特許 7368144 チップ型電流ヒューズ

(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】

(24)【登録日】2023-10-16

(45)【発行日】2023-10-24

(54)【発明の名称】チップ型電流ヒューズ

(51)【国際特許分類】

   H01H 85/046 20060101AFI20231017BHJP

   H01H 85/08 20060101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

H01H85/046

H01H85/08

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019155013

(22)【出願日】2019-08-27

(65)【公開番号】P2021034280

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-07-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000105350

【氏名又は名称】ＫＯＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】市川 洋

(72)【発明者】

【氏名】小口 友規

(72)【発明者】

【氏名】唐澤 淳

【審査官】井上 信

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０９６７３０１２（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特開２０１７－１７４６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０９６８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５６３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４３８６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

Ｈ０１Ｈ ６９／０２

Ｈ０１Ｈ ８５／００ － ８７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直方体形状の絶縁基板と、前記絶縁基板の表面における長手方向両端部に形成された第１表電極および第２表電極と、前記絶縁基板の裏面における長手方向両端部に形成された第１裏電極および第２裏電極と、前記絶縁基板の長手方向一端面に形成されて前記第１表電極と前記第１裏電極を接続する第１端面電極と、前記絶縁基板の長手方向他端面に形成されて前記第２表電極と前記第２裏電極を接続する第２端面電極と、前記第１表電極と前記第２表電極との間に金属薄膜をパターニングして形成されたヒューズエレメントと、を備え、
前記ヒューズエレメントが、前記第１表電極を接続端として前記第２表電極の方向に延びる第１直線部と、前記第２表電極を接続端として前記第１直線部と平行に前記第１表電極の方向に延びる第２直線部と、これら第１直線部と第２直線部を連結する傾斜直線部とからなり、
前記傾斜直線部が前記第１直線部と前記第２直線部に対してそれぞれ鋭角に接続していることを特徴とするチップ型電流ヒューズ。

【請求項2】

請求項１に記載のチップ型電流ヒューズにおいて、
前記ヒューズエレメントは、前記傾斜直線部の中心を対称点とする点対称形状であることを特徴とするチップ型電流ヒューズ。

【請求項3】

請求項１または２に記載のチップ型電流ヒューズにおいて、
前記傾斜直線部の中心から前記第１裏電極および前記第２裏電極に至る距離が、前記傾斜直線部の中心から前記第１表電極および前記第２表電極に至る距離よりも長く設定されていることを特徴とするチップ型電流ヒューズ。

【請求項4】

請求項１に記載のチップ型電流ヒューズにおいて、
前記第１表電極と前記第２表電極との間をエレメント形成領域とすると、前記第１裏電極と前記第２裏電極は前記エレメント形成領域を投影した裏面領域の外側に形成されていることを特徴とするチップ型電流ヒューズ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、面実装タイプのチップ型電流ヒューズに関する。

【背景技術】

【0002】

チップ型電流ヒューズは、直方体形状の絶縁基板と、絶縁基板の表面における長手方向両端部に形成された一対の表電極と、一対の表電極間に形成されたヒューズエレメントと、ヒューズエレメントを被覆する保護層と、絶縁基板の裏面における長手方向両端部に形成された一対の裏電極と、絶縁基板の長手方向両端面に形成されて対応する表電極と裏電極を接続する一対の端面電極等により主として構成されている。

【0003】

このように構成されたチップ型電流ヒューズにおいては、一対の表電極間に所定の過電流が流れると、ヒューズエレメントに電流が集中して発熱を起こし、ヒューズエレメントが発熱によって溶断することにより、このチップ型電流ヒューズに接続された各種電子機器を保護するようになっている。

【0004】

ヒューズエレメントを一対の表電極間に一直線状に形成した場合、チップ型電流ヒューズの小型化に伴って表電極間の距離が短くなると、ヒューズエレメントの熱容量が小さくなって耐パルス性が悪くなってしまう。そこで従来、特許文献１に記載されているように、ヒューズエレメントを折り返し形状にすることにより、耐パルス性を良好にしたチップ型電流ヒューズが提案されている。

【0005】

図６は上記特許文献１に記載されたチップ型電流ヒューズの平面図であり、該チップ型電流ヒューズ１００は、直方体形状の絶縁基板１０１の長手方向両端部に形成された第１表電極１０２および第２表電極１０３と、これら第１表電極１０２と第２表電極１０３との間に形成されたヒューズエレメント１０４とを備えている。このヒューズエレメント１０４は、第１表電極１０２の上部から第２表電極１０３の上部付近まで水平方向に延びる直線状部１０４ａと、直線状部１０４ａの先端部から直角に延びる直線状部１０４ｂと、直線状部１０４ｂの先端部から直線状部１０４ａと平行に第１表電極１０２の中央部付近まで延びる直線状部１０４ｃと、直線状部１０４ｃの先端部から直角に延びる直線状部１０４ｄと、直線状部１０４ｄの先端部から直線状部１０４ａと平行に第２表電極１０３の下部付近まで延びる直線状部１０４ｅとからなり、複数の直線を折り返したような形状となっている。

【0006】

このように構成されたチップ型電流ヒューズ１００は、ヒューズエレメント１０４が折り返し形状となっているため、一直線状に形成されたヒューズエレメントに比べて全長が長くなる。その結果、ヒューズエレメント１０４の熱容量が大きくなり、耐パルス性を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平１１－９６８８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１に記載されたチップ型電流ヒューズでは、第１表電極１０２に連続する直線状部１０４ａと第２表電極１０３に連続する直線状部１０４ｅとが熱を逃がしやすい部位（放熱部）となるため、これら直線状部１０４ａ，１０４ｅ間に形成された直線状部１０４ｂと直線状部１０４ｃおよび直線状部１０４ｄにヒューズエレメント１０４の発熱が集中し、第１表電極１０２と第２表電極１０３間に所定の過電流が流れると、当該直線状部１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄのいずれかの部位が溶断する。しかしながら、クランク状に連続する直線状部１０４ｂと直線状部１０４ｃおよび直線状部１０４ｄのどの部位が溶断するのかわからないため、溶断するタイミングが安定しないという課題がある。

【0009】

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、ヒューズエレメントの溶断タイミングを安定させることができるチップ型電流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】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明のチップ型電流ヒューズは、直方体形状の絶縁基板と、前記絶縁基板の表面における長手方向両端部に形成された第１表電極および第２表電極と、前記絶縁基板の裏面における長手方向両端部に形成された第１裏電極および第２裏電極と、前記絶縁基板の長手方向一端面に形成されて前記第１表電極と前記第１裏電極を接続する第１端面電極と、前記絶縁基板の長手方向他端面に形成されて前記第２表電極と前記第２裏電極を接続する第２端面電極と、前記第１表電極と前記第２表電極との間に金属薄膜をパターニングして形成されたヒューズエレメントと、を備え、前記ヒューズエレメントが、前記第１表電極を接続端として前記第２表電極の方向に延びる第１直線部と、前記第２表電極を接続端として前記第１直線部と平行に前記第１表電極の方向に延びる第２直線部と、これら第１直線部と第２直線部を連結する傾斜直線部とからなり、前記傾斜直線部が前記第１直線部と前記第２直線部に対してそれぞれ鋭角に接続していることを特徴としている。

【0011】

このように構成されたチップ型電流ヒューズでは、第１表電極に接続する第１直線部と第２表電極に接続する第２直線部とが熱を逃がしやすい部位となり、これら第１直線部と第２直線部との間に形成された傾斜直線部が両直線部に対して鋭角に接続しているため、ヒューズエレメントの発熱が傾斜直線部の中央付近に集中することになり、傾斜直線部の中央付近を安定したタイミングで溶断させることができる。

【0012】

上記構成のチップ型電流ヒューズにおいて、ヒューズエレメントが傾斜直線部の中心を対称点とする点対称形状、具多的には、両端部が第１直線部と第２直線部に連続する平面視Ｚ形状であると、傾斜直線部の中央付近で安定的に溶断させることができる。

【0013】

また、上記構成のチップ型電流ヒューズにおいて、傾斜直線部の中心から第１裏電極および第２裏電極に至る距離が、傾斜直線部の中心から第１表電極および第２表電極に至る距離よりも長く設定されていると、ヒューズエレメントの発熱が絶縁基板の裏側の第１裏電極および第２裏電極から放熱されにくくなるため、傾斜直線部の中央付近を安定的に溶断させることができる。

【0014】

また、上記構成のチップ型電流ヒューズにおいて、第１表電極と第２表電極との間をエレメント形成領域とすると、第１裏電極と第２裏電極がエレメント形成領域を投影した裏面領域の外側に形成されていると、傾斜直線部の中央付近を安定的に溶断させることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明のチップ型電流ヒューズによれば、第１直線部と第２直線部との間に形成された傾斜直線部が両直線部に対して鋭角に接続しているため、ヒューズエレメントの溶断タイミングを安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態例に係るチップ型電流ヒューズの平面図である。

【図2】図１のII－II線に沿う断面図である。

【図3】該チップ型電流ヒューズに備えられるヒューズエレメントの説明図である。

【図4】該チップ型電流ヒューズの製造工程を示す平面図である。

【図5】該チップ型電流ヒューズの製造工程を示す断面図である。

【図6】従来例に係るチップ型電流ヒューズの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るチップ型電流ヒューズの平面図、図２は図１のII－II線に沿う断面図である。

【0018】

図１と図２に示すように、本実施形態例に係るチップ型電流ヒューズは、直方体形状の絶縁基板１と、絶縁基板１の表面における長手方向両端部を除く領域に形成された蓄熱層２と、蓄熱層２と一部が重なるように絶縁基板１の表面における長手方向両端部に形成された第１表電極３および第２表電極４と、第１表電極３と第２表電極４を導通するように蓄熱層２上に形成されたヒューズエレメント５と、ヒューズエレメント５を覆う内部保護層６と、第１表電極３および第２表電極４の一部と内部保護層６の全体を覆う保護層７と、絶縁基板１の裏面における長手方向両端部に形成された第１裏電極８および第２裏電極９と、絶縁基板１の長手方向一端面に形成されて第１表電極３と第１裏電極８を接続する第１端面電極１０と、絶縁基板１の長手方向他端面に形成されて第２表電極４と第２裏電極９を接続する第２端面電極１１と、によって主として構成されている。

【0019】

絶縁基板１は、後述する大判基板を縦横の分割溝に沿って分割して多数個取りされたものであり、大判基板の主成分はアルミナを主成分とするセラミックス基板である。

【0020】

蓄熱層２は、ガラスペーストを塗布（例えば、スクリーン印刷）・焼成したり、ポリイミド樹脂等の樹脂を塗布（例えば、スピンコート）・硬化したものであり、絶縁基板１の表面中央部を覆うように矩形状に形成されている。

【0021】

第１表電極３と第２表電極４およびヒューズエレメント５は、ヒューズとして溶断可能な金属薄膜（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ等）を絶縁基板１の表面全体にスパッタリングまたは蒸着し、これをフォトリソグラフィによりパターニングしたものである。第１表電極３と第２表電極４は絶縁基板１の長手方向両端部に矩形状に形成されており、ヒューズエレメント５は第１表電極３と第２表電極４との間に平面視でＺ形状に形成されている。なお、ヒューズエレメント５の詳細な構成については後述する。

【0022】

内部保護層６は、内部保護材料（例えば、ガラスペーストやシリコーン樹脂等）を塗布（例えば、スクリーン印刷）して乾燥・焼成したものであり、第１表電極３および第２表電極４の一部とヒューズエレメント５の全体を覆うように矩形状に形成されている。

【0023】

保護層７は、エポキシ系樹脂ペーストを塗布（例えば、スクリーン印刷）して加熱硬化したものであり、第１表電極３および第２表電極４の一部と内部保護層６の全体を覆うように矩形状に形成されている。

【0024】

第１裏電極８と第２裏電極９は、銀を主成分とするＡｇ系ペーストを塗布（例えば、スクリーン印刷）して乾燥・焼成したものであり、絶縁基板１の裏面における長手方向両端部に矩形状に形成されている。第１表電極３と第１裏電極８および第２表電極４と第２裏電極９はそれぞれ対応する位置に形成されているが、第１裏電極８と第２裏電極９の面積は第１表電極３と第２表電極４の面積に比べて小さめに形成されている。したがって、絶縁基板１の表面に形成された第１表電極３と第２表電極４との間をエレメント形成領域とすると、第１裏電極８と第２裏電極９はエレメント形成領域を投影した裏面領域の外側に配置されている。

【0025】

第１端面電極１０と第２端面電極１１は絶縁基板１の長手方向両端面に端面電極材料をスパッタリングまたは蒸着したもの（例えば、Ｎｉ／Ｃｒ２層、ＮｉＣｒ合金、Ｎｉ／Ｔｉ２層、ＮｉＴｉ合金）であり、これら第１端面電極１０と第２端面電極１１は、対応する第１表電極３と第１裏電極８間および第２表電極４と第２裏電極９間を導通するように形成されている。図示省略されているが、第１端面電極１０と第２端面電極１１の表面は外部電極によって被覆されており、この外部電極はＮｉメッキ層とＳｎメッキ層の２層構造となっている。

【0026】

図３は前述したヒューズエレメント５の説明図である。図３に示すように、ヒューズエレメント５は、第１表電極３の図中上部を接続端として、絶縁基板１の長手方向と平行して第２表電極４の方向に延びる第１直線部５ａと、第２表電極４の図中下部を接続端として第１直線部５ａと平行に第１表電極３の方向に延びる第２直線部５ｂと、これら第１直線部５ａと第２直線部５ｂを連結する傾斜直線部５ｃとからなり、この傾斜直線部５ｃは第１直線部５ａと第２直線部５ｂに対してそれぞれ鋭角に接続している。ここで、第１直線部５ａと第２直線部５ｂの水平方向の長さは同じに設定されており、ヒューズエレメント５は、傾斜直線部５ｃの中心Ｏを対称点とする点対称形状、具体的には平面視Ｚ形状となっている。

【0027】

次に、本実施形態例に係るチップ型電流ヒューズの製造工程について、図４と図５を用いて説明する。なお、図４（ａ）～（ｆ）はこの製造工程で用いられる大判基板を表面的に見た平面図、図５（ａ）～（ｆ）は図４（ａ）～（ｆ）の長手方向中央部に沿った１チップ相当分の断面図をそれぞれ示している。

【0028】

まず、絶縁基板１が多数個取りされる大判基板を準備する。この大判基板には予め１次分割溝と２次分割溝が格子状に設けられており、両分割溝によって区切られたマス目の１つ１つが１個分のチップ領域となる。図４と図５には１個分のチップ領域に相当する大判基板２０Ａが代表して示されているが、実際は多数個分のチップ領域に相当する大判基板に対して以下に説明する各工程が一括して行われる。

【0029】

すなわち、この大判基板２０Ａの表面にガラスペーストを塗布（例えば、スクリーン印刷）した後、これを乾燥・焼成することにより、図４（ａ）と図５（ａ）に示すように、大判基板２０Ａの表面中央部に矩形状の蓄熱層２を形成する。

【0030】

次に、大判基板２０Ａの裏面にＡｇ系ペーストを塗布（例えば、スクリーン印刷）した後、これを乾燥・焼成することにより、図４（ｂ）と図５（ｂ）に示すように、大判基板２０Ａの裏面に所定間隔を存して対向する第１裏電極８と第２裏電極９を形成する。

【0031】

次に、大判基板２０Ａの表面全体にＣｕやＡｇ等の金属薄膜をスパッタリング（または蒸着）によりデポジットし、これをフォトリソグラフィによりパターニングすることにより、図４（ｃ）と図５（ｃ）に示すように、所定間隔を存して対向する第１表電極３および第２表電極４と、これら第１表電極３と第２表電極４間に跨るヒューズエレメント５とを一体形成する。このヒューズエレメント５は蓄熱層２上に平面視でＺ形状に形成されており、第１表電極３を接続端として、絶縁基板１の長手方向と平行して第２表電極４の方向に延びる第１直線部５ａと、第２表電極４を接続端として第１表電極３の方向に延びる第２直線部５ｂと、これら第１直線部５ａと第２直線部５ｂを連結する傾斜直線部５ｃとを有している。傾斜直線部５ｃは第１直線部５ａと第２直線部５ｂに対して鋭角に接続しており、傾斜直線部５ｃの中心から第１表電極３および第２表電極４に至る最短距離よりも、傾斜直線部５ｃの中心から第１裏電極８および第２裏電極９に至る最短距離の方が長くなっている。

【0032】

次に、大判基板２０Ａの表面側にガラスペーストをスクリーン印刷した後、これを乾燥・焼成することにより、図４（ｄ）と図５（ｄ）に示すように、第１表電極３および第２表電極４の一部とヒューズエレメント５の全体を覆う内部保護層６を形成する。これにより、ヒューズエレメント５が蓄熱層２と内部保護層６間にサンドウィッチされる。

【0033】

次に、大判基板２０Ａの表面側にエポキシ系樹脂ペーストを塗布（例えば、スクリーン印刷）した後、これを加熱硬化することにより、図４（ｅ）と図５（ｅ）に示すように、第１表電極３および第２表電極４の一部と内部保護層６の全体を覆う保護層７を形成する。

【0034】

次に、大判基板２０Ａを一次分割溝に沿って短冊状基板２０Ｂに１次分割した後、この短冊状基板２０Ｂの分割面に端面電極材料をスパッタリングまたは蒸着（例えば、Ｎｉ／Ｃｒ２層、ＮｉＣｒ合金、Ｎｉ／Ｔｉ２層、ＮｉＴｉ合金）することにより、図４（ｆ）と図５（ｆ）に示すように、短冊状基板２０Ｂの両端部に第１端面電極１０と第２端面電極１１を形成する。この第１端面電極１０により対応する第１表電極３と第１裏電極８間が導通されると共に、第２端面電極１１により対応第２表電極４と第２裏電極９間が導通される。

【0035】

しかる後、短冊状基板２０Ｂを二次分割溝に沿って複数のチップ状基板に２次分割した後、これらチップ状基板に対して電解メッキを施してＮｉ－Ｓｎメッキ層を形成することにより、第１端面電極１０と第２端面電極１１の表面を覆う外部電極（図示せず）を形成する。このようにして図１，２に示すチップ型電流ヒューズが完成する。

【0036】

以上説明したように、本実施形態例に係るチップ型電流ヒューズは、第１表電極３と第２表電極４間に形成されたヒューズエレメント５が、第１表電極３を接続端として、絶縁基板１の長手方向と平行して第２表電極４の方向に延びる第１直線部５ａと、第２表電極４を接続端として第１直線部５ａと平行に第１表電極３の方向に延びる第２直線部５ｂと、これら第１直線部５ａと第２直線部５ｂを連結する傾斜直線部５ｃとからなり、この傾斜直線部５ｃが第１直線部５ａと第２直線部５ｂに対してそれぞれ鋭角に接続した構成となっている。したがって、第１表電極３に接続する第１直線部５ａと第２表電極４に接続する第２直線部５ｂが熱を逃がしやすい部位（放熱部）となり、これら第１直線部５ａと第２直線部５ｂとの間に形成された傾斜直線部５ｃが両直線部５ａ，５ｂに対して鋭角に接続しているため、ヒューズエレメント５の発熱が傾斜直線部５ｃの中央付近に集中することになり、傾斜直線部５ｃの中央付近を安定したタイミングで溶断させることができる。

【0037】

また、本実施形態例に係るチップ型電流ヒューズでは、ヒューズエレメント５が傾斜直線部５ｃの中心Ｏを対称点とする点対称形状（平面視Ｚ形状）となっているため、傾斜直線部５ｃの中央付近で安定的に溶断させることができる。しかも、傾斜直線部５ｃの中心から第１表電極３および第２表電極４に至る最短距離よりも、傾斜直線部５ｃの中心から第１裏電極８および第２裏電極９に至る最短距離の方が長くなっているため、ヒューズエレメント５の発熱が絶縁基板１の裏側の第１および第２裏電極８，９から放熱されにくくなり、傾斜直線部５ｃの中央付近を安定的に溶断させることができる。さらに、絶縁基板１の表面に形成された第１表電極３と第２表電極４との間をエレメント形成領域とすると、第１裏電極８と第２裏電極９がエレメント形成領域を投影した裏面領域の外側に形成されているため、この点からも傾斜直線部５ｃの中央付近を安定的に溶断させることができる。

【0038】

なお、上記実施形態例では、ヒューズエレメント５における第１直線部５ａと第２直線部５ｂおよび傾斜直線部５ｃの互いの長さがほぼ等しくなっているが、これら各直線部５ａ，５ｂ，５ｃの相対的長さは上記実施形態例に限定されず、例えば、第１直線部５ａと第２直線部５ｂに対して傾斜直線部５ｃの長さを十分に短くしたものであっても良い。

【符号の説明】

【0039】

１ 絶縁基板
２ 蓄熱層
３ 第１表電極
４ 第２表電極
５ ヒューズエレメント
５ａ 第１直線部
５ｂ 第２直線部
５ｃ 傾斜直線部
６ 内部保護層
７ 保護層
８ 第１裏電極
９ 第２裏電極
１０ 第１端面電極
１１ 第２端面電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】