KR102368741B1 - 퓨즈 소자 및 퓨즈 엘리먼트 - Google Patents

Abstract

소형화가 도모된 퓨즈 소자에 있어서도, 속용단성 및 용단 후에 있어서의 절연성이 우수한 퓨즈 소자, 및 퓨즈 엘리먼트를 제공한다.
절연 기판 (2) 과, 절연 기판 (2) 상에 탑재되어, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열에 의해 용단되어 통전 경로를 차단하는, 병렬된 복수의 엘리먼트부 (7) 를 구비하는 퓨즈 엘리먼트 (5) 와, 복수의 엘리먼트부 (7) 사이에 형성되어, 병렬되는 엘리먼트부 (7) 끼리의 접속을 방지하는 절연부 (8) 를 구비한다.

Description

퓨즈 소자 및 퓨즈 엘리먼트{CHIP FUSE AND FUSE ELEMENT}

본 발명은, 전류 경로 상에 실장되어, 정격을 초과하는 전류가 흘렀을 때에 자기 발열에 의해 용단되어 당해 전류 경로를 차단하는 퓨즈 소자 및 퓨즈 엘리먼트에 관한 것으로, 특히 속단성 (速斷性), 용단 후의 절연성이 우수한 퓨즈 소자 및 퓨즈 엘리먼트에 관한 것이다.

본 출원은, 일본에서 2014년 7월 15일에 출원된 일본 특허출원번호 특원 2014-144705호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로, 이 출원은 참조됨으로써 본 출원에 원용된다.

종래, 정격을 초과하는 전류가 흘렀을 때에 자기 발열에 의해 용단되어, 당해 전류 경로를 차단하는 퓨즈 엘리먼트가 사용되고 있다. 퓨즈 엘리먼트로는, 예를 들어, 땜납을 유리관에 봉입한 홀더 고정형 퓨즈나, 세라믹 기판 표면에 Ag 전극을 인쇄한 칩 퓨즈, 구리 전극의 일부를 가늘어지게 하여 플라스틱 케이스에 장착한 나사 고정 또는 삽입형 퓨즈 등이 많이 사용되고 있다.

일본 공개특허공보 2011-82064호

그러나, 상기 기존의 퓨즈 엘리먼트에 있어서는, 리플로에 의한 표면 실장이 불가능한, 전류 정격이 낮고, 또한 대형화에 의해 정격을 높이면 속단성이 떨어지는 것과 같은 문제점이 지적되고 있다.

또, 리플로 실장용의 속단 퓨즈 소자를 상정한 경우, 리플로의 열에 의해 용융되지 않도록, 일반적으로는, 퓨즈 엘리먼트에는 융점이 300 ℃ 이상인 Pb 함유 고융점 땜납이 용단의 특성상 바람직하다. 그러나, RoHS 지령 등에 있어서는, Pb 함유 땜납의 사용은 한정적으로 인정되고 있는 것에 불과하여, 앞으로 Pb 프리화의 요구는 강해질 것으로 생각된다.

즉, 퓨즈 엘리먼트로는, 리플로에 의한 표면 실장이 가능하고 퓨즈 소자로의 실장성이 우수할 것, 정격을 높여 대전류에 대응할 수 있을 것, 정격을 초과하는 과전류시에는 신속하게 전류 경로를 차단하는 속(速)용단성을 구비할 것이 요구된다.

이와 같은 요구에 부응하기 위해, 복수의 엘리먼트부가 병렬된 퓨즈 엘리먼트도 제안되어 있다. 이 퓨즈 엘리먼트 (50) 는, 도 14(A) 에 나타내는 바와 같이, 복수의 엘리먼트부 (51A ∼ 51C) 가 병렬됨으로써, 복수의 통전 경로를 갖는다. 복수의 엘리먼트부 (51A ∼ 51C) 는, 각각 절연 기판 (52) 의 표면 (52a) 에 형성된 제 1, 제 2 전극 (53, 54) 사이에 걸쳐 접속되어 전류의 통전 경로로 되어 있으며, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열 (줄열) 에 의해 용단된다. 퓨즈 엘리먼트 (50) 는, 모든 엘리먼트부 (51A ∼ 51C) 가 용단됨으로써, 제 1, 제 2 전극 (53, 54) 사이에 걸친 전류 경로를 차단한다.

이 때, 퓨즈 엘리먼트 (50) 는, 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 저항값이 낮은 엘리먼트부 (51) 에 많은 전류가 흘러가 자기 발열에 의해 순차적으로 용단되어 가고, 마지막에 남은 엘리먼트부 (51) 가 용단될 때에만 아크 방전이 발생한다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (50) 에 의하면, 마지막에 남은 엘리먼트부 (51) 의 용단시에 아크 방전이 발생한 경우에도, 엘리먼트부 (51) 의 체적에 따라 소규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산을 방지할 수 있고, 또 용단 후에 있어서의 절연성도 향상시킬 수 있다. 또, 퓨즈 엘리먼트 (50) 는, 복수의 엘리먼트부 (51A ∼ 51C) 마다 용단되는 점에서, 각 엘리먼트부 (51) 의 용단에 필요로 하는 열에너지는 적어도 되어, 단시간에 차단할 수 있다.

그러나, 퓨즈 엘리먼트 (50) 는, 퓨즈 소자의 소형화에 수반하여 병렬된 각 엘리먼트부 (51A ∼ 51C) 의 간격도 가까워지면, 도 14(B) 에 나타내는 바와 같이, 엘리먼트부 (51A ∼ 51C) 중에서 상대적으로 저항값이 낮은 엘리먼트부 (51) 에 많은 전류가 흘러 발열할 때, 발열에 의해 부분 용융되어 인접하는 엘리먼트부 (51) 에 접촉할 우려도 있다. 인접하는 엘리먼트부 (51) 끼리가 접촉하면, 엘리먼트부 (51) 가 대형화되어, 각 엘리먼트부 (51A ∼ 51C) 를 순차적으로 용단시키지 못하고, 도 14(C) 에 나타내는 바와 같이, 엘리먼트부 (51) 전체를 용융시키게 되기 때문에, 용단까지에 필요한 전력도 증가하므로, 신속하게 전류 경로를 차단할 수 없게 된다. 또, 엘리먼트부 (51) 가 대형화되면, 용단시에 발생하는 아크 방전도 대규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산에 의해 용단 후의 절연성을 저해할 우려도 있다.

그래서, 본 발명은, 소형화가 도모된 퓨즈 소자에 있어서도, 속용단성 및 용단 후에 있어서의 절연성이 우수한 퓨즈 소자, 및 퓨즈 엘리먼트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관련된 퓨즈 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판 상에 탑재되어, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열에 의해 용단되어 통전 경로를 차단하는, 병렬된 복수의 엘리먼트부를 구비하는 퓨즈 엘리먼트, 또는 병렬된 복수의 퓨즈 엘리먼트와, 상기 복수의 엘리먼트부 사이 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트 사이에 형성되어, 용단시에 병렬되는 상기 엘리먼트부 또는 상기 퓨즈 엘리먼트의 접속을 방지하는 절연부를 구비하고, 상기 복수의 엘리먼트부 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트는, 저항값이 상이한 것을 포함하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 퓨즈 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판 상에 탑재되어, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열에 의해 용단되어 통전 경로를 차단하는, 병렬된 복수의 엘리먼트부를 구비하는 퓨즈 엘리먼트, 또는 병렬된 복수의 퓨즈 엘리먼트와, 상기 복수의 엘리먼트부 사이 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트 사이에 형성되어, 용단시에 병렬되는 상기 엘리먼트부 또는 상기 퓨즈 엘리먼트의 접속을 방지하는 절연부를 구비하고, 상기 복수의 엘리먼트부 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트는, 순차적으로 용단되도록 제어되어 있는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 퓨즈 엘리먼트는, 병렬되는 복수의 엘리먼트부와, 상기 복수의 엘리먼트부 사이에 형성되어, 용단시에 병렬되는 상기 엘리먼트부끼리의 접속을 방지하는 절연부를 갖고, 상기 복수의 엘리먼트부는, 저항값이 상이한 것을 포함하여, 정격을 초과하는 전류의 통전에 의한 자기 발열에 의해 용단되는 것이다.

삭제

본 발명에 의하면, 절연부를 형성함으로써, 퓨즈 엘리먼트는, 엘리먼트부가 순차적으로 용단되어 갈 때, 자신의 발열에 의해 용융, 팽창하여 인접하는 엘리먼트부에 접촉하여 응집되는 것이 방지된다. 이로써, 퓨즈 엘리먼트는, 인접하는 엘리먼트부끼리가 용융, 응집됨으로써 대형화되어, 용단에 필요한 전력이 증가함에 따른 용단 시간의 증가나, 용단시에 발생하는 아크 방전의 대규모화에 의한 용융 금속의 폭발적 비산, 용단 후에 있어서의 절연성의 저하를 방지할 수 있다.

도 1 은, 본 발명이 적용된 퓨즈 엘리먼트의 일례를 나타내는 도면으로, (A) 는 커버 부재를 떼어낸 분해 사시도, (B) 는 외관 사시도이다.
도 2 는, 퓨즈 엘리먼트의 용단 순서를 나타내는 도면으로, (A) 는 용단 전, (B) 는 외측의 엘리먼트부가 용단된 상태, (C) 는 모든 엘리먼트부가 용단된 상태를 나타낸다.
도 3 은, 1 장의 판상 엘리먼트를 사용한 퓨즈 소자의 용단 상태를 나타내는 도면으로, (A) 는 정격을 초과하는 전류가 통전되기 시작한 상태, (B) 는 엘리먼트가 용융되어 응집된 상태, (C) 는 엘리먼트가 아크 방전을 수반하여 폭발적으로 용단된 상태를 나타낸다.
도 4 는, 절연 기판의 표면에 절연부를 형성한 퓨즈 소자의 단면도이다.
도 5 는, 커버 부재의 윗면에 절연부를 형성한 퓨즈 소자의 단면도이다.
도 6 은, 엘리먼트부 사이에 절연부를 구성하는 재료를 충전하여 경화시킴으로써 절연부를 형성한 퓨즈 소자의 단면도이다.
도 7 은, 퓨즈 엘리먼트를 나타내는 평면도로, (A) 는 엘리먼트부의 양측을 일체로 지지한 것, (B) 는 엘리먼트부의 편측을 일체로 지지한 것을 나타낸다.
도 8 은, 3 장의 엘리먼트를 병렬시킨 퓨즈 소자를 나타내는 사시도이다.
도 9 는, 도 1 에 나타내는 퓨즈 엘리먼트를 사용한 퓨즈 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로, (A) 는 절연 기판의 사시도, (B) 는 절연 기판에 퓨즈 엘리먼트를 탑재한 상태, (C) 는 퓨즈 엘리먼트 상에 플럭스를 형성한 상태, (D) 는 커버 부재를 탑재한 상태, (E) 는 회로 기판으로의 실장 상태를 나타낸다.
도 10 은, 제 1, 제 2 전극에 장출부를 형성한 퓨즈 소자를 나타내는 도면으로, (A) 는 절연 기판의 평면도, (B) 는 사시도이다.
도 11 은, 도 1 에 나타내는 퓨즈 엘리먼트를 사용한 다른 퓨즈 소자의 제조 공정을 나타내는 도면으로, (A) 는 절연 기판의 사시도, (B) 는 절연 기판에 퓨즈 엘리먼트를 탑재한 상태, (C) 는 퓨즈 엘리먼트 상에 플럭스를 형성한 상태, (D) 는 커버 부재를 탑재한 상태 및 회로 기판으로의 실장 상태를 나타낸다.
도 12 는, 다른 퓨즈 엘리먼트를 사용한 다른 퓨즈 소자를 나타내는 사시도이다.
도 13 은, 제 1, 제 2 분할 전극을 형성한 절연 기판을 나타내는 평면도이다.
도 14 는, 참고예에 관련된 퓨즈 소자의 용단 상태를 나타내는 도면으로, (A) 는 용단 전, (B) 는 외측의 엘리먼트부가 용융되어 내측의 엘리먼트부와 일체화된 상태, (C) 는 모든 엘리먼트부가 동시에 용단된 상태를 나타낸다.

이하, 본 발명이 적용된 퓨즈 소자 및 퓨즈 엘리먼트에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 물론이다. 또, 도면은 모식적인 것으로, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등은, 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.

[제 1 형태]

본 발명에 관련된 퓨즈 소자 (1) 는, 도 1 의 (A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 과, 절연 기판 (2) 에 형성된 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 과, 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸쳐 실장되어, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열에 의해 용단되어, 제 1 전극 (3) 과 제 2 전극 (4) 사이의 전류 경로를 차단하는 퓨즈 엘리먼트 (5) 와, 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 형성된 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상을 덮는 커버 부재 (6) 를 갖는다.

또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에는 복수의 엘리먼트부 (7) 가 병렬되고, 복수의 엘리먼트부 (7) 사이에는, 병렬되는 엘리먼트부 (7) 끼리의 접속을 방지하는 절연부 (8) 가 형성되어 있다. 이 퓨즈 소자 (1) 는, 회로 기판에 실장됨으로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 당해 회로 기판 상에 형성된 회로에 직렬로 장착된다.

퓨즈 소자 (1) 는, 소형이면서 또한 고정격의 퓨즈 소자를 실현하는 것으로, 예를 들어, 절연 기판 (2) 의 치수로서 3 ∼ 4 ㎜ × 5 ∼ 6 ㎜ 정도로 소형이면서, 저항값이 0.5 ∼ 1 mΩ, 50 ∼ 60 A 정격으로 고정격화가 도모되어 있다. 또한, 본 발명은 모든 사이즈, 저항값 및 전류 정격을 구비하는 퓨즈 소자에 적용할 수 있음은 물론이다.

절연 기판 (2) 은, 예를 들어 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 방형상 (方形狀) 으로 형성된다. 그 밖에, 절연 기판 (2) 은, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용해도 된다.

절연 기판의 서로 대향하는 양 단부에는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 이 형성되어 있다. 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 은, 각각 Cu 나 Ag 배선 등의 도전 패턴에 의해 형성되고, Cu 등 산화되기 쉬운 배선 재료의 경우에는 표면에 적절히 산화 방지 대책으로서 Sn 도금 등의 보호층이 형성되어 있다.

[커버 부재]

또, 퓨즈 소자 (1) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상에, 내부를 보호함과 함께 용융된 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 비산을 방지하는 커버 부재 (6) 가 장착되어 있다. 커버 부재 (6) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상에 탑재되는 측벽 (6a) 과, 퓨즈 소자 (1) 의 상면을 구성하는 윗면 (6b) 을 갖는다. 퓨즈 소자 (1) 는, 커버 부재 (6) 의 측벽 (6a) 이 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상에 접속되면, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 과 윗면 (6b) 사이로부터 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 양단에 형성된 단자부 (10) 를 도출하는 간극이 형성된다. 이 커버 부재 (6) 는, 예를 들어 열가소성 플라스틱, 세라믹스, 유리 에폭시 기판 등의 절연성을 갖는 부재를 사용하여 형성할 수 있다.

[퓨즈 엘리먼트]

제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸쳐 실장되어 있는 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열 (줄열) 에 의해 용단되어, 제 1 전극 (3) 과 제 2 전극 (4) 사이의 전류 경로를 차단하는 것이다. 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 땜납 등의 접속 재료를 개재하여 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 사이에 탑재된 후, 리플로 납땜 등에 의해 절연 기판 (2) 상에 접속된다.

퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 절연 기판 (2) 에 형성된 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸쳐 탑재되는 복수의 엘리먼트부 (7) 와, 퓨즈 소자 (1) 가 실장되는 회로 기판의 접속 단자에 접속되는 단자부 (10) 를 갖는다.

이하에서는, 3 개의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 가 병렬된 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 사용한 경우를 예로 설명한다. 도 2(A) 에 나타내는 바와 같이, 각 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 는, 절연 기판 (2) 에 형성된 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸쳐 탑재됨으로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 복수의 통전 경로를 구성한다. 그리고, 복수의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 는, 도 2(B) 에 나타내는 바와 같이, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열 (줄열) 에 의해 용단된다. 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 모든 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 가 용단됨으로써, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸친 전류 경로를 차단한다 (도 2(C)).

또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 정격을 초과하는 전류가 통전하여 용단될 때, 아크 방전이 발생한 경우에도, 용융된 퓨즈 엘리먼트가 광범위에 걸쳐 비산되고, 비산된 금속에 의해 새로 전류 경로가 형성되거나 혹은 비산된 금속이 단자나 주위의 전자 부품 등에 부착되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도 3(A) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (40) 상의 전극 단자 (41, 42) 사이에 걸쳐 광범위하게 탑재된 퓨즈 엘리먼트 (43) 에 있어서는, 정격을 초과한 전압이 인가되어 대전류가 흐르면, 전체적으로 발열한다. 그리고, 도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (43) 는, 전체가 용융되어 응집 상태가 된 후, 도 3(C) 에 나타내는 바와 같이, 대규모의 아크 방전이 발생하면서 용단된다. 이 때문에, 퓨즈 엘리먼트 (43) 의 용융물이 폭발적으로 비산된다. 이 때문에, 비산된 금속에 의해 새로 전류 경로가 형성되어 절연성을 저해하거나, 혹은 절연 기판 (40) 에 형성된 전극 단자 (41, 42) 를 용융시켜 함께 비산됨으로써 주위의 전자 부품 등에 부착될 우려가 있다. 또한, 퓨즈 엘리먼트 (43) 는, 전체 적으로 응집된 후에 이것을 용융, 차단시킴으로써 용단에 필요로 하는 열에너지도 많아져, 속용단성이 떨어진다.

아크 방전을 신속하게 멈추어 회로를 차단하는 대책으로서, 중공 케이스 내에 소호재 (消弧材) 를 채운 것이나, 방열재 둘레에 퓨즈 엘리먼트를 나선상으로 감아 타임 래그를 발생시키는 고전압에 대응하는 전류 퓨즈도 제안되어 있다. 그러나, 종래의 고전압에 대응하는 전류 퓨즈에 있어서는, 소호재의 봉입이나 나선 퓨즈의 제조와 같은, 모두 복잡한 재료나 가공 프로세스가 필요하게 되어, 퓨즈 소자의 소형화나 전류의 고정격화와 같은 면에서 불리하다.

이 점에서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸쳐 탑재되는 복수의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 를 병렬시키고 있기 때문에, 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 저항값이 낮은 엘리먼트부 (7) 에 많은 전류가 흘러가고, 자기 발열에 의해 순차적으로 용단되어 가며, 마지막에 남은 엘리먼트부 (7) 가 용단될 때에만 아크 방전이 발생한다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 의하면, 마지막에 남은 엘리먼트부 (7) 의 용단시에 아크 방전이 발생한 경우에도, 엘리먼트부 (7) 의 체적에 따라 소규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산을 방지할 수 있고, 또 용단 후에 있어서의 절연성도 대폭 향상시킬 수 있다. 또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 복수의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 마다 용단되는 점에서, 각 엘리먼트부 (7) 의 용단에 필요로 하는 열에너지는 적어도 되어, 단시간에 차단할 수 있다.

[절연부]

또, 도 1, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 소자 (1) 는, 복수의 엘리먼트부 (7) 사이에, 병렬되는 엘리먼트부 (7) 끼리의 접속을 방지하는 절연부 (8) 가 형성되어 있다. 절연부 (8) 를 형성함으로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 엘리먼트부 (7) 가 순차적으로 용단되어 갈 때, 자신의 발열에 의해 용융, 팽창하여 인접하는 엘리먼트부 (7) 에 접촉하여 응집되는 것을 방지한다. 이로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 인접하는 엘리먼트부 (7) 끼리가 용융, 응집됨으로써 대형화되어, 용단에 필요한 전력이 증가함에 따른 용단 시간의 증가나, 용단시에 발생하는 아크 방전의 대규모화에 의한 용융 금속의 폭발적 비산, 용단 후에 있어서의 절연성의 저하를 방지할 수 있다.

절연부 (8) 는, 예를 들어 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에, 솔더 레지스트나 유리 등의 절연 재료를 인쇄하는 것 등에 의해 세워져 형성되어 있다. 또, 절연부 (8) 는, 절연성을 갖는 점에서, 용융 엘리먼트에 대한 젖음성을 갖지 않기 때문에, 반드시 인접하는 엘리먼트부 (7) 끼리를 완전히 격절할 필요는 없다. 즉, 커버 부재 (6) 의 윗면 (6b) 과의 사이에 간극을 가지고 있어도 젖음성에 의한 인입 작용은 기능하지 않아, 용융 엘리먼트가 당해 간극에서부터 병렬되는 엘리먼트부측으로 유입되는 경우는 없다. 또, 엘리먼트부 (7) 는, 자신의 발열에 의해 용융되면, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이의 영역에서 단면 돔상으로 부푼다. 그 때문에, 절연부 (8) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에서부터 커버 부재 (6) 의 윗면 (6b) 까지에 이르는 높이의 절반 이상의 높이가 있으면, 용융 엘리먼트가 병렬되는 엘리먼트부 (7) 와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 물론, 절연부 (8) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에서부터 커버 부재 (6) 의 윗면 (6b) 까지에 이르는 높이로 형성하고, 엘리먼트부 (7) 끼리를 격절해도 된다.

또, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 절연부 (8) 는, 커버 부재 (6) 의 윗면 (6b) 에 형성해도 된다. 절연부 (8) 는, 커버 부재 (6) 의 윗면 (6b) 에 일체로 형성해도 되고, 또는 윗면 (6b) 에 솔더 레지스트나 유리 등의 절연 재료를 인쇄하는 것 등에 의해 세워서 형성해도 된다. 이 경우에도, 절연부 (8) 는, 커버 부재 (6) 의 윗면 (6b) 에서부터 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 까지에 이르는 높이의 절반 이상의 높이가 있으면, 용융 엘리먼트가 병렬되는 엘리먼트부 (7) 와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 절연부 (8) 는, 절연 기판 (2) 이나 커버 부재 (6) 에 형성하는 것 외에, 병렬되는 복수의 엘리먼트부 (7) 사이에 절연부 (8) 를 구성하는 액상 혹은 페이스트상의 절연 재료를 도포하고, 경화시킴으로써 형성해도 된다. 절연부 (8) 를 구성하는 절연성의 재료로는, 에폭시 수지 등의 열경화성의 절연성 접착제나 솔더 레지스트, 유리 페이스트를 사용할 수 있다. 이 경우, 절연부 (8) 를 구성하는 절연 재료는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 절연 기판 (2) 에 접속된 후에 도포, 경화시켜도 되고, 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 절연 기판 (2) 에 접속시키기 전에 도포, 경화시켜도 된다.

액상 혹은 페이스트상의 절연 재료는, 병렬되는 복수의 엘리먼트부 (7) 사이에 모세관 작용에 의해 충전되고, 경화됨으로써 엘리먼트부 (7) 가 발열에 의해 용융된 경우에, 병렬되는 엘리먼트부 (7) 끼리의 접속을 방지할 수 있다. 이 때문에, 절연부 (8) 를 구성하는 절연 재료는, 경화됨으로써 엘리먼트부 (7) 의 발열 온도에 대한 내열성을 구비할 것이 요구된다.

[용단 순서의 제어]

퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 각 엘리먼트부 (7) 사이에 절연부 (8) 를 형성하는 것이 바람직하다. 또, 퓨즈 소자 (1) 는, 복수의 엘리먼트부 (7) 를 순차적으로 용단시킴과 함께, 적어도 최초로 용단되는 엘리먼트부 (7) 와 이 최초로 용단되는 엘리먼트부 (7) 에 인접하는 엘리먼트부 (7) 사이에 절연부 (8) 를 형성하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 복수의 엘리먼트부 (7) 중에서, 1 개의 엘리먼트부 (7) 의 일부 또는 전부의 단면적을 다른 엘리먼트부의 단면적보다 작게 함으로써 상대적으로 고저항화하는 것에 의해, 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 먼저 비교적 저저항의 엘리먼트부 (7) 부터 많은 전류가 통전하여 용단되어 간다. 이 엘리먼트부 (7) 의 용단은, 자기 발열에 의한 아크 방전을 수반하는 것은 아니기 때문에, 용융 금속의 폭발적인 비산도 없다. 그 후, 남은 당해 고저항화된 엘리먼트부 (7) 에 전류가 집중되어, 마지막으로 아크 방전을 수반하여 용단된다. 이로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 엘리먼트부 (7) 를 순차적으로 용단시킬 수 있다. 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 단면적이 작은 엘리먼트부 (7) 의 용단시에 아크 방전이 발생하지만, 엘리먼트부 (7) 의 체적에 따라 소규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산을 방지할 수 있다.

이 때, 퓨즈 소자 (1) 는, 최초로 용단되는 비교적 저저항의 엘리먼트부 (7) 와, 이 엘리먼트부 (7) 에 인접하는 엘리먼트부 사이에 절연부 (8) 를 형성함으로써, 자신의 발열에 의해 팽창하여 인접하는 엘리먼트부 (7) 에 접촉하여 응집되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 퓨즈 소자 (1) 는, 엘리먼트부 (7) 를 소정의 용단 순서로 용단시킴과 함께, 인접하는 엘리먼트부 (7) 끼리가 일체화됨에 따른 용단 시간의 증가나 아크 방전의 대규모화에 의한 절연성의 저하를 방지할 수 있다.

구체적으로, 도 1 에 나타내는 3 개의 엘리먼트부 (7A, 7B, 7C) 로 이루어지는 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 탑재된 퓨즈 소자 (1) 에 있어서, 상대적으로 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 의 단면적을 작게 하여 고저항화함으로써, 외측의 엘리먼트부 (7A, 7C) 로부터 우선적으로 많은 전류를 흘려 용단시킨 후, 마지막으로 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 를 용단시킨다. 이 때, 퓨즈 소자 (1) 는, 엘리먼트부 (7A, 7B) 와의 사이 및 엘리먼트부 (7B, 7C) 에 각각 절연부 (8) 를 형성함으로써, 엘리먼트부 (7A, 7C) 가 자기 발열에 의해 용융되었을 때에도, 인접하는 엘리먼트부 (7B) 와 접촉하지 않고 단시간에 용단됨과 함께, 마지막으로 엘리먼트부 (7B) 를 용단시킬 수 있다. 또, 단면적이 작은 엘리먼트부 (7B) 는, 인접하는 엘리먼트부 (7A, 7C) 와의 접촉도 없어, 용단시에 있어서의 아크 방전도 소규모의 것에 그친다.

또한, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 3 개 이상의 엘리먼트부를 형성한 경우, 외측의 엘리먼트부를 최초로 용단시키고, 내측의 엘리먼트부를 마지막에 용단시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 3 개의 엘리먼트부 (7A, 7B, 7C) 를 형성함과 함께, 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 를 마지막에 용단시키는 것이 바람직하다.

상기 서술한 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 정격을 초과하는 전류가 통전되면, 먼저 외측에 형성된 2 개의 엘리먼트부 (7A, 7C) 에 많은 전류가 흘러 자기 발열에 의해 용단된다. 이들 엘리먼트부 (7A, 7C) 의 용단은 자기 발열에 의한 아크 방전을 수반하는 것은 아니기 때문에, 용융 금속의 폭발적인 비산도 없다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 엘리먼트부 (7A, 7C) 는, 절연부 (8) 에 의해 인접하는 엘리먼트부 (7B) 와의 접촉도 없이, 최초로 용단된다.

이어서, 내측에 형성된 엘리먼트부 (7B) 에 전류가 집중되어, 아크 방전을 수반하면서 용단된다. 이 때, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 내측에 형성된 엘리먼트부 (7B) 를 마지막에 용단시킴으로써, 아크 방전이 발생해도, 엘리먼트부 (7B) 의 용융 금속을, 먼저 용단되어 있는 외측의 엘리먼트부 (7A, 7C) 나 엘리먼트부 (7A, 7C) 와의 사이에 형성된 절연부 (8) 에 의해 포착할 수 있다. 따라서, 엘리먼트부 (7B) 의 용융 금속의 비산을 억제하여, 용융 금속에 의한 쇼트 등을 방지할 수 있다.

이 때에도, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 3 개의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 중에서, 내측에 위치하는 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 의 일부 또는 전부의 단면적을 외측에 위치하는 다른 엘리먼트부 (7A, 7C) 의 단면적보다 작게 함으로써 상대적으로 고저항화하고, 이로써 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 를 마지막에 용단시켜도 된다. 이 경우에도, 단면적을 상대적으로 작게 함으로써 마지막에 용단시키고 있기 때문에, 아크 방전도 엘리먼트부 (7B) 의 체적에 따라 소규모의 것이 되어, 용융 금속의 폭발적인 비산을 보다 억제할 수 있다.

[절연부의 설치 위치]

또, 퓨즈 소자 (1) 는, 절연부 (8) 를 엘리먼트부 (7) 의 용단 부위에 따라 형성하면 된다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 각 엘리먼트부 (7) 가 절연 기판 (2) 에 형성된 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 상에 접속됨으로써, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이를 도통시키고 있다. 각 엘리먼트부 (7) 는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 에 접속되어 있는 양 단부에서는 전류가 집중되지 않고, 제 1 전극 (3) 과 제 2 전극 (4) 의 중간부에서 전류가 집중되어, 고온으로 발열함으로써 용융된다.

따라서, 퓨즈 소자 (1) 는, 각 엘리먼트부 (7) 의 제 1 전극 (3) 과 제 2 전극 (4) 에 접속된 양 단부 사이의 중간부에 인접하여 형성함으로써, 용융 엘리먼트가 인접하는 엘리먼트부 (7) 에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

[단자부]

단자부 (10) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 탑재된 퓨즈 소자 (1) 가 회로 기판에 실장되면, 당해 회로 기판에 형성된 접속 단자에 접속되는 것으로, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 엘리먼트부 (7) 의 길이 방향의 양측에 형성되어 있다. 그리고, 단자부 (10) 는, 퓨즈 소자 (1) 가 페이스 다운으로 회로 기판에 실장됨으로써, 회로 기판 상에 형성된 접속 단자와 땜납 등을 통해 접속된다.

퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 형성된 단자부 (10) 를 통해 회로 기판과 도통 접속됨으로써, 소자 전체의 저항값을 낮춰, 소형화 또한 고정격화를 도모할 수 있다. 즉, 퓨즈 소자 (1) 는, 절연 기판 (2) 의 이면에 회로 기판과의 접속용 전극을 형성함과 함께, 도전 페이스트가 충전된 스루홀 등을 통해 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 과 접속하는 경우, 스루홀이나 캐스털레이션의 구멍 직경이나 구멍수의 제한이나, 도전 페이스트의 저항률이나 막두께의 제한에 의해 퓨즈 엘리먼트의 저항값 이하의 실현이 어려워, 고정격화가 곤란해진다.

그래서, 퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 단자부 (10) 를 형성함과 함께, 커버 부재 (6) 를 개재하여 소자 외부로 돌출시킨다. 그리고, 퓨즈 소자 (1) 는, 도 9(E) 에 나타내는 바와 같이, 회로 기판 상에 페이스 다운 실장함으로써, 단자부 (10) 를 직접 회로 기판의 접속 단자에 접속한다. 이로써, 퓨즈 소자 (1) 는, 도전 스루홀을 개재시킴에 따른 고저항화를 방지할 수 있으며, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 의해 소자의 정격이 정해져, 소형화를 도모함과 함께 고정격화를 실현할 수 있다.

또, 퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 단자부 (10) 를 형성함으로써, 절연 기판 (2) 의 이면에 회로 기판과의 접속용 전극을 형성할 필요가 없어, 표면 (2a) 에만 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 을 형성하면 충분하여, 제조 공수의 삭감을 도모할 수 있다.

[퓨즈 엘리먼트의 제법]

복수의 엘리먼트부 (7) 가 형성된 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 예를 들어 도 7(A) 에 나타내는 바와 같이, 판상 재료의 중앙부 2 개 지점을 사각 형상으로 타발 (打拔) 함으로써 제조할 수 있다. 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 병렬되는 3 개의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 의 양측이 일체로 지지되어 있다. 또한, 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 병렬되는 3 개의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 의 편측이 일체로 지지된 것이어도 된다.

또, 단자부 (10) 가 형성된 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 예를 들어, 판상으로 형성된 재료를 타발하여 복수의 엘리먼트부 (7) 를 형성함과 함께, 양측 가장자리부를 절곡함으로써 제조할 수 있다. 또, 단자부 (10) 가 형성된 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 단자부 (10) 를 구성하는 금속판과 복수의 엘리먼트부 (7) 를 접속시켜도 된다. 혹은, 단자부 (10) 를 구성하는 금속판을 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 상에 접속시킴으로써 제조해도 된다.

또한, 퓨즈 소자 (1) 는, 단자부 (10) 와 복수의 엘리먼트부 (7) 를 갖는 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 사용하는 경우에는, 절연 기판 (2) 에 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 을 형성하지 않아도 된다. 이 경우, 절연 기판 (2) 은, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 열을 방열하기 위해서 사용되며, 열전도성이 양호한 세라믹 기판이 바람직하게 사용된다. 또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 절연 기판 (2) 에 접속시키는 접착제로는, 도전성은 없어도 되며, 열전도성이 우수한 것이 바람직하다.

[복수 엘리먼트]

또, 퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트로서, 엘리먼트부 (7) 에 상당하는 복수 장의 엘리먼트 (11) 를 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸쳐 병렬로 접속시킴으로써 제조해도 된다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 엘리먼트 (11) 는, 예를 들어 엘리먼트 (11A, 11B, 11C) 의 3 장이 병렬된다. 각 엘리먼트 (11A ∼ 11C) 는, 사각형 판상으로 형성됨과 함께, 양단에 단자부 (10) 가 절곡되어 형성되어 있다. 엘리먼트 (11) 는, 내측에 형성되어 있는 한가운데에 있는 엘리먼트 (11B) 의 단면적을 외측에 형성되어 있는 다른 엘리먼트 (11A, 11C) 의 단면적보다 작게 함으로써 상대적으로 고저항화하여, 마지막에 용단시키도록 해도 된다.

또한, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 단자부 (10) 를 형성하지 않고, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 을 개재하여 회로 기판의 접속 단자와 접속되어도 된다. 이 경우, 퓨즈 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 이, 스루홀을 통해 절연 기판 (2) 의 이면에 형성된 외부 접속 단자와 접속되거나, 혹은 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 상에 금속 포스트 등으로 이루어지는 외부 접속 단자가 접속되고, 이 외부 접속 단자와 회로 기판의 접속 단자가 접속된다.

[퓨즈 소자의 제조 공정]

퓨즈 엘리먼트 (5) 가 사용되는 퓨즈 소자 (1) 는, 이하의 공정에 의해 제조된다. 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 탑재되는 절연 기판 (2) 은, 도 9(A) 에 나타내는 바와 같이, 표면 (2a) 에 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 이 형성됨과 함께, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 엘리먼트부 (7) 사이의 위치에 따라 절연부 (8) 가 형성되어 있다. 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 은, 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 납땜 등에 의해 접속된다 (도 9(B)). 이로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 퓨즈 소자 (1) 가 회로 기판에 실장됨으로써, 회로 기판에 형성된 회로 상에 직렬로 장착된다. 또, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 절연부 (8) 가 세워져 형성되어 있는 경우에는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 병렬되는 복수의 엘리먼트부 (7) 사이에 절연부 (8) 가 위치된다.

퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이에 땜납 등의 접속 재료를 개재하여 탑재되어, 퓨즈 소자 (1) 가 회로 기판에 리플로 실장될 때에 땜납 접속된다. 또, 도 9(C) 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 상에는 플럭스 (17) 가 형성된다. 플럭스 (17) 가 형성됨으로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 산화 방지, 젖음성의 향상을 도모하여, 신속하게 용단시킬 수 있다. 또, 플럭스 (5) 를 형성함으로써, 아크 방전에 의한 용융 금속의 절연 기판 (2) 으로의 부착을 억제하여, 용단 후에 있어서의 절연성을 향상시킬 수 있다.

이어서, 도 9(D) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상을 보호함과 함께, 아크 방전에 의한 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 용융 비산물을 저감시키는 커버 부재 (6) 가 탑재됨으로써 퓨즈 소자 (1) 가 완성된다. 커버 부재 (6) 는, 길이 방향의 양단에 폭 방향에 걸친 1 쌍의 측벽 (6a) 이 형성되고, 이 측벽 (6a) 이 표면 (2a) 상에 설치됨과 함께, 개방된 측면으로부터 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 단자부 (10) 가 상방으로 돌출되어 있다. 또한, 절연부 (8) 가 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 이 아니라, 커버 부재 (6) 의 윗면 (6b) 에 형성되어 있는 경우에는, 커버 부재 (6) 가 탑재됨으로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 병렬되는 복수의 엘리먼트부 (7) 사이에 절연부 (8) 가 위치된다.

이 퓨즈 소자 (1) 는, 도 9(E) 에 나타내는 바와 같이, 커버 부재 (6) 가 형성된 표면 (2a) 측을 회로 기판으로 향하는 페이스 다운 실장에 의해 접속된다. 이로써, 퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 각 엘리먼트부 (7) 가 커버 부재 (6) 및 단자부 (10) 에 의해 덮이기 때문에, 아크 방전의 발생에 의해서도 용융 금속이 단자부 (10) 나 커버 부재 (6) 에 의해 포착되어, 주위로의 비산을 방지할 수 있다.

[장출부]

또, 퓨즈 소자 (1) 는, 도 10 의 (A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 의 1 개의 엘리먼트부 (7) 가 접속되는 부위가 장출되는 장출부 (3a, 4a) 를 형성하고, 장출부 (3a, 4a) 사이에서의 전극 간의 거리를, 다른 엘리먼트부 (7) 가 접속되는 부위의 전극 간의 거리보다 짧게 해도 된다.

장출부 (3a, 4a) 상에도 엘리먼트부 (7) 를 탑재함으로써, 당해 엘리먼트부 (7) 는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 및 장출부 (3a, 4a) 와의 접촉 면적이 증가한다. 이 때문에, 당해 엘리먼트부 (7) 는, 전류가 흘러 자기 발열한 경우에도, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 및 그 장출부 (3a, 4a) 를 통해 방열되는 점에서, 장출부 (3a, 4a) 가 형성되어 있지 않은 부위에 탑재된 다른 엘리먼트부 (7) 에 비해 식기 쉬워져, 다른 엘리먼트부 (7) 보다 늦게 용단된다. 이로써, 퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 엘리먼트부 (7) 를 순차적으로 용단시킬 수 있다.

또, 장출부 (3a, 4a) 를 형성함으로써, 전극 간의 거리가 다른 엘리먼트부에 비해 짧아진다. 엘리먼트부 (7) 는, 전극 간의 거리가 길어질수록 용단되기 쉬워지는 점에서, 장출부 (3a, 4a) 상에 탑재된 엘리먼트부 (7) 는, 다른 엘리먼트부 (7) 보다 잘 용단되지 않아, 다른 엘리먼트부 (7) 에 비해 늦게 용단된다. 이것에 의해서도, 퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 엘리먼트부 (7) 를 순차적으로 용단시킬 수 있다.

또, 퓨즈 소자 (1) 는, 3 개 이상의 엘리먼트부가 형성된 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 사용하여, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 중에서, 내측의 엘리먼트부 (7) 가 탑재되는 부위에 장출부 (3a, 4a) 를 형성하여, 내측의 엘리먼트부 (7) 를 마지막에 용단시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 3 개의 엘리먼트부 (7A, 7B, 7C) 를 형성한 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 사용함과 함께, 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 가 탑재되는 부위에 장출부 (3a, 4a) 를 형성하여, 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 를 식기 쉽게 함과 함께 전극 간의 거리도 짧게 함으로써, 마지막에 용단시키는 것이 바람직하다.

상기 서술한 바와 같이 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 마지막 엘리먼트부 (7) 가 용단될 때에 아크 방전을 수반하는 점에서, 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 를 마지막에 용단시킴으로써, 아크 방전이 발생해도, 엘리먼트부 (7B) 의 용융 금속을, 먼저 용단되어 있는 외측의 엘리먼트부 (7A, 7C) 에 의해 포착할 수 있다. 따라서, 엘리먼트부 (7B) 의 용융 금속의 비산을 억제하여, 용융 금속에 의한 쇼트 등을 방지할 수 있다.

또한, 이 때, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 3 개의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 중에서, 내측에 위치하는 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 의 일부 또는 전부의 단면적을 외측에 위치하는 다른 엘리먼트부 (7A, 7C) 의 단면적보다 작게 함으로써 상대적으로 고저항화하고, 이로써 한가운데에 있는 엘리먼트부 (7B) 를 마지막에 용단시켜도 된다. 이 경우에도, 단면적을 상대적으로 작게 함으로써 마지막에 용단시키고 있기 때문에, 아크 방전도 엘리먼트부 (7B) 의 체적에 따라 소규모의 것으로 할 수 있다.

[제 2 형태]

또, 본 발명이 적용된 퓨즈 소자는, 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 단자부 (10) 를 일체로 성형함과 함께, 이 단자부 (10) 를 절연 기판 (2) 의 측면에 끼워맞추게 하여, 절연 기판 (2) 의 이면측으로 돌출시켜도 된다. 또한, 이하에 설명하는 퓨즈 소자 (20) 에 있어서, 상기 서술한 퓨즈 소자 (1) 와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 상세를 생략한다.

이 퓨즈 소자 (20) 는, 도 11(C) 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 상에 플럭스 (17) 를 형성하고, 이어서, 도 11(D) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 상에 커버 부재 (6) 를 탑재함으로써 제조된다. 단자부 (10) 는, 커버 부재 (6) 의 개방된 측면보다 절연 기판 (2) 의 이면측으로 돌출된다. 또한, 퓨즈 소자 (20) 에 있어서, 절연부 (8) 가 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 세워서 형성되거나, 혹은 퓨즈 엘리먼트 (5) 에 도포, 경화됨으로써 형성되어 있으면, 커버 부재 (6) 는 반드시 탑재할 필요는 없다.

그리고, 퓨즈 소자 (20) 는, 땜납 등의 접속 재료에 의해, 절연 기판 (2) 의 이면을 회로 기판을 향해 실장된다. 이로써, 퓨즈 소자 (20) 는, 단자부 (10) 가 회로 기판에 형성된 전극 단자와 접속되고, 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 회로 기판의 회로와 직렬로 접속된다.

이 퓨즈 소자 (20) 는, 도 11(A) 에 나타내는 바와 같이, 절연 기판 (2) 의 측면에 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 단자부 (10) 가 끼워맞춰지는 끼워맞춤 오목부 (21) 를 형성해도 된다. 끼워맞춤 오목부 (21) 를 형성함으로써, 회로 기판에 대한 실장 면적이 넓어지는 경우도 없으며, 또 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 끼워맞춤 위치를 고정시킬 수 있다.

또한, 도 11 에 나타내는 퓨즈 소자 (20) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 을 형성하지 않아도 된다. 이로써, 퓨즈 소자 (20) 는, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 전극을 형성할 필요가 없어, 제조 공수의 삭감을 도모할 수 있다.

또, 퓨즈 소자 (20) 에 있어서, 절연 기판 (2) 은, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 열을 방열하기 위해 사용되며, 열전도성이 양호한 세라믹 기판이 바람직하게 사용된다. 또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 절연 기판 (2) 에 접속시키는 접착제로는, 도전성은 없어도 되며, 열전도성이 우수한 것이 바람직하다. 또한, 이 퓨즈 소자 (20) 는, 절연 기판 (2) 의 이면에 방열용의 전극을 형성해도 된다.

또, 퓨즈 소자 (20) 는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 엘리먼트부 (7) 에 상당하는 복수 장의 엘리먼트 (11) 를 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 사이에 걸쳐 병렬로 접속시킴으로써 제조해도 된다. 퓨즈 소자 (20) 는, 병렬되는 엘리먼트 (11) 사이에 절연부 (8) 가 형성되어 있다. 각 엘리먼트 (22) 는, 단자부 (10) 가 절곡되어 형성됨과 함께, 이들 단자부 (10) 를 절연 기판 (2) 의 측면에 끼워맞추게 하여, 절연 기판 (2) 의 이면측으로 돌출시키고 있다.

이 경우에도, 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 형성된 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 은 형성하지 않아도 된다. 또, 퓨즈 소자 (20) 는, 엘리먼트 (11) 를 3 장 병렬시키고 (11A ∼ 11C), 내측에 형성되어 있는 한가운데에 있는 엘리먼트 (11B) 의 단면적을 외측에 형성되어 있는 다른 엘리먼트 (11A, 11C) 의 단면적보다 작게 함으로써 상대적으로 고저항화하여, 마지막에 용단시키도록 해도 된다.

[제 1, 제 2 전극의 분할]

또, 퓨즈 소자 (1, 20) 는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 을, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 복수의 엘리먼트부 (7) 나 복수 장의 엘리먼트 (11) 의 탑재 위치에 따라, 복수의 제 1 분할 전극 (3) 및 복수의 제 2 분할 전극 (4) 으로 분할해도 된다. 예를 들어, 도 13 의 (A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 퓨즈 소자 (1) 는, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 을, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 3 개의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 나 3 장의 엘리먼트 (11A ∼ 11C) 의 탑재 위치에 따라 제 1 분할 전극 (3A ∼ 3C) 및 제 2 분할 전극 (4A ∼ 4C) 으로 분할해도 된다.

제 1 전극 (3) 을 제 1 분할 전극 (3A ∼ 3C) 으로, 제 2 전극 (4) 을 제 2 분할 전극 (4A ∼ 4C) 으로 분할함으로써, 퓨즈 소자 (1) 는, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 엘리먼트부 (7A ∼ 7C) 또는 엘리먼트 (11A ∼ 11C) 의 땜납 접속시의 땜납의 표면 장력에 의한 실장 어긋남이나 부주의한 땜납 고임을 억제할 수 있다.

또, 퓨즈 소자 (1) 는, 절연부 (8) 를 제 1 분할 전극 (3A ∼ 3C) 에 인접하는 위치에서부터 각 제 2 분할 전극 (4A ∼ 4C) 에 인접하는 위치에 걸쳐 형성해도 된다. 상기 서술한 바와 같이, 퓨즈 소자 (1) 는, 리플로 납땜 등에 의해 회로 기판에 실장되고, 이로써, 퓨즈 엘리먼트 (5) 가 당해 회로 기판 상에 형성된 회로에 직렬로 장착된다. 이 때, 회로 기판의 접속 단자에 형성된 접속용 땜납이 용융되어, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 단자부 (10) 를 타고 절연 기판 (2) 의 표면 (2a) 에 형성된 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 위까지 이동하여, 병렬되는 엘리먼트부 (7) 사이의 영역에 응집되는 경우가 있다. 이 때문에, 퓨즈 소자 (1) 는, 엘리먼트부 (7) 에 있어서의 저항값이 저하되고, 또 차단 시간의 지연을 초래할 우려가 있다.

그래서, 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 을 엘리먼트부 (7) 또는 엘리먼트 (11) 에 따라 복수로 분할함과 함께, 땜납에 대한 젖음성을 갖지 않는 절연부 (8) 를 제 1 분할 전극 (3A ∼ 3C) 에 인접하는 위치에서부터 각 제 2 분할 전극 (4A ∼ 4C) 에 인접하는 위치에 걸쳐 형성함으로써, 회로 기판의 접속 단자에 형성된 접속용 땜납이 용융되어도, 제 1 분할 전극 (3A ∼ 3C) 및 제 2 분할 전극 (4A ∼ 4C) 까지 이동하는 것을 억제하거나 또는 이동량을 감소시킬 수 있어, 엘리먼트부 (7) 에 있어서의 저항값의 저하나 차단 시간의 지연을 방지할 수 있다.

[퓨즈 엘리먼트의 층 구조]

이어서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 구성에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 구성은, 엘리먼트 (11) 에도 적용할 수 있다. 상기 서술한 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 땜납 또는 Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 저융점 금속, 혹은 저융점 금속과 고융점 금속의 적층체이다. 예를 들어, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 내층과 외층으로 이루어지는 적층 구조체이며, 내층으로서 저융점 금속층 (5a), 저융점 금속층 (5a) 에 적층된 외층으로서 고융점 금속층 (5b) 을 갖는다 (도 4 참조).

저융점 금속층 (5a) 은, 바람직하게는 Sn 을 주성분으로 하는 금속으로, 「Pb 프리 땜납」이라고 일반적으로 불리는 재료이다 (예를 들어, 센쥬 금속 공업 제조, M705 등). 저융점 금속층 (5a) 의 융점은, 반드시 리플로로의 온도보다 높을 필요는 없으며, 200 ℃ 정도에서 용융되어도 된다. 고융점 금속층 (5b) 은, 저융점 금속층 (5a) 의 표면에 적층된 금속층으로, 예를 들어, Ag 혹은 Cu 또는 이들 중 어느 것을 주성분으로 하는 금속이며, 퓨즈 엘리먼트 (5) 를 리플로로에 의해 절연 기판 (2) 상에 실장을 실시하는 경우에 있어서도 용융되지 않는 높은 융점을 갖는다.

퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 내층이 되는 저융점 금속층 (5a) 에, 외층으로서 고융점 금속층 (5b) 을 적층함으로써, 리플로 온도가 저융점 금속층 (5a) 의 용융 온도를 초과한 경우라 하더라도, 퓨즈 엘리먼트 (5) 로서 용단되기에 이르지 않는다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 리플로에 의해 효율적으로 실장할 수 있다.

또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 소정의 정격 전류가 흐르고 있는 동안에는, 자기 발열에 의해서도 용단되는 경우가 없다. 그리고, 정격보다 높은 값의 전류가 흐르면, 자기 발열에 의해 용융되어, 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 사이의 전류 경로를 차단한다. 이 때, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 예를 들어 저융점 금속으로서 Sn 을 40 ％ 이상 포함시키는 합금을 사용함으로써, 용융된 저융점 금속층 (5a) 이 고융점 금속층 (5b) 을 용식시킴으로써, 고융점 금속층 (5b) 이 용융 온도보다 낮은 온도에서 용융된다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 저융점 금속층 (5a) 에 의한 고융점 금속층 (5b) 의 용식 작용을 이용하여 단시간에 용단될 수 있다. 또한, 퓨즈 엘리먼트 (5) 의 용융 금속은, 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 의 물리적인 인입 작용에 의해 좌우로 분단되는 점에서, 신속하게 또한 확실하게 제 1 및 제 2 전극 (3, 4) 사이의 전류 경로를 차단할 수 있다.

또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 내층이 되는 저융점 금속층 (5a) 에 고융점 금속층 (5b) 이 적층되어 구성되어 있기 때문에, 용단 온도를 종래의 고융점 금속으로 이루어지는 칩 퓨즈 등보다 대폭 저감시킬 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 동일 사이즈의 칩 퓨즈 등에 비해 단면적을 크게 할 수 있어, 전류 정격을 대폭 향상시킬 수 있다. 또, 동일한 전류 정격을 갖는 종래의 칩 퓨즈보다 소형화, 박형화를 도모할 수 있어, 속용단성이 우수하다.

또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 퓨즈 소자 (1) 가 장착된 전기 계통에 비정상으로 높은 전압이 순간적으로 인가되는 서지에 대한 내성 (내펄스성) 을 향상시킬 수 있다. 즉, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 예를 들어 100 A 의 전류가 수 msec 흐른 경우에서까지 용단되어서는 안 된다. 이 점에서, 극히 단시간에 흐르는 대전류는 도체의 표층을 흐르는 점에서 (표피 효과), 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 외층으로서 저항값이 낮은 Ag 도금 등의 고융점 금속층 (5b) 이 형성되어 있기 때문에, 서지에 의해 인가된 전류를 흘리기 쉬워, 자기 발열에 의한 용단을 방지할 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 종래의 땜납 합금으로 이루어지는 퓨즈에 비해 대폭 서지에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.

퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 저융점 금속층 (5a) 의 표면에 고융점 금속 (5b) 을 전해 도금법 등의 성막 기술을 사용함으로써 제조할 수 있다. 예를 들어, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 소정의 형상으로 성형된 땜납박의 표면에 Ag 도금을 실시함으로써 효율적으로 제조할 수 있다. 또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 땜납박을 전해 도금법 등에 의해 고융점 금속을 피복한 후, 엘리먼트부 (7) 사이의 영역에 따른 소정 지점을 타발함으로써, 저융점 금속층 (5a) 의 상하에 고융점 금속층 (5b) 이 적층된 적층 구조를 구비한다. 또한, 엘리먼트 (11) 는, 각각 땜납박을 전해 도금법 등에 의해 고융점 금속을 피복함으로써, 저융점 금속층 (5a) 을 내층으로 하고, 고융점 금속층 (5b) 을 외층으로 한 피복 구조를 구비한다.

또, 퓨즈 엘리먼트 (5) 및 엘리먼트 (11) 는, 저융점 금속층 (5a) 의 체적을 고융점 금속층 (5b) 의 체적보다 많게 형성하는 것이 바람직하다. 퓨즈 엘리먼트 (5) 및 엘리먼트 (11) 는, 자기 발열에 의해 저융점 금속이 용융됨으로써 고융점 금속을 용식시키고, 이로써 신속하게 용융, 용단될 수 있다. 따라서, 퓨즈 엘리먼트 (5) 및 엘리먼트 (11) 는, 저융점 금속층 (5a) 의 체적을 고융점 금속층 (5b) 의 체적보다 많게 형성함으로써 이 용식 작용을 촉진시켜, 신속하게 제 1, 제 2 전극 (3, 4) 사이를 차단할 수 있다.

또, 상기 서술한 바와 같이, 퓨즈 엘리먼트 (5) 는, 외층의 고융점 금속층 (5b) 또는 저융점 금속층 (5a) 의 산화 방지와, 용단시의 산화물 제거 및 땜납의 유동성 향상을 위해, 퓨즈 엘리먼트 (5) 상의 외층의 거의 전체면에 플럭스 (17) 가 도포되어 있다. 플럭스 (17) 를 도포함으로써, 저융점 금속 (예를 들어, 땜납) 의 젖음성을 높임과 함께, 저융점 금속이 용해되고 있는 동안의 산화물을 제거하여, 고융점 금속 (예를 들어, 은) 에 대한 용식 작용을 이용하여 속용단성을 향상시킬 수 있다.

또, 플럭스 (17) 를 도포함으로써, 최외층의 고융점 금속층 (5b) 의 표면에, Sn 을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납 등의 산화 방지막 (7) 을 형성한 경우에도, 당해 산화 방지막 (7) 의 산화물을 제거할 수 있고, 고융점 금속층 (5b) 의 산화를 효과적으로 방지하여, 속용단성을 유지, 향상시킬 수 있다.

1 : 퓨즈 소자,
2 : 절연 기판,
2a : 표면,
3 : 제 1 전극,
4 : 제 2 전극,
5 : 퓨즈 엘리먼트,
6 : 커버 부재,
6a : 측벽,
6b : 윗면,
7 : 엘리먼트부,
8 : 절연부,
10 : 단자부,
11 : 엘리먼트,
17 : 플럭스,
20 : 퓨즈 소자,
21 : 끼워맞춤 오목부

Claims (16)

1. 절연 기판과,
   상기 절연 기판 상에 탑재되어, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열에 의해 용단되어 통전 경로를 차단하는, 병렬로 연결된 복수의 엘리먼트부를 구비하는 퓨즈 엘리먼트, 또는 병렬로 연결된 복수의 퓨즈 엘리먼트와,
   상기 복수의 엘리먼트부 사이 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트 사이에 형성되어, 용단시에 병렬로 연결된 상기 엘리먼트부 또는 상기 퓨즈 엘리먼트의 접속을 방지하는 절연부를 구비하고,
   상기 복수의 엘리먼트부 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트는, 저항값이 상이한 것을 포함하는, 퓨즈 소자.
2. 절연 기판과,
   상기 절연 기판 상에 탑재되어, 정격을 초과하는 전류가 통전함으로써 자기 발열에 의해 용단되어 통전 경로를 차단하는, 병렬로 연결된 복수의 엘리먼트부를 구비하는 퓨즈 엘리먼트, 또는 병렬로 연결된 복수의 퓨즈 엘리먼트와,
   상기 복수의 엘리먼트부 사이 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트 사이에 형성되어, 용단시에 병렬로 연결된 상기 엘리먼트부 또는 상기 퓨즈 엘리먼트의 접속을 방지하는 절연부를 구비하고,
   상기 복수의 엘리먼트부 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트는, 순차적으로 용단되도록 제어되어 있는, 퓨즈 소자.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 복수의 엘리먼트부 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트는, 1 개의 엘리먼트부 또는 퓨즈 엘리먼트의 일부 또는 전부의 단면적이 다른 엘리먼트부 또는 퓨즈 엘리먼트의 단면적보다 작게 되어 있는, 퓨즈 소자.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연부는, 최초로 용단되는 상기 엘리먼트부와 그 최초로 용단되는 상기 엘리먼트부에 병렬로 연결된 상기 엘리먼트부 사이, 또는 최초로 용단되는 상기 퓨즈 엘리먼트와 그 최초로 용단되는 상기 퓨즈 엘리먼트에 병렬로 연결된 상기 퓨즈 엘리먼트 사이에 형성되어 있는, 퓨즈 소자.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 절연 기판에 형성된 제 1 및 제 2 전극을 갖고,
   상기 엘리먼트부 또는 상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 걸쳐 실장되어 있는, 퓨즈 소자.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 절연부는, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 영역에 형성되어 있는, 퓨즈 소자.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 제 1 및 제 2 전극과 땜납 접속되어 있는, 퓨즈 소자.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 퓨즈 엘리먼트는,
   저융점 금속층과,
   상기 저융점 금속층에 적층된 고융점 금속층을 갖고,
   상기 저융점 금속층이, 통전 시에 상기 고융점 금속층을 용식하여 용단되는 작용을 이용한, 퓨즈 소자.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 저융점 금속층의 상하에 상기 고융점 금속층이 적층되어 있는, 퓨즈 소자.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 저융점 금속층을 내층으로 하고, 상기 고융점 금속층을 외층으로 한 피복 구조인, 퓨즈 소자.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 퓨즈 엘리먼트는, 상기 고융점 금속층의 체적보다 상기 저융점 금속층의 체적이 더 큰, 퓨즈 소자.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    커버 부재에 의해 상기 절연 기판 상의 상기 퓨즈 엘리먼트의 차단 부위가 덮여 있는, 퓨즈 소자.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 커버 부재에 상기 절연부가 형성되어 있는, 퓨즈 소자.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연 기판의 표면에 상기 절연부가 형성되어 있는, 퓨즈 소자.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연부는, 상기 복수의 엘리먼트부 사이 또는 상기 복수의 퓨즈 엘리먼트 사이에 도포된 절연성의 재료가 경화됨으로써 형성되는, 퓨즈 소자.
16. 병렬로 연결된 복수의 엘리먼트부와,
    상기 복수의 엘리먼트부 사이에 형성되어, 용단시에 병렬로 연결된 상기 복수의 엘리먼트부끼리의 접속을 방지하는 절연부를 갖고,
    상기 복수의 엘리먼트부는, 저항값이 상이한 것을 포함하여, 정격을 초과하는 전류의 통전에 의한 자기 발열에 의해 용단되는, 퓨즈 엘리먼트.

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