TWI685872B - 熔絲元件、及熔絲單元 - Google Patents

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TWI685872B
TWI685872B TW104122520A TW104122520A TWI685872B TW I685872 B TWI685872 B TW I685872B TW 104122520 A TW104122520 A TW 104122520A TW 104122520 A TW104122520 A TW 104122520A TW I685872 B TWI685872 B TW I685872B
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米田吉弘
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日商迪睿合股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種即使是小型化之熔絲元件,速熔斷性及熔斷後之絶緣性亦優之熔絲元件、及熔絲單元。
其具備絶緣基板(2)、搭載在絶緣基板(2)上藉由超過額定之電流通過產生之自我發熱而熔斷以遮斷通電路徑的具有並列之複數個單元部(7)之熔絲單元(5)、以及設在複數個單元部(7)之間防止並列之單元部(7)彼此連接之絶緣部(8)。

Description

熔絲元件、及熔絲單元
本發明係關於構裝在電流路徑上,在超過額定之電流流過時藉自我發熱而熔斷以遮斷該電流路徑的熔絲元件及熔絲單元,特別是關於速斷性、熔斷後之絶緣性優異的熔絲元件及熔絲單元。
本申請案以日本專利申請號特願2014-144705為基礎主張其優先權,參照該申請案、並援用於本申請案。
一直以來,皆使用一種在超過額定之電流流過時藉自我發熱而熔斷、以遮斷該電流路徑之熔絲單元。作為熔絲單元,多使用例如將焊錫封入玻璃管之保持具固定型熔絲、於陶瓷基板表面印刷有Ag電極之片熔絲、將銅電極之一部分做細後組裝入塑料盒之螺固或插入型熔絲等。
先行技術文獻
[專利文獻1]日本特開2011-82064號公報
然而,上述既有之熔絲單元,被指出具有無法以回流焊進行表面構裝、額定電流低、以及當大型化以提升額定時速斷性差、等之問題點。
又,當想定一回流焊構裝用之速斷熔絲元件時,為避免因回流焊之熱而熔融,一般而言,熔絲單元中,以融點在300℃以上之含Pb高融點焊料,在熔斷特性上是較佳的。然而,於歐盟RoHS指令等,含Pb焊料之使用僅限定的被認可,今後無Pb化之要求被認為將日益增強。
亦即,作為熔絲單元,被要求可行採用回流焊之表面構裝且對熔絲元件之構裝性佳、提高額定而能因應大電流、以及具備在超過額定之過電流時能迅速遮斷電流路徑之速熔斷性。
為因應上述要求,提出了一種複數個單元部並列之熔絲單元。此熔絲單元50,如圖14(A)所示,藉由複數個單元部51A~51C之並列,具有複數個通電路徑。複數個單元部51A~51C,分別跨接在形成於絶緣基板52之表面52a之第1、第2電極53、54間而成為電流之通電路徑,因超過額定之電流通過藉由自我發熱(焦耳熱)而熔斷。熔絲單元50,在所有單元部51A~51C熔斷後遮斷在第1、第2電極53、54間之電流路徑。
此時,熔絲單元50,當超過額定之電流通過時,大量電流流向電阻值低的單元部51,因自我發熱而依序熔斷,僅在最後殘留之單元部51熔斷時產生電弧放電。因此,依據熔絲單元50,即使是在最後殘留之單元部51之熔斷時產生電弧放電之情形時,亦係因單元部51之體積而為一小規模者,能防止熔融金屬之爆發性飛散,亦能提升熔斷後之絶緣性。此外,熔絲單元50,係複數個單元部51A~51C之各個熔斷,因此各單元部51之熔斷所需之熱能較少,能在短時間內遮斷。
不過,熔絲單元50,當並列之各單元部51A~51C之間隔隨著熔絲元件之小型化而接近時,如圖14(B)所示,在大量電流流向單元部 51A~51C中相對電阻值低之單元部51而發熱時,有可能因發熱使得部分熔融而接觸相鄰之單元部51。當相鄰單元部51彼此接觸時,單元部51即變得大型化,無法使各單元部51A~51C依序熔斷,如圖14(C)所示,變成必須使單元部51整體熔融,因此至熔斷為止之所需之電力亦增加,而法迅速地遮斷電流路徑。又,當單元部51大型化時,熔斷時所產生之電弧放電亦規模較大,有因熔融金屬之爆發性飛散而損及熔斷後絶緣性之虞。
從而,本發明之目的在提供一種即使是小型化之熔絲元件,其速熔斷性及熔斷後之絶緣性優異的熔絲元件、及熔絲單元。
為解決上述課題,本發明之熔絲元件,具備:絶緣基板;搭載在該絶緣基板上,藉由超過額定之電流通過而產生之自我發熱熔斷以遮斷通電路徑的具備並列之複數個單元部之熔絲單元、或並列之複數個熔絲單元;以及設在該複數個單元部之間、或該複數個熔絲單元之間,防止並列之該單元部或該熔絲單元之連接的絶緣部。
又,本發明之熔絲單元,具有並列的複數個單元部、與設在上述複數個單元部之間以防止並列之上述單元部彼此之連接的絶緣部,上述複數個單元部係以超過額定之電流通過產生之自我發熱而熔斷。
根據本發明,藉由絶緣部之設置,熔絲單元可防止在單元部依序熔斷時,因本身之發熱而熔融、膨脹與相鄰單元部接觸、凝結。據此,熔絲單元可防止相鄰單元部彼此熔融、凝結而大型化,熔斷所需之電力増加而導致熔斷時間之増加、熔斷時產生之電弧放電大規模化造成之熔融金 屬之爆發性飛散、以及熔斷後絶緣性之降低。
1‧‧‧熔絲元件
2‧‧‧絶緣基板
2a‧‧‧表面
3‧‧‧第1電極
3A~3C‧‧‧第1分割電極
4‧‧‧第2電極
4A~4C‧‧‧第2分割電極
5‧‧‧熔絲單元
5a‧‧‧低融點金屬層
5b‧‧‧高融點金屬層
6‧‧‧覆蓋構件
6a‧‧‧側壁
6b‧‧‧頂面
7、7A、7B、7C‧‧‧單元部
8‧‧‧絶緣部
10‧‧‧端子部
11、11A、11B、11C‧‧‧單元
17‧‧‧焊劑
20‧‧‧熔絲元件
21‧‧‧嵌合凹部
40‧‧‧絶緣基板
41、42‧‧‧電極端子
43‧‧‧熔絲單元
50‧‧‧熔絲單元
51A~51C‧‧‧單元部
52‧‧‧絶緣基板
52a‧‧‧絶緣基板之表面
53‧‧‧第1電極
54‧‧‧第2電極
圖1係顯示適用本發明之熔絲單元之一例的圖,(A)為卸下覆蓋構件的分解立體圖、(B)為外觀立體圖。
圖2係顯示熔絲單元之熔斷順序的圖,(A)為熔斷前、(B)為外側單元部熔斷後之狀態、(C)為所有單元部熔斷後之狀態。
圖3係顯示使用一片板狀單元之熔絲元件之熔斷狀態的圖,(A)為開始流過超過額定之電流的狀態、(B)為單元熔融、凝結的狀態、(C)為單元伴隨電弧放電而爆發性熔斷的狀態。
圖4係在絶緣基板表面設置絶緣部之熔絲元件的剖面圖。
圖5係在覆蓋構件之頂面設置絶緣部之熔絲元件的剖面圖。
圖6係藉由在單元部之間填充構成絶緣部之材料並使其硬化以設置絶緣部之熔絲元件的剖面圖。
圖7係顯示熔絲單元的俯視圖,(A)為將單元部兩側支承為一體者、(B)為將單元部之單側支承為一體者。
圖8係顯示將3片單元並列之熔絲元件的立體圖。
圖9係顯示使用圖1所示之熔絲單元之熔絲元件之製程的圖,(A)為絶緣基板之立體圖、(B)為在絶緣基板搭載熔絲單元之狀態、(C)為在熔絲單元上設置焊劑之狀態、(D)為搭載覆蓋構件之狀態、(E)為構裝至電路基板之狀態。
圖10係顯示於第1、第2電極設有突出部之熔絲元件的圖,(A)為絶 緣基板之俯視圖、(B)為立體圖。
圖11係顯示使用圖1所示之熔絲單元之其他熔絲元件之製程的圖,(A)為絶緣基板之立體圖、(B)為在絶緣基板搭載有熔絲單元之狀態、(C)為在熔絲單元上設有焊劑之狀態、(D)為搭載有覆蓋構件之狀態及構裝至電路基板之狀態。
圖12係顯示使用其他熔絲單元之其他熔絲元件的立體圖。
圖13係顯示形成有第1、第2分割電極之絶緣基板的俯視圖。
圖14係顯示參考例之熔絲元件之熔斷狀態的圖,(A)為熔斷前、(B)為外側單元部熔融而與內側單元部一體化之狀態、(C)則顯示所有單元部同時熔斷之狀態。
以下,針對適用本發明之熔絲元件及熔絲單元,一邊參照圖面一邊詳細的加以說明。又,本發明不僅限定於以下實施形態,在不脫離本發明要旨之範圍內,當然可有各種變化。此外,圖面係以示意方式顯示,各尺寸之比率等可能與實物有所差異。具體的尺寸等應參酌下述說明加以判斷。又,各圖面間當然亦有可能包含彼此之尺寸關係極比率相異之部分。
〔第1形態〕
本發明之熔絲元件1,如圖1(A)(B)所示,具有絶緣基板2、設在絶緣基板2之第1及第2電極3、4、構裝在第1至第2電極3、4並藉由超過額定之電流通過所產生之自我發熱而熔斷以遮斷第1電極3與第2電極4間之電流路徑的熔絲單元5、以及覆蓋設於熔絲單元5之絶緣基板2之表面2a上的覆蓋構件6。
又,於熔絲單元5並列有複數個單元部7,於複數個單元部7之間設有防止並列之單元部7彼此連接之絶緣部8。此熔絲元件1,藉由構裝至電路基板,熔絲單元5即直列的組裝入形成在該電路基板上之電路。
熔絲元件1係實現了小型且高額定之熔絲元件,例如,絶緣基板2之尺寸為3~4mm×5~6mm程度之小型,但可實現電阻值0.5~1mΩ、50~60A額定之高額定化者。又,本發明當然可適用於具備任何尺寸、電阻值及額定電流之熔絲元件。
絶緣基板2,係以例如氧化鋁、玻璃陶瓷、富鋁紅柱石、氧化鋯等具有絶緣性之構件形成為方形。除此之外,絶緣基板2亦可使用用於玻璃環氧基板、酚基板等印刷配線基板之材料。
於絶緣基板之相對向的兩端部,形成有第1、第2電極3、4。第1、第2電極3、4分別以Cu或Ag配線等之導電圖案形成,若係Cu等易氧化之配線材料時,會在表面適當的、作為氧化防止對策設有Sn鍍敷等之保護層。
〔覆蓋構件〕
又,熔絲元件1,於絶緣基板2之表面2a上安裝有保護內部並防止熔融之熔絲單元5飛散的覆蓋構件6。覆蓋構件6具有搭載在絶緣基板2之表面2a上的側壁6a、與構成熔絲元件1之上面的頂面6b。熔絲元件1,當覆蓋構件6之側壁6a連接於絶緣基板2之表面2a上時,會形成從絶緣基板2之表面2a與頂面6b之間導出設在熔絲單元5兩端之端子部10的間隙。此覆蓋構件6,可使用例如熱可塑性塑料、陶瓷、玻璃環氧基板等具有絶緣性之構件形成。
〔熔絲單元〕
構裝在從第1電極3到第2電極4之熔絲單元5,係藉由超過額定之電流通過而自我發熱(焦耳熱)後熔斷,以遮斷第1電極3與第2電極4間之電流路徑者。熔絲單元5在透過焊料等連接材料搭載於第1及第2電極3、4後,以回流焊接等連接在絶緣基板2上。
熔絲單元5,具有搭載在形成於絶緣基板2之第1電極3到第2電極4的複數個單元部7、與連接至構裝熔絲元件1之電路基板之連接端子的端子部10。
以下,以使用3個單元部7A~7C並列之熔絲單元5之情形為例進行說明。如圖2(A)所示,各單元部7A~7C藉由跨接搭載於形成在絶緣基板2之第1、第2電極3、4之間,而構成熔絲單元5之複數個通電路徑。複數個單元部7A~7C,如圖2(B)所示,藉由因超過額定之電流通過而自我發熱(焦耳熱)後熔斷。熔絲單元5,因所有單元部7A~7C熔斷,而遮斷第1電極3至第2電極4之電流路徑(圖2(C))。
又,熔絲單元5,即使是在超過額定之電流通過而熔斷時產生電弧放電之情形,亦能防止熔融之熔絲單元飛散至大範圍而因飛散之金屬形成新的電流路徑、或飛散之金屬附著在端子或周圍之電子零件等。
亦即,如圖3(A)所示,於絶緣基板40上之電極端子41、42間大範圍搭載之熔絲單元43,當被施加超過額定之電壓而流過大電流時,即整體的發熱。接著,如圖3(B)所示,熔絲單元43在整體熔融而成凝結狀態後,如圖3(C)所示,一邊產生大規模電弧放電、一邊熔斷。因此,熔絲單元43之熔融物會呈爆發性飛散。因此,有因飛散之金屬形成新 的電流路徑而損及絶緣性,或者,使形成在絶緣基板40之電極端子41、42熔融一起飛散而附著在周圍之電子零件等之虞。再者,熔絲單元43係在整體凝結後再使之熔融、遮斷,因此熔斷所需之熱能變多,速熔斷性不佳。
作為使電弧放電迅速停止以遮斷電路之對策,提出了在中空盒內填滿消弧材之物、或在發熱材周圍將熔絲單元捲繞成螺旋狀以產生時間延遲(time lag)之因應高電壓對応的電流熔絲。然而,習知之因應高電壓之電流熔絲,由於必須有消弧材封及螺旋熔絲之製造等皆非常複雜之材料及加工步驟,在熔絲元件之小型化及電流高額定化等方面都是不佳的。
就此點而言,熔絲單元5,由於係使搭載在第1電極3到第2電極4之複數個單元部7A~7C並列,因此當超過額定之電流通過時,多數電流會流至電阻值低之單元部7,因自我發熱而依序熔斷,僅在最後剩下的單元部7熔斷時產生電弧放電。因此,依據熔絲單元5,在最後剩下之單元部7熔斷時產生電弧放電之情形時,亦會因單元部7之體積而是一小規模之放電,可防止熔融金屬之爆發性的飛散,亦能大幅提升熔斷後之絶緣性。此外,熔絲單元5,由於係就複數個單元部7A~7C之各個熔斷,因此各單元部7之熔斷所需之熱能較少,能在短時間內加以遮斷。
〔絶緣部〕
又,如圖1、圖4所示,熔絲元件1在複數個單元部7之間設有防止並列之單元部7彼此連接之絶緣部8。藉由絶緣部8之設置,熔絲單元5可在單元部7依序熔斷時,防止因本身發熱熔融、膨脹後與相鄰單元部7接觸而凝結。據此,熔絲單元5,防止相鄰單元部7彼此熔融、凝結而大型化,導致熔斷所需之電力増加使熔斷時間増加、或熔斷時產生之電弧放電大規 模化使得熔融金屬爆發性的飛散,導致熔斷後之絶緣性之降低。
絶緣部8,例如係於絶緣基板2之表面2a印刷阻焊劑或玻璃等之絶緣材料等而直立設置。又,絶緣部8因具有絶緣性,不具有對熔融單元之潤濕性,因此不一定必須將相鄰之單元部7彼此完全的加以隔絶。亦即,即使在與覆蓋構件6之頂面6b之間有間隙,亦不會有因潤濕性而產生之吸引作用,使熔融單元從該間隙流入並列之單元部側之情形。此外,當單元部7因本身發熱而熔融時,在第1、第2電極3、4間之區域會膨脹成剖面圓頂(dome)狀。因此,絶緣部8只要有從絶緣基板2之表面2a到覆蓋構件6之頂面6b為止之高度的一半以上高度的話,即能防止熔融單元與並列之單元部7接觸。當然,絶緣部8亦可以是從絶緣基板2之表面2a到覆蓋構件6之頂面6b為止之高度形成,以隔絕單元部7彼此。
又,如圖5所示,絶緣部8亦可以是形成在覆蓋構件6之頂面6b。絶緣部8可於覆蓋構件6之頂面6b形成為一體、或於頂面6b印刷阻焊劑或玻璃等之絶緣材料等以豎立設置。此場合,絶緣部8亦同樣的只要是有從覆蓋構件6之頂面6b到絶緣基板2之表面2a為止之高度之一半以上高度的話,即能防止熔融單元與並列之單元部7接觸。
又,如圖6所示,絶緣部8除了設在絶緣基板2或覆蓋構件6之外,亦可藉由在並列之複數個單元部7之間塗布構成絶緣部8之液狀或膏狀之絶緣材料、並使其硬化據以形成。作為構成絶緣部8之絶緣性材料,可使用環氧樹脂等之熱硬化性絶緣性黏著劑或阻焊劑、玻璃糊膏。此場合,構成絶緣部8之絶緣材料,可在將熔絲單元5連接在絶緣基板2後進行塗布、硬化,亦可在將熔絲單元5連接在絶緣基板2之前進行塗布、硬化。
液狀或膏狀之絶緣材料,可藉由在並列之複數個單元部7之間以毛細管作用充填、硬化,在單元部7發熱而熔融時防止並列之單元部7彼此之連接。因此,構成絶緣部8之絶緣材料,應要求具有藉由硬化而對單元部7之發熱温度的耐熱性。
〔熔斷順序之控制〕
熔絲元件1,以在熔絲單元5之各單元部7間設置絶緣部8較佳。又,熔絲元件1,以使複數個單元部7依序熔斷、並至少在最先熔斷之單元部7與此最先熔斷之單元部7相鄰之單元部7之間設置絶緣部8較佳。
例如,熔絲單元5,可藉由將複數個單元部7中、一個單元部7之一部分或全部之剖面積作成較其他單元部之剖面積小,據以相對的提高其電阻,以在超過額定之電流通電時,先從電阻較低之單元部7開始流通較多之電流而陸續熔斷。由於此單元部7之熔斷不會伴隨自我發熱造成之電弧放電,因此無熔融金屬之爆發性飛散。之後,電流集中至該高電阻之單元部7,最後伴隨電弧放電而熔斷。據此,熔絲單元5即能使單元部7依序熔斷。熔絲單元5,雖在剖面積小之單元部7之熔斷時產生電弧放電,但對應單元部7之體積而成小規模之放電,可防止熔融金屬之爆發性飛散。
此時,熔絲元件1,可藉由設置最初熔斷之電阻較低之單元部7、及與此單元部7相鄰之單元部間之絶緣部8,防止因本身發熱膨脹而與相鄰單元部7接觸、凝結。據此,熔絲元件1,可使單元部7以既定熔斷順序熔斷、並防止相鄰單元部7彼此因一體化造成之熔斷時間的増加、及電弧放電大規模化造成之絶緣性降低。
具體而言,於搭載由圖1所示之3個單元部7A、7B、7C構 成之熔絲單元5的熔絲元件1,係藉由相對的使正中間之單元部7B之剖面積縮小而作成高電阻,以使較多電流優先的從外側單元部7A、7C流過而使之熔斷後,最後使正中間的單元部7B熔斷。此時,熔絲元件1,可藉由在單元部7A、7B之間、及單元部7B、7C之間分別設置絶緣部8,來使得單元部7A、7C因自我發熱而熔融時亦不會與相鄰單元部7B接觸、而在短時間內熔斷,並最後使單元部7B熔斷。又,剖面積小之單元部7B不會與相鄰單元部7A、7C接觸、熔斷時之電弧放電亦被控制在小規模。
又,熔絲單元5在設置3個以上之單元部的情形時,以先使外側之單元部熔斷、最後使內側之單元部熔斷較佳。例如圖2所示,熔絲單元5,設有3個單元部7A、7B、7C、且使正中間之單元部7B最後熔斷較佳。
如以上所述,當超過額定之電流流過熔絲單元5時,較多電流先流過設在外側之2個單元部7A、7C,因自我發熱而熔斷。此等單元部7A、7C之熔斷不會伴隨自我發熱造成之電弧放電,因此並不會有熔融金屬之爆發性飛散。又,如上所述,單元部7A、7C因絶緣部8而不與相鄰單元部7B接觸,最先熔斷。
接著,電流集中至設在內側之單元部7B,伴隨電弧放電而熔斷。此時,熔絲單元5,因係使設在內側之單元部7B最後熔斷,因此即使產生電弧放電,亦能藉由先熔斷之外側之單元部7A、7C及設在單元部7A、7C之間之絶緣部8捕捉單元部7B之熔融金屬。因此,能抑制單元部7B之熔融金屬之飛散、熔融金屬造成之短路等。
此時,於熔絲單元5,亦可使3個單元部7A~7C中、位於 內側之正中間之單元部7B之一部分或全部之剖面積較位於外側之其他單元部7A、7C之剖面積小,使之相對電阻較高,據以使正中間之單元部7B最後熔斷。此場合,亦是將剖面積作成相對較小以使之最後熔斷,因此電弧放電亦對應單元部7B之體積而成小規模之放電,能抑制熔融金屬之爆發性的飛散。
〔絶緣部之設置位置〕
又,熔絲元件1,只要將絶緣部8根據單元部7之熔斷部位來設置即可。如圖2所示,熔絲單元5,係將各單元部7連接在設於絶緣基板2之第1、第2電極3、4上,據以使第1、第2電極3、4間導通。各單元部7,在連接於第1、第2電極3、4之兩端部電流不會集中,電流會集中在第1電極3與第2電極4之中間部,藉由高温發熱而熔融。
因此,熔絲元件1,藉由在各單元部7之連接於第1電極3與第2電極4之兩端部間之中間部相鄰設置絕緣部8,即能防止熔融單元與相鄰之單元部7接觸。
〔端子部〕
端子部10,係在搭載了熔絲單元5之熔絲元件1被構裝於電路基板時,連接於形成在該電路基板之連接端子,如圖1所示,形成在單元部7之長邊方向兩側。端子部10並藉由熔絲元件1以面朝下(face down)方式構裝於電路基板,與形成在電路基板上之連接端子透過焊料等連接。
熔絲元件1,可藉由透過形成在熔絲單元5之端子部10與電路基板導通連接,而能降低元件整體之電阻值,謀求小型化且高額定化。亦即,熔絲元件1,在絶緣基板2之背面設有與電路基板之連接用電極、並 透過填充有導電糊之通孔(through hole)等與第1、第2電極3、4連接之情形時,因通孔及半圓孔(castellation)之孔徑及孔數之限制、或導電糊之電阻率及膜厚之限制,導致熔絲單元之電阻值以下之實現不易、高額定化困難。
因此,熔絲元件1,於熔絲單元5形成端子部10、並透過覆蓋構件6往元件外部突出。熔絲元件1,並如圖10(e)所示,藉由面朝下構裝於電路基板上,可將端子部10直接連接於電路基板之連接端子。據此,熔絲元件1,可防止因導電通孔之存在導致之高電阻化,能以熔絲單元5決定元件之額定,謀求小型化並實現高額定化。
又,熔絲元件1,無需藉由在熔絲單元5形成端子部10以在絶緣基板2之背面形成與電路基板之連接用電極,僅在表面2a形成第1、第2電極3、4即足夠,可謀求製造步驟之削減。
〔熔絲單元之製法〕
形成有複數個單元部7之熔絲單元5,例如圖7(A)所示,可藉由在板狀材料中央部之2處形成矩形狀缺口加以製造。熔絲單元5中,並列之3個單元部7A~7C之兩側被一體支承。又,如圖7(B)所示,熔絲單元5,亦可以是並列之3個單元部7A~7C之單側被一體支承。
又,設有端子部10之熔絲單元5,可藉由例如對形成為板狀之材料進行打孔而形成複數個單元部7,並將兩側緣部彎折以製造出。此外,設有端子部10之熔絲單元5,可將構成端子部10之金屬板與複數個單元部7加以連接。或者,可藉由將構成端子部10之金屬板連接在第1及第2電極3、4上據以製造。
又,熔絲元件1係使用具有端子部10與複數個單元部7之熔絲單元5時,可不於絶緣基板2設置第1、第2電極3、4。此場合,絶緣基板2係用以散發熔絲單元5之熱,常適合使用熱傳導性良好之陶瓷基板。此外,做為將熔絲單元5黏著於絶緣基板2之黏著劑,可不具有導電性、以熱傳導性優異者較佳。
〔複數單元〕
又,於熔絲元件1,作為熔絲單元,可將相當於單元部7之複數片單元11跨在第1及第2電極3、4間並列連接來加以製造。如圖8所示,單元11,例如係並列單元11A、11B、11C之3片。各單元11A~11C形成為矩形板狀,並在兩端將端子部10彎折而形成。單元11,藉由將設在內側之正中間的單元11B之剖面積做成較設在外側之其他單元11A、11C之剖面積小,以使之相對的高電阻化,最後熔斷。
又,於熔絲單元5,亦可不設置端子部10而透過第1、第2電極3、4與電路基板之連接端子連接。此場合,於熔絲元件1,第1、第2電極3、4係透過通孔與設在絶緣基板2背面之外部連接端子連接,或於第1、第2電極3、4上連接由金屬柱等構成之外部連接端子,此外部連接端子與電路基板之連接端子連接。
〔熔絲元件之製造步驟〕
熔絲單元5所使用之熔絲元件1,係以下述步驟製造。搭載有熔絲單元5之絶緣基板2,如圖9(A)所示,於表面2a形成第1、第2電極3、4並根據熔絲單元5之單元部7間之位置設有絶緣部8。於第1、第2電極3、4,以焊接方式等連接有熔絲單元5(圖9(B))。據此,熔絲單元5,即藉由熔 絲元件1被構裝於電路基板,而直列組裝在形成於電路基板之電路上。又,於絶緣基板2之表面2a豎設絶緣部8之情形時,熔絲單元5中,絶緣部8係位在並列之複數個單元部7之間。
熔絲單元5係透過焊料等之連接材料搭載在第1、第2電極3、4間,在以回流焊將熔絲元件1構裝於電路基板時被焊接。又,如圖9(C)所示,於熔絲單元5上設有焊劑17。藉由焊劑17之設置,可謀求防止熔絲單元5之氧化、提升濕潤性,能使之迅速熔斷。又,藉由焊劑5之設置,可抑制因電弧放電造成之熔融金屬對絶緣基板2之附著,提升熔斷後之絶緣性。
其次,如圖9(D)所示,搭載用以保護絶緣基板2之表面2a上、並降低電弧放電造成之熔絲單元5之熔融飛散物的覆蓋構件6而完成熔絲元件1。覆蓋構件6,於長邊方向兩端形成有於寬度方向之一對側壁6a,此側壁6a被設置於表面2a上並且熔絲單元5之端子部10從開放之側面往上方突出。又,在絶緣部8不是形成在絶緣基板2之表面2a,而是形成在覆蓋構件6之頂面6b之情形時,藉由搭載覆蓋構件6,於熔絲單元5,絶緣部8即位在並列之複數個單元部7之間。
此熔絲元件1,如圖9(E)所示,係藉由將設置覆蓋構件6之表面2a側朝向電路基板以面朝下構裝加以連接。據此,熔絲元件1,由於熔絲單元5之各單元部7被覆蓋構件6及端子部10覆蓋,因此,即使產生電弧放電,熔融金屬亦會被端子部10及覆蓋構件6捕捉,而能防止往周圍之飛散。
〔突出部〕
又,熔絲元件1,如圖10(A)(B)所示,第1、第2電極3、4之連接1個單元部7之部位形成為突出之突出部3a、4a,在突出部3a、4a間之電極間距離,可較接其他單元部7之部位之電極間距離短。
藉由將單元部7亦搭載在突出部3a、4a上,該單元部7增加了與第1、第2電極3、4及突出部3a、4a之接觸面積。因此,該單元部7在電流流過而自我發熱時,可透過第1、第2電極3、4及其突出部3a、4a散熱,因此與被搭載在未設置突出部3a、4a之部位之其他單元部7相較較易冷卻,較其他單元部7遲熔斷。據此,於熔絲元件1,可使熔絲單元5之單元部7依序熔斷。
又,藉由突出部3a、4a之設置,電極間距離較其他單元部短。單元部7,由於電極間距離越長越容易熔斷,因此搭載在突出部3a、4a上之單元部7較其他單元部7難熔斷,較其他單元部7遲熔斷。依此,於熔絲元件1,亦能使熔絲單元5之單元部7依序熔斷。
又,熔絲元件1,以使用設有3個以上之單元部之熔絲單元5,第1、第2電極3、4中、於搭載內側單元部7之部位設置突出部3a、4a,以使內側之單元部7最後熔斷較佳。例如圖10所示,使用設有3個單元部7A、7B、7C之熔絲單元5,並在搭載正中間之單元部7B之部位設置突出部3a、4a,以使正中間之單元部7B易於冷卻並縮短電極間距離,以使之最後熔斷較佳。
如上述之熔絲單元5,由於係在最後之單元部7熔斷時伴隨電弧放電,因此即使在使正中間之單元部7B最後熔斷而產生電弧放電,亦能藉由先熔斷之外側的單元部7A、7C捕捉單元部7B之熔融金屬。從而, 能抑制單元部7B之熔融金屬之飛散,防止熔融金屬導致之短路等。
又,此時,熔絲單元5,亦可將3個單元部7A~7C中、位於內側之正中間之單元部7B之一部分或全部之剖面積作成較位於外側之其他單元部7A、7C之剖面積小,據以使之相對的高抵抗化,以使正中間之單元部7B最後熔斷。此場合,由於係藉由將剖面積作成相對較小以使之最後熔斷,因此電弧放電亦是隨著單元部7B之體積而是小規模者。
〔第2形態〕
又,適用本發明之熔絲元件,如圖11(B)所示,可於熔絲單元5一體成形出端子部10,並將此端子部10嵌合於絶緣基板2之側面,使之突出於絶緣基板2之背面側。又,以下說明之熔絲元件20中,針對與上述熔絲元件1相同之構件係賦予相同符號並省略其詳細說明。
此熔絲元件20,如圖11(C)所示,於熔絲單元5上設置焊劑17,接著,如圖11(D)所示,於絶緣基板2之表面2a上搭載覆蓋構件6而加以製造。端子部10係從覆蓋構件6之開放側面往絶緣基板2之背面側突出。又,於熔絲元件20中,若將絶緣部8豎設於絶緣基板2之表面2a、或藉由在熔絲單元5塗布並使之硬化來設置的話,則不一定必須搭載覆蓋構件6。
熔絲元件20藉由焊料等之連接材料以絶緣基板2之背面朝向電路基板之方式構裝。據此,熔絲元件20之端子部10即與形成在電路基板之電極端子連接,熔絲單元5與電路基板之電路串聯。
此熔絲元件20,如圖11(A)所示,可於絶緣基板2之側面形成供熔絲單元5之端子部10嵌合之嵌合凹部21。藉由形成嵌合凹部21, 對電路基板之構裝面積變大,此外,可固定熔絲單元5之嵌合位置。
又,圖11所示之熔絲元件20,於絶緣基板2之表面2a可以不形成第1、第2電極3、4。如此,熔絲元件20即無須於絶緣基板2之表面2a形成電極,能謀求製造步驟之削減。
又,於熔絲元件20,絶緣基板2係作為熔絲單元5之散熱用,非常適合使用熱傳導性優異之陶瓷基板。此外,作為將熔絲單元5連接於絶緣基板2之黏著劑,即使無導電性亦可,以熱傳導性優異者較佳。再者,此熔絲元件20,可於絶緣基板2之背面形成散熱用之電極。
又,熔絲元件20,如圖12所示,亦可以將相當於單元部7之複數片單元11並列連接在第1電極3到第2電極4之方式來製造。於熔絲元件20,在並列之單元11間設有絶緣部8。於各單元22,端子部10係彎折形成、並將此等端子部10嵌合在絶緣基板2之側面,使之突出於絶緣基板2之背面側。
此場合,亦可不形成設在絶緣基板2之表面2a之第1、第2電極3、4。又,於熔絲元件20,可藉由並列3片(11A~11C)單元11,將設在內側之正中間之單元11B之剖面積作成較設在外側之其他單元11A、11C之剖面積小,以相對的高抵抗化,使之最後熔斷。
〔第1、第2電極之分割〕
又,於熔絲元件1、20,亦可將第1、第2電極3、4依據熔絲單元5之複數個單元部7或複數片單元11之搭載位置,分割為複數個第1分割電極3及複數個第2分割電極4。例如圖13(A)、(B)所示,於熔絲元件1,可將第1、第2電極3、4依據熔絲單元5之3個單元部7A~7C或3片單元 11A~11C之搭載位置,分割為第1分割電極3A~3C及第2分割電極4A~4C。
藉由將第1電極3分割為第1分割電極3A~3C、將第2電極4分割為第2分割電極4A~4C,於熔絲元件1,可抑制熔絲單元5之單元部7A~7C或單元11A~11C之焊接時因焊料表面張力造成之構裝偏移或預料外之焊料堆積。
又,於熔絲元件1,可將絶緣部8形成在從與第1分割電極3A~3C相鄰位置至與各第2分割電極4A~4C之相鄰位置。如上所述,熔絲元件1係藉由回流焊等構裝於電路基板,據此,熔絲單元5即被直列的組裝入形成在該電路基板上之電路。此時,設在電路基板之連接端子之連接用焊料熔融,會有經由熔絲單元5之端子部10移動至設在絶緣基板2之表面2a之第1、第2電極3、4上,而凝結在並列之單元部7間之區域。因此,於熔絲元件1,有可能導致在單元部7之電阻值降低,或遮斷時間延遲之虞。
因此,藉由將第1、第2電極3、4依據單元部7或單元11分割為複數個,並將對焊料不具有潤濕性之絶緣部8形成在從與第1分割電極3A~3C之相鄰位置至與各第2分割電極4A~4C之相鄰位置,即使設在電路基板之連接端子之連接用焊料熔融,亦能抑制移動至第1分割電極3A~3C及第2分割電極4A~4C、或減少移動量,防止在單元部7之電阻值降低、或遮斷時間之延遲。
〔熔絲單元之層構造〕
接著,說明熔絲單元5之構成。又,以下說明之熔絲單元5之構成亦 能適用於單元11。上述熔絲單元5係以焊料或Sn為主成分之無鉛焊料等的低融點金屬、或低融點金屬與高融點金屬之積層體。例如,熔絲單元5係由內層與外層構成之積層構造體,具有作為內層的低融點金屬層5a、與作為積層於低融點金屬層5a之外層的高融點金屬層5b(參照圖4)。
低融點金屬層5a,較佳係以Sn為主成分之金屬,一般被稱為「無鉛焊料」之材料(例如千住金屬工業製M705等)。低融點金屬層5a之融點不一定須較回流焊爐之温度高,可以是在200℃程度熔融。高融點金屬層5b係積層在低融點金屬層5a表面之金屬層,例如係Ag或Cu、或以此等中之任一者為主成分之金屬,具有在將熔絲單元5以回流焊爐進行於絶緣基板2上之構裝時,亦不熔融之高融點。
熔絲單元5,藉由在作為內層之低融點金屬層5a積層作為外層之高融點金屬層5b,即使是在回流焊温度超過低融點金屬層5a之熔融温度之情形時,亦不致產生熔絲單元5之熔斷。因此,熔絲單元5能藉由回流焊以良好效率構裝。
又,熔絲單元5在通以既定額定電流之期間,不會因自我發熱而熔斷。當超過額定之高值的電流流過時,即因自我發熱而熔融,遮斷第1及第2電極3、4間之電流路徑。此時,熔絲單元5,例如作為低融點金屬使用含Sn40%以上之合金,藉由熔融之低融點金屬層5a熔蝕高融點金屬層5b,高融點金屬層5b即會因較熔融温度低之温度而熔融。因此,熔絲單元5,可利用低融點金屬層5a對高融點金屬層5b之熔蝕作用而在短時間內熔斷。除此之外,熔絲單元5之熔融金屬,由於會因第1及第2電極3、4之物理性拉扯作用而被分斷為左右,因此能迅速、且確實地遮斷第1及第 2電極3、4間之電流路徑。
又,由於熔絲單元5係於作為內層之低融點金屬層5a積層高融點金屬層5b而構成,因此與習知由高融點金屬構成之片狀熔絲(chip fuse)等相較能大幅降熔斷溫度。是以,熔絲單元5與相同尺寸之片狀熔絲等相較,能加大剖面積以大幅提升額定電流。此外,能將具相同額定電流之習知片狀熔絲作得更小型化、薄型化,具優異之速熔斷性。
又,熔絲單元5可提升組裝熔絲元件1之電氣系統對瞬間被施加異常高電壓之突波的耐性(耐脈衝性)。亦即,熔絲單元5,在例如100A之電流流過數msec之情形前不能熔斷。就此點而言,由於極短時間內流過之大電流係流動於導體表層(表皮效應),熔絲單元5由於作為外層設有低電阻值之Ag鍍敷等之高融點金屬層5b,因此因突坡而施加之電流異流過,能防止自我發熱造成之熔斷。從而,熔絲單元5與習知由焊料合金構成之熔絲相較,能大幅提升對突坡之耐性。
熔絲單元5,可於低融點金屬層5a之表面以電鍍法等之成膜技術形成高融點金屬5b來加以製造。例如,熔絲單元5,可藉由在形成為既定形狀之焊料箔表面施以Ag鍍敷而高效率的製造。又,熔絲單元5,可在將焊料箔以電鍍法等進行高融點金屬被覆後,於對應單元部7間之區域的既定位置打穿出開口,而具備在低融點金屬層5a之上下積層高融點金屬層5b之積層構造。又,單元11,分別將焊料箔以電鍍法等進行高融點金屬被覆,而具備以低融點金屬層5a為內層、高融點金屬層5b為外層之被覆構造。
又,熔絲單元5及單元11,以將低融點金屬層5a之體積形 成為較高融點金屬層5b之體積多較佳。熔絲單元5及單元11,因自我發熱而使低融點金屬熔融據以熔蝕高融點金屬,如此即能迅速熔融、熔斷。因此,熔絲單元5及單元11,可藉由將低融點金屬層5a之體積形成為較高融點金屬層5b之體積多,以促進此熔蝕作用,迅速地遮斷第1、第2電極3、4間。
又,如上所述,於熔絲單元5,為防止外層之高融點金屬層5b或低融點金屬層5a之氧化、提升熔斷時之氧化物去除及焊料之流動性,於熔絲單元5上之外層大致全面塗布有焊劑17。藉由焊劑17之塗布,可提高低融點金屬(例如焊料)之濕潤性,並除去低融點金屬在熔解期間之氧化物,使用對高融點金屬(例如銀)之熔蝕作用提升速熔斷性。
又,藉由焊劑17之塗布,在最外層之高融點金屬層5b表面形成有以Sn為主成分之無鉛焊料等之氧化防止膜7時,亦能除去該氧化防止膜7之氧化物,有效地防止高融點金屬層5b之氧化,維持並提升速熔斷性。
1‧‧‧熔絲元件
2‧‧‧絶緣基板
2a‧‧‧表面
3‧‧‧第1電極
4‧‧‧第2電極
5‧‧‧熔絲單元
6‧‧‧覆蓋構件
6a‧‧‧側壁
6b‧‧‧頂面
7A、7B、7C‧‧‧單元部
8‧‧‧絶緣部
10‧‧‧端子部

Claims (14)

  1. 一種熔絲元件,具備:絶緣基板;搭載在該絶緣基板上,藉由超過額定之電流通過而產生之自我發熱熔斷以遮斷通電路徑的具備並列之複數個單元部之熔絲單元、或並列之複數個熔絲單元;至少覆蓋該熔絲單元之一部分之覆蓋構件;以及設在該複數個單元部之間、或該複數個熔絲單元之間,防止並列之該單元部或該熔絲單元之連接的絶緣部,該絶緣部,係於該絶緣基板之表面直立設置之絶緣材料,及/或於該覆蓋構件直立設置之絶緣材料。
  2. 如申請專利範圍第1項之熔絲元件,其中,複數個該熔絲單元或複數個該單元部係依序熔斷;該絶緣部係設置在最初熔斷之該單元部與和該最初熔斷之該單元部並列之該單元部之間、或最初熔斷之該熔絲單元與和該最初熔斷之該熔絲單元並列之該熔絲單元之間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件,其具有設在該絶緣基板之第1及第2電極;該單元部或該熔絲單元係跨在該第1及第2電極間構裝。
  4. 如申請專利範圍第3項之熔絲元件,其中,該絶緣部係設在該第1電極與該第2電極之間之區域。
  5. 如申請專利範圍第3項之熔絲元件,其中,該熔絲單元係與該第1 及第2電極焊接。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件,其中,該熔絲單元具有低融點金屬層、與積層在該低融點金屬層之高融點金屬層;該低融點金屬層之作用,係在該通電時熔蝕該高融點金屬層使其熔斷。
  7. 如申請專利範圍第6項之熔絲元件,其中,該熔絲單元係在該低融點金屬之上下積層該高融點金屬層。
  8. 如申請專利範圍第6項之熔絲元件,其中,該熔絲單元係以該低融點金屬為內層、該高融點金屬層為外層之被覆構造。
  9. 如申請專利範圍第6項之熔絲元件,其中,該熔絲單元係該低融點金屬層之體積較該高融點金屬層之體積多。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件,其中,係以該覆蓋構件覆蓋該絶緣基板上之該熔絲單元之遮斷部位。
  11. 如申請專利範圍第10項之熔絲元件,其中,於該覆蓋構件設有該絶緣部。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件,其中,於該絶緣基板表面設有該絶緣部。
  13. 如申請專利範圍第1或2項之熔絲元件,其中,該絶緣部係藉由塗布在該複數個單元部之間、或該複數個熔絲單元之間之絶緣性材料硬化所形成。
  14. 一種熔絲單元,具有:並列之複數個單元部;以及設在該複數個單元部之間、防止並列之該單元部彼此之連接的絶緣部, 該絶緣部,係於並列之該單元部之間所設之絶緣材料,該複數個單元部,係藉由超過額定之電流通過產生之自我發熱而熔斷。
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