗布して焼き付け、裏電極１７を形成する。次に、集合絶縁基板を縦溝に沿って切断して短冊状の基板を形成し、この短冊状基板の長辺方向の側面に銀ペーストを塗布して焼き付けること、またはスパッタ法により、Ｃｒ膜とＮｉ膜を製膜すること
により端面電極１８を形成する。さらに、短冊状の基板を横溝に沿って切断し、一個ずつのチップとし、バレルめっき法によりダミーとともに籠に入れ、Ｃｕ膜、Ｎｉ膜及びＳｎ膜からなる電極めっき膜１９を形成すれば、図１（ｆ）に示したように、本発明のチップヒューズ１０が完成する。
次に、図３は、本発明による定格電流５Ａのチップヒューズと、特許文献１の発明による定格電流５Ａのチップヒューズとの溶断特性を比較したグラフである。本発明と従来例とを比較すると、本発明のチップヒューズでは、特許文献１のチップヒューズよりも、溶断時間を１０倍以上遅延させることが可能になる。
１０ 絶縁基板
１１ 絶縁基板
１２ 蓄熱層
１３ ヒューズ膜
１３ａ 表電極部
１３ｂ ヒューズ要素部
１４ 溶断部
１５ 第一の保護層
１１ 絶縁基板
１２ 蓄熱層
１３ ヒューズ膜
１３ａ 表電極部
１３ｂ ヒューズ要素部
１４ 溶断部
１５ 第一の保護層
Claims (3)
- 絶縁基板上に蓄熱層が形成され、蓄熱層の上には絶縁基板に接触しないようにヒューズ膜が形成され、当該ヒューズ膜は両端に配置される表電極部の間にヒューズ要素部を有し、
前記蓄熱層よりも熱伝導性が高い材料からなる保護層が両表電極部間に設けられて前記ヒューズ要素部を被覆し、前記蓄熱層が、ヒューズ要素部の形成される領域の全てを覆わない大きさに形成されることにより、前記保護層が部分的に絶縁基板に接触するものであるチップヒューズ。 - 前記蓄熱層は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を主成分とする膜からなり、前記保護層は、フィラーとして無機物を含む樹脂材料からなることを特徴とする請求項１に記載のチップヒューズ。
- 絶縁基板上に蓄熱層が形成され、蓄熱層の上にヒューズ膜が形成され、ヒューズ膜は両端に配置される表電極部の間にヒューズ要素部を有し、ヒューズ要素部が保護層により被覆されるチップヒューズの製造方法であって、
集合絶縁基板上においてヒューズ要素部を形成するための領域の全てを覆わない大きさに蓄熱層を形成する工程と、絶縁基板に接触しないように、蓄熱層の上に該蓄熱層よりも若干小さく、ほぼ同じ形状のヒューズ膜を形成するとともに、表電極部の間にヒューズ要素部を形成する工程と、前記蓄熱層よりも熱伝導性が高い材料からなる保護層を前記両表電極部間に設けてヒューズ要素部を被覆する工程とを含むことにより、前記ヒューズ要素部の溶断を遅延させることを特徴とするチップヒューズの製造方法。
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