JP7393898B2 - 保護素子 - Google Patents
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Description
本発明は、保護素子に関する。
回路基板には、一般に保護素子が備えられていて、電流経路に定格を超える過電流が発生したときなどの異常時には、電流経路を遮断することができるようにされている。保護素子としては、例えば、絶縁基板と、絶縁基板の一方の表面上に、互いに対向するように設けられた第１電極および第２電極と、絶縁基板の一方の表面上に設けられた発熱体と、発熱体の一方の端部に接続する第３電極と、発熱体の第３電極と接続している端部とは反対側の端部に接続する発熱体引出電極と、互いに対向する一方の端部が第１電極と接続し、他方の端部が第２電極と接続し、その端部間の中央部が発熱体引出電極に接続するヒューズエレメントとを備える構成のものが知られている（特許文献１を参照）。この構成の保護素子では、第１電極と発熱体引出電極との間および第２電極と発熱体引出電極との間は空間とされている。このため、ヒューズエレメントを熱によって溶融させることにより、ヒューズエレメントは、第１電極と発熱体引出電極との空間の上もしくは第２電極と発熱体引出電極との空間の上で溶断する。
上記の保護素子は、第１電極と第２電極との間に過電流が流れると、ヒューズエレメントにてジュール熱が発生し、この熱によってヒューズエレメントが溶融して溶断することにより、回路基板の電流経路が遮断される。また、回路基板に過電流以外の異常が発生したときには、第３電極に電流が流れることにより、発熱体が発熱し、その熱が、発熱体引出電極を介してヒューズエレメントに伝わって、ヒューズエレメントが溶融して溶断することによって、回路基板の電流経路が遮断される。
近年の電子機器の高電力化や小型化に伴って、保護素子についてはさらなる低抵抗化と小型化が望まれている。保護素子の低抵抗化のために、ヒューズエレメントの断面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合、溶融したヒューズエレメントを保持するためのスペースを確保する必要が生じるため、保護素子を小型化するのが難しい。また、保護素子の低抵抗化と小型化のために、第１電極と発熱体引出電極との間および第２電極と発熱体引出電極との間を狭くして、ヒューズエレメントの幅を短くすることが考えられる。しかしながら、この場合、第１電極と発熱体引出電極の間もしくは第２電極と発熱体引出電極の間で内部短絡が起こりやすくなる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低抵抗化と小型化が容易な構造で、かつ内部短絡が起こりにくい保護素子を提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）本発明の一態様に係る保護素子は、前記絶縁基板の一方の表面上に、互いに対向するように設けられた第１電極および第２電極と、前記絶縁基板の一方の表面上に設けられた発熱体と、前記発熱体の一方の端部に接続する第３電極と、前記発熱体の前記一方の端部とは反対側の端部に接続する発熱体引出電極と、互いに対向する一方の端部が前記第１電極と接続し、他方の端部が前記第２電極と接続し、前記一方の端部と前記他方の端部との間の中央部が前記発熱体引出電極に接するヒューズエレメントと、を備え、前記第１電極は、前記第２電極に対向する側面と、その側面に接続する上面の少なくとも一部が第１絶縁部材で被覆され、前記第２電極は、前記第１電極に対向する側面と、その側面に接続する上面の少なくとも一部が第２絶縁部材で被覆されている。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記発熱体引出電極が、第１絶縁部材および第２絶縁部材の上面にまで延長されている構成としてもよい。
本発明によれば、低抵抗化と小型化が容易な構造で、かつ内部短絡が起こりにくい保護素子を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る保護素子の構成を図１～図４に示す。図１は、保護素子の上面図（平面図）であり、図２は保護素子の下面図（底面図）である。図３は図１のIII－III’線横断面図であり、図４は図１のIV－IV’線縦断面図である。
本発明の第１実施形態に係る保護素子の構成を図１～図４に示す。図１は、保護素子の上面図（平面図）であり、図２は保護素子の下面図（底面図）である。図３は図１のIII－III’線横断面図であり、図４は図１のIV－IV’線縦断面図である。
第１実施形態に係る保護素子１は、絶縁基板１０と、絶縁基板１０の上面１０ａの上に、互いに対向するように設けられた第１電極１１（第１上面電極１１ａ）および第２電極１２（第２上面電極１２ａ）と、絶縁基板１０の下面１０ｂの上に設けられた発熱体２０と、発熱体２０の一方の端部に接続する第３電極１３と、発熱体２０の一方の端部とは反対側の端部に接続する発熱体引出電極１４と、第１電極１１、第２電極１２および発熱体引出電極１４と接続するヒューズエレメント３０と、を備える。ヒューズエレメント３０の互いに対向する一方の端部３０ａには第１電極１１が第１端子１８ａを介して接続し、他方の端部３０ｂには第２電極１２が第２端子１８ｂを介して接続している。そして、ヒューズエレメント３０の端部３０ａと端部３０ｂとの間の中央部３０ｃには、発熱体引出電極１４が導電部材１５を介して接続している。第１端子１８ａとヒューズエレメント３０、第２端子１８ｂとヒューズエレメント３０、そして導電部材１５とヒューズエレメント３０は、それぞれはんだペースト３２により接着している。
絶縁基板１０としては、絶縁性を有する材質のものであれば特に制限されず、例えば、セラミックス基板やガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板の他、ガラス基板、樹脂基板、絶縁処理金属基板等を用いることができる。なお、これらの中では、耐熱性と熱伝導性とに優れた絶縁基板であるセラミックス基板が好適である。
第１電極１１は、第１上面電極１１ａと、第１下面電極１１ｂと、第１導通部１１ｃとからなる。第１上面電極１１ａは、絶縁基板１０の上面１０ａの上に形成されている。第１上面電極１１ａは、第２上面電極１２ａに対向する側面と、その側面に接続する上面の少なくとも一部が第１絶縁部材１７ａで被覆されている。第１上面電極１１ａの第１絶縁部材１７ａで被覆されていない部分は、第１端子１８ａで被覆されている。第１下面電極１１ｂは、絶縁基板１０の下面１０ｂの上に形成されている。第１下面電極１１ｂは、回路基板の配線に接続される。第１導通部１１ｃは、絶縁基板１０を貫通して、第１上面電極１１ａと第１下面電極１１ｂとを電気的に接続している。
第２電極１２は、第２上面電極１２ａと、第２下面電極１２ｂと、第２導通部１２ｃとからなる。第２上面電極１２ａは、絶縁基板１０の上面１０ａの上に形成されている。第２上面電極１２ａは、第１上面電極１１ａに対向する側面と、その側面に接続する上面の少なくとも一部が第２絶縁部材１７ｂで被覆されている。第２上面電極１２ａの第２絶縁部材１７ｂで被覆されていない部分は、第２端子１８ｂで被覆されている。第２下面電極１２ｂは、絶縁基板１０の下面１０ｂの上に形成されている。第２下面電極１２ｂは、回路基板の配線に接続される。第２導通部１２ｃは、絶縁基板１０を貫通して、第２上面電極１２ａと第２下面電極１２ｂとを電気的に接続している。
第３電極１３は、発熱体２０の一方の端部に接続している。第３電極１３は、一部が断熱部材２１で被覆されている。第３電極１３の断熱部材２１で被覆されていない部分は、回路基板のスイッチング素子に接続される。スイッチング素子は、回路基板に過電流以外の異常が発生したときに作動して、第３電極１３に電流を供給する。
第１電極１１、第２電極１２および第３電極１３を構成する材料としては、Ａｇ、Ｃｕ等の金属材料を用いることができる。第１電極１１、第２電極１２および第３電極１３は、表面がＡｇ、Ａｇ－Ｐｔ、Ａｇ－Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ－Ａｕ等の金属あるいは合金で被覆されていてもよい。
発熱体２０は、第３電極１３と比較して相対的に抵抗が高く、通電により発熱し易い高抵抗導電性材料から形成されている。発熱体２０を構成する材料としては、酸化ルテニウムやカーボンブラックを用いることができる。
発熱体２０は、断熱部材２１で被覆されている。断熱部材２１の材料としては、例えば、セラミックス、ガラスなどの絶縁材料を用いることができる。
発熱体引出電極１４は、発熱体引出上面電極１４ａと、発熱体引出下面電極１４ｂと、発熱体引出電極導通部１４ｃとからなる。発熱体引出上面電極１４ａは、絶縁基板１０の上面１０ａの上に形成されている。発熱体引出上面電極１４ａの上面の上には、導電部材１５が積層されている。発熱体引出下面電極１４ｂは、絶縁基板１０の下面１０ｂの上に形成され、発熱体２０と接続している。発熱体引出電極導通部１４ｃは、絶縁基板１０を貫通して、発熱体引出上面電極１４ａと発熱体引出下面電極１４ｂとを電気的に接続している。
発熱体引出電極１４および導電部材１５は、熱伝導性と導電性が高いことが好ましい。発熱体引出電極１４および導電部材１５を構成する材料としてはＡｇ、Ｃｕ等の金属材料を用いることができる。発熱体引出電極１４および導電部材１５は、表面がＡｇ、Ａｇ－Ｐｔ、Ａｇ－Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ－Ａｕ等の金属あるいは合金で被覆されていてもよい。
発熱体引出上面電極１４ａと第１端子１８ａとの間には空間１９ａが形成されている。また、発熱体引出上面電極１４ａと第２端子１８ｂとの間には空間１９ｂが形成されている。空間１９ａの下方の第１上面電極１１ａは第１絶縁部材１７ａで被覆されていて、空間１９ｂの下方の第２上面電極１２ａは第２絶縁部材１７ｂで被覆されている。このため、発熱体引出上面電極１４ａを、第１絶縁部材１７ａの上面にまで、特に第１絶縁部材１７ａを介して発熱体引出上面電極１４ａと第１上面電極１１ａと重なる位置にまで延長していても内部短絡が起こりにくい。同様に、発熱体引出上面電極１４ａを、第２絶縁部材１７ｂの上面にまで、特に第２絶縁部材１７ｂを介して発熱体引出上面電極１４ａと第１上面電極１１ａとが重なる位置にまで延長していても内部短絡が起こりにくい。よって、空間１９ａおよび空間１９ｂの幅を狭くすることができる。空間１９ａの幅Ｗａと空間１９ｂの幅Ｗｂは、それぞれ０．０２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
ヒューズエレメント３０は熱によって溶断可能であれば、構成や材料は特に制限はない。ヒューズエレメント３０は、金属単体であってもよいし、外側を相対的に融点が高い高融点金属層とし、内側を相対的に融点が低い低融点金属層とした積層体であってもよい。金属単体の場合、その材料としてはＩｎ、Ｐｂ、Ａｇ、Ｃｕ又はこれらのうちのいずれかを主成分とする合金を用いることができる。積層体の場合、低融点金属層は、融点が、保護素子１を実装する際に行なわれるリフロー時の加熱温度（通常は、約２２０℃）以上で、２８０℃以下の範囲内にあることが好ましい。低融点金属層の材料は、錫もしくは錫を主成分とする錫合金であることが好ましい。錫合金の錫の含有量は４０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。錫合金の例としては、Ｓｎ－Ｂｉ合金、Ｉｎ－Ｓｎ合金、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金を挙げることができる。高融点金属層は、低融点金属層の溶融物に溶解される金属材料からなる層である。低融点金属層の材料が錫もしくは錫合金である場合、高融点金属層の材料は、銀もしくは銀を主成分とする合金であることが好ましい。銀合金の銀の含有量は４０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。銀合金の例としては、Ａｇ－Ｐｄ合金を挙げることができる。
図５は、第１実施形態の保護素子が作動して、ヒューズエレメントが溶融した状態を示す横断面図である。図５の横断面図は、図３のIII－III’線横断面図と同位置の横断面図である。
回路基板の配線に過電流が流れると、保護素子１の第１電極１１と第１端子１８ａおよび第２電極１２と第２端子１８ｂを介してヒューズエレメント３０に過電流が流れる。ヒューズエレメント３０に過電流が流れると、ヒューズエレメント３０にてジュール熱が発生し、この熱によってヒューズエレメント３０が溶融して溶断することにより、回路基板の電流経路が遮断される。また、回路基板に過電流以外の異常が発生したときには、第３電極１３に電流が流れることによって、発熱体２０が発熱し、その熱が、発熱体引出電極１４を介してヒューズエレメント３０に伝わって、ヒューズエレメント３０が溶融して溶断することにより、回路基板の電流経路が遮断される。溶融した後のヒューズエレメント溶融固化物３１は、はんだペースト３２の上に保持される。
回路基板の配線に過電流が流れると、保護素子１の第１電極１１と第１端子１８ａおよび第２電極１２と第２端子１８ｂを介してヒューズエレメント３０に過電流が流れる。ヒューズエレメント３０に過電流が流れると、ヒューズエレメント３０にてジュール熱が発生し、この熱によってヒューズエレメント３０が溶融して溶断することにより、回路基板の電流経路が遮断される。また、回路基板に過電流以外の異常が発生したときには、第３電極１３に電流が流れることによって、発熱体２０が発熱し、その熱が、発熱体引出電極１４を介してヒューズエレメント３０に伝わって、ヒューズエレメント３０が溶融して溶断することにより、回路基板の電流経路が遮断される。溶融した後のヒューズエレメント溶融固化物３１は、はんだペースト３２の上に保持される。
次に、保護素子１の製造方法を説明する。
保護素子１は、例えば、次のようにして製造することができる。
保護素子１は、例えば、次のようにして製造することができる。
先ず、始めに、絶縁基板１０を用意する。
用意した絶縁基板１０に、第１電極１１の第１導通部１１ｃと、第２電極１２の第２導通部１２ｃと、発熱体引出電極導通部１４ｃを形成する。
用意した絶縁基板１０に、第１電極１１の第１導通部１１ｃと、第２電極１２の第２導通部１２ｃと、発熱体引出電極導通部１４ｃを形成する。
次に、絶縁基板１０の上面１０ａの第１導通部１１ｃの周囲に第１上面電極１１ａを、第２導通部１２ｃの周囲に第２上面電極１２ａをそれぞれ形成する。さらに、第１上面電極１１ａと第２上面電極１２ａとの間に発熱体引出上面電極１４ａを形成する。また、絶縁基板１０の下面１０ｂの第１導通部１１ｃの周囲に第１下面電極１１ｂを、第２導通部１２ｃの周囲に第２下面電極１２ｂをそれぞれ形成する。さらに、絶縁基板１０の下面１０ｂの発熱体引出電極導通部１４ｃの周囲に発熱体引出下面電極１４ｂを形成し、発熱体引出下面電極１４ｂとは対向する位置に第３電極１３を形成する。
これらの電極は、例えば、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法など電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成することができる。印刷法は、電極形成用の金属あるいは合金のペーストを所望のパターンで印刷し、必要に応じて焼成する方法である。
次に、絶縁基板１０の下面１０ｂの上に発熱体２０を形成する。発熱体２０は、一方の端部が第３電極１３に接続し、他方の端部が発熱体引出下面電極１４ｂと接続するように形成する。次いで、発熱体２０を断熱部材２１で被覆する。
発熱体２０は、例えば、高抵抗導電材料とバインダとを含む高抵抗導電性ペーストを塗布し、必要に応じて焼成することによって形成することができる。バインダとしては、水ガラス等の無機系バインダや熱硬化性樹脂等の有機系バインダを用いることができる。また、発熱体２０は、めっき法、蒸着法、スパッタ法などの導電膜の形成方法を利用してされている公知の方法によって形成することができる。さらに、発熱体２０の形成方法として、上記の方法によって得られた高抵抗導電膜を貼付や積層する方法を用いてもよい。
断熱部材２１は、例えば、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法など電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成することができる。印刷法は、断熱部材のペーストを所望のパターンで印刷し、必要に応じて焼成する方法である。
次に、第１上面電極１１ａの第２上面電極１２ａに対向する側面と、その側面に接続する上面の一部に第１絶縁部材１７ａを形成し、第１上面電極１１ａの第１絶縁部材１７ａが形成されていない部分に第１端子１８ａを形成する。同様に、第２上面電極１２ａの第１上面電極１１ａに対向する側面と、その側面に接続する上面の一部に第２絶縁部材１７ｂを形成し、第２上面電極１２ａの第２絶縁部材１７ｂが形成されていない部分に第２端子１８ｂを形成する。なお、第１絶縁部材１７ａと第１端子１８ａおよび第２絶縁部材１７ｂと第２端子１８ｂの形成順序は、特に制限はない。第１端子１８ａと第２端子１８ｂを、第１絶縁部材１７ａと第２絶縁部材１７ｂよりも先に形成してもよい。
第１絶縁部材１７ａおよび第２絶縁部材１７ｂは、例えば、印刷法によって形成することができる。印刷法は、絶縁材料のペーストを所望のパターンで印刷し、必要に応じて焼成する方法である。
第１端子１８ａおよび第２端子１８ｂは、例えば、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法など電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成することができる。印刷法は、端子形成用の金属あるいは合金のペーストを所望のパターンで印刷し、必要に応じて焼成する方法である。
次に、発熱体引出上面電極１４ａの上面に、導電部材１５を形成する。導電部材１５は、例えば、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法など電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成することができる。
そして、第１端子１８ａ、導電部材１５および第２端子１８ｂの上面に、ヒューズエレメント３０を積層する。ヒューズエレメント３０は、第１端子１８ａ、導電部材１５および第２端子１８ｂの上面に、はんだペースト３２を塗布し、次いで、はんだペースト３２の上にヒューズエレメント３０を配置することによって、積層することができる。
以上のような構成された本実施形態の保護素子１によれば、第１上面電極１１ａと第２上面電極１２ａがそれぞれ第１絶縁部材１７ａと第２絶縁部材１７ｂで被覆されているので、空間１９ａの幅Ｗａ並びに空間１９ｂの幅Ｗｂを狭くしても内部短絡が起こりにくい。このため、本実施形態の保護素子１は、小型化が容易になる。また、空間１９ａの幅Ｗａ並びに空間１９ｂの幅Ｗｂを狭くすることによって、ヒューズエレメント３０の幅を短くできるので、保護素子１の第１電極１１と第２電極１２との間の抵抗が低くすることができる。よって、本実施形態の保護素子１は、低抵抗化と小型化が容易で、かつ内部短絡が起こりにくい。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る保護素子の構成を図６～図７に示す。図６は、本発明の第２実施形態に係る保護素子の横断面図であり、図７は、保護素子の縦断面図である。図６の横断面図は、図３のIII－III’線横断面図に相当し、図７の縦断面図は、図４のIV-IV線縦断面図に相当する。
本発明の第２実施形態に係る保護素子の構成を図６～図７に示す。図６は、本発明の第２実施形態に係る保護素子の横断面図であり、図７は、保護素子の縦断面図である。図６の横断面図は、図３のIII－III’線横断面図に相当し、図７の縦断面図は、図４のIV-IV線縦断面図に相当する。
第２実施形態に係る保護素子２は、発熱体引出上面電極１４ｄが、実施形態１に係る保護素子１の発熱体引出上面電極１４ａと導電部材１５とを一体とした形状とされていて、導電部材１５を介さずにヒューズエレメント３０と接続している点において、第１実施形態に係る保護素子１と相違する。なお、第２実施形態に係る保護素子２と第１実施形態に係る保護素子１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
保護素子２は、例えば、下記の点以外は、第１実施形態に係る保護素子１と同様にして製造することができる。
絶縁基板１０の上面１０ａに発熱体引出上面電極１４ａを形成しないこと。
導電部材１５を形成する代わりに、絶縁基板１０の上面１０ａに発熱体引出上面電極１４ｄを形成すること。発熱体引出上面電極１４ｄは、例えば、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法など電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成することができる。
絶縁基板１０の上面１０ａに発熱体引出上面電極１４ａを形成しないこと。
導電部材１５を形成する代わりに、絶縁基板１０の上面１０ａに発熱体引出上面電極１４ｄを形成すること。発熱体引出上面電極１４ｄは、例えば、印刷法、めっき法、蒸着法、スパッタ法など電極の形成方法として利用されている公知の方法によって形成することができる。
以上のような構成された本実施形態の保護素子２によれば、第１上面電極１１ａと第２上面電極１２ａがそれぞれ第１絶縁部材１７ａと第２絶縁部材１７ｂで被覆されているので、第１実施形態に係る保護素子１と同様に、低抵抗化と小型化が容易で、かつ内部短絡が起こりにくい。また、保護素子２は、発熱体引出上面電極１４ｄが導電部材１５を介さずにヒューズエレメント３０と接続しているので、発熱体２０で発熱した熱をより効率よくヒューズエレメント３０に伝熱させることができる。このため、保護素子２によれば、第３電極１３に電流が流れたときの溶断速度をより速くすることができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る保護素子の構成を図８～図１１に示す。図８は、保護素子の上面図（平面図）であり、図９は保護素子の下面図（底面図）である。図１０は図８のＸ－Ｘ’線横断面図であり、図１１は図８のXI－XI’線縦断面図である。なお、第３実施形態に係る保護素子３と第１実施形態に係る保護素子１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
本発明の第３実施形態に係る保護素子の構成を図８～図１１に示す。図８は、保護素子の上面図（平面図）であり、図９は保護素子の下面図（底面図）である。図１０は図８のＸ－Ｘ’線横断面図であり、図１１は図８のXI－XI’線縦断面図である。なお、第３実施形態に係る保護素子３と第１実施形態に係る保護素子１とで共通する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
第３実施形態に係る保護素子３では、発熱体２０は、絶縁基板１０の上面１０ａの上に備えられている。発熱体２０は、断熱部材２１で被覆されている。断熱部材２１は、第１上面電極１１ａの第２上面電極１２ａに対向する側面およびその側面に接続する上面の一部と、第２上面電極１２ａの第１上面電極１１ａに対向する側面およびその側面に接続する上面の一部とを被覆している。すなわち、断熱部材２１は、第１上面電極１１ａと第２上面電極１２ａとを絶縁する絶縁部材としても機能している。
発熱体２０の一方の端部は第３電極に接続している。第３電極１３は、第３上面電極１３ａと、第３下面電極１３ｂと、第３導通部１３ｃとからなる。第３上面電極１３ａは、絶縁基板１０の上面１０ａの上に形成されている。第３上面電極１３ａは、発熱体２０の一方の端部に接続している。第３下面電極１３ｂは、絶縁基板１０の下面１０ｂの上に形成されている。第３下面電極１３ｂは、回路基板のスイッチング素子に接続される。第３導通部１３ｃは、絶縁基板１０を貫通して、第３上面電極１３ａと第３下面電極１３ｂとを電気的に接続している。
発熱体２０の第３下面電極１３ｂ側とは反対側の端部は、発熱体引出電極１４に接続している。発熱体引出電極１４は、断熱部材２１の上面に引き回されている。発熱体引出電極１４は、ヒューズエレメント３０とはんだペースト３２により接続している。
次に、保護素子３の製造方法を説明する。
保護素子３は、例えば、次のようにして製造することができる。
保護素子３は、例えば、次のようにして製造することができる。
先ず、始めに、絶縁基板１０を用意する。
用意した絶縁基板１０に、第１電極１１の第１導通部１１ｃと、第２電極１２の第２導通部１２ｃと、第３導通部１３ｃを形成する。
用意した絶縁基板１０に、第１電極１１の第１導通部１１ｃと、第２電極１２の第２導通部１２ｃと、第３導通部１３ｃを形成する。
次に、絶縁基板１０の上面１０ａの第１導通部１１ｃの周囲に第１上面電極１１ａを、第２導通部１２ｃの周囲に第２上面電極１２ａをそれぞれ形成する。さらに、絶縁基板１０の上面１０ａの第３導通部１３ｃの周囲に第３上面電極１３ａを、下面１０ｂの第３導通部１３ｃの周囲に第３下面電極１３ｂを形成する。
次に、絶縁基板１０の上面１０ａの第１上面電極１１ａと第２上面電極１２ａとの間に、発熱体２０と幅が同じもしくはそれより広い断熱部材層を形成する。次いで、断熱部材層の上に発熱体２０を形成する。発熱体２０は、一方の端部が第３上面電極１３ａに接続するように形成する。
次に、第１上面電極１１ａの第２上面電極１２ａに対向しない側面と、その側面に接続する上面の一部に第１端子１８ａを形成し、第２上面電極１２ａの第１上面電極１１ａに対向しない側面と、その側面に接続する上面の一部に第２端子１８ｂを形成する。次いで、第１上面電極１１ａと第２上面電極１２ａとの間に、断熱部材２１を形成する。
次に、断熱部材２１の上面に発熱体引出電極１４を形成する。発熱体引出電極１４は、一方の端部が発熱体２０に接続するように形成する。
そして、第１端子１８ａ、発熱体引出電極１４および第２端子１８ｂの上面に、ヒューズエレメント３０を、はんだペースト３２を用いて積層する。
以上のような構成とされた保護素子３によれば、第１上面電極１１ａと第２上面電極１２ａがそれぞれ断熱部材２１で被覆されているので、第１実施形態に係る保護素子１と同様に、低抵抗化と小型化が容易な構造でありながらも、内部短絡が起こりにくい。また、発熱体２０が絶縁基板１０の上面１０ａ側に配置されているので、発熱体２０で発熱した熱をさらに効率よくヒューズエレメント３０に伝熱させることができる。このため、第３電極１３に電流が流れたときの溶断速度をさらに速くすることができる。
次に、本発明を実施例により説明する。
［実施例１］
実施形態１に係る保護素子１を作製した。各部材の構成材料は以下のとおりである。
絶縁基板１０：アルミナ基板、縦：２ｍｍ、幅：４ｍｍ、厚さ：０．２ｍｍ
第１電極１１：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
第２電極１２：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
第３電極１３：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
発熱体引出電極１４：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
導電部材１５：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
第１絶縁部材１７ａ、第２絶縁部材１７ｂ：ガラス
第１端子１８ａ、第２端子１８ｂ：銀
空間１９ａと空間１９ｂの合計幅（Ｗａ＋Ｗｂ）：０．５ｍｍ
発熱体２０：酸化ルテニウム
ヒューズエレメント３０：高融点金属層としてＡｇを用い、低融点金属層としてＳｎ合金を用いた積層体、縦：１．６ｍｍ、幅：２．０ｍｍ、厚さ：０．６ｍｍ
はんだペースト３２：Ｓｎ合金
実施形態１に係る保護素子１を作製した。各部材の構成材料は以下のとおりである。
絶縁基板１０：アルミナ基板、縦：２ｍｍ、幅：４ｍｍ、厚さ：０．２ｍｍ
第１電極１１：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
第２電極１２：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
第３電極１３：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
発熱体引出電極１４：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
導電部材１５：表面がＮｉ－Ａｕめっきで被覆されたＡｇ
第１絶縁部材１７ａ、第２絶縁部材１７ｂ：ガラス
第１端子１８ａ、第２端子１８ｂ：銀
空間１９ａと空間１９ｂの合計幅（Ｗａ＋Ｗｂ）：０．５ｍｍ
発熱体２０：酸化ルテニウム
ヒューズエレメント３０：高融点金属層としてＡｇを用い、低融点金属層としてＳｎ合金を用いた積層体、縦：１．６ｍｍ、幅：２．０ｍｍ、厚さ：０．６ｍｍ
はんだペースト３２：Ｓｎ合金
（評価）
保護素子１のヒューズエレメント３０の第１電極１１と第２電極１２と間の抵抗値を測定した。また、第３電極に１１Ｗの電力と、１２Ｗの電力を供給してから、ヒューズエレメント３０が溶断するまでの時間を計測した。これらの結果を、ヒューズエレメント３０の縦と横のサイズおよび空間１９ａと空間１９ｂの合計幅と共に表１に示す。
保護素子１のヒューズエレメント３０の第１電極１１と第２電極１２と間の抵抗値を測定した。また、第３電極に１１Ｗの電力と、１２Ｗの電力を供給してから、ヒューズエレメント３０が溶断するまでの時間を計測した。これらの結果を、ヒューズエレメント３０の縦と横のサイズおよび空間１９ａと空間１９ｂの合計幅と共に表１に示す。
［実施例２］
発熱体引出上面電極１４ａと導電部材１５とを形成する代わりに、発熱体引出上面電極１４ｄを形成したこと以外は、実施例１と同様にして実施形態２に係る保護素子２を作製した。得られた保護素子２について、実施例１と同様に評価した。その結果を、表１に示す。
発熱体引出上面電極１４ａと導電部材１５とを形成する代わりに、発熱体引出上面電極１４ｄを形成したこと以外は、実施例１と同様にして実施形態２に係る保護素子２を作製した。得られた保護素子２について、実施例１と同様に評価した。その結果を、表１に示す。
［実施例３］
実施例１と同じ材料を用いて実施形態３に係る保護素子３を作製した。得られた保護素子３について、実施例１と同様に評価した。その結果を、表１に示す。
実施例１と同じ材料を用いて実施形態３に係る保護素子３を作製した。得られた保護素子３について、実施例１と同様に評価した。その結果を、表１に示す。
［比較例１］
図１２に、比較例１で作製した保護素子の横断面図を示す。比較例１で作製した保護素子４は、以下の点が、実施例１で作製した保護素子１と異なる。
第１上面電極１１ａの上面に第１絶縁部材１７ａを形成せず、第２上面電極１２ａの上面に第２絶縁部材１７ｂを形成せずに、発熱体引出上面電極１４ａの周囲を導電部材１５で被覆した。導電部材１５の幅は実施例１の保護素子１と同じとした。また、導電部材１５と第１上面電極１１ａとの空間１９ａの幅Ｗａが０．２５ｍｍとなるように第１上面電極１１ａの位置を外側に０．５ｍｍずらし、導電部材１５と第２上面電極１２ａとの空間１９ｂの幅Ｗａが０．２５ｍｍとなるように第２上面電極１２ａの位置を外側に０．５ｍｍずらした。これによって、空間１９ａと空間１９ｂの合計幅（Ｗａ＋Ｗｂ）は、０．５ｍｍで保護素子１と同じであるがヒューズエレメント３０の幅は、３ｍｍで、保護素子１よりも１ｍｍ広くなった。得られた保護素子について、実施例１と同様に評価した。その結果を、表１に示す。
図１２に、比較例１で作製した保護素子の横断面図を示す。比較例１で作製した保護素子４は、以下の点が、実施例１で作製した保護素子１と異なる。
第１上面電極１１ａの上面に第１絶縁部材１７ａを形成せず、第２上面電極１２ａの上面に第２絶縁部材１７ｂを形成せずに、発熱体引出上面電極１４ａの周囲を導電部材１５で被覆した。導電部材１５の幅は実施例１の保護素子１と同じとした。また、導電部材１５と第１上面電極１１ａとの空間１９ａの幅Ｗａが０．２５ｍｍとなるように第１上面電極１１ａの位置を外側に０．５ｍｍずらし、導電部材１５と第２上面電極１２ａとの空間１９ｂの幅Ｗａが０．２５ｍｍとなるように第２上面電極１２ａの位置を外側に０．５ｍｍずらした。これによって、空間１９ａと空間１９ｂの合計幅（Ｗａ＋Ｗｂ）は、０．５ｍｍで保護素子１と同じであるがヒューズエレメント３０の幅は、３ｍｍで、保護素子１よりも１ｍｍ広くなった。得られた保護素子について、実施例１と同様に評価した。その結果を、表１に示す。
表１に示すように、実施例１～３の保護素子１～３は、比較例１の保護素子と比較して第１電極１１と第２電極１２と間の抵抗値を小さくなった。これは、ヒューズエレメント３０の幅が狭く、第１電極１１と第２電極１２と間の距離を短くなったためであると考えられる。
また、発熱体引出上面電極１４ａと導電部材１５とを分けて形成する代わりに、発熱体引出上面電極１４ｄを形成した実施例２の保護素子２は、第３電極１３に電流を流したときの溶断時間が実施例１の保護素子１と比較して短くなり、溶断速度がより速くなった。発熱体２０を絶縁基板１０の上面１０ａ側に配置した実施例３の保護素子３は、第３電極１３に電流を流したときの溶断時間が実施例２の保護素子２と比較して短くなり、溶断速度がさらに速くなった。
１、２、３ 保護素子
１０ 絶縁基板
１０ａ 上面
１０ｂ 下面
１１ 第１電極
１１ａ 第１上面電極
１１ｂ 第１下面電極
１１ｃ 第１導通部
１２ 第２電極
１２ａ 第２上面電極
１２ｂ 第２下面電極
１２ｃ 第２導通部
１３ 第３電極
１３ｂ 第３下面電極
１３ｃ 第３導通部
１４ 発熱体引出電極
１４ａ、１４ｄ 発熱体引出上面電極
１４ｂ 発熱体引出下面電極
１４ｃ 発熱体引出電極導通部
１５ 導電部材
１７ａ 第１絶縁部材
１７ｂ 第２絶縁部材
１８ａ 第１端子
１８ｂ 第２端子
１９ａ、１９ｂ 空間
２０ 発熱体
２１ 断熱部材
３０ ヒューズエレメント
３０ａ、３０ｂ 端部
３０ｃ 中央部
３１ ヒューズエレメント溶融固化物
３２ はんだペースト
１０ 絶縁基板
１０ａ 上面
１０ｂ 下面
１１ 第１電極
１１ａ 第１上面電極
１１ｂ 第１下面電極
１１ｃ 第１導通部
１２ 第２電極
１２ａ 第２上面電極
１２ｂ 第２下面電極
１２ｃ 第２導通部
１３ 第３電極
１３ｂ 第３下面電極
１３ｃ 第３導通部
１４ 発熱体引出電極
１４ａ、１４ｄ 発熱体引出上面電極
１４ｂ 発熱体引出下面電極
１４ｃ 発熱体引出電極導通部
１５ 導電部材
１７ａ 第１絶縁部材
１７ｂ 第２絶縁部材
１８ａ 第１端子
１８ｂ 第２端子
１９ａ、１９ｂ 空間
２０ 発熱体
２１ 断熱部材
３０ ヒューズエレメント
３０ａ、３０ｂ 端部
３０ｃ 中央部
３１ ヒューズエレメント溶融固化物
３２ はんだペースト
Claims (2)
- 絶縁基板と、
前記絶縁基板の一方の表面上に、互いに対向するように設けられた第１電極および第２電極と、
前記絶縁基板の一方の表面上に設けられた発熱体と、
前記発熱体の一方の端部に接続する第３電極と、
前記発熱体の前記一方の端部とは反対側の端部に接続する発熱体引出電極と、
互いに対向する一方の端部が前記第１電極と接続し、他方の端部が前記第２電極と接続し、前記一方の端部と前記他方の端部との間の中央部が前記発熱体引出電極に接するヒューズエレメントと、を備え、
前記第１電極は、前記第２電極に対向する側面と、その側面に接続する上面の少なくとも一部が第１絶縁部材で被覆され、
前記第２電極は、前記第１電極に対向する側面と、その側面に接続する上面の少なくとも一部が第２絶縁部材で被覆されており、
前記絶縁基板の厚み方向に関して、前記発熱体引出電極の一方の端部が前記第１電極の一部と重畳して配置され、且つ、前記発熱体引出電極の他方の端部が前記第２電極の一部と重畳して配置されている保護素子。 - 前記発熱体引出電極が、前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材の上面にまで延長されている請求項１に記載の保護素子。
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