KR100854118B1 - 퓨즈 저항기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 퓨즈 저항기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 저항체의 표면 상에 온도 계수가 대략 2,000 ppm/℃ 이상이며 고유 비저항치가 낮은 구리와 같은 물질로 이루어진 박막층을 증착하여 퓨저블 엘리먼트(fusible element)로서 사용함으로써, 대략 20 내지 470 mΩ 정도의 극저 저항치를 갖는 퓨즈 저항기를 제공한다. 이 퓨즈 저항기는 저항체와, 저항체에 사전설정된값 이상의 전류가 인가되는 경우에 용단되는 퓨저블 엘리먼트층과, 퓨저블 엘리먼트층을 외부와 전기적으로 연결시키는 캡과, 퓨저블 엘리먼트층을 다른 회로 소자와 전기적으로 연결시키는 리드선과, 퓨저블 엘리먼트층 및 캡을 외부로부터 절연시키는 절연막을 포함한다. 이러한 구성의 퓨즈 저항기는 과다하게 발열하지 않으며 퓨즈 고유의 기능을 모두 수행할 수 있다.

Description

퓨즈 저항기 및 그 제조 방법{Fusible Resistor And Method Of Fabricating The Same}

본 발명은 퓨즈 저항기 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 전기적 특성이 우수하며 저렴한 퓨즈 저항기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

퓨즈 저항기는 전자기기에 포함되어 있는 회로 소자를 보호하기 위한 것으로서, 정상 상태에서는 일반 저항기로서 작용하며, 과부하 이상시에는 퓨징(fusing) 특성에 의해 회로 차단기로서 작용한다. 종래의 퓨즈 저항기는 저항체에 탄소, 주석-니켈(Sn-Ni), 니켈-크롬(Ni-Cr) 등의 화합물로 이루어진 박막층을 무전해 도금 방식으로 피착한 후, 그 표면에 나선형 커팅(이하, "트리밍(trimming)"으로 지칭함)을 수행함으로써 형성된다. 이러한 종래의 퓨즈 저항기는 비교적 저렴한 비용으로 제조할 수는 있으나, 제조 방법상 0.1Ω 이하의 저항값을 갖도록 형성하는 것이 어렵고 또한 트리밍시에 저항값이 증가하게 되어 통상 0.22Ω 이하의 저항값을 갖는 퓨즈 저항기의 제조가 불가능하다고 알려져 있다. 이로인해, 사전설정된 전류값 이상의 전류가 전자기기의 회로에 인가되는 경우, 퓨즈 저항기가 과다하게 발열하는 문제가 있었다. 이를 극복하기 위해, 퓨즈 저항기의 정격 전류를 증가시키거나 마이크로 퓨즈(micro fuse)를 사용하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 퓨즈 저항 기의 정격 전력을 증가시키면 퓨즈 저항기의 크기가 증대된다는 문제는 여전히 남아 있는 상황이고, 마이크로 퓨즈의 경우에도 제품의 구조적 특성상 제품 양산 속도 저하 및 재료비 측면에서 가격이 비싸다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정격 전류를 증가시킬 경우 퓨즈 저항기의 크기를 증가시키지 않더라도, 우수한 저항 특성과 퓨징 특성을 나타내는 저렴한 퓨즈 저항기 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 특징에 따르면, 저항체와, 저항체를 둘러싸도록 형성되고 저항체에 사전설정된값 이상의 전류가 인가되는 경우에 용단(fusing)되고, 온도 계수가 대략 2,000 ppm/℃ 이상이며, 고유 비저항치가 대략 1×10-8 내지 50×10-8 Ω·m(ohm·meter)인 물질로 형성되는 퓨저블 엘리먼트(fusible element)층과, 퓨저블 엘리먼트층의 양단을 감싸도록 형성되어 퓨저블 엘리먼트층을 외부와 전기적으로 연결시키는 캡(cap)과, 캡의 외측에 부착되어 퓨즈 저항기가 장착될 다른 회로 소자와 퓨저블 엘리먼트층을 전기적으로 연결시키는 리드선과, 퓨저블 엘리먼트층 및 캡을 외부로부터 절연시키는 절연막을 포함하는 퓨즈 저항기가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 저항체를 마련하는 단계와, 저항체 둘레에 퓨저블 엘리먼트층 - 퓨저블 엘리먼트층은 저항체에 사전설정된값 이상의 전류가 인가되는 경우에 용단됨 - 을 형성하는 단계와, 퓨저블 엘리먼트층의 양단에 퓨저블 엘리먼트층을 외부와 전기적으로 연결시키는 캡을 형성하는 단계와, 캡의 외측에 리드선을 형성하는 단계와, 퓨저블 엘리먼트층 및 캡을 외부로부터 절연시키는 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 퓨즈 저항기 제조 방법이 제공된다.

도 1A 내지 도 1F는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퓨즈 저항기의 제조 방법을 단계별로 예시한 사시도.

도 2는 종래의 퓨즈 저항기와 본 발명에 따른 퓨즈 저항기에 대한 발열 온도의 측정 결과를 나타내는 그래프.

도 3은 종래의 퓨즈 저항기와 본 발명에 따른 퓨즈 저항기에 대한 전류-시간 특성을 나타내는 그래프.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도 1A 내지 도 1F는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퓨즈 저항기의 제조 방법을 단계별로 예시한 사시도.

먼저, 도 1A에 도시한 바와 같이, 봉(rod) 형상의 저항체(1)의 표면상에 도전성 물질로 이루어진 도전층(2)을 적층한다. 본 실시예에서, 저항체(1)는 고순도의 세라믹(ceramic)과 같은 재료로 형성된다. 도전성 물질로는 니켈-크롬이 사용될 수 있으며, 이러한 도전성 물질은 종래의 퓨즈 저항기 제조 방법에서 사용되는, 예컨대 무전해 도금 방법을 통해 저항체(1)의 표면 상에 적층된다.

이어서, 도전층(2)의 표면 상에 퓨징 특성을 갖는 퓨저블 엘리먼트층(fusible element layer)(3)을 적층한다(도 1B). 퓨저블 엘리먼트층(3)은 저항체(1)에 과전류가 흐르는 경우에 발생하는 열에 의해 용융되어 용단된다. 여기서, 온도 계수(temperature coefficient)는 퓨징 특성을 결정하는 가장 중요한 물질적 특성이다. 온도 계수가 높은 경우, 전류값이 증가할 때 발생하는 주울열(Joule's heat)로 인해 퓨저블 엘리먼트층(3)의 저항값이 상승하게 된다. 이로 인해, 주울열에 의해 퓨저블 엘리먼트층(3)의 온도가 용융점(melting point)까지 상승되어, 퓨저블 엘리먼트층(3)이 용단된다. 본 실시예에서, 퓨저블 엘리먼트층(3)의 재료로 구리(Cu)를 포함하는 물질을 사용하는데, 구리는 온도 계수가 높고 비저항치가 낮을 뿐만 아니라 용융점도 낮으므로, 전기적으로 우수한 퓨즈로서 작용할 수 있다. 본 실시예에서는 퓨저블 엘리먼트층(3)이 구리(Cu)를 포함하는 재료로 형성되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 구리 이외에도 온도 계수가 대략 2,000 ppm/℃ 이상의 물질로서 고유 비저항값이 대략 1×10^-8 내지 50×10^-8 Ω·m(ohm·meter) 정도로 낮은 물질이면 어떠한 재료를 사용하여도 좋다.

이러한 퓨저블 엘리먼트층(3)은 전해 도금 방법으로 도전층(2)의 표면 상에 증착할 수 있다. 또다른 방식으로서, 전해 도금 방법 이외에 스퍼터링(sputtering) 방법 등을 사용하여 퓨저블 엘리먼트층(3)을 저항체(1)의 표면 상에 직접 증착할 수도 있다. 이와 같이, 전해 도금 방법을 사용하지 않고 퓨저블 엘리먼트층(3)을 적층하는 경우에는 상기한 도전층(2)을 생략할 수 있다.

다음에, 퓨저블 엘리먼트층(3)이 대기중에서 산화되는 것을 방지하기 위해, 퓨저블 엘리먼트층(3)의 표면 상에 산화 방지층(4)을 증착한다(도 1C). 예를 들어, 산화 방지층(4)은 은 페이스트(Ag paste)를 스프레이(spay) 기법을 이용하여 증착 할 수 있다. 이러한 산화방지층(4)을 생략하고 퓨저블 엘리먼트층(3)의 표면 상에 후술할 실리콘 도료 등의 보호막을 직접 형성할 수도 있다. 그러나, 제조 공정 중에 퓨저블 엘리먼트층(3)이 대기중에서 산화될 수 있으므로, 산화 방지층(4)을 적층하는 것이 유리하다. 이상과 같이, 3개의 층(2, 3, 4)으로 형성된 제 1 구조물(10) 양단의 저항값은 적층된 각 층(2, 3, 4)의 물질 종류와 두께에 따라 결정되며, 본 실시예의 경우 대략 5 mΩ(milliohm) 이하의 극저 저항값을 갖게 된다.

이어, 도 1D에 도시한 바와 같이, 구조물(10)의 양단을 감싸도록 철(Fe)과 같은 도전성 물질의 캡(cap)(5)을 마련하여 제 2 구조물(20)을 형성한다. 이 캡(5)을 통하여, 퓨저블 엘리먼트층(3)은 도전체인 산화방지층(4)을 거쳐 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 구조물(20) 양단의 저항값은 1 내지 15 mΩ 정도로 유지된다.

다음에, 도 1E에 도시한 바와 같이, 3개의 층(2, 3, 4)에 나선형 홈(6)을 형성하여 제 3 구조물(30)을 형성한다. 제 3 구조물(30) 양단의 최종 저항값은 통상 20 내지 470 mΩ 정도로 유지된다. 이러한 최종 저항값은 제 1 구조물(10) 양단의 저항값 및 트리밍의 회전수, 즉 트리밍 턴(turn)수에 따라 결정된다. 상세하게, 트리밍 후의 최종 저항값은 트리밍 턴수에 의해 결정되며, 턴수는 1 내지 2 턴 내외로 결정된다. 트리밍의 턴수에 의해 결정된 저항값에 따라, 퓨즈 등의 정격 전류에 대응하는 특성이 결정될 수 있다.

마지막으로, 도 1F에 도시한 바와 같이, 캡(5)의 외측에 리드선(7)을 용접 등에 의해 부착시킨다. 이 리드선(7)은 퓨즈 저항기가 장착될 회로기판과 퓨저블 엘리먼트층(3)을 전기적으로 연결시킨다. 그 후, 제 3 구조물(30)의 외측을 절연성 도료로 코팅하여 보호피막(8)을 형성함으로써, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기(40)를 완성한다. 여기서, 보호피막(8)은 퓨저블 엘리먼트층(3)과 캡(5)을 외부로부터 절연시키며, 그 내부에 있는 각각의 구성요소들을 외부의 충격으로부터 보호한다. 보호피막(8)의 외측면은 퓨즈 저항기(40)의 정격 전류 등을 표시할 수 있도록 불연성 도료로 형성하는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 종래의 퓨즈 저항기와 본 발명에 따른 퓨즈 저항기에 대한 발열 온도의 측정 결과를 나타내는 그래프가 도시되어 있다. 발열 온도 측정에 사용된 종래의 퓨즈 저항기는 스마트전자 주식회사(한국)의 제품(모델명 FNS 2W)으로 정격 전력 2W(Watt), 저항값 0.47Ω, 길이 12mm(리드선 제외)이며, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기는 스마트전자 주식회사(한국)의 제품(모델명 SPF 1W)으로 정격 전력 1W, 저항값 0.02Ω, 길이 6.5mm(리드선 제외)이다. 발열 온도의 측정은 각 퓨즈 저항기의 리드선에 온도 센서를 연결한 후 2.5A(ampere)의 전류를 인가할 때의 온도를 5분 간격으로 측정하였다. 측정에 사용된 온도 측정기는 요코가와(YOKOGAWA, 일본)사의 제품(모델명 μ1800)을 사용하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 종래의 퓨즈 저항기는 측정후 5분이 지나면서 27.5℃에서 105.8℃로 상승하여 1 시간 후에는 112.2℃까지 온도가 상승하였으며, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기는 측정후 5분이 지나면서 27.5℃에서 34.8℃로 상승하여 1 시간 후에는 36.1℃까지 온도가 상승하였다. 통상적으로, 퓨즈 저항기의 정격 전력이 높을수록 발열 온도가 낮아지지만, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기의 정격 전력이 종래의 퓨즈 저항기 정격 전력보다 낮음에 도 불구하고 종래의 퓨즈 저항기 발열 온도보다 상당히 낮으며, 온도 상승폭도 적음을 알 수 있다. 따라서, 종래의 퓨즈 저항기는 회로 기판 상에 직접 접촉하여 장착되지 못하고 어느 정도 기판으로부터 이격되어 설치됨으로써 전자기기 회로의 소형화에 어려움이 있었으나, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기는 전술한 바와 같은 특징으로 인해 회로 기판에 직접 설치될 수 있어 전자기기 회로의 소형화를 도모할 수 있는 특징이 있다.

도 3을 참조하면, 종래의 퓨즈 저항기와 본 발명에 따른 퓨즈 저항기에 대한 전류-시간 특성을 나타내는 그래프가 도시되어 있다.

여기서, 점선은 종래의 퓨즈 저항에 대한 전류-시간 특성 곡선을 나타내며, 실선은 본 발명에 따른 퓨즈 저항기에 대한 전류-시간 특성 곡선을 나타내고 있다. 퓨즈 저항기의 전류-시간 특성 측정에 사용된 퓨즈 저항기들은 발열 온도 측정시 사용된 것과 동일하며, 설정된 전류값을 퓨즈 저항기들에 일정하게 공급하여 이들이 용단되면 그 시간값을 표시해 주는 용단 측정기는 프로테크(PROTECH, 한국) 주식회사의 제품(모델명 TFT-8711E)을 사용하여 측정하였다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 종래의 퓨즈 저항기는 7A 이하의 전류에서도 용단되지만, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기는 7A 이상의 전류에서도 사용될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기는 종래의 퓨즈 저항기가 사용될 수 없는 고전류(7A) 이상에서도 사용할 수 있는 특징이 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 저항체(1)의 표면 상에 온도 계수가 대 략 2,000 ppm/℃ 이상이며 고유 비저항값이 낮은 구리와 같은 물질로 이루어진 퓨저블 엘리먼트층(3)을 증착함으로써, 대략 20 내지 470 mΩ 정도의 극저 저항값을 갖는 퓨즈 저항기를 제조할 수 있게 된다. 이와 같이, 극저 저항값을 갖는 퓨즈 저항기는 과부하시에도 과다하게 발열하지 않으므로, 퓨즈 고유의 기능을 모두 수행할 수 있어, 과전류 방지를 위해 구성된 회로에서 다이오드(diode), 캐패시터(Capacitor), 트랜지스터(transistor) 등의 순간 단락(short) 현상으로 발생되는 과전류를 사전에 차단하기 위해 사용될 수 있으며, 전자기기 회로상의 각 선로의 최소 전류에 따라 0.02 내지 2 Ω까지 기존의 퓨즈 저항기를 대체할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 퓨즈 저항기 제조 방법은 종래의 퓨즈 저항기 제조 공법을 응용하고 있으므로, 특정한 설비 투자없이 본 발명을 구현할 수 있게 되어 높은 생산성을 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (18)

1. 퓨즈 저항기에 있어서,

   저항체와,

   상기 저항체를 둘러싸도록 형성되고 상기 저항체에 사전설정된값 이상의 전류가 인가되는 경우에 용단(fusing)되고, 온도 계수가 대략 2,000 ppm/℃ 이상이며, 고유 비저항치가 대략 1×10-8 내지 50×10-8 Ω·m(ohm·meter)인 물질로 형성되는 퓨저블 엘리먼트(fusible element)층과,

   상기 퓨저블 엘리먼트층의 양단을 감싸도록 형성되어, 상기 퓨저블 엘리먼트층을 외부와 전기적으로 연결시키는 캡(cap)과,

   상기 캡의 외측에 부착되어, 상기 퓨즈 저항기가 장착될 다른 회로 소자와 상기 퓨저블 엘리먼트층을 전기적으로 연결시키는 리드선과,

   상기 퓨저블 엘리먼트층 및 상기 캡을 외부로부터 절연시키는 절연막을 포함하는 퓨즈 저항기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 퓨저블 엘리먼트층은 구리(Cu)를 포함하는 재료로 형성되는 퓨즈 저항기.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 퓨저블 엘리먼트층을 둘러싸도록 형성되어, 상기 퓨저블 엘리먼트층이 산화되는 것을 방지하는 산화 방지층을 더 포함하는 퓨즈 저항기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 산화 방지층은 은 페이스트(Ag paste)를 포함하는 재료로 이루어진 퓨즈 저항기.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 저항체와 상기 퓨저블 엘리먼트층의 사이에 형성되며 도전성 물질로 이루어진 도전층을 더 포함하는 퓨즈 저항기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 도전층은 니켈-크롬(Ni-Cr)을 포함하는 재료로 형성되는 퓨즈 저항기.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 퓨저블 엘리먼트층, 상기 산화 방지층, 상기 도전층을 관통하여 상기 저항체에 도달하는 홈(groove)이 마련되는 퓨즈 저항기.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 홈은 상기 저항체의 외주면을 따라 나선형으로 형성되는 퓨즈 저항기.
10. 퓨즈 저항기를 제조하는 방법에 있어서,

    저항체를 마련하는 단계와,

    상기 저항체 둘레에 퓨저블 엘리먼트층 - 상기 퓨저블 엘리먼트층은 상기 저항체에 사전설정된값 이상의 전류가 인가되는 경우에 용단됨 - 을 형성하는 단계와,

    상기 퓨저블 엘리먼트층의 양단에 상기 퓨저블 엘리먼트층을 외부와 전기적으로 연결시키는 캡을 형성하는 단계와,

    상기 캡의 외측에 리드선을 형성하는 단계와,

    상기 퓨저블 엘리먼트층 및 상기 캡을 외부로부터 절연시키는 절연막을 형성하는 단계

    를 포함하는 퓨즈 저항기 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 퓨저블 엘리먼트층은 구리를 포함하는 재료로 형성되는 퓨즈 저항기 제 조 방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 퓨저블 엘리먼트층은 온도 계수가 대략 2,000 ppm/℃ 이상이며, 고유 비저항치가 대략 1×10^-8 내지 50×10^-8 Ω·m인 물질로 형성되는 퓨즈 저항기 제조 방법.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 퓨저블 엘리먼트층 둘레에 상기 퓨저블 엘리먼트층이 산화되는 것을 방지하는 산화 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 퓨즈 저항기 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 산화 방지층은 은 페이스트를 포함하는 재료로 이루어진 퓨즈 저항기 제조 방법.
15. 제 10 항 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 저항체와 상기 퓨저블 엘리먼트층의 사이에 도전성 물질로 이루어진 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하는 퓨즈 저항기 제조 방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 도전층은 니켈-크롬을 포함하는 재료로 형성되는 퓨즈 저항기 제조 방법.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 퓨저블 엘리먼트층, 상기 산화 방지층, 상기 도전층을 관통하여 상기 저항체에 도달하는 홈을 마련하는 단계를 더 포함하는 퓨즈 저항기 제조 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 홈은 상기 저항체의 외주면을 따라 나선형으로 형성되는 퓨즈 저항기 제조 방법.

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