JP4632358B2 - チップ型ヒューズ - Google Patents

Description

本発明は、過電流による回路破壊を防止するため各種電子機器に使用されるチップ型ヒューズに関する。

電子機器に故障等で生じた過電流の流入により回路破壊が発生することを防止するためにヒューズが用いられているが、近年、装置の小型化に伴って配線板等に表面実装が容易で量産性に優れたチップ型ヒューズが採用されるようになってきた。
従来、例えば特許文献１には、ヒューズ膜の溶断部下にシリコーン系樹脂が充填されていると共に、ヒューズ膜をエポキシ系樹脂の保護膜で覆ったチップヒューズが提案されている。このチップヒューズでは、図６に示すように、Ｃｕ（銅）箔のヒューズ膜であるＣｕ層１００上にＳｎ（錫）膜１０１を形成し、Ｃｕ層１００へのＳｎの拡散を防止するために、Ｓｎ膜１０１形成前に、Ｃｕ層１００上にバリア層としてＮｉ（ニッケル）膜１０２をＳｎ膜１０１と同じ形成領域にパターン形成することで、溶断特性の調整を行う技術が記載されている。

特開２００４−３１９１６８号公報（段落番号００１０、図１）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１では、ヒューズ膜であるＣｕ層上に、Ｓｎ膜の形成領域と同じ領域にバリア層としてＮｉ膜をパターン形成しているが、バリア層であるＮｉ層が液状化する前にＳｎ膜が液状化した場合、ＳｎがＮｉ膜の端の部分からＣｕ層上に流れ出るおそれがあり、直接ＳｎがＣｕ層に接触してヒューズ毎に溶断時間等の溶断特性がばらつく不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、より溶断特性が安定し、歩留まりが向上するチップ型ヒューズを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のチップ型ヒューズは、絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に形成された一対の電極と、前記絶縁基板の上面に形成され前記一対の電極に両端が接続された金属のヒューズ部と、を備え、前記ヒューズ部が、前記一対の電極に両端が接続された第１金属層と、前記第１金属層の所定の中間部分にバリア金属層を介して積層され前記第１金属層及び前記バリア金属層よりも低融点な金属で形成された第２金属層と、を備え、前記バリア金属層が、前記第２金属層の形成領域よりも広い領域で形成されていることを特徴とする。

このチップ型ヒューズでは、バリア金属層が、第２金属層の形成領域よりも広い領域で形成されているので、第２金属層が液状化して形成領域から流れ出ても第１金属層に直接接触することを抑制することができる。

また、本発明のチップ型ヒューズは、前記バリア金属層が、前記第１金属層の全体を覆って形成されていることを特徴とする。すなわち、このチップ型ヒューズでは、バリア金属層が第１金属層の全体を覆って形成されているので、第２金属層が液状化して形成領域から大幅に流れ出ても第１金属層に直接接触することを防ぐことができる。

また、本発明のチップ型ヒューズは、前記バリア金属層が、第２金属層よりも低抵抗かつ高融点な金属で形成されていることを特徴とする。すなわち、このチップ型ヒューズでは、広いエリアに形成されたバリア金属層が第２金属層よりも低抵抗かつ高融点な金属で構成されているので、ヒューズ部全体の抵抗値を下げることができる。特に、バリア金属層が第１金属層の全体を覆って形成された場合は、ヒューズ部全体の抵抗値をより効果的に低減させることができる。

また、本発明のチップ型ヒューズは、前記第２金属層が、Ｓｎで形成され、前記バリア金属層が、Ａｇで形成されていることを特徴とする。すなわち、このチップ型ヒューズでは、第２金属層のＳｎよりも大幅に抵抗の低いＡｇでバリア金属層を形成しているので、ヒューズ部全体の抵抗値を顕著に低下させることができる。また、Ａｇは、従来のＮｉに比べてＳｎの拡散速度が大幅に速く、バリア金属層の構成金属として採用することにより速断性に優れるという利点がある。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るチップ型ヒューズによれば、バリア金属層が、第２金属層の形成領域よりも広い領域で形成されているので、第２金属層が液状化して形成領域から流れ出ても第１金属層に直接接触することを防ぐことができる。したがって、本発明によれば、安定した溶断時間が得られ、歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明に係るチップ型ヒューズの一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。

本実施形態のチップ型ヒューズは、図１に示すように、絶縁基板１と、絶縁基板１の両端部に形成された一対の端面電極２と、絶縁基板１の上面に形成され一対の端面電極２に両端が接続された金属のヒューズ部４と、を備えている。なお、図１は、本実施形態のチップ型ヒューズの全体断面図であるが、ヒューズ部においてはヒューズ部に沿った断面を示している。
上記絶縁基板１は、絶縁性及び耐熱性が良好なアルミナセラミックス基板、ガラス基板又は樹脂基板等である。この絶縁基板１の裏面には、Ａｇ（銀）系樹脂（Ａｇペースト等）で形成された一対の裏面電極３が両端に設けられている。

上記ヒューズ部４は、一対の端面電極２に両端が接続され銅箔で形成されたＣｕ層（第１金属層）５ａ及びＡｇめっきによるバリア金属層５ｂからなる第１エレメント５と、第１エレメント５の溶断部となる所定の中間部分に積層され第１エレメント５（Ｃｕ層５ａ及びバリア金属層５ｂ）よりも低融点な金属で形成された第２エレメント（第２金属層）６と、を備えている。すなわち、この第２エレメント６を構成する金属材料は、第１エレメント５の金属材料よりも融点が低く、第１エレメント５の金属材料と合金化することで、第１エレメント５の融点を下げるものが選択される。したがって、過電流が印加された場合、この第２エレメント６の形成箇所が溶断の主要部となる。なお、バリア金属層５ｂは、第２エレメント６の構成金属がＣｕ層５ａに拡散することを抑制する金属層として機能し、バリア金属層５ｂをＣｕ層５ａと第２エレメント６との間に形成しておくことで、速断性等の溶断特性を調整することができる。

上記第１エレメント５は、絶縁基板１上に、例えばエポキシ系樹脂シート、アクリル系樹脂シート又はシリコーン系樹脂シート等の接着シート７を介して設けられている。なお、第１エレメント５は、所望の溶断特性に合わせて厚さやパターン形状が決定される。また、第１エレメント５の両端には、端面電極２と接続された表面電極５ｃがパターン形成されている。

また、バリア金属層５ｂは、第２エレメント６よりも低抵抗な金属で形成されている。すなわち、本実施形態では、第２エレメント６がＳｎ（錫）で形成され、バリア金属層５ｂがＡｇで形成されている。
また、バリア金属層５ｂは、第２エレメント６の形成領域よりも広い領域で形成されている。すなわち、本実施形態では、バリア金属層５ｂが、ヒューズ部４となるＣｕ層５ａの全体を覆って形成されている。
なお、本実施形態では、Ｃｕ層５ａを１μｍ〜１８μｍ、バリア金属層５ｂを０．１μｍ〜３μｍ、第２エレメント６を６μｍの厚さに設定している。

上記接着シート７には、第１エレメント５の溶断部となる所定の中間部分が重なる領域に円形の切り欠き部７ａが形成されている。この切り欠き部７ａには、所定の耐熱性及び柔軟性を備えた下部樹脂８が充填されている。すなわち、下部樹脂８は、第１エレメント５の下部に接して配されている。さらに、第１エレメント５及び第２エレメント６上には、これらを覆うように上部樹脂９が形成されている。

下部樹脂８は、シリコーン系樹脂で形成され、上部樹脂９は、エポキシ系樹脂で形成されている。なお、上部樹脂９を、耐燃性、耐熱性及び熱伝導性に優れた珪酸をフィラーとして含有したエポキシ系樹脂や機械的強度や耐熱性に優れたアルミナをフィラーとして含有したエポキシ系樹脂で形成しても構わない。

また、上部樹脂９及び第１エレメント５上には、これらを覆うようにフィラー含有エポキシ系樹脂等の保護用樹脂１０が設けられている。
上記端面電極２は、導電性樹脂ペースト又はスパッタにより形成され、本実施形態では、Ａｇ系樹脂（Ａｇペースト等）で形成されている。また、端面電極２及び裏面電極３上には、これらを覆うようにＣｕ、Ｎｉ又はＳｎ等で端面電極メッキ部１１が形成されている。

次に、本実施形態のチップ型ヒューズの製造方法について、図２から図３を参照して説明する。

まず、図２の（ａ）に示すように、絶縁基板１上に、切り欠き部７ａを予め形成した接着シート７をラミネート方式により貼り付ける。なお、予め切り欠き部７ａを形成せず、接着シート７を貼り付けた後に、切り欠き部７ａを形成しても構わない。次に、図２の（ｂ）に示すように、スクリーン印刷又はポッティングにより、切り欠き部７ａ内に、シリコーン系樹脂である下部樹脂８を充填する。

そして、図２の（ｃ）に示すように、銅箔を接着シート７上にラミネート方式で貼り合わせ、さらに熱圧着することでＣｕ層５ａを形成する。なお、スパッタ等の薄膜プロセスを用いてＣｕ層５ａを形成しても構わない。次に、図２の（ｄ）に示すように、所望の溶断特性に合わせてフォトリソグラフィ技術によるパターンエッチングを施し、絶縁基板１の両端に位置する一対の表面電極５ｃを形成すると共に、表面電極５ｃを連結する所望の形状にＣｕ層５ａをパターン形成する。このとき、Ｃｕ層５ａを、切り欠き部７ａ上、すなわち下部樹脂８上の範囲内となるようにパターニングする。

次に、図３の（ａ）に示すように、表面電極５ｃ及びＣｕ層５ａの上に、Ａｇめっきによりバリア金属層５ｂを形成する。この際、バリア金属層５ｂを、次工程で積層する第２エレメント６の形成領域よりも広い領域、すなわち、本実施形態では、ヒューズ部４となるＣｕ層５ａの全体を覆って形成されている。このようにして、Ｃｕ層５ａとバリア金属層５ｂとで第１エレメント５が構成される。さらに、図３の（ｂ）及び図４に示すように、第１エレメント５において溶断部となる所定の中間部分に、Ｓｎめっきにより第２エレメント６をパターニングして積層する。この際、上述したように、第２エレメント６の形成領域は、上記バリア金属層５ｂの形成領域より狭く設定される。
このように、第１エレメント５及び第２エレメント６によりヒューズ部４が構成される。

次に、図３の（ｃ）に示すように、ヒューズ部４上に、これを覆うようにスクリーン印刷等によりエポキシ系樹脂の上部樹脂９を形成し、さらに、その上にスクリーン印刷等によりフィラー含有エポキシ系樹脂等の保護用樹脂１０を形成する。そして、保護用樹脂１０形成後に、絶縁基板１の裏面に一対の裏面電極３を導電性樹脂の印刷硬化等によりパターン形成する。なお、第１エレメント５の形成前に裏面電極３を形成する場合は、メタルグレーズ系ペーストや金属有機物ペーストの印刷焼成等で形成することもできる。なお、ここまでの工程は、絶縁基板１を複数のチップ状に分割する以前の１枚の平板状態で複数を一括して処理する。

そして、平板状態の絶縁基板１を短冊状に一次分割し、その絶縁基板１の端面に、Ａｇペーストの端面電極２を形成する。さらに、端面電極２及び裏面電極３上に、図３の（ｄ）に示すように、これらを覆うようにＣｕ、Ｎｉ又はＳｎめっき等で端面電極メッキ部１１を形成することで、本実施形態のチップ型ヒューズが作製される。

本実施形態のチップ型ヒューズでは、バリア金属層５ｂが、第２エレメント６の形成領域よりも広い領域で形成されているので、第２エレメント６が液状化して形成領域から流れ出てもＣｕ層５ａに直接接触することを抑制することができる。特に、バリア金属層５ｂがＣｕ層５ｂの全体を覆って形成されているので、第２エレメント６が液状化して形成領域から大幅に流れ出てもＣｕ層５ｂに直接接触することを防ぐことができる。

また、広いエリアに形成されたバリア金属層５ｂが、第２エレメント６を構成するＳｎよりも高融点かつ大幅に低抵抗な金属であるＡｇで構成されているので、ヒューズ部４全体の抵抗値を大きく下げることができる。特に、バリア金属層５ｂがＣｕ層５ａの全体を覆って形成されているので、ヒューズ部４全体の抵抗値をより効果的に低減させることができる。
また、Ａｇは、Ｓｎの拡散速度を示す図５のグラフからわかるように、従来のＮｉに比べてＳｎの拡散速度が大幅に速く、バリア金属層５ｂの構成金属として採用することにより速断性に優れるという利点がある。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

上記実施形態では、バリア金属層５ｂの構成金属として、Ａｇを採用しているが、第２エレメント６の構成金属であるＳｎよりも低抵抗な金属なら他の金属でも構わない。例えば、バリア金属層５ｂの構成金属として、Ｚｎ（亜鉛）、Ａｕ（金）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）等でも構わない。なお、上記構成金属のうちＺｎは、図５に示すように、Ｓｎの拡散速度が速く、Ａｇと同様に、バリア金属層５ｂの構成金属として採用することにより速断性に優れるという利点を有する。また、Ｓｎではなく、Ｐｂ−Ｓｎ（ハンダ）を第２エレメント６の構成金属に用いても構わない。

本発明に係る一実施形態のチップ型ヒューズを示す断面図である。 本実施形態のチップ型ヒューズの製造工程について、接着シートの貼り付けからＣｕ層のパターンエッチングまでを工程順に示す斜視図である。 本実施形態のチップ型ヒューズの製造工程について、銀層（バリア金属層）の形成から端面電極メッキ部の形成までを工程順に示す斜視図である。 本実施形態のチップ型ヒューズについて、ヒューズ部に沿った要部の拡大断面図である。 温度を横軸にしたＮｉ、Ａｇ及びＺｎに対するＳｎの拡散速度を示すグラフである。 本発明に係る従来例について、ヒューズ部（ヒューズ膜）に沿った要部の拡大断面図である。

符号の説明

１…絶縁基板、２…端面電極、３…裏面電極、４…ヒューズ部、５…第１エレメント、５ａ…Ｃｕ層（第１金属層）、５ｂ…バリア金属層、５ｃ…表面電極、６…第２エレメント（第２金属層）、８…下部樹脂、９…上部樹脂、１１…端面電極メッキ部

Claims (4)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の両端部に形成された一対の電極と、
   前記絶縁基板の上面に形成され前記一対の電極に両端が接続された金属のヒューズ部と、を備え、
   前記ヒューズ部が、前記一対の電極に両端が接続された第１金属層と、
   前記第１金属層の所定の中間部分にバリア金属層を介して積層され前記第１金属層及び前記バリア金属層よりも低融点な金属で形成された第２金属層と、を備え、
   前記バリア金属層が、一対の前記電極間の前記ヒューズ部となる前記第１金属層に積層され、前記第２金属層の形成領域よりも広い領域で形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
2. 請求項１に記載のチップ型ヒューズにおいて、
   前記バリア金属層が、一対の前記電極間の前記ヒューズ部となる前記第１金属層の全体を覆って形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
3. 請求項１又は２に記載のチップ型ヒューズにおいて、
   前記バリア金属層が、前記第２金属層よりも低抵抗かつ高融点な金属で形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。
4. 請求項３に記載のチップ型ヒューズにおいて、
   前記第２金属層が、Ｓｎで形成され、
   前記バリア金属層が、Ａｇで形成されていることを特徴とするチップ型ヒューズ。

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