JPH09129115A

JPH09129115A - チップヒューズ

Info

Publication number: JPH09129115A
Application number: JP28208795A
Authority: JP
Inventors: Masaru Makino; 勝槇野; Hiroyuki Fujimori; 博行藤森
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1997-05-16

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウム材料をヒューズ導体膜として、
突入電流に強く、しかも、表面実装が可能な端子電極を
有するチップヒューズを提供する。【解決手段】セラミック基板１上に、ガラスグレーズ
層２、溶断極細部３ａを有する、アルミニウムからなる
ヒューズ導体膜３、前記ヒューズ導体膜３を被覆するガ
ラス被覆層５を形成し、ヒューズ導体膜３の両端に接続
する一対の端子電極４ａ、４ｂを形成して成るチップヒ
ューズにおいて、前記端子電極４ａ、４ｂが、低融点ガ
ラス成分を含む第１のＡｇ層４１、樹脂を含む第２のＡ
ｇ層４２、表面メッキ層４３とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は表面実装に適し、特
に突入電流に強いチップヒューズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電子機器、通信機などに使用
されるヒューズ素子として、表面実装に適した構造のチ
ップヒューズが提案されている。

【０００３】例えば、チップヒューズは、表面にガラス
グレーズ層が形成されたセラミック基板上に、低抵抗材
料から成るヒューズ導体膜が形成され、そのヒューズ導
体膜の両端部に、Ａｇなどを主成分とする端子電極が形
成され、端子電極から露出するヒューズ導体膜の中央部
分にガラス保護膜が形成されている。

【０００４】尚、ヒューズ導体膜は、Ａｇなどが主に用
いられており、特にその中央部は、導体幅が極端に狭く
なった領域、即ち、過電流による発熱により溶断される
極めて幅の狭い溶断極細部が形成されている。

【０００５】この種のチップヒューズについての重要な
ことは、ヒューズ導体膜が異常電流に対して高速に溶断
され、溶断された後に完全な絶縁特性が維持できるこ
と、さらに、通常の回路のスイッチＯＮ−ＯＦＦなどで
発生する突入電流でも、ヒューズ導体膜が溶断しないこ
とである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ヒューズ導体
膜の材料として電気抵抗の大きな材料を用いると、溶断
極細部の断面積を比較的大きくする必要があり、例えば
ヒューズ導体膜を薄膜技法で形成できなくなり、また、
小型なチップヒューズが達成できなくなる。

【０００７】また、Ａｇのように抵抗値が１．６×１０
^-8Ω・ｍが非常にと低抵抗材料を用いると、溶断極細部
を非常に狭くしないと、異常電流に対して発熱しないこ
とになる。即ち、ヒューズ導体膜の形成が困難となる。

【０００８】尚、溶断極細部を非常に狭くしたＡｇのヒ
ューズ導体膜では、異常電流に対して溶断するが、同時
に、ジュールインテグラルが小さ過ぎるために、通常の
スイッチのＯＮ−ＯＦＦの変化に伴い突入電流でも溶断
してしまうということになる。

【０００９】また、実際の回路に使用することを考えた
場合には、通常のスイッチのＯＮ−ＯＦＦの変化に伴い
突入電流が発生するが、この突入電流に対しては、ヒュ
ーズ導体膜の溶断極細部で溶断せず、異常電流に対して
溶断させるためには、ジュールインタグラルを適切に定
める必要がある。

【００１０】このようなＡｇのヒューズ導体膜の問題点
を解決するためには、ヒューズ導体膜の材料として、被
着形成、エッチング加工などが比較的簡単で、且つ抵抗
値が若干大きなＡｌ材料を用いることも考えられる。こ
れによって、抵抗値の大きくなった分をヒューズ導体膜
の断面積で稼いで、ジュールインテグラルを大きくし、
異常電流に対しては勿論溶断されるものの、通常のスイ
ッチのＯＮ−ＯＦＦの変化に伴う突入電流には、鈍感な
実用上適したヒューズ導体膜が達成される。

【００１１】しかし、アルミニウムは、蒸着・スパッタ
リングなどによって、簡単に形成でき、また、リン酸系
のエッチング液等によって、簡単にエッチング加工が行
えるものの、最大の問題点は、アルミニウムの融点が６
３０℃と低いために、端子電極を従来のように、Ａｇを
主成分とした導電性ペーストの焼きつけでは形成できな
いという問題点があった。

【００１２】即ち、ヒューズ導体膜の両端に接続される
端子電極を、アマミニウムヒューズ導体膜を形成する前
に、被着形成しておくことが考えられるが、端子電極の
膜厚、通常３０μｍ程度のために、アルミニウムヒュー
ズ導体膜を重畳した場合に、ヒューズ導体膜の段切れが
発生してしまうことになる。即ち、実用上優れた特性を
有するチップヒューズを達成することが困難であった。

【００１３】本発明は上述の問題点に鑑みて案出された
ものであり、その目的はアルミニウム材料をヒューズ導
体膜として、突入電流に強く、しかも、表面実装が可能
な端子電極を有するチップヒューズを提供するものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のチップヒューズ
は、セラミック基板上に、ガラスグレーズ層、溶断極細
部を有するアルミニウム材料から成るヒューズ導体膜、
前記ヒューズ導体膜の溶断極細部を被覆するガラス被覆
層を順次形成するとともに、前記ヒューズ導体膜の両端
部上に端子電極を形成して成り、前記端子電極は、Ａｇ
とガラスとから成る第１のＡｇ層と、Ａｇと樹脂とから
成る第２のＡｇ層と、表面メッキ層の少なくとも３層で
形成されているチップヒューズである。

【００１５】

【作用】以上、本発明では、アルミニウム材料からなる
ヒューズ導体膜を形成し、次に端子電極をヒューズ導体
膜の両端部に形成するにあたり、ヒューズ導体膜に形成
された酸化被膜を破壊して、Ａｇ、ガラスを主成分とな
る第１のＡｇ層を形成する。ここで、低温焼成とは、ア
ルミニウムの融点できる６３０℃を越えない条件で焼成
されるものであり、例えば５５０℃である。

【００１６】第２のＡｇ層は、低温で焼成されて、化学
的に安定していないガラス成分がメッキ処理時に溶出し
ないようにするものであり、このＡｇ、樹脂を主成分と
する第２のＡｇ層が形成することによって、耐メッキ性
が向上し、端子電極の表面にメッキ層を形成することが
でき、これによって、表面実装が可能な、アルミニウム
をヒューズ導体膜とするチップヒューズが達成される。

【００１７】従って、アルミニウムをヒューズ導体膜に
用いているため、Ａｇを用いたヒューズ導体膜に比較し
て、ヒューズ導体膜の抵抗値を大きくすることができ、
ヒューズ導体膜の断面積層がヒューズインテグラルを異
常電流では溶断し、突入電流に対して鈍感、即ち溶断し
ない適切な範囲とすることができ、突入電流に強いチッ
プヒューズとなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明のチップヒューズを
図面に基づいて詳説する。

【００１９】図１は、本発明のチップヒューズの平面図
であり、図２は図１中の縦断面である。

【００２０】本発明のチップヒューズ１０は、セラミッ
ク基板１、ガラスグレーズ層２、アルミニウム材料から
成るヒューズ導体膜３、端子電極４ａ、４ｂ、ガラス被
覆層５、外装被覆層６とから構成されている。

【００２１】セラミック基板１は、四角形状の基板厚み
０．４ｍｍのアルミナなどのセラミックからなり、その
表面にはガラスグレーズ層２が、対向する２つの端部、
即ち表面、端面及び裏面には端子電極４ａ、４ｂが形成
されている。

【００２２】ガラスグレーズ層２は、ＰｂＯ・ＺｎＯ・
Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂を含むホウ珪酸鉛系などのガラスが
例示でき、セラミック基板１の表面に、２０〜５０μｍ
の厚みで形成されている。尚、ガラスグレーズ層２のの
熱伝導率は、セラミック基板１の熱伝導率に比較して小
さいものが必要である。

【００２３】具体的には、上述のガラスペーストを厚膜
技法を用いて、印刷・乾燥後、約１２００℃で焼きつけ
処理される。

【００２４】ヒューズ導体膜３は、例えば、アルミニウ
ムから成り、このような導体膜はスパッタリング、蒸着
などの薄膜技法で被着形成し、さらに耐エッチングレジ
スト膜をスピンコート法などで塗布した後、マスクを当
てて露光処理した後、不要パターン部分を除去したの
ち、エッチング処理を行うことにより、所定形状に形成
される。ヒューズ導体膜３は、膜厚が０．５〜２μｍ程
度である。

【００２５】ヒューズ導体膜３の形状は、セラミック基
板１の対向する２つの端部に形成された端子電極４ａ、
４ｂと接続するように、基板１の長手方向に延びるよう
に形成され、その中央部分には、ヒューズ導体３の両端
部分の幅に比較して狭くなった溶断極細部３ａを有して
いる。尚、溶断極細部３ａは、一様な幅で構成してもよ
いし、また、溶断極細部３ａの中央部分の幅が、溶断極
細部３ａの両端部の幅よりも若干広くしてもよい。例え
ば、溶断極細部３ａの中央部分の幅は０．１〜０．２ｍ
ｍとして、溶断極細部３ａの両端側の最も狭くなってい
る部位の幅は、０．１ｍｍ以下とする。また、中央部か
ち両端部にかけて直線状としてもよいし、また、円弧状
として、溶断極細部３ａの全体を概略楕円形状としても
よい。

【００２６】このようなアルミニウム材料をヒューズ導
体膜３であると、スパッタリングなどを施した真空容器
（チャンバー）から取り出すことによって、ヒューズ導
体膜３が空気に晒されてしまい、自然に約８０Å程度の
酸化被膜が形成されてしまう。

【００２７】ガラス被覆層５は、ヒューズ導体膜３の少
なくとも溶断極細部分３ａを完全に被覆するものであ
り、ＰｂＯ・ＺｎＯ・Ｂ₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂を含むホウ珪
酸鉛系などの低融点ガラスが例示できる。具体的には、
上述のガラスペーストを厚膜技法を用いて、印刷・乾燥
後、約６００℃で焼きつけ処理される。その膜厚は、３
０〜６０μｍ程度である。また、ガラス被覆層５の表面
に、エポキシ樹脂、難熱性樹脂、紫外線硬化型樹脂、長
期的に安定なシリカガラスなどの外装被覆層６が形成さ
れている。この外装被覆層６は、例えば３０〜８０μｍ
の膜厚を有し、後述の端子電極４ａ、４ｂの表面のメッ
キ層を形成する際のメッキ液によって、ヒューズ導体膜
３、ガラス被覆膜５が変質しないようにするため、ま
た、急激なヒューズ導体膜３の溶断によってガラス被覆
膜５の一部が飛散しないようにするため、さらに、長期
間の使用によってガラス被覆層５が外部からの湿気など
によって、ガラス被覆層５中の組成が変質しないように
するために形成するものである。

【００２８】端子電極４ａ、４ｂは、図３に示すよう
に、多層構造であり、ヒューズ導体３側から、第１のＡ
ｇ層４１、第２のＡｇ層４２、表面メッキ層４３の構造
である。第１のＡｇ層４１は、Ａｇ材料（Ａｇ単体、Ａ
ｇ−Ｐｄ）、鉛−ホウ酸系ガラス等の低融点ガラスを主
成分とした導体層であり、Ａｇ材料粉末、低融点ガラス
フリット、有機ビヒクルとを均質混練したＡｇ系導電性
ペーストを用いられ、例えば、端子電極４ａ、４ｂの形
状に印刷可能なスクリーンを用いて印刷処理を行い、乾
燥処理、焼成処理される。この焼成処理においては、ヒ
ューズ導体膜３のアルミニウムの融点（６３０℃）に対
して、充分に低い温度、例えば５５０〜５６０℃で処理
されて形成される。

【００２９】第２のＡｇ層４２、は、Ａｇ材料（Ａｇ単
体、Ａｇ−Ｐｄ）、エポキシ系、フェノール系の樹脂を
主成分とした導体層であり、Ａｇ材料粉末、エポキシ変
性フェノール系の樹脂、有機ビヒクルとを均質混練した
Ａｇ系導電性樹脂ペーストを用いられ、例えば、第１の
Ａｇ層４１上に印刷し、例えば２００℃で熱硬化処理さ
れて形成される。

【００３０】表面メッキ層４３は、例えば、Ｎｉメッキ
層、半田メッキ層など多層メッキ層が例示でき、バレル
メッキ法によって、第２のＡｇ層４２上に鍍着されて形
成される。

【００３１】ここで、重要なことは、ガラスを含む第１
のＡｇ層４１が、アルミニウムの融点に比較して低い温
度で焼成処理され、この低い温度で処理したがために、
安定化されていないガラス成分を樹脂を第２のＡｇ層４
２で保護して、初めて、表面実装に適した半田濡れ性の
良好な表面メッキ層４３が形成されることである。

【００３２】仮に、第１のＡｇ層４１を省略した場合に
は、樹脂を含む第２のＡｇ層４２をアルミニウムヒュー
ズ導体膜３上に形成した場合には、樹脂とアルミニウム
との密着性が低いことから、安定した端子電極４ａ、４
ｂとはならない。

【００３３】また、樹脂を含む第２のＡｇ層４２を省略
した場合には、メッキ液に第１のＡｇ層４１が晒される
ことになり、メッキ液にガラス成分が溶け出してしま
い、これであっても、安定した端子電極４ａ、４ｂとは
ならない。

【００３４】また、アルミニウムのヒューズ導体膜３
は、アルミニウムの抵抗値、Ａｇよりも若干高い（Ａ
ｇ：１．６×１０^-8Ω・ｍ、Ａｌ：２．８×１０^-8Ω・
ｍ）であるため、全体の抵抗を所定値にして、断面積を
Ａｇよりも大きくすることができ、突入電流に対して鈍
感（突入電流に対して用談されることがなく、許容でき
る範囲とすることができる）にし、異常突発的な電流に
対してのみヒューズ導体膜３溶断させることができる。

【００３５】ここで、上述したように、アルミニウムは
空気に晒されると直ちにヒューズ導体膜３の表面に、膜
厚８０Å程度に酸化被膜が形成され、ヒューズ導体膜３
と端子電極４ａ、４ｂとの導通を妨げることになる。

【００３６】このため、本発明では、酸化被膜が形成さ
れても安定的にヒューズ導体膜３と端子電極４ａ、４ｂ
とが導通するように、以下の方法で端子電極４ａ、４ｂ
を形成した。

【００３７】第１の方法として、酸化被膜が形成されて
いるヒューズ導体膜３の両端部分に第１のＡｇ層４１を
形成する。

【００３８】次に、約１０００本／ｃｍ²の先端が鋭い
直径２５０〜３００μｍの針が立設された治具を、第１
のＡｇ層４１上から、アルミニウムのヒューズ導体膜３
に向けて、差し込む。

【００３９】これの針によって、アルミニウムのヒュー
ズ導体膜３と第１のＡｇ層４１との間に介在された酸化
被膜は、針によって貫通されることになる。また、第１
のＡｇ層４１のＡｇは、金属の特徴である展性に優れて
いるため、針を抜く際に形成される約１０００本／ｃｍ
²の貫通孔にＡｇ粒子が入り込むことができ、これによ
って、アルミニウムと第１のＡｇ層４１との導通が安定
する。

【００４０】その後、第１のＡｇ層４１は、印刷または
ディップ方法によって形成された第２のＡｇ層４２に被
覆される。

【００４１】また、別の方法としては、所定形状にエッ
チング処理されたアルミニウムのヒューズ導体膜３上
に、端子電極部分のみを露出するレジスト膜をホトリソ
グラフィ技術で形成し、その後、高真空に維持されたア
ルゴン雰囲気のチャンバーで、逆スパッタリングによっ
て、レジスト膜から露出するアルミニウムのヒューズ導
体膜３上の酸化被膜を除去する。その後、同一チャンバ
ーで、Ａｇ、Ａｕ、クロムなどをターゲットとして、レ
ジスト膜から露出し、酸化被膜が除去されたアルミニウ
ムのヒューズ導体膜３上に、図４に示すように金属薄膜
４０をスパッタリングで形成する。例えば、この耐酸化
薄膜は、１０００Å程度である。

【００４２】その後、チャンバーから取り出して、レジ
スト膜を剥離し、洗浄を行い、この金属薄膜４０は、１
０００Å程度である。

【００４３】その後、チャンバーから取り出して、上述
のように、端子電極４ａ、４ｂを構成する第１のＡｇ層
４１、第２のＡｇ層４３、メッキ層４３を形成する。

【００４４】即ち、端子電極４ａ、４ｂが形成されるヒ
ューズ導体膜３の両端部分は、酸化被膜が除去され、そ
の代わりにＡｇ、Ａｕ、クロムなどのアルミニウムの酸
化を防止し、アルミニウムのヒューズ導体膜３と端子電
極４ａ、４ｂの導通を安定化させる金属薄膜４０が形成
されるものである。

【００４５】以上のように、本発明によれば、ヒューズ
導体膜３の材料をＡｇからアルミニウムに変えても、ア
ルミニウムと安定的に導通する端子電極４ａ、４ｂが形
成されることになり、また、端子電極４ａ、４ｂの表面
に、表面メッキ層４３を形成しても、端子電極４ａ、４
ｂが安定的に維持されることによって、特に表面実装に
適したチップヒューズとなる。

【００４６】しかも、上述したように、ヒューズ導体膜
３に厚み１〜３μｍ適度のアルミニウムを用いているの
で、ジュールインテグラルをＡｇに比較して大きくで
き、異常電流では素早く溶断され、また、スイッチのＯ
Ｎ−ＯＦＦなどによって発生する通常の突入電流には、
鈍感で溶断されることがない、実用上に優れたチップヒ
ューズとなる。

【００４７】尚、ガラスグレーズ層２上のヒューズ導体
膜３を作成するにあたり、例えば、アルミニウム材料か
ら成り、このような導体膜を略全面形成した後、エッチ
ング処理しているが、所定形状のマスクを用いて薄膜技
法で形成したり、また、所定スクリーンを用いてメタル
オーガニックペーストの印刷・焼きつけを行っても構わ
ない。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明のチップヒューズ
によれば、ヒューズ導体膜としてアルミニウム材料で形
成することにより、スイッチのＯＮ−ＯＦＦによる突入
電流に強く、また、異常電流に対して溶断されるヒュー
ズ導体膜が達成できる。

【００４９】また、ヒューズ導体膜と接続する端子電極
の構造が、アルミニウムの融点を考慮した低融点を含む
第１のＡｇ層、表面メッキ層の形成に使用するメッキ液
に対して、第１のＡｇ層のガラス成分を保護するため
に、樹脂を含む第２のＡｇ層が形成されているため、端
子電極の構造して、表面実装に適した構造とすることが
できる。

【００５０】従って、実用上、非常に安定した動作を行
い、また、安定した製造が可能なチップヒューズとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチップヒューズの一部破断状態の平面
図である。

【図２】本発明のチップヒューズの縦断面図である。

【図３】端子電極の構造を示す断面図である。

【図４】端子電極の別の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１０・・チップヒューズ１・・・セラミック基板２・・・ガラスグレーズ層３・・・ヒューズ導体膜３ａ・・・溶断極細部４ａ、４ｂ・・・・端子電極４１・・第１のＡｇ層４２・・第２のＡｇ層４３・・表面メッキ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック基板上に、ガラスグレーズ
層、溶断極細部を有するアルミニウム材料から成るヒュ
ーズ導体膜、前記ヒューズ導体膜の溶断極細部を被覆す
るガラス被覆層を順次形成するとともに、前記ヒューズ
導体膜の両端部上に端子電極を形成して成るチップヒュ
ーズにおいて、前記端子電極は、Ａｇとガラスとから成る第１のＡｇ層
と、Ａｇと樹脂とから成る第２のＡｇ層と、表面メッキ
層の少なくとも３層で形成されていることを特徴とする
チップヒューズ。