特許 7518786 ヒューズエレメント、ヒューズ素子及び保護素子

(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】2024-07-09

(45)【発行日】2024-07-18

(54)【発明の名称】ヒューズエレメント、ヒューズ素子及び保護素子

(51)【国際特許分類】

   H01H 85/10 20060101AFI20240710BHJP

   H01H 85/11 20060101ALI20240710BHJP

   H01H 37/76 20060101ALI20240710BHJP

【ＦＩ】

H01H85/10

H01H85/11

H01H37/76 F

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021037365

(22)【出願日】2021-03-09

(65)【公開番号】P2022137724

(43)【公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-12-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000108410

【氏名又は名称】デクセリアルズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100114937

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】米田 吉弘

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０６９７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９７１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ８５／１０

Ｈ０１Ｈ ８５／１１

Ｈ０１Ｈ ３７／７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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し、
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、ヒューズエレメント。

【請求項2】

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し、
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、ヒューズエレメント。

【請求項3】

前記欠損部の深さは、前記低融点金属板が露出する深さであり、
前記欠損部の個数は、各前記第２高融点金属層の面積に対して前記欠損部の面積が５０％以下となる個数である、請求項１または２に記載のヒューズエレメント。

【請求項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～請求項３のいずれか一項に記載のヒューズエレメント。

【請求項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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６３２４６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【0008】

（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。

【0009】

（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。

【0010】

（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。

【0011】

（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。

【発明の効果】

【0012】

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。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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】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】図３は、図１のIII－III線断面図である。

【図4】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】図５は、図４のＶ－Ｖ線断面図である。

【図6】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】図７は、図６のVII-VII線断面図である。

【図8】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】図９は、図８のIX－IX線断面図である。

【図10】図１０は、図８のＸ－Ｘ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

［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。

【0016】

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。

【0017】

低融点金属板１１は、四角形であり、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の厚さは、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。

【0018】

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。

【0019】

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。欠損部１３の個数は、第２高融点金属層１２ｃ、１２ｄの面積に対して欠損部１３の面積が５０％以下となる個数であってもよく、６０％以上９９％以下となる個数であってもよい。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

［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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

［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。

【0040】

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、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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

［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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【符号の説明】

【0055】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】