JP6881590B2 - チップ型ヒューズ - Google Patents

Description

本発明は、チップ型ヒューズに関する。

チップ型ヒューズは、ヒューズ機能を有するチップ部品（または角型表面実装部品）である。チップ型ヒューズは、絶縁性の本体部と、本体部の表面または内部に形成されたヒューズ導体と、本体部の両端部を各々被覆し、かつヒューズ導体の両端部に各々接続された一対の外部電極とを含み得る。

従来、ヒューズ導体が本体部の内部に形成されたチップ型ヒューズにおいて、ヒューズ導体の溶断部（発熱部）から本体部への放熱を抑制して、溶断特性を向上させるため、本体部に空間を設け、ヒューズ導体の溶断部を空間内に懸架して（浮かせて）配置することが知られている（特許文献１〜２参照）。

また、従来、ヒューズ機能を併せ持つインダクタンス素子として、積層体の層間に内部導体を形成してなる一体焼結型のインダクタンス素子において、内部導体に溶断部を一体に設けるとともに、溶断部の周囲の積層体に空洞部を設けることも知られている（特許文献３参照）。

特開２００７−２８０９１９号公報 特開２００７−２８７５０４号公報 特開平１−２８７９０５号公報

上述した従来のチップ型ヒューズは、本体部を絶縁性樹脂製の底部と蓋部とから構成し、まず、予め凹部を各々プレス形成した底部および蓋部を準備し、次に、底部の凹部にヒューズ導体を懸架して配置し、その上に蓋部を重ね合わせて、空間部を形成するように底部と蓋部の凹部同士を対向させ、これらの間を接着剤で接合することにより製造され得る（特許文献１〜２）。しかしながら、かかる製造方法では、絶縁性樹脂への凹部の加工精度、および底部と蓋部との重ね合わせ精度に限界がある。また、かかる従来のチップ型ヒューズにおいて、そのまま小型化しようとすると、外部電極から溶断部までの距離が縮小されて短くなり、放熱し易くなって（よって、溶断し難くなって）、溶断特性が低下し得る。

また、上述した従来のヒューズ機能を併せ持つインダクタンス素子は、まず、１枚のグリーンシート（フェライトグリーンシート）の略中央上面に有機ペーストを矩形形状に塗布して乾燥させ、これにより有機ペーストが付着したグリーンシート上に内部導体（導電ペースト）を、その溶断部が有機ペースト上に位置するように印刷形成し、更にその上に新たな有機ペーストを（先の有機ペーストと重なるように）矩形形状に塗布して乾燥させ、これにより有機ペースト、溶断部を有する内部導体および有機ペーストが順に付着したグリーンシートの上下に新たなグリーンシートを適宜積層し、一体的に焼結することによって、溶断部の上下の有機ペーストを燃焼気化させ、溶断部の周囲に空洞部を形成することにより製造され得る（特許文献３）。しかしながら、かかる製造方法では、有機ペーストが付着したグリーンシート上に内部導体を、有機ペーストを跨いで重ね塗り印刷しているため、内部導体（特に、比較的細い溶断部）を高精細に印刷するのは困難であり、印刷にじみや印刷ばらつきが発生し得る。この難点は、アルミナまたはジルコニア等の微粉を混合して成る有機ペーストを用いる場合も同様である。更に、かかる製造方法では、焼結時に、溶断部の上下の有機ペーストを気化させ、下側の有機ペーストの気化により内部導体（導電ペースト）の溶断部を浮かせながら、内部導体を焼結させているため、溶断部をより微細に形成することは困難である。

よって、従来のチップ型ヒューズや、従来のヒューズ機能を併せ持つインダクタ素子では、優れた溶断特性を有しつつ、より小型のチップ型ヒューズを提供することが困難であり、チップサイズの小型化の最新の要請に十分応えられなくなってきている。実際、チップ型ヒューズは１００５サイズ（１．０ｍｍ×０．５ｍｍ）までしか上市されておらず、より小さいサイズ、例えば０６０３サイズ（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）のチップ型ヒューズは上市されていないのが現状である。

本発明の目的は、優れた溶断特性を有しつつ、より小型化が可能である新規なチップ型ヒューズを提供することにある。

本発明の１つの要旨によれば、絶縁性材料から成る本体部と、本体部の内部に配置され、かつ本体部から露出した両端部を有するヒューズ導体と、本体部の両端部を各々被覆し、かつヒューズ導体の両端部に各々接続された一対の外部電極とを含むチップ型ヒューズであって、本体部の内部に空洞部が存在し、ヒューズ導体が、空洞部の壁面に沿って形成されている溶断部を有する、チップ型ヒューズが提供される。

かかる本発明のチップ型ヒューズは、ヒューズ導体の溶断部が、空洞部の壁面に沿って形成されているので、ヒューズ導体の溶断部を空洞部に対して部分的に露出させつつ、その非露出部においては本体部で支持することができる。ヒューズ導体の溶断部が空洞部に対して露出していることにより、ヒューズ導体の溶断部から本体部への放熱を抑制することができ、かつ、ヒューズ導体の溶断部が本体部で支持されていることにより、かかる溶断部を微細かつ高精細に安定して形成することができ、従って、本発明によれば、優れた溶断特性を有しつつ、より小型化が可能である新規なチップ型ヒューズが提供される。

本発明の１つの態様において、空洞部は、互いに対して反対側に凸状に湾曲した対向する２つの壁面を有し得、ヒューズ導体の溶断部は、該２つの壁面のいずれか一方に沿って形成され得る。

本発明の１つの態様において、本体部およびヒューズ導体は、焼結体を構成し得る。

本発明の１つの態様において、溶断部は、ミアンダ形状を有し得る。

本発明の１つの態様において、本体部のうち、少なくとも溶断部と接する部分が、０．０５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上１０．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下の熱伝導率を有する第１絶縁性材料から成り得る。

本発明の１つの態様において、本体部が、０．０５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上１０．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下の熱伝導率を有する第１絶縁性材料から成る層であって、ヒューズ導体および空洞部を内部に有する層と、第１絶縁性材料より高い強度を有する第２絶縁性材料から成る少なくとも１つの層とを含み得る。かかる態様において、第１絶縁性材料から成る層は、第２絶縁性材料から成る２つの層の間に配置されていてよい。

本発明の１つの態様において、絶縁性材料は、非磁性材料であり得る。

本発明の１つの態様において、チップ型ヒューズは、０．５５ｍｍ以上０．６５ｍｍ以下の長さおよび０．２５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の幅を有し得る。

本発明によれば、優れた溶断特性を有しつつ、より小型化が可能である新規なチップ型ヒューズが提供される。

本発明の１つの実施形態におけるチップ型ヒューズの概略断面図である。 図１のＡ−Ａ線におけるチップ型ヒューズの概略断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿って仮想的に切断して見たチップ型ヒューズの概略上面図である。 図３に対応する図であって、チップ型ヒューズにおけるヒューズ導体の溶断部の１つの改変例を示す図である。 図３に対応する図であって、チップ型ヒューズにおけるヒューズ導体の溶断部のもう１つの改変例を示す図である。 図３に対応する図であって、チップ型ヒューズにおけるヒューズ導体の溶断部のもう１つの改変例を示す図である。 本発明の図１に示す実施形態における１つの例示的なチップ型ヒューズの概略断面図である。 図８のＡ−Ａ線におけるチップ型ヒューズの概略断面図である。 本発明の図１に示す実施形態におけるチップ型ヒューズの製造方法を説明する図である。 本発明の図７に示す例示的なチップ型ヒューズの製造方法を説明する図である。 本発明の図７に示す例示的なチップ型ヒューズの１つの使用態様を説明する図である。 本発明の図７に示す例示的なチップ型ヒューズのもう１つの使用態様を説明する図である。 本発明の実施例にてヒューズ導体を形成するために印刷した銀ペーストのパターンを模式的に示す図であり、（ａ）は、印刷した銀ペーストのパターンの全体像を例示的に示す上面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ実施例１〜３において印刷した銀ペーストの溶断部に対応する部分およびその近傍（例示的には（ａ）中にて点線で囲んだ領域Ｈ）の拡大模式図である。 本発明の実施例１〜３にて作製したチップ型ヒューズの試料の評価結果を示すグラフである。

以下、本発明の１つの実施形態におけるチップ型ヒューズおよびその製造方法について図面を参照しながら詳述するが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではない。

図１に示すように、本実施形態のチップ型ヒューズ１０は、絶縁性材料から成る本体部１と、本体部１の内部に配置され、かつ本体部１から露出した両端部を有するヒューズ導体３と、本体部１の両端部を各々被覆し、かつヒューズ導体３の両端部に各々接続された一対の外部電極９ａ、９ｂとを含む。図１〜２に示すように、本体部１の内部には空洞部２が存在し、ヒューズ導体３は、空洞部２の壁面に沿って形成されている溶断部３ａを有する。換言すれば、空洞部２が、ヒューズ導体３の溶断部３ａの直上に位置している。

本発明において、用語「ヒューズ導体」は、ヒューズを構成するための導体（電気導電性物質から成る部材）を意味し、本発明においては本体部の内部に配置されていることから「内部導体」としても理解され得る。また、用語「溶断部」は、本発明のチップ型ヒューズが、ヒューズとして機能するときに、発熱して溶断することを意図した部分を意味し、ヒューズ導体のうち、幅が比較的狭い部分であり得る。

本実施形態によれば、空洞部２が、ヒューズ導体３の溶断部３ａの直上に位置するので、ヒューズ導体３の溶断部３ａを空洞部２に対して部分的に露出させつつ、溶断部３ａの非露出部においては本体部１と接触させ（本体部１の内壁面と密着し）、本体部１で支持することができる。これにより、ばらつきの小さい安定した溶断特性を得ることができる。なお、図示する態様では、溶断部３ａの上面および側面が空洞部２に対して露出しており、溶断部３ａの下面が本体部１で支持されているが、本実施形態はこれに限定されず、溶断部３ａの上面および側面の一部が空洞部２に対して露出していても、溶断部３ａの上面のみが空洞部２に対して露出していても、これら３つの状態のうち任意の２つ以上の状態が溶断部３ａの線路方向に沿って混在していてもよい。

ヒューズ導体３の溶断部３ａが空洞部２に対して露出していることにより、ヒューズ導体３に電流が流れたときに、ヒューズ導体３の溶断部３ａから本体部１に（更には外部電極９ａおよび／または９ｂに）熱が伝導して逃げること（放熱）を、空洞部２（空気または他のガス、例えば消失材に由来するガスが存在し得、あるいは真空であってもよい）の断熱効果により抑制することができる。これにより、溶断部３ａに効果的に熱をこもらせることができ、溶断し易くなるため、溶断部３ａの線路長を長く設定する必要がない（よって、外部電極から溶断部までの距離を長くとる必要がない）。更に、ヒューズ導体３の溶断部３ａが本体部１で支持されていることにより、後述するように、印刷工法を利用してチップ型ヒューズを製造することができるため、溶断部３ａを微細かつ高精細に安定して形成することができる。これらの結果、より小型のチップサイズ、例えば０６０３サイズ（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）であっても、優れた溶断特性を得ることができる。例えば、空洞部の中心位置（図１〜２中、模式的に黒点にて示す）は、チップの長さＬ方向において本体部１の外壁面から２５０μｍ以上３５０μｍ以下の距離ａにて存在し得、チップの幅Ｗ方向において本体部１の外壁面から１００μｍ以上２００μｍ以下の距離ｂまたはｃ（実装方向に応じて決まり得る）にて存在し得る。なお、空洞部の中心位置は、体積中心により規定され得る。

より詳細には、本実施形態のチップ型ヒューズ１０において、空洞部２は、互いに対して反対側に凸状に湾曲した対向する２つの壁面を有し、ヒューズ導体３の溶断部３ａは、これら２つの壁面のいずれか一方に沿って形成されている。かかる２つの壁面は、明確に境界を有していても、有していなくてもよく、図示する態様では、上側壁面および下側壁面であり得、溶断部３ａが下側壁面のみに沿って形成されている。これにより、溶断部３ａは（図示する態様では下向きに）凸状に湾曲して形成され得る。空洞部２において、空間距離が大きいほど、高い断熱効果ひいては放熱抑制効果が得られるため、一方の壁面に対して反対側に凸状に湾曲した壁面の略中央領域に、ヒューズ導体３の溶断部３ａを配置することが好ましく、これにより、溶断部３ａを選択的に溶断させることができる。

概略的には、図１〜２に示すように、空洞部２は楕円断面を有し得、溶断部３ａはアーチ状に形成され得るが、本実施形態はかかる形状に限定されない。空洞部２が、角のない楕円断面を有することにより、チップ型ヒューズの製造過程および／またはその後の使用の間に本体部１に応力が加わっても、効果的に分散させることができ、角（エッジ部）を起点として本体部１にクラックや割れが発生することを抑制または防止できる。

本実施形態において、本体部１およびヒューズ導体３は、一体的に焼結された焼結体を構成していてよく、より詳細には積層体の焼結体であってよい（図中、積層方向をＺで示す）。また、本実施形態において、空洞部２は、焼成時に消失材が気化することにより形成されたものであってよい。

空洞部２の寸法および／または体積（容積）は特に限定されない。空洞部２の高さｔは、本体部１の内壁面のうち溶断部３ａが存在する側の面から、これに対向する壁面までの最大距離（積層方向に平行な断面における本体部１の対向する内壁面間の最大距離）によって規定され、低格電流値やチップサイズ等に応じて適宜選択され得るが、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下であり得る。空洞部２の長さｘは、高さｔ方向に対して垂直な面内における最大距離によって規定され、溶断部３ａの形状等に応じて適宜選択され得るが、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下であり得る。空洞部２の幅ｙは、高さｔ方向および長さｘ方向に対して垂直な最大距離によって規定され、溶断部３ａの形状等に応じて適宜選択され得るが、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下であり得る。空洞部２の体積は、５×１０^４（μｍ^３）以上５×１０^６（μｍ^３）以下であり得る。

空洞部２に対して露出した本体部１の内壁面は、より平滑であるほうが、ヒューズ導体３の溶断部３ａから空洞部２を通じて本体部１へ熱が伝導して逃げることを抑制でき、溶断し易くなるため好ましい（凹凸が大きいと、表面積が大きくなり、熱が伝わり易くなって、溶断し難くなる）。空洞部２が、焼成時に消失材が気化することにより形成されたものである場合、空洞部２に対して露出した本体部１の内壁面を平滑にすることができる。かかる本体部１の内壁面の表面粗さＲａは、例えば０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であり得る（ここで、Ｒａは、算術平均粗さである）。

チップ型ヒューズ１０において、空洞部２は１つまたはそれ以上存在していてよく、１つの空洞部２において、溶断部３ａは１つまたはそれ以上存在していてよい。

ヒューズ導体３の溶断部は、所望される溶断特性および／または定格電流に応じて任意の様々な厚さおよび形状を有し得る。ヒューズ導体の溶断部の厚さおよび形状（特に線幅および線路長）は、溶断特性および定格電流に影響するため重要である。

溶断特性を制御するためには、ヒューズ導体の溶断部を所望の形状に形成することが求められる。例えば、図３に示すように、溶断部３ａは、線幅が実質的に一定で、線路が直線方向に延在した形状（直線タイプ）を有していてよい。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、例えば、図４に示すように、線幅が次第に減少および増加しつつ、線路が直線方向に延在した形状（中央部を絞ったタイプ）を有する溶断部３ｂを適用してもよい。あるいは、ミアンダ形状を有する溶断部を適用してもよい。より詳細には、例えば、図５に示すように、線幅が実質的に一定で、線路が蛇行しつつ長さ方向に延在したミアンダ形状を有する溶断部３ｃを適用してもよい。また例えば、図６に示すように、線幅が実質的に一定で、線路が蛇行しつつ幅方向に延在したミアンダ形状を有する溶断部３ｄを適用してもよい。

これら溶断部３ａ〜３ｄの寸法は、溶断させる電流値等に応じて適宜選択され得るが、厚さは、例えば１μｍ以上１０μｍ以下であり、線幅は、例えば１０μｍ以上５０μｍ以下であり、線路長は、例えば１００μｍ以上１０００μｍ以下であり得る（いずれも焼成後）。

ヒューズ導体３は、任意の適切な導電性材料から成り、例えば銀、銅、ニッケル、錫、アルミニウムなどの金属や、それらの合金などから構成され得る。後述するように、印刷工法を利用してチップ型ヒューズを製造する場合には、ヒューズ導体３は、導電ペーストを使用して形成され得る。導電ペーストは、特に限定されないが、銀ペースト、銅ペーストなどを使用してよい。

本体部１は、任意の適切な絶縁性材料から成り、例えばガラス材料、石英、アルミナ、フォルステライト、フェライトおよびそれらの２種以上の混合物などから構成され得る。後述するように、印刷工法を利用してチップ型ヒューズを製造する場合には、本体部１は、絶縁性材料のグリーンシートを使用して形成され得る。

本体部１のうち、少なくとも溶断部３ａと接する部分、好ましくは溶断部３ａを有するヒューズ導体３および空洞部２と接する部分を、０．０５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上１０．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下の熱伝導率を有する第１絶縁性材料から構成し得る。このような第１絶縁性材料は熱伝導率が低く、ヒューズ導体３に電流が流れたときに、ヒューズ導体３の溶断部３ａから本体部１に（更には外部電極９ａおよび／または９ｂに）熱が伝導して逃げること（放熱）を直接的に抑制することができる。これにより、溶断部３ａに効果的に熱をこもらせることができ、より一層溶断し易くなり、優れた溶断特性を安定して得ることができ、チップサイズのより一層の小型化を図ることができる。本発明において、絶縁性材料の熱伝導率は、ＪＩＳ Ｒ １６１１（ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法）により規定され得る。

かかる第１絶縁性材料としては、例えばガラス材料（フィラーを含んでいても、いなくてもよい）が挙げられる。

本体部１は、その全体が第１絶縁性材料から成っていてもよい。この場合、本体部１は、第１絶縁性材料から成る複数の層の積層体の焼結体であってよい。

しかしながら、本体部１は、少なくとも溶断部３ａと接する部分、好ましくは溶断部３ａを有するヒューズ導体３および空洞部２と接する部分であって、第１絶縁性材料から成る部分と、第１絶縁性材料より高い強度（機械強度、例えば抗折強度）を有する第２絶縁性材料から成る他の部分とを含むものであることが好ましい。熱伝導率が低い絶縁性材料は、ガラス材料等をはじめとして強度が低い（脆い）ことが多い。逆に、強度の高い絶縁性材料は熱伝導率が高いことが多い。そこで、少なくとも溶断部３ａと接する部分、好ましくは溶断部３ａを有するヒューズ導体３および空洞部２と接する部分を熱伝導率の高い第１絶縁性材料で構成し、他の部分、例えば第１絶縁性材料から成る部分の上、下、左、右のいずれかまたはそれらの２つ以上の部分を、第１絶縁性材料より高い強度を有する第２絶縁性材料から構成することにより、放熱抑制と強度の両立が可能となる。本発明において、絶縁性材料の強度は、ＪＩＳ Ｒ １６０１（ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法）により規定され得る。

かかる第２絶縁性材料としては、例えばアルミナ、フォルステライト、フェライトが挙げられる。第１絶縁性材料としてガラス材料を使用する場合、ガラス材料との同時焼成が容易であるので、第２絶縁性材料としてフェライトを使用することが好ましい。

本体部１が積層体の焼結体である場合、本体部１は、第１絶縁性材料から成る層であって、ヒューズ導体および空洞部を内部に有する層（低熱伝導率層）と、第１絶縁性材料より高い強度を有する第２絶縁性材料から成る少なくとも１つの層（補強層）とを含むものであってよい。第２絶縁性材料から成る層（補強層）がチップ型ヒューズの長さＬ方向に亘って延在することにより、特に抗折強度を向上させることができる。

例えば、図７〜８に示すように、第１絶縁性材料から成る層５（ヒューズ導体３および空洞部２を内部に有する）（低熱伝導率層）が、第２絶縁性材料から成る２つの層７（補強層）の間に配置されていてよい。第１絶縁性材料から成る層５の厚さは、例えば５０μｍ以上２００μｍ以下であり得、第２絶縁性材料から成る層７の厚さは、例えば５０μｍ以上１２５μｍ以下であり得る。しかしながら、図示する例に限定されず、第１絶縁性材料から成る層５の上および下のいずれか一方にのみ第２絶縁性材料から成る層７が配置されていてもよい。

チップ型ヒューズの用途に応じて、チップ型ヒューズにインダクタンスが必要でない場合や、チップ型ヒューズにインピーダンスを持たせないようにする場合などには、本体部１は、絶縁性かつ非磁性材料から成り得る。チップ型ヒューズが実装される電気・電子回路によっては、チップ型ヒューズの実装による回路上のインピーダンスによって、他の部品への電流および／または信号の流れが阻害ないし抑制されることを回避したい場合があり、非磁性材料を使用することで、かかるインピーダンスを極力小さくすることができる。絶縁性かつ非磁性材料としては、ガラス材料、石英、アルミナ、フォルステライト、非磁性フェライトなどが挙げられる。非磁性の第１絶縁性材料としては、例えばガラス材料（フィラーを含んでいても、いなくてもよい）が挙げられる。非磁性の第２絶縁性材料としては、例えば非磁性フェライト材料が挙げられる。

ガラス材料は、任意の適切な組成を有するガラス材料を使用してよいが、例えば、
０．５〜５重量％のＫ_２Ｏ、
０〜５重量％のＡｌ_２Ｏ_３、
１０〜２５重量％のＢ_２Ｏ_３、
７０〜８５重量％のＳｉＯ_２
を含む（但し、合計で１００重量％を超えない）ガラス材料が好ましい。ガラス材料は、所定のガラス組成になるように酸化物や炭酸塩の出発原料を秤量し、これらを混合して白金るつぼに入れ、１５００〜１６００℃の温度で溶融させ、これを急冷した後、粉砕することにより作製されたガラス粉末を使用して得られたものであってよく、かかるガラス粉末をそのまま使用してもよいが、かかるガラス粉末に、例えば石英、アルミナなどのフィラーをガラス粉末に対して１０〜５０重量％の範囲で添加して得られたものであってよい。

非磁性フェライト材料は、任意の適切な組成を有する非磁性フェライト材料を使用してよいが、例えば、
ＦｅをＦｅ_２Ｏ_３に換算して４０〜４９．５ｍｏｌ％で含み、
ＣｕをＣｕＯに換算して６〜１２ｍｏｌ％で含み、
残部がＺｎＯである非磁性フェライト材料が好ましい。非磁性フェライト材料は、必要に応じてＭｎ、Ｓｎ、Ｃｏ、Ｂｉ、Ｓｉ等の添加物を１種または任意の２種以上の組み合わせで含んでいてよく、および／または、微量な不可避不純物を含んでいてもよい。非磁性フェライト材料は、所定の比率になるように原料を秤量し、必要に応じて添加物を添加して、湿式で混合粉砕した後、乾燥し、これにより得られた乾燥物を７００〜８００℃の温度で仮焼し、これを粉砕することにより作製されたものであってよい。

外部電極９ａ、９ｂは、任意の適切な導電性材料から成り、例えば金属導体に１層またはそれ以上のメッキを施したものであり得る。

次に、本実施形態のチップ型ヒューズ１０の製造方法について説明する。

図９を参照して、まず、上述したような絶縁性材料（好ましくは第１絶縁性材料）のグリーンシート１’を準備する（図９（ａ））。絶縁性材料のグリーンシート１’は、絶縁性材料の粉末を、バインダ樹脂および有機溶剤を含む有機ビヒクルと混合／混練し、シート状に成形することにより得てよいが、これに限定されるものではない。

この絶縁性材料のグリーンシート１’の平坦な表面に、導体ペースト３’を所定のパターンで印刷する（図９（ｂ））。導体ペーストは、市販で入手可能な、導体として銀を粉末の形態で含む一般的な銀ペーストを使用できるが、これに限定されない。印刷方法は、スクリーン印刷を好適に使用できる。印刷パターンは、最終的に形成されるべきヒューズ導体３（溶断部３ａを有する）の形状に対応させる。

次に、導体ペースト３’を印刷した絶縁性材料のグリーンシート１’の上に、消失材４を印刷する（図９（ｃ））。消失材４は、焼成時に気化により空洞部２を形成し得る材料（気化するため、最終的に得られるチップ型ヒューズにおいて存在せず、よって「消失」している）であり、ペースト状または液状の材料であり得る。消失材４としては、熱分解により燃焼気化し易い材料を使用でき、例えば有機ペースト、より詳細にはアクリル系樹脂などの樹脂材料をペーストの形態としたものを使用し得る。印刷方法は、スクリーン印刷を好適に使用できる。消失材４が印刷される領域は、先に印刷した導体ペースト３’のうち、溶断部３ａに対応する部分を覆うものであればよく、最終的に形成されるべき空洞部２の寸法に応じて決定され得る。なお、消失材４は、導体ペースト３’を印刷した絶縁性材料のグリーンシート１’の上に、印刷以外の方法、例えば塗布（例えばディスペンスなど）により適用してもよい。

上記により得られた導体ペースト３’および消失材４が印刷された絶縁性材料のグリーンシート１’の上下に、新たな絶縁性材料のグリーンシート１’を所望の厚さが得られるように所定枚数積層し（図中、積層方向をＺで示す）、圧着し、所定の寸法に切断して、積層体を得る（図９（ｄ））。この積層体は、複数個をマトリクス状に一度に作製した後に、ダイシング等により個々に切断して（素子分離して）個片化したものであってよいが、予め個々に作製したものであってもよい。

積層体の形成方法としては、シート積層工法を利用できるが、これに限定されない。

上記により得られた積層体を焼成して、導体ペースト３’に由来するヒューズ導体３と、絶縁性材料のグリーンシート１’に由来する本体部１とが一体的に焼結された焼結体１０’が得られる（図９（ｅ））。焼成温度および焼成時間は、絶縁性材料のグリーンシート１’に使用する絶縁性材料の粉末および導体ペースト３’に使用する導体の粉末を焼結させ得る温度および時間であればよい。

この焼成時に、消失材４は徐々に気化（例えば熱分解により燃焼気化）し、発生したガスが、体積膨張により、焼成途中にある周囲の絶縁性材料および導体を押して次第に空間拡張し、やがて消失材４の全てが気化して「消失」し、空洞部２が形成されるとともに、空洞部２に対して露出したヒューズ導体３の部分（溶断部３ａを含む）が、空洞部２の壁面に沿って形成される（図９（ｅ）参照）。

より詳細には、この焼成過程において、ガスは、体積膨張により、焼成途中にある周囲の絶縁性材料および導体を等方的に押し得るため、形成される空洞部は、対向する２つの壁面が互いに対して反対側に凸状に湾曲し、好ましくは楕円断面を有し得、溶断部３ａは一方の壁面に沿って（図示する態様では下向きに）凸状に湾曲して形成され、好ましくはアーチ状に形成され得る。このようにして形成された空洞部２に対して露出した本体部１の内壁面（および空洞部２に対して露出したヒューズ導体３の上面および側面）は、平滑になり得る。

必要に応じて、上記で得られた焼結体１０’をバレル研磨に付して角部を丸めると共にヒューズ導体３の両端部を本体部１から十分に露出させてよい。

その後、外部電極９ａ、９ｂを、焼結体１０’の両端部を各々被覆し、ヒューズ導体３の両端部に各々接続されるように形成する。これにより、チップ型ヒューズ１０（図１〜３参照）が製造される。

本実施形態によれば、絶縁性材料のグリーンシート１’の平坦な表面に導体ペースト３’を直接印刷しているので（図９ｂ）、微細なパターンであっても、（印刷にじみや印刷ばらつきを実質的に発生させることなく）高精細に印刷することができる。溶断部３ａの厚さおよび形状は、導体ペースト３’の印刷パターンおよび／または印刷条件を変更することにより容易に変更できるので、これにより種々の溶断特性を得ることができる。

また、本実施形態によれば、チップ型積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）等で量産実績があり、低コストで量産可能なスクリーン印刷およびシート積層工法を利用することができ、スクリーン印刷は導体ペースト３’の印刷と消失材４の印刷の２回でよいため、製造コストを安価に抑えることができる。本実施形態のチップ型ヒューズの製造方法は、溶断部３ａを加工形成するために、レーザー、フォトリソグラフィ、スパッタリングなどの高額な装置を要しない。

また、本実施形態においては、ヒューズ導体３に電流が流れたときに、ヒューズ導体３の溶断部３ａから本体部１への放熱を、空洞部２の断熱効果により抑制して、溶断部３ａの発熱を促進できるので、発熱を促進するための他の方策、例えば、溶断部３ａの直流抵抗を大きくするための導体酸化や、溶断部３ａの樹脂層による被覆などを要しない。

図７〜８を参照して上述した本実施形態の１つの例示的なチップ型ヒューズ１１は、以下のようにして製造できる。なお、特に説明のない限り、上記と同様の説明が当て嵌まり得る。

図１０を参照して、まず、上述したような第１絶縁性材料のグリーンシート５’を準備し（図１０（ａ））、その平坦な表面に導体ペースト３’を所定のパターンで印刷する（図１０（ｂ））。次に、導体ペースト３’を印刷した第１絶縁性材料のグリーンシート５’の上に、消失材４を印刷する（図１０（ｃ））。これにより得られた導体ペースト３’および消失材４が印刷された第１絶縁性材料のグリーンシート５’の上下に、新たな第１絶縁性材料のグリーンシート５’を、およびその外側に第２絶縁性材料のグリーンシート７’（図示する態様では上下両側としているが、上および下のいずれか一方であってもよい）を、それぞれ所望の厚さが得られるように所定枚数積層し（図中、積層方向をＺで示す）、圧着し、所定の寸法に切断して、積層体を得る（図１０（ｄ））。これにより得られた積層体を焼成して、導体ペースト３’に由来するヒューズ導体３と、第１絶縁性材料のグリーンシート５’に由来する第１絶縁性材料から成る層５および第２絶縁性材料のグリーンシート７’に由来する第１絶縁性材料から成る層７から構成される本体部１とが一体的に焼結された焼結体１１’が得られる（図１０（ｅ））。その後、外部電極９ａ、９ｂを、焼結体１１’の両端部を各々被覆し、ヒューズ導体３の両端部に各々接続されるように形成する。これにより、チップ型ヒューズ１１（図７〜８参照）が製造される。

次に、本実施形態のチップ型ヒューズ１０（特に説明のない限り、図７〜８に示すチップ型ヒューズ１１を包含し得る）の使用態様について説明する。

本実施形態のチップ型ヒューズ１０は、任意の適切な方法で電気・電子回路に組み込まれ得る。より詳細には、チップ型ヒューズ１０は、回路基板などの被実装体の表面に形成された一対のパッド（またはランド）の上に、外部電極９ａ、９ｂが位置するように配置され、それらの間を各々はんだ材料で接合することにより電気回路に組み込まれ、これにより、チップ型ヒューズ１０が被実装体に実装された実装構造体が得られる。

電気回路に組み込まれたチップ型ヒューズ１０に電流が流れるとジュール熱により発熱し、溶断特性に応じて、例えば流れる電流が過大になる（定格電流を超える）と、溶断部３ａにて溶断し、ヒューズとして機能する。このとき、溶断部３ａを構成している導体は、空洞部２が存在していることにより、溶断すると同時に熱収縮し易く、溶断後の導体間距離を大きく確保できる。この結果、溶断後に過大な電圧が印加されてもショートせずに絶縁性を維持でき、高い耐電圧（破壊電圧）を示すことができる。また、発熱により本体部１の絶縁性材料（好ましくは第１絶縁性材料）が軟化し得、これにより、溶断した導体物質を本体部１の絶縁性材料でトラップすることができ、導電物質の飛散を防止することができる。

本実施形態のチップ型ヒューズ１０は、優れた溶断特性を有しつつ、より小型化が可能であり、例えば０．５５ｍｍ以上０．６５ｍｍ以下の長さＬおよび０．２５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の幅Ｗを有するもの、例えば０６０３サイズ（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ）のチップ型ヒューズを実現することができる。

チップ型ヒューズ１０の積層方向Ｚは、チップ型ヒューズ１０の幅Ｗ方向および高さＴ方向のいずれに一致していてもよいが、実装時において、被実装体のたわみ方向に対して、積層方向Ｚが垂直であるほうが、平行であるよりも機械強度（たわみ強度）が向上するので好ましい。被実装体が回路基板である場合、被実装体のたわみ方向は、被実装体の表面に対して垂直な方向であり得、よって、被実装体の表面に対して、積層方向Ｚが平行であるほうが、垂直であるよりも、機械強度（たわみ強度）が向上するので好ましい。

かかる積層方向Ｚと実装方向の関係の選択による機械強度の向上効果は、図７〜８を参照して上述した本実施形態の１つの例示的なチップ型ヒューズ１１において顕著である。図１１に示すように、チップ型ヒューズ１１は、その積層方向Ｚが、被実装体の表面２０に対して実質的に平行になるようにして配置され、外部電極９ａ、９ｂがパッド２１ａ、２１ｂにはんだ材料（図示せず）により接合されて、実装構造体３０を構成し得る。また、チップ型ヒューズ１１は、その積層方向Ｚが、被実装体の表面２０に対して実質的に垂直になるようにして配置され、同様にして接合されて、実装構造体３０を構成し得る。被実装体が回路基板である場合、被実装体の表面２０に対して、積層方向Ｚが平行である（図１１参照）ほうが、垂直である（図１２参照）よりも、機械強度（たわみ強度）が向上するので好ましい。

１．チップ型ヒューズの製造
以下のようにしてチップ型ヒューズを製造した。

（１−１）ガラス材料のグリーンシートの作製
Ｋ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２をそれぞれＫ_２Ｏ ２重量％、Ｂ_２Ｏ_３ ２０重量％、ＳｉＯ_２ ７８重量％となるように秤量し、これらを混合して白金るつぼに入れ、１５００〜１６００℃の温度で溶融させ、これを急冷した後、粉砕することによりガラス粉末を作製した。ガラス粉末 ６５重量％に対して、フィラーとしてアルミナを５重量％、石英を３０重量％含有させ、これに溶剤、バインダおよび可塑剤を加え、十分に混合した後、ドクターブレード法などによりガラス材料のグリーンシートを作製した。

（１−２）非磁性フェライト材料のグリーンシートの作製
Ｆｅ_２Ｏ_３を４８．５ｍｏｌ％、ＺｎＯを４３．５ｍｏｌ％、ＣｕＯを８．０ｍｏｌ％となるように秤量し、湿式で混合粉砕した後、乾燥し、これにより得られた乾燥物を７００〜８００℃の温度で仮焼し、これを粉砕することにより、非磁性フェライト粉末を作製した。これに溶剤、バインダおよび可塑剤を加え、十分に混合した後、ドクターブレード法などにより非磁性フェライト材料のグリーンシートを作製した。

（１−３）チップ型ヒューズの作製
上記のようにして作製したガラス材料のグリーンシートおよび非磁性フェライト材料のグリーンシートをそれぞれ矩形（多数個取り可能な寸法）に打ち抜き、まずガラス材料のグリーンシート上に銀ペーストを、例えば図１３（ａ）に模式的に示すように多数個取りに対応したパターンでスクリーン印刷して、銀ペーストのパターンを形成した。この銀ペーストのパターンは、ヒューズ導体を形成するためのパターンであり、このうち溶断部に対応する部分を、ミアンダ形状（図１３（ｂ）、実施例１）または直線形状（図１３（ｃ）〜（ｄ）、それぞれ実施例２〜３）とした（なお、図１３（ａ）は溶断部を直線形状とした場合を例示的に示し、また、図１３（ａ）に示す個数は例示に過ぎず、これに限定されない）。各パターンは、溶断部においてそれぞれ以下の寸法（焼成後）であった。

次に、このパターンの上に消失材を多数個取りに対応したパターンでスクリーン印刷した。消失材として、アクリル系樹脂のペーストを使用した。

上記のように銀ペーストのパターンおよび消失材のパターンを印刷したガラス材料のグリーンシートを、上記のようにして作製した所定枚数の新たなガラス材料のグリーンシート（印刷されていない）で挟み、更にそれを所定枚数の非磁性フェライト材料のグリーンシートで挟み、圧着してブロックを作製した。このブロックをダイサー等で切断し、個片化した。個片化した後、素子を焼成炉に入れ、９００℃程度で２時間焼成した。得られた焼結体をバレル研磨して、角部を丸めた。

その後、この焼結体の両端部に銀ペーストを塗布し、８００℃程度の温度で焼き付けを行い、下地電極を形成した。その後、下地電極の上に、電解めっきでＮｉ被膜およびＳｎ皮膜を順次形成し、外部電極を形成した。

以上により、チップ型ヒューズの試料（実施例１〜３）が製造された。得られた試料のサイズは、実施例１〜３とも、長さＬ＝０．６ｍｍ、幅Ｗ＝０．３ｍｍ、高さＴ＝０．３ｍｍであった。

また、空洞部の高さ寸法を、次のようにして求めた。作製した試料を垂直になるように立てて、試料の周りを樹脂で固めた。このときＬＴ側面が露出するようにした。研磨機で試料のＷ方向に研磨を行い、空洞部の略中央部の深さで研磨を終了した。空洞部をＳＥＭで撮影し、写真から空洞部の高さが最も高い位置での距離を測定し、３個の試料での測定値の平均を空洞部の高さ寸法とした。測定した結果は、実施例１〜３とも、ほぼ３０μｍであった。

また、上記のＳＥＭ写真から、中央のガラス層および上下の非磁性フェライト層の厚みを測定したところ、ガラス層の厚さは１００μｍであり、非磁性フェライト層の厚みは上下とも１００μｍであった。

２．チップ型ヒューズの評価
作製した実施例１〜３の試料について、溶断特性を評価した。溶断特性は直流電源により外部電極間に所定値の電流を流し、その電流をオシロスコープで観察し、電流を流してから、溶断により電流が流れなくなるまでの時間（溶断時間）を求めた。電流値を変えて、それぞれの電流値に対する溶断時間を求めた。結果を図１４に示す。図１４から理解されるように、ヒューズ導体の溶断部の厚さおよび断面積（線幅および厚さ）を変えることで、溶断する電流値が変わった。このことから、ヒューズ導体の溶断部の断面積（線幅および厚さ）を選択することで溶断する電流値を設計できることが理解される。

次に、溶断した試料について、一対の外部電極間に直流電圧を印加し、直流破壊電圧を測定した。実施例１〜３の各々につき試料１０個（合計３０個）について測定したところ、いずれの試料も１０００Ｖ以上の破壊電圧を示した。

本発明のチップ型ヒューズは、例えば、過電圧、過電流および／または過熱などから電子・電気機器等を保護するなどの目的で、電気・電子機器の回路に組み込まれて、幅広く様々な分野において利用され得る。

１ 本体部
１’ 絶縁性材料のグリーンシート
２ 空洞部
３ ヒューズ導体
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 溶断部
３’ 導体ペースト
４ 消失材ペースト
５ 第１絶縁性材料層（低熱伝導率層）
５’ 第１絶縁性材料のグリーンシート
７ 第２絶縁性材料層（補強層）
７’ 第２絶縁性材料のグリーンシート
９ａ、９ｂ 外部電極
１０、１１ チップ型ヒューズ
１０’、１１’ 焼結体
２０ 被実装体の表面
２１ａ、２１ｂ パッド
３０、３１ 実装構造体
ｘ 空洞部の長さ
ｙ 空洞部の幅
ｔ 空洞部の高さ
Ｚ 積層方向
Ｌ 長さ
Ｗ 幅
Ｔ 高さ

Claims (6)

1. 絶縁性材料から成る本体部と、該本体部の内部に配置され、かつ該本体部から露出した両端部を有するヒューズ導体と、該本体部の両端部を各々被覆し、かつ該ヒューズ導体の両端部に各々電気的に接続された一対の外部電極とを含むチップ型ヒューズであって、前記本体部が、第１絶縁性材料から成る層および第２絶縁性材料から成る層を含み、前記第１絶縁性材料から成る層の内部に空洞部および前記ヒューズ導体が存在し、前記ヒューズ導体が、前記空洞部の壁面に沿って形成されている溶断部を有し、前記第１絶縁性材料がガラス材料であり、前記第２絶縁性材料がＦｅ、ＣｕおよびＺｎを含む非磁性フェライト材料である、チップ型ヒューズ。
2. 前記空洞部が、互いに対して反対側に凸状に湾曲した対向する２つの壁面を有し、前記ヒューズ導体の溶断部が、該２つの壁面のいずれか一方に沿って形成されている、請求項１に記載のチップ型ヒューズ。
3. 前記本体部および前記ヒューズ導体が、焼結体を構成している、請求項１または２に記載のチップ型ヒューズ。
4. 前記本体部のうち、少なくとも前記溶断部と接する部分が、０．０５Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上１０．００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以下の熱伝導率を有するガラス材料から成る、請求項１〜３のいずれかに記載のチップ型ヒューズ。
5. 前記第１絶縁性材料から成る層が、前記第２絶縁性材料から成る２つの層の間に配置されている、請求項１に記載のチップ型ヒューズ。
6. チップ型ヒューズが、０．５５ｍｍ以上０．６５ｍｍ以下の長さおよび０．２５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下の幅を有する、請求項１〜５のいずれかに記載のチップ型ヒューズ。

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