JP5027284B2 - チップヒューズとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、チップヒューズに関し、さらに詳細には、熱伝導性の低い膜によりヒューズ要素部の上層及び下層とが形成されてなるチップヒューズに関する。

チップヒューズに関して既に開示されている技術としては、特許文献１に記載されたものがある。これは、無機質の基板の上面にシリコーン樹脂膜を形成し、このシリコーン樹脂膜の上にヒューズ膜を形成し、さらに、ヒューズ膜の上にシリコーン樹脂により保護膜を形成したチップヒューズに関するものであり、基板上面のシリコーン樹脂膜の厚さとして、１０μｍが例示されている。
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。

これ以外にも、チップヒューズを製造する方法に関する特許文献２には、ヒューズエレメントの発熱量と周りの部材への放熱量とのバランスにより、溶断するまでの温度上昇が決定し、溶断時間が決まることが記載されている。そして、この溶断時間に影響する因子は、抵抗値、伝熱面積、熱伝達率であり、抵抗値は発熱量に対する因子であり、さらに、伝熱面積と熱伝達率は放熱量に対する因子であり、チップヒューズの溶断特性の自由度を上げるためには、これらの因子について検討する必要がある旨が記載されている。
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。
特開平１１−９６８８６号公報 特開平９−３２０４４５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、溶断特性の自由度が制限されず、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すると共に、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なチップヒューズを提供することである。

本発明では、以下に記載する（１）乃至（５）の手段により、上記課題が解決される。

（１）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。

（２）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。
（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。

（４）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。

（５）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。

本発明のチップヒューズは、熱伝導性の低い膜材料からなる蓄熱層をそれぞれヒューズ膜の上下に設け、下層の蓄熱層を上層の蓄熱層よりも厚く形成したものであるため、溶断特性の自由度が制限されず、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った。
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。

また本発明のチップヒューズの製造方法では、絶縁基板上にほぼ均一の厚さに形成されたＢステージ状態のシート状材料を所定枚数重畳して第一の蓄熱層を形成し、この第一の蓄熱層上に設けたヒューズ膜の上に、さらに同じＢステージ状態のシート状材料を所定枚数重畳して第二の蓄熱層を形成する。これらシート状材料は、その厚さが均一性に富むものであるため、第一及び第二の蓄熱層を所望の厚さに精度良く且つ比較的容易に形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施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）〜（ｄ）及び図２（ｅ）〜（ｈ）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３（ａ）は図２（ｈ）のＡ−Ａ線、図３（ｂ）は図２（ｈ）のＢ−Ｂ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。

ここで、絶縁基板１１としてはアルミナ基板を使用し、また第一の蓄熱層１２及び第二の蓄熱層１５は、アクリレート樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂材料及び感光基を含有する厚さ３０μｍ程度のＢステージ状態（半硬化状態）のシート状材料をそれぞれ所定枚数使用して形成する。例えば、第一の蓄熱層１２はＢステージ状態のシート状材料を二枚重ね合わせ、第二の蓄熱層１５は同じＢステージ状態のシート状材料を一枚使用して形成する。このＢステージ状態の材料を硬化したシート状材料はエッチング液に対する耐薬品性に優れ、且つ熱伝導性の低いものである。
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。

以上のように第一の蓄熱層１２を第二の蓄熱層１５よりも厚く、例えば、ほぼ２倍の厚さで形成することにより、溶断特性の自由度が制限されず、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。

次に、定格電流１Ａのチップヒューズ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、アルミナの純度が９６％程度のアルミナ基板を使用する。チップヒューズ１０は、集合絶縁基板の上に複数層にわたり各構成を形成し、縦方向、横方向に切断することにより製造するものであるが、図１（ａ）（ｂ）では集合絶縁基板上の複数区画を示し、図１（ｃ）（ｄ）及び図２（ｅ）〜（ｈ）では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を示した。

［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。

［第一の蓄熱層の形成工程］
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。

［ヒューズ膜の形成工程］
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。

［ヒューズ膜溶断部の形成工程］
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。

［第二の蓄熱層の形成工程］
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。

［保護層の形成工程］
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。

［裏電極、端面電極等の形成工程］
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。

次に、図４は、本発明の一実施形態である定格電流１Ａのチップヒューズと、比較例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。図５は図４における定格電流比が低い範囲を拡大したグラフであり、図６は図４における定格電流比が高い範囲を拡大したグラフである。
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。

（ａ）〜（ｄ）はチップヒューズの製造過程を示した平面図である。 （ｅ）〜（ｈ）は図１に続く製造過程を示した平面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明のチップヒューズと従来例の溶断特性を比較したグラフである。 図４における低倍率範囲を拡大して示したグラフである。 図４における高倍率範囲を拡大して示したグラフである。

１０ チップヒューズ
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)

1. 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。
2. 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。
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。
4. 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。
5. 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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