JP6389603B2 - スイッチ素子、スイッチ回路、及び警報回路 - Google Patents
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Description
また、本発明に係るスイッチ素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板上に、近接して形成された第1、第2の電極と、上記第1の電極上に搭載された第1の可溶導体と、上記絶縁基板に形成され、上記第1の可溶導体よりも融点の高い高融点金属体とを有し、上記第1の電極の先端部を除く領域上に絶縁層が形成され、上記絶縁層の一部に開口部が形成され、上記第1の可溶導体は、上記第1の電極の先端部と上記開口部において接続ハンダにて接続され、上記高融点金属体は、正常時に定格内の電流が通電し、上記高融点金属体の異常時に流れる過電流による発熱により上記第1の可溶導体を溶融させ、該溶融導体を介して上記第1の電極及び第2の電極を接続し、電気的に短絡させるものである。
本発明が適用されたスイッチ素子1は、図1に示すように、絶縁基板10と、絶縁基板10上に、近接して形成された第1、第2の電極11,12と、第1の電極11上に搭載された第1の可溶導体13と、絶縁基板10に形成され、第1の可溶導体13よりも融点の高い高融点金属体15とを有する。なお、図1(A)はスイッチ素子1のカバー部材20を除いて示す平面図であり、図1(B)はA-A‘断面図であり、図1(C)は回路図である。
第1、第2の電極11,12は、絶縁基板10の表面10a上に、互いに近接配置されるとともに離間されることにより開放されている。また、第1の電極11には後述する第1の可溶導体13が搭載されている。第1、第2の電極11,12は、高融点金属体15が通電に伴って発熱することにより、第1の可溶導体13の溶融導体が第1、第2の電極11,12間にわたって凝集、結合し、この溶融導体を介して短絡されるスイッチ2を構成する。
高融点金属体15は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばW、Mo、Ru、Cu、Ag、あるいはこれらを主成分とする合金等からなる。高融点金属体15は、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものをスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成することができる。
第1、第2の電極11,12及び高融点金属体15は、絶縁基板10の表面10a上において絶縁層16に被覆されている。絶縁層16は、第1、第2の電極11,12及び高融点金属体15の保護及び絶縁を図るとともに、高融点金属体15の溶断時におけるアーク放電を抑制するために設けられ、例えばガラス層からなる。
絶縁層16を介して第1、第2の電極11,12上に搭載される第1、第2の可溶導体13,14は、高融点金属体15の発熱により速やかに溶融されるいずれの金属を用いることができ、例えば、ハンダや、Snを主成分とするPbフリーハンダ等の低融点金属を好適に用いることができる。
以上のようなスイッチ素子1は、図2(C)に示すような回路構成を有する。すなわち、スイッチ素子1は、第1の電極11と第2の電極12とが、正常時には開放され(図2(C))、高融点金属体15の発熱により第1、第2の可溶導体13,14が溶融すると、当該溶融導体を介して短絡するスイッチ2を構成する(図3(B))。そして、第1、第2の電極11,12の各外部接続端子11a,12aは、スイッチ2の両端子を構成する。
また、スイッチ素子1は、図6に示すように、高融点金属体15と、第1の可溶導体13が搭載されている第1の電極11とを接続する接続部19を形成してもよい。接続部19は、例えば高融点金属体15や第1の電極11と同じ導電材料を用いて、高融点金属体15や第1の電極11と同じ工程においてパターン形成されることにより設けることができる。
スイッチ素子1は、絶縁基板10上に内部を保護するカバー部材20が取り付けられている。スイッチ素子1は、絶縁基板10がカバー部材20に覆われることによりその内部が保護されている。カバー部材20は、スイッチ素子1の側面を構成する側壁21と、スイッチ素子1の上面を構成する天面部22とを有し、側壁21が絶縁基板10上に接続されることにより、スイッチ素子1の内部を閉塞する蓋体となる。このカバー部材20は、上記絶縁基板10と同様に、たとえば、熱可塑性プラスチック,セラミックス,ガラスエポキシ基板等の絶縁性を有する部材を用いて形成されている。
なお、本発明が適用されたスイッチ素子は、絶縁基板の表面上において、高融点金属体と第1、第2の電極とを重畳させてもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子40は、図8に示すように、絶縁基板10の表面10aの相対向する側縁10d,10e間にわたって高融点金属体15が形成される。また、スイッチ素子40は、第1、第2の電極11,12が絶縁基板10の表面10aの相対向する側縁10b,10cに形成される。
また、本発明が適用されたスイッチ素子は、絶縁基板の表面に第1、第2の電極を形成し、絶縁基板の裏面に高融点金属体を形成することにより、高融点金属体と第1、第2の電極とを重畳させてもよい。なお、以下の説明において、上述したスイッチ素子1と同様の構成については、同じ符号を付してその詳細を省略する。このスイッチ素子50は、図9に示すように、絶縁基板10の裏面10fの相対向する側縁10d,10e間にわたって高融点金属体15が形成される。また、スイッチ素子50は、第1、第2の電極11,12が絶縁基板10の表面10aの相対向する側縁10b,10cに形成される。
上述したように、第1、第2の可溶導体13,14のいずれか又は全部は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。高融点金属層60はAg、Cu又はこれらを主成分とする合金等からなり、低融点金属層61はSnを主成分とするPbフリーハンダ等からなる。このとき、第1、第2の可溶導体13,14は、図10(A)に示すように、内層として高融点金属層60が設けられ、外層として低融点金属層61が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、第1、第2の可溶導体13,14は、高融点金属層60の全面が低融点金属層61によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。高融点金属層60や低融点金属層61による被覆構造は、メッキ等の公知の成膜技術を用いて形成することができる。
Claims (33)
- 絶縁基板と、
上記絶縁基板上に、近接して形成された第1、第2の電極と、
上記第1の電極上に搭載された第1の可溶導体と、
上記絶縁基板に形成され、上記第1の可溶導体よりも融点の高い高融点金属体とを有し、
上記第1の可溶導体は、低融点金属と、上記低融点金属に積層された上記低融点金属よりも高い融点の高融点金属を含有し、
リフロー実装にて表面実装され、
上記低融点金属の融点は、上記リフロー実装による接続温度以下であり、
上記高融点金属体は、正常時に定格内の電流が通電し、
上記高融点金属体の異常時に流れる過電流による発熱により上記第1の可溶導体を溶融させ、該溶融導体を介して上記第1の電極及び第2の電極を接続し、電気的に短絡させ、
上記高融点金属体は、上記第1の可溶導体を溶融させ、上記第1、第2の電極を短絡させた後、溶断するスイッチ素子。 - 絶縁基板と、
上記絶縁基板上に、近接して形成された第1、第2の電極と、
上記第1の電極上に搭載された第1の可溶導体と、
上記絶縁基板に形成され、上記第1の可溶導体よりも融点の高い高融点金属体とを有し、
上記第1の電極の先端部を除く領域上に絶縁層が形成され、
上記絶縁層の一部に開口部が形成され、
上記第1の可溶導体は、上記第1の電極の先端部と上記開口部において接続ハンダにて接続され、
上記高融点金属体は、正常時に定格内の電流が通電し、
上記高融点金属体の異常時に流れる過電流による発熱により上記第1の可溶導体を溶融させ、該溶融導体を介して上記第1の電極及び第2の電極を接続し、電気的に短絡させるスイッチ素子。 - 上記高融点金属体は、上記第1の可溶導体を溶融させ、上記第1、第2の電極を短絡させた後、溶断する請求項2記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、自身のジュール熱により溶断する請求項1又は3記載のスイッチ素子。
- 上記第2の電極上に第2の可溶導体が搭載されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、上記絶縁基板の表面に積層された電極パターンからなる請求項1〜5のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、銀若しくは銅を主成分とする金属である請求項6記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体の電極パターンは、上記可溶導体に近接する位置が相対的に細くなり、電流が集中することにより局部的に高温に発熱する発熱部が形成されている請求項6又は7に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体が絶縁層に被覆されている請求項1〜8のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体と絶縁基板の間に絶縁層が形成されている請求項6〜9のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁層は、ガラスを主成分とする請求項9又は10に記載のスイッチ素子。
- 上記高融点金属体は、銅若しくは銀を主成分とする箔若しくはワイヤーである請求項1〜5のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板は、セラミック基板である請求項1〜12のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体が搭載された上記第1の電極と、上記高融点金属体とが接続されている請求項1〜13のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1、第2の電極と上記高融点金属体とが、上記絶縁基板の同一平面に並んで配置されている請求項1〜14のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板の一方の面において、上記第1、第2の電極が上記高融点金属体上に絶縁層を介して積層されている請求項1〜13のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板の一方の面に上記第1、第2の電極が配置され、上記絶縁基板の他方の面に上記高融点金属体が配置され、少なくとも上記第1の電極上に搭載された上記第1の可溶導体と上記高融点金属体とが重畳する請求項1〜13のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、ハンダである請求項2に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属と高融点金属とを含有し、
上記低融点金属が上記高融点金属体の発熱により溶融し、上記高融点金属を溶食する請求項1〜17のいずれか1項に記載のスイッチ素子。 - 上記低融点金属はハンダであり、
上記高融点金属は、Ag、Cu又はAg若しくはCuを主成分とする合金である請求項19記載のスイッチ素子。 - 上記第1の可溶導体は、内層が高融点金属であり、外層が低融点金属の被覆構造である請求項19又は20に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、内層が低融点金属であり、外層が高融点金属の被覆構造である請求項19又は20に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属と、高融点金属とが積層された積層構造である請求項19又は20に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属と、高融点金属とが交互に積層された4層以上の多層構造である請求項19又は20に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、内層を構成する低融点金属の表面に形成された高融点金属に、開口部が設けられている請求項19又は20に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、多数の開口部を有する高融点金属層と、上記高融点金属層上に形成された低融点金属層とを有し、上記開口部に低融点金属が充填されている請求項19又は20に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属の体積が、高融点金属の体積よりも多い請求項19〜25のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1の可溶導体の上にフラックスがコーティングされている請求項1〜27のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記第1及び第2の電極表面に、Ni/Auメッキ、Ni/Pdメッキ、Ni/Pd/Auメッキのいずれかが被覆されている請求項1〜28のいずれか1項に記載のスイッチ素子。
- 上記絶縁基板上に設けられ、内部を保護するカバー部材を備え、
上記カバー部材は、上記第1及び第2の電極と重畳する位置に、カバー部電極が設けられている請求項1〜29のいずれか1項に記載のスイッチ素子。 - 互いに開放されるとともに外部回路と接続され、少なくとも一方に可溶導体が搭載された第1及び第2の電極を有し、上記第1及び第2の電極が短絡することにより上記外部回路を作動させるスイッチ部と、
上記可溶導体の融点よりも高い融点を有し、上記スイッチ部と電気的に独立して形成された機能回路に接続されるヒューズとを備え、
上記第1、第2の電極と上記外部回路、及び上記ヒューズと上記機能回路は、それぞれリフロー実装により接続され、
上記ヒューズは、正常時に定格内の電流が通電し、
上記機能回路による上記ヒューズの異常時に流れる過電流による発熱により、上記可溶導体を溶融させ、該溶融導体により上記第1、第2の電極を短絡させ上記外部回路を作動させるスイッチ回路。 - 上記ヒューズへの通電は、金属体が自身のジュール熱により溶断することにより停止する請求項31記載のスイッチ回路。
- 互いに開放され、少なくとも一方に可溶導体が搭載された第1、第2の電極を有し、上記第1、第2の電極が短絡するスイッチ部により警報器を作動させる作動回路と、
上記作動回路と電気的に独立して形成され、上記可溶導体の融点よりも高い融点を有するヒューズと、上記ヒューズが電源に直列に繋がる機能回路を有する制御回路とを備え、
上記第1、第2の電極と上記警報器、及び上記ヒューズと上記機能回路は、それぞれリフロー実装により接続され、
上記機能回路の異常時に流れる過電流に伴って上記ヒューズが発する熱により、上記可溶導体を溶融させ、該溶融導体により上記第1、第2の電極を短絡させ上記警報器を作動させる警報回路。
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