JP6436729B2 - ヒューズエレメント、ヒューズ素子、保護素子、短絡素子、切替素子 - Google Patents

Description

本発明は、電流経路上に実装され、定格を超える電流が流れた時の自己発熱、あるいは発熱体の発熱により溶断し当該電流経路を遮断するヒューズエレメントに関し、特に速断性に優れたヒューズエレメント、及びこれを用いたヒューズ素子、保護素子、短絡素子、切替素子に関する。

従来、定格を超える電流が流れた時に自己発熱により溶断し、当該電流経路を遮断するヒューズエレメントが用いられている。ヒューズエレメントとしては、例えば、ハンダをガラス管に封入したホルダー固定型ヒューズや、セラミック基板表面にＡｇ電極を印刷したチップヒューズ、銅電極の一部を細らせてプラスチックケースに組み込んだねじ止め又は差し込み型ヒューズ等が多く用いられている。

特開２０１１−８２０６４号公報

しかし、上記既存のヒューズエレメントにおいては、リフローによる表面実装ができない、電流定格が低く、また大型化によって定格を上げると速断性に劣る、といった問題点が指摘されている。

また、リフロー実装用の速断ヒューズ素子を想定した場合、リフローの熱によって溶融しないように、一般的には、ヒューズエレメントには融点が３００℃以上のＰｂ入り高融点ハンダが溶断特性上好ましい。しかしながら、ＲｏＨＳ指令等においては、Ｐｂ含有ハンダの使用は、限定的に認められているに過ぎず、今後Ｐｂフリー化の要求は、強まるものと考えられる。

すなわち、ヒューズエレメントとしては、リフローによる表面実装が可能でヒューズ素子への実装性に優れること、定格を上げて大電流に対応可能であること、定格を超える過電流時には速やかに電流経路を遮断する速溶断性を備えることが求められる。

そこで、本発明は、表面実装が可能であり、定格の向上と速溶断性とを両立できるヒューズエレメント、及びこれを用いたヒューズ素子、保護素子、短絡素子、切替素子を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係るヒューズエレメントは、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層と、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層とを有し、上記第２の低融点金属層、上記高融点金属層、上記第１の低融点金属層、上記高融点金属層の順序で４層以上積層されている。
また、本発明に係るヒューズエレメントは、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層と、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層とを有し、内層が上記第１の低融点金属層であり、上記内層に積層される外層が上記高融点金属層であり、上記外層に積層される最外層が上記第２の低融点金属層である。
また、本発明に係るヒューズエレメントは、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層と、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層とを有し、上記高融点金属層は、上記第１の低融点金属層と上記第２の低融点金属層との間に積層され、上記高融点金属層はＡｇ、Ｃｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金であり、上記第１の低融点金属層はＳｎ又はＳｎを主成分とする合金であり、上記第２の低融点金属層はＢｉ、Ｉｎ又はＢｉ若しくはＩｎを含む合金であり、上記第１の低融点金属層、上記高融点金属層、上記第２の低融点金属層、上記高融点金属層の順序で４層以上積層されている。

また、本発明に係るヒューズ素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板上に形成された第１、第２の電極と、少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層され、上記第１、第２の電極間に跨って接続されるヒューズエレメントとを有し、上記ヒューズエレメントは、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第２の電極に接続されているものである。

また、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板上又は上記絶縁基板の内部に形成された発熱体と、上記絶縁基板上に設けられた第１、第２の電極と、上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、上記第１の電極から上記発熱体引出電極を介して上記第２の電極に跨って接続された可溶導体とを有し、上記可溶導体は、少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層されたヒューズエレメントからなり、上記ヒューズエレメントは、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第２の電極及び上記発熱体引出電極に接続され、上記発熱体の通電発熱により溶融し、上記第１、第２の電極間を遮断するものである。

また、本発明に係る短絡素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板上又は上記絶縁基板の内部に形成された発熱体と、上記絶縁基板上に隣接して設けられた第１、第２の電極と、上記絶縁基板上に設けられ上記発熱体と電気的に接続された第３の電極と、上記第１、第３の電極間に跨って接続される可溶導体とを有し、上記可溶導体は、少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層されたヒューズエレメントからなり、上記ヒューズエレメントは、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第３の電極に接続され、上記発熱体の通電発熱により溶融し、上記第１、第２の電極間を短絡させるとともに、上記第１、第３の電極間を遮断するものである。

また、本発明に係る切替素子は、絶縁基板と、上記絶縁基板上又は上記絶縁基板の内部に形成された第１、第２の発熱体と、上記絶縁基板上に隣接して設けられた第１、第２の電極と、上記絶縁基板上に設けられ上記第１の発熱体と電気的に接続する第３の電極と、上記第１、第３の電極間に跨って接続される第１の可溶導体と、上記絶縁基板上に設けられ上記第２の発熱体と電気的に接続する第４の電極と、上記絶縁基板上に上記第４の電極と隣接して設けられた第５の電極と、上記第２の電極から上記第４の電極を介して上記第５の電極に跨って接続された第２の可溶導体とを有し、上記第１、第２の可溶導体は、少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層されたヒューズエレメントからなり、上記第１の可溶導体は、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第３の電極に接続され、上記第２の可溶導体は、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第２、第４、第５の電極に接続され、上記第２の発熱体の通電発熱により上記第２の可溶導体を溶融させて上記第２、第５の電極間を遮断し、上記第１の発熱体の通電発熱により上記第１の可溶導体を溶融させて上記第１、第２の電極間を短絡するものである。

本発明によれば、ヒューズエレメントは、高融点金属層を積層することによって、リフロー等の実装温度が低融点金属層の溶融温度を超えた場合であっても、ヒューズエレメントとして溶断するに至らない。したがって、本発明によればヒューズエレメントをリフローによって効率よく実装することができる。

また、本発明にかかるヒューズエレメントは、自己発熱又は発熱体の発熱によって溶融する。このとき、ヒューズエレメントは、溶融した低融点金属層が高融点金属層を浸食することにより、高融点金属層が自身の融点よりも低い温度で溶解する。したがって、本発明によれば、ヒューズエレメントを低融点金属層による高融点金属層の浸食作用を利用して短時間で溶断することができる。

また、本発明にかかるヒューズエレメントは、低融点金属層に低抵抗の高融点金属層が積層されて構成されているため、導体抵抗を大幅に低減することができ、同一サイズの従来のチップヒューズ等に比して、電流定格を大幅に向上させることができる。また、同じ電流定格をもつ従来のチップヒューズよりも薄型化を図ることができ、速溶断性に優れる。

よって、本発明にかかるヒューズエレメントは、互いに融点の異なる２種類の金属による積層可溶導体からなるヒューズエレメントに比して、リフロー温度等の高温環境に対する耐性と低抵抗特性を維持しつつ、速溶断性に優れる。

図１は、本発明に係るヒューズエレメントを示す断面図である。 図２は、最外層として第１の低融点金属層を積層させたヒューズエレメントを示す断面図である。 図３は、所定の積層パターンを繰り返して形成された本発明に係る他のヒューズエレメントを示す断面図である。 図４は、所定の積層パターンを繰り返すとともに最外層として第１の低融点金属層を積層させた本発明に係る他のヒューズエレメントを示す断面図である。 図５は、本発明に係る他のヒューズエレメントを示す断面図である。 図６は、最外層として第２の低融点金属層を積層させた他のヒューズエレメントを示す断面図である。 図７は、所定の積層パターンを繰り返して形成された本発明に係る他のヒューズエレメントを示す断面図である。 図８は、所定の積層パターンを繰り返すとともに最外層として第２の低融点金属層を積層させた本発明に係る他のヒューズエレメントを示す断面図である。 図９は、本発明が適用されたヒューズ素子を示す断面図である。 図１０は、本発明が適用されたヒューズ素子のカバー部材を省略して示す平面図である。 図１１は、ヒューズエレメントに塗布したフラックスにシートを含浸させたヒューズ素子を示す断面図である。 図１２は、ヒューズエレメントに繊維状物が混合されたフラックスを塗布したヒューズ素子を示す断面図である。 図１３は、ヒューズ素子の回路図であり、（Ａ）はヒューズエレメントの溶断前、（Ｂ）はヒューズエレメントの溶断後を示す。 図１４は、本発明が適用されたヒューズ素子のヒューズエレメントが溶断した状態を示す断面図である。 図１５は、本発明が適用された保護素子を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は断面図である。 図１６は、ヒューズエレメントに塗布したフラックスにシートを含浸させた保護素子を示す断面図である。 図１７は、ヒューズエレメントに繊維状物が混合されたフラックスを塗布した保護素子を示す断面図である。 図１８は、本発明が適用された保護素子の回路図である。 図１９は、ヒューズエレメントが溶断した状態の保護素子を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は回路図である。 図２０は、本発明が適用された短絡素子を示す図であり、（Ａ）はカバー部材を省略して示す平面図、（Ｂ）は断面図である。 図２１は、ヒューズエレメントに塗布したフラックスにシートを含浸させた短絡素子を示す断面図である。 図２２は、ヒューズエレメントに繊維状物が混合されたフラックスを塗布した短絡素子を示す断面図である。 図２３は、短絡素子の回路図であり、（Ａ）はスイッチが切れている状態、（Ｂ）はスイッチが短絡した状態を示す。 図２４は、絶縁されていた第１、第２の電極が溶融導体によって短絡された状態を示す短絡素子の断面図である。 図２５Ａは、短絡素子をカバー部材を省略して示す平面図である。 図２５Ｂは、短絡素子の断面図である。 図２５Ｃは、短絡素子の２つのヒューズエレメントのそれぞれにフラックスシートを搭載した断面図である。 図２５Ｄは、短絡素子の２つのヒューズエレメントに塗布したフラックスにシートを含浸させた断面図である。 図２５Ｅは、短絡素子の２つのヒューズエレメントのそれぞれに繊維状物が混合されたフラックスを塗布した断面図である。 図２５Ｆは、短絡素子の２つのヒューズエレメントにわたって繊維状物が混合されたフラックスを塗布した断面図である。 図２６Ａは、本発明が適用された切替素子をカバー部材を省略して示す平面図である。 図２６Ｂは、本発明が適用された切替素子の断面図である。 図２７は、ヒューズエレメントに塗布したフラックスにシートを含浸させた切替素子の断面図である。 図２８は、ヒューズエレメントに繊維状物が混合されたフラックスを塗布した切替素子の断面図である。 図２９は、ヒューズエレメントの溶断前の切替素子の回路図である。 図３０は、切替素子において、第２のヒューズエレメントが先に溶融した状態をカバー部材を省略して示す平面図である。 図３１Ａは、切替素子の第２、第４、第５の電極間が接続していた可溶導体の溶断により遮断され、絶縁されていた第１、第２の電極が溶融導体によって短絡された状態をカバー部材を省略して示す平面図である。 図３１Ｂは、切替素子の第２、第４、第５の電極間が接続していた可溶導体の溶断により遮断され、絶縁されていた第１、第２の電極が溶融導体によって短絡された状態を示す断面図である。 図３２は、ヒューズエレメントの溶断後の切替素子の回路図である。

以下、本発明が適用されたヒューズエレメント、ヒューズ素子、保護素子、短絡素子及び切替素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみ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内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［ヒューズエレメント］
先ず、本発明が適用されたヒューズエレメントについて説明する。本発明が適用されたヒューズエレメント１は、後述するヒューズ素子、保護素子、短絡素子及び切替素子の可溶導体として用いられ、定格を超える電流が通電することによって自己発熱（ジュール熱）により溶断し、あるいは発熱体の発熱により溶断されるものである。ヒューズエレメント１は、互いに融点の異なる３層以上の金属層が積層されたものであり、例えば、図１に示すように、高融点金属層２と、高融点金属層２よりも融点の低い第１の低融点金属層３と、第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４とを有し、例えば略矩形板状に形成されている。

高融点金属層２は、例えば、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金が好適に用いられ、ヒューズエレメント１をリフロー炉によって絶縁基板上に実装を行う場合においても溶融しない高い融点を有する。

第１の低融点金属層３は、例えばＳｎ又はＳｎを主成分とする合金で「Ｐｂフリーハンダ」と一般的に呼ばれる材料が好適に用いられる。第１の低融点金属層３の融点は、必ずしもリフロー炉の温度よりも高い必要はなく、２００℃程度で溶融してもよい。

第２の低融点金属層４は、例えばＢｉ、Ｉｎ又はＢｉ若しくはＩｎを含む合金が好適に用いられる。第２の低融点金属層４の融点は、第１の低融点金属層３よりもさらに低く、例えば１２０℃〜１４０℃で溶融を開始する。

ヒューズエレメント１は、互いに融点の異なる３層以上の金属層が積層されて形成されることにより、ヒューズ素子、保護素子、短絡素子及び切替素子の絶縁基板への実装性に優れ、また、ヒューズエレメント１が用いられた各素子の外部回路基板への実装性を向上させることができる。また、ヒューズエレメント１は、各素子において、定格の向上と速溶断性とを実現できる。

すなわち、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２を備えることにより、リフロー炉等の外部熱源によって第１、第２の低融点金属層３，４の融点以上の高熱環境に短時間曝された場合にも、溶断や変形が防止され、初期遮断や初期短絡又は定格の変動に伴う溶断特性の低下を防止することができる。したがって、ヒューズエレメント１は、ヒューズ素子等の各素子の絶縁基板への実装や、ヒューズ素子等の各素子の外部回路基板への実装をリフロー実装により効率よく実現することができ、実装性を向上させることができる。

また、ヒューズエレメント１は、低抵抗の高融点金属層２が積層されて構成されているため、従来の鉛系高融点ハンダを用いた可溶導体に比べ、導体抵抗を大幅に低減することができ、同一サイズの従来のチップヒューズ等に比して、電流定格を大幅に向上させることができる。また、同じ電流定格をもつ従来のチップヒューズよりも薄型化を図ることができ、速溶断性に優れる。

さらに、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２よりも融点の低い第１の低融点金属層３及び第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４が積層されているため、過電流による自己発熱や発熱体の発熱により、第２の低融点金属層４の融点から溶融を開始し、速溶断特性を向上させることができる。例えば、第２の低融点金属層４をＳｎ‐Ｂｉ系合金やＩｎ‐Ｓｎ系合金などで構成した場合、ヒューズエレメント１は、１４０℃や１２０℃前後という低温度から溶融を開始する。そして、溶融した第１、第２の低融点金属層３，４が高融点金属層２を浸食（ハンダ食われ）することにより、高融点金属層２が融点よりも低い温度で溶融する。したがって、ヒューズエレメント１は、第１、第２の低融点金属層３，４による高融点金属層２の浸食作用を利用して速溶断性を向上することができる。

［ヒューズエレメントの積層構造］
ここで、ヒューズエレメント１は、図１に示すように、高融点金属層２は、第１の低融点金属層３と第２の低融点金属層４との間に積層されていることが好ましい。ヒューズエレメント１は、高融点金属層２を融点の異なる２種類の第１、第２の低融点金属層３，４で挟むことにより、第２の低融点金属層４のより低い温度から高融点金属層２の一方の面の浸食を開始し、次いで、第１の低融点金属層３の温度で両面から高融点金属層２を浸食する。

これにより、ヒューズエレメント１は、リフロー温度等の高温環境に対する耐性を備えつつ、速溶断特性を向上させることができる。すなわち、融点が２２０℃前後の一般的なＰｂフリーハンダからなる低融点金属層とＡｇ等の高融点金属層とを積層させたヒューズエレメントにおいては、リフロー温度等の高温環境に対する耐性を備えようとすると、高融点金属層の厚さを厚くする必要があり、そのため溶断時間が延びてしまう。

また、ヒューズエレメントの溶断時間を短縮するために、低融点金属層を比較的安価なＳｎ／Ｂｉ系の合金で形成すると、抵抗値が高くなってしまい、定格を向上させることができない。

この点、ヒューズエレメント１は、Ｓｎ又はＳｎを主成分とする合金が好適に用いられる第１の低融点金属層３と、Ｂｉ、Ｉｎ又はＢｉ若しくはＩｎを含む合金が好適に用いられ第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４との間に高融点金属層２を積層する。これにより、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２がリフロー温度等の高温環境に対する耐性を備える厚さを有していても、第１及び／又は第２の低融点金属層３，４が高融点金属層２を両面から浸食することで速やかに溶断することができる。

また、ヒューズエレメント１は、Ｓｎ又はＳｎを主成分とする合金が好適に用いられる第１の低融点金属層３を備えることにより低抵抗を維持しつつ、Ｂｉ、Ｉｎ又はＢｉ若しくはＩｎを含む合金が好適に用いられ第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４とを備えることにより、低温から溶融を開始させ速溶断性を向上させることができる。

さらに、ヒューズエレメント１は、第１の低融点金属層３と、第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４との間に高融点金属層２を積層することにより、溶融過程において高融点金属層２の一部が溶解し第１の低融点金属層３と第２の低融点金属層４とが混じると、第１の低融点金属層３の融点が下がり、溶融速度が加速し、速溶断性をさらに向上させることができる。

また、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２、第１の低融点金属層３及び第２の低融点金属層４によって、４層以上積層されていることが好ましい。このとき、ヒューズエレメント１は、図１に示すように、下層から、第１の低融点金属層３、高融点金属層２、第２の低融点金属層４、高融点金属層２の順序で４層積層してもよい。図１に示すヒューズエレメント１は、一方の高融点金属層２が第１、第２の低融点金属層３，４の間に積層されることで、速やかに溶断することができる。

また、ヒューズエレメント１は、最下層の第１の低融点金属層３を、後述するヒューズ素子、保護素子、短絡素子、切替素子の各素子の電極上に接続する接続材料として用いてもよい。すなわち、ヒューズエレメント１は、第１の低融点金属層３によって各素子の電極に接続されるようにしてもよい。

また、ヒューズエレメント１は、一対の高融点金属層２の間に設けられる内層を第２の低融点金属層４とし、外層を高融点金属層２とすることにより、ヒューズ素子等の各素子が組み込まれた電気系統に異常に高い電圧が瞬間的に印加されるサージへの耐性（耐パルス性）を向上することができる。すなわち、ヒューズエレメント１は、例えば１００Ａの電流が数ｍｓｅｃ流れたような場合にまで溶断してはならない。この点、極短時間に流れる大電流は導体の表層を流れることから（表皮効果）、ヒューズエレメント１は、外層として抵抗値の低いＡｇメッキ等の高融点金属層２が設けられているため、サージによって印加された電流を流しやすく、自己発熱による溶断を防止することができる。したがって、ヒューズエレメント１は、従来のハンダ合金からなるヒューズに比して、大幅にサージに対する耐性を向上させることができる。

［製造方法］
ヒューズエレメント１は、第１、第２の低融点金属層３，４の表面に高融点金属２をメッキ技術を用いて成膜することにより製造できる。ヒューズエレメント１は、例えば、長尺状のハンダ箔の表面にＡｇメッキを施すことにより効率よく製造でき、使用時には、サイズに応じて切断することで、容易に用いることができる。

また、ヒューズエレメント１は、第１、第２の低融点金属層３，４を構成する低融点金属箔と高融点金属層２を構成する高融点金属箔とを貼りあわせることにより製造してもよい。ヒューズエレメント１は、例えば、圧延した２枚のＣｕ箔、或いはＡｇ箔の間に、同じく圧延した第２の低融点金属層４を構成するハンダ箔を挟み、さらに一方の高融点金属層２に第１の低融点金属層３を構成するハンダ箔を積層してプレスすることにより製造できる。この場合、低融点金属箔は、高融点金属箔よりも柔らかい材料を選択することが好ましい。これにより、厚みのばらつきを吸収して低融点金属箔と高融点金属箔とを隙間なく密着させることができる。また、低融点金属箔はプレスによって膜厚が薄くなるため、予め厚めにしておくとよい。プレスにより低融点金属箔がヒューズエレメント端面よりはみ出した場合は、切り落として形を整えることが好ましい。

その他、ヒューズエレメント１は、蒸着等の薄膜形成技術や、他の周知の積層技術を用いることによっても、第１、第２の低融点金属層３，４と高融点金属層２とが積層されたヒューズエレメント１を形成することができる。

なお、ヒューズエレメント１は、一方の高融点金属層２を最外層としたときに、さらに当該最外層の高融点金属層２の表面に図示しない酸化防止膜を形成してもよい。ヒューズエレメント１は、最外層の高融点金属層２がさらに酸化防止膜によって被覆されることにより、例えば高融点金属層２としてＣｕメッキやＣｕ箔を形成した場合にも、Ｃｕの酸化を防止することができる。したがって、ヒューズエレメント１は、Ｃｕの酸化によって溶断時間が長くなる事態を防止することができ、短時間で溶断することができる。

また、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２としてＣｕ等の安価だが酸化しやすい金属を用いることができ、Ａｇ等の高価な材料を用いることなく形成することができる。

高融点金属の酸化防止膜は、第１、第２の低融点金属層３，４と同じ材料を用いることができ、例えばＳｎを主成分とするＰｂフリーハンダを用いることができる。また、酸化防止膜は、高融点金属層２の表面に錫メッキを施すことにより形成することができる。その他、酸化防止膜は、Ａｕメッキやプリフラックスによって形成することもできる。

また、本発明が適用されたヒューズエレメントは、図２に示すように、第１の低融点金属層３、高融点金属層２、第２の低融点金属層４、高融点金属層２の順序で積層するとともに、最外層として第１の低融点金属層３を積層させてもよい。図２に示すヒューズエレメント１０は、一対の高融点金属層２の間に設けられる内層を第２の低融点金属層４とし、外層を高融点金属層２とし、最外層を第１の低融点金属層３としたものであり、一対の高融点金属層２がいずれも第１、第２の低融点金属層３，４の間に積層される。

また、本発明が適用されたヒューズエレメントは、図３に示すように、第１の低融点金属層３、高融点金属層２、第２の低融点金属層４、高融点金属層２の積層パターンを繰り返すことにより形成してもよい。図３に示すヒューズエレメント２０は、当該積層パターンを繰り返すことにより、速溶断性を維持しつつ、ヒューズエレメントの厚み増加による低抵抗化と、リフロー時の変形抑制を図ることができる。

すなわち、ヒューズエレメントは、低抵抗化し定格電流を上げるためには、高融点金属層を厚くするか、低融点金属を厚くすることが必要となる。高融点金属層を厚くすると、低抵抗化に加え、リフロー時の変形や溶断を防止でき、リフロー温度等の高温環境に対する耐性を向上させることができるが、一方で速溶断性を損なう。また、低融点金属層を厚くすると溶食が速まり、高温環境に対する耐性を損なってしまう。そこで、ヒューズエレメント２０は、当該積層パターンを繰り返すことで、速溶断性を維持しつつ、所望の厚さを確保して低抵抗化による定格の向上を図り、かつ高温環境に対する耐性の向上を実現することができる。なお、ヒューズエレメント２０は、当該積層パターンを繰り返すことにより８層積層したものであるが、本発明が適用されたヒューズエレメントは、当該積層パターンを繰り返すことにより８層以上に積層させてもよい。

また、本発明が適用されたヒューズエレメントは、図４に示すように、第１の低融点金属層３、高融点金属層２、第２の低融点金属層４、高融点金属層２の積層パターンを繰り返すとともに、最外層として第１の低融点金属層３を積層させてもよい。図４に示すヒューズエレメント３０は、当該積層パターンを繰り返すことにより８層積層した後、最外層として第１の低融点金属層３を積層したものであり、すべての高融点金属層２が第１、第２の低融点金属層３，４の間に積層される。

また、本発明が適用されたヒューズエレメントは、図５に示すように、下層から、第２の低融点金属層４、高融点金属層２、第１の低融点金属層３、高融点金属層２の順序で４層積層してもよい。図５に示すヒューズエレメント４０も、上述したヒューズエレメント１と同様に一方の高融点金属層２が第１、第２の低融点金属層３，４の間に積層されることで、速やかに溶断することができる。

また、ヒューズエレメント４０は、最下層の第２の低融点金属層４を、後述するヒューズ素子、保護素子、短絡素子、切替素子の各素子の電極上に接続する接続材料として用いてもよい。すなわち、ヒューズエレメント４０は、第２の低融点金属層４によって各素子の電極に接続されるようにしてもよい。

また、本発明が適用されたヒューズエレメントは、図６に示すように、第２の低融点金属層４、高融点金属層２、第１の低融点金属層３、高融点金属層２の順序で積層するとともに、最外層として第２の低融点金属層４を積層させてもよい。図６に示すヒューズエレメント５０は、一対の高融点金属層２の間に設けられる内層を第１の低融点金属層３とし、外層を高融点金属層２とし、最外層を第２の低融点金属層４としたものであり、一対の高融点金属層２がいずれも第１、第２の低融点金属層３，４の間に積層される。

また、本発明が適用されたヒューズエレメントは、図７に示すように、第２の低融点金属層４、高融点金属層２、第１の低融点金属層３、高融点金属層２の積層パターンを繰り返すことにより形成してもよい。図７に示すヒューズエレメント６０は、当該積層パターンを繰り返すことにより、上述したヒューズエレメント２０，３０と同様に、速溶断性を維持しつつ、ヒューズエレメントの厚み増加による低抵抗化と、剛性増加によるリフロー時の変形抑制を図ることができる。なお、ヒューズエレメント６０は、当該積層パターンを繰り返すことにより８層積層したものであるが、本発明が適用されたヒューズエレメントは、当該積層パターンを繰り返すことにより８層以上に積層させてもよい。

また、本発明が適用されたヒューズエレメントは、図８に示すように、第２の低融点金属層４、高融点金属層２、第１の低融点金属層３、高融点金属層２の積層パターンを繰り返すとともに、最外層として第２の低融点金属層４を積層させてもよい。図８に示すヒューズエレメント７０は、当該積層パターンを繰り返すことにより８層積層した後、最外層として第２の低融点金属層４を積層したものであり、すべての高融点金属層２が第１、第２の低融点金属層３，４の間に積層される。

なお、上述したように、ヒューズエレメント１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０は、第２の低融点金属層を構成する金属としてＢｉ、Ｉｎ又はＢｉ若しくはＩｎを含む合金が好適に用いられるが、ＩｎはＳｎより抵抗率が低い反面、レアメタルであり高価な材料であることから、製造コスト、材料の入手の容易性等を含め総合的に判断すると、図１〜４に示すヒューズエレメント１，１０，２０，３０よりも、図５〜８に示すヒューズエレメント４０，５０，６０，７０の構成が好ましいといえる。

また、上述したヒューズエレメント１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０は、第１の低融点金属層３の体積を高融点金属層２の体積よりも大きくすることが好ましい。ヒューズエレメント１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０は、第１の低融点金属層３の体積を多くすることにより、効果的に高融点金属層２の浸食による短時間での溶断を行うことができる。同様に、ヒューズエレメント１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０は、第２の低融点金属層４の体積を高融点金属層２の体積よりも大きくすることが好ましい。

次いで、上述したヒューズエレメント１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０を用いたヒューズ素子、保護素子、短絡素子、切替素子について説明する。なお、以下の説明では、ヒューズエレメント１を用いた各素子について説明するが、ヒューズエレメント１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０を用いてもよいのは勿論である。

［ヒューズ素子］
本発明が適用されたヒューズ素子８０は、図９に示すように、絶縁基板８１と、絶縁基板８１に設けられた第１の電極８２及び第２の電極８３と、第１及び第２の電極８２，８３間にわたって実装され、定格を超える電流が通電することによって自己発熱により溶断し、第１の電極８２と第２の電極８３との間の電流経路を遮断するヒューズエレメント１とを備える。

絶縁基板８１は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって方形状に形成される。その他、絶縁基板８１は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。

絶縁基板８１の相対向する両端部には、第１、第２の電極８２，８３が形成されている。第１、第２の電極８２，８３は、それぞれ、ＡｇやＣｕ配線等の導電パターンによって形成され、表面に適宜、酸化防止対策としてＳｎメッキ、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の保護層８６が設けられている。また、第１、第２の電極８２，８３は、絶縁基板８１の表面８１ａより、キャスタレーションを介して裏面８１ｂに形成された第１、第２の外部接続電極８２ａ，８３ａと連続されている。ヒューズ素子８０は、裏面８１ｂに形成された第１、第２の外部接続電極８２ａ，８３ａを介して、回路基板の電流経路上に実装される。

第１及び第２の電極８２，８３は、ハンダ等の接続材料８８を介してヒューズエレメント１が接続されている。

上述したように、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２を備えることにより高温環境に対する耐性が向上されているため実装性に優れ、接続材料８８を介して第１及び第２の電極８２，８３間に搭載された後、リフローはんだ付け等により容易に接続することができる。なお、ヒューズエレメント１は、最下層に設けられた第１の低融点金属層３又は第２の低融点金属層４を接続材料として用いて、第１、第２の電極８２，８３に接続してもよい。

［実装状態］
次いで、ヒューズエレメント１の実装状態について説明する。ヒューズ素子８０は、図９に示すように、ヒューズエレメント１が、絶縁基板８１の表面８１ａから離間して実装されている。

一方、ヒューズエレメントを絶縁基板の表面へ印刷により形成するなど、ヒューズエレメントが絶縁基板の表面と接するヒューズ素子においては、第１、第２の電極間においてヒューズエレメントの溶融金属が絶縁基板上に付着しリークが発生する。例えばＡｇペーストをセラミック基板へ印刷することによりヒューズエレメントを形成したヒューズ素子においては、セラミックと銀が焼結されて食い込んでしまい、第１、第２の電極間に残留してしまう。そのため、当該ヒューズエレメントの溶融残渣によって第１、第２の電極間にリーク電流が流れ、電流経路を完全には遮断することができない。

この点、ヒューズ素子８０においては、絶縁基板８１とは別に単体でヒューズエレメント１を形成し、かつ絶縁基板８１の表面８１ａから離間して実装させている。したがって、ヒューズ素子８０は、ヒューズエレメント１の溶融時にも溶融金属が絶縁基板８１へ食い込むこともなく第１、第２の電極８２，８３上に引き込まれ、確実に第１、第２の電極８２，８３間を絶縁することができる。

［フラックスシート］
また、ヒューズ素子８０は、高融点金属層２又は第１、第２の低融点金属層３，４の酸化防止と、溶断時の酸化物除去及びハンダの流動性向上のために、ヒューズエレメント１の表面や裏面にフラックスをコーティングしてもよい。また、図９に示すように、ヒューズエレメント１上の最外層の全面にフラックスシート８７を配置してもよい。フラックスシート８７は、流動体又は半流動体のフラックスをシート状の支持体に含浸、保持させたものであり、例えば不織布やメッシュ状の生地にフラックスを含浸させたものである。

図１０に示すように、フラックスシート８７は、ヒューズエレメント１の表面積よりも広い面積を有することが好ましい。これにより、ヒューズエレメント１は、フラックスシート８７によって完全に被覆され、溶融により体積が膨張した場合にも、確実にフラックスによる酸化物除去、及び濡れ性の向上による速溶断を実現することができる。

フラックスシート８７を配置することにより、ヒューズエレメント１の実装時やヒューズ素子８０の実装時における熱処理工程においてもフラックスをヒューズエレメント１の全面にわたって保持することができ、ヒューズ素子８０の実使用時において、第１、第２の低融点金属層３，４（例えばハンダ）の濡れ性を高めるとともに、第１、第２の低融点金属が溶解している間の酸化物を除去し、高融点金属（例えばＡｇ）への浸食作用を用いて速溶断性を向上させることができる。

また、フラックスシート８７を配置することにより、最外層の高融点金属層２の表面に、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の酸化防止膜を形成した場合にも、当該酸化防止膜の酸化物を除去することができ、高融点金属層２の酸化を効果的に防止し、速溶断性を維持、向上することができる。

なお、ヒューズ素子８０は、フラックスシート８７に替えて、図１１に示すように、ヒューズエレメント１の最外層にフラックス８５ａを塗布した後、フラックス８５ａの上に不織布やメッシュ状の生地を配置し、フラックスを含浸させてもよい。また、ヒューズ素子８０は、図１２に示すように、フラックスシートに替えて、ヒューズエレメント１の最外層の全面に、繊維状物が混合されたフラックス８５ｂを塗布してもよい。フラックス８５ｂは繊維状物が混合されることにより粘性が高められ、高温環境下においても流動しにくく、ヒューズエレメント１の全面にわたって溶断時の酸化物除去及び濡れ性の向上を図ることができる。なお、フラックス８５ｂに混合させる繊維状物としては、例えば不織布繊維、ガラス繊維等、絶縁性、耐熱性を備えた繊維が好適に用いられる。

なおヒューズエレメント１は、上述したように第１、第２の電極８２，８３上にリフローハンダ付けによって接続することができるが、その他にも、ヒューズエレメント１は、超音波溶接によって第１、第２の電極８２，８３上に接続してもよい。

［カバー部材］
また、ヒューズ素子８０は、ヒューズエレメント１が設けられた絶縁基板８１の表面８１ａ上に、内部を保護するとともに溶融したヒューズエレメント１の飛散を防止するカバー部材８９が取り付けられている。カバー部材８９は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができ、絶縁性の接着剤８４を介して接続されている。ヒューズ素子８０は、ヒューズエレメント１がカバー部材８９によって覆われるため、過電流によるアーク放電の発生を伴う自己発熱遮断時においても、溶融金属がカバー部材８９によって捕捉され、周囲への飛散を防止できる。

また、カバー部材８９は、天面８９ａから絶縁基板８１に向かって、少なくともフラックスシート８７の側面まで延在する突起部８９ｂを有している。カバー部材８９は、突起部８９ｂにより、フラックスシート８７の側面が移動規制を受けるため、フラックスシート８７の位置ずれを防ぐことが可能となる。すなわち、突起部８９ｂは、フラックスシート８７の大きさよりも所定のクリアランスを保持した大きさで、フラックスシート８７を保持すべき位置に対応して設けられる。なお、突起部８９ｂは、フラックスシート８７の側面を周回して覆う壁面としてもよいし、部分的に突起するものであってもよい。

また、カバー部材８９は、フラックスシート８７と天面８９ａの間に所定の間隔をあけた構成とされている。これは、ヒューズエレメント１が溶融した際に、溶融したヒューズエレメント１がフラックスシート８７を押し上げるためのクリアランスが必要だからである。

従って、カバー部材８９は、カバー部材８９の内部空間の高さ（天面８９ａまでの高さ）は、絶縁基板８１の表面８１ａ上の溶融したヒューズエレメント１の高さと、フラックスシート８７の厚さの和よりも大きくなるように構成されている。

［回路構成］
このようなヒューズ素子８０は、図１３（Ａ）に示す回路構成を有する。ヒューズ素子８０は、第１、第２の外部接続電極８２ａ，８３ａを介して外部回路に実装されることにより、当該外部回路の電流経路上に組み込まれる。ヒューズ素子８０は、ヒューズエレメント１に所定の定格電流が流れている間は、自己発熱によっても溶断することがない。そして、ヒューズ素子８０は、定格を超える過電流が通電するとヒューズエレメント１が自己発熱によって溶断し、第１、第２の電極８２，８３間を遮断することにより、当該外部回路の電流経路を遮断する（図１３（Ｂ））。

このとき、ヒューズエレメント１は、上述したように、高融点金属層２よりも融点の低い第１の低融点金属層３及び第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４が積層されているため、過電流による自己発熱により、第２の低融点金属層４の融点から溶融を開始し、高融点金属層２を浸食し始める。したがって、ヒューズエレメント１は、第１、第２の低融点金属層３，４による高融点金属層２の浸食作用を利用することにより、高融点金属層２が自身の融点よりも低い温度で溶融され、速やかに溶断することができる。

加えて、図１４に示すように、ヒューズエレメント１の溶融金属は、第１及び第２の電極８２，８３の物理的な引き込み作用により左右に分断されることから、速やかに、かつ確実に、第１及び第２の電極８２，８３間の電流経路を遮断することができる。

［保護素子］
次いで、ヒューズエレメント１を用いた保護素子について説明する。本発明が適用された保護素子９０は、図１５（Ａ）（Ｂ）に示すように、絶縁基板９１と、絶縁基板９１に積層され、絶縁部材９２に覆われた発熱体９３と、絶縁基板９１の両端に形成された第１の電極９４及び第２の電極９５と、絶縁部材９１上に発熱体９３と重畳するように積層され、発熱体９３に電気的に接続された発熱体引出電極９６と、両端が第１、第２の電極９４，９５にそれぞれ接続され、中央部が発熱体引出電極９６に接続されたヒューズエレメント１とを備える。そして、保護素子９０は、絶縁基板９１上に内部を保護するカバー部材９７が取り付けられている。

絶縁基板９１は、上記絶縁基板８１と同様に、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって方形状に形成される。その他、絶縁基板９１は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。

絶縁基板９１の相対向する両端部には、第１、第２の電極９４，９５が形成されている。第１、第２の電極９４，９５は、それぞれ、ＡｇやＣｕ配線等の導電パターンによって形成されている。また、第１、第２の電極９４，９５は、絶縁基板９１の表面９１ａより、キャスタレーションを介して裏面９１ｂに形成された第１、第２の外部接続電極９４ａ，９５ａと連続されている。保護素子９０は、裏面９１ｂに形成された第１、第２の外部接続電極９４ａ，９５ａが保護素子９０が実装される回路基板に設けられた接続電極に接続されることにより、回路基板上に形成された電流経路の一部に組み込まれる。

発熱体９３は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む材料からなる。発熱体９３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、絶縁基板９１上に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。

また、保護素子９０は、発熱体９３が絶縁部材９２によって被覆され、絶縁部材９２を介して発熱体９３と対向するように発熱体引出電極９６が形成される。発熱体引出電極９６はヒューズエレメント１が接続され、これにより発熱体９３は、絶縁部材９２及び発熱体引出電極９６を介してヒューズエレメント１と重畳される。絶縁部材９２は、発熱体９３の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体９３の熱を効率よくヒューズエレメント１へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。

なお、発熱体９３は、絶縁基板９１に積層された絶縁部材９２の内部に形成してもよい。また、発熱体９３は、第１、第２の電極９４，９５が形成された絶縁基板９１の表面９１ａと反対側の裏面９１ｂに形成してもよく、あるいは、絶縁基板９１の表面９１ａに第１、第２の電極９４，９５と隣接して形成してもよい。また、発熱体９３は、絶縁基板９１の内部に形成してもよい。

また、発熱体９３は、一端が発熱体引出電極９６と接続され、他端が発熱体電極９９と接続されている。発熱体引出電極９６は、絶縁基板９１の表面９１ａ上に形成されるとともに発熱体９３と接続された下層部９６ａと、発熱体９３と対向して絶縁部材９２上に積層されるとともにヒューズエレメント１と接続される上層部９６ｂとを有する。これにより、発熱体９３は、発熱体引出電極９６を介してヒューズエレメント１と電気的に接続されている。なお、発熱体引出電極９６は、絶縁部材９２を介して発熱体９３に対向配置されることにより、ヒューズエレメント１を溶融させるとともに、溶融導体を凝集しやすくすることができる。

また、発熱体電極９９は、絶縁基板９１の表面９１ａ上に形成され、キャスタレーションを介して絶縁基板９１の裏面９１ｂに形成された発熱体給電電極９９ａと連続されている。

保護素子９０は、第１の電極９４から発熱体引出電極９６を介して第２の電極９５に跨ってヒューズエレメント１が接続されている。ヒューズエレメント１は、ハンダ等の接続材料１００を介して第１、第２の電極９４，９５及び発熱体引出電極９６上に接続される。

上述したように、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２を備えることにより高温環境に対する耐性が向上されているため実装性に優れ、接続材料１００を介して第１、第２の電極９４，９５及び発熱体引出電極９６上に搭載された後、リフローはんだ付け等により容易に接続することができる。なお、ヒューズエレメント１は、最下層に設けられた第１の低融点金属層３又は第２の低融点金属層４を接続材料として用いて、第１、第２の電極９４，９５及び発熱体引出電極９６に接続してもよい。

［フラックスシート］
また、保護素子９０は、高融点金属層２又は第１、第２の低融点金属層３，４の酸化防止と、溶断時の酸化物除去及びハンダの流動性向上のために、ヒューズエレメント１の表面や裏面にフラックスをコーティングしてもよい。また、図１５に示すように、ヒューズエレメント１上の最外層の全面にフラックスシート１０１を配置してもよい。フラックスシート１０１は、上記フラックスシート８７と同様に、流動体又は半流動体のフラックスをシート状の支持体に含浸、保持させたものであり、例えば不織布やメッシュ状の生地にフラックスを含浸させたものである。

フラックスシート１０１は、ヒューズエレメント１の表面積よりも広い面積を有することが好ましい。これにより、ヒューズエレメント１は、フラックスシート１０１によって完全に被覆され、溶融により体積が膨張した場合にも、確実にフラックスによる酸化物除去、及び濡れ性の向上による速溶断を実現することができる。

フラックスシート１０１を配置することにより、ヒューズエレメント１の実装時や保護素子９０の実装時における熱処理工程においてもフラックスをヒューズエレメント１の全面にわたって保持することができ、保護素子９０の実使用時において、第１、第２の低融点金属層３，４（例えばハンダ）の濡れ性を高めるとともに、第１、第２の低融点金属が溶解している間の酸化物を除去し、高融点金属（例えばＡｇ）への浸食作用を用いて速溶断性を向上させることができる。

また、フラックスシート１０１を配置することにより、最外層の高融点金属層２の表面に、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の酸化防止膜を形成した場合にも、当該酸化防止膜の酸化物を除去することができ、高融点金属層２の酸化を効果的に防止し、速溶断性を維持、向上することができる。

なお、保護素子９０は、フラックスシート１０１に替えて、図１６に示すように、ヒューズエレメント１の最外層にフラックス１０４ａを塗布した後、フラックス１０４ａの上に不織布やメッシュ状の生地を配置し、フラックス１０４ａを含浸させてもよい。また、保護素子９０は、図１７に示すように、フラックスシートに替えて、ヒューズエレメント１の最外層の全面に、繊維状物が混合されたフラックス１０４ｂを塗布してもよい。フラックス１０４ｂは繊維状物が混合されることにより粘性が高められ、高温環境下においても流動しにくく、ヒューズエレメント１の全面にわたって溶断時の酸化物除去及び濡れ性の向上を図ることができる。なお、フラックス１０４ｂに混合させる繊維状物としては、例えば不織布繊維、ガラス繊維等、絶縁性、耐熱性を備えた繊維が好適に用いられる。

なお、第１、第２の電極９４，９５、発熱体引出電極９６及び発熱体電極９９は、例えばＡｇやＣｕ等の導電パターンによって形成され、適宜、表面にＳｎメッキ、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の保護層９８が形成されている。これにより、表面の酸化を防止するとともに、ヒューズエレメント１の第１、第２の低融点金属層３，４やヒューズエレメント１の接続用ハンダ等の接続材料１００による第１、第２の電極９４，９５及び発熱体引出電極９６の浸食を抑制することができる。

また、第１、第２の電極９４，９５には、上述したヒューズエレメント１の溶融導体やヒューズエレメント１の接続材料１００の流出を防止するガラス等の絶縁材料からなる流出防止部１０２が形成されている。

［カバー部材］
また、保護素子９０は、ヒューズエレメント１が設けられた絶縁基板９１の表面９１ａ上に、内部を保護するとともに溶融したヒューズエレメント１の飛散を防止するカバー部材９７が取り付けられている。カバー部材９７は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができる。保護素子９０は、ヒューズエレメント１がカバー部材９７によって覆われるため、溶融金属がカバー部材９７によって捕捉され、周囲への飛散を防止できる。

また、カバー部材９７は、天面９７ａから絶縁基板８１に向かって、少なくともフラックスシート１０１の側面まで延在する突起部９７ｂを有している。カバー部材９７は、突起部９７ｂにより、フラックスシート１０１の側面が移動規制を受けるため、フラックスシート１０１の位置ずれを防ぐことが可能となる。すなわち、突起部９７ｂは、フラックスシート１０１の大きさよりも所定のクリアランスを保持した大きさで、フラックスシート１０１を保持すべき位置に対応して設けられる。なお、突起部９７ｂは、フラックスシート１０１の側面を周回して覆う壁面としてもよいし、部分的に突起するものであってもよい。

また、カバー部材９７は、フラックスシート１０１と天面９７ａの間に所定の間隔をあけた構成とされている。これは、ヒューズエレメント１が溶融した際に、溶融したヒューズエレメント１がフラックスシート１０１を押し上げるためのクリアランスが必要だからである。

従って、カバー部材９７は、カバー部材９７の内部空間の高さ（天面９７ａまでの高さ）は、絶縁基板９１の表面９１ａ上の溶融したヒューズエレメント１の高さと、フラックスシート１０１の厚さの和よりも大きくなるように構成されている。

このような保護素子９０は、発熱体給電電極９９ａ、発熱体電極９９、発熱体９３、発熱体引出電極９６及びヒューズエレメント１に至る発熱体９３への通電経路が形成される。また、保護素子９０は、発熱体電極９９が発熱体給電電極９９ａを介して発熱体９３に通電させる外部回路と接続され、当該外部回路によって発熱体電極９９とヒューズエレメント１にわたる通電が制御される。

また、保護素子９０は、ヒューズエレメント１が発熱体引出電極９６と接続されることにより、発熱体９３への通電経路の一部を構成する。したがって、保護素子９０は、ヒューズエレメント１が溶融し、外部回路との接続が遮断されると、発熱体９３への通電経路も遮断されるため、発熱を停止させることができる。

［回路図］
本発明が適用された保護素子９０は、図１８に示すような回路構成を有する。すなわち、保護素子９０は、発熱体引出電極９６を介して第１、第２の外部接続電極９４ａ，９５ａ間にわたって直列接続されたヒューズエレメント１と、ヒューズエレメント１の接続点を介して通電して発熱させることによってヒューズエレメント１を溶融する発熱体９３とからなる回路構成である。そして、保護素子９０は、第１、第２の電極９４，９５及び発熱体電極９９が、それぞれ第１、第２の外部接続電極９４ａ，９５ａ及び発熱体給電電極９９ａが外部回路基板に接続される。これにより、保護素子９０は、ヒューズエレメント１が第１、第２の電極９４，９５を介して外部回路の電流経路上に直列接続され、発熱体９３が発熱体電極９９を介して外部回路に設けられた電流制御素子と接続される。

［溶断工程］
このような回路構成からなる保護素子９０は、外部回路の電流経路を遮断する必要が生じた場合に、外部回路に設けられた電流制御素子によって発熱体９３が通電される。これにより、保護素子９０は、発熱体９３の発熱により、外部回路の電流経路上に組み込まれたヒューズエレメント１が溶融され、図１９（Ａ）に示すように、ヒューズエレメント１の溶融導体が、濡れ性の高い発熱体引出電極９６及び第１、第２の電極９４，９５に引き寄せられることによりヒューズエレメント１が溶断される。これにより、ヒューズエレメント１は、確実に第１の電極９４〜発熱体引出電極９６〜第２の電極９５の間を溶断させ（図１９（Ｂ））、外部回路の電流経路を遮断することができる。また、ヒューズエレメント１が溶断することにより、発熱体９３への給電も停止される。

このとき、ヒューズエレメント１は、上述したように、高融点金属層２よりも融点の低い第１の低融点金属層３及び第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４が積層されているため、過電流による自己発熱により、第２の低融点金属層４の融点から溶融を開始し、高融点金属層２を浸食し始める。したがって、ヒューズエレメント１は、第１、第２の低融点金属層３，４による高融点金属層２の浸食作用を利用することにより、高融点金属層２が溶融温度よりも低い温度で溶融され、速やかに溶断することができる。

［短絡素子］
次いで、ヒューズエレメント１を用いた短絡素子について説明する。図２０（Ａ）に、短絡素子１１０の平面図を示し、図２０（Ｂ）に、短絡素子１１０の断面図を示す。短絡素子１１０は、絶縁基板１１１と、絶縁基板１１１に設けられた発熱体１１２と、絶縁基板１１１に、互いに隣接して設けられた第１の電極１１３及び第２の電極１１４と、第１の電極１１３と隣接して設けられるとともに、発熱体１１２に電気的に接続された第３の電極１１５と、第１、第３の電極１１３，１１５間に亘って設けられることにより電流経路を構成し、発熱体１１２からの加熱により、第１、第３の電極１１３，１１５間の電流経路を溶断するとともに、溶融導体を介して第１、第２の電極１１３，１１４を短絡させるヒューズエレメント１とを備える。そして、短絡素子１１０は、絶縁基板１１１上に内部を保護するカバー部材１１６が取り付けられている。

絶縁基板１１１は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって方形状に形成される。その他、絶縁基板１１１は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。

発熱体１１２は、絶縁基板１１１上において絶縁部材１１８に被覆されている。また、絶縁部材１１８上には、第１〜第３の電極１１３〜１１５が形成されている。絶縁部材１１８は、発熱体１１２の熱を効率よく第１〜第３の電極１１３〜１１５へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。発熱体１１２は、第１〜第３の電極１１３〜１１５を加熱することにより、溶融導体を凝集しやすくさせることができる。

第１〜第３の電極１１３〜１１５は、ＡｇやＣｕ配線等の導電パターンによって形成されている。第１の電極１１３は、一方側において第２の電極１１４と隣接して形成されるとともに、絶縁されている。第１の電極１１３の他方側には第３の電極１１５が形成されている。第１の電極１１３と第３の電極１１５とは、ヒューズエレメント１が接続されることにより導通され、短絡素子１１０の電流経路を構成する。また、第１の電極１１３は、絶縁基板１１１の側面に臨むキャスタレーションを介して絶縁基板１１１の裏面１１１ｂに設けられた第１の外部接続電極１１３ａと接続されている。また、第２の電極１１４は、絶縁基板１１１の側面に臨むキャスタレーションを介して絶縁基板１１１の裏面１１１ｂに設けられた第２の外部接続電極１１４ａと接続されている。

また、第３の電極１１５は、絶縁基板１１１あるいは絶縁部材１１８に設けられた発熱体引出電極１２０を介して発熱体１１２と接続されている。また、発熱体１１２は、発熱体電極１２１及び絶縁基板１１１の側縁に臨むキャスタレーションを介して、絶縁基板１１１の裏面１１１ｂに設けられた発熱体給電電極１２１ａと接続されている。

第１及び第３の電極１１３，１１５は、ハンダ等の接続材料１１７を介してヒューズエレメント１が接続されている。上述したように、ヒューズエレメント１は、高融点金属層２を備えることにより高温環境に対する耐性が向上されているため実装性に優れ、接続材料１１７を介して第１及び第３の電極１１３，１１５間に搭載された後、リフローはんだ付け等により容易に接続することができる。なお、ヒューズエレメント１は、最下層に設けられた第１の低融点金属層３又は第２の低融点金属層４を接続材料として用いて、第１、第３の電極１１３，１１５に接続してもよい。

［フラックスシート］
また、短絡素子１１０は、高融点金属層２又は第１、第２の低融点金属層３，４の酸化防止と、溶断時の酸化物除去及びハンダの流動性向上のために、ヒューズエレメント１の表面や裏面にフラックスをコーティングしてもよい。また、図２０に示すように、ヒューズエレメント１上の最外層の全面にフラックスシート１２２を配置してもよい。フラックスシート１２２は、上述したフラックスシート８７と同様に、流動体又は半流動体のフラックスをシート状の支持体に含浸、保持させたものであり、例えば不織布やメッシュ状の生地にフラックスを含浸させたものである。

フラックスシート１２２は、ヒューズエレメント１の表面積よりも広い面積を有することが好ましい。これにより、ヒューズエレメント１は、フラックスシート１２２によって完全に被覆され、溶融により体積が膨張した場合にも、確実にフラックスによる酸化物除去、及び濡れ性の向上による速溶断を実現することができる。

フラックスシート１２２を配置することにより、ヒューズエレメント１の実装時や短絡素子１１０の実装時における熱処理工程においてもフラックスをヒューズエレメント１の全面にわたって保持することができ、短絡素子１１０の実使用時において、第１、第２の低融点金属層３，４（例えばハンダ）の濡れ性を高めるとともに、第１、第２の低融点金属が溶解している間の酸化物を除去し、高融点金属（例えばＡｇ）への浸食作用を用いて速溶断性を向上させることができる。

また、フラックスシート１２２を配置することにより、最外層の高融点金属層２の表面に、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の酸化防止膜を形成した場合にも、当該酸化防止膜の酸化物を除去することができ、高融点金属層２の酸化を効果的に防止し、速溶断性を維持、向上することができる。

なお、短絡素子１１０は、フラックスシート１２２に替えて、図２１に示すように、ヒューズエレメント１の最外層にフラックス１１９ａを塗布した後、フラックス１１９ａの上に不織布やメッシュ状の生地を配置し、フラックス１１９ａを含浸させてもよい。また、短絡素子１１０は、図２２に示すように、フラックスシートに替えて、ヒューズエレメント１の最外層の全面に、繊維状物が混合されたフラックス１１９ｂを塗布してもよい。フラックス１１９ｂは繊維状物が混合されることにより粘性が高められ、高温環境下においても流動しにくく、ヒューズエレメント１の全面にわたって溶断時の酸化物除去及び濡れ性の向上を図ることができる。なお、フラックス１１９ｂに混合させる繊維状物としては、例えば不織布繊維、ガラス繊維等、絶縁性、耐熱性を備えた繊維が好適に用いられる。

なお、短絡素子１１０は、第１の電極１１３が、第３の電極１１５よりも広い面積を有することが好ましい。これにより、短絡素子１１０は、より多くの溶融導体を第１、第２の電極１１３，１１４上に凝集させることができ、第１、第２の電極１１３，１１４間を確実に短絡させることができる（図２４参照）。

また、第１〜第３の電極１１３，１１４，１１５は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができるが、少なくとも第１、第２の電極１１３，１１４の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜１２９が、公知のメッキ処理により形成されていることが好ましい。これにより、第１、第２の電極１１３，１１４の酸化を防止し、溶融導体を確実に保持させることができる。また、短絡素子１１０をリフロー実装する場合に、ヒューズエレメント１を接続するハンダあるいはヒューズエレメント１の外層を形成する第１又は第２の低融点金属層３，４が溶融することにより第１の電極１１３を溶食（ハンダ食われ）することを防ぐことができる。

また、第１〜第３の電極１１３〜１１５には、上述したヒューズエレメント１の溶融導体やヒューズエレメント１の接続材料１１７の流出を防止するガラス等の絶縁材料からなる流出防止部１２６が形成されている。

［カバー部材］
また、短絡素子１１０は、ヒューズエレメント１が設けられた絶縁基板１１１の表面１１１ａ上に、内部を保護するとともに溶融したヒューズエレメント１の飛散を防止するカバー部材１１６が取り付けられている。カバー部材１１６は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができる。短絡素子１１０は、ヒューズエレメント１がカバー部材１１６によって覆われるため、溶融金属がカバー部材１１６によって捕捉され、周囲への飛散を防止できる。

また、カバー部材１１６は、天面１１６ａから絶縁基板１１１に向かって、少なくともフラックスシート１２２の側面まで延在する突起部１１６ｂを有している。カバー部材１１６は、突起部１１６ｂにより、フラックスシート１２２の側面が移動規制を受けるため、フラックスシート１２２の位置ずれを防ぐことが可能となる。すなわち、突起部１１６ｂは、フラックスシート１２２の大きさよりも所定のクリアランスを保持した大きさで、フラックスシート１２２を保持すべき位置に対応して設けられる。なお、突起部１１６ｂは、フラックスシート１２２の側面を周回して覆う壁面としてもよいし、部分的に突起するものであってもよい。

また、カバー部材１１６は、フラックスシート１２２と天面１１６ａの間に所定の間隔をあけた構成とされている。これは、ヒューズエレメント１が溶融した際に、溶融したヒューズエレメント１がフラックスシート１２２を押し上げるためのクリアランスが必要だからである。

従って、カバー部材１１６は、カバー部材１１６の内部空間の高さ（天面１１６ａまでの高さ）は、絶縁基板１１１の表面１１１ａ上の溶融したヒューズエレメント１の高さと、フラックスシート１２２の厚さの和よりも大きくなるように構成されている。

［短絡素子回路］
以上のような短絡素子１１０は、図２３（Ａ）（Ｂ）に示すような回路構成を有する。すなわち、短絡素子１１０は、第１の電極１１３と第２の電極１１４とが、正常時には絶縁され（図２３（Ａ））、発熱体１１２の発熱によりヒューズエレメント１が溶融すると、当該溶融導体を介して短絡するスイッチ１２３を構成する（図２３（Ｂ））。そして、第１の外部接続電極１１３ａと第２の外部接続電極１１４ａは、スイッチ１２３の両端子を構成する。また、ヒューズエレメント１は、第３の電極１１５及び発熱体引出電極１２０を介して発熱体１１２と接続されている。

そして、短絡素子１１０は、電子機器等に組み込まれることにより、スイッチ１２３の両端子１１３ａ、１１４ａが、当該電子機器の電流経路と接続され、当該電流経路を導通させる場合に、スイッチ１２３を短絡させ、当該電子部品の電流経路を形成する。

例えば、短絡素子１１０は、電子部品の電流経路上に設けられた電子部品とスイッチ１２３の両端子１１３ａ，１１４ａとが並列に接続され、並列接続されている電子部品に異常が生じると、発熱体給電電極１２１ａと第１の外部接続電極１１３ａ間に電力が供給され、発熱体１１２が通電することにより発熱する。この熱によりヒューズエレメント１が溶融すると、溶融導体は、図２４に示すように、第１、第２の電極１１３，１１４上に凝集する。第１、第２の電極１１３，１１４は隣接して形成されているため、第１、第２の電極１１３，１１４上に凝集した溶融導体が結合し、これにより第１、第２の電極１１３，１１４が短絡する。すなわち、短絡素子１１０は、スイッチ１２３の両端子間が短絡され（図２３（Ｂ））、異常を起こした電子部品をバイパスするバイパス電流経路を形成する。なお、ヒューズエレメント１が溶断することにより第１、第３の電極１１３，１１５間が溶断されるため、発熱体１１２への給電も停止される。

このとき、ヒューズエレメント１は、上述したように、高融点金属層２よりも融点の低い第１の低融点金属層３及び第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４が積層されているため、過電流による自己発熱により、第２の低融点金属層４の融点から溶融を開始し、高融点金属層２を浸食し始める。したがって、ヒューズエレメント１は、第１、第２の低融点金属層３，４による高融点金属層２の浸食作用を利用することにより、高融点金属層２が溶融温度よりも低い温度で溶融され、速やかに溶断することができる。

［短絡素子の変形例］
なお、短絡素子１１０は、必ずしも、発熱体１１２を絶縁部材１１８によって被覆する必要はなく、発熱体１１２が絶縁基板１１１の内部に設置されてもよい。絶縁基板１１１の材料として熱伝導性に優れたものを用いることにより、発熱体１１２をガラス層等の絶縁部材１１８を介した場合と同等に加熱することができる。

また、短絡素子１１０は、上述したように発熱体１１２を絶縁基板１１１上の第１〜第３の電極１１３〜１１５の形成面側に形成する他にも、発熱体１１２が絶縁基板１１１の第１〜第３の電極１１３〜１１５の形成面と反対の面に設置されてもよい。発熱体１１２を絶縁基板１１１の裏面１１１ｂに形成することにより、絶縁基板１１１内に形成するよりも簡易な工程で形成することができる。なお、この場合、発熱体１１２上には、絶縁部材１１８が形成されると抵抗体の保護や実装時の絶縁性確保と言う意味で好ましい。

さらに、短絡素子１１０は、発熱体１１２が絶縁基板１１１の第１〜第３の電極１１３〜１１５の形成面上に設置されるとともに、第１〜第３の電極１１３〜１１５に併設されてもよい。発熱体１１２を絶縁基板１１１の表面に形成することにより、絶縁基板１１１内に形成するよりも簡易な工程で形成することができる。なお、この場合も、発熱体１１２上には、絶縁部材１１８が形成される事が好ましい。

［第４の電極、第２のヒューズエレメント］
また、本発明に係る短絡素子は、図２５（Ａ）（Ｂ）に示すように、第２の電極１１４と隣接する第４の電極１２４及び第２、第４の電極１１４，１２４間にわたって搭載される第２のヒューズエレメント１２５を形成してもよい。第２のヒューズエレメント１２５は、ヒューズエレメント１と同じ構成を有する。

また、短絡素子１１０は、図２５（Ｂ）に示すように、フラックスシート１２２を、ヒューズエレメント１及び第２のヒューズエレメント１２５上にわたって搭載してもよく、図２５（Ｃ）に示すように、ヒューズエレメント１と第２のヒューズエレメント１２５のそれぞれに搭載してもよい。あるいは、短絡素子１１０は、図２５（Ｄ）に示すように、ヒューズエレメント１と第２のヒューズエレメント１２５のそれぞれにフラックス１１９ａが塗布された後、不織布やメッシュ状の生地をヒューズエレメント１及び第２のヒューズエレメント１２５上にわたって搭載してもよく、あるいは図２５（Ｅ）に示すように、不織布やメッシュ状の生地をヒューズエレメント１と第２のヒューズエレメント１２５のそれぞれに搭載してもよい。さらに、短絡素子１１０は、図２５（Ｆ）に示すように、ヒューズエレメント１及び第２のヒューズエレメント１２５のそれぞれに、繊維状物が混合され粘性が高められたフラックス１１９ｂを塗布してもよい。

この短絡素子１１０では、ヒューズエレメント１及び第２のヒューズエレメント１２５が溶融することにより、当該溶融導体が第１、第２の電極１１３，１１４間に濡れ拡がり、第１、第２の電極１１３，１１４を短絡させる。図２５に示す短絡素子１１０は、第４の電極１２４及び第２のヒューズエレメント１２５が設けられている他は、上述した構成と同じであるため、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

図２５に示す短絡素子１１０においても、第１、第２の電極１１３，１１４は、第３、第４の電極１１５，１２４よりも広い面積を有することが好ましい。これにより、短絡素子１１０は、より多くの溶融導体を第１、第２の電極１１３，１１４上に凝集させることができ、第１、第２の電極１１３，１１４間を確実に短絡させることができる。

［切替素子］
次いで、ヒューズエレメント１を用いた切替素子について説明する。図２６（Ａ）に切替素子１３０の平面図、及び図２６（Ｂ）に切替素子１３０の断面図を示す。切替素子１３０は、絶縁基板１３１と、絶縁基板１３１に設けられた第１の発熱体１３２及び第２の発熱体１３３と、絶縁基板１３１に、互いに隣接して設けられた第１の電極１３４及び第２の電極１３５と、第１の電極１３４と隣接して設けられるとともに、第１の発熱体１３２に電気的に接続された第３の電極１３６と、第２の電極１３５と隣接して設けられるとともに、第２の発熱体１３３に電気的に接続された第４の電極１３７と、第４の電極１３７に隣接して設けられた第５の電極１３８と、第１、第３の電極１３４，１３６間に亘って設けられることにより電流経路を構成し、第１の発熱体１３２からの加熱により、第１、第３の電極１３４，１３６間の電流経路を溶断する第１のヒューズエレメント１Ａと、第２の電極１３５から第４の電極１３７を経て第５の電極１３８に亘って設けられ、第２の発熱体１３３からの加熱により、第２、第４、第５の電極１３５，１３７，１３８間の電流経路を溶断する第２のヒューズエレメント１Ｂとを備える。そして、切替素子１３０は、絶縁基板１３１上に内部を保護するカバー部材１３９が取り付けられている。

絶縁基板１３１は、たとえば、アルミナ、ガラスセラミックス、ムライト、ジルコニアなどの絶縁性を有する部材によって方形状に形成される。その他、絶縁基板１３１は、ガラスエポキシ基板、フェノール基板等のプリント配線基板に用いられる材料を用いてもよい。

第１、第２の発熱体１３２，１３３は、上述した発熱体９３と同様に、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、発熱体９３と同様に形成することができる。また、第１、第２のヒューズエレメント１Ａ，１Ｂは、上述したヒューズエレメント１と同じ構成を有する。

また、第１、第２の発熱体１３２，１３３は、絶縁基板１３１上において絶縁部材１４０に被覆されている。第１の発熱体１３２を被覆する絶縁部材１４０上には、第１、第３の電極１３４，１３６が形成され、第２の発熱体１３３を被覆する絶縁部材１４０上には、第２、第４、第５の電極１３５，１３７，１３８が形成されている。第１の電極１３４は、一方側において第２の電極１３５と隣接して形成されるとともに、絶縁されている。第１の電極１３４の他方側には第３の電極１３６が形成されている。第１の電極１３４と第３の電極１３５とは、第１のヒューズエレメント１Ａが接続されることにより導通され、切替素子１３０の電流経路を構成する。また、第１の電極１３４は、絶縁基板１３１の側面に臨むキャスタレーションを介して絶縁基板１３１の裏面１３１ｂに設けられた第１の外部接続電極１３４ａに接続されている。

また、第３の電極１３６は、絶縁基板１３１あるいは絶縁部材１４０に設けられた第１の発熱体引出電極１４１を介して第１の発熱体１３２と接続されている。また、第１の発熱体１３２は、第１の発熱体電極１４２及び絶縁基板１３１の側縁に臨むキャスタレーションを介して、絶縁基板１３１の裏面１３１ｂに設けられた第１の発熱体給電電極１４２ａと接続されている。

第２の電極１３５の第１の電極１３４と隣接する一方側と反対の他方側には、第４の電極１３７が形成されている。また、第４の電極１３７の第２の電極１３５と隣接する一方側と反対の他方側には、第５の電極１３８が形成されている。第２の電極１３５、第４の電極１３７及び第５の電極１３８は、第２のヒューズエレメント１Ｂと接続されている。また、第２の電極１３５は、絶縁基板１３１の側面に臨むキャスタレーションを介して絶縁基板１３１の裏面１３１ｂに設けられた第２の外部接続電極１３５ａと接続されている。

また、第４の電極１３７は、絶縁基板１３１あるいは絶縁部材１４０に設けられた第２の発熱体引出電極１４３を介して第２の発熱体１３３と接続されている。また、第２の発熱体１３３は、第２の発熱体電極１４４及び絶縁基板１３１の側縁に臨むキャスタレーションを介して、絶縁基板１３１の裏面１３１ｂに設けられた第２の発熱体給電電極１４４ａと接続されている。

さらに、第５の電極１３８は、絶縁基板１３１の側面に臨むキャスタレーションを介して絶縁基板１３１の裏面に設けられた第５の外部接続電極１３８ａと接続されている。

切替素子１３０は、第１の電極１３４から第３の電極１３６に跨って第１のヒューズエレメント１Ａが接続され、第２の電極１３５から第４の電極１３７を介して第５の電極１３８に跨って第２のヒューズエレメント１Ｂが接続されている。第１、第２のヒューズエレメント１Ａ，１Ｂは、上述したヒューズエレメント１と同様に、高融点金属層２を備えることにより高温環境に対する耐性が向上されているため実装性に優れ、ハンダ等の接続材料１４５を介して第１〜第５の電極１３４〜１３８上に搭載された後、リフローはんだ付け等により容易に接続することができる。なお、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂは、最下層に設けられた第１の低融点金属層３又は第２の低融点金属層４を接続材料として用いて、第１〜第５の電極１３４〜１３８上に接続してもよい。

［フラックスシート］
また、切替素子１３０は、高融点金属層２又は第１、第２の低融点金属層３，４の酸化防止と、溶断時の酸化物除去及びハンダの流動性向上のために、ヒューズエレメント１の表面や裏面にフラックスをコーティングしてもよい。また、図２６に示すように、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂ上の最外層の全面にフラックスシート１４６を配置してもよい。フラックスシート１４６は、上記フラックスシート８７と同様に、流動体又は半流動体のフラックスをシート状の支持体に含浸、保持させたものであり、例えば不織布やメッシュ状の生地にフラックスを含浸させたものである。

フラックスシート１４６は、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの表面積よりも広い面積を有することが好ましい。これにより、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂは、フラックスシート１４６によって完全に被覆され、溶融により体積が膨張した場合にも、確実にフラックスによる酸化物除去、及び濡れ性の向上による速溶断を実現することができる。

フラックスシート１４６を配置することにより、ヒューズエレメント１の実装時や切替素子１３０の実装時における熱処理工程においてもフラックスをヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの全面にわたって保持することができ、切替素子１３０の実使用時において、第１、第２の低融点金属層３，４（例えばハンダ）の濡れ性を高めるとともに、第１、第２の低融点金属が溶解している間の酸化物を除去し、高融点金属（例えばＡｇ）への浸食作用を用いて速溶断性を向上させることができる。

また、フラックスシート１４６を配置することにより、最外層の高融点金属層２の表面に、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーハンダ等の酸化防止膜を形成した場合にも、当該酸化防止膜の酸化物を除去することができ、高融点金属層２の酸化を効果的に防止し、速溶断性を維持、向上することができる。

なお、切替素子１３０は、フラックスシート１４６に替えて、図２７に示すように、ヒューズエレメント１の最外層にフラックス１４８ａを塗布した後、フラックス１４８ａの上に不織布やメッシュ状の生地を配置し、フラックス１４８ａを含浸させてもよい。また、切替素子１３０は、図２８に示すように、フラックスシートに替えて、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの最外層の全面に、繊維状物が混合されたフラックス１４８ｂを塗布してもよい。フラックス１４８ｂは繊維状物が混合されることにより粘性が高められ、高温環境下においても流動しにくく、ヒューズエレメント１の全面にわたって溶断時の酸化物除去及び濡れ性の向上を図ることができる。なお、フラックス１４８ｂに混合させる繊維状物としては、例えば不織布繊維、ガラス繊維等、絶縁性、耐熱性を備えた繊維が好適に用いられる。

このとき、切替素子１３０は、フラックスシート１４６を、ヒューズエレメント１Ａ及びヒューズエレメント１Ｂ上にわたって搭載してもよく、ヒューズエレメント１Ａとヒューズエレメント１Ｂのそれぞれに搭載してもよい。あるいは、切替素子１３０は、ヒューズエレメント１Ａとヒューズエレメント１Ｂのそれぞれにフラックス１４８ａが塗布された後、不織布やメッシュ状の生地をヒューズエレメント１Ａ及びヒューズエレメント１Ｂ上にわたって搭載してもよく、あるいは不織布やメッシュ状の生地をヒューズエレメント１Ａとヒューズエレメント１Ｂのそれぞれに搭載してもよい。さらに、切替素子１３０は、ヒューズエレメント１Ａ及びヒューズエレメント１Ｂのそれぞれに、繊維状物が混合され粘性が高められたフラックス１４８ｂを塗布してもよい。

なお、第１〜第５の電極１３４，１３５，１３６，１３７，１３８は、ＣｕやＡｇ等の一般的な電極材料を用いて形成することができるが、少なくとも第１、第２の電極１３４，１３５の表面上には、Ｎｉ／Ａｕメッキ、Ｎｉ／Ｐｄメッキ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕメッキ等の被膜１４９が、公知のメッキ処理により形成されていることが好ましい。これにより、第１、第２の電極１３４，１３５の酸化を防止し、溶融導体を確実に保持させることができる。また、切替素子１３０をリフロー実装する場合に、第１、第２のヒューズエレメント１Ａ，１Ｂを接続するハンダあるいは第１、第２のヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの外層を形成する低融点金属が溶融することにより第１、第２の電極１３４，１３５を溶食（ハンダ食われ）することを防ぐことができる。

また、第１〜第５の電極１３４〜１３８には、上述したヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの溶融導体やヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの接続材料１４５の流出を防止するガラス等の絶縁材料からなる流出防止部１４７が形成されている。

［カバー部材］
また、切替素子１３０は、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂが設けられた絶縁基板１３１の表面１３１ａ上に、内部を保護するとともに溶融したヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの飛散を防止するカバー部材１３９が取り付けられている。カバー部材１３９は、各種エンジニアリングプラスチック、セラミックス等の絶縁性を有する部材により形成することができる。切替素子１３０は、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂがカバー部材１３９によって覆われるため、溶融金属がカバー部材１３９によって捕捉され、周囲への飛散を防止できる。

また、カバー部材１３９は、天面１３９ａから絶縁基板１３１に向かって、少なくともフラックスシート１４６の側面まで延在する突起部１３９ｂを有している。カバー部材１３９は、突起部１３９ｂにより、フラックスシート１４６の側面が移動規制を受けるため、フラックスシート１４６の位置ずれを防ぐことが可能となる。すなわち、突起部１３９ｂは、フラックスシート１４６の大きさよりも所定のクリアランスを保持した大きさで、フラックスシート１４６を保持すべき位置に対応して設けられる。なお、突起部１３９ｂは、フラックスシート１４６の側面を周回して覆う壁面としてもよいし、部分的に突起するものであってもよい。

また、カバー部材１３９は、フラックスシート１４６と天面１３９ａの間に所定の間隔をあけた構成とされている。これは、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂが溶融した際に、溶融したヒューズエレメント１Ａ，１Ｂがフラックスシート１４６を押し上げるためのクリアランスが必要だからである。

従って、カバー部材１３９は、カバー部材１３９の内部空間の高さ（天面１３９ａまでの高さ）は、絶縁基板１３１の表面１３１ａ上の溶融したヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの高さと、フラックスシート１４６の厚さの和よりも大きくなるように構成されている。

［切替素子回路］
以上のような切替素子１３０は、図２９に示すような回路構成を有する。すなわち、切替素子１３０は、第１の電極１３４と第２の電極１３５とが、正常時には絶縁され、第１、第２の発熱体１３２，１３３の発熱により第１、第２のヒューズエレメント１Ａ，１Ｂが溶融すると、当該溶融導体を介して短絡するスイッチ１５０を構成する。そして、第１の外部接続電極１３４ａと第２の外部接続電極１３５ａは、スイッチ１５０の両端子を構成する。

また、第１のヒューズエレメント１Ａは、第３の電極１３６及び第１の発熱体引出電極１４１を介して第１の発熱体１３２と接続されている。第２のヒューズエレメント１Ｂは、第４の電極１３７及び第２の発熱体引出電極１４３を介して第２の発熱体１３３と接続され、さらに第２の発熱体電極１４４を介して第２の発熱体給電電極１４４ａと接続されている。すなわち、第２のヒューズエレメント１Ｂ及び第２のヒューズエレメント１Ｂが接続される第２の電極１３５、第４の電極１３７及び第５の電極１３８は、切替素子１３０の作動前においては第２のヒューズエレメント１Ｂを介して第２の電極１３５と第５の電極１３８との間を導通させ、第２のヒューズエレメント１Ｂが溶断されることにより第２の電極１３５と第５の電極１３８との間を遮断する保護素子として機能する。

そして、切替素子１３０は、第２の発熱体給電電極１４４ａより第２の発熱体１３３に通電されると、図３０に示すように、第２の発熱体１３３の発熱により第２のヒューズエレメント１Ｂが溶融し、第２、第４、第５の電極１３５，１３７，１３８にそれぞれ凝集する。これにより第２のヒューズエレメント１Ｂを介して接続されていた第２の電極１３５と第５の電極１３８とに亘る電流経路が遮断される。また、切替素子１３０は、第１の発熱体給電電極１４２ａより第１の発熱体１３２に通電されると、第１の発熱体１３２の発熱により第１のヒューズエレメント１Ａが溶融し、第１、第３の電極１３４，１３６にそれぞれ凝集する。これにより、切替素子１３０は、図３１（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１の電極１３４と第２の電極１３５とに凝集した第１、第２のヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの溶融導体が結合することにより、絶縁されていた第１の電極１３４と第２の電極１３５とを短絡させる。すなわち切替素子１３０は、スイッチ１５０を短絡させ、第２、第５の電極１３５，１３８間にわたる電流経路を、第１、第２の電極１３４，１３５間にわたる電流経路に切り替えることができる（図３２）。

このとき、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂは、上述したように、高融点金属層２よりも融点の低い第１の低融点金属層３及び第１の低融点金属層３よりも融点の低い第２の低融点金属層４が積層されているため、第１、第２の発熱体１３２，１３３の発熱により、第２の低融点金属層４の融点から溶融を開始し、高融点金属層２を浸食し始める。したがって、ヒューズエレメント１Ａ，１Ｂは、第１、第２の低融点金属層３，４による高融点金属層２の浸食作用を利用することにより、高融点金属層２が溶融温度よりも低い温度で溶融され、速やかに溶断することができる。

なお、第１の発熱体１３２への通電は、第１のヒューズエレメント１Ａが溶断することにより第１、第３の電極１３４，１３６間が遮断されるため、停止され、第２の発熱体１３３への通電は、第２のヒューズエレメント１Ｂが溶断することにより、第２、第４の電極１３５，１３７間及び第４、第５の電極１３７，１３８間が遮断されるため、停止される。

［第２の可溶導体の先溶融］
ここで、切替素子１３０は、第２のヒューズエレメント１Ｂが第１のヒューズエレメント１Ａよりも先行して溶融することが好ましい。切替素子１３０は、第１の発熱体１３２と第２の発熱体１３３とが、別々に発熱されることから、通電のタイミングとして第２の発熱体１３３を先に発熱させ、その後に第１の発熱体１３２を発熱させることで、図３０に示すように、第２のヒューズエレメント１Ｂを第１のヒューズエレメント１Ａよりも先行して溶融させ、図３１に示すように、確実に第１、第２の電極１３４，１３５上に、第１、第２のヒューズエレメント１Ａ，１Ｂの溶融導体を凝集、結合させ、第１、第２の電極１３４，１３５を短絡させることができる。

また、切替素子１３０は、第２のヒューズエレメント１Ｂを、第１のヒューズエレメント１Ａよりも幅狭に形成することにより、第２のヒューズエレメント１Ｂを第１のヒューズエレメント１Ａよりも先に溶断するようにしてもよい。第２のヒューズエレメント１Ｂを幅狭に形成することにより、溶断時間を短くすることができるため、第２のヒューズエレメント１Ｂが第１のヒューズエレメント１Ａよりも先行して溶融させることができる。

［電極面積］
また、切替素子１３０は、第１の電極１３４の面積を第３の電極１３６よりも広くし、第２の電極１３５の面積を第４、第５の電極１３７，１３８よりも広くすることが好ましい。溶融導体の保持量は、電極面積に比例して多くなるため、第１、第２の電極１３４，１３５の面積を第３、第４、第５の電極１３６，１３７，１３８よりも広く形成することにより、より多くの溶融導体を第１、第２の電極１３４，１３５上に凝集させることができ、第１、第２の電極１３４，１３５間を確実に短絡させることができる。

［切替素子の変形例］
なお、切替素子１３０は、必ずしも、第１、第２の発熱体１３２，１３３を絶縁部材１４０によって被覆する必要はなく、第１、第２の発熱体１３２，１３３が絶縁基板１３１の内部に設置されてもよい。絶縁基板１３１の材料として熱伝導性に優れたものを用いることにより、第１、第２の発熱体１３２，１３３は、ガラス層等の絶縁部材１４０を介した場合と同等に加熱することができる。

また、切替素子１３０は、第１、第２の発熱体１３２，１３３が絶縁基板１３１の第１〜第５の電極１３４，１３５，１３６，１３７，１３８の形成面と反対の裏面に設置されてもよい。第１、第２の発熱体１３２，１３３を絶縁基板１３１の裏面１３１ｂに形成することにより、絶縁基板１３１内に形成するよりも簡易な工程で形成することができる。なお、この場合、第１、第２の発熱体１３２，１３３上には、絶縁部材１４０が形成されると抵抗体の保護や実装時の絶縁性確保と言う意味で好ましい。

さらに、切替素子１３０は、第１、第２の発熱体１３２，１３３が絶縁基板１３１の第１〜第５の電極１３４，１３５，１３６，１３７，１３８の形成面上に設置されるとともに、第１〜第５の電極１３４〜１３８に併設されてもよい。第１、第２の発熱体１３２，１３３を絶縁基板１３１の表面１３１ａに形成することにより、絶縁基板１３１内に形成するよりも簡易な工程で形成することができる。なお、この場合も、第１、第２の発熱体１３２，１３３上には、絶縁部材１４０が形成される事が望ましい。

１，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０ ヒューズエレメント、２ 高融点金属層、３ 第１の低融点金属層、４ 第２の低融点金属層、８０ ヒューズ素子、８１ 絶縁基板、８２ 第１の電極、８２ａ 第１の外部接続電極、８３ 第２の電極、８３ａ 第２の外部接続電極、８４ 接着剤、８５ フラックス、８６ 保護層、８７ フラックスシート、８８ 接続材料、８９ カバー部材、９０ 保護素子、９１ 絶縁基板、９２ 絶縁部材、９３ 発熱体、９４ 第１の電極、９４ａ 第１の外部接続電極、９５ 第２の電極、９５ａ 第２の外部接続電極、９６ 発熱体引出電極、９７ カバー部材、９８ 保護層、９９ 発熱体電極、９９ａ 発熱体給電電極、１００ 接続材料、１０１ フラックスシート、１０２ 流出防止部、１０４ フラックス、１１０ 短絡素子、１１１ 絶縁基板、１１２ 発熱体、１１３ 第１の電極、１１３ａ 第１の外部接続電極、１１４ 第２の電極、１１４ａ 第２の外部接続電極、１１５ 第３の電極、１１６ カバー部材、１１７ 接続材料、１１８ 絶縁部材、１１９ フラックス、１２０ 発熱体引出電極、１２１ 発熱体電極、１２１ａ 発熱体給電電極、１２２ フラックスシート、１２３ スイッチ、１２４ 第４の電極、１２５ 第２のヒューズエレメント、１２６ 流出防止部、１３０ 切替素子、１３１ 絶縁基板、１３２ 第１の発熱体、１３３ 第２の発熱体、１３４ 第１の電極、１３４ａ 第１の外部接続電極、１３５ 第２の電極、１３５ａ 第２の外部接続電極、１３６ 第３の電極、１３７ 第４の電極、１３８ 第５の電極、１３９ カバー部材、１４０ 絶縁部材、１４１ 第１の発熱体引出電極、１４２ 第１の発熱体電極、１４２ａ 第１の発熱体給電電極、１４３ 第２の発熱体引出電極、１４４ 第２の発熱体電極、１４４ａ 第２の発熱体給電電極、１４５ 接続材料、１４６ フラックスシート、１４７ 流出防止部、１５０ スイッチ

Claims (14)

1. 高融点金属層と、
   上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層と、
   上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層とを有し、
   上記第２の低融点金属層、上記高融点金属層、上記第１の低融点金属層、上記高融点金属層の順序で４層以上積層されているヒューズエレメント。
2. 高融点金属層と、
   上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層と、
   上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層とを有し、
   内層が上記第１の低融点金属層であり、上記内層に積層される外層が上記高融点金属層であり、上記外層に積層される最外層が上記第２の低融点金属層であるヒューズエレメント。
3. 上記高融点金属層の体積よりも上記第１の低融点金属層の体積の方が多い請求項１又は２に記載のヒューズエレメント。
4. 上記高融点金属層の体積よりも上記第２の低融点金属層の体積の方が多い請求項１又は２に記載のヒューズエレメント。
5. 上記高融点金属層はＡｇ、Ｃｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金であり、上記第１の低融点金属層はＳｎ又はＳｎを主成分とする合金であり、上記第２の低融点金属層はＢｉ、Ｉｎ又はＢｉ若しくはＩｎを含む合金である請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒューズエレメント。
6. 高融点金属層と、
   上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層と、
   上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層とを有し、
   上記高融点金属層は、上記第１の低融点金属層と上記第２の低融点金属層との間に積層され、
   上記高融点金属層はＡｇ、Ｃｕ又はＡｇ若しくはＣｕを主成分とする合金であり、上記第１の低融点金属層はＳｎ又はＳｎを主成分とする合金であり、上記第２の低融点金属層はＢｉ、Ｉｎ又はＢｉ若しくはＩｎを含む合金であり、
   上記第１の低融点金属層、上記高融点金属層、上記第２の低融点金属層、上記高融点金属層の順序で４層以上積層されているヒューズエレメント。
7. 絶縁基板と、
   上記絶縁基板上に形成された第１、第２の電極と、
   少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層され、上記第１、第２の電極間に跨って接続されるヒューズエレメントとを有し、
   上記ヒューズエレメントは、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第２の電極に接続されているヒューズ素子。
8. 上記ヒューズエレメントは、上記高融点金属層が、上記第１の低融点金属層と上記第２の低融点金属層との間に積層され、少なくとも一方の最外層が上記第２の低融点金属層である請求項７記載のヒューズ素子。
9. 絶縁基板と、
   上記絶縁基板上又は上記絶縁基板の内部に形成された発熱体と、
   上記絶縁基板上に設けられた第１、第２の電極と、
   上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極と、
   上記第１の電極から上記発熱体引出電極を介して上記第２の電極に跨って接続された可溶導体とを有し、
   上記可溶導体は、少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層されたヒューズエレメントからなり、
   上記ヒューズエレメントは、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第２の電極及び上記発熱体引出電極に接続され、上記発熱体の通電発熱により溶融し、上記第１、第２の電極間を遮断する保護素子。
10. 上記ヒューズエレメントは、上記高融点金属層が、上記第１の低融点金属層と上記第２の低融点金属層との間に積層され、少なくとも一方の最外層が上記第２の低融点金属層である請求項９記載の保護素子。
11. 絶縁基板と、
    上記絶縁基板上又は上記絶縁基板の内部に形成された発熱体と、
    上記絶縁基板上に隣接して設けられた第１、第２の電極と、
    上記絶縁基板上に設けられ上記発熱体と電気的に接続された第３の電極と、
    上記第１、第３の電極間に跨って接続される可溶導体とを有し、
    上記可溶導体は、少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層されたヒューズエレメントからなり、
    上記ヒューズエレメントは、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第３の電極に接続され、上記発熱体の通電発熱により溶融し、上記第１、第２の電極間を短絡させるとともに、上記第１、第３の電極間を遮断する短絡素子。
12. 上記ヒューズエレメントは、上記高融点金属層が、上記第１の低融点金属層と上記第２の低融点金属層との間に積層され、少なくとも一方の最外層が上記第２の低融点金属層である請求項１１記載の短絡素子。
13. 絶縁基板と、
    上記絶縁基板上又は上記絶縁基板の内部に形成された第１、第２の発熱体と、
    上記絶縁基板上に隣接して設けられた第１、第２の電極と、
    上記絶縁基板上に設けられ上記第１の発熱体と電気的に接続する第３の電極と、
    上記第１、第３の電極間に跨って接続される第１の可溶導体と、
    上記絶縁基板上に設けられ上記第２の発熱体と電気的に接続する第４の電極と、
    上記絶縁基板上に上記第４の電極と隣接して設けられた第５の電極と、
    上記第２の電極から上記第４の電極を介して上記第５の電極に跨って接続された第２の可溶導体とを有し、
    上記第１、第２の可溶導体は、少なくとも、高融点金属層と、上記高融点金属層よりも融点の低い第１の低融点金属層とが積層されたヒューズエレメントからなり、
    上記第１の可溶導体は、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第１、第３の電極に接続され、
    上記第２の可溶導体は、上記第１の低融点金属層よりも融点の低い第２の低融点金属層によって上記第２、第４、第５の電極に接続され、
    上記第２の発熱体の通電発熱により上記第２の可溶導体を溶融させて上記第２、第５の電極間を遮断し、
    上記第１の発熱体の通電発熱により上記第１の可溶導体を溶融させて上記第１、第２の電極間を短絡する切替素子。
14. 上記第１、第２の可溶導体は、上記高融点金属層が、上記第１の低融点金属層と上記第２の低融点金属層との間に積層され、少なくとも一方の最外層が上記第２の低融点金属層である請求項１３記載の切替素子。

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