JP5627291B2 - 電流ヒューズ装置および回路基板 - Google Patents

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Description

本発明は、過電流状態において電子回路等を保護するために用いられる電流ヒューズ装置および電流ヒューズ部を備えた回路基板に関するものである。
従来の電流ヒューズ装置には、焼成によってセラミック基体の上面に形成された電流ヒューズ素子を有するものがあった。電流ヒューズ素子は、セラミック基体用のグリーンシートの上面に導体ペーストを塗布して、その後、焼成することによって得られる。従来の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子は、全長にわたって焼成によって形成されているものであった。
特開2003−151425号公報
従来の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子が、全長にわたって焼成によって形成されていることによって、セラミック基体に対する電流ヒューズ素子の付着強度が比較的高いため、従来の電流ヒューズ装置は、仕様要求によっては、過電流状態における電流ヒューズ素子の溶断特性に関してさらなる改善が求められるものであった。
本発明の一つの態様によれば、電流ヒューズ装置は、セラミック構造体と、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンと、第2の電流ヒューズ素子用導体パターンと、電流ヒューズ素子用めっきパターンとを含んでいる。セラミック構造体は、基体部と、基体部の上に設けられた枠体部と、枠体部の上に設けられた蓋体部とを含んでいる。第1の電流ヒューズ素子用導体パターンは、セラミック構造体との同時焼成によって基体部の上面に形成されたW,MoまたはMnを含む第1の導体層を含んでいる。第2の電流ヒューズ素子用導体パターンは、セラミック構造体との同時焼成によって基体部の上面に形成されたW,MoまたはMnを含む第2の導体層を含んでいるとともに、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンから離間して設けられている。電流ヒューズ素子用めっきパターンは、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面から第2の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面にかけて基体部の上面から離間させて設けられ、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンおよび第2の電流ヒューズ素子用導体パターンを電気的に接続している。

本発明の他の態様によれば、回路基板は、絶縁基体に回路導体および電流ヒューズ部を含んでいる。電流ヒューズ部は、セラミック層と、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンと、第2の電流ヒューズ素子用導体パターンと、電流ヒューズ素子用めっきパターンとを含んでいる。第1の電流ヒューズ素子用導体パターンは、W,MoまたはMnを含み、セラミック層との同時焼成によってセラミック層の上面に形成されている。第2の電流ヒューズ素子用導体パターンは、W,MoまたはMnを含み、セラミック層との同時焼成によってセラミック層の上面に形成されているとともに、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンから離間して設けられている。電流ヒューズ素子用めっきパターンは、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面から第2の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面にかけて基体部の上面から離間させて設けられ、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンおよび第2の電流ヒューズ素子用導体パターンを電気的に接続している。
本発明の一つの態様によれば、電流ヒューズ装置は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面から第2の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面にかけて設けられた電流ヒューズ素子用めっきパターンを含んでいる。電流ヒューズ素子用めっきパターンは、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンおよび第2の電流ヒューズ素子用導体パターンを電気的に接続している。本発明の一つの態様における電流ヒューズ装置は、このような構成を含んでいることによって、過電流状態において電流ヒューズ素子用めっきパターンの一部分が溶融されて第1の電流ヒューズ素子用導体パターンのおよび第2の電流ヒューズ素子用導体パターンに引き寄せられるため、電流ヒューズ素子の溶断特性に関して向上されている。
本発明の他の態様によれば、回路基板は、電流ヒューズ部を含んでいる。電流ヒューズ部は、電流ヒューズ素子用めっきパターンを含んでおり、電流ヒューズ素子用めっきパターンは、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面から第2の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面にかけて設けられている。電流ヒューズ素子用めっきパターンは、第1の電流ヒューズ素子用導体パターンおよび第2の電流ヒューズ素子用導体パターンを電気的に接続している。本発明の他の態様における回路基板は、このような構成を含んでいることによって、過電流状態において電流ヒューズ素子用めっきパターンの一部分が溶融されて第1の電流ヒューズ素子用導体パターンのおよび第2の電流ヒューズ素子用導体パターンに引き寄せられるため、電流ヒューズ素子の溶断特性に関して向上されている。
本発明の第1の実施形態における電流ヒューズ装置の斜視図を示している。 図1に示された電流ヒューズ装置の分解図を示している。 図1に示された電流ヒューズ装置のA−Aにおける縦断面図を示している。 図2に示された第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の他の例を示している。 図2に示された電流ヒューズ装置における部分平面透視図を示している。 図2に示された電流ヒューズ素子用めっきパターン23の他の例を示している。 本発明の第1の実施形態の電流ヒューズ装置における電流ヒューズ素子用めっきパターン23の溶断に関する説明図である。 本発明の第2の実施形態の電流ヒューズ装置における電流ヒューズ素子用めっきパターンを示す図である。 本発明の第2の実施形態の電流ヒューズ装置における電流ヒューズ素子用めっきパターン24の溶断に関する説明図である。 本発明の第3の実施形態における回路基板の斜視図を示している。
以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1から図3までに示されているように、本発明の第1の実施形態における電流ヒューズ装置は、セラミック構造体1と、セラミック構造体1に形成された電流ヒューズ素子2と、セラミック構造体1の下面114に設けられた端子3,4とを含んでいる。図1において、ヒューズ装置は、仮想のxyz空間におけるxy平面に実装されている。図1において、上方向とは、仮想のz軸の正方向のことをいう。図1において、セラミック構造体1は、内部構造を示すことを目的に、部分的に透視された状態で示されている。図1において、内部構造の一部が、破線によって示されている。
セラミック構造体1は、基体部11と、基体部11の上に設けられた枠体部12と、枠体部12の上に設けられた蓋体部13とを含んでいる。セラミック構造体1は、基体部11と蓋体部13との間に設けられているとともに枠体部12の内側に位置している空洞部14を有している。
基体部11は、セラミック材料を含んでいるとともに、平板状の形状を有している。例示的な基体部11は、実質的にアルミナからなる。枠体部12は、セラミック材料を含んでいるとともに、環状の形状を有している。例示的な枠体部12は、実質的にアルミナからなる。枠体部12の内側の空間が、セラミック構造体1の空洞部14に相当する。蓋体部13は、セラミック材料を含んでいるとともに、平板状の形状を有している。例示的な蓋体部13は、実質的にアルミナからなる。蓋体部13は、空洞部14を覆っている。
セラミック構造体1の第1の例は、基体部11および枠体部12が焼成によって一体化されている構造を有する。セラミック構造体1の第1の例において、蓋体部13は、枠体部12に接合されている。セラミック構造体1の第2の例は、枠体部12および蓋体部13が焼成によって一体化されている構造である。セラミック構造体1の第2の例において、枠体部12の下端は、基体部11に接合されている。
空洞部14は、真空状態を含む減圧状態であることが好ましい。空洞部14が減圧状態であることにより、電流ヒューズ素子2において発生されるジュール熱の損失が低減される。空洞部14は、不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気、または不活性ガスと還元ガスとの混合ガス雰囲気であることが好ましい。
電流ヒューズ素子2は、基体部11の上面111における枠体部12によって規定される領域に設けられている。図2において、枠体部12によって規定される領域とは、基体部11の上面111において二点鎖線によって囲まれた領域のことである。基体部11の上面111における二点鎖線によって示された位置は、枠部12の内周縁に対応する位置である。
電流ヒューズ素子2は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21、第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22、および電流ヒューズ素子用めっきパターン23を含んでいる。
第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21は、接続導体パターン5に電気的に接続されているとともに、焼成によって基体部11の上面111に形成された第1の導体層211を含んでいる。第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22は、接続導体パターン6に電気的に接続されているとともに、焼成によって基体部11の上面111に形成された第2の導体層221を含んでいる。第1の導体層211および第2の導体層221は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、またはマンガン(Mn)などの導電材料を含んでいる。
図4に示されているように、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21の他の例は、焼成によって基体部11の上面111に形成された第1の導体層211と、第1の導体層211の上面に形成されたニッケル(Ni)めっき層212とを含んでいる。第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の他の例は、焼成によって基体部11の上面111に形成された第2の導体層221と、第2の導体層221の上面に形成されたニッケル(Ni)めっき層222とを含んでいる。第1の導体層211および第2の導体層221は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、またはマンガン(Mn)などの導電材料を含んでいる。第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21がニッケル(Ni)めっき層212を含んでいることによって、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21と電流ヒューズ素子用めっきパターン23との付着強度が向上されている。第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22がニッケル(Ni)めっき層222を含んでいることによって、第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22と電流ヒューズ素子用めっきパターン23との付着強度が向上されている。
再び図1から図3までを参照して、電流ヒューズ素子2の幅は、接続導体パターン5および6のパターン幅に比べて狭い。図2において、電流ヒューズ素子2の幅とは、電流ヒューズ素子2におけるy軸方向の幅のことをいう。接続導体パターン5および6のパターン幅とは、接続導体パターン5および6の各々におけるy軸方向の幅のことをいう。
電流ヒューズ素子用めっきパターン23は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21の上面から第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の上面にかけて設けられているとともに、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22を電気的に接続している。
電流ヒューズ素子用めっきパターン23は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の間の領域において、基体部11の上面111から離間している。第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の間の領域とは、図2に示された電流ヒューズ装置の平面透視において、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22に挟まれた領域のことであり、図5において二点鎖線によって示された領域のことをいう。電流ヒューズ装置の平面透視とは、図1に示された電流ヒューズを仮想のz軸の負方向の視線によって透視することをいう。図5において、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22を覆っている電流ヒューズ素子用めっきパターン23および蓋部13は、透視された状態であり、図示されていない。
電流ヒューズ素子用めっきパターン23は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21の上面および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の上面に設けられた第1のめっき層231と、第1のめっき層231の上面に設けられた第2のめっき層232とを含んでいる。第1のめっき層231は、第1の合金用材料を含んでおり、第2のめっき層232は、第2の合金用材料を含んでいる。合金用材料とは、第1のめっき層231および第2のめっき層232が溶融された場合に、合金になる材料のことをいう。例示的な第1の合金用材料は、銀(Ag)、金(Au)、または鉛(Pb)である。例示的な第2の合金用材料は、銅(Cu)、インジウム(In)、錫(Sn)、または鉛(Pb)である。第1のめっき層231および第2のめっき層232が溶融された場合、第1の合金用材料および第2の合金用材料を含む合金が生成される。
図6に示されているように、電流ヒューズ素子用めっきパターン23の他の例は、第1のめっき層231、第2のめっき層232、および第3のめっき層233を含んでいる。第1のめっき層231は、第1の合金用材料を含んでおり、第2のめっき層232は、第2の合金用材料を含んでおり、第3のめっき層233は、第3の合金用材料を含んでいる。
端子3および4は、基体部11の下面114に設けられているとともに、電流ヒューズ素子2に電気的に接続されている。端子3および4は、タングステン(W)、モリブデン(Mo)またはマンガン(Mn)などの導電材料を含んでいるとともに、焼成によって基体部11の下面114に形成されている。本実施形態におけるヒューズ装置は、表面実装型の装置である。端子3は、キャスタレーション導体7によって接続導体パターン5に電気的に接続されている。端子4は、キャスタレーション導体8によって接続導体パターン6に電気的に接続されている。キャスタレーション導体7および8は、焼成によって基体部11の側面115に形成されている。
端子3,4の表面およびキャスタレーション導体7,8の表面には、例えば半田接合によって回路基板に実装するために、例えばニッケル(Ni)めっき膜および金(Au)めっき膜等が形成されている。
図7を参照して、本実施形態の電流ヒューズ装置における電流ヒューズ素子2の溶断に関して説明する。図7の上段に示されているように、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22は、電流ヒューズ素子用めっきパターン23によって電気的に接続されている。
図7の下段に示されているように、過電流状態において、電流ヒューズ素子用めっきパターン23が溶断される。電流ヒューズ素子用めっきパターン23が溶断される時、合金部分235が形成される。合金部分235は、第1のめっき層231に含まれている第1の合金用材料と、第2のめっき層232に含まれている第2の合金用材料とを含んでいる。
本実施形態における電流ヒューズ装置は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22を電気的に接続している電流ヒューズ素子用めっきパターン23を含んでいることによって、過電流状態において電流ヒューズ素子用めっきパターン23が溶融されて第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22に引き寄せられるため、過電流状態における溶断特性に関して改善されている。
本実施形態の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子用めっきパターン23が、第1のめっき層231および第2のめっき層232を含んでおり、第1のめっき層231および第2のめっき層232が、合金用材料を含んでいることによって、過電流状態において電流ヒューズ素子用めっきパターン23が溶断される時に、合金部分235が形成されるため、本実施形態における電流ヒューズ装置は、過電流状態における溶断特性に関して改善されている。
本実施形態の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子用めっきパターン23が、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の間の領域において、基体部11の上面111から離間していることによって、電流ヒューズ素子2の溶断箇所におけるジュール熱の損失が低減されるため、本実施形態における電流ヒューズ装置は、過電流状態における溶断特性に関して改善されている。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態における電流ヒューズ装置について図8を参照して説明する。第2の実施形態の電流ヒューズ装置において、第1の実施形態の電流ヒューズ装置と異なる構成は、電流ヒューズ素子用めっきパターン24の構造である。その他の構成は、第1の実施形態における電流ヒューズ装置と同様である。
電流ヒューズ素子用めっきパターン24は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の間の領域において、基体部11の111上面に形成されている。
図9を参照して、本実施形態の電流ヒューズ装置における電流ヒューズ素子2の溶断に関して説明する。図9の上段に示されているように、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22は、電流ヒューズ素子用めっきパターン24によって電気的に接続されている。
図9の下段に示されているように、過電流状態において、電流ヒューズ素子用めっきパターン24が溶断される。電流ヒューズ素子用めっきパターン24が溶断される時、合金部分245が形成される。合金部分245は、第1のめっき層241に含まれている第1の合金用材料と、第2のめっき層242に含まれている第2の合金用材料とを含んでいる。
本実施形態の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子用めっきパターン24が、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22の間の領域において、基体部11の111上面に形成されていることによって、電流ヒューズ素子用めっきパターン24が溶断される時、溶融された電流ヒューズ素子用めっきパターン24の一部分は、基体部11の上面111に比べて濡れ性の高い第1の電流ヒューズ素子用導体パターン21および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン22に引き寄せられるため、本実施形態における電流ヒューズ装置は、過電流状態における溶断特性に関して改善されている。
本実施形態の電流ヒューズ装置において、図4を参照して説明した第1の実施形態の電流ヒューズ装置におけるニッケル(Ni)めっき層212に関する技術を適用することも可能である。
本実施形態の電流ヒューズ装置において、図6を参照して説明した第1の実施形態の電流ヒューズ装置における第3のめっき層233に関する技術を適用することも可能である。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態における回路基板について図10を参照して説明する。本実施形態における回路基板は、電子部品81および82を含む電子モジュールに用いられるものである。
回路基板は、絶縁基体83に設けられた回路導体と、絶縁基体83に埋設された電流ヒューズ部84とを有している。例示的な絶縁基体83は、実質的にセラミックスからなる。回路導体は、電子部品81および82を電気的に接続している。電流ヒューズ部84は、回路導体を介して電子部品81および82を含む電子回路に電気的に接続されている。図10において、電流ヒューズ部84を示すことを目的に、絶縁基体83の一部が省略されている。
電流ヒューズ部84は、セラミック層85と、電流ヒューズ素子86とを含んでいる。電流ヒューズ素子86は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821、第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822、および電流ヒューズ素子用めっきパターン823を含んでいる。第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821は、焼成によってセラミック層85の上面に形成されている。第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822は、焼成によってセラミック層85の上面に形成されているとともに、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821から離間して設けられている。電流ヒューズ素子用めっきパターン823は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821の上面および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822の上面に設けられているとともに、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822を電気的に接続している。
電流ヒューズ素子用めっきパターン823は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821の上面および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822の上面に形成された第1のめっき層824と、第1のめっき層824の上面に形成された第2のめっき層825とを含んでいる。第1のめっき層824および第2のめっき層825は、合金用材料を含んでいる。
電流ヒューズ素子用めっきパターン823が、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822の間の領域において、セラミック層85の上面から離間している。
本実施形態における回路基板は、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822を電気的に接続している電流ヒューズ素子用めっきパターン823を含んでいることによって、過電流状態において電流ヒューズ素子用めっきパターン823が溶融されて、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822に引き寄せられるため、過電流状態における溶断特性に関して改善されている。
本実施形態の回路基板において、電流ヒューズ素子用めっきパターン823が、第1のめっき層824および第2のめっき層825を含んでおり、第1のめっき層824および第2のめっき層825が、合金用材料を含んでいることによって、過電流状態において電流ヒューズ素子用めっきパターン823が溶断される時に、合金部分が形成されるため、本実施形態における電流ヒューズ装置は、過電流状態における溶断特性に関して改善されている。
本実施形態の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子用めっきパターン823が、第1の電流ヒューズ素子用導体パターン821および第2の電流ヒューズ素子用導体パターン822の間の領域において、セラミック層85の上面から離間していることによって、電流ヒューズ素子86の溶断箇所におけるジュール熱の損失が低減されるため、本実施形態における回路基板は、過電流状態における溶断特性に関して改善されている。
本実施形態の回路基板において、図4を参照して説明した第1の実施形態の電流ヒューズ装置におけるニッケル(Ni)めっき層212に関する技術を適用することも可能である。
本実施形態の回路基板において、図6を参照して説明した第1の実施形態の電流ヒューズ装置における第3のめっき層233に関する技術を適用することも可能である。
本実施形態の回路基板において、図8を参照して説明した第2の実施形態の電流ヒューズ装置における技術を適用することも可能である。
本実施形態の回路基板において、複数の電流ヒューズ部を埋設させることも可能である。
1 セラミック構造体
11 基体部
12 枠体部
13 蓋体部
2 電流ヒューズ素子
21 第1の電流ヒューズ素子用導体パターン
22 第2の電流ヒューズ素子用導体パターン
23 電流ヒューズ素子用めっきパターン

Claims (4)

  1. 基体部、該基体部の上に設けられた枠体部、および該枠体部の上に設けられた蓋体部を含んでいるセラミック構造体と、
    該セラミック構造体との同時焼成によって前記基体部の上面に形成されたW,MoまたはMnを含む第1の導体層を含んでいる第1の電流ヒューズ素子用導体パターンと、
    前記セラミック構造体との同時焼成によって前記基体部の前記上面に形成されたW,MoまたはMnを含む第2の導体層を含んでいるとともに、前記第1の電流ヒューズ素子用導体パターンから離間して設けられた第2の電流ヒューズ素子用導体パターンと、
    前記第1の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面から前記第2の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面にかけて前記基体部の前記上面から離間させて設けられ、前記第1の電流ヒューズ素子用導体パターンおよび前記第2の電流ヒューズ素子用導体パターンを電気的に接続している電流ヒューズ素子用めっきパターンとを備えた電流ヒューズ装置。
  2. 前記電流ヒューズ素子用めっきパターンが、前記第1の電流ヒューズ素子用導体パターンの前記上面および前記第2の電流ヒューズ素子用導体パターンの前記上面に形成された第1のめっき層と、該第1のめっき層の上面に形成された第2のめっき層とを含んでいることを特徴とする請求項1記載の電流ヒューズ装置。
  3. 前記基体部、前記枠体部、および前記蓋体部によって囲まれた空間が、減圧状態であることを特徴とする請求項1記載の電流ヒューズ装置。
  4. 絶縁基体に回路導体および電流ヒューズ部を備えており、
    該電流ヒューズ部が、
    セラミック層と、
    該セラミック層との同時焼成によって該セラミック層の上面に形成されたW,MoまたはMnを含む第1の電流ヒューズ素子用導体パターンと、
    前記セラミック層との同時焼成によって前記セラミック層の前記上面に形成された、前記第1の電流ヒューズ素子用導体パターンから離間して設けられたW,MoまたはMnを含む第2の電流ヒューズ素子用導体パターンと、
    前記第1の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面から前記第2の電流ヒューズ素子用導体パターンの上面にかけて前記基体部の前記上面から離間させて設けられ、前記第1の電流ヒューズ素子用導体パターンおよび前記第2の電流ヒューズ素子用導体パターンを電気的に接続している電流ヒューズ素子用めっきパターンとを含んでいることを特徴とする回路基板。
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