JP5586370B2 - Ceramic fuse and ceramic fuse package - Google Patents

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本発明は、電子機器の電流または温度の異常に基づいて、電子機器を緊急停止させるセラミックヒューズおよびセラミックヒューズパッケージに関する。   The present invention relates to a ceramic fuse and a ceramic fuse package that cause an electronic device to be urgently stopped based on an abnormality in current or temperature of the electronic device.

セラミックヒューズは、外部機器に組み込まれ、外部からの信号に基づいて発熱抵抗体を高温にして温度ヒューズエレメントを溶断することによって、外部機器との電気的接続状態を解消し、外部機器を緊急停止させる。外部機器の誤作動を防止する技術として、このようなセラミックヒューズが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   The ceramic fuse is built into the external device, and the thermal fuse element is melted by setting the heating resistor to a high temperature based on the signal from the outside, so that the electrical connection with the external device is eliminated and the external device is urgently stopped. Let Such a ceramic fuse has been proposed as a technique for preventing malfunction of an external device (for example, see Patent Document 1).

近年では、セラミックヒューズの開発において、外部機器の複数の異常を検出可能な機能性を向上させる技術が求められている。   In recent years, in the development of ceramic fuses, a technique for improving functionality capable of detecting a plurality of abnormalities in an external device has been demanded.

特開平11−96871号公報JP-A-11-96871

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多機能性のセラミックヒューズおよびセラミックヒューズパッケージを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a multifunctional ceramic fuse and a ceramic fuse package.

本発明の実施形態に係るセラミックヒューズは、積層された第1実装面,第2実装面および第3実装面を有するセラミック基板と、該セラミック基板の第1実装面に設けられた温度ヒューズエレメントと、前記セラミック基板に設けられ、平面透視して前記温度ヒューズエレメントと重なる領域に配置された発熱抵抗体と、前記セラミック基板の第2実装面に設けられた、流れる電流の電流値が所定以上の電流値になると溶断する電流ヒューズ
エレメントと、前記セラミック基板の第3実装面に設けられた、温度が所定温度以上になると溶断する低融点合金とを備えている。

A ceramic fuse according to an embodiment of the present invention includes a laminated ceramic substrate having a first mounting surface, a second mounting surface, and a third mounting surface , and a thermal fuse element provided on the first mounting surface of the ceramic substrate . A heating resistor provided in the ceramic substrate and disposed in a region overlapping with the thermal fuse element when seen through, and a current value of a flowing current provided on the second mounting surface of the ceramic substrate is not less than a predetermined value. A current fuse element that blows when the current value is reached, and a low melting point alloy that is provided on the third mounting surface of the ceramic substrate and that blows when the temperature reaches a predetermined temperature or higher.

本発明によれば、多機能性のセラミックヒューズおよびセラミックヒューズパッケージを提供することができる。   According to the present invention, a multifunctional ceramic fuse and a ceramic fuse package can be provided.

本実施形態に係るセラミックヒューズの概観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the ceramic fuse which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るセラミックヒューズの低融点合金を除いた状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state except the low melting-point alloy of the ceramic fuse which concerns on this embodiment. 図1のX−X’に沿ったセラミックヒューズの断面図である。It is sectional drawing of the ceramic fuse along X-X 'of FIG. 図1のY−Y’に沿ったセラミックヒューズの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the ceramic fuse taken along Y-Y ′ in FIG. 1. 電流ヒューズエレメントおよび発熱抵抗体を示す透過斜視図である。It is a permeation | transmission perspective view which shows a current fuse element and a heating resistor. 温度ヒューズエレメントを示す透過斜視図である。It is a permeation | transmission perspective view which shows a thermal fuse element.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるセラミックヒューズの実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものとする。   Embodiments of a ceramic fuse according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention shall not be limited to the following embodiment.

<セラミックヒューズの概略構成>
図1は、本実施形態に係るセラミックヒューズの概観斜視図である。図2は、低融点合金を取り除いた状態を示すセラミックヒューズの概観斜視図である。また、図3は、図1のX−X’に沿ったセラミックヒューズの断面図である。図4は、図1のY−Y’に沿ったセラミックヒューズの断面図である。図5は、セラミックヒューズの電流ヒューズエレメントおよび発熱抵抗体を示すセラミック基板の一層の透過斜視図である。図6は、セラミックヒューズの温度ヒューズエレメントを示すセラミック基板の一層の透過斜視図である。
<Schematic configuration of ceramic fuse>
FIG. 1 is a schematic perspective view of a ceramic fuse according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic perspective view of the ceramic fuse in a state where the low melting point alloy is removed. FIG. 3 is a cross-sectional view of the ceramic fuse taken along the line XX ′ in FIG. 4 is a cross-sectional view of the ceramic fuse taken along YY ′ of FIG. FIG. 5 is a transparent perspective view of one layer of the ceramic substrate showing the current fuse element and the heating resistor of the ceramic fuse. FIG. 6 is a transparent perspective view of one layer of the ceramic substrate showing the thermal fuse element of the ceramic fuse.

本実施形態のセラミックヒューズは、外部機器の回路保護素子として用いるものであって、特定の回路に異常検出器とともに組み込むものであって、複数の機能を有している。一つの目の機能としては、セラミックヒューズを外部機器に組み込んだ状態で、外部機器の異常を検出すると、異常検出器が発熱抵抗体を通電し、温度ヒューズエレメントを溶断することで、回路の動作を緊急停止させる機能を含んでいる。   The ceramic fuse of this embodiment is used as a circuit protection element of an external device, and is incorporated in a specific circuit together with an abnormality detector, and has a plurality of functions. The first function is that when an abnormality is detected in an external device with the ceramic fuse installed in the external device, the abnormality detector energizes the heating resistor and blows the thermal fuse element, thereby operating the circuit. It includes a function for emergency stop.

また、二つ目の機能としては、セラミックヒューズの電流ヒューズエレメントが、外部機器と電気的に接続されており、外部機器に所定以上の電流値が流れると、セラミックヒューズ内の電流ヒューズエレメントにも所定以上の電流値が流れる。その結果、セラミックヒューズは、電流ヒューズエレメントが溶断することで、回路の動作を緊急停止させる機能を含んでいる。   The second function is that the current fuse element of the ceramic fuse is electrically connected to the external device, and if a current value exceeding a predetermined value flows to the external device, the current fuse element in the ceramic fuse A current value greater than a predetermined value flows. As a result, the ceramic fuse includes a function of urgently stopping the operation of the circuit when the current fuse element is blown.

さらに、三つ目の機能としては、外部機器に組み込まれたセラミックヒューズの低融点合金が、外部機器の異常発熱を検出して、低融点合金が溶断することで、回路の動作を緊急停止させる機能を含んでいる。   Furthermore, as a third function, the low melting point alloy of the ceramic fuse incorporated in the external device detects abnormal heat generation in the external device, and the low melting point alloy is melted to stop the operation of the circuit urgently. Includes functionality.

本実施形態に係るセラミックヒューズ1は、セラミックヒューズパッケージ2と、セラミックヒューズパッケージ2に実装される温度ヒューズエレメント3とを備えている。   The ceramic fuse 1 according to this embodiment includes a ceramic fuse package 2 and a thermal fuse element 3 mounted on the ceramic fuse package 2.

セラミックヒューズパッケージ2は、温度ヒューズエレメントが実装される第1実装面R1と、流れる電流の電流値が所定以上の電流値になると溶断する電流ヒューズエレメントとが実装される第2実装面R4と、温度が所定温度以上になると溶断する低融点合金が実装される第3実装面R3とを有するセラミック基板4と、セラミック基板4に設けられ、平面透視して温度ヒューズエレメントが実装される第1実装面R1と重なる領域に設けられた発熱抵抗体5とを備えている。   The ceramic fuse package 2 includes a first mounting surface R1 on which a thermal fuse element is mounted, and a second mounting surface R4 on which a current fuse element that melts when a current value of a flowing current reaches a predetermined current value or more, A ceramic substrate 4 having a third mounting surface R3 on which a low-melting-point alloy that melts when the temperature exceeds a predetermined temperature is mounted, and a first mounting that is provided on the ceramic substrate 4 and is mounted with a thermal fuse element as seen through the plane. And a heating resistor 5 provided in a region overlapping the surface R1.

セラミック基板4は、絶縁性の基板であって、複数の基板を積層した構造であって、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミ等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。なお、セラミック基板4の厚みは、例えば、0.5mm以上3mm以下に設定されている。また、セラミック基板4の熱伝導率は、例えば、14W/m・K以上200W/m・K以下に設定されている。なお、セラミック基板4は、5枚のセラミック板を積層したものである。   The ceramic substrate 4 is an insulating substrate and has a structure in which a plurality of substrates are stacked. For example, the ceramic substrate 4 is made of a ceramic material such as alumina, mullite, or aluminum nitride, or a glass ceramic material. Or it consists of a composite material which mixed several materials among these materials. In addition, the thickness of the ceramic substrate 4 is set to 0.5 mm or more and 3 mm or less, for example. Further, the thermal conductivity of the ceramic substrate 4 is set to, for example, 14 W / m · K or more and 200 W / m · K or less. The ceramic substrate 4 is a laminate of five ceramic plates.

セラミック基板4の最上層に位置するセラミック基板4の上面には、凹部P1が設けられている。低融点合金7は、凹部P1内に配置される。また、セラミック基板4の最下層に位置するセラミック基板4の下面には、凹部P2が設けられている。温度ヒューズエレメント3は、凹部P2内に配置される。   A recess P <b> 1 is provided on the upper surface of the ceramic substrate 4 positioned at the uppermost layer of the ceramic substrate 4. The low melting point alloy 7 is disposed in the recess P1. In addition, a recess P <b> 2 is provided on the lower surface of the ceramic substrate 4 positioned at the lowermost layer of the ceramic substrate 4. The thermal fuse element 3 is disposed in the recess P2.

セラミック基板4の凹部P1内には、低融点合金7を実装したときに、低融点合金7と電気的に接続される導電層8が形成されている。また、導電層8の一部は、セラミック基板4の内部に形成された発熱抵抗体5および電流ヒューズエレメント6と接続されている。本実施形態では、導電層8は、低融点合金7が溶断したとき、温度ヒューズエレメント3が溶断したとき、あるいは電流ヒューズエレメント6が溶断したときに、導電層8が電気的にオープンになるように形成されている。なお、導電層8は、低融点合金7、温度ヒューズエレメント3、電流ヒューズエレメント6と電気的に接続されるものであって、任意のパターンに形成されている。導電層8の幅は、例えば0.05mm以上3mm以下に設定されている。ここで、導電層8の幅とは、導電層8に流れる電流方向と直交する方向の幅をいう。   A conductive layer 8 that is electrically connected to the low melting point alloy 7 when the low melting point alloy 7 is mounted is formed in the recess P <b> 1 of the ceramic substrate 4. A part of the conductive layer 8 is connected to the heating resistor 5 and the current fuse element 6 formed inside the ceramic substrate 4. In the present embodiment, the conductive layer 8 is electrically opened when the low melting point alloy 7 is blown, when the temperature fuse element 3 is blown, or when the current fuse element 6 is blown. Is formed. The conductive layer 8 is electrically connected to the low melting point alloy 7, the temperature fuse element 3, and the current fuse element 6, and is formed in an arbitrary pattern. The width of the conductive layer 8 is set to 0.05 mm or more and 3 mm or less, for example. Here, the width of the conductive layer 8 refers to the width in the direction orthogonal to the direction of the current flowing through the conductive layer 8.

導電層8は、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料、あるいはそれらの合金、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料あるいはそれらの材料の複合層からなる。   The conductive layer 8 is made of, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, nickel, copper, silver, gold, or aluminum, or an alloy thereof, or a composite material obtained by mixing a plurality of these materials, or of those materials. It consists of a composite layer.

発熱抵抗体5は、セラミック基板4内に設けられた閉空間P3内に形成されている。発熱抵抗体5は、温度ヒューズエレメント3に発熱した温度を伝えて、温度ヒューズエレメント3を溶断するものである。発熱抵抗体5は、平面透視して温度ヒューズエレメント3と重なる領域であって、温度ヒューズエレメント3とセラミック基板4を介して設けられている。   The heating resistor 5 is formed in a closed space P3 provided in the ceramic substrate 4. The heating resistor 5 transmits the temperature of heat generated to the thermal fuse element 3 and melts the thermal fuse element 3. The heating resistor 5 is a region that overlaps the thermal fuse element 3 in a plan view, and is provided via the thermal fuse element 3 and the ceramic substrate 4.

発熱抵抗体5には、セラミックヒューズとともに回路に組込まれた異常検出器による回路の異常検出によって、導電層8を介して発熱抵抗体5に通電する。そして、発熱抵抗体5の温度が上昇する。さらに、その温度が、セラミック基板4を介して温度ヒューズエレメント3に伝わり、温度ヒューズエレメント3が所定温度以上になると温度ヒューズエレメント3を溶断することができる。   The heating resistor 5 is energized to the heating resistor 5 through the conductive layer 8 by detecting the abnormality of the circuit by the abnormality detector incorporated in the circuit together with the ceramic fuse. And the temperature of the heating resistor 5 rises. Furthermore, the temperature is transmitted to the thermal fuse element 3 through the ceramic substrate 4, and the thermal fuse element 3 can be blown when the thermal fuse element 3 reaches a predetermined temperature or higher.

発熱抵抗体5は、一端が導電層8と接続され、他端が導電層8と接続される。発熱抵抗体5は、所要の発熱量を確保するための抵抗値を有しており、その抵抗値確保方法の例示として、そのパターン形状はセラミック基板4の内部にて何度も折れ曲がって形成されている。なお、発熱抵抗体5の幅は、例えば0.05mm以上0.3mm以下に設定されている。ここで、発熱抵抗体5の幅とは、発熱抵抗体5に流れる電流方向と直交する方向の幅をいう。なお、発熱抵抗体5は、例えば、タングステンまたはモリブデン等を含むメタライズ材料からなる。   The heating resistor 5 has one end connected to the conductive layer 8 and the other end connected to the conductive layer 8. The heating resistor 5 has a resistance value for securing a required amount of heat generation. As an example of the resistance value securing method, the pattern shape is formed by being bent many times inside the ceramic substrate 4. ing. The width of the heating resistor 5 is set to 0.05 mm or more and 0.3 mm or less, for example. Here, the width of the heating resistor 5 refers to the width in the direction orthogonal to the direction of the current flowing through the heating resistor 5. The heating resistor 5 is made of a metallized material containing, for example, tungsten or molybdenum.

電流ヒューズエレメント6は、所定以上の電流値が流れると溶断するものである。電流ヒューズエレメント6は、セラミック基板4の内部に設けられた空隙P2内に設けられ、発熱抵抗体5と並設して配置されている。なお、P2内には、電流ヒューズエレメント6と発熱抵抗体5を併設しても、別個の空隙内に設けても良い。電流ヒューズエレメント6は、中央部F1が両端部F2に比べて単位長さ当たりの抵抗値が大きい。電流ヒューズエレメント6は、セラミック基板4内の空隙P2内の表面にメタライズ手法にて設けられる。もしくは、電流ヒューズエレメント6は、セラミック基板4の上下面に別途設けられた空隙に予め設けた電流ヒューズエレメント6の搭載用の実装部に実装しても良い。   The current fuse element 6 is blown when a current value exceeding a predetermined value flows. The current fuse element 6 is provided in a gap P <b> 2 provided in the ceramic substrate 4, and is arranged in parallel with the heating resistor 5. In P2, the current fuse element 6 and the heating resistor 5 may be provided side by side or in a separate gap. The current fuse element 6 has a larger resistance value per unit length at the center F1 than at both ends F2. The current fuse element 6 is provided on the surface in the gap P2 in the ceramic substrate 4 by a metallization technique. Alternatively, the current fuse element 6 may be mounted on a mounting portion for mounting the current fuse element 6 provided in advance in a gap provided separately on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate 4.

電流ヒューズエレメント6は、導電層8を介して通電される。このとき、電流値がなん
らかの異常により過電流になり、所定値以上の電流値になったときに、電流ヒューズエレメント6が溶断する。
The current fuse element 6 is energized through the conductive layer 8. At this time, when the current value becomes an overcurrent due to some abnormality, and the current value becomes a predetermined current value or more, the current fuse element 6 is blown.

電流ヒューズエレメント6は、中央部の単位長さ当りの抵抗値が両端部F2の単位長さ当たりの抵抗値に比べて大きくなれば、電流ヒューズエレメント6の中央部F1の幅を電流ヒューズエレメント6の中央部F1の中心に向かって漸次幅が狭くなるように設定してもよい。さらに、電流ヒューズエレメント6の中央部F1の中心が、その周囲の電流ヒューズエレメント6の両端部F2を構成する材料に比べて、抵抗温度係数が大きくなる材料を選択して用いる。その結果、電流ヒューズエレメント6の中央部F1の単位長さ当たりの抵抗値を、電流ヒューズエレメント6の両端部F2の単位長さ当たりの抵抗値よりも大きくすることができ、さらに、電流ヒューズエレメント6の中央部F1の温度上昇を効果的に向上させることができる。その結果、電流ヒューズエレメント6の中央部F1を素早く溶断することができる。なお、電流ヒューズエレメント6は、例えば、0.3A以上の電流値になると溶断するように設計されている。   If the resistance value per unit length of the central portion of the current fuse element 6 is larger than the resistance value per unit length of the both end portions F2, the width of the central portion F1 of the current fuse element 6 is increased. You may set so that a width | variety may become narrow gradually toward the center of the center part F1. Further, the center of the current fuse element 6 at the center F1 is selected from a material having a larger resistance temperature coefficient than the material constituting the both ends F2 of the current fuse element 6 around it. As a result, the resistance value per unit length of the central portion F1 of the current fuse element 6 can be made larger than the resistance value per unit length of both ends F2 of the current fuse element 6, and further, the current fuse element The temperature rise of the center part F1 of 6 can be improved effectively. As a result, the center portion F1 of the current fuse element 6 can be quickly melted. Note that the current fuse element 6 is designed to be blown when, for example, a current value of 0.3 A or more is reached.

中央部F1の温度上昇を効果的に向上させる方法としての他の例としては、中央部と両端部の抵抗温度係数に差を設けることも有効である。例えば、電流ヒューズエレメント6の中央部F1は、例えば、タングステンまたはモリブデン等を含むメタライズ材料から成り、抵抗温度係数は、例えば4000ppm以上であって、電流ヒューズエレメント6の両端部F2は、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはレニウム等を含むメタライズ材料から成る抵抗温度係数が、例えば3000ppm以下に設定されている。   As another example of a method for effectively improving the temperature rise in the central portion F1, it is also effective to provide a difference in resistance temperature coefficient between the central portion and both end portions. For example, the central portion F1 of the current fuse element 6 is made of, for example, a metallized material containing tungsten or molybdenum, the resistance temperature coefficient is, for example, 4000 ppm or more, and both ends F2 of the current fuse element 6 are, for example, tungsten. The temperature coefficient of resistance made of a metallized material containing molybdenum, nickel, rhenium, or the like is set to 3000 ppm or less, for example.

また、発熱抵抗体5の抵抗温度係数は、正特性抵抗温度係数である。発熱抵抗体5の中央部F1および発熱抵抗体5の両端部F2は電流が流れて、発熱すると、発熱量に依存して温度が上昇し、抵抗値が大きくなる。このときに発熱抵抗体5の中央部F1と両端部F2の温度上昇は両部の放熱影響を受け、発熱抵抗体5の中央部F1の温度上昇が大きくなり、その結果として、中央部F1の抵抗値の上昇幅は両端部F2の上昇幅より大きくなる。そして、中央部F1への印加される分圧が両端部F2への印加される分圧より大きくなり、中央部F1の発熱量が増加することによって、発熱抵抗体5の中央部F1が効果的に温度上昇する。その結果、発熱抵抗体5の中央部F1を短時間で高温にすることができ、発熱抵抗体5で発生した熱に起因して温度ヒューズエレメント3を素早く溶断することができる。   The resistance temperature coefficient of the heating resistor 5 is a positive characteristic resistance temperature coefficient. When a current flows through the central portion F1 of the heating resistor 5 and both ends F2 of the heating resistor 5 to generate heat, the temperature rises depending on the amount of generated heat, and the resistance value increases. At this time, the temperature rise of the central portion F1 and both end portions F2 of the heating resistor 5 is affected by the heat radiation of both portions, and the temperature rise of the central portion F1 of the heating resistor 5 becomes large. The increasing range of the resistance value is larger than the increasing range of both end portions F2. Then, the partial pressure applied to the central portion F1 becomes larger than the partial pressure applied to both end portions F2, and the amount of heat generated in the central portion F1 increases, so that the central portion F1 of the heating resistor 5 is effective. The temperature rises. As a result, the central portion F1 of the heating resistor 5 can be heated to a high temperature in a short time, and the thermal fuse element 3 can be quickly blown due to the heat generated in the heating resistor 5.

セラミック基板4の最上層の凹部P1内には、低融点合金7が設けられている。低融点合金7は、低融点合金7の温度が所定値以上にまで上昇すると、溶断する機能を備えている。そして、低融点合金7が溶断すると、導電層8が電気的にオープンになる。低融点合金7の一端は、セラミック基板4内からセラミック基板4の下面にまで電流ヒューズエレメント、もしくは温度ヒューズエレメントの一方を介して引き伸ばされた導電層8と電気的に接続されている。さらに、低融点合金7の他端は温度ヒューズエレメント、もしくは電流ヒューズエレメントのどちらか一方を介して、セラミック基板4の下面にまで引き伸ばされた導電層8と電気的に接続されている。なお、電流ヒューズエレメント、低融点合金、および温度ヒューズエレメントの結成順番は、どのような順番であっても良い。   A low melting point alloy 7 is provided in the concave portion P1 of the uppermost layer of the ceramic substrate 4. The low melting point alloy 7 has a function of fusing when the temperature of the low melting point alloy 7 rises to a predetermined value or higher. When the low melting point alloy 7 is melted, the conductive layer 8 is electrically opened. One end of the low melting point alloy 7 is electrically connected to the conductive layer 8 extended from the inside of the ceramic substrate 4 to the lower surface of the ceramic substrate 4 through one of the current fuse element and the thermal fuse element. Further, the other end of the low melting point alloy 7 is electrically connected to the conductive layer 8 extended to the lower surface of the ceramic substrate 4 through either the temperature fuse element or the current fuse element. The order of forming the current fuse element, the low melting point alloy, and the thermal fuse element may be any order.

低融点合金7は、セラミック基板4の上面に設けられた凹部P1にフラックスを充填し、低融点合金7の上部を被覆することにより低融点合金7の酸化を防止し、溶融合金への熱伝達を早める役目とともに、低融点合金の溶け別れを促進することが可能となる。セラミック基板4の下面に設けられたパッドが外部回路に電気的に接続された実装状態では、セラミック基板4の上方に配置された外部機器で発生する熱による温度上昇が、セラミックヒューズ1に伝わろうとする。そのとき、低融点合金7と外部機器との間の熱伝達距離が短いほうが、外部機器の温度変化の影響を受けやすい。このように、セラミックヒュー
ズ1は、低融点合金7には伝わりやすいように設計されている。
The low melting point alloy 7 fills the concave portion P1 provided on the upper surface of the ceramic substrate 4 with a flux and covers the upper portion of the low melting point alloy 7 to prevent the low melting point alloy 7 from being oxidized, and to transfer heat to the molten alloy. It is possible to accelerate the melting and separation of the low melting point alloy. In a mounted state in which the pads provided on the lower surface of the ceramic substrate 4 are electrically connected to an external circuit, a temperature rise due to heat generated by an external device disposed above the ceramic substrate 4 is transmitted to the ceramic fuse 1. To do. At that time, the shorter the heat transfer distance between the low melting point alloy 7 and the external device, the more easily affected by the temperature change of the external device. Thus, the ceramic fuse 1 is designed to be easily transmitted to the low melting point alloy 7.

低融点合金7は、外部機器が異常な温度になったときに、その異常な温度に起因して、外部機器が破壊されたり、発煙、燃焼するのを防止するためのものである。外部機器が異常な温度になると、その温度がセラミックヒューズ1の低融点合金7に伝わり、低融点合金7が溶断する。そして、セラミックヒューズ1の導電層8が電気的にオープンになって、外部機器を緊急停止させることができる。なお、低融点合金7は、例えば、インジウム、ビスマス、錫または亜鉛等の材料、あるいはこれらの混合材料からなる。低融点合金7は、例えば120度以上になると溶断するように設計されている。   The low melting point alloy 7 is used to prevent the external device from being destroyed, smoked, or burned due to the abnormal temperature when the external device has an abnormal temperature. When the external device reaches an abnormal temperature, the temperature is transmitted to the low melting point alloy 7 of the ceramic fuse 1 and the low melting point alloy 7 is melted. Then, the conductive layer 8 of the ceramic fuse 1 is electrically opened, and the external device can be urgently stopped. The low melting point alloy 7 is made of, for example, a material such as indium, bismuth, tin, or zinc, or a mixed material thereof. The low-melting-point alloy 7 is designed to be melted when, for example, 120 degrees or more.

セラミック基板4の最下層の凹部P2内には、温度ヒューズエレメント3が実装される。温度ヒューズエレメント3は、特定の温度以上になると溶断するものである。温度ヒューズエレメント3は、例えば、インジウム、ビスマス、錫または亜鉛等の材料、あるいはこれらの混合材料からなる。また、温度ヒューズエレメント3の溶断する融点は、例えば、80℃以上180℃以下に設定されている。   The thermal fuse element 3 is mounted in the recess P2 in the lowermost layer of the ceramic substrate 4. The thermal fuse element 3 is blown when the temperature exceeds a specific temperature. The thermal fuse element 3 is made of, for example, a material such as indium, bismuth, tin, or zinc, or a mixed material thereof. Further, the melting point at which the thermal fuse element 3 melts is set to, for example, 80 ° C. or higher and 180 ° C. or lower.

温度ヒューズエレメント3は、平面透視したときに発熱抵抗体5と重なる領域に設けられている。また、温度ヒューズエレメント3は、平面透視したときに発熱抵抗体5が存在する領域から食み出さないように設けられると、発熱抵抗体5の温度を効率良く温度ヒューズエレメント3に伝えることができる。なお、温度ヒューズエレメント3を矩形状に設定したときは、温度ヒューズエレメント3の厚みは、例えば、0.1mm以上3.0mm以下であって、平面視したときの一辺の縦または横の長さが、例えば、0.1mm以上10.0mm以下に設定されている。   The thermal fuse element 3 is provided in a region that overlaps the heating resistor 5 when seen in a plan view. Further, when the thermal fuse element 3 is provided so as not to protrude from the region where the heating resistor 5 exists when seen in a plan view, the temperature of the heating resistor 5 can be efficiently transmitted to the thermal fuse element 3. . When the temperature fuse element 3 is set in a rectangular shape, the thickness of the temperature fuse element 3 is, for example, 0.1 mm or more and 3.0 mm or less, and the vertical or horizontal length of one side when viewed from above. However, it is set to 0.1 mm or more and 10.0 mm or less, for example.

上述したように、本実施形態は、外部回路に組み込んだセラミックヒューズ1は、発熱抵抗体5に電流が流れると素早く温度が上昇し、その熱によって温度ヒューズエレメント3を溶断することができる。また、本実施形態によれば、電流値がなんらかの異常により過電流になり、所定値以上の電流値になったときに、電流ヒューズエレメント6が溶断する。さらに、本実施形態によれば、外部回路が異常に高温になると、低融点合金7が溶断する。その結果、外部回路を緊急停止させることができ、被害を最小限に食い止めることができる。このように、本実施形態に係るセラミックヒューズ1は、外部回路の複数の異常のいずれをも検出することができ、多機能性を備えている。本実施形態によれば、多機能性のセラミックヒューズ1およびセラミックヒューズパッケージ2を提供することができる。   As described above, in the present embodiment, the ceramic fuse 1 incorporated in an external circuit quickly rises in temperature when a current flows through the heating resistor 5, and the thermal fuse element 3 can be blown by the heat. Further, according to the present embodiment, the current fuse element 6 is blown when the current value becomes an overcurrent due to some abnormality and becomes a predetermined current value or more. Furthermore, according to this embodiment, when the external circuit becomes abnormally high in temperature, the low melting point alloy 7 is melted. As a result, the external circuit can be urgently stopped, and damage can be minimized. Thus, the ceramic fuse 1 according to the present embodiment can detect any of a plurality of abnormalities in the external circuit, and has multi-functionality. According to this embodiment, the multifunctional ceramic fuse 1 and the ceramic fuse package 2 can be provided.

なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。なお、上述した本実施形態では、温度ヒューズエレメントと低融点合金とを別々に設けたが、セラミックヒューズパッケージに温度ヒューズエレメントと低融点合金の両方の機能を兼務する一つのエレメントを実装したものであってもよい。また、上述した実施形態では、電流ヒューズエレメントをメタライズ法を用いてパターニングして形成したが、これに限らない。例えば、別途電流ヒューズエレメントを別体で実装するものであっても構わない。なお、閉空間P3は、二つに分かれていて、一方に発熱抵抗体5が設けられており、他方に電流ヒューズエレメント6が設けられていてもよい。閉空間P3を二つに分けることで、発熱抵抗体5で発生する熱と電流ヒューズエレメント6で発生する熱とが両者混じるのを抑制することができ、セラミックヒューズ1の保護素子としての精度を高めることができる。なお、閉空間P3は、還元性または中性のガス雰囲気、もしくは真空雰囲気にて気密封止されている。また、上述した実施形態では、電流ヒューズエレメントを閉空間P3内に設けたが、これに限られない。例えば、セラミック基板の最外層に凹部を設け、該凹部内に電流ヒューズエレメントを設けてもよい。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned form, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. In the above-described embodiment, the thermal fuse element and the low melting point alloy are provided separately. However, the ceramic fuse package includes a single element that functions as both the thermal fuse element and the low melting point alloy. There may be. In the above-described embodiment, the current fuse element is formed by patterning using the metallization method, but the present invention is not limited to this. For example, a separate current fuse element may be mounted separately. In addition, the closed space P3 is divided into two, the heating resistor 5 may be provided on one side, and the current fuse element 6 may be provided on the other side. By dividing the closed space P3 into two, it is possible to suppress the heat generated in the heating resistor 5 and the heat generated in the current fuse element 6 from being mixed, and the accuracy of the ceramic fuse 1 as a protective element can be reduced. Can be increased. The closed space P3 is hermetically sealed in a reducing or neutral gas atmosphere or a vacuum atmosphere. In the above-described embodiment, the current fuse element is provided in the closed space P3. However, the present invention is not limited to this. For example, a recess may be provided in the outermost layer of the ceramic substrate, and a current fuse element may be provided in the recess.

また、上述した実施形態では、セラミックヒューズパッケージに、温度ヒューズエレメント、電流ヒューズエレメントおよび低融点合金を組み入れた構造であったが、これに限られない。例えば、セラミックヒューズパッケージに、電流ヒューズエレメントを設けずに、温度ヒューズエレメントおよび低融点合金のみの機能を組み入れた構造であってもよい。かかる場合は、さらに温度ヒューズエレメントと低融点合金のどちらか一種のみとし、両機能を兼用するような構造としてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the ceramic fuse package has a structure in which the temperature fuse element, the current fuse element, and the low melting point alloy are incorporated. However, the present invention is not limited to this. For example, the ceramic fuse package may have a structure in which functions of only the thermal fuse element and the low melting point alloy are incorporated without providing the current fuse element. In such a case, only one of the thermal fuse element and the low melting point alloy may be used, and the structure may be used for both functions.

<セラミックヒューズの製造方法>
ここで、図1に示すセラミックヒューズ1、ならびにセラミックヒューズパッケージ2の製造方法について説明する。
<Manufacturing method of ceramic fuse>
Here, a method for manufacturing the ceramic fuse 1 and the ceramic fuse package 2 shown in FIG. 1 will be described.

先ず、セラミック基板4を構成する5枚のセラミック板を準備する。セラミック基板4を構成する5枚のセラミック板は、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤および溶剤等を添加混合して、混合物を得る。そして、その混合物を用いてグリーンシートを成型する。   First, five ceramic plates constituting the ceramic substrate 4 are prepared. When the five ceramic plates constituting the ceramic substrate 4 are made of, for example, an aluminum oxide sintered body, an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like are added to raw powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, and calcium oxide. Addition and mixing to obtain a mixture. And the green sheet is shape | molded using the mixture.

また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。   Moreover, a high melting point metal powder such as tungsten or molybdenum is prepared, and an organic binder, a plasticizer, a solvent, or the like is added to and mixed with the powder to obtain a metal paste.

そして、グリーンシートの状態のセラミック板のそれぞれの所定箇所に貫通穴を設けて、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って導電層8およびビア導体を形成する。また、同様にして、発熱抵抗体5および電流ヒューズエレメント6を形成し、さらにセラミック板の側面にキャスタレーションとしての金属ペースト塗る。その後、5枚のセラミック板を積層してセラミック基板4を作製する。   Then, through holes are provided at predetermined positions of the ceramic plate in the green sheet state, and the conductive layer 8 and the via conductor are formed by applying a metal paste using, for example, a screen printing method. Similarly, the heating resistor 5 and the current fuse element 6 are formed, and a metal paste as a castellation is applied to the side surface of the ceramic plate. Thereafter, five ceramic plates are laminated to produce the ceramic substrate 4.

次に、準備した焼結前のセラミック基板4を接続させた状態で、約1600度の温度で焼成する。そして、セラミック基板4を一体焼結する。一体焼結後の部材の、温度ヒューズエレメント搭載部の表面に所要のめっきを行う。ここでは、セラミックヒューズについての個片製品の製法を述べたが、多数個取のシート形状による製造が量産性、コスト面からは好ましい。このようにして、セラミックヒューズパッケージ2を作製することができる。   Next, firing is performed at a temperature of about 1600 degrees in a state where the prepared ceramic substrate 4 before sintering is connected. Then, the ceramic substrate 4 is integrally sintered. Necessary plating is performed on the surface of the thermal fuse element mounting portion of the integrally sintered member. Here, the manufacturing method of the individual product for the ceramic fuse has been described. However, the manufacturing with a multi-piece sheet shape is preferable from the viewpoint of mass productivity and cost. In this way, the ceramic fuse package 2 can be manufactured.

次に、セラミック基板4の最下層の凹部P2内の所定箇所に温度ヒューズエレメント3を、最上層の凹部P1内に低融点合金を実装する。そして、温度ヒューズエレメント3と導電層8とを電気的に接続する。その結果、セラミックヒューズ1を作製することができる。   Next, the thermal fuse element 3 is mounted at a predetermined position in the recess P2 in the lowermost layer of the ceramic substrate 4, and the low melting point alloy is mounted in the recess P1 in the uppermost layer. Then, the thermal fuse element 3 and the conductive layer 8 are electrically connected. As a result, the ceramic fuse 1 can be manufactured.

1 セラミックヒューズ
2 セラミックヒューズパッケージ
3 温度ヒューズエレメント
4 セラミック基板
5 発熱抵抗体
6 電流ヒューズエレメント
7 低融点合金
8 導電層
F1 中央部
F2 端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic fuse 2 Ceramic fuse package 3 Thermal fuse element 4 Ceramic substrate 5 Heating resistor 6 Current fuse element 7 Low melting point alloy 8 Conductive layer F1 Center part F2 End part

Claims (4)

積層された第1実装面,第2実装面および第3実装面を有するセラミック基板と、
該セラミック基板の第1実装面に設けられた温度ヒューズエレメントと、
前記セラミック基板に設けられ、平面透視して前記温度ヒューズエレメントと重なる領域に配置された発熱抵抗体と、
前記セラミック基板の第2実装面に設けられた、流れる電流の電流値が所定以上の電流値になると溶断する電流ヒューズエレメントと、
前記セラミック基板の第3実装面に設けられた、温度が所定温度以上になると溶断する低融点合金とを備えたことを特徴とするセラミックヒューズ。
A laminated ceramic substrate having a first mounting surface, a second mounting surface and a third mounting surface ;
A thermal fuse element provided on the first mounting surface of the ceramic substrate;
A heating resistor provided on the ceramic substrate and disposed in a region that overlaps the thermal fuse element as seen through a plane;
A current fuse element that is provided on the second mounting surface of the ceramic substrate and that blows when a current value of a flowing current reaches a predetermined current value;
A ceramic fuse, comprising: a low melting point alloy provided on a third mounting surface of the ceramic substrate , which melts when a temperature exceeds a predetermined temperature.
請求項1に記載のセラミックヒューズであって、
前記セラミック基板の上面に設けられた凹部内に前記低融点合金が配置されていることを特徴とするセラミックヒューズ。
The ceramic fuse of claim 1,
The ceramic fuse, wherein the low-melting-point alloy is disposed in a recess provided on an upper surface of the ceramic substrate.
請求項1または請求項2に記載のセラミックヒューズであって、
前記発熱抵抗体および前記電流ヒューズエレメントは、前記セラミック基板内に設けられた閉空間に配置されていることを特徴とするセラミックヒューズ。
The ceramic fuse according to claim 1 or 2, wherein
The ceramic fuse, wherein the heating resistor and the current fuse element are arranged in a closed space provided in the ceramic substrate.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のセラミックヒューズであって、前記温度ヒューズエレメントは、前記セラミック基板の下面に設けられた凹部内に配置されていることを特徴とするセラミックヒューズ。
4. The ceramic fuse according to claim 1, wherein the thermal fuse element is disposed in a recess provided in a lower surface of the ceramic substrate. 5.
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