JPS63308839A - 電子部品用ヒュ−ズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 近年、各種民生用機器および産業用電子機器を中心とし
て、信頼性および安全性についての要望が顕在化してき
ている。本発明は信頼性、安全性に優れた電子部品用ヒ
ユーズに関するもので、すなわち所定の温度、電流に達
すると速やかに溶断する温度ヒユーズ機能、電流ヒユー
ズ機能を有する電子部品用ヒユーズに関するものである
。

従来の技術 近年、各種民生用機器あるいは産業用機器の軽薄短小化
にともない、回路部品の高密度化が著しい。それに伴い
、それに用いられる電子部品、例えば抵抗器、コンデン
サ、トランジスタ等が異常電流（電圧）により、発煙、
発火に至り、火炎の危険性がますます大きくなっている
。

従来は電流ヒユーズ、温度ヒユーズを機器に取器、コン
デンサ等を取りつけ、機器あるいは素子の異常時には回
路を遮断して、発煙２発火から回路を保護しようと試み
られていた。このような電子回路用ヒユーズとしては、
熱応答性がよく、小型形状で、電流容量の大きいものが
望まれている。

従来、■一般的なヒユーズとしては、第４図（ａ）に示
すような、温度ヒユーズがある。これは電気こたつ等の
電気器具に用いられるもので、主として、半田等の易融
性金属で構成されている。また、第４図（ｂ’ｌに示す
ように■熱可塑性樹脂中に易融金属を均一に分散せしめ
た可溶導電体６にし、両端をリード線４で加圧成形した
方式もある。この方式のヒユーズは、周囲温度が融点以
上になると熱可塑性樹脂中に均一分散さｔた易融金属が
、溶解し、自己の表面張力によって、電極部に凝集球状
化すると同時に、中央部にフラックス性樹脂の絶縁層が
できて、ヒユーズがしゃ断されるものである。

また、電子部品自体にヒユーズ機能を持たせた例として
、第４図（０）に示すような、■ヒユーズ付き抵抗器な
どがある。これはセラミックスのような絶縁基体上に、
Ｎ１−Ｐなどの抵抗被膜６をら旋状に形成し、この両端
にリード線４を有するキャップ端子４八を圧着し、抵抗
被膜６の表面の一部に、ガラスペースト７を固着させ、
異常電流が流れた時、抵抗体が発熱し、ガラスペースト
層７が溶解し、そのガラス層中に抵抗被膜金属が拡散し
、溶断する。

第４図（ｄ）に示すように、固体電解コンデンサの素子
のショートを防止する目的で、■コンデンサ内部に、ヒ
ユーズ機構を備えた素子が提案されていた。コンデンサ
素子８の陽極から引出した陽極導出線８ａに、半田付可
能なＬ字形状の陽極引出しリード線９を溶接により、接
続しかつコンデンサ素子８の最外層の陰極導電層８ｂに
陰極引出しリード線１ｏをヒユーズ部材１１を介して、
半田付けにより接続し、コンデンサ素子８をヒユーズ部
材１１を含めて外装樹脂により覆うことにより構成され
ている。

発明が解決しようとする問題点 前記■のような温度ヒユーズでは、溶断温度、溶断時間
が不正確であるため、異常電流（電圧）が流れた場合、
す早く回路を遮断する必要のある電子部品用には不適で
ある。

■のような方式では、溶断特性を考慮に入れた場合、熱
可塑性樹脂と易融性金属の配合量が特に重要で、どうし
ても樹脂分が多くなってしまう。

すなわちヒユーズの抵抗値がアップしてしまい、電流容
量が小さくなり、電子部品用ヒユーズとしては不適であ
る。

■の抵抗器の場合、比較的、溶断時間が長く、また抵抗
被膜が完全に溶断しない場合があるなど、溶断特性にば
らつきがある。

■の場合、このような構造は、比較的大型の焼結型素子
のヒユーズ機構として考案されたものであり、チップ型
、捲回型素子への適用は困難である。すなわち、講造的
に複雑である上に、接続部での接触抵抗が増大するから
で、チップ型、捲回型固体電解コンデンサに用いること
ができなかった。この方式は汎用性のある方式でないば
かりか、素子の小型化に対応することができなかった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、熱応答性
にすぐれ、小型形状で、電流容量が大きく、かつ量産性
、コスト性にすぐれた電子部品用ヒユーズを提供せんと
するものである。

問題点を解決するための手段 無機質絶縁基体上に、貴金属導電体層と導電体層を横断
するように形成された易融性金属粉末を主成分とした可
溶性導電層を有し、導電体層の両端をリード線などで、
電気的に直列に接続させる構成としたものである。

作用 この構成により、平時はきわめて抵抗値は低いが、異常
な温度上昇、異常電流など異常時には、易融性金属粉末
が溶融し、貴金属導電体層と合金化（いわゆるパ金くわ
れ″、“銀くわれ″現象）し、自己の表面張力によって
、凝集して球状化してしまい、導電体層が分断されてし
まうことを利用しているものである。

実施例 以下本発明の詳細について実施例とともに説明する。

すなわち、貴金属導電体層を構成する例えばムＵと可溶
性導電体層を構成する易融性金属粉末例えばＳｎの状態
図である第５図から判るように、高融点の貴金属である
ムＵが合金化によシ低融点材料となる。このことは平時
には、きわめて安定な導電材料が、異常時には容易に溶
融するヒュージブル材料となることを示すものである。

本発明は、この現象を最大限に利用したものである。

本発明構成のヒユーズにより、異常時には、ヒユーズが
溶断し、回路部品を保護するとともに、発煙、発火など
の火災から防止することができるものである。

次に各構成要素について述べる。

■無機質絶縁基体 本発明を構成する絶縁基体はセラミック基板、ガラス基
板、マイカ基板、ホーロ基板などが使用される。

量産性、コスト性を考慮すると、セラミック基板が最適
である。また速熱性を考慮すると、マイカ基板、ホーロ
基板が最適で、目的によって、その種類を自由に選択す
ることができる。

また、形状も平板状、円筒状、角柱状など、その目的に
よって選択可能である。

＠貴金属導電体層 貴金属導電体層を構成する材料の選択は、ヒユーズ素子
の電流容量、溶断性の観点から、特に重要である。

すなわち、電流容量は材料固有の比抵抗、溶断性は易融
金属と合金化しやすい材料であるか、いなかにかかわっ
ているからである。第１表に、種々の材料の比抵抗と易
融金属との合金化性について、列挙した。この結果から
、本発明に最適な貴金属導電体層の材料は金または銀、
もしくはそれらの合金である。

第１表 次に、貴金属導電体層の形成方法であるが、メッキ法、
はけぬり法、ディップ法、蒸着、スパッタリングなどの
ＰＶＤ法、印刷法などがあるが、品質安定性、量産性、
コスト性の観点から、印刷法とくにスクリーン印刷法が
最適である。

印刷用ペイントとしては、金ペースト、銀ペーストある
いはメタルオルガニツクスなどが使用され、所望の膜厚
でスクリーン印刷された後、６０〜２ｏＯ℃で乾燥した
後、７ｏｏ〜９００°Ｃで焼成される。導電体層の膜厚
はペースト中の貴金属配合量あるいはヒユーズの希望電
流容量によって決定されるものであるが、通常は０．１
μ〜１０μｍである。

θ可溶性導電層 本発明のヒユーズは貴金属と易融金属との合金化作用を
利用したもので（−例として第６図に金−スズの状態図
を示す）、その材料選定が重要である。さらに、この易
融金属粉末は熱可塑性樹脂で均一分散しであるものであ
る。

ここで、易融金属とは、スズ、鉛、ビスマス、インジウ
ム、カドミウム、銀などの二元以上の合金が用いられる
。また、熱可塑性樹脂は、一般にメッキファイア−樹脂
と呼ばれているもので、天然ロジン、その変成品、コー
パル、タンマー、キシレン系樹脂、テルペン樹脂、低分
子量オレフィン系樹脂およびその変成品が用いられる。

また、これに−次バインダーとしてエチルセルロースな
どを適宜添加することもできる。

また、ペースト粘度調製用にターピネオール等が用いら
れる。

この可溶性導電層の形成方法としては、・・ケ刷り法、
スクリーン印刷法、ディスペンサ法などが用いられ、適
当な方法で形成された後、６０〜３００’Ｃで乾燥して
得られる。膜厚は通常１０μｍ〜２００μｍの範囲であ
る。

■電気接続および形状 本発明のヒユーズのリード部との接続法は、超音波溶接
、プラズマ容接などの溶接法、第２図（船に示したよう
な、導電体層２とリード端子４を銀ペイントなどの導電
性塗料で接合する方法あるいは第２図（ｂ）に示したよ
うな、リード線が接合された端子キャップ６を圧入する
方法などがある。

またヒユーズ形状も、平板状ばかりでなく、第２図（ｃ
ｌに示すような円筒状あるいは角柱状など、いろいろな
形状の加工が可能である。また、貴金属導電体層と可溶
性導電体層の形成箇所は、第３図（ａ）、　（ｃ）に示
すような、全周である必要はなく、（ａ）、　（ｂ）の
ように一部あるいは半周であってもかまわない。

次に、具体的実施例を挙げて説明する。

寸法１．２５　Ｘ　２．０ｆｆｌのスリット入りアノト
ミナ基板（５４Ｘ５４Ｘ０．５　　）上に、日中マツセ
イ社製のムｕペースト（品番ＴＲ−１１４）を約ｓ、ｃ
ｚｍの膜厚になるように、３５０メツシユのスクリーン
印刷を施こし、約８０’Ｃで３０分乾燥後、８３０°Ｃ
で４０分焼成して導電体層を形成した。さらに、易融金
属として、融点１８３°Ｃの共晶点半田粉（スズ６２％
、鉛３８％）を９０重量部、熱可塑性樹脂として、天然
ロジンを１０重量部、メチルセルロースを微少量添加し
た半田ペーストを第１図のように導電体層上に巾１．６
絹で横断するように形成８０°Ｃで３０分乾燥して可溶
性導電層とした。さらにこれをスリットに沿ってカッテ
ィングを施こし、１．２５　Ｘ　２．ｏｆｆｆのチップ
とした。この両端を第２図（ｂ’ｌに示すようなリード
線付きキャップを圧入して、温度ヒユーズサンプルとし
た。

同様な方法で、昭栄化学社製のムｇペーストで導電体層
を形成した場合のサンプル４Ｍ時に作製した。

また絶縁基体として、石英ガラス、合成マイカ基板、鉄
板上に５ｉ０２−Ｂ２０３　　ＭｇＯ−ＢａＯ系結晶化
ガラス層を形成したホーロ基板上あるいは形状の異なる
ムｅ２０３棒にも、同様な方法で導電体層、可溶性導電
体層を形成したサンプルも同時に作製した。この結果を
第２表に示す。

（以下余白） なお比較のために、従来例の温度ヒユーズとして、第４
図（ａ）、　（ｂ）のサンプルも同時に測定した。

第２表に示しである抵抗値は抵抗計で測定したもので、
電流容量は、無負荷で、常温の時、電流値を０．１Ａず
つ、１分間通電し、溶断する時の電流値を測定したもの
である。また溶断バラツキは公称溶断温度に達した時、
各サンプル２０コ全数が１Ｑ秒以内に溶断するものを人
、３０秒以内はＢ、１分以内のものをＣとして表わした
。

この表から明らかなように、本発明は従来のものに比べ
て、小型で、かつきわめて大きな電流容量を持ち、また
溶断特性にも、著しくすぐれている。

なお、本発明の電子部品用ヒユーズはヒユーズ部品単体
どして、回路基板、電子機器、民生用機器に取り付ける
こともできるが、また、抵抗器、コンデンサ、トランジ
スター等の電子部品にも内蔵することが可能である。

発明の効果 本発明によって、回路部品として、最適な、小型で、電
流容量が犬きく、溶断性に富んだヒユーズを提供するこ
とができ、回路の安全性を確保するとともに、発煙、発
火などの火災から保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電子部品用ヒユーズの基本
的構成図、第２図は同ヒユーズの構成図、第３図は同ヒ
ユーズの断面形状図、第４図は従来例のヒユーズの構成
図、第６図はＳｎ−ムＵの状態図である。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名３−
°イ溶ｌｌ！：！を電層 ４、　−−　　リ　　−　　ド　　Ｓ＋第１図 第２図 第３図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に層Ａを設け、前記層Ａ上に層Ａを仕
   切る層Ｂを重畳形成し、仕切られた層Ａの領域にリード
   端子を設け、層Ａは易融性金属もしくはその合金であり
   、層Ｂは、貴金属、前記貴金属より比抵抗の小さい易融
   性金属あるいはその易融性金属の合金であることを特徴
   とする電子部品用ヒューズ。
2. （２）無機質絶縁基体がセラミック基板、ガラス基板、
   マイカ基板あるいはホーロ基板であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電子部品用ヒューズ。
3. （３）導電体層が金または銀あるいはそれらの合金であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の電子部品用ヒューズ。
4. （４）層Ｂは易融性金属粉末を熱可塑性樹脂中に均一に
   分散せしめたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の電子部品用ヒューズ。
5. （５）易融性金属は主成分としてＢｉ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｐ
   ｂ、Ｔｌ、Ｇｅの群から選ばれる金属または合金である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第４項記
   載の電子部品用ヒューズ。