JPH10162715A - チップヒューズ - Google Patents

チップヒューズ

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JPH10162715A
JPH10162715A JP31810196A JP31810196A JPH10162715A JP H10162715 A JPH10162715 A JP H10162715A JP 31810196 A JP31810196 A JP 31810196A JP 31810196 A JP31810196 A JP 31810196A JP H10162715 A JPH10162715 A JP H10162715A
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JP
Japan
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film
fuse element
element film
fuse
glass
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Pending
Application number
JP31810196A
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English (en)
Inventor
Masanaga Inagaki
正祥 稲垣
Toshifumi Kiyohara
敏史 清原
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 0.5秒〜1.0秒程度持続する異常電流に
対しては、安定的に溶断し、電源投入時の突入電流に対
して溶断しない実用性の高いチップヒューズを提供する
ことである。 【解決手段】表面にダイアモンド膜2を形成したガラス
−セラミック基板1に、両端部が端子電極5、5と接続
し、且つ溶断極細部3aを有するヒューズ素子膜3を被
着形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源投入時に瞬時
に発生する大電流(以下、突入電流という)に対しては
溶断しにくく、且つ、1/10〜1秒程度持続する過電
流(以下、異常電流という)に対して安定的に溶断する
チップヒューズに関するものである。
【0002】
【従来技術】従来のチップヒューズは、アルミナセラミ
ックス等の絶縁体基板の表面にガラスグレーズ層を形成
し、このガラスグレーズ層上に、アルミニウム、Agな
どから成り、その中央部に溶断極細部を有するヒューズ
素子膜を形成していた。このヒューズ素子膜の両端は、
端子電極が接続し、また、このヒューズ素子膜の表面に
は、低融点ガラスからなるオードコート層が形成されて
いた。
【0003】チップヒューズは、電子回路の電源回路部
に用いられ、異常電流が供給された時に、その電流を遮
断して電子回路を構成する種々の素子を保護していた。
【0004】具体的な動作は、異常電流がチップヒュー
ズに流れると、ヒューズ素子膜が発熱し、ヒューズ素子
材料の融点以上となると、特に導体層の幅の狭い溶断極
細部で溶断するものである。
【0005】チップヒューズは、一定値以上、例えば4
Aの異常電流が流れるとと、図4に示すように、0.1
秒程度で500℃間で急峻に上昇する。これは、瞬時に
異常電流を遮断できることを示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、通常の電子回
路において、電源投入時などには瞬時、0〜0.1秒ま
での間で突入電流が発生してましう。従来の上述の構造
では、この突入電流をも遮断してしまうことになる。
【0007】このため、異常電流に対しては瞬時に溶断
し、且つ突入電流に対する感度が鈍くするために、昇温
特性において、突入電流が発生する0〜0.1秒までの
間のヒューズ素子膜での昇温曲線を実質的に下に凸の曲
線、例えば、一般的な2次曲線の第1象限での曲線を描
くように、ガラスグレーズ層の材料、膜厚、チップヒュ
ーズ素子素子の材料、形状、膜厚を種々組み合わせて適
正に制御する必要があった。
【0008】本発明は、上述の課題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、0.5秒〜1.0秒程度持続
する異常電流に対しては、安定的に溶断し、突入電流に
対して溶断しない実用性の高いチップヒューズを提供す
ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、表面にダイア
モンド膜を形成したガラス−セラミック基板に、両端部
が端子電極と接続し、且つ溶断極細部を有するヒューズ
素子膜を被着形成したことを特徴とするチップヒューズ
である。
【0010】
【作用】本発明によれば、基板材料にガラス−セラミッ
クと比較的熱伝導率が小さい材料を用いている。また、
ヒューズ素子膜と基板材料との間には、高い熱伝導性で
あり、且つ蓄熱性に優れた(高熱容量)ダイアモンド膜
を用いている。
【0011】従って、突入電流や異常電流などがヒュー
ズ素子膜に流れた時に、ヒューズ素子膜に発熱が発生す
るが、この熱は高い熱伝導性を有するダイアモンド膜側
に効率的に分散されることになる。従って、ヒューズ素
子膜の昇温は、初期状態で緩やかな昇温曲線となる。
尚、ダイアモンド膜に伝わった熱は、基板材料が比較的
伝導率が小さいガラス−セラミック基板であるため、基
板側に分散されにくく、主にこのダイアモンド膜に蓄熱
されることになる。
【0012】そして、この電流がある一定の時間持続す
ると、ダイアモンド膜での熱容量が飽和になり、その結
果、ヒューズ素子膜で昇温が急峻に上がることになる。
従って、ヒューズ素子膜で発熱した熱が、十分に分散さ
れず、ヒューズ素子膜を構成する金属材料融点を達し、
溶断してしまうことになる。
【0013】即ち、突入電流や異常電流が発生した時に
は、ダイアモンド層の高い熱伝導性及び蓄熱性によっ
て、ヒューズ素子膜での発熱温度の上昇を遅くらせるこ
とができ、ヒューズ素子膜での昇温曲線を実質的に下に
凸の曲線とすることができる。
【0014】結局、0.5秒〜1.0秒程度持続する異
常電流に対しては安定的に溶断し、突入電流に対して溶
断しない実用性の高いチップヒューズとなる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
説する。
【0016】図1は、本発明のチップヒューズの断面図
であり、図2は、ヒューズ素子膜を形成した平面図であ
る。
【0017】図1において、1はガラス−セラミック基
板、2はダイアモンド膜、3はヒューズ素子膜であり、
4は保護用オーバーコート層、5、5は端子電極であ
る。
【0018】ガラス−セラミック基板1は、結晶化ガラ
スとセラミックフィラーとからなる基板であり、ガラス
成分は全体の30〜70重量%、セラミック成分が70
〜30重量%からなっている。このような基板は、結晶
化可能な低融点ガラス粉末とアルミナ、シリカなどのセ
ラミック粉末とを比較的低温で焼成して成られるもので
ある。これよって得られる基板の特性の一例として、熱
伝導率λ1 が5W/m・K、比熱1.0J/g・K、密
度2.8g/cm3 となる。尚、従来に一般に用いられ
ていたアルミナセラミック基板は、熱伝導率が16W/
m・K、比熱1.2J/g・K、密度3.六g/cm3
であり、特に、熱伝導率が低いものである。
【0019】ガラス−セラミック基板1の表面には、ダ
イアモンド膜2が被着形成されている。ダイアモンド膜
2は、5〜100μmの厚みで薄膜技法によって被着さ
れる。尚、ダイアモンド膜2は、少なくともヒューズ素
子膜3を形成する領域には形成する必要がある。このダ
イアモンドまく2は、熱伝導率λ2 が1380W/m・
K、比熱0.50J/g・K、密度3.51g/cm3
であり、特に、ガラス−セラミック基板1の熱伝導率λ
1 に比較して、非常に高い熱伝導率を有している。
【0020】このようなダイアモンド膜2の表面には、
基板1の長手方向に延び、且つ溶断極細部3aを有する
ヒューズ素子膜3が形成されている。
【0021】ヒューズ素子膜3は、アルミニウムなどの
比較的低い融点の金属材料からなり、フォトリソグラフ
ィ技術でもって所定形状に形成される。またヒューズ素
子膜3は、2〜5μm、例えば2.7μmの膜厚を有し
ている。
【0022】ガラス−セラミック基板1の両端部には、
端子電極5、5が形成されている。
【0023】端子電極5、5は、Agを主成分とする導
体膜からなり、例えばガラス−セラミック基板1の両端
部の表面、端面、裏面の3面に渡って形成されている。
そして、少なくとも端子電極5、5の表面側は、上述の
ヒューズ素子膜3の両端に重畳接続されている。端子電
極5、5は、Agを主成分となる厚膜導体ペーストの焼
きつけによって形成さられ、さらにその表面にNiやS
nなどのメッキ層が被着形成されている。尚、端子電極
5、5の形成にあたり、特に、ヒューズ素子3の表面に
形成されてしまう数十Å程度の酸化被膜を留意し、端子
電極5、5とヒューズ素子膜3との安定な接続が達成さ
れるように考慮する必要がある。例えば、ヒューズ素子
膜3の重畳接続部分には、難酸化性金属薄膜をアルミニ
ウムの被着に続いて形成したり、また、アルミニウムの
被着前に、端子電極5、5の表面側導体膜の下地層とし
て難酸化性金属薄膜を形成し、この金属薄膜を介して、
ヒューズ素子膜3と端子電極5との接続を行うようにす
る。
【0024】ヒューズ素子膜3の表面に、保護用オーバ
ーコート層4が被着形成されている。保護用オーバーコ
ート層4は、例えば低融点ガラス層、樹脂層の多層構造
が望ましい。保護用オーバーコート層4の低融点ガラス
層は、ヒューズ素子膜3の発熱によって軟化して、ヒュ
ーズ素子膜3の溶断によって発生した溶断溝内に充填さ
れる。これによって、溶断後のチップヒューズの絶縁特
性が向上することになる。
【0025】本発明者らは、上述の構造のチップヒュー
ズにおける溶断特性、特に、突入電流、及び異常電流に
対する動作を確認した。
【0026】本発明品として、幅1.25mm、長さ
2.0mm、厚さ0.49mmで、熱特性は上述したと
おりのガラス−セラミック基板1の表面中央部に、幅
1.00mm、長さ0.6mm、厚さ13μmで、熱特
性は上述したとおりのダイアモンド膜2を被着形成し、
さらに、幅0.2mm、長さ0.6mmの溶断極細部3
aを有し、厚さ2.7μmのアルミニウムから成るヒュ
ーズ素子膜3を形成した。
【0027】また、保護用オーバーコート層4の低融点
ガラス層として、熱伝導率0.5W/m・K、比熱1.
2J/g・K、密度4.0g/cm3 のホウ珪酸系の低
融点ガラス膜被着した。
【0028】また、比較品として、熱特性が上述したと
おりのアルミナセラミック基板上に、ホウ珪酸系の低融
点ガラスから成るガラスグレーズ層(熱伝導率0.5W
/m・K、比熱1.2J/g・K、密度4.0g/cm
3 )に代えたものを作成した。尚、形状は、本発明品と
同一形状である。
【0029】このような本発明品、比較品の夫々のチッ
プヒューズ素子素子の両端に、4Aの電流を印加して、
通電開始からのヒューズ素子膜の昇温特性を測定した。
【0030】本発明品の昇温特性を図3に、比較品の昇
温特性を図4に示す。図3から理解できるように本発明
品での昇温曲線は、概略下に凸の曲線を示し、図4から
理解できるように比較品での昇温曲線は、概略上に凸の
曲線を示示す。
【0031】そして、アルミニウムから成るヒューズ素
子膜が溶断するアルミニウムの融点660℃に達するま
で時間は、本発明、比較品ともに、約0.6秒であり、
0.1〜1.0秒程度持続する異常電流に対しては、安
定的に溶断されることが判る。
【0032】しかし、電源を投入下時に発生する突入電
流(0〜0.05秒の間に発生する電流)を考察する
と、例えば、通電時間0.5秒で、図3に示す本発明品
では、ヒューズ素子膜3は約100℃程度しか昇温しな
いのに対して、図4に示す比較品では、450℃にも達
しまう。
【0033】即ち、図3、図4から明らなように、異常
電流に対しては本発明品、比較品ともに感度よく溶断さ
れるものの、電源投入時に発生する突入電流に対して
は、本発明品では、溶断される温度までは非常に余裕が
あり、比較品では、溶断はされないもの、溶断される温
度までは余裕がない状態である。
【0034】上述の印加電流は、4Aで通電した時の結
果であり、実際の電子回路の電源回路部に発生する突入
電流の実際の電流値は把握しにくいこと、また、発熱温
度は電流に比例すると、比較品では4Aで殆ど余裕がな
いことからすると、突入電流の実際の電流によって、直
に溶断してしまい、突入電流に対する信頼性が非常に低
いものと言える。
【0035】実際、本発明者らが印加電流を8Aとして
流した場合、比較品では、0.03秒で、アルミニウム
のヒューズ素子膜の融点に達してしまい、溶断が発生し
てしまい、また、印加電流を10Aとして流した場合に
は、本発明品では、0.1秒経過しても溶断することが
なっかったことを確認した。
【0036】また、ダイアモンド膜2の膜厚が5μm以
上であれば、図3の特性に示すように、ヒューズ素子膜
3の昇温曲線を下に凸の曲線とすることができ、突入電
流に対して溶断しにくい(突入電流に対して信頼性の高
い)チップヒューズであることを確認した。尚、ダイア
モンド膜2の膜厚が100μmを越えると、ダイアモン
ド膜2の蓄熱効果による緩やかな温度上昇となり、(昇
温曲線を下に凸の曲線の曲率半径が大きくなりすぎ)、
異常電流に対する感度が鈍くなるとともに、コスト的に
みても不利なものとなってしまう。
【0037】また、本発明者は、ダイアモンドに次いで
熱伝導性の良好な窒化アルミ膜を同一形状、同一厚みで
実験を行った。尚、窒化アルミ膜の熱伝導率250W/
m・Kである。その結果、比較品の図4と同様に、ヒュ
ーズ素子膜3の昇温曲線が概略上に凸の曲線となってし
まうことを確認した。
【0038】以上のように、絶縁性があり、高い熱伝導
率を有する材料が、実質的にダイアモンドや窒化アルミ
ニウムしかない現状においては、低熱硬化伝導率のガラ
ス−セラミック基板の表面に形成する絶縁膜としての熱
伝導率は、500W/m・K以上であることが望まし
い。
【0039】
【発明の効果】以上のように、ガラス−セラミック基板
上に、ダイアモンド膜を被着形成し、その表面にヒュー
ズ素子膜を形成したため、ダイアモンド膜の高い熱伝導
性及び蓄熱性によって、ヒューズ素子膜での昇温曲線を
実質的に下に凸の曲線とすることができる。
【0040】これにより、異常電流に対しては確実に溶
断し、電源投入時に発生する突入電流に対しては溶断す
ることがない、実用性の高い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断面図である。
【図2】本発明のチップヒューズの基板の平面図であ
る。
【図3】本発明のチップヒューズのヒューズ素子膜の昇
温特性を示す特性図である。
【図4】従来のチップヒューズのヒューズ素子膜の昇温
特性を示す特性図である。
【符号の説明】
1・・・ガラス−セラミック基板 2・・・ダイアモンド膜 3・・・ヒューズ素子膜 4・・・保護用オーバーコート層である。 5、5・・・端子電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面にダイアモンド膜を形成したガラス−
    セラミック基板に、両端部が端子電極と接続し、且つ溶
    断極細部を有するヒューズ素子膜を被着形成したことを
    特徴とするチップヒューズ。
JP31810196A 1996-11-28 1996-11-28 チップヒューズ Pending JPH10162715A (ja)

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JP31810196A JPH10162715A (ja) 1996-11-28 1996-11-28 チップヒューズ

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JP31810196A JPH10162715A (ja) 1996-11-28 1996-11-28 チップヒューズ

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