JP5027284B2 - チップヒューズとその製造方法 - Google Patents
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Description
この特許文献1では、シリコーン樹脂を使用することにより、プリント配線板との接続部のはんだの溶融、発火を阻止することが述べられているが、ヒューズエレメントの材料及び伝熱面積等を変えても、溶断特性の自由度が制限されてしまう課題は残される。
しかしながら、この特許文献2では、ヒューズエレメント周りの部材の材質や伝熱面積については、具体的に検討されておらず、ヒューズエレメントから周りの部材への放熱量を制御する手段や方法についても示されていない。
(3)前記熱伝導性の低い膜材料の熱伝導率が、0.1〜0.4W/mKの膜材料である請求項1又は2に記載のチップヒューズ。
すなわち、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第一の蓄熱層に蓄えられ、一方、上方に伝わった熱は第二の蓄熱層に蓄えられる。一般的に、絶縁基板の方が空気よりも熱伝導率が高いものであるため、第一の蓄熱層を第二の蓄熱層よりも厚く形成することにより、第一の蓄熱層から絶縁基板を介して下方に逃げる熱を抑制し、これにより発熱量の少ない低倍率では熱を閉じ込めることによって溶断時間を短くすることが可能になった。また第一の蓄熱層よりも比較的薄く形成された第二の蓄熱層により、発熱量の多い高倍率では熱を放出することによって溶断時間が短くなることの防止が可能になった。
チップヒューズ10は、絶縁基板11の上に熱伝導性の低い膜材料からなる第一の蓄熱層12が形成され、第一の蓄熱層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を接続するように比較的狭い幅で形成されたヒューズ要素部13bとを有し、表電極部13aの一部分とヒューズ要素部13bの全面とに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、溶断部14の上には、溶断部14よりも若干広い領域に熱伝導性の低い膜材料からなる第二の蓄熱層15が設けられ、第二の蓄熱層15の上に保護層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。
第一の蓄熱層12は、絶縁基板11の一次分割溝11aと二次分割溝11bとの所定箇所を除いて、絶縁基板11のほぼ全面を被覆するものであり、この第一の蓄熱層12が除去された除去部12aは、図1(b)(c)に示したような形状及び配置、すなわち、一次分割溝11aと二次分割溝11bとの所定長を跨いで、これら分割溝11a,11bから離間するように形成される。ヒューズ膜13は、絶縁基板11に接触しないように、図1(d)に示したような形状で第一の蓄熱層12の上に積層される。
最初に、レーザー等の手段により集合絶縁基板11に切断用の一次分割溝11aと二次分割溝11bとを刻設する。集合絶縁基板には、予め一次分割溝11aと二次分割溝11bとが形成されたものもあり、このような集合絶縁基板を使用する場合には、溝の刻設工程は省かれる。
第一の蓄熱層12を形成するため、絶縁基板11上に所定枚数のシート状材料を貼り付ける。シート状材料は、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂材料及び感光基を含み、厚さ30μm程度に形成されたBステージ状態のものを使用する。貼り付け工程は、このBステージ状態のシート状材料の一枚を絶縁基板11上に貼り付け、所定温度に加熱し、所定圧力で加圧した後に、さらに、もう一枚のシート状材料をその上に同様に加熱しながら加圧して貼り重ねる。加熱、加圧された二枚のシート状材料は接着後に厚さ56μm程度になる。このように、Bステージ状態のシート状材料を所定枚数だけ重ね合わせることにより、第一の蓄熱層12の厚さを高い精度で調整することができる。
次に、シート状材料の上にフォトマスクを介して紫外線500mJ/cm2で露光した後、炭酸ナトリウム溶液1wt%に数分間浸漬し、シート状材料を、図1(b)(c)に示した形状に形成する。これにより、第一の蓄熱層12が除去された除去部12aが絶縁基板11上に形成される。
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、第一の蓄熱層12の平面形状の寸法精度が高まり、溶断特性のばらつきを低減することができる。
第一の蓄熱層12を形成した絶縁基板11上に厚さがほぼ3μm程度の電解銅箔又は圧延銅箔を貼り付ける。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を図1(d)に示したような平面形状に形成する。
ヒューズ膜13におけるヒューズ要素部13bの全面と、この両側に連続する表電極部13aの一部分には、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2(e)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にM効果を与えて溶断特性を得る。
次に、図2(f)に示したように、溶断部14を全て覆う範囲に第二の蓄熱層15を形成する。第二の蓄熱層15も、第一の蓄熱層12と同じ厚さ30μm程度に形成されたBステージ状態のシート状材料を使用し、このシート状材料の一枚を集合絶縁基板11の全域に貼り付け、所定温度に加熱しながら所定圧力で接着する。この一枚のシート状材料は接着後に厚さ25μm程度になる。接着したシート状材料にはフォトマスクを介して紫外線を露光し、その後に、炭酸ナトリウム溶液に数分間浸漬し、図1(g)に示した形状に形成する。
次に、第二の蓄熱層15を全て覆うように、これより若干広い範囲に保護層16を形成する。保護層16は、スクリーン印刷によりエポキシ系樹脂材料から形成される膜であり、これにより隠蔽性や機械的強度が高められる。
保護層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、集合絶縁基板を一次分割溝11a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膜を成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2次分割溝11bに沿って切断し、一個ずつのチップ形状とし、バレルめっき法により、Cu膜、Ni膜及びSn膜からなる電極めっき膜19を順次形成すれば、図2(h)及び図3に示したように、本発明のチップヒューズ10が完成する。
ここで、サンプルCは本発明の一実施形態であり、第一の蓄熱層がほぼ60μm、第二の蓄熱層がほぼ30μmに形成されたものである。
一方、サンプルA,B,Dのチップヒューズは比較例であり、何れのサンプルも、第一の蓄熱層と第二の蓄熱層との相対的な厚さの関係が本発明によるチップヒューズとは異なるものであるが、これ以外の構成は本発明のチップヒューズと同様に形成されたものである。サンプルAは第一の蓄熱層がほぼ30μm、第二の蓄熱層がほぼ30μmに形成されたものである。サンプルBは第一の蓄熱層がほぼ30μm、第二の蓄熱層がほぼ60μmに形成されたものである。サンプルDは第一の蓄熱層がほぼ60μm、第二の蓄熱層がほぼ60μmに形成されたものである。
本発明の一実施形態であるサンプルCと、サンプルD(第一の蓄熱層がサンプルCと同じ厚さ)とを比較すると、定格電流比が低い範囲では、図5に示したように、サンプルCのほうがサンプルDよりも溶断時間が短い。一方、定格電流比が高い範囲では、図6に示したように、サンプルCのほうがサンプルDよりも溶断時間が短い。このことから、本発明のチップヒューズは、定格電流に対して高倍率での溶断時間が短くなることを防止し、定格電流に対する低倍率での溶断時間を短くすることが可能になることが分かる。
11 絶縁基板
12 第一の蓄熱層
13 ヒューズ膜
13a 表電極部
13b ヒューズ要素部
14 溶断部
15 第二の蓄熱層
Claims (5)
- 熱伝導性の低い膜材料からなる第一の蓄熱層が絶縁基板上に形成され、当該第一の蓄熱層の上に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、当該ヒューズ要素部の上に前記第一の蓄熱層における熱伝導性の低い膜材料と同じ膜材料からなる第二の蓄熱層が形成され、前記第一の蓄熱層が前記第二の蓄熱層よりも厚く形成され、前記熱伝導性の低い第一の蓄熱層がBステージ状態のシート状材料を所定枚数貼り重ねたものであり、その上に前記ヒューズ膜としての電解銅箔または圧延銅箔と、Bステージ状態のシート材料である前記第二蓄熱層とを貼り付けたもの、を含むチップヒューズ。
- 前記第一と第二の蓄熱層が、アクリレート樹脂かエポキシ樹脂のBステージ状態のシート材料を用いたものである請求項1に記載のチップヒューズ。
- 前記熱伝導性の低い膜材料の熱伝導率が、0.1〜0.4W/mKの膜材料である請求項1又は2に記載のチップヒューズ。
- 絶縁基板上に、熱伝導性の低いBステージ状態の樹脂材料の一枚を加熱・加圧して貼り付け、その上に前記同様の樹脂材料を加熱・加圧して所定枚数のシート材料を重ね合わせて後述する第二の蓄熱層より厚く第一の蓄熱層を形成する工程と、当該第一の蓄熱層上に前記絶縁基板に接触しないように電解銅箔又は圧延銅箔を貼り付けるヒューズ膜の形成工程と、当該ヒューズ膜に溶断部を形成するヒューズ膜溶断部の形成工程と、前記溶断部の全てを覆って前記第一の蓄熱層と同じ熱伝導性の低いBステージ状態の膜材料を形成する第二の蓄熱層の形成工程と、を含むチップヒューズの製造方法。
- 前記第一と第二の蓄熱層に、熱伝導率が0.1〜0.4W/mKのアクリレート樹脂かエポキシ樹脂のBステージ状態のシート材料を用いた請求項4に記載のチップヒューズの製造方法。
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