JP7433783B2 - ヒューズエレメント、ヒューズ素子及び保護素子 - Google Patents
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Description
本発明は、ヒューズエレメントと、このヒューズエレメントを用いたヒューズ素子及び保護素子に関する。
回路基板に定格を超える過電流が通電したときに電流経路を遮断させるための電流遮断素子として、ヒューズエレメント自体が発熱して溶断することによって電流経路を遮断させるヒューズ素子が知られている。例えば、特許文献１には、ヒューズ素子用のヒューズエレメントとして、低融点金属層と、低融点金属層に積層された高融点金属層とを有し、定格を超える電流が通電したときに、低融点金属層が溶融し、その溶融物が高融点金属層を溶解することによってヒューズエレメントを溶断させる構成のヒューズエレメントが記載されている。この特許文献１には、低融点金属層の材料としてはんだ、錫、錫合金が例示され、高融点金属層の材料として銀、銅、銀又は銅を主成分とする合金が例示されている。
また、回路基板に過電流の発生以外の異常が発生したときに電流経路を遮断させるための電流遮断素子として、発熱体（ヒーター）を用いた保護素子が知られている。この保護素子は、過電流の発生以外の異常時に、発熱体に電流を通電させることによって、発熱体を発熱させ、その熱を利用してヒューズエレメントを溶断させるように構成されている。例えば、特許文献２には、発熱体を用いた保護素子用のヒューズエレメント（可溶性導体）として、高融点金属層と低融点金属層とを含む積層体からなり、低融点金属層は発熱体が発する熱により溶融して高融点金属層を溶解することによってヒューズエレメントを溶断させる構成のヒューズエレメントが記載されている。この特許文献２には、低融点金属層の材料としてＰｂフリーはんだ、錫、錫合金が例示され、高融点金属層の材料として銀、銅、銀又は銅を主成分とする合金が例示されている。
ヒューズエレメントは、過電流の発生などの異常時は、低融点金属層が速やかに溶融して、その溶融物が高融点金属層を溶解することによって溶断するものであることが好ましい。このためには、低融点金属層と高融点金属層とが密着していることが必要である。しかしながら、低融点金属層の表面に低融点金属層よりもイオン化傾向の低い高融点金属層を、例えば、めっき法により形成する場合は、低融点金属層と高融点金属層の界面の密着性を担保するために特殊な前処理プロセスが必要であり高コストであった。
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、過電流の発生などの異常時には速やかに溶断させることができるように、低融点金属層と高融点金属層との密着性が高く、かつ生産コストが安価なヒューズエレメントと、このヒューズエレメントを用いたヒューズ素子及び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ヒューズエレメントは、低融点金属層と、前記低融点金属層の少なくとも一方の表面に積層された高融点金属層と、前記低融点金属層と前記高融点金属層との間に配置された中間層とを有し、前記高融点金属層と前記中間層は、前記低融点金属層の溶融物に溶解される金属からなる層であって、前記中間層は、イオン化傾向が前記高融点金属層のイオン化傾向よりも高い。
（２）本発明の別の一態様に係るヒューズエレメントは、低融点金属層と、前記低融点金属層の少なくとも一方の表面に積層された高融点金属層と、前記低融点金属層と前記高融点金属層との間に配置された中間層とを有し、前記高融点金属層と前記中間層は、前記低融点金属層の溶融物に溶解される金属からなる層であって、前記中間層は、融点が前記高融点金属層の融点よりも高い。
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、前記低融点金属層は、錫もしくは錫を主成分とする錫合金からなる層である構成としてもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一つに記載の態様において、前記高融点金属層は、銀もしくは銀を主成分とする銀合金からなる層である構成としてもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の態様において、前記中間層は、銅、鉄及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属もしくは前記金属を主成分とする合金からなる層である構成としてもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の態様において、前記中間層は、イオン化傾向が前記低融点金属層よりも低い構成としてもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一つに記載の態様において、前記低融点金属層の膜厚は３０μｍ以上であって、前記高融点金属層の膜厚は１μｍ以上であり、前記中間層の膜厚は０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にある構成としてもよい。
（４）上記（１）～（３）のいずれか一つに記載の態様において、前記高融点金属層は、銀もしくは銀を主成分とする銀合金からなる層である構成としてもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれか一つに記載の態様において、前記中間層は、銅、鉄及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属もしくは前記金属を主成分とする合金からなる層である構成としてもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれか一つに記載の態様において、前記中間層は、イオン化傾向が前記低融点金属層よりも低い構成としてもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれか一つに記載の態様において、前記低融点金属層の膜厚は３０μｍ以上であって、前記高融点金属層の膜厚は１μｍ以上であり、前記中間層の膜厚は０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にある構成としてもよい。
（８）本発明の一態様に係るヒューズ素子は、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に配置された上記（１）～（７）のいずれか一つに記載のヒューズエレメントとを備える。
（９）本発明の一態様に係る保護素子は、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に配置された上記（１）～（７）のいずれか一つに記載のヒューズエレメントと、前記絶縁基板の表面に配置され、前記ヒューズエレメントを加熱する発熱体とを備える。
本発明によれば、低融点金属層と高融点金属層との密着性が高く、かつ生産コストが安価なヒューズエレメントと、このヒューズエレメントを用いたヒューズ素子及び保護素子を提供することが可能となる。
以下、本発明に係るヒューズエレメントと、このヒューズエレメントを用いたヒューズ素子及び保護素子の実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。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。
［ヒューズエレメント（第１実施形態）］
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメントの斜視図である。
図１に示すように、ヒューズエレメント１０は、低融点金属層１１と、低融点金属層１１の表面に積層された高融点金属層１２と、低融点金属層１１と高融点金属層１２との間に配置された中間層１３とを有する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメントの斜視図である。
図１に示すように、ヒューズエレメント１０は、低融点金属層１１と、低融点金属層１１の表面に積層された高融点金属層１２と、低融点金属層１１と高融点金属層１２との間に配置された中間層１３とを有する。
低融点金属層１１は、融点が、ヒューズ素子や保護素子を製造する際のリフロー時の加熱温度以下であることが好ましい。リフロー温度が２４０℃～２６０℃の場合には、低融点金属層１１の融点は、２００℃以上２３５℃以下の範囲内にあることが好ましい。
低融点金属層１１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１２は、低融点金属層１１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１１の材料が錫もしくは錫合金である場合、高融点金属層１２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、銀パラジウム合金を挙げることができる。また、銀は貴金属でありイオン化傾向が低く基本的に大気中では酸化しにくく、低融点金属層１１である錫の溶融物により溶解されやすい。このため、ヒューズエレメントの最外層である高融点金属層１２の材料としては好適に用いることができる。
高融点金属層１２は、融点が、低融点金属層１１の融点に対して＋１００℃以上＋８００℃以下の範囲内にあることが好ましい。高融点金属層１２の融点は、３００℃以上１０００℃以下の範囲内にあることが好ましい。
中間層１３は、低融点金属層１１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１１の材料が錫もしくは錫合金である場合、中間層１３の材料は、銅、鉄及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属もしくはこの金属を主成分とする金属合金であることが好ましい。金属合金の銅、鉄及びニッケルの含有量は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。銅合金の例としては、リン青銅を挙げることができる。鉄合金の例としては、ニッケル鉄を挙げることができる。ニッケル合金の例としては、ニッケル－コバルトを挙げることができる。これらの金属の中では、銅、鉄、ニッケル及びこれらの合金は剛性が高く、ヒューズ素子や保護素子を製造する際のリフロー時に、ヒューズエレメント１０が変形しにくくなるので好ましい。
中間層１３は、イオン化傾向が高融点金属層１２よりも高いことが好ましい。中間層１３のイオン化傾向が高いことによって、めっき法により高融点金属層１２を形成する場合は、中間層１３と高融点金属層１２との界面の密着性が向上する。
中間層１３のイオン化傾向は、低融点金属層１１よりも低いことがより好ましい。すなわち、中間層１３のイオン化傾向は、低融点金属層１１と高融点金属層１２の間にあることがより好ましい。中間層１３のイオン化傾向が低融点金属層１１と高融点金属層１２の間にあることにより、低融点金属層１１上に高融点金属層１２を直接めっき法により形成するよりも、中間層１３を介することにより各めっき時のイオン化傾向の差を小さくすることができ、めっきの安定性向上、品質向上、加工コスト低減が可能となる。また、膜厚が均一で、低融点金属層１１の溶融物による溶解が進みやすい中間層１３を得ることができる。
中間層１３は、融点が高融点金属層１２の融点よりも高いことが好ましい。高融点金属層１２の厚さを薄くしてもヒューズ素子や保護素子を製造する際のリフロー時に、ヒューズエレメント１０が変形しにくくなるので、高温時での各層の密着性が低下しにくく、各層が剥離しにくい。中間層１３の融点は、高融点金属層１２の融点に対して＋５０℃以上＋５００℃以下の範囲内にあることが好ましい。中間層１３の融点が低くなりすぎると中間層１３による上記の効果が得られにくくなるおそれがある。一方、中間層１３の融点が高くなりすぎると、低融点金属層１１の溶融物による中間層１３の溶解が進みにくくなり、ヒューズエレメント１０の溶断速度が遅くなるおそれがある。中間層１３の融点は、９５０℃以上１６００℃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１０は、過電流の発生などの異常時には、低融点金属層１１が溶融し、生成した溶融物が中間層１３と高融点金属層１２とを溶解することによって、溶断される。ヒューズエレメント１０において、低融点金属層１１は、中間層１３と高融点金属層１２とを溶解して、ヒューズエレメント１０を溶断させるのに必要な量で含まれている。中間層１３と高融点金属層１２は、ヒューズ素子や保護素子を製造する際のリフロー時に、ヒューズエレメント１０の形状を維持する必要な量で含まれる。
上記の観点から、低融点金属層１１の膜厚は３０μｍ以上であることが好ましい。また、高融点金属層１２の膜厚は１μｍ以上であることが好ましい。さらに、中間層１３の膜厚は０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
また、高融点金属層１２と中間層１３の合計膜厚と、低融点金属層１１の膜厚との膜厚比（前者：後者）は、１：２～１：１００の範囲内にあることが好ましい。高融点金属層１２と中間層１３の合計膜厚が厚くなりすぎると、異常時に中間層１３と高融点金属層１２が溶解されるまでの時間が長くなり、ヒューズエレメント１０の溶断速度が遅くなるおそれがある。一方、低融点金属層１１の膜厚が厚くなりすぎると、ヒューズ素子や保護素子を製造する際のリフロー時に、ヒューズエレメント１０の形状を維持しにくくなるおそれがある。
ヒューズエレメント１０は、例えば、めっき法を用いることによって製造することができる。具体的には、低融点金属層１１となる金属箔を用意し、その金属箔の表面にめっき法を用いて中間層１３を形成し、次いで、中間層１３の表面にめっき法を用いて高融点金属層１２を形成することによって製造することができる。低融点金属層１１として錫もしくは錫合金を用いる場合、低融点金属層１１は酸化しやすく、表面に不働態皮膜が形成されている場合がある。この場合には、中間層１３を形成する際に、高電流を付与して短時間で電解めっきする方法（ストライクめっき法）を用いることが好ましい。
図１に示すヒューズエレメント１０は、低融点金属層１１の表面に、中間層１３と高融点金属層１２とが積層された構成とされているが、ヒューズエレメントの構成はこれに限定されるものではない。ヒューズエレメント１０の別の構成の例を図２と図３に示す。
図２は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメントの別の一例の斜視図である。図２に示すヒューズエレメント２０は、断面が矩形の低融点金属層２１と、低融点金属層２１の周囲に積層された高融点金属層２２と、低融点金属層２１と高融点金属層２２との間に配置された中間層２３とからなる。ヒューズエレメント２０は、低融点金属層２１の側面が中間層２３と高融点金属層２２によって被覆されているので、高融点金属層２２と中間層２３とからなる外殻の剛性が高まり、リフロー時に、ヒューズエレメント１０の形状を維持しやすくなる。
図３は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメントのさらに別の一例の斜視図である。図３に示すヒューズエレメント３０は、断面が円形の低融点金属層３１と、低融点金属層３１の周囲に積層された高融点金属層３２と、低融点金属層３１と高融点金属層３２との間に配置された中間層３３とからなる。ヒューズエレメント３０は、低融点金属層３１の側面が中間層３３と高融点金属層３２によって同心円状に被覆されているので、低融点金属層３１が酸化しにくくなる。また、中間層３３と高融点金属層３２の厚さを均一にしやすく、中間層３３と高融点金属層３２の溶解が均一に進みやすくなる。このため、ヒューズエレメント３０は、溶断速度がさらに速くなる。
以上のような構成とされた本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメント１０、２０、３０において、中間層１３、２３、３３のイオン化傾向が高融点金属層１２、２２、３２のイオン化傾向よりも高い場合は、めっき法を用いることにより、中間層１３、２３、３３と界面密着性に優れ、安定性が高い高融点金属層１２、２２、３２を安価に形成することができる。特に、中間層１３、２３、３３を、ストライクめっき法によって形成したヒューズエレメント１０、２０、３０は、低融点金属層１１、２１、３１と中間層１３、２３、３３と高融点金属層１２、２２の界面密着性に優れ、過電流の発生などの異常時にはより速やかに溶断させることができる。また、中間層１３、２３、３３の融点が高融点金属層１２、２２、３２の融点よりも高いヒューズエレメント１０、２０、３０は、高温時での各層の密着性が低下しにくく、各層が剥離しにくいので、過電流の発生などによって高温となった場合でもより速やかに溶断させることができる。
本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメント１０、２０、３０は、中間層１３、２３、３３と高融点金属層１２、２２、３２との間に、中間層１３、２３、３３よりも融点が低く、高融点金属層１２、２２、３２よりも融点が高く、かつ低融点金属層１１、２１、３１の溶融物に溶解される金属からなる層を有していてもよい。また、高融点金属層１２、２２、３２の表面に酸化防止層を有していてもよい。
次に、本発明に係るヒューズ素子と保護素子の実施形態について、ヒューズエレメントとして図１に示すヒューズエレメント１０を用いた場合を例にとって説明する。
［ヒューズ素子（第２実施形態）］
図４は、本発明の第２実施形態に係るヒューズ素子の平面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ’線断面図である。なお、図４は、ヒューズ素子のカバー部材を外した状態とされている。
図４と図５に示すように、ヒューズ素子４０は、絶縁基板４１と、絶縁基板４１の表面４１ａに配置された第１の電極４２及び第２の電極４３と、第１の電極４２と第２の電極４３とを電気的に接続するヒューズエレメント１０とを備える。
図４は、本発明の第２実施形態に係るヒューズ素子の平面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ’線断面図である。なお、図４は、ヒューズ素子のカバー部材を外した状態とされている。
図４と図５に示すように、ヒューズ素子４０は、絶縁基板４１と、絶縁基板４１の表面４１ａに配置された第１の電極４２及び第２の電極４３と、第１の電極４２と第２の電極４３とを電気的に接続するヒューズエレメント１０とを備える。
絶縁基板４１は、電気絶縁性を有するものであれば特に制限はなく、樹脂基板、セラミックス基板、樹脂とセラミックスとの複合体基板など回路基板として用いられている公知の絶縁基板を用いることができる。樹脂基板の例としては、エポキシ樹脂基板、フェール樹脂基板、ポリイミド基板を挙げることができる。セラミックス基板の例としては、アルミナ基板、ガラスセラミックス基板、ムライト基板、ジルコニア基板を挙げることができる。複合体基板の例としては、ガラスエポキシ基板を挙げることができる。
第１の電極４２及び第２の電極４３は、絶縁基板４１の対向する一対の両端部に配置されている。第１の電極４２及び第２の電極４３は、それぞれ銀配線や銅配線などの導電パターンによって形成されている。第１の電極４２及び第２の電極４３の表面は、それぞれ酸化などによる電極特性の変質を抑制するための電極保護層４４で被覆されている。電極保護層４４の材料としては、Ｓｎめっき膜、Ｎｉ／Ａｕめっき膜、Ｎｉ／Ｐｄめっき膜、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき膜等を用いることができる。また、第１の電極４２及び第２の電極４３は、それぞれキャスタレーションを介して絶縁基板４１の裏面４１ｂに形成された第１の外部接続電極４２ａ及び第２の外部接続電極４３ａと電気的に接続されている。第１の電極４２及び第２の電極４３と第１の外部接続電極４２ａ及び第２の外部接続電極４３ａとの接続は、キャスタレーションに限定されず、スルーホールで行ってもよい。
ヒューズエレメント１０は、第１の電極４２及び第２の電極４３と、はんだ等の接続材料４５を介して電気的に接続されている。
ヒューズエレメント１０は、表面にフラックス４６が塗布されている。フラックス４６を塗布することによって、ヒューズエレメント１０の酸化が防止され、接続材料４５を介してヒューズエレメント１０と第１の電極４２及び第２の電極４３を接続する際の接続材料４５の濡れ性が向上する。また、フラックス４６を塗布することにより、アーク放電による溶融金属の絶縁基板４１への付着を抑制し、ヒューズエレメント１０の溶断後における絶縁性を向上させることができる。
ヒューズ素子４０は、図５に示すように、カバー部材５０が接着剤を介して取り付けられていることが好ましい。カバー部材５０を取り付けることによって、ヒューズ素子４０の内部を保護するとともに、ヒューズエレメント１０が溶断する際に発生する溶融物の飛散を防止することができる。カバー部材５０の材料としては、各種エンジニアリングプラスチック及びセラミックスを用いることができる。
ヒューズ素子４０は、第１の外部接続電極４２ａ及び第２の外部接続電極４３ａを介して、回路基板の電流経路上に実装される。回路基板の電流経路上に定格の電流が流れている間は、ヒューズ素子４０に備えられているヒューズエレメント１０の低融点金属層１１は溶融しない。一方、回路基板の電流経路上に定格を超える過電流が通電されると、ヒューズエレメント１０の低融点金属層１１が発熱して溶融し、生成した溶融物が中間層１３と高融点金属層１２とを溶解することによって、ヒューズエレメント１０を溶断させる。そして、このヒューズエレメント１０の溶断により、第１の電極４２と第２の電極４３間が断線され、回路基板の電流経路が遮断される。
以上のような構成とされた本発明の第２実施形態に係るヒューズ素子４０は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメント１０を用いているので、過電流の発生時には速やかにヒューズエレメント１０が溶断される。このため、回路基板の電流経路を早期に遮断させることができる。
［保護素子（第３実施形態）］
図６は、本発明の第３実施形態に係る保護素子の平面図である。図７は、図６のVII－VII’線断面図である。なお、図６において、保護素子はカバー部材を外した状態とされている。
図６と図７に示すように、保護素子６０は、絶縁基板６１と、絶縁基板６１の表面６１ａに配置された第１の電極６２及び第２の電極６３と、第１の電極６２及び第２の電極６３の間に配置された発熱体７０と、発熱体７０に接続する第１の発熱体電極６４及び第２の発熱体電極６５と、第２の発熱体電極６５に接続する発熱体引出電極６６と、発熱体引出電極６６の表面に配置されたヒューズエレメント１０とを備える。
図６は、本発明の第３実施形態に係る保護素子の平面図である。図７は、図６のVII－VII’線断面図である。なお、図６において、保護素子はカバー部材を外した状態とされている。
図６と図７に示すように、保護素子６０は、絶縁基板６１と、絶縁基板６１の表面６１ａに配置された第１の電極６２及び第２の電極６３と、第１の電極６２及び第２の電極６３の間に配置された発熱体７０と、発熱体７０に接続する第１の発熱体電極６４及び第２の発熱体電極６５と、第２の発熱体電極６５に接続する発熱体引出電極６６と、発熱体引出電極６６の表面に配置されたヒューズエレメント１０とを備える。
絶縁基板６１は、電気絶縁性を有するものであれば特に制限はない。絶縁基板６１は、としては、第２実施形態のヒューズ素子４０の場合と同様に、回路基板として用いられている公知の絶縁基板を用いることができる。
第１の電極６２と第２の電極６３は、絶縁基板６１の対向する一対の両端部に配置されている。第１の発熱体電極６４と第２の発熱体電極６５は、絶縁基板６１の対向する別の一対の両端部に配置されている。第１の電極６２、第２の電極６３、第１の発熱体電極６４、第２の発熱体電極６５及び発熱体引出電極６６は、それぞれ銀配線や銅配線などの導電パターンによって形成されている。また、第１の電極６２、第２の電極６３、第１の発熱体電極６４、第２の発熱体電極６５及び発熱体引出電極６６は、それぞれ酸化などによる電極特性の変質を抑制するための電極保護層６７で被覆されている。電極保護層６７の材料は、第２実施形態のヒューズ素子４０の場合と同様である。さらに、第１の電極６２、第２の電極６３及び第１の発熱体電極６４は、それぞれキャスタレーションを介して絶縁基板６１の裏面６１ｂに形成された第１の外部接続電極６２ａ、第２の外部接続電極６３ａ及び発熱体給電電極６４ａと電気的に接続されている。第１の電極６２、第２の電極６３及び第１の発熱体電極６４と第１の外部接続電極６２ａ、第２の外部接続電極６３ａ及び発熱体給電電極６４ａとの接続は、キャスタレーションに限定されず、スルーホールで行ってもよい。
発熱体７０は、比較的抵抗が高く、通電により発熱する高抵抗導電性材料から形成されている。発熱体７０は、例えば、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７０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６１の表面にスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する方法等によって形成することができる。
発熱体７０は、絶縁部材７１で被覆されている。絶縁部材７１の材料としては、例えばガラスを用いることができる。発熱体引出電極６６は、絶縁部材７１を介して発熱体７０と対向するように配置される。これにより、発熱体７０は、絶縁部材７１及び発熱体引出電極６６を介してヒューズエレメント１０と重畳される。このような重畳構造とすることによって、発熱体７０にて発生した熱を効率よくヒューズエレメント１０に伝えることができる。
ヒューズエレメント１０は、両端がそれぞれ第１の電極６２と第２の電極６３に電気的に接続し、中央部が発熱体引出電極６６に接続されている。ヒューズエレメント１０と、第１の電極６２、第２の電極６３及び発熱体引出電極６６とは、はんだ等の接続材料６８を介して電気的に接続されている。これにより、保護素子６０は、発熱体給電電極６４ａ、第１の発熱体電極６４、発熱体７０、第２の発熱体電極６５、発熱体引出電極６６、そしてヒューズエレメント１０に至る通電経路と、第１の外部接続電極６２ａ、第１の電極６２、発熱体７０、第２の電極６３、そして第２の外部接続電極６３ａに至る通電経路とが形成される。また、ヒューズエレメント１０は、表面にフラックス６９が塗布されている。
保護素子６０は、図７に示すように、カバー部材８０が接着剤を介して取り付けられていることが好ましい。カバー部材８０の材料は、第２実施形態のヒューズ素子４０の場合と同様である。
保護素子６０は、第１の外部接続電極６２ａ、第２の外部接続電極６３ａ及び発熱体給電電極６４ａを介して、回路基板の電流経路上に実装される。これにより、保護素子６０のヒューズエレメント１０は、第１の外部接続電極６２ａと第２の外部接続電極６３ａを介して外部回路の電流経路上に直列接続され、発熱体７０は発熱体給電電極６４ａを介して回路基板に設けられた電流制御素子と接続される。
保護素子６０は、回路基板に異常が発生すると、回路基板に備えられた電流制御素子によって、発熱体給電電極６４ａを介して発熱体７０が通電される。これにより、発熱体７０が発熱し、その熱が、絶縁部材７１及び発熱体引出電極６６を介してヒューズエレメント１０に伝えられる。この熱によって、ヒューズエレメント１０の低融点金属層１１が溶融し、生成した溶融物が中間層１３と高融点金属層１２とを溶解することによって、ヒューズエレメント１０を溶断させる。そして、このヒューズエレメント１０の溶断により、第１の電極６２と第２の電極６３との間が断線され、回路基板の電流経路が遮断される。
以上のような構成とされた本発明の第３実施形態に係る保護素子６０は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメント１０を用いているので、異常時には速やかにヒューズエレメント１０が溶断される。このため、回路基板の電流経路を早期に遮断させることができる。
１０、２０、３０ ヒューズエレメント
１１、２１、３１ 低融点金属層
１２、２２、３２ 高融点金属層
１３、２３、３３ 中間層
４０ ヒューズ素子
４１ 絶縁基板
４１ａ 表面
４１ｂ 裏面
４２ 第１の電極
４２ａ 第１の外部接続電極
４３ 第２の電極
４３ａ 第２の外部接続電極
４４ 電極保護層
４５ 接続材料
４６ フラックス
５０ カバー部材
６０ 保護素子
６１ 絶縁基板
６１ａ 表面
６１ｂ 裏面
６２ 第１の電極
６２ａ 第１の外部接続電極
６３ 第２の電極
６３ａ 第２の外部接続電極
６４ 第１の発熱体電極
６４ａ 発熱体給電電極
６５ 第２の発熱体電極
６６ 発熱体引出電極
６７ 電極保護層
６８ 接続材料
６９ フラックス
７０ 発熱体
７１ 絶縁部材
８０ カバー部材
１１、２１、３１ 低融点金属層
１２、２２、３２ 高融点金属層
１３、２３、３３ 中間層
４０ ヒューズ素子
４１ 絶縁基板
４１ａ 表面
４１ｂ 裏面
４２ 第１の電極
４２ａ 第１の外部接続電極
４３ 第２の電極
４３ａ 第２の外部接続電極
４４ 電極保護層
４５ 接続材料
４６ フラックス
５０ カバー部材
６０ 保護素子
６１ 絶縁基板
６１ａ 表面
６１ｂ 裏面
６２ 第１の電極
６２ａ 第１の外部接続電極
６３ 第２の電極
６３ａ 第２の外部接続電極
６４ 第１の発熱体電極
６４ａ 発熱体給電電極
６５ 第２の発熱体電極
６６ 発熱体引出電極
６７ 電極保護層
６８ 接続材料
６９ フラックス
７０ 発熱体
７１ 絶縁部材
８０ カバー部材
Claims (14)
- 低融点金属層と、
前記低融点金属層の少なくとも一方の表面に積層された高融点金属層と、
前記低融点金属層と前記高融点金属層との間に配置された中間層とを有し、
前記高融点金属層と前記中間層は、前記低融点金属層の溶融物に溶解される金属からなる層であって、
前記中間層は、イオン化傾向が前記高融点金属層のイオン化傾向よりも高く、
前記低融点金属層は、錫、又は錫合金から形成され、
前記高融点金属層は、銀、又は銀合金から形成され、
前記中間層は、銅、ニッケル、または、これら金属の合金から形成され、
前記高融点金属層と前記中間層は、めっき法によって形成された層である、ヒューズエレメント。 - 低融点金属層と、
前記低融点金属層の少なくとも一方の表面に積層された高融点金属層と、
前記低融点金属層と前記高融点金属層との間に配置された中間層とを有し、
前記高融点金属層と前記中間層は、前記低融点金属層の溶融物に溶解される金属からなる層であって、
前記低融点金属層は、錫もしくは錫を主成分とする錫合金からなる層であり、
前記高融点金属層は、銀もしくは銀を主成分とする銀合金からなる層であり、
前記中間層は、融点が前記高融点金属層の融点よりも高く、
前記中間層は、銅、ニッケル、または、これら金属の合金から形成され、
前記高融点金属層と前記中間層は、めっき法によって形成された層である、ヒューズエレメント。 - 前記低融点金属層は、錫もしくは錫を主成分とする錫合金からなる層である請求項１に記載のヒューズエレメント。
- 前記高融点金属層は、銀もしくは銀を主成分とする銀合金からなる層である請求項１に記載のヒューズエレメント。
- 前記中間層は、銅及びニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属もしくは前記金属を主成分とする合金からなる層である請求項１～４のいずれか一項に記載のヒューズエレメント。
- 前記中間層は、イオン化傾向が前記低融点金属層よりも低い請求項１～５のいずれか一項に記載のヒューズエレメント。
- 前記低融点金属層の膜厚は３０μｍ以上であって、前記高融点金属層の膜厚は１μｍ以上であり、前記中間層の膜厚は０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にある請求項１～６のいずれか一項に記載のヒューズエレメント。
- 絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面に配置された請求項１～７のいずれか一項に記載のヒューズエレメントとを備えるヒューズ素子。 - 絶縁基板と、
前記絶縁基板の表面に配置された請求項１～７のいずれか一項に記載のヒューズエレメントと、
前記絶縁基板の表面に配置され、前記ヒューズエレメントを加熱する発熱体とを備える保護素子。 - 前記低融点金属層を構成する材料の融点は、２００℃以上２３５℃以下であり、
前記高融点金属層を構成する材料の融点は、前記低融点金属層を構成する材料の融点よりも、１００～８００℃高く、
前記中間層を構成する材料の融点は、前記高融点金属層を構成する材料の融点よりも、５０～５００℃高く、
前記高融点金属層と前記中間層の合計膜厚と、前記低融点金属層の膜厚との膜厚比は、１：２～１：１００の範囲内にあり、
前記中間層の膜厚は０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にある、
請求項１に記載のヒューズエレメント。 - 前記低融点金属層は、錫、Ｓｎ－Ｂｉ合金、Ｉｎ－Ｓｎ合金、又は、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金から形成され、
前記低融点金属層を構成する材料の融点は、２００℃以上２３５℃以下であり、
前記高融点金属層は、銀、又は銀パラジウム合金から形成され、
前記高融点金属層を構成する材料の融点は、３００℃以上１０００℃以下であり、
前記中間層は、銅、ニッケル、リン青銅、または、ニッケル－コバルトから形成され、
前記中間層を構成する材料の融点は、９５０℃以上１６００℃以下であり、
前記高融点金属層と前記中間層の合計膜厚と、前記低融点金属層の膜厚との膜厚比は、１：２～１：１００の範囲内にあり、
前記中間層の膜厚は０．０１μｍ以上１μｍ以下の範囲内にある、
請求項１に記載のヒューズエレメント。 - 前記低融点金属層の断面は矩形であり、前記低融点金属層の周囲を、前記中間層と前記高融点金属層が被覆する、請求項１０又は１１に記載のヒューズエレメント。
- 前記低融点金属層の断面は円形であり、前記低融点金属層の周囲を、前記中間層と前記高融点金属層が被覆する、請求項１０又は１１に記載のヒューズエレメント。
- 前記中間層は、イオン化傾向が前記高融点金属層のイオン化傾向よりも高い、
請求項２に記載のヒューズエレメント。
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