WO2004061886A1 - 保護素子 - Google Patents

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WO2004061886A1
WO2004061886A1 PCT/JP2003/015604 JP0315604W WO2004061886A1 WO 2004061886 A1 WO2004061886 A1 WO 2004061886A1 JP 0315604 W JP0315604 W JP 0315604W WO 2004061886 A1 WO2004061886 A1 WO 2004061886A1
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low
melting
point metal
metal body
electrodes
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PCT/JP2003/015604
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Inventor
Yuji Furuuchi
Original Assignee
Sony Chemicals Corp.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/046—Fuses formed as printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/74—Switches in which only the opening movement or only the closing movement of a contact is effected by heating or cooling
    • H01H37/76—Contact member actuated by melting of fusible material, actuated due to burning of combustible material or due to explosion of explosive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/46—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device
    • H01H2085/466—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device with remote controlled forced fusing

Definitions

  • the heating element is disclosed by energizing the heating element when an abnormality occurs.
  • the present invention relates to a protection element that is heated and melts a low melting point metal body.
  • a current fuse made of a low-melting-point metal body such as lead, tin, and antimony has been widely known.
  • a protection element that can be used to prevent not only overcurrent but also overvoltage
  • a heating element, an insulating layer, and a low-melting metal body are sequentially laminated on a substrate, and the heating element generates heat during an overvoltage.
  • a protection element in which a low-melting-point metal body is blown is known (Japanese Patent No. 2794303).
  • the heating element and the low-melting-point metal body are arranged in a plane, the element cannot be made compact. Also in this case, since the low-melting metal body is provided on the substrate so as to be in contact with the solid, it is unavoidable that the substrate has a flow resistance of the low-melting metal body in a heated and molten state. Smooth spherical fragmentation of the melting point metal body is guaranteed Not really.
  • the present invention provides a protection element that has a heating element and a low-melting metal body on a substrate, and the low-melting metal body is heated and melted by the heat generated by the heating element.
  • the purpose is to make the spheres fragmented in a round. Disclosure of the invention
  • the inventor of the present invention floats the low-melting-point metal body between electrodes connected to the low-melting-point metal body on a substrate, and has a certain height H and a constant cross-sectional area S of the low-melting-point metal body in that case. It has been found that when a relationship is established, the spherical fragmentation performance of a low-melting metal body during heating and melting is improved.
  • the present invention provides a protection element having a heating element and a low-melting metal body on a substrate, wherein the low-melting metal body is blown off by the heat generated by the heating element.
  • the cross-sectional area of the low-melting metal body between the pair of low-melting metal body electrodes sandwiching the region is S ( ⁇ m 2 ), and the height of the floating region is H ( ⁇ m).
  • a protection element is provided.
  • the cross section of the low melting point metal body refers to a cross section of the low melting point metal body perpendicular to the direction of the current flowing through the low melting point metal body.
  • FIG. 1A is a plan view of the protection element of the present invention
  • FIG. 1B and FIG. 1C are cross-sectional views thereof.
  • 2A to 2E are manufacturing process diagrams of the protection element of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the overvoltage protection device.
  • FIG. 4 is a sectional view of the protection element of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the protection element of the present invention.
  • FIG. 6A is a plan view of the protection element of the present invention
  • FIG. 6B is a cross-sectional view thereof.
  • FIG. 7 is a sectional view of the protection element of the present invention.
  • FIG. 9A is a plan view of the protection element of the present invention, and FIG. 9B is a sectional view thereof.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of the overvoltage protection device.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a protection element of a comparative example.
  • FIG. 1A is a plan view of a protection element 1A of one embodiment of the present invention
  • FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views thereof.
  • the protection element 1A has a structure in which a heating element 6, an insulating layer 5, and a low-melting metal element 4 are sequentially laminated on a substrate 2.
  • the low-melting-point metal body 4 is connected to the low-melting-point metal body electrodes 3a and 3c at both ends and the low-melting-point metal body electrode 3b at the center. Since the upper surfaces of the electrodes 3a, 3b, and 3c all protrude beyond the upper surface of the insulating layer 5 that is the base of the low-melting metal body 4, the low-melting metal body 4 Floating without contacting layer 5.
  • the protection element 1A is the cross-sectional area (FIG. 1C) of the low melting point metal body 4 between the pair of low melting point metal body electrodes 3a, 3b or the electrodes 3b, 3c.
  • the hatched portion of the double line: WX t) is S ( ⁇ m 2 ), and the height of the floating area is H ( ⁇ m). — It is characterized by being 5 .
  • This protection element 1A is manufactured as shown in FIG. First, electrodes 3x and 3y for the heat generator 6 (so-called pillow electrodes) are formed on the substrate 2 (FIG. 2A), and then the heat generator 6 is formed (FIG. 2B).
  • the heating element 6 is formed, for example, by printing and firing a ruthenium oxide paste.
  • trimming is performed on the heating element 6 with an excimer laser or the like, and then the insulating layer 5 is formed so as to cover the heating element 6.
  • electrodes 3a, 3b, and 3c for the low-melting metal body are formed (FIG. 2D), and the low-melting metal body 4 is bridged to the electrodes 3a, 3b, and 3c. (Fig. 2E). '
  • the material for forming the substrate 2, the electrodes 3a, 3b, 3c, 3x, 3y, the heating element 6, the insulating layer 5, and the low-melting metal body 4 and the method for forming the same are the same as in the conventional example. can do. Therefore, for example, a plastic film, a glass epoxy substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, or the like can be used as the substrate 2, and an inorganic substrate is preferably used.
  • the heating element 6 is coated with a resistance paste made of, for example, a conductive material such as ruthenium oxide or carbon black and an inorganic binder such as water glass or an organic binder such as a thermosetting resin, and is fired as necessary. Thus, it can be formed.
  • the heating element 6 may be formed by printing, plating, vapor deposition, sputtering, or the like of a thin film of ruthenium oxide, carbon black, or the like, or may be formed by sticking, laminating, or the like of these films. .
  • various low-melting metal bodies conventionally used as fuse materials can be used. It is possible to use the alloys listed in Table 1 of paragraph [0 0 1 9] of No. 90 publication. it can.
  • the low-melting metal electrode 3a, 3b, 3c use a simple metal such as copper, or an electrode whose surface is coated with Ag_Pt, Au, etc. be able to.
  • the protection element 1A in FIG. 1A As a method of using the protection element 1A in FIG. 1A, for example, as shown in FIG. 3, it is used in an overvoltage protection device.
  • terminals A1 and A2 are connected to the electrode terminals of a protected device such as a lithium ion battery, and terminals Bl and B2 are connected to the protected device.
  • the electrode terminals of devices such as chargers are connected.
  • the overvoltage protection device when the charging of the lithium ion battery progresses and a reverse voltage higher than the breakdown voltage is applied to the zener diode D, the base current ib rapidly flows, thereby generating a large collector current ic. The heat flows into the heating element 6, and the heating element 6 generates heat.
  • the protection element of the present invention can take various other modes.
  • a step may be provided between the upper surfaces of the pair of low-melting-point metal body electrodes, and the low-melting-point metal body connected to the pair of low-melting-point metal body electrodes may be inclined between these electrodes.
  • the protection element 1B in FIG. 4 is an example of such a protection element, in which the upper surface of the intermediate electrode 3b is protruded from the upper surfaces of the electrodes 3a and 3c at both ends, and the electrodes 3a and The low-melting-point metal body 4 covering 3b and 3c is inclined so as to be convex on the upper surface side of the protection element 1B.
  • the protection element 1C shown in FIG. 5 is formed so that the upper surface of the middle electrode 3b is lower than the upper surfaces of the electrodes 3a and 3b at both ends, and is applied to the electrodes 3a, 3b and 3c.
  • the low-melting metal body 4 is inclined so as to be convex on the lower surface side of the protection element.
  • the floating height H ( ⁇ ) determined by the step between the upper surface of the middle electrode 3b and the upper surfaces of the electrodes 3a and 3c on both sides, and the area S ( ⁇ m 2) and is, to cormorants'll satisfy the relationship of HZS ⁇ 5 X 1 0- 5.
  • a glass paste on which the insulating layer 5 is formed is used.
  • the conductive paste for forming the electrodes 3b is printed thereon, and further pressed to make the printed surfaces even, and then baked to form the insulating layer 5 and the electrodes 3b. do it.
  • a spacer 7 made of insulating glass or the like is provided between the middle electrode 3b and the electrodes 3a and 3 at both ends.
  • the melting point metal body 4 is formed so that the low melting point metal body 4 floats.
  • H (Mm) determined by the height difference between the upper surface of the spacer 7 and the upper surface of the middle electrode 3b or the upper surfaces of the electrodes 3a and 3c on both sides, and the low melting point metal and the area of the cross section of the body 4 S ( ⁇ m 2) but, HZ S ⁇ 5 X 1 0 - I satisfies the relationship 5 Unisuru.
  • the low melting point metal 4 floats in the entire region between the electrodes 3 a and 3 b and between the electrodes 3 b and 3 c.
  • the low-melting metal body 4 is required to float in all regions except for contact with the electrodes 3a, 3b, and 3c. There is no.
  • the low-melting-point metal body 4 may be in contact with the insulating layer 5 in the vicinity of the electrodes 3a and 3c on both sides.
  • the protection element 1F has a low melting point in one protection element. If there are different heights lifting of point metal member 4 (the height H 2), for each of the floating, relationship between the area S of the cross section of the height H and the low melting metal member of the above-mentioned lifting is satisfied So that
  • the protection element of the present invention is not limited to the low-melting metal body that is blown between two pairs of electrodes, namely, the electrodes 3a and 3b, and the electrodes 3b and 3b. Alternatively, it may be configured such that fusing occurs only between a pair of electrodes.
  • the protection element used in the overvoltage protection device of the circuit diagram shown in FIG. 10 can have a configuration in which the electrode 3b is omitted, like the protection element 1G shown in FIG. 9A. This protection element 1G also has a height H between the pair of electrodes 3a and 3c.
  • the shape of each low melting point metal body 4 is not limited to a flat plate. For example, the shape may be a round bar.
  • the low-melting metal body 4 is not limited to the case where the low-melting metal body 4 is laminated on the heat generating body 6 via the insulating layer 5.
  • the low-melting-point metal body and the heating element may be arranged in a plane so that the low-melting-point metal body is blown off by the heat generated by the heating element.
  • the protection element of the present invention is formed into a chip, it is preferable that a cap made of 4,6-nylon, a liquid crystal polymer, or the like be put on the low-melting metal body 4.
  • FIG. 1A of FIG. 1A was produced as follows.
  • the electrodes 3 x and 3 y (thickness 10 ⁇ m, size 2.4 mm X 0.2 mm) for the heating element 6 are obtained by firing (850 ° (: 0.5 hours). ) Formed.
  • a ruthenium oxide paste (DP1900, manufactured by DuPont) was printed and fired.
  • the heating element 6 (thickness 10 / zm, size 2.4 mm X 1.6 mm, pattern resistance 5 ⁇ ) was formed by forming (850 ° C, 0.5 hours).
  • an insulating layer 5 (thickness: 15 ⁇ m) is formed by printing an insulating glass paste on the heating element 6, and the electrodes 3a and 3b for the low melting point metal body are formed.
  • 3c size 2.2mm X 0.7mm, 3a, 3c thickness 20m, 3b thickness ⁇ ⁇
  • silver-platinum paste (Dupont, 5164N) and printed (850 ° C, 0.5 hours).
  • the electrodes 3a, 3b, 3c were pressed before firing to flatten the electrodes 3a, 3b, 3c and the insulating layer 5, and the By connecting the solder foil on the top, as shown in Fig. 11, a protection element 1X without floating on the solder foil (low melting point metal body 4) was produced.
  • the width and thickness of the low-melting metal body 4 and the printing thickness of the electrodes 3a, 3b, and 3c were changed to obtain a low-melting metal as shown in Table 1.
  • Protective elements with different body lifting heights H and different cross-sectional areas S were fabricated.
  • Example 1 1000 100 100000 10 1.0X10 "4 10 G
  • Example 2 1000 100 100000 5 5.0X10- 5 13 G
  • Example 3 1000 150 150000 10 6.7X10- 5 12 G
  • Example 4 1000 300 300000 20 6.7X10- 5 15 G
  • example 5 500 150 75000 5 6.7X10- 5 10
  • example 6 500 150 75000 10 1.3X10- 4 9
  • G 500 300 150000 10 6.7X10- 5 13 G
  • Comparative example 1 1000 100 100 000 0 one 30 NG Comparative Example 2 1000 100 100000 0 ⁇ 21 NG Comparative Example 3 1000 150 150000 5 3.3X10- 5 24 NG Comparative Example 4 1000 300 300000 10 3.3X10 " 5 25 NG Comparative Example 5 500 300 150000 5 3.3X10- 5 25 NG
  • the low-melting-point metal body is heated and melted by the heat generated by the heating element.
  • the melting point metal body can be surely divided into spheres.

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Abstract

　低融点金属体の加熱溶融時の球状分断化性能を向上させる保護素子は、基板上に発熱体と低融点金属体を有し、発熱体の発熱により低融点金属体が溶断する保護素子である。この保護素子は、低融点金属体が下地（例えば、絶縁層）から浮いている領域を有し、該領域を挟む一対の低融点金属体用電極３ａと３ｂ、３ｂと３ｃにおける低融点金属体４の横断面の面積をＳ（μｍ2）、前記浮いている領域の浮きの高さをＨ（μｍ）とした場合に、Ｈ／Ｓ≧５×１０-5の関係式を満足する。ここで、前記一対の低融点金属体用電極の双方の上面が、前記下地の絶縁層の上面よりも突出した位置にあることが好ましい。あるいは、前記一対の低融点金属体用電極の上面間に段差があり、該一対の低融点金属体用電極間で低融点金属体が傾斜していることが好ましい。

Description

保護素子 技術分野
本発明は、 異常時に発熱体に通電されるよ う にすることによ り発熱体が発 明
熱し、 低融点金属体が溶断する保護素子に関する。 書
背景技術
従来、 過電流を遮断する保護素子と して、 鉛、 スズ、 アンチモン等の低融 点金属体からなる電流ヒュ一ズが広く知られている。
また、 過電流だけでなく過電圧も防止するために使用できる保護素子と し て、 基板上に発熱体と絶縁層と低融点金属体を順次積層し、 過電圧時に発熱 体が発熱し、 それによ り低融点金属体が溶断するよ うにした保護素子が知ら れている （日本国特許 2 7 9 0 4 3 3号） 。
しかしながら、 このよ うな保護素子に対しては、 絶縁層をスク リーン印刷 によ り形成した場合に、 絶縁層の表面にスク リーン印刷のメ ッシュに起因す る凹凸が形成され、 その凹凸のために、 絶縁層上に積層されている低融点金' 属体の加熱時の円滑な球状化分断が妨げられるという問題点が指摘されてい る。 そしてこの問題点に対しては、 発熱体と低融点金属体とを絶縁層を介し て積層することなく、 基板上で平面的に配置することが提案されている （特 開平 1 0— 1 1 6 5 4 9号公報、 特開平 1 0— 1 1 6 5 5 0号公報） 。
しかし、 発熱体を低融点金属体とを平面的に配置すると、 素子のコンパク ト化を図れない。 また、 この場合でも低融点金属体は、 基板上にベタに接す るよ うに設けられるので、 基板が、 加熱溶融状態にある低融点金属体の流動 抵抗となるこ とは避けられず、 低融点金属体の円滑な球状分断化が保証され るとはいえない。
そこで、 本発明は、 基板上に発熱体と低融点金属体を有し、 発熱体の発熱 によ り低融点金属体が加熱されて溶断する保護素子において、 低融点金属体 が加熱溶融時に確実に球状分断化されるよ うにすることを目的とする。 発明の開示
本発明者は、 基板上で、 低融点金属体と接続する電極間で該低融点金属 体を浮かせ、 かつその場合の浮きの高さ Hと低融点金属体の横断面の面積 S に一定の関係をもたせる と、 低融点金属体の加熱溶融時の球状分断化性能が 向上するこ とを見出した。
即ち、 本発明は、 基板上に発熱体と低融点金属体を有し、 発熱体の発熱に よ り低融点金属体が溶断する保護素子において、 低融点金属体が下地から浮 いている領域を有し、 該領域を挟む一対の低融点金属体用電極間における低 融点金属体の横断面の面積を S ( μ m 2 ) 、 前記浮いている領域の浮きの 高さを H ( μ m ) と した場合に、
H / S≥ 5 X 1 0
であることを特徴とする保護素子を提供する。
ここで、 低融点金属体の横断面とは、 該低融点金属体を流れる電流の方向 と垂直な低融点金属体の断面をいう。 図面の簡単な説明
第 1図 Aは、 本発明の保護素子の平面図であり、 第 1 図 B及び第 1図 Cは 、 それの断面図である。
第 2図 A〜第 2図 Eは、 本発明の保護素子の製造工程図である。
第 3図は、 過電圧防止装置の回路図である。
第 4図は、 本発明の保護素子の断面図である。 第 5図は、 本発明の保護素子の断面図である。
第 6図 Aは、 本発明の保護素子の平面図であり、 第 6図 Bは、 その断面図 である。
第 7図は、 本発明の保護素子の断面図である。
第 8図は、 本発明の保護素子の断面図である。
第 9図 Aは、 本発明の保護素子の平面図であり、 第 9図 Bは、 その断面図 である。 - 第 1 0図は、 過電圧防止装置の回路図である。
第 1 1図は、 比較例の保護素子の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しつつ、 本発明を詳細に説明する。 なお、 各図中、 同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
第 1図 Aは、 本発明の一態様の保護素子 1 Aの平面図であり、 第 1図 B及 び第 1図 Cは、 その断面図である。
この保護素子 1 Aは、 基板 2上に発熱体 6、 絶縁層 5及び低融点金属体 4 が順次積層された構造を有している。 ここで、 低融点金属体 4は、 その両端 の低融点金属体用電極 3 a、 3 c と中央部の低融点金属体用電極 3 b とに接 続している。 これら電極 3 a、 3 b、 3 cの上面はいずれも、 低融点金属体 4の下地となっている絶縁層 5の上面よ り も突出しているため、 低融点金属 体 4はその下地の絶縁層 5に接することなく浮いている。
この保護素子 1 Aは、 一対の低融点金属体用電極 3 a、 3 b、 あるいは電 極 3 b、 3 cの間の低融点金属体 4の横断面の面積 （第 1 図 C ) で、 二重線 のハッチングをふした部分 ： W X t ) を S ( μ m 2 ) 、 浮いている領域の浮 きの高さを H ( μ m ) と した場合に、 H / S≥ 5 X 1 0— 5 であるこ とを特 徴と している。 これによ り、 発熱体 6の発熱によ り低融点金属体 4が加熱され、 溶融状態 となった場合に、 低融点金属体 4は、 下地の絶縁層 5あるいは基板 2等の表 面性状によらず、 確実に球状分断化する。
この保護素子 1 Aは、 第 2図に示すよ う に製造される。 まず基板 2上に発 熱体 6用の電極 （所謂、 枕電極） 3 x、 3 yを形成し （第 2図 A ) 、 次いで 、 発熱体 6を形成する （第 2図 B ) 。 この発熱体 6は、 例えば、 酸化ルテニ ゥム系ペース トを印刷し、 焼成するこ とによ り形成する。 次に、 必要に応じ て、 発熱体 6の抵抗値の調節のため、 エキシマレーザー等で発熱体 6に ト リ 一ミ ングを形成した後、 発熱体 6 を覆う よ うに絶縁層 5 を形成する （第 2図 C ) 。 次に、 低融点金属体用電極 3 a、 3 b、 3 c を形成し （第 2図 D ) 、 この電極 3 a、 3 b、 3 c に橋かけするよ う に低融点金属体 4を設ける （第 2図 E ) 。 '
ここで、 基板 2、 電極 3 a、 3 b、 3 c、 3 x、 3 y、 発熱体 6、 絶縁層 5、 低融点金属体 4の形成素材やそれ自体の形成方法は従来例と同様とする こ とができる。 したがって、 例えば、 基板 2 と しては、 プラスチックフィル ム、 ガラスエポキシ基板、 セラ ミ ック基板、 金属基板等を使用するこ とがで き、 好ましく は、 無機系基板を使用する。
発熱体 6は、 例えば、 酸化ルテニウム、 カーボンブラック等の導電材料と 水ガラス等の無機系パイ ンダあるいは熱硬化性樹脂等の有機系パインダから なる抵抗ペース トを塗布し、 必要に応じて焼成するこ とによ り形成できる。 また、 発熱体 6は、 酸化ルテニウム、 カーボンブラック等の薄膜を印刷、 メ ツキ、 蒸着、 スパッタ等によ り形成してもよく、 これらのフィルムの貼付、 積層等によ り形成してもよい。
低融点金属体 4の形成材料と しては、 従来よ り ヒユーズ材料と して使用さ れている種々の低融点金属体を使用するこ とができ、 例えば、 特開平 8— 1 6 1 9 9 0号公報の段落 [ 0 0 1 9 ] の表 1 に記載の合金を使用するこ とが できる。
低融点金属体用電極 3 a、 3 b、 3 c と しては、 銅等の金属単体、 あるい は表面が A g _ P t、 A u等でメ ッキされている電極を使用するこ とができ る。
第 1図 Aの保護素子 1 Aの使用方法と しては、 例えば、 第 3図に示すよ う に、 過電圧防止装置で用いられる。 第 3図の過電圧防止装置おいて、 端子 A 1、 A2には、 例えばリチウムイオン電池等の被保護装置の電極端子が接続さ れ、 端子 Bl、 B2には、 被保護装置に接続して使用される充電器等の装置の 電極端子が接続される。 この過電圧防止装置によれば、 リチウムイオン電池 の充電が進行し、 ツエナダイオー ド Dに降伏電圧以上の逆電圧が印加される と、 急激にベース電流 i b が流れ、 それによ り大きなコレクタ電流 i c が発 熱体 6に流れ、 発熱体 6が発熱する。 この熱が、 発熱体 6上の低融点金属体 4に伝達し、 低融点金属体 4が溶断し、 端子 Al、 A2 に過電圧の印加され るこ とが防止される。 この場合、 低融点金属体 4は 4 a と 4 bの 2力所で溶 断されるので、 溶断後には、 発熱体 6への通電が完全に遮断される。
本発明の保護素子は、 この他種々の態様をとるこ とができる。 例えば、 一 対の低融点金属体用電極の上面間に段差を設け、 この一対の低融点金属体用 電極に接続する低融点金属体を、 これらの電極間で傾斜させてもよい。 第 4図の保護素子 1 Bは、 このよ うな保護素子の一例であって、 中間の電 極 3 bの上面を両端の電極 3 a、 3 cの上面よ り も突出させ、 電極 3 a、 3 b、 3 c に掛かる低融点金属体 4を、 保護素子 1 Bの上面側に凸となるよ う に傾斜させたものである。 この場合、 中間の電極 3 bの上面と両側の電極 3 a、 3 cの上面との段差によって定まる浮きの高さ H ( μ ιη) と、 低融点金 属体の横断面の面積 S ( μ m2 ) とが、 H/ S≥ 5 X 1 0— 5 の関係を満た すよ うにする。 低融点金属体 4を傾斜させて浮かせることによ り、 加熱溶融 時の球状分断化をよ り確実に生じさせるこ とができる。 第 5図の保護素子 1 Cは、 中間の電極 3 bの上面が両端の電極 3 a、 3 b の上面よ り も低く なるよ う に形成し、 電極 3 a、 3 b、 3 cに掛かる低融点 金属体 4を、 保護素子の下面側に凸となるよ うに傾斜させたものである。 こ の場合にも、 中間の電極 3 bの上面と両側の電極 3 a、 3 cの上面との段差 によって定まる浮きの高さ H ( μιη) と、 低融点金属体の横断面の面積 S ( μ m2 ) とが、 HZS≥ 5 X 1 0— 5 の関係を満たすよ う にする。 なお、 こ の保護素子 1 Cのよ う に、 中間の電極 3 bの上面と絶縁層 5の上面とが面一 になるよ うに形成するには、 例えば、 絶縁層 5を形成するガラスペース トを 印刷し、 その上に電極 3 bを形成する導電ペース トを印刷し、 さらにプレス してこれらの印刷面を面一と し、 その後に焼成処理をして絶縁層 5 と電極 3 bを形成すればよい。
第 6図 Aの保護素子 1 Dは、 中間の電極 3 b と両端の電極 3 a、 3 じ との 間に、 絶縁ガラス等からなるスぺーサ 7を設け、 そのスぺーサ 7上に低融点 金属体 4を形成し、 それによ り低融点金属体 4が浮く よ う にしたものである 。 この場合、 スぺーサ 7の上面と中間の電極 3 bの上面あるいは両側の電極 3 a、 3 cの上面との高さの差によって定まる浮きの高さ H ( M m) と、 低 融点金属体 4の横断面の面積 S ( μ m2 ) とが、 HZ S≥ 5 X 1 0 -5 の関 係を満たすよ うにする。
なお、 上述した保護素子 1 A、 1 B、 1 C、 I Dにおいては、 低融点金属 4が電極 3 a、 3 b間、 電極 3 b、 3 c間の全領域において浮いており、 低 融点金属体がその下方の絶縁層 5 と接していないが、 本発明において低融点 金属体 4は、 電極 3 a、 3 b、 3 c と接する以外の全ての領域において、 必 ずしも浮いている必要はない。 例えば、 第 7図に示す保護素子 1 Eのよ うに 、 低融点金属体 4が両側の電極 3 a、 3 cの近傍で絶縁層 5 と接していても よい。
また、 第 8図に示す保護素子 1 Fのよ う に、 一つの保護素子の中に、 低融 点金属体 4の高さの異なる浮き （高さ H2 ) がある場合、 それぞれの 浮きについて、 上述の浮きの高さ Hと低融点金属体の横断面の面積 S との関 係が満足されるよ う にする。
本発明の保護素子は、 低融点金属体が、 電極 3 a と電極 3 b、 及び電極 3 b と電極 3 b という二対の電極間でそれぞれ溶断するものに限らず、 その用 途に応じて、 一対の電極間でのみ溶断するよ うに構成してもよい。 例えば、 第 1 0図に示した回路図の過電圧防止装置で用いる保護素子は、 第 9図 Aに 示す保護素子 1 Gのよ うに、 電極 3 bを省略した構成とするこ とができる。 この保護素子 1 Gも、 一対の電極間 3 a、 3 c に、 高さ Hの浮きを有する。 この他、 本発明の保護素子において、 個々の低融点金属体 4の形状は平板 状に限らない。 例えば、 丸棒状と してもよい。 また、 低融点金属体 4は、 発 熱体 6上に絶縁層 5 を介して積層する場合に限らない。 低融点金属体と発熱 体とを平面配置し、 発熱体の発熱によ り低融点金属体が溶断するよ うにして もよい。
本発明の保護素子をチップ化する場合、 低融点金属体 4の上には、 4 , 6 —ナイロン、 液晶ポリ マー等のキャップを被せるこ とが好ましい。
実施例
以下、 本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
実施例 1
第 1図 Aの保護素子 1 Aを次のよ うにして作製した。 基板 2 と して、 アル ミナ系セラミ ック基板 （厚さ 0. 5 mm、 大きさ 5 mm X 3 mm) を用意し 、 これに銀一パラジウムペース ト （デュポン社製、 6177T) を印刷し、 焼成 ( 8 5 0 ° (：、 0. 5時間） することによ り発熱体 6用の電極 3 x、 3 y (厚 さ 1 0 μ m、 大きさ 2. 4 m m X 0. 2 mm) を形成した。
次に、 酸化ルテニウム系ペース ト （デュポン社製、 DP1900) を印刷し、 焼 成 （ 8 5 0 °C、 0. 5時間） することによ り発熱体 6 (厚さ 1 0 /z m、 大き さ 2. 4 mm X 1 . 6 mm、 パターン抵抗 5 Ω) を形成した。
その後、 発熱体 6上に絶縁ガラスペース トを印刷するこ とによ り絶縁層 5 (厚さ 1 5 μ m) を形成し、 さ らに、 低融点金属体用の電極 3 a、 3 b、 3 c (大きさ 2. 2 mm X 0 . 7 mm、 3 a、 3 cの厚さ 2 0 m、 3 bの厚 さ Ι Ο μ ιη) を、 銀一白金ペース ト （デュポン社製、 5164N) を印刷し、 焼 成 （ 8 5 0 °C、 0 . 5時間） することによ り形成した。 この電極 3 a、 3 b 、 3 cに橋かけするよ うに、 低融点金属体 4 と して半田箔 （ S n ： S b = 9 5 ： 5、 液相点 2 4 0 °C、 厚さ t = 1 0 0 m、 長さ L = 4 0 0 0 m、 幅 W= Ι Ο Ο Ο μ Ο πιιη) を接続し、 半田箔の浮きの高さ Hが 1 0 μ m、 半田 箔の横断面の面積 S力 S 1 0 0 μ m X 1 0 0 0 μ m = 1 X 1 05 μ m2 の保護 素子 1 Aを得た。
比較例 1
実施例 1 の保護素子の製造方法において、 電極 3 a、 3 b、 3 c の焼成前 にプレスすることによ り電極 3 a、 3 b、 3 c と絶縁層 5 とを平面化し、 そ の上に半田箔を接続するこ とによ り、 第 1 1図に示すよ う に、 半田箔 （低融 点金属体 4 ) に浮きのない保護素子 1 Xを作製した。
実施例 2〜 7、 比較例 2〜 5
実施例 1の保護素子の製造方法において、 低融点金属体 4の幅、 厚み、 電 極 3 a、 3 b、 3 cの印刷厚みを変えることによ り、 表 1 のよ うに低融点金 属体の浮きの高さ Hと横断面の面積 Sが異なる保護素子を作製した。
評価
実施例 1〜 7及び比較例 1〜 5の各保護素子の発熱体 6に 4 Wを印加した 場合において、 発熱体 6に電圧を印加してから低融点金属体 4が溶断するま での時間 （動作時間） を測定し、 動作時間が 1 5秒以内の場合を G、 1 5秒 を超える場合を N Gと評価した。 結果を表 1 に示す。 表 1から、 低融点金属体 4に浮いた領域を設けるこ と によ り動作時間が短く なるこ と、 低融点金属体 4の浮きの高さ Hと横断面の 面積 Sの比 H/ Sが 5 X 1 0— 5 以上の場合に、 動作時間が 1 5秒以内とな るこ とがわかる。
表 1 幅 w ■ 厚み t 面積 s 浮き H H/S 動作時間 判定 k w m ) κ m ) ( a m2 ) ( M m ) (秒）
実施例 1 1000 100 100000 10 1.0X10"4 10 G 実施例 2 1000 100 100000 5 5.0X10- 5 13 G 実施例 3 1000 150 150000 10 6.7X10- 5 12 G 実施例 4 1000 300 300000 20 6.7X10- 5 15 G 実施例 5 500 150 75000 5 6.7X10- 5 10 G 実施例 6 500 150 75000 10 1.3X10- 4 9 G 実施例 7 500 300 150000 10 6.7X10- 5 13 G 比較例 1 1000 100 100000 0 一 30 N G 比較例 2 1000 100 100000 0 ― 21 N G 比較例 3 1000 150 150000 5 3.3X10- 5 24 N G 比較例 4 1000 300 300000 10 3.3X10" 5 25 N G 比較例 5 500 300 150000 5 3.3X10- 5 25 N G
産業上の利用分野
本発明によれば、 基板上に発熱体と低融点金属体を有し、 発熱体の発熱に よ り低融点金属体が加熱されて溶断する保護素子において、 低融点金属体の 加熱溶融時に低融点金属体を確実に球状分断化することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板上に発熱体と低融点金属体を有し、 発熱体の発熱によ り低融 点金属体が溶断する保護素子において、 低融点金属体が下地から浮いている 領域を有し、 該領域を挟む一対の低融点金属体用電極間における低融点金属 体の横断面の面積を S ( μ m 2 ) 、 前記浮いている領域の浮きの高さを H
( m ) と した場合に、·
H / S≥ 5 X 1 0 一 5
であるこ とを特徴とする保護素子。
2 . 前記一対の低融点金属体用電極の双方の上面が、 前記下地の絶縁 層の上面よ り も突出した位置にある請求の範囲第 1項記載の保護素子。
3 . 前記一対の低融点金属体用電極の上面間に段差があり、 該一対の 低融点金属体用電極間で低融点金属体が傾斜している請求の範囲第 1項記载 の保護素子。
4 . 前記一対の低融点金属体用電極間に絶縁性のスぺーサ一が設けら れ、 該スぺーサ一の上面が一対の低融点金属体用電極の上面よ り も突出して いる請求の範囲第 1項記載の保護素子。
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