特許 5711212 チップヒューズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5711212

(24)【登録日】2015年3月13日

(45)【発行日】2015年4月30日

(54)【発明の名称】チップヒューズ

(51)【国際特許分類】

   H01H 85/06 20060101AFI20150409BHJP

   H01H 85/11 20060101ALI20150409BHJP

【ＦＩ】

   H01H85/06

   H01H85/11

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2012-504474(P2012-504474)

(86)(22)【出願日】2011年3月8日

(86)【国際出願番号】JP2011055370

(87)【国際公開番号】WO2011111700

(87)【国際公開日】20110915

【審査請求日】2013年10月28日

(31)【優先権主張番号】特願2010-51975(P2010-51975)

(32)【優先日】2010年3月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000242633

【氏名又は名称】北陸電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091443

【弁理士】

【氏名又は名称】西浦 ▲嗣▼晴

(74)【代理人】

【識別番号】100130720

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼見 良貴

(74)【代理人】

【識別番号】100173657

【弁理士】

【氏名又は名称】瀬沼 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】竹内 勝己

(72)【発明者】

【氏名】黒川 寛幸

【審査官】 佐藤 吉信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２７９８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１２２４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５５−００５８４７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２００６−１６４６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３７００８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

Ｈ０１Ｈ ６９／０２

Ｈ０１Ｈ ８５／００−８５／６２

Ｈ０１Ｈ ８７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁基板と、
前記絶縁基板の基板表面の両端に形成された一対の表面電極と、
前記一対の表面電極間に跨るように前記基板表面上に形成されたＮｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層と、
前記Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の上に形成されたＳｎのメッキ層と、
前記Ｓｎのメッキ層の上に形成された絶縁樹脂材料からなるオーバーコート層とを備え、
前記Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の膜厚が０．４〜０．８μｍであり、前記Ｓｎのメッキ層の膜厚が１．０〜２．０μｍであり、
前記Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の組成は、Ｆｅ：１１〜１３重量％、Ｐ：７〜１３重量％、残部がＮｉであることを特徴とするチップヒューズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チップヒューズに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特公昭５５−５８４７号公報（特許文献１）及び特開平７−１２２４０６号公報（特許文献２）には、絶縁基板上に無電解メッキによりＮｉ−Ｐ−Ｆｅ膜を形成したチップ状ヒューズ抵抗器及び抵抗器の従来例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公昭５５−５８４７号公報

【特許文献2】特開平７−１２２４０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅ膜の溶融温度は約８００℃〜１０００℃と非常に高温である。そのため、特許文献１に記載の回路保護素子において、小さい電流値ではＮｉ−Ｐ−Ｆｅ膜（ヒューズ素子）が溶断しないことがあり、ヒューズの溶断条件の設定が難しい問題があった。また特許文献２に記載の回路保護素子では、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅ膜に微量のタングステンまたはモリブデンを添加することにより、メッキ皮膜の応力を高めて、メッキ皮膜にクラックが入りやすくなるようにしている。しかしながら、特許文献２の回路保護素子では、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅ膜（ヒューズ素子）に必要十分なクラックが入らない場合があり、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅ膜が確実に破断しないという問題点があった。

【0005】

本発明の目的は、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層を利用するチップヒューズにおいて、従来よりも確実に溶断するチップヒューズを提供することにある。

【0006】

本発明の他の目的は、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層を利用するチップヒューズにおいて、従来よりも小さい電流で溶断することが可能なヒューズ素子を使用したチップヒューズを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のチップヒューズは、絶縁基板と、絶縁基板の基板表面の両端に形成される一対の表面電極と、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層と、Ｓｎのメッキ層と、オーバーコート層とを備える。Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層は、一対の表面電極間に跨るように基板表面上に無電解メッキ法により形成される。スズのメッキ層は、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の上に電解メッキ法により形成される。本発明では、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層及びＳｎのメッキ層によりヒューズ素子が構成されている。Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層は、単独で溶断させるには、かなり高い温度まで発熱させる必要がある。そこで本発明では、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の上にＳｎのメッキを形成することにより、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層を利用するヒューズ素子の溶断温度を従来よりも低くする。溶断温度が低下する原理は、完全には解明されていないが、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層は、Ｓｎのメッキ層よりも抵抗値が高いため、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の温度が高くなって、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層で発生した熱で最初にＳｎのメッキ層が溶融し、溶融したＳｎのメッキ層が、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層中のＮｉ及びＦｅに触れることにより、特にＦｅとＳｎとが触れることにより融点が約５００℃台の合金が形成される。そのため単独では１０００℃以上でしか溶融しなかったＮｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の溶断温度を低下させることができるようになったものと推測する。オーバーコート層は、エポキシ、シリコン等の絶縁樹脂材料により、Ｓｎのメッキ層を覆うように形成される。

【0008】

具体的には、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層の膜厚を０．４〜０．８μｍとして、Ｓｎのメッキ層の膜厚を１．０〜５．０μｍとし、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層を、Ｆｅ：１１〜１３重量％、Ｐ：７〜１３重量％、残部をＮｉの組成とするのが好ましい。

【0009】

このように構成すると例えば、定格電流０．３５Ａ、内部最大抵抗６５０ｍΩ、定格電圧２４ＶＤＣ、遮断電流３５Ａとした長さ１．０ｍｍで幅０．５ｍｍの１００５サイズのチップヒューズにおいて、溶断性能を定格電流の２００％で、かつ５秒以内の溶断時間とすることができる。なお、本発明はのチップヒューズは、上述した規格に限定されるものではなく、例えば抵抗値範囲３００〜１０００ｍΩ、定格電流０．３〜０．５Ａ、定格電圧２４ＶＣＤ、遮断電流３５Ａとすることができる。なお、チップヒューズのサイズは、長さ１．６ｍｍで幅０．８ｍｍの１６０８サイズとしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態のチップヒューズの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明のチップヒューズの実施の形態の一例の断面図である。なお、理解を容易にするため、図１においては各部の厚み寸法を誇張して描いている。図１に示すように、このチップヒューズ２０は、ほぼ矩形の絶縁基板１を有している。本実施の形態では、チップ状の絶縁基板１を、アルミナ基板（セラミック基板）により形成している。

【0012】

絶縁基板１の基板表面１ａには、ガラスペーストにＡｇとＰｄの粉末を混練して形成したＡｇ−Ｐｄ含有グレーズペーストを用いて、絶縁基板１の長手方向に沿う幅寸法がほぼ等しい一対の表面電極３，３が形成されている。この例では、Ａｇ−Ｐｄ含有グレーズペーストを用いて、スクリ−ン印刷により厚みが約８μｍの表面電極３，３を形成した。Ａｇ−Ｐｄ含有グレーズペーストの焼成温度は、約８５０℃である。

【0013】

絶縁基板１の基板裏面１ｂには、Ａｇ含有グレーズペーストを用いて、絶縁基板１の長手方向に沿う幅寸法がほぼ等しい一対の裏面電極５，５が形成されている。裏面電極５，５は、スクリーン印刷により形成されており、厚みは、表面電極と同じ約８μｍである。Ａｇ含有グレーズペーストの焼成温度は、約８５０℃である。

【0014】

側面電極７，７は、表面電極３，３の一部及び裏面電極５，５の一部を覆い且つ表面電極３，３と裏面電極５，５とに跨がって形成される。その結果、絶縁基板１の長手方向の両端面１ｃも側面電極７，７によって覆われている。側面電極７，７は、ニッケル−クロム合金を含有するニッケル−クロム合金薄膜と銅薄膜とを用いて形成されている。この薄膜はスパッタにより形成されている。但し、Ａｇレジンペースト（約２００℃焼成）で側面電極７，７を形成してもよい。

【0015】

側面電極７，７は、図１に示すように、表面電極３，３の一部及び裏面電極５，５の一部ともに、ニッケルメッキ層（内部メッキ）９に覆われている。そしてニッケルメッキ層９は、Ｓｎのメッキ層１１（外部メッキ）により全体的に覆われている。

【0016】

基板表面１ａには、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅからなるメッキ層１５が形成されている。Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅは高い結合性を有している。そのため、ヒューズ素子としてＮｉ−Ｐ−Ｆｅを使用すると、対パルス性の高いチップヒューズを得ることができる。Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅからなるメッキ層１５は、無電解メッキ法により、０．４〜０．８μｍの膜厚に形成される。本実施例においては、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅの組成は、Ｆｅ：１１〜１３重量％、Ｐ：７〜１３重量％、残部がＮｉとなるようにしてある。なお、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５の膜厚及び組成は、これらに限定されるものではないが、Ｆｅの組成比が高いと、抵抗値が大きくなると共にメッキ皮膜が酸化し易くなる。メッキ皮膜が酸化すると次工程でのマスキングの密着力の劣化、Ｓｎ着膜の不安定化、マスキング剥離不足等の問題を伴う。また、Ｆｅの組成比が低いと充分な溶断特性が得られなくなる。そのため、Ｆｅの組成比と抵抗値は、適正な範囲とする必要がある。Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅからなるメッキ層１５は、無電解メッキ法で形成された後、２７０℃〜３１０℃で熱処理される。

【0017】

Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５の上には、Ｓｎからなるメッキ層１７が形成されている。Ｓｎのメッキ層１７は、電解メッキ法により、１．０〜２．０μｍの膜厚に形成される。なお、Ｓｎのメッキ層１７を形成する前に、チップヒューズ２０のユニットのエッジ部分にマスキングをしておくことが好ましい。マスキングにより、エッジ部分にＳｎが着膜することを防止することが可能となる。エッジ部分にＳｎが着膜すると、導体上にＳｎが付着することとなる。そのため、リフローをしたときに導体が切れてしまうことがおきる。マスキングをすることにより、これを防止することができる。

【0018】

本発明では、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５と、Ｓｎのメッキ層１７とによりヒューズ素子１８が構成されている。表面電極３，３間に電圧が印加されると、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５及びＳｎのメッキ層１７の両方に電流が流れる。Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５は、単独で溶融させるには、１０００℃にする必要がある。Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５は、Ｓｎのメッキ層１７よりも抵抗値が高いため、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５の温度が高くなり、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５で発生した熱がＳｎのメッキ層１７に伝達する。Ｓｎのメッキ層１７は、約２３０℃程度で溶融するため、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５から伝達された熱により溶融する。溶融したＳｎのメッキ層１７が、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５と接触すると、Ｎｉ及びＦｅが溶け出す。特にＦｅとＳｎとが混ざることにより融点が約５００℃の合金が形成されるものと推測される。そのため本実施の形態においては、単独では１０００℃でしか溶融しなかったＮｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５は、約５００℃で溶融する。従って本実施の形態のヒューズ素子１８は、約５００℃で溶断する。

【0019】

特に本実施の形態においては、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５の膜厚を０．４〜０．８μｍとし、Ｓｎのメッキ層１７の膜厚を１．０〜５．０μｍとしている。また、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５の組成を、Ｆｅ：１１〜１３重量％、Ｐ：７〜１３重量％、残部がＮｉとしている。そのため、本実施の形態のチップヒューズを、定格電流０．３５Ａ、内部最大抵抗６５０ｍΩ、定格電圧２４ＶＤＣ、遮断電流３５Ａ、長さ１．０ｍｍで幅０．５ｍｍの１００５サイズとした場合には、溶断性能を定格電流の２００％で、かつ５秒以内の溶断時間とすることができる。なお、本発明はのチップヒューズは、上述した規格に限定されるものではなく、例えば抵抗値範囲３００〜１０００ｍΩ、定格電流０．３〜０．５Ａ、定格電圧２４ＶＤＣ、遮断電流３５Ａとすることができる。また、チップヒューズのサイズは、長さ１．６ｍｍで幅０．８ｍｍの１６０８サイズとしてもよい。

【0020】

電解メッキ法により形成したＳｎのメッキ層１７の上には、オーバーコート層１９が形成されている。本実施の形態においては、無電解メッキ法により形成したＮｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５の熱処理温度よりも焼成温度が低い絶縁樹脂材料であるエポキシを用いて、オーバーコート層１９を形成している。使用したエポキシの焼成温度は、約２００℃である。オーバーコート層１９もスクリーン印刷した後に、焼成を行って形成される。

【0021】

上記実施の形態のチップヒューズ２０は次のような順番で製造すればよい。まず絶縁基板１の基板表面及び裏面の両端に一対の表面電極３，３及び一対の裏面電極５，５を形成する。次に側面電極７，７を形成する。次に、一対の表面電極３，３及び一対の表面電極３，３の間に位置する基板表面上に無電解メッキ法により形成されるメッキ層を着膜させるために、基板表面上の一対の表面電極の３，３間に、無電解着膜用下地を形成する。無電解着膜用下地は、無電解メッキを着膜するためのベースとして機能するものであり、スクリーン印刷と焼成により形成される。無電解着膜用下地の材質は任意であり、この例では導電物としてのＰｄを含有するグレーズペースト材料（キャタペースト）により形成している。Ｐｄを含有するグレーズペースト材料からなる無電解着膜用下地の焼成温度は、約６００℃である。無電解着膜用下地は、一対の表面電極３，３を形成した後に、表面電極３，３間に全面的に形成されている。なお、無電解着膜用下地は、本発明のチップヒューズの完成品においては、セラミック基板上に０．１μｍ以下のＰｄが微少量点在するのみであり、層を形成していない。

【0022】

次に、基板表面上の一対の表面電極３，３及びキャタペーストの上に、Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５を無電解メッキ法により形成する。次にＮｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５を熱処理する。次にマスキングペーストを印刷して焼成する。次にＮｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層１５上にＳｎのメッキ層１７を電解メッキ法により形成する。その後、マスキングを除去する。そして、必要な抵抗値を得るために必要に応じてトリミングをする。なおトリミングは必ずしも必要なものではない。最後に、絶縁樹脂材料で、Ｓｎのメッキ層１７を覆うオーバーコート層１９を形成する。そしてオーバーコート層１９を形成した後に、側面電極７，７と表面電極３，３と裏面電極５，５とに跨ってメッキ層９，１１を形成する。

【0023】

本実施の形態においては、絶縁基板をセラミック基板から構成し、オーバーコート層をエポキシから形成し、アンダーコート層をＰｄを含むメタルグレーズペーストを使用しているが、本発明を適用する場合に使用する基板材料、オーバーコート材料及びアンダーコート層は、これらの材料に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0024】

本発明によれば、ヒューズ素子を従来よりも低い温度で確実に溶断することができる。

【符号の説明】

【0025】

１ 絶縁基板
３ 表面電極
５ 裏面電極
７ 側面電極
９ 内部メッキ
１１ 外部メッキ
１５ Ｎｉ−Ｐ−Ｆｅのメッキ層
１７ Ｓｎのメッキ層
１８ ヒューズ素子
１９ オーバーコート層
２０ チップヒューズ

【図1】