JP6454870B2

JP6454870B2 - 回路保護素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP6454870B2
Application number: JP2014253622A
Authority: JP
Inventors: 智幸鷲崎; 崇喜多村; 雄樹森本; 敏之岩尾; 和俊松村
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2034-12-16
Also published as: JP2015207550A

Description

本発明は、過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子およびその製造方法に関するものである。

従来のこの種の回路保護素子は、図３に示すように、絶縁基板１と、この絶縁基板１の両端部に設けられた一対の上面電極２と、この一対の上面電極２を橋絡するエレメント部３と、このエレメント部３と前記絶縁基板１との間に形成された下地層４と、絶縁基板１の両端部に形成されかつ前記エレメント部３の上面と接続された端面電極５と、前記エレメント部３を保護する絶縁層６とを備えていた。また、エレメント部３の溶断部３ａとなる箇所の上面には、その幅がエレメント部３の幅と略等しいＳｎからなる金属層７が形成されていた。そして、この金属層７が形成されることにより、過電流が流れた時の発熱でＳｎがエレメント部３を構成する金属の中に拡散するため、エレメント部３の融点が低下し、これにより、素早く溶断部３ａを溶断させることができるようにしていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２００７−９５５９２号公報

上記従来の構成においては、エレメント部３の幅と金属層７の幅が略等しいため、金属層７の形成箇所がエレメント部３の幅方向にずれてしまうと、溶断部３ａおよびその近傍に位置する金属層７の面積が小さくなり、これにより、エレメント部３を構成する金属の中に拡散する金属層７中のＳｎの量がばらつくため、溶断特性が安定しないという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するもので、溶断特性を安定させることができる回路保護素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、前記一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、前記エレメント部にレーザによって形成された少なくとも２つのトリミング溝と、前記２つのトリミング溝で囲まれた領域に設けられた溶断部とを備え、前記エレメント部の上面に融点が４５０℃以下の低融点金属からなる金属層を形成し、前記金属層の幅を前記エレメント部の幅より広くし、かつ前記金属層を前記溶断部および前記２つのトリミング溝が形成された箇所を覆うように設け、前記２つのトリミング溝は互いに対向する前記金属層の側面から前記エレメント部の中心方向に向かって形成されている構成とする。

以上のように本発明の回路保護素子は、エレメント部の上面にＳｎからなる金属層を形成し、金属層の幅をエレメント部の幅より広くし、かつ金属層を溶断部および２つのトリミング溝が形成された箇所を覆うように設けているため、金属層の形成箇所がずれたとしても、金属層が溶断部、２つのトリミング溝およびその近傍に位置する部分を覆う面積は小さくならず、これにより、エレメント部を構成する金属の中に金属層中のＳｎが拡散する量を一定にすることができるため、溶断特性を安定させることができるという効果を奏するものである。

本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図同回路保護素子の一部切欠上面図従来の回路保護素子の断面図

図１は本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図、図２は同回路保護素子の一部切欠上面図を示したもので、この図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態における回路保護素子は、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の上面の両端部に設けられた一対の上面電極１２と、この一対の上面電極１２を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極１２と電気的に接続されたエレメント部１３と、このエレメント部１３と前記絶縁基板１１との間に設けられた下地層１４と、前記下地層１４の上面に位置するエレメント部１３に形成された溶断部１５とを備えた構成において、エレメント部１３の上面にＳｎからなる金属層１６を形成している。

また、絶縁基板１１の両端部にはエレメント部１３の一部に重なるように銀系の材料からなる端面電極層１７が形成されており、かつこの端面電極層１７の表面にはめっき膜（図示せず）が形成される。さらに、少なくとも溶断部１５、金属層１６を覆うようにエレメント部１３上に、シリコン樹脂からなる絶縁層１８が設けられている。なお、図２では、説明を簡単にするために、端面電極層１７、絶縁層１８を省略している。

上記構成において、前記絶縁基板１１は、その形状が方形状であり、そしてＡｌ₂Ｏ₃を５５％〜９６％含有するアルミナで構成されている。

また、前記一対の上面電極１２は、絶縁基板１１の上面の両端部に設けられ、かつＡｇ等を印刷することによって形成されている。

そしてまた、前記エレメント部１３は、絶縁基板１１の少なくとも一部を覆うように形成し、下地層１４および一対の上面電極１２の上面に位置して設けられている。このエレメント部１３は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｒの順にスパッタ、蒸着などの物理気相成長法を用いて形成されている。なお、最下層のＣｒは絶縁基板１１とＣｕとの密着性を向上させるためのもので、Ｔｉを使用することもできる。そして、最上層のＣｒは拡散防止用金属で、Ｃｒ以外にもＮｉＣｒ、Ｔｉを使用でき、また、この拡散防止用金属によって、生産時や通常の電流印加時に金属層１６のＳｎがエレメント部１３のＣｕや下層のＣｒへ拡散するのを防止できる。さらに、最下層の金属、および最上層の拡散防止用金属は、融点が１６００℃以上のものを使用するのが好ましい。

また、前記エレメント部１３の中心部には、レーザによってトリミング溝１９が２ヶ所、互いに対向する金属層１６の側面からエレメント部１３の中心方向に向かって形成されているもので、そしてこの２つのトリミング溝１９で囲まれた領域が、過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部１５となっている。なお、トリミング溝１９は図２に示すような直線状ではなく、Ｌ字状などの他の形状としてもよい。また、抵抗値調整用のトリミング溝を別途形成してもよく、この場合は、抵抗値調整用のトリミング溝によって溶断部１５以外の箇所で溶断しないように金属層１６が形成されていない位置に設けるようにする。

そしてまた、前記下地層１４は絶縁基板１１の上面の中央部に設けられており、かつこの下地層１４は前記一対の上面電極１２間に位置するエレメント部１３と絶縁基板１１との間に設けられている。また、この下地層１４は、エレメント部１３の幅より広い幅となっており、かつＳｉＯ₂等からなるガラスを主成分としている。

さらに、前記金属層１６は、その幅がエレメント部１３の幅より広く、下地層１４の幅より狭くなっている。ここで、幅とは、一対の上面電極１２を結ぶ線に対して直交する方向の寸法を言い、金属層１６の幅はエレメント部１３の幅の１．１倍〜１．５倍とするのが好ましい。また、この金属層１６は、エレメント部１３の上面全体ではなく、その中央部にのみに設けられ、エレメント部１３における溶断部１５および２つのトリミング溝１９が形成される箇所を完全に覆うようになっている。そして、金属層１６は、Ｓｎなどの融点が４５０℃以下の低融点金属からなり、スパッタ、蒸着などの物理気相成長法によって形成する。

ここで、金属層１６の幅がエレメント部１３の幅より広くなっているため、金属層１６は上面視でエレメント部１３の両側面から突出した２つの突出部１６ａが形成される。なお、トリミング溝１９はそれぞれ、２つの突出部１６ａの側面から入れるようにして、電流経路が複数にならないようにする。さらに、金属層１６が形成されたエレメント部１３は溶断し易くなっているので、定格電流で溶断しないように、エレメント部１３で発生した熱を突出部１６ａで放熱させることができる。そのために、金属層１６の突出部１６ａの幅方向の寸法をできるだけ長くする必要があり、この寸法を例えば２つのトリミング溝１９間の距離と略同寸法とする。

さらに、金属層１６の突出部１６ａが下地層１４に直接形成されるため、エレメント部１３を下地層１４と金属層１６とで挟み込むことになり、これにより、エレメント部１３の位置を安定させることができる。

なお、金属層１６の一対の上面電極１２を結ぶ線と平行な方向（エレメント部１３の長手方向）の縁部と、近接するトリミング溝１９との距離は、２つのトリミング溝１９間の距離と略同じにし、溶断部１５の近傍のエレメント部１３も金属層１６で覆うようにする。

次に、本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法について説明する。

図１、図２において、まず、Ａｌ₂Ｏ₃を５５％〜９６％含有するアルミナで構成された絶縁基板１１の上面の両端部に、銀ペーストまたは銀を主成分とする銀パラジウム合金導体ペーストを印刷し、約８５０℃で焼成することにより一対の上面電極１２を形成する。

次に、絶縁基板１１の中央部に、ＳｉＯ₂等からなるガラスを主成分とするペーストを印刷して下地層１４を形成し、乾燥、焼成させる。

次に、下地層１４および一対の上面電極１２の上面にエレメント部１３を形成する。この場合、エレメント部１３は一対の上面電極１２間を橋絡して一対の上面電極１２と電気的に接続されるように構成する。

そして、このエレメント部１３は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｒを同一スパッタ装置で順にスパッタすることにより形成する。このとき、絶縁基板１１の位置やスパッタ用マスクの位置はそのままで、スパッタ用ターゲットのみを変える。これにより、Ｃｒ、Ｃｕの位置ずれを防止できるため、エレメント部１３を安定して形成することができる。この結果、溶断特性や抵抗値などの特性が安定する。また、拡散防止用金属として最上層にＣｒを使用することによって、最下層と最上層に同一材料を用いることになるため、生産性が向上する。

その後、金属層１６を異なるスパッタ装置で、エレメント部１３の中央部に、その幅がエレメント部１３の幅より広くなるようにＳｎなどの融点が４５０℃以下の低融点金属をスパッタする。このとき、溶断部１５、２つのトリミング溝１９が形成される場所を覆うようにする。そして、使用するスパッタ用マスクは、前記エレメント部１３形成用のマスクと異なるものを使用する。

なお、エレメント部１３、金属層１６は、同じスパッタ装置を用いてもよいし、スパッタではなく蒸着などの他の物理気相成長法で形成してもよい。

次に、下地層１４の上面におけるエレメント部１３の中心部の２ヶ所を、互いに対向する金属層１６の突出部１６ａの側面からエレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削してトリミング溝１９を形成する。これにより、この２つのトリミング溝１９で囲まれたエレメント部１３の領域に、過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部１５を設ける。このとき、トリミング溝１９は突出部１６ａでは金属層１６のみを切削し、それ以外の部分では金属層１６とエレメント部１３を同時に切削する。

次に、シリコン等の樹脂を少なくとも溶断部１５、金属層１６を覆うようにエレメント部１３上に形成し、絶縁層１８を設ける。

次に、絶縁基板１１の両端部においてエレメント部１３の一部と重なるように樹脂銀ペーストを塗布して硬化させることにより端面電極層１７を形成する。なお、この端面電極層１７はスパッタ等の薄膜プロセスによって形成してもよい。

最後に、前記端面電極層１７に、ニッケルと錫の２層構造からなるめっき膜（図示せず）を形成して、本発明の一実施の形態における回路保護素子を製造するものである。

上記した本発明の一実施の形態においては、エレメント部１３の上面にＳｎからなる金属層１６を形成し、金属層１６の幅をエレメント部１３の幅より広くし、かつ金属層１６がエレメント部１３における溶断部１５および２つのトリミング溝１９が形成された箇所を覆うように設けているため、金属層１６の形成箇所がエレメント部１３の幅方向にずれたとしても、金属層１６が溶断部１５、２つのトリミング溝１９およびその近傍に位置する部分を覆う面積は小さくならず、これにより、エレメント部１３を構成する金属の中に拡散する金属層１６中のＳｎの量を一定にすることができるため、溶断特性を安定させることができるという効果が得られるものである。

すなわち、金属層１６の位置ずれに対する余裕度が設けられ、多少金属層１６の形成箇所がずれても、溶断部１５、２つのトリミング溝１９およびその近傍に位置する部分を金属層１６で覆うことができる可能性が高まる。

なお、上記した本発明の一実施の形態においては、回路保護素子について説明したが、溶断特性の安定化が要求されるヒューズ抵抗等の他の電子部品にも本発明は適用できる。

本発明に係る回路保護素子およびその製造方法は、溶断特性を安定させることができるという効果を有するものであり、特に過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子等において有用となるものである。

１１絶縁基板
１２上面電極
１３エレメント部
１５溶断部
１６金属層
１９トリミング溝

Claims

絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、前記一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、前記エレメント部にレーザによって形成された少なくとも２つのトリミング溝と、前記２つのトリミング溝で囲まれた領域に設けられた溶断部とを備え、前記エレメント部の上面に融点が４５０℃以下の低融点金属からなる金属層を形成し、前記金属層の幅を前記エレメント部の幅より広くし、かつ前記金属層を前記溶断部および前記２つのトリミング溝が形成された箇所を覆うように設け、前記２つのトリミング溝は互いに対向する前記金属層の側面から前記エレメント部の中心方向に向かって形成されている回路保護素子。
前記エレメント部は、下層から順にＣｒまたはＴｉ、Ｃｕ、拡散防止用金属を形成することによって設けた請求項１に記載の回路保護素子。
前記拡散防止用金属をＣｒとした請求項２に記載の回路保護素子。
前記拡散防止用金属を、前記エレメント部の最下層に形成された金属と同一のものとした請求項２に記載の回路保護素子。
請求項１に記載の回路保護素子において、Ｃｒ、Ｃｕ、拡散防止用金属を順にマスクを用いた物理気相成長法にて形成して前記エレメント部を設けた後、前記金属層を前記マスクと異なるマスクを用いた物理気相成長法にて形成するようにした回路保護素子の製造方法。
前記Ｃｒ、Ｃｕ、拡散防止用金属を同じマスクを用いて形成するようにした請求項５に記載の回路保護素子の製造方法。