WO2022191133A1 - ヒューズエレメント、ヒューズ素子及び保護素子 - Google Patents

ヒューズエレメント、ヒューズ素子及び保護素子 Download PDF

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吉弘 米田
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デクセリアルズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuse element, and a fuse element and a protection element using this fuse element.
  • a fuse element that interrupts the current path by heating and fusing the fuse element itself is known.
  • a protective element using a heating element is known as a current interrupting element for interrupting a current path when an abnormality other than overcurrent occurs in a circuit board. This protective element is configured to cause the heating element to generate heat by passing current through the heating element in the event of an abnormality other than the occurrence of overcurrent, and use the heat to melt the fuse element.
  • a fuse element used as a fuse element and a protection element a laminated fuse element having a low melting point metal plate and a high melting point metal layer laminated on the surface of the low melting point metal plate is known.
  • the laminated fuse element a pair of first side edge portions which are formed thicker than the main surface portion and face each other are formed to have a thickness thinner than the first side edge portions and face each other.
  • Patent Document 1 One having a pair of second side edges is known (Patent Document 1).
  • the second side edge portion is arranged along the current flow direction. It is said that the first side edge portion can be fused quickly with less heat energy than when the first side edge portion is arranged along the direction of current flow.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent the melting and deformation of the low-melting-point metal plate during reflow even if the width in the current-carrying direction is widened, and to prevent overcurrent.
  • an object of the present invention is to prevent the melting and deformation of the low-melting-point metal plate during reflow even if the width in the current-carrying direction is widened, and to prevent overcurrent.
  • the present invention proposes the following means.
  • a fuse element includes a first main surface and a second main surface facing each other, and a first side surface connecting the first main surface and the second main surface and facing each other. and a low melting point metal plate having a second side surface, a first high melting point metal layer laminated on the first main surface and the second main surface, and a second laminated on the first side surface and the second side surface and a refractory metal layer, and has a defective portion in which at least a part of the second refractory metal layer is defective.
  • the second high melting point metal layer may be thicker than the first high melting point metal layer.
  • the melting point of the material constituting the low-melting-point metal plate is in the range of 138° C. or higher and 250° C. or lower, and the first high-melting-point metal layer and The melting point of the material forming the second high-melting-point metal layer may be 100° C. or more higher than the melting point of the material forming the low-melting-point metal plate.
  • the second high melting point metal layer has a thickness in the range of 4 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less
  • the first high melting point metal layer has a thickness of may be in the range of 3 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less.
  • a fuse element according to an aspect of the present invention includes the fuse element according to any one of (1) to (4) above, wherein the first side surface and the second side surface of the fuse element extend along the direction of current flow. arranged to extend in the direction
  • a protection element has the fuse element according to any one of the above (1) to (4) and a heating element that heats the fuse element, and the fuse element includes the first The first side surface and the second side surface are arranged so as to extend in a direction along the energization direction.
  • the low-melting-point metal plate is less likely to melt and deform during reflow, and the fuse element can be fused quickly in the event of an abnormality such as the occurrence of an overcurrent. Then, it becomes possible to provide a fuse element and a protective element using this fuse element.
  • FIG. 1 is a perspective view of a fuse element according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the fuse element shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a fuse element according to a second embodiment of the invention.
  • 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4.
  • FIG. FIG. 6 is an exploded perspective view of a fuse element according to a third embodiment of the invention.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6.
  • FIG. FIG. 8 is an exploded perspective view of a protection element according to a fourth embodiment of the invention.
  • 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line
  • FIG. 1 is a perspective view of a fuse element according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the fuse element shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. is.
  • the fuse element 10 of the present embodiment includes a low-melting-point metal plate 11, first high-melting-point metal layers 12a and 12b laminated on the low-melting-point metal plate 11, and second high-melting-point metal layers 12a and 12b. It has layers 12c and 12d.
  • the second high-melting-point metal layers 12c and 12d have defective portions 13 in which at least a portion thereof is defective.
  • the low-melting-point metal plate 11 is a rectangular plate in plan view, and has four surfaces connecting the first main surface 11a and the second main surface 11b facing each other, and connecting the first main surface 11a and the second main surface 11b. have sides.
  • the four side surfaces are a first side surface 11c and a second side surface 11d, and a third side surface 11e and a fourth side surface 11f, which face each other.
  • the thickness of the low melting point metal plate 11 is preferably 30 ⁇ m or more.
  • the film thickness of the low melting point metal plate 11 may be 60 ⁇ m or more, 100 ⁇ m or more, or 500 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the film thickness of the low-melting-point metal plate 11 can be arbitrarily selected, but may be, for example, 3000 ⁇ m or less. If necessary, the thickness may be 2000 ⁇ m or less or 1500 ⁇ m or less.
  • First high-melting-point metal layers 12a and 12b are laminated on the first main surface 11a and the second main surface 11b of the low-melting-point metal plate 11, respectively.
  • Second high melting point metal layers 12c and 12d are laminated on the first side surface 11c and the second side surface 11d of the low melting point metal plate 11, respectively.
  • the thickness Tc of the second high melting point metal layer 12c laminated on the first side surface 11c and the thickness Td of the second high melting point metal layer 12d laminated on the second side surface 11d are It is thicker than the thickness Ta of the first high melting point metal layer 12a and the thickness Tb of the first high melting point metal layer 12b laminated on the second main surface 11b (see FIG. 3).
  • the thickness Tc of the second high-melting-point metal layer 12c and the thickness Td of the second high-melting-point metal layer 12d are preferably in the range of 4 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, more preferably in the range of 4 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. preferable.
  • the thickness Ta of the first high melting point metal layer 12a and the thickness Tb of the first high melting point metal layer 12b are preferably in the range of 3 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, more preferably in the range of 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less. preferable.
  • the thicknesses Tc and Td of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are in the range of 110 to 150. is preferable, and it is more preferable to be in the range of 120 or more and 140 or less.
  • the cutout portion 13 is provided in the second refractory metal layers 12c and 12d.
  • the shape of the missing portion 13 is triangular in plan view (see FIG. 2), but the shape of the missing portion 13 is not particularly limited.
  • the shape of the cutout portion 13 may be, for example, a semicircle or a quadrangle (square, rectangle, trapezoid) in plan view.
  • the depth of the cutout portion 13 is set to the depth at which the low melting point metal plate 11 is exposed, but the depth of the cutout portion 13 is not particularly limited.
  • the depth of the missing portion 13 may be, for example, a depth at which the low-melting-point metal plate 11 is not exposed, or may be a depth at which a portion of the low-melting-point metal plate 11 is lost. Furthermore, in the present embodiment, the number of cutouts 13 is two in each of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d, but the number of cutouts 13 is not particularly limited. The number of missing portions 13 may be, for example, one, or may be three or more. It is preferable that the ratio of the total area of the defective portion 13 to the area of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d is more than 0% and 50% or less.
  • the melting point of the low-melting-point metal plate 11 is equal to or lower than the heating temperature during reflow when manufacturing fuse elements and protective elements.
  • the melting point TL of the material forming the low melting point metal plate 11 is preferably in the range of 138.degree. C. to 250.degree.
  • the melting point TL may be in the range of 138° C. or higher and 218° C. or lower or in the range of 218° C. or higher and 250° C. or lower as necessary.
  • the melting point of the material forming the low melting point metal plate 11 may be the liquidus temperature of the material.
  • the material of the low melting point metal plate 11 is preferably tin or a tin alloy containing tin as a main component.
  • the content of tin in the tin alloy is preferably 40% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
  • the tin content may be 70% by mass or more, or 80% by mass or more.
  • the upper limit of the tin content can be arbitrarily selected, but may be, for example, 99% by mass or less or 97% by mass or less.
  • Examples of tin alloys include Sn--Bi alloys, In--Sn alloys, and Sn--Ag--Cu alloys.
  • the high-melting-point metal layer 12 is a layer made of a metal material that is dissolved in the melt of the low-melting-point metal plate 11 .
  • the material of the low melting point metal plate 11 is tin or a tin alloy
  • the material of the high melting point metal layer 12 is at least one selected from the group consisting of zinc, antimony, aluminum, silver, gold, copper, nickel, cobalt and iron. It is preferably an alloy containing such metals or said metals as a main component.
  • the content of the metal in the alloy is preferably 40% by mass or more, more preferably 60% by mass or more.
  • the content of the metal may be 70% by mass or more, or 80% by mass or more.
  • the upper limit of the content of the metal can be arbitrarily selected, but may be, for example, 99% by mass or less or 97% by mass or less.
  • Examples of such alloys include phosphor bronze, silver-palladium alloys, nickel-iron alloys and nickel-cobalt alloys.
  • the material of the high-melting-point metal layer 12 is preferably copper, a copper alloy, silver, or a silver alloy from the viewpoint of increasing the electrical conductivity of the fuse element 10 during normal operation.
  • the melting point TH of the material forming the high-melting-point metal layer 12 is preferably higher than the melting point TL of the material forming the low-melting-point metal plate 11 by 100°C or more. That is, the melting point of the high-melting-point metal layer 12 is preferably higher than that of the low-melting-point metal plate 11 by 100° C. or more.
  • the difference between the melting point TH and the melting point TL (melting point TH ⁇ melting point TL) is more preferably 500° C. or higher, particularly preferably 800° C. or higher.
  • a difference between the melting point TH and the melting point TL may be 1500° C. or less.
  • the melting point TH is preferably in the range of 400° C. or higher and 1700° C. or lower.
  • the melting point TH may be in the range of 400° C. or higher and 600° C. or lower, 600° C. or higher and 1000° C. or lower, or 1000° C. or higher and 1600° C. or lower as
  • the fuse element 10 of this embodiment can be manufactured, for example, by coating the surface of the low-melting-point metal plate 11 with a high-melting-point metal forming the high-melting-point metal layer 12 .
  • Electroplating can be used as a method for coating the low-melting-point metal plate 11 with the high-melting-point metal. By using the electroplating method, it is possible to continuously obtain a coated low-melting-point metal plate coated with a high-melting-point metal by continuously transporting a long low-melting-point metal plate in the longitudinal direction to a plating bath. can.
  • the electric field strength is relatively increased at the edge portion of the low-melting-point metal plate, that is, the side portion in the width direction of the long low-melting-point metal plate.
  • a metal layer 12 is thickly plated.
  • a long covered low-melting-point metal plate is obtained in which the high-melting-point metal layer on the side surface portion is thicker than the high-melting-point metal layer on the main surface portion.
  • the fuse element 10 of the present embodiment is obtained by cutting the obtained elongated covered low-melting-point metal plate into a predetermined length, and forming the missing portion 13 in the side surface portion of the obtained covered low-melting-point metal plate piece. is generated. The cutting of the coated low-melting-point metal plate and the formation of the missing portion 13 may be performed at the same time, or the cutting of the coated low-melting-point metal plate may be performed after forming the missing portion 13 .
  • the first high-melting-point metal layers 12a and 12b are laminated on the first main surface 11a and the second main surface 11b of the low-melting-point metal plate 11, respectively.
  • second refractory metal layers 12c and 12d are laminated on the first side surface 11c and the second side surface 11d, respectively. Therefore, by arranging the fuse element 10 so that the first side surface 11c and the second side surface 11d extend in the direction along the direction of current flow, the low-melting-point metal plate 11 will not melt during reflow even if the width in the direction of current flow is increased. It becomes difficult for the material to be deformed as a result of the reflow, and the shape after reflow is stabilized.
  • the second high-melting-point metal layers 12c and 12d have a defect portion 13. As shown in FIG. Thus, in the event of an abnormality such as the occurrence of an overcurrent, since the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are preliminarily divided by the defect portion 13, it is possible to prevent a delay in fusing time due to undissolved portions thereof.
  • the fuse element 10 of the present embodiment when the thicknesses Tc and Td of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are thicker than the thicknesses Ta and Tb of the first high-melting-point metal layers 12a and 12b, the fuse element 10 Since the strength is further improved, the shape after reflow is more stable.
  • the melting point of the material forming the low-melting-point metal plate 11 is in the range of 138° C. or higher and 250° C. or lower, the low-melting-point metal plate 11 is Melts are more likely to form, so the speed of fusing in the event of an abnormality becomes faster. Further, when the melting point of the material forming the first high-melting-point metal layers 12a, 12b and the second high-melting-point metal layers 12c, 12d is 100° C.
  • first high-melting-point metal layers 12a, 12b and the second high-melting-point metal layers 12c, 12d are sometimes difficult to melt, the shape after reflow is further stabilized.
  • the thicknesses Tc and Td of the second high melting point metal layers 12c and 12d are in the range of 4 ⁇ m to 40 ⁇ m
  • the thicknesses Ta and Tb of the first high melting point metal layers 12a and 12b are in the range of 4 ⁇ m to 40 ⁇ m. is in the range of 3 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, the stability of the shape after reflow and the speed of fusing in the event of an abnormality are improved in a well-balanced manner.
  • the high melting point metal layer is not laminated on the third side face 11e and the fourth side face 11f of the low melting point metal plate 11, but the third side face 11e and the fourth side face of the low melting point metal plate 11
  • a refractory metal layer may be laminated on 11f.
  • the thickness of the refractory metal layer laminated on the third side surface 11e and the fourth side surface 11f is not particularly limited, and may be thicker than the thicknesses Tc and Td of the second refractory metal layers 12c and 12d. , can be thin.
  • the surface of the fuse element 10 of the present embodiment may be coated with flux.
  • the application of flux prevents oxidation of the fuse element 10 . Therefore, when the fuse element 10 is connected to the electrode or terminal of the fuse element or protection element using a bonding material such as solder, the wettability of the fuse element 10 to the bonding material is improved.
  • by applying flux adhesion of molten metal generated by arc discharge can be suppressed, and the insulation of the fuse element 10 after melting can be improved.
  • FIG. 4 is a perspective view of a fuse element according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG.
  • the fuse element 20 of this embodiment includes an insulating substrate 21, and a first electrode 22 and a second electrode 23 arranged at a pair of opposite ends of the insulating substrate 21. , a fuse element 10 electrically connecting a first electrode 22 and a second electrode 23 .
  • a current flows between the first electrode 22 and the second electrode 23 of the fuse element 20 via the fuse element 10 .
  • the fuse element 10 is arranged such that the first side surface 11c and the second side surface 11d of the low-melting-point metal plate 11 extend in the direction along which the current of the fuse element 20 flows (the current flow direction). That is, the second refractory metal layers 12c and 12d of the fuse element 10 are arranged so that one end is connected to the first electrode 22 and the other end is connected to the second electrode 23. .
  • the insulating substrate 21 is not particularly limited as long as it has electrical insulation, and known insulating substrates used as circuit substrates, such as resin substrates, ceramic substrates, and composite substrates of resin and ceramics, can be used.
  • resin substrates include epoxy resin substrates, phenol resin substrates, and polyimide substrates.
  • ceramic substrates include alumina substrates, glass ceramic substrates, mullite substrates, and zirconia substrates.
  • a glass epoxy substrate can be mentioned as an example of the composite substrate.
  • the first electrode 22 has an upper surface electrode 22a formed on the upper surface 21a of the insulating substrate 21, a lower surface electrode 22b formed on the lower surface 21b of the insulating substrate 21, and a castellation 22c connecting the upper surface electrode 22a and the lower surface electrode 22b. .
  • the connection between the upper surface electrode 22a and the lower surface electrode 22b is not limited to the castellation, and may be made by a through hole.
  • the second electrode 23 similarly has an upper surface electrode 23a, a lower surface electrode 23b, and a castellation 23c.
  • the first electrode 22 and the second electrode 23 are each formed of a conductive pattern such as silver wiring or copper wiring.
  • the surfaces of the first electrode 22 and the second electrode 23 may be covered with an electrode protective layer for suppressing deterioration of electrode characteristics due to oxidation or the like.
  • an electrode protective layer for suppressing deterioration of electrode characteristics due to oxidation or the like.
  • a material of the electrode protection layer for example, a Sn plating film, a Ni/Au plating film, a Ni/Pd plating film, a Ni/Pd/Au plating film, or the like can be used.
  • the fuse element 10 is electrically connected to the first electrode 22 and the second electrode 23 via a bonding material 24 such as solder.
  • An insulating dam 25 is provided along the bonding material 24 on the upper surface electrode 22 a of the first electrode 22 and the upper surface electrode 23 a of the second electrode 23 .
  • the insulating dam 25 prevents the bonding material 24 from melting and flowing out.
  • the insulating dam 25 can prevent a joining material such as solder used when mounting the fuse element 20 on a circuit board from flowing into the fuse element.
  • the fuse element 20 may be attached with a cover member. By attaching the cover member, it is possible to protect the inside of the fuse element 20 and prevent the scattering of melted material generated when the fuse element 10 is blown.
  • Various engineering plastics and ceramics can be used as the material of the cover member.
  • the fuse element 20 is mounted on the current path of the circuit board via the first electrode 22 and the second electrode 23 .
  • the low melting point metal plate 11 of the fuse element 10 provided in the fuse element 20 does not melt while a current below the rating is flowing on the current path of the circuit board.
  • the low melting point metal plate 11 of the fuse element 10 heats up and melts.
  • the first high-melting-point metal layers 12a and 12b are melted by the molten material thus generated, and the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are divided starting from the missing portions 13 of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d.
  • the fuse element 10 is fused.
  • the wire between the first electrode 22 and the second electrode 23 is broken, and the current path of the circuit board is cut off.
  • the fuse element 20 of the present embodiment configured as described above uses the fuse element 10 described above as the fuse element, and is laminated on the first side surface 11c and the second side surface 11d of the low melting point metal plate 11 of the fuse element 10.
  • the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are arranged to extend in the direction along which the current of the fuse element 20 flows (current-carrying direction).
  • the second high-melting-point metal layers 12c and 12d support the low-melting-point metal plate 11 during reflow when manufacturing the fuse element 20, so that the low-melting-point metal plate 11 is less likely to be melted and deformed.
  • the shape of the fuse element 10 after reflow is stabilized.
  • the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are preliminarily separated by the cutout portion 13, it is possible to prevent delay of the fusing time due to undissolved portions thereof.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a fuse element according to a third embodiment of the invention
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.
  • the fuse element 30 of this embodiment includes a lower case 31, an upper case 32, a first terminal 33, a second terminal 34, and a first terminal 33 and a second terminal 34. and a fuse element 10a for electrically connecting the In the fuse element 30, current flows between the first terminal 33 and the second terminal 34 via the fuse element 10a.
  • the fuse element 10a has a low-melting-point metal plate 11, and first high-melting-point metal layers 12a, 12b and second high-melting-point metal layers 12c, 12d laminated on the low-melting-point metal plate 11.
  • the fuse element 10a As for the fuse element 10a, the same members as those of the fuse element 10 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the fuse element 10a is arranged such that the first side surface 11c and the second side surface 11d of the low-melting-point metal plate 11 extend in the direction along which the current of the fuse element 20 flows (the conducting direction).
  • a second high-melting-point metal layer 12c is laminated on the first side surface 11c of the low-melting-point metal plate 11, and a second high-melting-point metal layer 12d is laminated on the first side surface 11d of the low-melting-point metal plate 11.
  • the second refractory metal layers 12c and 12d of the fuse element 10a are arranged so that one end is connected to the first terminal 33 and the other end is connected to the second terminal 34. .
  • the material of the lower case 31 and the upper case 32 is not particularly limited as long as it has electrical insulation, and resins, ceramics, composites of resin and ceramics, and the like can be used.
  • the resin preferably has a high glass transition temperature.
  • As the resin having a high glass transition temperature it is preferable to use a nylon-based resin because of its high tracking resistance.
  • nylon-based resins it is particularly preferable to use nylon 46, nylon 6T, and nylon 9T.
  • the first terminal 33 has an external terminal hole 33a.
  • the second terminal 34 has an external terminal hole 34a.
  • materials for the first terminal 33 and the second terminal 34 for example, copper, brass, nickel, or the like can be used.
  • a material for the first terminal 33 and the second terminal 34 it is preferable to use brass from the viewpoint of strengthening rigidity, and it is preferable to use copper from the viewpoint of reducing electrical resistance.
  • the materials of the first terminal 33 and the second terminal 34 may be the same or different.
  • the fuse element 10a is provided with one defective portion 13a in each of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d. Further, the shape of the missing portion 13a is trapezoidal.
  • the fuse element 30 is mounted on the current path of the circuit board via the first terminal 33 and the second terminal 34 .
  • the low melting point metal plate of the fuse element 10a provided in the fuse element 30 does not melt while a current below the rating is flowing on the current path of the circuit board.
  • the low melting point metal plate 11 of the fuse element 10a heats up and melts.
  • the first high-melting-point metal layers 12a and 12b are melted by the molten material thus generated, and the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are divided starting from the missing portions 13a of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d.
  • the fuse element 10a is fused.
  • the first terminal 33 and the second terminal 34 are disconnected, and the current path of the circuit board is interrupted.
  • the fuse element 30 of the present embodiment uses the above-described fuse element 10a as the fuse element, and the second refractory metal layers 12c and 12d of the fuse element 10a allow the current of the fuse element 30 to flow. It is arranged so as to extend in a direction along the direction of flow (direction of current flow).
  • the second high-melting-point metal layers 12c and 12d support the low-melting-point metal plate 11 during reflow when manufacturing the fuse element 30, so that the low-melting-point metal plate 11 is less likely to be melted and deformed.
  • the shape of the fuse element 10a after reflow is stabilized.
  • the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are preliminarily divided by the cutout portion 13a, so that the fusing time can be prevented from being delayed due to undissolved portions thereof.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a protective element according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX of FIG. 8
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. It is a diagram.
  • the protection element 40 of this embodiment includes an insulating substrate 21, and a first electrode 22 and a second electrode 23 arranged at a pair of opposite ends of the insulating substrate 21. , a fuse element 10 electrically connecting a first electrode 22 and a second electrode 23 .
  • the insulating substrate 21, the first electrode 22, the second electrode 23, and the fuse element 10 are the same as the fuse element 20 described above, so they are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
  • the protection element 40 further includes a third electrode 41 , a heating element 42 connected to the third electrode 41 , an insulating member 43 covering the heating element 42 , and a fourth electrode 44 .
  • the fourth electrode 44 has one end connected to the heating element 42 and is connected to the first refractory metal layer 12b laminated on the second main surface 11b of the fuse element 10 via the bonding material 45 .
  • the third electrode 41 includes an upper surface electrode 41a formed on the upper surface 21a of the insulating substrate 21, a lower surface electrode 41b formed on the lower surface 21b of the insulating substrate 21, and a castellation 41c connecting the upper surface electrode 41a and the lower surface electrode 41b. have.
  • the connection between the upper surface electrode 41a and the lower surface electrode 41b is not limited to the castellation, and may be made by a through hole.
  • the third electrode 41 is formed of a conductive pattern such as silver wiring or copper wiring.
  • the surface of the third electrode 41 may be covered with an electrode protective layer for suppressing deterioration of electrode characteristics due to oxidation or the like.
  • As a material of the electrode protection layer for example, a Sn plating film, a Ni/Au plating film, a Ni/Pd plating film, a Ni/Pd/Au plating film, or the like can be used.
  • the heating element 42 has a relatively high resistance and is made of a high-resistance conductive material that generates heat when energized.
  • a high-resistance conductive material for example, nichrome, W, Mo, Ru, etc., or an alloy, composition, or compound powder containing these can be used.
  • a paste made by mixing a high-resistance conductive material and a resin binder is prepared. It can be formed by a method such as baking.
  • glass can be used as the material of the insulating member 43 .
  • the fourth electrode 44 is arranged to face the heating element 42 with the insulating member 43 interposed therebetween.
  • Solder for example, is used as the bonding material 45 .
  • the heating element 42 overlaps the fuse element 10 via the insulating member 43 , the fourth electrode 44 and the bonding material 45 . With such a superimposed structure, the heat generated by the heating element 42 can be efficiently transferred to the fuse element 10 within a narrow range.
  • a cover member may be attached to the protective element 40 .
  • By attaching the cover member it is possible to protect the inside of the protective element 40 and prevent the scattering of melted matter generated when the fuse element 10 is fused.
  • Various engineering plastics and ceramics can be used as the material of the cover member.
  • the protection element 40 is mounted on the current path of the circuit board via the first electrode 22 and the second electrode 23 .
  • the low-melting-point metal plate 11 of the fuse element 10 provided in the protective element 40 does not melt while a current below the rating is flowing on the current path of the circuit board.
  • the low melting point metal plate 11 of the fuse element 10 heats up and melts.
  • the first high-melting-point metal layers 12a and 12b are melted by the molten material thus generated, and the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are divided starting from the missing portions 13 of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d.
  • the fuse element 10 is blown. By blowing the fuse element 10, the wire between the first electrode 22 and the second electrode 23 is broken, and the current path of the circuit board is cut off.
  • the protection element 40 energizes the heating element 42 via the third electrode 41 by the current control element provided on the circuit board. This energization causes the heating element 42 to generate heat. Then, the heat is transferred to the fuse element 10 via the insulating member 43 , the fourth electrode 44 and the bonding material 45 . This heat melts the low-melting-point metal plate 11 of the fuse element 10 to produce a molten material.
  • the first high-melting-point metal layers 12a and 12b are melted by the molten material thus generated, and the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are divided starting from the missing portions 13 of the second high-melting-point metal layers 12c and 12d. , the fuse element 10 is blown. By blowing the fuse element 10, the wire between the first electrode 22 and the second electrode 23 is broken, and the current path of the circuit board is cut off.
  • the protection element 40 according to the fourth embodiment of the present invention configured as described above uses the above-described fuse element 10 as a fuse element, and the second high-melting-point metal layers 12c and 12d of the fuse element 10 are fused. It is arranged so as to extend in a direction along the direction in which the current of the element 20 flows (current conducting direction). As a result, the second high-melting-point metal layers 12c and 12d support the low-melting-point metal plate 11 during reflow when manufacturing the protective element 40, so that the low-melting-point metal plate 11 is less likely to be melted and deformed. , the shape of the fuse element 10 after reflow is stabilized. In addition, since the second high-melting-point metal layers 12c and 12d are preliminarily divided by the defect 13 in the event of an abnormality such as an overcurrent, it is possible to prevent a delay in fusing time due to undissolved portions.

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Abstract

このヒューズエレメントは、互いに対向する第１主面と第２主面、及び前記第１主面と前記第２主面とを接続し、互いに対向する第１側面と第２側面を有する低融点金属板と、前記第１主面及び前記第２主面に積層された第１高融点金属層と、前記第１側面及び前記第２側面に積層された第２高融点金属層と、を有し、前記第２高融点金属層は、少なくとも一部が欠損した欠損部を有する。

Description

ヒューズエレメント、ヒューズ素子及び保護素子
　本発明は、ヒューズエレメントと、このヒューズエレメントを用いたヒューズ素子及び保護素子に関する。
　本願は、２０２１年３月９日に、日本に出願された特願２０２１－０３７３６５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　回路基板に定格を超える過電流が通電したときに電流経路を遮断させるための電流遮断素子として、ヒューズエレメント自体が発熱して溶断することによって電流経路を遮断させるヒューズ素子が知られている。また、回路基板に過電流の発生以外の異常が発生したときに電流経路を遮断させるための電流遮断素子として、発熱体（ヒーター）を用いた保護素子が知られている。この保護素子は、過電流の発生以外の異常時に、発熱体に電流を通電させることによって、発熱体を発熱させ、その熱を利用してヒューズエレメントを溶断させるように構成されている。
　ヒューズ素子及び保護素子に用いられるヒューズエレメントとして、低融点金属板と、その低融点金属板の表面に積層された高融点金属層とを有する積層型のヒューズエレメントが知られている。この積層型のヒューズエレメントとして、主面部よりも肉厚に形成され、相対向する一対の第１の側縁部と、上記第１の側縁部よりも薄い厚さに形成され、相対向する一対の第２の側縁部とを有するものが知られている（特許文献１）。特許文献１に記載されている保護素子では、第２の側縁部が通電方向に沿って配設されている。この、第１の側縁部を通電方向に沿って配設した場合に比して、少ない熱エネルギーで速やかに溶断させることができるとされている。
特許第６３２４６８４号公報
　ヒューズエレメントでは、電気抵抗を低減させるために、通電方向に対する幅を広くすることが検討されている。しかしながら、従来の積層型のヒューズエレメントは幅を広くすると、ヒューズ素子や保護素子の電極あるいは端子にリフローによりはんだ付けする際に、低融点金属板が溶融して、ヒューズエレメントが部分的に潰れた形状に変形することが起こることがあった。部分的に潰れた形状のヒューズエレメントは、その潰れた部分で抵抗値が上昇し、また温度ストレスがかかりやすくなるため、破断リスクが高くなるおそれがある。また、ヒューズエレメントの幅を広くすると、過電流の発生などの異常時に溶断させにくくなるおそれがある。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、通電方向に対する幅を広くしてもリフロー時に低融点金属板が溶融して変形することが起こりにくく、かつ過電流の発生などの異常時には速やかに溶断させることができるヒューズエレメントと、このヒューズエレメントを用いたヒューズ素子及び保護素子を提供することにある。
　上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明の一態様に係るヒューズエレメントは、互いに対向する第１主面と第２主面、及び前記第１主面と前記第２主面とを接続し、互いに対向する第１側面と第２側面を有する低融点金属板と、前記第１主面及び前記第２主面に積層された第１高融点金属層と、前記第１側面及び前記第２側面に積層された第２高融点金属層と、を有し、前記第２高融点金属層の少なくとも一部が欠損した欠損部を有する。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記第２高融点金属層は、前記第１高融点金属層よりも厚さが厚い構成とされていてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の態様において、前記低融点金属板を構成する材料の融点は、１３８℃以上２５０℃以下の範囲内にあり、前記第１高融点金属層及び第２高融点金属層を構成する材料の融点は、前記低融点金属板を構成する材料の融点に対して１００℃以上高い構成とされていてもよい。
（４）上記（１）～（３）に記載の態様において、前記第２高融点金属層は、厚さが４μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にあり、前記第１高融点金属層は、厚さが３μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にある構成とされていてもよい。
（５）本発明の一態様に係るヒューズ素子は、上記（１）～（４）に記載のヒューズエレメントを備え、前記ヒューズエレメントは、前記第１側面と前記第２側面が、通電方向に沿う方向に延びるように配置されている。
（６）本発明の一態様に係る保護素子は、上記（１）～（４）に記載のヒューズエレメントと、前記ヒューズエレメントを加熱する発熱体と、を有し、前記ヒューズエレメントは、前記第１側面と前記第２側面が、通電方向に沿う方向に延びるように配置されている。
　本発明によれば、通電方向に対する幅を広くしてもリフロー時に低融点金属板が溶融して変形することが起こりにくく、かつ過電流の発生などの異常時には速やかに溶断させることができるヒューズエレメントと、このヒューズエレメントを用いたヒューズ素子及び保護素子を提供することが可能となる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメントの斜視図である。 図２は、図１に示すヒューズエレメントの平面図である。 図３は、図１のIII－III線断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係るヒューズ素子の斜視図である。 図５は、図４のＶ－Ｖ線断面図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係るヒューズ素子の分解斜視図である。 図７は、図６のVII-VII線断面図である。 図８は、本発明の第４実施形態に係る保護素子の分解斜視図である。 図９は、図８のIX－IX線断面図である。 図１０は、図８のＸ－Ｘ線断面図である。
　以下、本実施形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
［第１実施形態］
　図１は、本発明の第１実施形態に係るヒューズエレメントの斜視図であり、図２は、図１に示すヒューズエレメントの平面図であり、図３は、図１のIII－III線断面図である。
　本実施形態のヒューズエレメント１０は、図１～図３に示すように、低融点金属板１１と、低融点金属板１１に積層された第１高融点金属層１２ａ、１２ｂ及び第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄとを有する。第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄは、少なくとも一部が欠損した欠損部１３を有する。
　低融点金属板１１は、平面視で四角形状の板であり、互いに対向する第１主面１１ａと第２主面１１ｂ、及び第１主面１１ａと第２主面１１ｂとを接続する４つの側面を有する。４つの側面は、互いに対向する第１側面１１ｃと第２側面１１ｄ、第３側面１１ｅと第４側面１１ｆである。低融点金属板１１の厚みは、３０μｍ以上であることが好ましい。低融点金属板１１の膜厚は、６０μｍ以上や、１００μｍ以上や、５００μｍ以上であってもよい。低融点金属板１１の膜厚の上限値は、任意に選択できるが、例えば、３０００μｍ以下であってもよい。必要に応じて、２０００μｍ以下や、１５００μｍ以下などであってもよい。
　低融点金属板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂにはそれぞれ、第１高融点金属層１２ａ、１２ｂが積層されている。低融点金属板１１の第１側面１１ｃ及び第２側面１１ｄにはそれぞれ、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが積層されている。第１側面１１ｃに積層された第２高融点金属層１２ｃの厚さＴｃ及び第２側面１１ｄに積層された第２高融点金属層１２ｄの厚さＴｄは、第１主面１１ａに積層された第１高融点金属層１２ａの厚さＴａ及び第２主面１１ｂに積層された第１高融点金属層１２ｂの厚さＴｂよりも厚くなっている（図３参照）。第２高融点金属層１２ｃの厚さＴｃ及び第２高融点金属層１２ｄの厚さＴｄは、４μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、４μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。第１高融点金属層１２ａの厚さＴａ及び第１高融点金属層１２ｂの厚さＴｂは、３μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にあることが好ましく、３μｍ以上２０μｍ以下の範囲内にあることがより好ましい。また、第１高融点金属層１２ａ、１２ｂの厚さＴａ、Ｔｂを１００としたときの第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの厚さＴｃ、Ｔｄは、１１０以上１５０以下の範囲内にあることが好ましく、１２０以上１４０以下の範囲内にあることがより好ましい。
　欠損部１３は、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄに設けられている。本実施形態では、欠損部１３の形状は平面視で三角形とされている（図２参照）が、欠損部１３の形状は特に制限はない。欠損部１３の形状は、例えば、平面視で半円形であってもよいし、四角形（正方形、長方形、台形）であってもよい。また、本実施形態では、欠損部１３の深さは、低融点金属板１１が露出する深さとされているが、欠損部１３の深さは特に制限はない。欠損部１３の深さは、例えば、低融点金属板１１が露出しない深さであってもよいし、低融点金属板１１の一部を欠損させる深さであってもよい。さらに、本実施形態では、欠損部１３の個数は、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄでそれぞれ２個とされているが、欠損部１３の個数は特に制限はない。欠損部１３の個数は、例えば、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの面積に対する欠損部１３の合算面積の比率が０％を超えて、５０％以下であることが好ましい。
　低融点金属板１１は、その融点が、ヒューズ素子や保護素子を製造する際に行うリフロー時の加熱温度以下であることが好ましい。リフロー温度が２４０℃～２６０℃の場合には、低融点金属板１１を構成する材料の融点ＴＬは、１３８℃以上２５０℃以下の範囲内にあることが好ましい。融点ＴＬは、必要に応じて、１３８℃以上２１８℃以下の範囲内や２１８℃以上２５０℃以下の範囲内にあってもよい。なお、低融点金属板１１を構成する材料の融点は、その材料の液相線温度であってもよい。
　低融点金属板１１の材料は、錫もしくは錫を主成分として含む錫合金であることが好ましい。前記錫合金において、主成分とするとは、前記錫合金の錫の含有量が４０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。前記錫の含有量は、７０質量％以上や、８０質量％以上であってもよい。前記錫の含有量の上限値は、任意に選択できるが、例えば、９９質量％以下や、９７質量％以下であってもよい。錫合金の例としては、Ｓｎ－Ｂｉ合金、Ｉｎ－Ｓｎ合金、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ合金を挙げることができる。
　高融点金属層１２は、低融点金属板１１の溶融物に溶解される金属材料からなる層である。低融点金属板１１の材料が錫もしくは錫合金である場合、高融点金属層１２の材料は、亜鉛、アンチモン、アルミニウム、銀、金、銅、ニッケル、コバルト及び鉄からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属もしくは前記金属を主成分とする合金であることが好ましい。前記合金において、主成分とするとは、前記合金中の前記金属の含有量が４０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。前記金属の含有量は、７０質量％以上や、８０質量％以上であってもよい。前記金属の含有量の上限値は、任意に選択できるが、例えば、９９質量％以下や、９７質量％以下であってもよい。前記合金の例としては、リン青銅、銀パラジウム合金、ニッケル鉄合金及びニッケル－コバルト合金を挙げることができる。高融点金属層１２の材料は、平常時のヒューズエレメント１０の電気伝導性を高くする観点から、銅、銅合金、銀及び銀合金のいずれかであることが好ましい。
　高融点金属層１２は、この層を構成する材料の融点ＴＨが、低融点金属板１１を構成する材料の融点ＴＬに対して１００℃以上高いことが好ましい。すなわち高融点金属層１２の融点は、低融点金属板１１に対して１００℃以上高いことが好ましい。融点ＴＨと融点ＴＬとの差（融点ＴＨ－融点ＴＬ）は、５００℃以上であることがより好ましく、８００℃以上であることが特に好ましい。融点ＴＨと融点ＴＬとの差は、１５００℃以下であってもよい。また、融点ＴＨは、４００℃以上１７００℃以下の範囲内にあることが好ましい。融点ＴＨは、必要に応じて、４００℃以上６００℃以下の範囲内や、６００℃以上１０００℃以下の範囲内や、１０００℃以上１６００℃以下の範囲内にあってもよい。
　本実施形態のヒューズエレメント１０は、例えば、低融点金属板１１の表面を、高融点金属層１２を構成する高融点金属で被覆することにより製造することができる。低融点金属板１１を高融点金属で被覆する方法としては、電解めっき法を用いることができる。電解めっき法を用いることによって、長尺状の低融点金属板を長手方向に連続的にめっき槽に搬送することによって、高融点金属で被覆された被覆低融点金属板を連続的に得ることができる。また、電解めっき法によって得られる被覆低融点金属板では、低融点金属板のエッジ部分、すなわち、長尺状の低融点金属板の幅方向の側面部分において電界強度が相対的に強まり、高融点金属層１２が厚くめっきされる。これにより、側面部分の高融点金属層が主面部分の高融点金属層よりも厚さが厚い長尺状の被覆低融点金属板が得られる。得られた長尺状の被覆低融点金属板を所定の長さで切断し、得られた被覆低融点金属板片の側面部分に欠損部１３を形成することによって、本実施形態のヒューズエレメント１０が生成する。なお、被覆低融点金属板の切断と欠損部１３の形成は同時に行ってもよいし、欠損部１３の形成を行った後、被覆低融点金属板の切断を行ってもよい。
　以上のような構成とされた本実施形態のヒューズエレメント１０は、低融点金属板１１の第１主面１１ａ及び第２主面１１ｂにはそれぞれ、第１高融点金属層１２ａ、１２ｂが積層され、第１側面１１ｃ及び第２側面１１ｄにはそれぞれ、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが積層されている。このため、ヒューズエレメント１０は、第１側面１１ｃと第２側面１１ｄが通電方向に沿う方向に延びるように配置することによって、通電方向に対する幅を広くしてもリフロー時に低融点金属板１１が溶融して変形することが起こりにくくなり、リフロー後の形状が安定する。また、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄは、欠損部１３を有する。これにより、過電流の発生などの異常時には、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが欠損部１３により予め分断されていることからそれらの溶け残りによる溶断時間の遅延を防止することができる。
　本実施形態のヒューズエレメント１０において、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの厚さＴｃ、Ｔｄが第１高融点金属層１２ａ、１２ｂの厚さＴａ、Ｔｂよりも厚い場合は、ヒューズエレメント１０の強度がより向上するので、リフロー後の形状がより安定する。
　本実施形態のヒューズエレメント１０において、低融点金属板１１を構成する材料の融点が１３８℃以上２５０℃以下の範囲内にある場合は、過電流の発生などの異常時には、低融点金属板１１の溶融物が生成しやすくなるので、異常時の溶断速度がより速くなる。また、第１高融点金属層１２ａ、１２ｂ及び第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄを構成する材料の融点が低融点金属板１１を構成する材料の融点に対して１００℃以上高い場合は、リフロー時に第１高融点金属層１２ａ、１２ｂ及び第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが溶融しにくくなるので、リフロー後の形状がさらに安定する。
　本実施形態のヒューズエレメント１０において、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの厚さＴｃ、Ｔｄが４μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にあり、第１高融点金属層１２ａ、１２ｂの厚さＴａ、Ｔｂが３μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にある場合は、リフロー後の形状の安定性と、異常時の溶断速度とがバランスよく向上する。
　本実施形態のヒューズエレメント１０において、低融点金属板１１の第３側面１１ｅ及び第４側面１１ｆは高融点金属層が積層されていないが、低融点金属板１１の第３側面１１ｅ及び第４側面１１ｆに高融点金属層を積層してもよい。この場合、第３側面１１ｅ及び第４側面１１ｆに積層する高融点金属層の厚さは特に制限はなく、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの厚さＴｃ、Ｔｄよりも厚くてもよいし、薄くてもよい。
　本実施形態のヒューズエレメント１０は、表面にフラックスを塗布してもよい。フラックスを塗布することによって、ヒューズエレメント１０の酸化が防止される。このため、ヒューズエレメント１０とヒューズ素子や保護素子の電極あるいは端子とを、はんだ等の接合材料を用いて接続する際に、接合材料に対するヒューズエレメント１０の濡れ性が向上する。また、フラックスを塗布することにより、アーク放電によって発生する溶融金属の付着を抑制し、ヒューズエレメント１０の溶断後における絶縁性を向上させることができる。
［第２実施形態］
　図４は、本発明の第２実施形態に係るヒューズ素子の斜視図であり、図５は、図４のＶ－Ｖ線断面図である。
　本実施形態のヒューズ素子２０は、図４、図５に示すように、絶縁基板２１と、絶縁基板２１の対向する一対の端部に配置された第１の電極２２及び第２の電極２３と、第１の電極２２と第２の電極２３とを電気的に接続するヒューズエレメント１０を備える。ヒューズ素子２０は、ヒューズエレメント１０を介して第１の電極２２と第２の電極２３との間を電流が流れる。ヒューズエレメント１０は、低融点金属板１１の第１側面１１ｃ及び第２側面１１ｄが、ヒューズ素子２０の電流が流れる方向（通電方向）に沿う方向に延びるように配置されている。すなわち、ヒューズエレメント１０の第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄは、一方の端部が第１の電極２２と接続し、他方の端部が第２の電極２３と接続するように配置されている。
　絶縁基板２１は、電気絶縁性を有するものであれば特に制限はなく、樹脂基板、セラミックス基板、樹脂とセラミックスとの複合体基板など、回路基板として用いられている公知の絶縁基板を用いることができる。樹脂基板の例としては、エポキシ樹脂基板、フェノール樹脂基板、ポリイミド基板を挙げることができる。セラミックス基板の例としては、アルミナ基板、ガラスセラミックス基板、ムライト基板、ジルコニア基板を挙げることができる。複合体基板の例としては、ガラスエポキシ基板を挙げることができる。
　第１の電極２２は、絶縁基板２１の上面２１ａに形成された上面電極２２ａ、絶縁基板２１の下面２１ｂ形成された下面電極２２ｂ、上面電極２２ａと下面電極２２ｂとを接続するキャスタレーション２２ｃを有する。上面電極２２ａと下面電極２２ｂとの接続は、キャスタレーションに限定されず、スルーホールで行ってもよい。第２の電極２３も同様に、上面電極２３ａ、下面電極２３ｂ、キャスタレーション２３ｃを有する。第１の電極２２及び第２の電極２３は、それぞれ銀配線や銅配線などの導電パターンによって形成されている。第１の電極２２及び第２の電極２３の表面は、酸化などによる電極特性の変質を抑制するための電極保護層で被覆されていてもよい。電極保護層の材料としては、例えば、Ｓｎめっき膜、Ｎｉ／Ａｕめっき膜、Ｎｉ／Ｐｄめっき膜、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき膜等を用いることができる。
　ヒューズエレメント１０は、第１の電極２２及び第２の電極２３と、はんだ等の接合材料２４を介して電気的に接続されている。第１の電極２２の上面電極２２ａ及び第２の電極２３の上面電極２３ａには、絶縁ダム２５が接合材料２４に沿って設けられている。この絶縁ダム２５により、接合材料２４が溶融して外部に流出することが防止されている。さらに、絶縁ダム２５により、ヒューズ素子２０の回路基板搭載時に用いるはんだ等の接合材料のヒューズエレメントへの流れ込みも防止することができる。
　ヒューズ素子２０は、カバー部材が取り付けられていてもよい。カバー部材を取り付けることによって、ヒューズ素子２０の内部を保護するとともに、ヒューズエレメント１０が溶断する際に発生する溶融物の飛散を防止することができる。カバー部材の材料としては、各種エンジニアリングプラスチック、及びセラミックスを用いることができる。
　ヒューズ素子２０は、第１の電極２２及び第２の電極２３を介して、回路基板の電流経路上に実装される。回路基板の電流経路上に定格以下の電流が流れている間は、ヒューズ素子２０に備えられているヒューズエレメント１０の低融点金属板１１は溶融しない。一方、回路基板の電流経路上に定格を超える過電流が通電されると、ヒューズエレメント１０の低融点金属板１１が発熱して溶融する。こうして生成した溶融物によって、第１高融点金属層１２ａ、１２ｂが溶解し、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの欠損部１３を起点として、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが分断することによって、ヒューズエレメント１０が溶断される。そして、ヒューズエレメント１０が溶断されることにより、第１の電極２２と第２の電極２３との間が断線して、回路基板の電流経路が遮断される。
　以上のような構成とされた本実施形態のヒューズ素子２０は、ヒューズエレメントとして上述のヒューズエレメント１０を用い、ヒューズエレメント１０の低融点金属板１１の第１側面１１ｃ及び第２側面１１ｄに積層された第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが、ヒューズ素子２０の電流が流れる方向（通電方向）に沿う方向に延びるように配置されている。これにより、ヒューズ素子２０を製造する際のリフロー時には、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが低融点金属板１１を支持するため、低融点金属板１１が溶融して変形することが起こりにくくなり、リフロー後のヒューズエレメント１０の形状が安定する。また、過電流の発生時には、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが欠損部１３により予め分断されていることからそれらの溶け残りによる溶断時間の遅延を防止することができる。
［第３実施形態］
　図６は、本発明の第３実施形態に係るヒューズ素子の分解斜視図であり、図７は、図６のVII-VII線断面図である。
　本実施形態のヒューズ素子３０は、図６、図７に示すように、下ケース３１、上ケース３２、第１の端子３３、第２の端子３４、第１の端子３３と第２の端子３４とを電気的に接続するヒューズエレメント１０ａを備える。ヒューズ素子３０は、ヒューズエレメント１０ａを介して第１の端子３３と第２の端子３４との間を電流が流れる。
　ヒューズエレメント１０ａはヒューズエレメント１０と同様に、低融点金属板１１と、低融点金属板１１に積層された第１高融点金属層１２ａ、１２ｂ及び第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄとを有する。ヒューズエレメント１０ａについて、ヒューズエレメント１０と同じ部材については同じ符号を付し、説明を省略する。
　ヒューズエレメント１０ａは、低融点金属板１１の第１側面１１ｃ及び第２側面１１ｄが、ヒューズ素子２０の電流が流れる方向（通電方向）に沿う方向に延びるように配置されている。そして、低融点金属板１１の第１側面１１ｃに第２高融点金属層１２ｃが積層され、低融点金属板１１の第１側面１１ｄに第２高融点金属層１２ｄが積層されている。すなわち、ヒューズエレメント１０ａの第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄは、一方の端部が第１の端子３３と接続し、他方の端部が第２の端子３４と接続するように配置されている。
　下ケース３１及び上ケース３２は、電気絶縁性を有するものであれば、その材料は特に制限はなく、樹脂、セラミックス、樹脂とセラミックスとの複合体などを用いることができる。樹脂は、ガラス転移温度の高いものであることが好ましい。ガラス転移温度が高い樹脂としては、耐トラッキング性が高いため、ナイロン系樹脂を用いることが好ましい。ナイロン系樹脂の中でも、特に、ナイロン４６、ナイロン６Ｔ、ナイロン９Ｔを用いることが好ましい。
　第１の端子３３は、外部端子孔３３ａを備えている。また、第２の端子３４は、外部端子孔３４ａを備えている。第１の端子３３及び第２の端子３４の材料としては、例えば、銅、黄銅、ニッケルなどを用いることができる。第１の端子３３及び第２の端子３４の材料として、剛性強化の観点からは黄銅を用いることが好ましく、電気抵抗低減の観点からは銅を用いることが好ましい。第１の端子３３及び第２の端子３４の材料は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
　ヒューズエレメント１０ａは、欠損部１３ａが、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄにそれぞれ１個設けられている。また、欠損部１３ａの形状が台形とされている。
　ヒューズ素子３０は、第１の端子３３及び第２の端子３４を介して、回路基板の電流経路上に実装される。回路基板の電流経路上に定格以下の電流が流れている間は、ヒューズ素子３０に備えられているヒューズエレメント１０ａの低融点金属板は溶融しない。一方、回路基板の電流経路上に定格を超える過電流が通電されると、ヒューズエレメント１０ａの低融点金属板１１が発熱して溶融する。こうして生成した溶融物によって、第１高融点金属層１２ａ、１２ｂが溶解し、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの欠損部１３ａを起点として、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが分断することにより、ヒューズエレメント１０ａが溶断される。そして、ヒューズエレメント１０ａが溶断されることによって、第１の端子３３と第２の端子３４との間が断線して、回路基板の電流経路が遮断される。
　以上のような構成とされた本実施形態のヒューズ素子３０は、ヒューズエレメントとして上述のヒューズエレメント１０ａを用い、そのヒューズエレメント１０ａの第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが、ヒューズ素子３０の電流が流れる方向（通電方向）に沿う方向に延びるように配置されている。これにより、ヒューズ素子３０を製造する際のリフロー時には、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが低融点金属板１１を支持するため、低融点金属板１１が溶融して変形することが起こりにくくなり、リフロー後のヒューズエレメント１０ａの形状が安定する。また、過電流の発生時には、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが欠損部１３ａにより予め分断されていることからそれらの溶け残りによる溶断時間の遅延を防止することができる。
［第４実施形態］
　図８は、本発明の第４実施形態に係る保護素子の分解斜視図であり、図９は、図８のIX－IX線断面図であり、図１０は、図８のＸ－Ｘ線断面図である。本実施形態の保護素子４０は、図８～図１０に示すように、絶縁基板２１と、絶縁基板２１の対向する一対の端部に配置された第１の電極２２及び第２の電極２３と、第１の電極２２と第２の電極２３とを電気的に接続するヒューズエレメント１０を備える。絶縁基板２１、第１の電極２２、第２の電極２３及びヒューズエレメント１０は、前述のヒューズ素子２０と同じであるので、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　保護素子４０は、さらに第３の電極４１と、第３の電極４１と接続する発熱体４２と、発熱体４２を被覆する絶縁部材４３と、第４の電極４４とを備える。第４の電極４４は、一端が発熱体４２と接続し、かつ接合材料４５を介してヒューズエレメント１０の第２主面１１ｂに積層された第１高融点金属層１２ｂと接続している。
　第３の電極４１は、回路基板に過電流の発生以外の異常が発生したときに電流が供給されるようにされている。第３の電極４１は、絶縁基板２１の上面２１ａに形成された上面電極４１ａ、絶縁基板２１の下面２１ｂに形成された下面電極４１ｂ、上面電極４１ａと下面電極４１ｂとを接続するキャスタレーション４１ｃを有する。上面電極４１ａと下面電極４１ｂとの接続は、キャスタレーションに限定されず、スルーホールで行ってもよい。第３の電極４１は、銀配線や銅配線などの導電パターンによって形成されている。第３の電極４１の表面は、酸化などによる電極特性の変質を抑制するための電極保護層で被覆されていてもよい。電極保護層の材料としては、例えば、Ｓｎめっき膜、Ｎｉ／Ａｕめっき膜、Ｎｉ／Ｐｄめっき膜、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕめっき膜等を用いることができる。
　発熱体４２は、比較的抵抗が高く、通電により発熱する高抵抗導電性材料から形成されている。高抵抗導電性材料としては、例えば、ニクロム、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ等又はこれらを含む合金、組成物又は化合物の粉状体を用いることができる。発熱体４２は、例えば、高抵抗導電性材料と樹脂バインダ等とを混合してペースト状にしたものを用意し、これを絶縁基板２１の上面２１ａにスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する方法等によって形成することができる。
　絶縁部材４３の材料としては、例えば、ガラスを用いることができる。第４の電極４４は、絶縁部材４３を介して、発熱体４２と対向するように配置されている。接合材料４５としては、例えば、はんだが用いられる。この配置により、発熱体４２は、絶縁部材４３、第４の電極４４、接合材料４５を介して、ヒューズエレメント１０と、重畳される。このような重畳構造とすることによって、発熱体４２にて発生した熱を、狭い範囲で、効率よく、ヒューズエレメント１０に伝えることができる。
　保護素子４０は、カバー部材が取り付けられていてもよい。カバー部材を取り付けることによって、保護素子４０の内部を保護するとともに、ヒューズエレメント１０が溶断する際に発生する溶融物の飛散を防止することができる。カバー部材の材料としては、各種エンジニアリングプラスチック、及びセラミックスを用いることができる。
　保護素子４０は、第１の電極２２及び第２の電極２３を介して、回路基板の電流経路上に実装される。回路基板の電流経路上に定格以下の電流が流れている間は、保護素子４０に備えられているヒューズエレメント１０の低融点金属板１１は溶融しない。一方、回路基板の電流経路上に定格を超える過電流が通電されると、ヒューズエレメント１０の低融点金属板１１が発熱して溶融する。こうして生成した溶融物によって第１高融点金属層１２ａ、１２ｂが溶解し、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの欠損部１３を起点として、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが分断することにより、ヒューズエレメント１０が溶断される。そして、ヒューズエレメント１０が溶断されることによって、第１の電極２２と第２の電極２３との間が断線され、回路基板の電流経路が遮断される。
　また、保護素子４０は、回路基板に異常が発生すると、回路基板に備えられた電流制御素子によって、第３の電極４１を介して発熱体４２が通電される。この通電により、発熱体４２が発熱する。そして、その熱が、絶縁部材４３、第４の電極４４及び接合材料４５を介して、ヒューズエレメント１０に伝えられる。この熱によって、ヒューズエレメント１０の低融点金属板１１が溶融して溶融物が生成する。こうして生成した溶融物によって第１高融点金属層１２ａ、１２ｂが溶解し、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの欠損部１３を起点として、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが分断することにより、ヒューズエレメント１０が溶断される。そして、ヒューズエレメント１０が溶断されることによって、第１の電極２２と第２の電極２３との間が断線され、回路基板の電流経路が遮断される。
　以上のような構成とされた本発明の第４実施形態に係る保護素子４０は、ヒューズエレメントとして上述のヒューズエレメント１０を用い、そのヒューズエレメント１０の第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが、ヒューズ素子２０の電流が流れる方向（通電方向）に沿う方向に延びるように配置されている。これにより、保護素子４０を製造する際のリフロー時には、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが低融点金属板１１を支持するため、低融点金属板１１が溶融して変形することが起こりにくくなり、リフロー後のヒューズエレメント１０の形状が安定する。また、過電流の発生時などの異常時には、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄが欠損部１３により予め分断されていることからそれらの溶け残りによる溶断時間の遅延を防止することができる。
　１０、１０ａ　ヒューズエレメント
　１１　低融点金属板
　１１ａ　第１主面
　１１ｂ　第２主面
　１１ｃ　第１側面
　１１ｄ　第２側面
　１１ｅ　第３側面
　１１ｆ　第４側面
　１２ａ、１２ｂ　第１高融点金属層
　１２ｃ、１２ｄ　第２高融点金属層
　１３、１３ａ　欠損部
　２１　絶縁基板
　２２　第１の電極
　２２ａ　上面電極
　２２ｂ　下面電極
　２２ｃ　キャスタレーション
　２３　第２の電極
　２３ａ　上面電極
　２３ｂ　下面電極
　２３ｃ　キャスタレーション
　２４　接合材料
　２５　絶縁ダム
　３０　ヒューズ素子
　３１　下ケース
　３２　上ケース
　３３　第１の端子
　３３ａ　外部端子孔
　３４　第２の端子
　３４ａ　外部端子孔
　４０　保護素子
　４１　第３の電極
　４１ａ　上面電極
　４１ｂ　下面電極
　４１ｃ　キャスタレーション
　４２　発熱体
　４３　絶縁部材
　４４　第４の電極
　４５　接合材料

Claims (6)

  1. 　互いに対向する第１主面と第２主面、及び前記第１主面と前記第２主面とを接続し、互いに対向する第１側面と第２側面を有する低融点金属板と、
    　前記第１主面及び前記第２主面に積層された第１高融点金属層と、前記第１側面及び前記第２側面に積層された第２高融点金属層と、を有し、
    　前記第２高融点金属層は、少なくとも一部が欠損した欠損部を有する、ヒューズエレメント。
  2. 　前記第２高融点金属層は、前記第１高融点金属層よりも厚さが厚い、請求項１に記載のヒューズエレメント。
  3. 　前記低融点金属板を構成する材料の融点は、１３８℃以上２５０℃以下の範囲内にあり、
    　前記第１高融点金属層及び第２高融点金属層を構成する材料の融点は、前記低融点金属板を構成する材料の融点に対して１００℃以上高い、請求項１に記載のヒューズエレメント。
  4. 　前記第２高融点金属層は、厚さが４μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にあり、前記第１高融点金属層は、厚さが３μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にある、請求項１に記載のヒューズエレメント。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のヒューズエレメントを備え、
    　前記ヒューズエレメントは、前記第１側面と前記第２側面が、通電方向に沿う方向に延びるように配置されているヒューズ素子。
  6. 　請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のヒューズエレメントと、前記ヒューズエレメントを加熱する発熱体と、を有し、
    　前記ヒューズエレメントは、前記第１側面と前記第２側面が、通電方向に沿う方向に延びるように配置されている保護素子。
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