(57)【要約】      （修正有）【課題】保護素子の化学物質規制および抵抗低減と小型薄型化に対応したヒューズ素子およびそれを利用した電気・電子機器の保護素子を提供する。【解決手段】絶縁基板と、この絶縁基板に設けた複数の電極と、この電極のうち所定の電極に電気接続したヒューズ素子と、このヒューズ素子を加熱して溶断させるために前記絶縁基板に設けられた発熱素子とを備え、前記ヒューズ素子は、接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属と、第１の可溶金属よりも低い溶融温度を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属とを積層した複合金属材からなる保護素子。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属と、前記第１の可溶金属よりも低い溶融温度を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属とを積層した複合金属材からなるヒューズ素子。
【請求項２】
前記第１の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の所定接合作業温度で成分の一部が溶解する無鉛錫系はんだ材である請求項１に記載のヒューズ素子。
【請求項３】
前記第２の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の所定接合作業温度で成分の一部または全部が溶融する錫または無鉛錫系はんだ材である請求項１または請求項２に記載のヒューズ素子。
【請求項４】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載のヒューズ素子。
【請求項５】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載のヒューズ素子。
【請求項６】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金であり、そのＡｇ含有量が２０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする請求項４に記載のヒューズ素子。
【請求項７】
前記第１の可溶金属は、８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金または７０Ｓｎ−３０Ａｇ合金であることを特徴とする請求項４に記載のヒューズ素子。
【請求項８】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ−Ｂｉ合金であり、そのＢｉ含有量が４０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする請求項５に記載のヒューズ素子。
【請求項９】
前記第２の可溶金属は、６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金または３０Ｓｎ−７０Ｂｉ合金であることを特徴とする請求項５に記載のヒューズ素子。
【請求項１０】
絶縁基板と、この絶縁基板に設けた複数の電極と、該電極のうち所定の電極に電気接続したヒューズ素子と、このヒューズ素子を加熱して溶断させるために絶縁基板に設けられた発熱素子とを備え、前記ヒューズ素子は、接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属と、前記第１の可溶金属よりも低い溶融温度を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属とを積層した複合金属材からなる保護素子。
【請求項１１】
前記発熱素子は、前記ヒューズ素子が設けられた前記絶縁基板の基板面とは異なる基板面に設けたことを特徴とする請求項１０に記載の保護素子。
【請求項１２】
前記発熱素子は、前記ヒューズ素子が設けられた前記絶縁基板の基板面と同一の基板面に設けたことを特徴とする請求項１０に記載の保護素子。
【請求項１３】
前記第１の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の接合作業温度で成分の一部が溶解する無鉛錫系はんだ材である請求項１０ないし請求項１２の何れか１つに保護素子。
【請求項１４】
前記第２の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の接合作業温度で成分の一部または全部が溶融する錫または無鉛錫系はんだ材である請求項１０ないし請求項１３の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項１５】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１４の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項１６】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１５の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項１７】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金であり、そのＡｇ含有量が２０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする請求項１５に記載のヒューズ素子。
【請求項１８】
前記第１の可溶金属は、８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金または７０Ｓｎ−３０Ａｇ合金であることを特徴とする請求項１５に記載のヒューズ素子。
【請求項１９】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ−Ｂｉ合金であり、そのＢｉ含有量が４０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする請求項１６に記載のヒューズ素子。
【請求項２０】
前記第２の可溶金属は、６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金または３０Ｓｎ−７０Ｂｉ合金であることを特徴とする請求項１６に記載のヒューズ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合金属材からなる保護素子用ヒューズ素子およびそれを利用した電気・電子機器の保護素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器など小型電子機器の急速な普及に伴い、搭載する電源の保護回路に実装される保護素子も小型薄型のものが使用されている。例えば、二次電池パックの保護回路には、表面実装部品（ＳＭＤ）のチップ保護素子が好適に利用される。これらチップ保護素子には、被保護機器の過電流により生ずる過大発熱を検知し、または周囲温度の異常過熱に感応して、所定条件でヒューズを作動させ電気回路を遮断する非復帰型保護素子がある。該保護素子は、機器の安全を図るために、保護回路が機器に生ずる異常を検知すると信号電流により抵抗素子を発熱させ、その発熱で可融性の合金材からなるヒューズ素子を溶断させて回路を遮断するか、あるいは過電流によってヒューズ素子を溶断させて回路を遮断できる。例えば、特開２０１３−２３９４０５号公報（特許文献１）には、異常時に発熱する抵抗素子をセラミックス基板などの絶縁基板上に設けた保護素子が開示されている。
【０００３】
現在、上述した保護素子のヒューズ素子を構成する可溶合金は、改正ＲｏＨＳ指令などの化学物質の規制強化により鉛フリー化が進んでいる。例えば、特開２０１５−０７９６０８号公報（特許文献２）に記載されるように、無鉛金属複合材のヒューズ素子であって、この保護素子を外部回路板に表面実装する際のはんだ付け作業温度において、溶融可能な易融性の低融点金属材と、前記はんだ付け作業温度で液相の低融点金属材に溶解可能な固相の高融点金属材とから成り、低融点金属材と高融点金属材とを一体成形することで、液相化した低融点金属材を固相の高融点金属材ではんだ付け作業が終わるまで保持することを特徴とするヒューズ素子がある。このヒューズ素子の低融点金属材と高融点金属材とは互いに固着成形され、はんだ付け作業の熱で液相化した低融点金属材を該作業温度で固相の高融点金属材で、溶断しないように保持しながら、液相の低融点金属材でヒューズ素子を保護素子の電極パターンに接合できるようにし工夫されている。さらに、この保護素子を回路基板に表面実装する際のはんだ付け作業温度においてヒューズ素子が溶断するのを防止している。この保護素子は内蔵している抵抗素子を発熱させ、その熱でヒューズ素子の高融点金属材を、媒質である低融点金属材中に拡散または溶解させて溶断動作するようなっている。
【０００４】
パワーラインの電流を遮断する働きをする保護素子の電気抵抗値は、できる限り小さい方が電気エネルギーの損失が少なく好ましい。その点、ヒューズ素子に低電気抵抗材である銀製の高融点金属材を有することは、実に好都合である。しかし、銀製高融点金属材は、保護素子の動作温度で可溶しないので、低融点金属材への溶解または拡散が不充分で厚膜で残留した場合に、従来のヒューズ素子では、溶断に余分な時間を要したり極端な場合に溶断不良となったりする恐れがあり、電気抵抗値を下げるために高融点金属材を十分に厚く設けることができなかった。また、保護素子のヒューズ素子や電極基板などの小型化・薄型化の進展に伴い、より薄板のヒューズ素子を用いた場合は、高融点金属材を厚くできないため、高融点金属材が液相の低融点金属材に過度に拡散または溶解されて薄層化してしまい、ヒューズ素子を電極パターンに接合する際に、ヒューズ素子が変形したり、高融点金属材の表面が波打ったりしてエレメントの取り付けに支障を来たす場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許文献１：特開２０１３−２３９４０５号公報
特許文献２：特開２０１５−０７９６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、保護素子の化学物質規制および抵抗低減と小型薄型化に対応したヒューズ素子およびそれを利用した電気・電子機器の保護素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、所定の接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属と、第１の可溶金属よりも低い溶融温度を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属とを積層した複合金属材からなる温度ヒューズ素子が提供される。第１の可溶金属は、接合作業温度で成分の一部が溶解し、同作業温度で成分の一部または全部が溶融した第２の可溶金属と互いに所定成分同士が混ざり合って、それぞれが所定の溶融温度に漸近してゆく。本発明のヒューズ素子を用いることで、はんだペーストなどの接合材を用いることなくヒューズ素子をリフロー法により接合することができる。ヒューズ素子は、可溶金属で構成されているので溶断残留のおそれがない。また、銀製の高融点金属材を用いることなくヒューズ素子の電気抵抗を低減することができる。ヒューズ素子の変形や表面の波打ちの心配が無くより経済的な生産に寄与できる。  
【０００８】
本発明の別の観点よると、上記様態のヒューズ素子を利用した保護素子が提供される。すなわち、本発明に係る保護素子は、絶縁基板と、該絶縁基板に設けた複数の電極と、この電極のうち所定の電極に電気接続したヒューズ素子と、ヒューズ素子を加熱して溶断させるために該絶縁基板に設けられた発熱素子とを備え、ヒューズ素子は、接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属と、第１の可溶金属よりも低い溶融温度を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属とを積層した複合金属材からなる保護素子が提供される。
【０００９】
本発明に係る保護素子は、少なくとも絶縁基板の所定電極とヒューズ素子の第２の可溶金属表面に接合用のフラックスを塗布し、前記所定電極に前記第２の可溶金属が接触するようにヒューズ素子を載置し、ヒューズ素子を載置した絶縁基板を少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満になるように調整した所定の接合作業温度で、第２の可溶金属の一部または全部を溶融させ、第２の可溶金属に第１の可溶金属の一部を溶解させつつ互いに拡散あるいは混合させて、前記所定電極にヒューズ素子を接合した後、少なくともヒューズ素子に動作用の溶断フラックスを塗布し、溶断フラックスを塗布したヒューズ素子を絶縁基板ごとキャップ状蓋体で覆ってパッケージングして組み立てられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、ヒューズ動作時において通電をより確実に遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るヒューズ素子１０（ａ）およびヒューズ素子２０（ｂ）の斜視図を示す。
【図２】本発明に係る保護素子２０の部品部材を分解した斜視図を示す。
【図３】本発明の実施例１の保護素子３０であり、（ａ）は（ｂ）のｄ−ｄ線に沿ってキャップ状蓋体を切断した平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【図４】本発明の実施例２の保護素子４０であり、（ａ）は（ｂ）のｄ−ｄ線に沿ってキャップ状蓋体を切断した平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図を示し、（ｃ）はその下面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るヒューズ素子１０は、図１に示すように、接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属１１と、第１の可溶金属１１よりも低い溶融温度を有し、前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属１２とを積層した複合金属材１０からなる。第１の可溶金属１１は、接合作業温度で成分の一部が溶解し、同作業温度で成分の一部または全部が溶融した第２の可溶金属１２と互いに拡散あるいは混合されて、それぞれ所定の溶融温度に漸近してゆく。このヒューズ素子の第１の可溶金属１１の一例として８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金（液相線温度３７０℃、固相線温度２２１℃）の合金材がある。さらに第２の可溶金属１２の一例として６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金（液相線温度１７５℃、固相線温度１３９℃）の合金材がある。第１の可溶金属１１の表面に第２の可溶金属１２を積層した複合金属材によってヒューズ素子１０を構成する。第１の可溶金属は、特に限定されず、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満（但し、周辺部品の耐熱性からピーク温度が概ね３００℃未満であるのが好ましい）の所定の接合作業温度で成分の一部が溶解する無鉛錫系はんだ材であればよい。第２の可溶金属は、上記所定の接合作業温度で成分の一部または全部が溶融する錫または無鉛錫系はんだ材であればよい。また、第２の可溶金属１２は、単一融点を有する金属単体または共晶合金でも溶融範囲を有する合金でもよい。前述の一例の他にも第１の可溶金属として、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金が利用でき、同様に他の第２の可溶金属として、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金などが利用できる。第１の可溶金属および第２の可溶金属は、何れもＳｎの含有量が多い無鉛金属材であり、従来の有鉛金属材と比べて酸化しやすい欠点がある。このため、さらに第１の可溶金属と第２の可溶金属の両方または何れか一方に、酸化防止の微量元素としてＰ、Ｇａ、Ｇｅの少なくとも１つを、３ｐｐｍを超え３００ｐｐｍ未満となるように添加したものを使用してもよい。第１の可溶金属１１が平板状の場合は、図１（ａ）に示すように、第１の可溶金属１１の板面の片面に第２の可溶金属１２を積層してヒューズ素子１０のようにするとよい。また図１（ｂ）に示すように、第１の可溶金属１１の板面の両面に第２の可溶金属１２を積層してヒューズ素子２０のようにしてもよい。第１の可溶金属１１に第２の可溶金属１２を積層する手段は、特に限定されず第１の可溶金属１１に第２の可溶金属１２を積層できればよい。例えば、クラッド（圧着）、めっき、溶融コートなどの手段が利用できる。本発明のヒューズ素子は、はんだペーストを用いることなく直接電極上に載置してリフロー法により電極に接合させることができる。このヒューズ素子は、可溶金属で構成されているので溶断残留のおそれがない。なお、本明細書において８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金等の合金組成表記における元素記号の前の数字は該当元素の質量％を表す。
【００１３】
本発明に係るヒューズ素子は、図２に示すように、耐熱性の絶縁基板２３に設けた導電部材からなる電極２４ａに溶融接合され保護素子のヒューズ素子２５として使用される。接合作業温度は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満となるように設定するのがよい。そして、少なくともヒューズ素子２５を接合する所定電極２４ａと少なくともヒューズ素子２５の第２の可溶金属２２表面に接合用のフラックスを塗布し、所定電極２４ａに第２の可溶金属２２が接触するようにヒューズ素子２５を載置し、ヒューズ素子２５と絶縁基板２３とが上記接合作業温度になるまで加熱して、第１の可溶金属２１の一部と第２の可溶金属２２の一部または全部を溶融させて、所定電極２４ａにヒューズ素子２５を接合させる。その後、少なくともヒューズ素子２５に動作用の溶断フラックスを塗布し、溶断フラックスを塗布したヒューズ素子２５を絶縁基板２３ごとキャップ状の蓋体２６で覆ってパッケージングし、組み立てられる。
【００１４】
ヒューズ素子２５の第１の可溶金属２１の一例として８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金（液相線温度３７０℃、固相線温度２２１℃）と、第２の可溶金属２２の一例として６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金（液相線温度１７５℃、固相線温度１３９℃）がある。この例の場合、上記の接合作業の結果、第１の可溶金属２１は、上記作業温度で成分の一部が同作業温度で成分の一部または全部が溶融した第２の可溶金属２２と互いに拡散混合されて、それぞれ所定の溶融温度に漸近して行く。第１の可溶金属２１では、第２の可溶金属２２側から液相拡散によりＳｎが移行して平衡状態に近づくのでＳｎ成分が増加し、Ａｇ濃度も拡散により第２の可溶金属２２に移行し減少する。その結果、第１の可溶金属２１におけるＡｇ濃度は相対的に低下し、液相線温度が当初の３７０℃より固相線温度の２２１℃に向かって低下して行く。一方、第２の可溶金属２２では、第１の可溶金属２１の溶解および拡散によりＳｎが第１の可溶金属２１側に移動して平衡状態に近づくのでＳｎ成分が減少し、Ｂｉ濃度も拡散により第１の可溶金属２１に移行し減少する。その結果、第２の可溶金属２２においては、相対的にＢｉ濃度が増加し、液相線温度が固相線温度の１３９℃に向かって低下するようになる。つまり、ヒューズ素子を接合するともに、第１の可溶金属２１と第２の可溶金属２２の共通元素であるＳｎ成分の平衡移動と互いの側に異種元素であるＡｇとＢｉの相互拡散を利用して、互いの液相線温度と固相線温度の差を減少させて、ヒューズ動作温度範囲を自己調節させる。上記構成のヒューズ素子は、従来ヒューズ素子の固体純銀被覆をＳｎ系の無鉛はんだで溶食させるより速やかに溶断させることができ、また、銀被覆を使用しないため、硫化腐食や銀マイグレーション、銀被覆の残留による溶断不良の心配がない。
【００１５】
本発明に係る保護素子は、前記ヒューズ素子を利用したものであり、図２に示すように、絶縁基板２３と、絶縁基板２３に設けた複数の電極２４ａ、２４ｂと、電極２４ａ、２４ｂのうち所定の電極（図２では２４ａ）に電気接続したヒューズ素子２５と、ヒューズ素子２５を加熱して溶断させるために絶縁基板２３に設けられ所定の電極に電気接続した発熱素子（図２では絶縁基板２３の裏面に配置）とを備え、ヒューズ素子２５は、接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属２１と、第１の可溶金属２１よりも低い温度の溶融範囲を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属２２とを積層した複合金属材２５からなる。
【実施例】
【００１６】
本発明に係る実施例１のヒューズ素子１０は、図１（ａ）に示すように、厚さ８０μｍの７０Ｓｎ−３０Ａｇ合金（液相線温度４１５℃、固相線温度２２１℃）の合金板からなる第１の可溶金属１１と、厚さ１０μｍの６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金（液相線温度１７５℃、固相線温度１３９℃）の合金板からなる第２の可溶金属１２とをクラッドにより積層した複合金属材１０で構成される。この他にも図１（ａ）に示すヒューズ素子１０には、厚さ６５μｍの６７Ｓｎ−３３Ａｇ合金（液相線温度４１６℃、固相線温度２２０℃）の合金板からなる第１の可溶金属１１と、厚さ２５μｍの３０Ｓｎ−７０Ｂｉ合金（液相線温度１７３℃、固相線温度１３９℃）の合金板からなる第２の可溶金属１２とをクラッドにより積層した複合金属材１０なども利用できる。
【００１７】
本発明に係る実施例２のヒューズ素子２０は、図１（ｂ）に示すように、厚さ８０μｍの８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金（液相線温度３７０℃、固相線温度２２１℃）の合金板からなる第１の可溶金属１１の上下面に、厚さ５μｍの６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金（液相線温度１７５℃、固相線温度１３９℃）の合金板からなる第２の可溶金属１２をクラッドにより積層した３層の複合金属材で構成される。ヒューズ素子２０は、第１の可溶金属１１の上下面に第２の可溶金属１２を設けることで表裏の方向性が無く、保護素子の組立工程おいてヒューズ素子板の誤載置を防止することができる。
【００１８】
実施例１または実施例２のヒューズ素子は、それぞれ、図２に示すようなアルミナ・セラミックスの絶縁基板２３の表面に設けたＡｇ合金の電極２４ａに接合されて、以下に示す実施例４または実施例５の保護素子を形成する。該ヒューズ素子は、予め接合フラックスを塗布した絶縁基板の電極２４ａとヒューズ素子２５の第２の可溶金属２２とを互いに接触させて載置し、温度プロファイルが余熱温度１１０〜１３０℃で滞留時間７０秒、１５０℃以上の滞留時間が３０秒、ピーク温度が１７０℃となるようにリフロー炉に通して、第１の可溶金属２１の一部を溶解させ、第２の可溶金属２２の一部または全部を溶融させて互いの共通元素のＳｎ相を相互拡散させ平衡状態に漸近させるとともに、溶融した第２の可溶金属２２によりヒューズ素子２５を電極２４ａに接合させる。ヒューズ素子２５を電極２４ａに接合させた後、ヒューズ素子２５に溶断フラックスを塗布し、絶縁基板２３ごとヒューズ素子２５を耐熱プラスチック製のキャップ状蓋体２６で覆って、キャップ状蓋体２６と絶縁基板２３とをエポキシ系樹脂で固定して保護素子とする。
【００１９】
本発明に係る実施例４の保護素子は、実施例１または実施例２のヒューズ素子を利用した保護素子であり、図３に示すように、アルミナ・セラミックスの絶縁基板３３と、絶縁基板３３の上下面に設けた複数のＡｇ合金製パターン電極３４と、パターン電極３４と電気接続され絶縁基板３３の下面に設けた抵抗発熱素子３８と、絶縁基板３３の上面のパターン電極３４に電気接続したヒューズ素子３５と、ヒューズ素子３５の上部を覆って絶縁基板に固着した液晶ポリマー製のキャップ状蓋体３６とを備え、ヒューズ素子３５は、厚さ８０μｍの７０Ｓｎ−３０Ａｇ合金（液相線温度４１５℃、固相線温度２２１℃）の合金板からなる第１の可溶金属３１と、厚さ１０μｍの６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金（液相線温度１７５℃、固相線温度１３９℃）の合金板からなる第２の可溶金属３２とをクラッドにより積層した複合金属材３５からなり、パターン電極３４は、基板上下面のパターン電極３４を電気接続するＡｇ合金のハーフ・スルーホール３７を有する。特に図示しないが、実施例４の抵抗発熱素子の表面はガラス材のオーバーグレーズを施している。実施例４の保護素子の発熱素子３８は、ヒューズ素子３５が設けられた絶縁基板３３の基板面（上面）とは異なる基板面（下面）に設けられている。
【００２０】
本発明に係る実施例５の保護素子は、実施例４の保護素子を変形したもので、実施例１または実施例２のヒューズ素子を利用した保護素子である。図４に示すように、アルミナ・セラミックスの絶縁基板４３と、絶縁基板４３の上下面に設けた複数のＡｇ合金製パターン電極４４と、パターン電極４４と電気接続され絶縁基板４３の上面に設けた抵抗発熱素子４８と、抵抗発熱素子４８に当接して絶縁基板４３の上面のパターン電極４４に電気接続したヒューズ素子４５と、ヒューズ素子４５の上部を覆って絶縁基板４３に固着した液晶ポリマー製のキャップ状蓋体４６とを備え、ヒューズ素子４５は、厚さ８０μｍの８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金（液相線温度３７０℃、固相線温度２２１℃）の合金板からなる第１の可溶金属４１と、厚さ１０μｍの６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金（液相線温度１７５℃、固相線温度１３９℃）の合金板からなる第２の可溶金属４２とをクラッドにより積層した複合金属材４５からなり、パターン電極４４は、基板上下面のパターン電極４４を電気接続するＡｇ合金のハーフ・スルーホール４７を有する。特に図示しないが、実施例５の抵抗発熱素子４８の表面はガラス材のオーバーグレーズを施している。実施例５の保護素子の発熱素子４８は、ヒューズ素子４５が設けられた絶縁基板４３の基板面（上面）と同一の基板面（上面）に設けられている。
【００２１】
実施例４および実施例５の保護素子は、絶縁基板上下面のパターン電極を電気接続する配線手段は、ハーフ・スルーホールに替えて該基板を貫通した導体スルーホールや、平面電極パターンによる表面配線に変更してもよい。
【００２２】
実施例１ないし実施例５の第２の可溶金属を構成するＳｎ−Ｂｉ合金は、電極に対する濡れ性を向上させるため、上記Ｓｎ−Ｂｉ合金にさらにＡｇを添加したＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金に替えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の複合金属材からなるヒューズ素子は、リフローなど全体加熱溶融により保護素子に組込み搭載できる。このヒューズ素子を用いた保護素子は、他の表面実装部品と共に再びリフロー・ソルダリングにより電気回路基板にはんだ付け実装されて、電池パックなど２次電池の保護装置に利用できる。
【符号の説明】
【００２４】
１０、２０・・・ヒューズ素子、
１１、２１、３１、４１・・・第１の可溶金属、
１２、２２、３２，４２・・・第２の可溶金属、
２３、３３、４３・・・絶縁基板、
２４ａ、２４ｂ、３４、４４・・・電極、
２５、３５、４５・・・ヒューズ素子（複合金属材）、
２６、３６、４６・・・蓋体、
２７、３７、４７・・・ハーフ・スルーホール、
３８、４８・・・発熱素子。
【図１】
2020109744.tif 000003
【図２】
2020109744.tif 000004
【図３】
2020109744.tif 000005
【図４】
2020109744.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月24日(2020.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属と、前記第１の可溶金属よりも低い溶融温度を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属とを積層した複合金属材からなるヒューズ素子。
【請求項２】
前記第１の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の所定接合作業温度で成分の一部が溶解する無鉛錫系はんだ材である請求項１に記載のヒューズ素子。
【請求項３】
前記第２の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の所定接合作業温度で成分の一部または全部が溶融する錫または無鉛錫系はんだ材である請求項１または請求項２に記載のヒューズ素子。
【請求項４】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載のヒューズ素子。
【請求項５】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載のヒューズ素子。
【請求項６】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金であり、そのＡｇ含有量が２０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする請求項４に記載のヒューズ素子。
【請求項７】
前記第１の可溶金属は、８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金または７０Ｓｎ−３０Ａｇ合金であることを特徴とする請求項４に記載のヒューズ素子。
【請求項８】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ−Ｂｉ合金であり、そのＢｉ含有量が４０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする請求項５に記載のヒューズ素子。
【請求項９】
前記第２の可溶金属は、６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金または３０Ｓｎ−７０Ｂｉ合金であることを特徴とする請求項５に記載のヒューズ素子。
【請求項１０】
絶縁基板と、この絶縁基板に設けた複数の電極と、該電極のうち所定の電極に電気接続したヒューズ素子と、このヒューズ素子を加熱して溶断させるために絶縁基板に設けられた発熱素子とを備え、前記ヒューズ素子は、接合作業温度で成分の一部が溶解する第１の可溶金属と、前記第１の可溶金属よりも低い溶融温度を有し前記接合作業温度で少なくとも成分の一部が溶融する第２の可溶金属とを積層した複合金属材からなる保護素子。
【請求項１１】
前記発熱素子は、前記ヒューズ素子が設けられた前記絶縁基板の基板面とは異なる基板面に設けたことを特徴とする請求項１０に記載の保護素子。
【請求項１２】
前記発熱素子は、前記ヒューズ素子が設けられた前記絶縁基板の基板面と同一の基板面に設けたことを特徴とする請求項１０に記載の保護素子。
【請求項１３】
前記第１の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の接合作業温度で成分の一部が溶解する無鉛錫系はんだ材である請求項１０ないし請求項１２の何れか１つに保護素子。
【請求項１４】
前記第２の可溶金属は、少なくとも第２の可溶金属の固相線温度を超え、かつ第１の可溶金属の液相線温度未満の接合作業温度で成分の一部または全部が溶融する錫または無鉛錫系はんだ材である請求項１０ないし請求項１３の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項１５】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１４の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項１６】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｓｂ合金、Ｓｎ−Ｚｎ合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ａｌ合金の群から選択されたことを特徴とする請求項１０ないし請求項１５の何れか１つに記載の保護素子。
【請求項１７】
前記第１の可溶金属は、Ｓｎ−Ａｇ合金であり、そのＡｇ含有量が２０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする請求項１５に記載の保護素子。
【請求項１８】
前記第１の可溶金属は、８０Ｓｎ−２０Ａｇ合金または７０Ｓｎ−３０Ａｇ合金であることを特徴とする請求項１５に記載の保護素子。
【請求項１９】
前記第２の可溶金属は、Ｓｎ−Ｂｉ合金であり、そのＢｉ含有量が４０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする請求項１６に記載の保護素子。
【請求項２０】
前記第２の可溶金属は、６０Ｓｎ−４０Ｂｉ合金または３０Ｓｎ−７０Ｂｉ合金であることを特徴とする請求項１６に記載の保護素子。