KR20220035499A - 보호 소자 - Google Patents
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Abstract
절연 기판과, 상기 절연 기판의 한쪽의 표면 상에, 서로 대향하도록 설치된 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 절연 기판의 한쪽의 표면 상에 설치된 발열체와, 상기 발열체의 한쪽의 단부에 접속되는 제3 전극과, 상기 발열체의 상기 한쪽의 단부와는 반대측의 단부에 접속되는 발열체 인출 전극과, 서로 대향하는 한쪽의 단부가 상기 제1 전극과 접속되고, 다른쪽의 단부가 상기 제2 전극과 접속되고, 상기 한쪽의 단부와 상기 다른쪽의 단부 사이의 중앙부가 상기 발열체 인출 전극에 접하는 퓨즈 엘리먼트를 구비하고, 상기 제1 전극은, 상기 제2 전극에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제1 절연 부재로 피복되고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제2 절연 부재로 피복되어 있는 보호 소자.
Description
본 발명은, 보호 소자에 관한 것이다.
본원은, 2019년 9월 4일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2019-161178호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
회로 기판에는, 일반적으로 보호 소자가 구비되어 있다. 보호 소자는, 전류 경로에 정격을 초과하는 과전류가 발생했을 때 등의 이상(異常) 시에, 전류 경로를 차단한다. 보호 소자로서는, 예를 들면, 절연 기판과, 절연 기판의 한쪽의 표면 상에, 서로 대향하도록 설치된 제1 전극 및 제2 전극과, 절연 기판의 한쪽의 표면 상에 설치된 발열체와, 발열체의 한쪽의 단부에 접속되는 제3 전극과, 발열체의 제3 전극과 접속되어 있는 단부와는 반대측의 단부에 접속되는 발열체 인출 전극과, 서로 대향하는 한쪽의 단부가 제1 전극과 접속되고, 다른쪽의 단부가 제2 전극과 접속되고, 그 단부 사이의 중앙부가 발열체 인출 전극에 접속되는 퓨즈 엘리먼트를 구비하는 구성의 것이 알려져 있다(특허 문헌 1을 참조). 이 구성의 보호 소자에서는, 제1 전극과 발열체 인출 전극의 사이 및 제2 전극과 발열체 인출 전극의 사이는 공간으로 되어 있다. 이 때문에, 퓨즈 엘리먼트를 열에 의해 용융시킴으로써, 퓨즈 엘리먼트는, 제1 전극과 발열체 인출 전극의 공간 상 혹은 제2 전극과 발열체 인출 전극의 공간 상에서 용단(溶斷)된다.
상기의 보호 소자는, 제1 전극과 제2 전극의 사이에 과전류가 흐르면, 퓨즈 엘리먼트에서 줄 열이 발생한다. 이 열에 의해 퓨즈 엘리먼트가 용융되어 용단됨으로써, 회로 기판의 전류 경로가 차단된다. 또, 회로 기판에 과전류 이외의 이상이 발생했을 때에는, 제3 전극에 전류가 흐름으로써, 발열체가 발열한다. 그 열이, 발열체 인출 전극을 통하여 퓨즈 엘리먼트에 전해져, 퓨즈 엘리먼트가 용융되어 용단된다. 이것에 의해, 회로 기판의 전류 경로가 차단된다.
최근의 전자 기기의 고전력화나 소형화에 수반하여, 보호 소자에 대해서는 저저항화와 소형화가 한층 더 요망되고 있다. 보호 소자의 저저항화를 위해, 퓨즈 엘리먼트의 단면적을 크게 하는 것이 생각된다. 그러나, 이 경우, 용융된 퓨즈 엘리먼트를 유지하기 위한 스페이스를 확보할 필요가 생기기 때문에, 보호 소자를 소형화하는 것이 어렵다.
또, 보호 소자의 저저항화와 소형화를 위해, 제1 전극과 발열체 인출 전극의 사이 및 제2 전극과 발열체 인출 전극의 사이를 좁게 하고, 퓨즈 엘리먼트의 폭을 짧게 하는 것이 생각된다. 그러나, 이 경우, 제1 전극과 발열체 인출 전극의 사이 혹은 제2 전극과 발열체 인출 전극의 사이에서 내부 단락이 일어나기 쉬워진다.
본 발명은, 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 저저항화와 소형화가 용이한 구조이며, 또한 내부 단락이 일어나기 어려운 보호 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 제공한다.
(1) 본 발명의 일 양태에 따른 보호 소자는, 절연 기판과, 상기 절연 기판의 한쪽의 표면 상에, 서로 대향하도록 설치된 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 절연 기판의 한쪽의 표면 상에 설치된 발열체와, 상기 발열체의 한쪽의 단부에 접속되는 제3 전극과, 상기 발열체의 상기 한쪽의 단부와는 반대측의 단부에 접속되는 발열체 인출 전극과, 서로 대향하는 한쪽의 단부가 상기 제1 전극과 접속되고, 다른쪽의 단부가 상기 제2 전극과 접속되고, 상기 한쪽의 단부와 상기 다른쪽의 단부 사이의 중앙부가 상기 발열체 인출 전극에 접하는 퓨즈 엘리먼트를 구비하고, 상기 제1 전극은, 상기 제2 전극에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제1 절연 부재로 피복되고, 상기 제2 전극은, 상기 제1 전극에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제2 절연 부재로 피복되어 있다.
(2) 상기 (1)에 기재된 양태에 있어서, 상기 발열체 인출 전극이, 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재의 상면에까지 연장되어 있는 구성으로 해도 된다.
본 발명에 의하면, 저저항화와 소형화가 용이한 구조이며, 또한 내부 단락이 일어나기 어려운 보호 소자를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 보호 소자의 상면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 보호 소자의 하면도이다.
도 3은 도 1의 III-III＇선 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV＇선 종단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 보호 소자가 작동하여, 퓨즈 엘리먼트가 용융된 상태를 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 소자의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 소자의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 보호 소자의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 보호 소자의 하면도이다.
도 10은 도 9의 X-X＇선 횡단면도이다.
도 11은 도 9의 XI-XI＇선 종단면도이다.
도 12는 비교예 1에서 제작한 보호 소자의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 보호 소자의 하면도이다.
도 3은 도 1의 III-III＇선 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV＇선 종단면도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 보호 소자가 작동하여, 퓨즈 엘리먼트가 용융된 상태를 나타내는 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 소자의 횡단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 소자의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 보호 소자의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 보호 소자의 하면도이다.
도 10은 도 9의 X-X＇선 횡단면도이다.
도 11은 도 9의 XI-XI＇선 종단면도이다.
도 12는 비교예 1에서 제작한 보호 소자의 횡단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 특징을 알기 쉽게 하기 위해 편의상 특징이 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있다. 도면의 각 구성 요소의 치수 비율 등은, 실제와는 상이한 경우가 있다. 이하의 설명에 있어서 예시되는 재료, 치수 등은 일례이며, 본 발명은 그들에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 효과를 나타내는 범위에서 적절히 변경하여 실시 가능하다.
[제1 실시 형태]
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 보호 소자의 구성을 도 1~도 4에 나타낸다. 도 1은, 보호 소자의 상면도(평면도)이다. 도 2는 보호 소자의 하면도(저면도)이다. 도 3은 도 1의 III-III＇선 횡단면도이다. 도 4는 도 1의 IV-IV＇선 종단면도이다.
제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)는, 절연 기판(10)과, 절연 기판(10)의 상면(10a) 상에, 서로 대향하도록 설치된 제1 전극(11)(제1 상면 전극(11a) 및 제2 전극(12)(제2 상면 전극(12a))과, 절연 기판(10)의 하면(10b) 상에 설치된 발열체(20)와, 발열체(20)의 한쪽의 단부에 접속되는 제3 전극(13)과, 발열체(20)의 한쪽의 단부와는 반대측의 단부에 접속되는 발열체 인출 전극(14)과, 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 발열체 인출 전극(14)과 접속되는 퓨즈 엘리먼트(30)를 구비한다. 퓨즈 엘리먼트(30)의 서로 대향하는 한쪽의 단부(30a)에는 제1 전극(11)이 제1 단자(18a)를 통하여 접속되어 있다. 다른쪽의 단부(30b)에는 제2 전극(12)이 제2 단자(18b)를 통하여 접속되어 있다. 그리고, 퓨즈 엘리먼트(30)의 단부(30a)와 단부(30b) 사이의 중앙부(30c)에는, 발열체 인출 전극(14)이 도전 부재(15)를 통하여 접속되어 있다. 제1 단자(18a)와 퓨즈 엘리먼트(30), 제2 단자(18b)와 퓨즈 엘리먼트(30), 그리고 도전 부재(15)와 퓨즈 엘리먼트(30)는, 각각 땜납 페이스트(32)에 의해 접착되어 있다.
절연 기판(10)으로서는, 절연성을 가지는 재질의 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 세라믹스 기판이나 유리 에폭시 기판과 같은 프린트 배선 기판에 이용되는 기판 외에, 유리 기판, 수지 기판, 절연 처리 금속 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 중에서는, 내열성과 열전도성이 우수한 절연 기판인 세라믹스 기판이 적합하다.
제1 전극(11)은, 제1 상면 전극(11a)과, 제1 하면 전극(11b)과, 제1 도통부(11c)로 이루어진다. 제1 상면 전극(11a)은, 절연 기판(10)의 상면(10a) 상에 형성되어 있다. 제1 상면 전극(11a)은, 제2 상면 전극(12a)에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제1 절연 부재(17a)로 피복되어 있다. 제1 상면 전극(11a)의 제1 절연 부재(17a)로 피복되어 있지 않은 부분은, 제1 단자(18a)로 피복되어 있다. 제1 하면 전극(11b)은, 절연 기판(10)의 하면(10b) 상에 형성되어 있다. 제1 하면 전극(11b)은, 회로 기판의 배선에 접속된다. 제1 도통부(11c)는, 절연 기판(10)을 관통하여, 제1 상면 전극(11a)과 제1 하면 전극(11b)을 전기적으로 접속하고 있다.
제2 전극(12)은, 제2 상면 전극(12a)과, 제2 하면 전극(12b)과, 제2 도통부(12c)로 이루어진다. 제2 상면 전극(12a)은, 절연 기판(10)의 상면(10a) 상에 형성되어 있다. 제2 상면 전극(12a)은, 제1 상면 전극(11a)에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제2 절연 부재(17b)로 피복되어 있다. 제2 상면 전극(12a)의 제2 절연 부재(17b)로 피복되어 있지 않은 부분은, 제2 단자(18b)로 피복되어 있다. 제2 하면 전극(12b)은, 절연 기판(10)의 하면(10b) 상에 형성되어 있다. 제2 하면 전극(12b)은, 회로 기판의 배선에 접속된다. 제2 도통부(12c)는, 절연 기판(10)을 관통하여, 제2 상면 전극(12a)과 제2 하면 전극(12b)을 전기적으로 접속하고 있다.
제3 전극(13)은, 발열체(20)의 한쪽의 단부에 접속되어 있다. 제3 전극(13)은, 일부가 단열 부재(21)로 피복되어 있다. 제3 전극(13)의 단열 부재(21)로 피복되어 있지 않은 부분은, 회로 기판의 스위칭 소자에 접속된다. 스위칭 소자는, 회로 기판에 과전류 이외의 이상이 발생했을 때에 작동하여, 제3 전극(13)에 전류를 공급한다.
제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 제3 전극(13)을 구성하는 재료로서는, Ag, Cu 등의 금속 재료를 이용할 수 있다. 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 제3 전극(13)은, 표면이 Ag, Ag-Pt, Ag-Pd, Au, Ni-Au 등의 금속 혹은 합금으로 피복되어 있어도 된다.
발열체(20)는, 제3 전극(13)과 비교해 상대적으로 저항이 높다. 발열체(20)는, 통전에 의해 발열하기 쉬운 고저항 도전성 재료로 형성되어 있다. 발열체(20)를 구성하는 재료로서는, 산화 루테늄이나 카본 블랙을 이용할 수 있다.
발열체(20)는, 단열 부재(21)로 피복되어 있다. 단열 부재(21)의 재료로서는, 예를 들면, 세라믹스, 유리 등의 절연 재료를 이용할 수 있다.
발열체 인출 전극(14)은, 발열체 인출 상면 전극(14a)과, 발열체 인출 하면 전극(14b)과, 발열체 인출 전극 도통부(14c)로 이루어진다. 발열체 인출 상면 전극(14a)은, 절연 기판(10)의 상면(10a) 상에 형성되어 있다. 발열체 인출 상면 전극(14a)의 상면 상에는, 도전 부재(15)가 적층되어 있다. 발열체 인출 하면 전극(14b)은, 절연 기판(10)의 하면(10b) 상에 형성되고, 발열체(20)와 접속되어 있다. 발열체 인출 전극 도통부(14c)는, 절연 기판(10)을 관통하여, 발열체 인출 상면 전극(14a)과 발열체 인출 하면 전극(14b)을 전기적으로 접속하고 있다.
발열체 인출 전극(14) 및 도전 부재(15)는, 열전도성과 도전성이 높은 것이 바람직하다. 발열체 인출 전극(14) 및 도전 부재(15)를 구성하는 재료로서는 Ag, Cu 등의 금속 재료를 이용할 수 있다. 발열체 인출 전극(14) 및 도전 부재(15)는, 표면이 Ag, Ag-Pt, Ag-Pd, Au, Ni-Au 등의 금속 혹은 합금으로 피복되어 있어도 된다.
발열체 인출 상면 전극(14a)과 제1 단자(18a)의 사이에는 공간(19a)이 형성되어 있다. 또, 발열체 인출 상면 전극(14a)과 제2 단자(18b)의 사이에는 공간(19b)이 형성되어 있다. 공간(19a)의 하방의 제1 상면 전극(11a)은 제1 절연 부재(17a)로 피복되어 있다. 공간(19b)의 하방의 제2 상면 전극(12a)은 제2 절연 부재(17b)로 피복되어 있다. 이 때문에, 발열체 인출 상면 전극(14a)을, 제1 절연 부재(17a)의 상면에까지, 특히 제1 절연 부재(17a)를 통하여 발열체 인출 상면 전극(14a)과 제1 상면 전극(11a)이 겹치는 위치에까지 연장하고 있어도 내부 단락이 일어나기 어렵다. 마찬가지로, 발열체 인출 상면 전극(14a)을, 제2 절연 부재(17b)의 상면에까지, 특히 제2 절연 부재(17b)를 통하여 발열체 인출 상면 전극(14a)과 제1 상면 전극(11a)이 겹치는 위치에까지 연장하고 있어도 내부 단락이 일어나기 어렵다. 따라서, 공간(19a) 및 공간(19b)의 폭을 좁게 할 수 있다. 공간(19a)의 폭(Wa)과 공간(19b)의 폭(Wb)은, 각각 0.02mm 이상 1.0mm 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
퓨즈 엘리먼트(30)는 열에 의해 용단 가능하면, 구성이나 재료는 특별히 제한은 없다. 퓨즈 엘리먼트(30)는, 금속 단체여도 된다. 퓨즈 엘리먼트(30)는, 외측을 상대적으로 융점이 높은 고융점 금속층으로 하고, 내측을 상대적으로 융점이 낮은 저융점 금속층으로 한 적층체여도 된다.
퓨즈 엘리먼트(30)가 금속 단체인 경우, 그 재료로서는 In, Pb, Ag, Cu 또는 이들 중 어느 하나를 주성분으로 하는 합금을 이용할 수 있다. 적층체의 경우, 저융점 금속층은, 융점이, 보호 소자(1)를 실장할 때에 행해지는 리플로우 시의 가열 온도(통상은, 약 220℃) 이상이며, 280℃ 이하의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 저융점 금속층의 재료는, 주석 혹은 주석을 주성분으로 하는 주석 합금인 것이 바람직하다. 주석 합금의 주석의 함유량은 40질량% 이상인 것이 바람직하고, 60질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 주석 합금의 예로서는, Sn-Bi 합금, In-Sn 합금, Sn-Ag-Cu 합금을 들 수 있다. 고융점 금속층은, 저융점 금속층의 용융물에 용해되는 금속 재료로 이루어지는 층이다. 저융점 금속층의 재료가 주석 혹은 주석 합금인 경우, 고융점 금속층의 재료는, 은 혹은 은을 주성분으로 하는 합금인 것이 바람직하다. 은 합금의 은의 함유량은 40질량% 이상인 것이 바람직하고, 60질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 은 합금의 예로서는, Ag-Pd 합금을 들 수 있다.
도 5는, 제1 실시 형태의 보호 소자가 작동하여, 퓨즈 엘리먼트가 용융된 상태를 나타내는 횡단면도이다. 도 5의 횡단면도는, 도 3의 III-III＇선 횡단면도와 동일 위치의 횡단면도이다.
회로 기판의 배선에 과전류가 흐르면, 보호 소자(1)의 제1 전극(11)과 제1 단자(18a) 및 제2 전극(12)과 제2 단자(18b)를 통하여 퓨즈 엘리먼트(30)에 과전류가 흐른다. 퓨즈 엘리먼트(30)에 과전류가 흐르면, 퓨즈 엘리먼트(30)에서 줄 열이 발생한다. 이 열에 의해 퓨즈 엘리먼트(30)가 용융되어 용단됨으로써, 회로 기판의 전류 경로가 차단된다. 또, 회로 기판에 과전류 이외의 이상이 발생했을 때에는, 제3 전극(13)에 전류가 흐름으로써, 발열체(20)가 발열한다. 그 열이, 발열체 인출 전극(14)을 통하여 퓨즈 엘리먼트(30)에 전해져, 퓨즈 엘리먼트(30)가 용융되어 용단됨으로써, 회로 기판의 전류 경로가 차단된다. 용융된 후의 퓨즈 엘리먼트 용융 고화물(31)은, 땜납 페이스트(32) 상에 유지된다.
다음에, 보호 소자(1)의 제조 방법을 설명한다.
보호 소자(1)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 처음에, 절연 기판(10)을 준비한다.
준비한 절연 기판(10)에, 제1 전극(11)의 제1 도통부(11c)와, 제2 전극(12)의 제2 도통부(12c)와, 발열체 인출 전극 도통부(14c)를 형성한다.
다음에, 절연 기판(10)의 상면(10a)의 제1 도통부(11c)의 주위에 제1 상면 전극(11a)을, 제2 도통부(12c)의 주위에 제2 상면 전극(12a)을 각각 형성한다. 또한, 제1 상면 전극(11a)과 제2 상면 전극(12a)의 사이에 발열체 인출 상면 전극(14a)을 형성한다. 또, 절연 기판(10)의 하면(10b)의 제1 도통부(11c)의 주위에 제1 하면 전극(11b)을, 제2 도통부(12c)의 주위에 제2 하면 전극(12b)을 각각 형성한다. 또한, 절연 기판(10)의 하면(10b)의 발열체 인출 전극 도통부(14c)의 주위에 발열체 인출 하면 전극(14b)을 형성한다. 발열체 인출 하면 전극(14b)과는 대향하는 위치에 제3 전극(13)을 형성한다.
이들 전극은, 예를 들면, 인쇄법, 도금법, 증착법, 스퍼터법 등 전극의 형성 방법으로서 이용되고 있는 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 인쇄법은, 전극 형성용의 금속 혹은 합금의 페이스트를 원하는 패턴으로 인쇄하고, 필요에 따라 소성하는 방법이다.
다음에, 절연 기판(10)의 하면(10b) 상에 발열체(20)를 형성한다. 발열체(20)는, 한쪽의 단부가 제3 전극(13)에 접속되고, 다른쪽의 단부가 발열체 인출 하면 전극(14b)과 접속되도록 형성한다. 다음에, 발열체(20)를 단열 부재(21)로 피복한다.
발열체(20)는, 예를 들면, 고저항 도전 재료와 바인더를 포함하는 고저항 도전성 페이스트를 도포하고, 필요에 따라 소성함으로써 형성할 수 있다. 바인더로서는, 물유리 등의 무기계 바인더나 열경화성 수지 등의 유기계 바인더를 이용할 수 있다. 또, 발열체(20)는, 도금법, 증착법, 스퍼터법 등의 도전막의 형성 방법으로서 이용되고 있는 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 발열체(20)의 형성 방법으로서, 상기의 방법에 의해 얻어진 고저항 도전막을 부착이나 적층하는 방법을 이용해도 된다.
단열 부재(21)는, 예를 들면, 인쇄법, 도금법, 증착법, 스퍼터법 등 전극의 형성 방법으로서 이용되고 있는 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 인쇄법은, 단열 부재의 페이스트를 원하는 패턴으로 인쇄하고, 필요에 따라 소성하는 방법이다.
다음에, 제1 상면 전극(11a)의 제2 상면 전극(12a)에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 일부에 제1 절연 부재(17a)를 형성한다. 제1 상면 전극(11a)의 제1 절연 부재(17a)가 형성되어 있지 않은 부분에 제1 단자(18a)를 형성한다. 마찬가지로, 제2 상면 전극(12a)의 제1 상면 전극(11a)에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 일부에 제2 절연 부재(17b)를 형성한다. 제2 상면 전극(12a)의 제2 절연 부재(17b)가 형성되어 있지 않은 부분에 제2 단자(18b)를 형성한다. 또한, 제1 절연 부재(17a)와 제1 단자(18a) 및 제2 절연 부재(17b)와 제2 단자(18b)의 형성 순서는, 특별히 제한은 없다. 제1 단자(18a)와 제2 단자(18b)를, 제1 절연 부재(17a)와 제2 절연 부재(17b)보다 먼저 형성해도 된다.
제1 절연 부재(17a) 및 제2 절연 부재(17b)는, 예를 들면, 인쇄법에 의해 형성할 수 있다. 인쇄법은, 절연 재료의 페이스트를 원하는 패턴으로 인쇄하고, 필요에 따라 소성하는 방법이다.
제1 단자(18a) 및 제2 단자(18b)는, 예를 들면, 인쇄법, 도금법, 증착법, 스퍼터법 등 전극의 형성 방법으로서 이용되고 있는 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다. 인쇄법은, 단자 형성용의 금속 혹은 합금의 페이스트를 원하는 패턴으로 인쇄하고, 필요에 따라 소성하는 방법이다.
다음에, 발열체 인출 상면 전극(14a)의 상면에, 도전 부재(15)를 형성한다. 도전 부재(15)는, 예를 들면, 인쇄법, 도금법, 증착법, 스퍼터법 등 전극의 형성 방법으로서 이용되고 있는 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다.
그리고, 제1 단자(18a), 도전 부재(15) 및 제2 단자(18b)의 상면에, 퓨즈 엘리먼트(30)를 적층한다. 퓨즈 엘리먼트(30)는, 제1 단자(18a), 도전 부재(15) 및 제2 단자(18b)의 상면에, 땜납 페이스트(32)를 도포하고, 다음에, 땜납 페이스트(32) 상에 퓨즈 엘리먼트(30)를 배치함으로써 적층할 수 있다.
이상과 같은 구성으로 된 본 실시 형태의 보호 소자(1)에 의하면, 제1 상면 전극(11a)과 제2 상면 전극(12a)이 각각 제1 절연 부재(17a)와 제2 절연 부재(17b)로 피복되어 있으므로, 공간(19a)의 폭(Wa) 그리고 공간(19b)의 폭(Wb)을 좁게 해도 내부 단락이 일어나기 어렵다. 이 때문에, 본 실시 형태의 보호 소자(1)는, 소형화가 용이해진다. 또, 공간(19a)의 폭(Wa) 그리고 공간(19b)의 폭(Wb)을 좁게 함으로써, 퓨즈 엘리먼트(30)의 폭을 짧게 할 수 있으므로, 보호 소자(1)의 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 저항을 낮게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 보호 소자(1)는, 저저항화와 소형화가 용이하며, 또한 내부 단락이 일어나기 어렵다.
[제2 실시 형태]
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 소자의 구성을 도 6~도 7에 나타낸다. 도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 보호 소자의 횡단면도이며, 도 7은, 보호 소자의 종단면도이다. 도 6의 횡단면도는, 도 3의 III-III＇선 횡단면도에 상당하고, 도 7의 종단면도는, 도 4의 IV-IV선 종단면도에 상당한다.
제2 실시 형태에 따른 보호 소자(2)는, 발열체 인출 상면 전극(14d)이, 제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)의 발열체 인출 상면 전극(14a)과 도전 부재(15)를 일체로 한 형상으로 되어 있어, 도전 부재(15)를 통하지 않고 퓨즈 엘리먼트(30)와 접속되어 있다. 이 점에 있어서, 제2 실시 형태에 따른 보호 소자(2)는, 제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)와 상이하다. 또한, 제2 실시 형태에 따른 보호 소자(2)와 제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)에서 공통되는 부분은, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
보호 소자(2)는, 예를 들면, 하기의 점 이외에는, 제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)와 동일하게 하여 제조할 수 있다.
절연 기판(10)의 상면(10a)에 발열체 인출 상면 전극(14a)을 형성하지 않는 것.
도전 부재(15)를 형성하는 대신에, 절연 기판(10)의 상면(10a)에 발열체 인출 상면 전극(14d)을 형성하는 것. 발열체 인출 상면 전극(14d)은, 예를 들면, 인쇄법, 도금법, 증착법, 스퍼터법 등 전극의 형성 방법으로서 이용되고 있는 공지의 방법에 의해 형성할 수 있다.
이상과 같은 구성으로 된 본 실시 형태의 보호 소자(2)에 의하면, 제1 상면 전극(11a)과 제2 상면 전극(12a)이 각각 제1 절연 부재(17a)와 제2 절연 부재(17b)로 피복되어 있으므로, 제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)와 마찬가지로, 저저항화와 소형화가 용이하며, 또한 내부 단락이 일어나기 어렵다. 또, 보호 소자(2)는, 발열체 인출 상면 전극(14d)이 도전 부재(15)를 통하지 않고 퓨즈 엘리먼트(30)와 접속되어 있으므로, 발열체(20)에서 발열한 열을 보다 효율적으로 퓨즈 엘리먼트(30)에 전열(傳熱)시킬 수 있다. 이 때문에, 보호 소자(2)에 의하면, 제3 전극(13)에 전류가 흘렀을 때의 용단 속도를 보다 빠르게 할 수 있다.
[제3 실시 형태]
본 발명의 제3 실시 형태에 따른 보호 소자의 구성을 도 8~도 11에 나타낸다. 도 8은, 보호 소자의 상면도(평면도)이며, 도 9는 보호 소자의 하면도(저면도)이다. 도 10은 도 8의 X-X＇선 횡단면도이며, 도 11은 도 8의 XI-XI＇선 종단면도이다. 또한, 제3 실시 형태에 따른 보호 소자(3)와 제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)에서 공통되는 부분은, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
제3 실시 형태에 따른 보호 소자(3)에서는, 발열체(20)는, 절연 기판(10)의 상면(10a) 상에 구비되어 있다. 발열체(20)는, 단열 부재(21)로 피복되어 있다. 단열 부재(21)는, 제1 상면 전극(11a)의 제2 상면 전극(12a)에 대향하는 측면 및 그 측면에 접속되는 상면의 일부와, 제2 상면 전극(12a)의 제1 상면 전극(11a)에 대향하는 측면 및 그 측면에 접속되는 상면의 일부를 피복하고 있다. 즉, 단열 부재(21)는, 제1 상면 전극(11a)과 제2 상면 전극(12a)을 절연하는 절연 부재로서도 기능하고 있다.
발열체(20)의 한쪽의 단부는 제3 전극(13)에 접속되어 있다. 제3 전극(13)은, 제3 상면 전극(13a)과, 제3 하면 전극(13b)과, 제3 도통부(13c)로 이루어진다. 제3 상면 전극(13a)은, 절연 기판(10)의 상면(10a) 상에 형성되어 있다. 제3 상면 전극(13a)은, 발열체(20)의 한쪽의 단부에 접속되어 있다. 제3 하면 전극(13b)은, 절연 기판(10)의 하면(10b) 상에 형성되어 있다. 제3 하면 전극(13b)은, 회로 기판의 스위칭 소자에 접속된다. 제3 도통부(13c)는, 절연 기판(10)을 관통하여, 제3 상면 전극(13a)과 제3 하면 전극(13b)을 전기적으로 접속하고 있다.
발열체(20)의 제3 하면 전극(13b)측과는 반대측의 단부는, 발열체 인출 전극(14)에 접속되어 있다. 발열체 인출 전극(14)은, 단열 부재(21)의 상면에 인회(引回)되어 있다. 발열체 인출 전극(14)은, 퓨즈 엘리먼트(30)와 땜납 페이스트(32)에 의해 접속되어 있다.
다음에, 보호 소자(3)의 제조 방법을 설명한다.
보호 소자(3)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
먼저, 처음에, 절연 기판(10)을 준비한다.
준비한 절연 기판(10)에, 제1 전극(11)의 제1 도통부(11c)와, 제2 전극(12)의 제2 도통부(12c)와, 제3 도통부(13c)를 형성한다.
다음에, 절연 기판(10)의 상면(10a)의 제1 도통부(11c)의 주위에 제1 상면 전극(11a)을, 제2 도통부(12c)의 주위에 제2 상면 전극(12a)을 각각 형성한다. 또한, 절연 기판(10)의 상면(10a)의 제3 도통부(13c)의 주위에 제3 상면 전극(13a)을, 하면(10b)의 제3 도통부(13c)의 주위에 제3 하면 전극(13b)을 형성한다.
다음에, 절연 기판(10)의 상면(10a)의 제1 상면 전극(11a)과 제2 상면 전극(12a)의 사이에, 발열체(20)과 폭이 같거나 혹은 그것보다 넓은 단열 부재층을 형성한다. 다음에, 단열 부재층 상에 발열체(20)를 형성한다. 발열체(20)는, 한쪽의 단부가 제3 상면 전극(13a)에 접속되도록 형성한다.
다음에, 제1 상면 전극(11a)의 제2 상면 전극(12a)에 대향하지 않는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 일부에 제1 단자(18a)를 형성한다. 제2 상면 전극(12a)의 제1 상면 전극(11a)에 대향하지 않는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 일부에 제2 단자(18b)를 형성한다. 다음에, 제1 상면 전극(11a)과 제2 상면 전극(12a)의 사이에, 단열 부재(21)를 형성한다.
다음에, 단열 부재(21)의 상면에 발열체 인출 전극(14)을 형성한다. 발열체 인출 전극(14)은, 한쪽의 단부가 발열체(20)에 접속되도록 형성한다.
그리고, 제1 단자(18a), 발열체 인출 전극(14) 및 제2 단자(18b)의 상면에, 퓨즈 엘리먼트(30)를, 땜납 페이스트(32)를 이용하여 적층한다.
이상과 같은 구성으로 된 보호 소자(3)에 의하면, 제1 상면 전극(11a)과 제2 상면 전극(12a)이 각각 단열 부재(21)로 피복되어 있으므로, 제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)와 마찬가지로, 저저항화와 소형화가 용이한 구조이면서도, 내부 단락이 일어나기 어렵다. 또, 발열체(20)가 절연 기판(10)의 상면(10a)측에 배치되어 있으므로, 발열체(20)에서 발열한 열을 더 효율적으로 퓨즈 엘리먼트(30)에 전열시킬 수 있다. 이 때문에, 제3 전극(13)에 전류가 흘렀을 때의 용단 속도를 더 빠르게 할 수 있다.
<실시예>
다음에, 본 발명을 실시예에 의해 설명한다.
[실시예 1]
제1 실시 형태에 따른 보호 소자(1)를 제작했다. 각 부재의 구성 재료는 이하 대로이다.
절연 기판(10)： 알루미나 기판, 세로： 2mm, 폭： 4mm, 두께： 0.2mm
제1 전극(11)： 표면이 Ni-Au 도금으로 피복된 Ag
제2 전극(12)： 표면이 Ni-Au 도금으로 피복된 Ag
제3 전극(13)： 표면이 Ni-Au 도금으로 피복된 Ag
발열체 인출 전극(14)： 표면이 Ni-Au 도금으로 피복된 Ag
도전 부재(15)： 표면이 Ni-Au 도금으로 피복된 Ag
제1 절연 부재(17a), 제2 절연 부재(17b)： 유리
제1 단자(18a), 제2 단자(18b)： 은
공간(19a)과 공간(19b)의 합계 폭(Wa+Wb)： 0.5mm
발열체(20)： 산화 루테늄
퓨즈 엘리먼트(30)： 외측을 고융점 금속층으로서 Ag를 이용하고, 내측을 저융점 금속층으로서 Sn 합금을 이용한 적층체, 세로： 1.6mm, 폭： 2.0mm, 두께： 0.6mm
땜납 페이스트(32)： Sn 합금
(평가)
보호 소자(1)의 퓨즈 엘리먼트(30)의 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 저항값을 측정했다. 또, 제3 전극(13)에 11W의 전력과, 12W의 전력을 공급하고 나서, 퓨즈 엘리먼트(30)가 용단될 때까지의 시간을 계측했다. 이들 결과를, 퓨즈 엘리먼트(30)의 세로와 가로의 사이즈 및 공간(19a)과 공간(19b)의 합계 폭과 함께 표 1에 나타낸다.
[실시예 2]
발열체 인출 상면 전극(14a)과 도전 부재(15)를 형성하는 대신에, 발열체 인출 상면 전극(14d)을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 제2 실시 형태에 따른 보호 소자(2)를 제작했다. 얻어진 보호 소자(2)에 대해서, 실시예 1과 동일하게 평가했다. 그 결과를, 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
실시예 1과 같은 재료를 이용하여 제3 실시 형태에 따른 보호 소자(3)를 제작했다. 얻어진 보호 소자(3)에 대해서, 실시예 1과 동일하게 평가했다. 그 결과를, 표 1에 나타낸다.
[비교예 1]
도 12에, 비교예 1에서 제작한 보호 소자의 횡단면도를 나타낸다. 비교예 1에서 제작한 보호 소자(4)는, 이하의 점이, 실시예 1에서 제작한 보호 소자(1)와 상이하다.
제1 상면 전극(11a)의 상면에 제1 절연 부재(17a)를 형성하지 않고, 제2 상면 전극(12a)의 상면에 제2 절연 부재(17b)를 형성하지 않고, 발열체 인출 상면 전극(14a)의 주위를 도전 부재(15)로 피복했다. 도전 부재(15)의 폭은 실시예 1의 보호 소자(1)와 같은 것으로 했다. 또, 도전 부재(15)와 제1 상면 전극(11a)의 공간(19a)의 폭(Wa)이 0.25mm가 되도록 제1 상면 전극(11a)의 위치를 외측으로 0.5mm 이동시켰다. 도전 부재(15)와 제2 상면 전극(12a)의 공간(19b)의 폭(Wa)이 0.25mm가 되도록 제2 상면 전극(12a)의 위치를 외측으로 0.5mm 이동시켰다. 이것에 의해, 공간(19a)과 공간(19b)의 합계 폭(Wa+Wb)은, 0.5mm로 보호 소자(1)와 같지만, 퓨즈 엘리먼트(30)의 폭은, 3mm로, 보호 소자(1)보다 1mm 넓어졌다. 얻어진 보호 소자(4)에 대해서, 실시예 1과 동일하게 평가했다. 그 결과를, 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1~3의 보호 소자(1~3)는, 비교예 1의 보호 소자(4)와 비교해 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 저항값이 작아졌다. 이것은, 퓨즈 엘리먼트(30)의 폭이 좁고, 제1 전극(11)과 제2 전극(12) 사이의 거리가 짧아졌기 때문이라고 생각된다.
또, 발열체 인출 상면 전극(14a)과 도전 부재(15)를 나누어 형성하는 대신에, 발열체 인출 상면 전극(14d)을 형성한 실시예 2의 보호 소자(2)는, 제3 전극(13)에 전류를 흘렸을 때의 용단 시간이 실시예 1의 보호 소자(1)와 비교해 짧아지고, 용단 속도가 보다 빨라졌다. 발열체(20)를 절연 기판(10)의 상면(10a)측에 배치한 실시예 3의 보호 소자(3)는, 제3 전극(13)에 전류를 흘렸을 때의 용단 시간이 실시예 2의 보호 소자(2)와 비교해 짧아지고, 용단 속도가 한층 더 빨라졌다.
1, 2, 3 보호 소자
10 절연 기판
10a 상면 10b 하면
11 제1 전극 11a 제1 상면 전극
11b 제1 하면 전극 11c 제1 도통부
12 제2 전극 12a 제2 상면 전극
12b 제2 하면 전극 12c 제2 도통부
13 제3 전극 13b 제3 하면 전극
13c 제3 도통부 14 발열체 인출 전극
14a, 14d 발열체 인출 상면 전극 14b 발열체 인출 하면 전극
14c 발열체 인출 전극 도통부 15 도전 부재
17a 제1 절연 부재 17b 제2 절연 부재
18a 제1 단자 18b 제2 단자
19a, 19b 공간 20 발열체
21 단열 부재 30 퓨즈 엘리먼트
30a, 30b 단부 30c 중앙부
31 퓨즈 엘리먼트 용융 고화물 32 땜납 페이스트
10a 상면 10b 하면
11 제1 전극 11a 제1 상면 전극
11b 제1 하면 전극 11c 제1 도통부
12 제2 전극 12a 제2 상면 전극
12b 제2 하면 전극 12c 제2 도통부
13 제3 전극 13b 제3 하면 전극
13c 제3 도통부 14 발열체 인출 전극
14a, 14d 발열체 인출 상면 전극 14b 발열체 인출 하면 전극
14c 발열체 인출 전극 도통부 15 도전 부재
17a 제1 절연 부재 17b 제2 절연 부재
18a 제1 단자 18b 제2 단자
19a, 19b 공간 20 발열체
21 단열 부재 30 퓨즈 엘리먼트
30a, 30b 단부 30c 중앙부
31 퓨즈 엘리먼트 용융 고화물 32 땜납 페이스트
Claims (2)
- 절연 기판과,
상기 절연 기판의 한쪽의 표면 상에, 서로 대향하도록 설치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 절연 기판의 한쪽의 표면 상에 설치된 발열체와,
상기 발열체의 한쪽의 단부에 접속되는 제3 전극과,
상기 발열체의 상기 한쪽의 단부와는 반대측의 단부에 접속되는 발열체 인출 전극과,
서로 대향하는 한쪽의 단부가 상기 제1 전극과 접속되고, 다른쪽의 단부가 상기 제2 전극과 접속되고, 상기 한쪽의 단부와 상기 다른쪽의 단부 사이의 중앙부가 상기 발열체 인출 전극에 접하는 퓨즈 엘리먼트를 구비하고,
상기 제1 전극은, 상기 제2 전극에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제1 절연 부재로 피복되고,
상기 제2 전극은, 상기 제1 전극에 대향하는 측면과, 그 측면에 접속되는 상면의 적어도 일부가 제2 절연 부재로 피복되어 있는, 보호 소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 발열체 인출 전극이, 제1 절연 부재 및 제2 절연 부재의 상면에까지 연장되어 있는, 보호 소자.
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