(57)【要約】【課題】本発明は、定格電流でエレメント部が劣化するのを防止できる回路保護素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の回路保護素子は、エレメント部１３の一側辺１３ａから前記エレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第１のトリミング溝１６と、前記エレメント部１３の他方の一側辺１３ｂから前記エレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第２のトリミング溝１７とを備え、前記第１のトリミング溝１６と前記第２のトリミング溝１７を互いにその直線部分１６ａ、１７ａが対向しないように構成し、前記第１のトリミング溝１６の全部の直線部分１６ａの長さｔ１が略同一で、前記第２のトリミング溝１７の全部の直線部分１７ａの長さｔ２が略同一となるようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、この絶縁基板の上面の両端部に設けられた一対の上面電極と、前記絶縁基板の上面において前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、このエレメント部を覆うように設けられた絶縁層と、前記エレメント部の一側辺から前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第１のトリミング溝と、前記エレメント部の他方の一側辺から前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第２のトリミング溝とを備え、前記第１のトリミング溝と前記第２のトリミング溝を互いにその直線部分が対向しないように構成し、前記第１のトリミング溝の全部の直線部分の長さが略同一で、前記第２のトリミング溝の全部の直線部分の長さが略同一となるようにした回路保護素子。
【請求項２】
第１のトリミング溝の先端部と第２のトリミング溝の先端部が互いに対向しないようにした請求項１記載の回路保護素子。
【請求項３】
第１のトリミング溝の直線部分の長さ、第２のトリミング溝の直線部分の長さを調整することによって定格電流を規定するようにした請求項１記載の回路保護素子。
【請求項４】
エレメント部の一側辺、または前記エレメント部の他方の一側辺から、前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって他のトリミング溝を形成し、前記他のトリミング溝の長さを、前記他のトリミング溝が形成されたエレメント部の一側辺、他方の一側辺に設けられた第１のトリミング溝または第２のトリミング溝の長さより短くし、さらに、前記他のトリミング溝を最も一対の上面電極に近い箇所に構成した請求項１記載の回路保護素子。
【請求項５】
請求項１記載の回路保護素子において、第１のトリミング溝および第２のトリミング溝を抵抗値が所定の値になるまで交互に形成するようにした回路保護素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の回路保護素子は、図３に示すように、矩形状の絶縁基板１と、この絶縁基板１の上面の両端部に設けられた一対の上面電極２と、前記絶縁基板１の上面において前記一対の上面電極２と電気的に接続されＣｕなどの金属で構成されたエレメント部３と、互いに対向するエレメント部３の側辺からエレメント部３の中心方向に向かってレーザで切削して形成された一対のＬ字状のトリミング溝４とを備えていた。そして、一対のトリミング溝４で囲まれた領域のエレメント部３は、他の部分より幅の狭い負荷集中部５となり、過電流が印加されたときにこの負荷集中部５をホットスポットとすることによって、エレメント部３の自己発熱で負荷集中部５を構成するエレメント部３を溶融させ、電流を遮断する構成としていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３５６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の回路保護素子においては、定格電流が大電流化した場合、定格電流が印加されただけで負荷集中部５の発熱が非常に大きくなるため、負荷集中部５の温度が大きく上昇し、これにより、負荷集中部５を構成するエレメント部３が劣化してしまう可能性があるという課題を有していた。
【０００６】
そして、エレメント部３が劣化すると、定格電流が印加され続けた場合、比較的短時間で溶断してしまう等の不具合が生じる場合があった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、定格電流でエレメント部が劣化するのを防止できる回路保護素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面の両端部に設けられた一対の上面電極と、前記絶縁基板の上面において前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、このエレメント部を覆うように設けられた絶縁層と、前記エレメント部の一側辺から前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第１のトリミング溝と、前記エレメント部の他方の一側辺から前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第２のトリミング溝とを備え、前記第１のトリミング溝と前記第２のトリミング溝を互いにその直線部分が対向しないように構成し、前記複数の第１のトリミング溝すべての直線部分の長さが略同一で、前記複数の第２のトリミング溝すべての直線部分の長さが略同一となるようにしたもので、この構成によれば、他の部分より幅の狭い幅狭部が形成されないため、発熱が大きくなる負荷集中部が形成されず、これにより、ホットスポットが無くなり発熱を分散させることができるため、大電流化した定格電流が印加されても、温度上昇によってエレメント部が劣化してしまうのを抑制できるという作用効果が得られるものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、第１のトリミング溝の先端部と第２のトリミング溝の先端部が互いに対向しないようにしたもので、この構成によれば、第１のトリミング溝の先端部と第２のトリミング溝の先端部の最短距離が長くなるため、発熱が大きくなる負荷集中部がより形成されにくくなり、これにより、温度上昇によってエレメント部が劣化してしまうのを効果的に抑制できるという作用効果が得られるものである。
【００１１】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、第１のトリミング溝の直線部分の長さ、第２のトリミング溝の直線部分の長さを調整することによって定格電流を規定するようにしたもので、この構成によれば、定格電流の設定が容易になるという作用効果が得られるものである。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、エレメント部の一側辺、または前記エレメント部の他方の一側辺から、前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって他のトリミング溝を形成し、前記他のトリミング溝の長さを、前記他のトリミング溝が形成されたエレメント部の一側辺、他方の一側辺に設けられた第１のトリミング溝または第２のトリミング溝の長さより短くし、さらに、前記他のトリミング溝を最も一対の上面電極に近い箇所に構成したもので、この構成によれば、抵抗値をより精度よく修正できるという作用効果が得られるものである。
【００１３】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、請求項１記載の回路保護素子において、第１のトリミング溝および第２のトリミング溝を抵抗値が所定の値になるまで交互に形成するようにしたもので、この製造方法によれば、抵抗値の精度を高めることができるという作用効果が得られるものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の回路保護素子は、エレメント部の一側辺から前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第１のトリミング溝と、前記エレメント部の他方の一側辺から前記エレメント部の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第２のトリミング溝を備え、前記第１のトリミング溝と前記第２のトリミング溝を互いにその直線部分が対向しないように構成し、前記複数の第１のトリミング溝すべての直線部分の長さが略同一で、前記複数の第２のトリミング溝すべての直線部分の長さが略同一となるようにしているため、他の部分より幅の狭い幅狭部が形成されず、これにより、発熱が大きくなる負荷集中部が形成されないため、ホットスポットが無くなり発熱を分散させることができ、この結果、大電流化した定格電流が印加されても、温度上昇によってエレメント部が劣化してしまうのを抑制できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態における回路保護素子の一部切欠上面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】従来の回路保護素子の一部切欠上面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態における回路保護素子について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態における回路保護素子の一部切欠上面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１８】
本発明の一実施の形態における回路保護素子は、図１、図２に示すように、矩形状の絶縁基板１１と、この絶縁基板１１に設けられた一対の上面電極１２と、前記絶縁基板１１の上面において前記一対の上面電極１２と電気的に接続されたエレメント部１３と、このエレメント部１３と絶縁基板１１との間に設けられた下地層１４と、エレメント部１３を覆うように設けられた絶縁層１５とを備えており、前記エレメント部１３の一側辺１３ａから前記エレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第１のトリミング溝１６と、前記エレメント部１３の他方の一側辺１３ｂから前記エレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第２のトリミング溝１７を形成している。
【００１９】
さらに、前記第１のトリミング溝１６と前記第２のトリミング溝１７を互いにその直線部分１６ａ、１７ａが対向しないように構成し、前記第１のトリミング溝１６すべての直線部分１６ａの長さｔ１が略同一で、前記第２のトリミング溝１７すべての直線部分１７ａの長さｔ２が略同一となっている。なお、図１では、下地層１４、絶縁層１５は省略している。
【００２０】
上記構成において、前記絶縁基板１１は、その形状が矩形状（上面視にて長方形）で、Ａｌ2Ｏ3を５５〜９６％含有するアルミナで構成されている。また、前記一対の上面電極１２は、絶縁基板１１の上面において、絶縁基板１１の長手方向の両端部に銀、銀パラジウム等を印刷することによって形成されている。
【００２１】
そしてまた、前記エレメント部１３は、絶縁基板１１を覆うように下地層１４と一対の上面電極１２の上面に位置し、方形状に形成されている。
【００２２】
さらに、前記エレメント部１３は、図２に示すように、スパッタによる第１のエレメント部１３ｃを設け、その後、この第１のエレメント部１３ｃをめっき核としてめっきをして第２のエレメント部１３ｄを形成する。なお、第１、第２のエレメント部１３ｃ、１３ｄをスパッタのみで形成してもよい。
【００２３】
また、前記下地層１４は絶縁基板１１の上面中央部に設けられ、かつ前記一対の上面電極１２間に位置するエレメント部１３と絶縁基板１１との間に設けられている。さらに、この下地層１４は、シリコン樹脂とフィラーを混合させた混合物で構成しているもので、このシリコン樹脂は熱伝導率が低いため、この下地層１４によって、エレメント部１３の熱が絶縁基板１１内へ拡散するのを抑制することができる。
【００２４】
なお、この下地層１４は絶縁基板１１の中央部だけでなく、絶縁基板１１の上面のほぼ全面に形成し、そしてこの下地層１４の両端部の上に一対の上面電極１２を形成するようにしてもよい。
【００２５】
また、前記絶縁層１５は、エレメント部１３の少なくとも一部を覆うように設けられ、シリコン、エポキシ等の樹脂で構成されている。
【００２６】
さらにまた、前記第１のトリミング溝１６は、前記エレメント部１３の一側辺１３ａから前記エレメント部１３の中心方向に向かって直線状にレーザで切削することによって形成されている。また、第１のトリミング溝１６は複数形成され、この複数の第１のトリミング溝１６の直線部分１６ａの長さｔ１はすべて略同一になっている。
【００２７】
そして、前記第２のトリミング溝１７は、エレメント部１３の他の一側辺１３ｂ、すなわち第１のトリミング溝１６が形成されたエレメント部１３の一側辺１３ａと対向する箇所からエレメント部１３の中心方向に向かって直線状にレーザで切削することによって形成されている。また、第２のトリミング溝１７は複数形成され、この複数の第２のトリミング溝１７それぞれの直線部分１７ａの長さｔ２はすべて略同一になっている。この構成により、第１のトリミング溝１６の先端部１６ｂ、第２のトリミング溝１７の先端部１７ｂはそれぞれ直線状に並ぶため、第１のトリミング溝１６と第２のトリミング溝１７の間の距離は同じとなり、この結果、第１のトリミング溝１６と第２のトリミング溝１７との間には他の部分より幅が狭い負荷集中部（溶断部）が形成されない。
【００２８】
ここで、一つの第１のトリミング溝１６の直線部分１６ａの長さと、他の第１のトリミング溝１６の直線部分１６ａの長さが異なるようにすれば、定格電流や溶断特性が不安定になり、さらに、対向する第２のトリミング溝１７との間の幅が狭くなる部分が生じ、負荷集中部が形成されるため、この幅が狭くなる部分で温度が高くなってしまい、定格電流の大電流化に適さない。このことは、第２のトリミング溝１７についても同様である。
【００２９】
なお、第１のトリミング溝１６の直線部分１６ａの長さｔ１と、第２のトリミング溝１７の直線部分１７ａの長さｔ２は、発熱部分の偏りを無くせるように、同じ長さにすることが好ましい。
【００３０】
さらに、第１のトリミング溝１６の直線部分１６ａと第２のトリミング溝１７の直線部分１７ａが互いに対向しないように構成されている。すなわち、直線部分１６ａ、１７ａ同士が一対の上面電極１２から見て互いにオーバーラップしないようになっている。
【００３１】
このとき、エレメント部１３全体の幅から直線部分１６ａ、１７ａの長さｔ１、ｔ２を引いた寸法ｗを規定することによって、定格電流を容易に規定することができる。これは、電流がこの寸法ｗの幅で規定される部分の内側を流れるからである。また、上記の寸法ｗや第１、第２のトリミング溝１６、１７の本数を規定することによって、所定の抵抗値に修正することができる。
【００３２】
そしてさらに、第１のトリミング溝１６の先端部１６ｂと第２のトリミング溝１７の先端部１７ｂが互いに対向しないように、すなわち、第１のトリミング溝１６の直線部分１６ａ、第２のトリミング溝１７の直線部分１７ａの延長線上に他方の第２のトリミング溝１７、第１のトリミング溝１６が位置しないように構成すれば、第１のトリミング溝１６の先端部１６ｂと第２のトリミング溝１７の先端部１７ｂの最短距離が長くなるため、発熱が大きくなる負荷集中部がより形成されにくくなる。
【００３３】
そしてまた、前記絶縁基板１１の両端部には、エレメント部１３の一部に重なるように銀系の材料をめっきすることにより端面電極１８が形成されており、さらに、この端面電極１８の表面にはニッケルおよび錫からなるめっき膜（図示せず）が形成されている。
【００３４】
次に、本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法について説明する。
【００３５】
図１、図２において、まず、Ａｌ2Ｏ3を５５〜９６％含有するアルミナで構成された矩形状の絶縁基板１１の上面において、絶縁基板１１の長手方向における両端部に、銀ペーストまたは銀を主成分とする銀パラジウム合金導体ペーストを印刷して焼成することにより一対の上面電極１２を形成する。
【００３６】
次に、絶縁基板１１の中央部にフィラーとシリコン樹脂との混合物および有機溶剤からなるペーストを印刷し、その後、１５０℃〜２００℃程度で硬化させて有機溶剤を蒸発させることにより下地層１４を形成する。
【００３７】
次に、絶縁基板１１を覆うように、下地層１４および一対の上面電極１２の上面にエレメント部１３を形成する。なお、このエレメント部１３は一対の上面電極１２間を橋絡して一対の上面電極１２と電気的に接続されるように構成する。
【００３８】
そして、このエレメント部１３は、まず、Ｃｒ、ＣｕＮｉ、ＡｌＣｕをスパッタすることにより第１のエレメント部１３ｃを設ける。その後、この第１のエレメント部１３ｃをめっき核とし、Ｎｉを無電解めっきまたは電解めっきして厚みが約５μｍの第２のエレメント部１３ｄを形成する。
【００３９】
次に、一対の上面電極１２間の抵抗値を測定しながら、エレメント部１３の一側辺１３ａからエレメント部１３の中心方向に向かって直線状にレーザで切削して第１のトリミング溝１６を形成し、かつエレメント部１３の他方の一側辺１３ｂからエレメント部１３の中心方向に向かって直線状にレーザで切削して第２のトリミング溝１７を形成して、エレメント部１３の抵抗値を修正する。このとき、所定の抵抗値になるまで、第１のトリミング溝１６と第２のトリミング溝１７を交互に形成する。この方法により、所定の抵抗値に最も近づいたときにトリミング溝形成を止めればいいため、抵抗値の精度を高めることができる。なお、抵抗値をより精度よく修正するために、図１に示すように、エレメント部１３の他の一側辺１３ｂに他のトリミング溝１７ｃを形成してもよい。このとき、他のトリミング溝１７ｃの長さは、第２のトリミング溝１７の長さｔ２より短くし、第２のトリミング溝１７よりも一対の上面電極１２側に設ける。エレメント部１３の一側辺１３ａに他のトリミング溝１７ｃを形成した場合も、その長さを第１のトリミング溝１６の長さｔ１より短くする。
【００４０】
そして、第１のトリミング溝１６と第２のトリミング溝１７を交互に形成することによって、一方のトリミング溝を形成する間に他方のトリミング溝形成によって発生した熱を冷ますことができるため、熱によるエレメント部１３の抵抗値変動を抑えることができ、精度良く抵抗値修正ができる。また、第１のトリミング溝１６、第２のトリミング溝１７は、エレメント部１３の長手方向の中心部分から一対の上面電極１２へ向かうように順に形成する。
【００４１】
次に、シリコン、エポキシ等の樹脂を少なくとも第１のトリミング溝１６、第２のトリミング溝１７を覆うように設けることにより、絶縁層１５を形成する。
【００４２】
次に、前記絶縁基板１１の両端部においてエレメント部１３の一部と重なるように銀をめっきすることにより端面電極１８を形成する。
【００４３】
最後に、前記端面電極１８に、ニッケルと錫の２層構造からなるめっき膜（図示せず）を形成して、本発明の一実施の形態における回路保護素子を製造するものである。
【００４４】
上記した本発明の一実施の形態においては、エレメント部１３の一側辺１３ａからエレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第１のトリミング溝１６と、エレメント部１３の他方の一側辺１３ｂからエレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削することによって形成された直線状の複数の第２のトリミング溝１７を備え、第１のトリミング溝１６と第２のトリミング溝１７を互いにその直線部分１６ａ、１７ａが対向しないように構成し、複数の第１のトリミング溝１６すべての直線部分１６ａの長さｔ１が略同一で、複数の第２のトリミング溝１７すべての直線部分１７ａの長さｔ２が略同一となるようにしているため、他の部分より幅の狭い幅狭部が形成されず、これにより、発熱が大きくなる負荷集中部が形成されないため、ホットスポットが無くなり発熱を分散させることができ、この結果、大電流化した定格電流が印加されても、温度上昇によってエレメント部１３が劣化してしまうのを抑制できるという効果が得られるものである。
【００４５】
すなわち、第１のトリミング溝１６の先端部１６ｂ、第２のトリミング溝１７の先端部１７ｂはそれぞれ直線状に並ぶため、電流は先端部１６ｂ、１７ｂで挟まれた直線部分を流れて、ホットスポットとなる負荷集中部（幅狭部）が構成されず、このことによって、自己発熱による温度上昇をエレメント部１３全体に分散させることができるため、大電流（定格電流）が印加されても、エレメント部１３が劣化してしまうような温度にはならないようになっている。したがって、本発明では、一対の上面電極１２間をほぼ均等に電流が流れるが、負荷集中部を形成すると、負荷集中部に流れる電流がそこに集中して電流密度が場所によって異なる。特に、小型化され、かつ定格電流が大きくなった場合に、負荷集中部を形成すると、この負荷集中部の温度が非常に高くなるため、この負荷集中部のエレメント部１３が早く劣化したり、溶融したりするが、本発明のように負荷集中部を作らないようにすれば、小型化、大電流化に有効となる。
【００４６】
また、負荷集中部を構成しようとすれば、トリミング溝を直線状やＬ字状とし、その直線部の長さを長くしなければならないため、レーザの照射時間も長くなり、これにより、レーザ照射による熱で抵抗値が変動して抵抗値精度が悪化したり、生産性が低下してコストが上昇したりしてしまう。一方、本発明では、トリミング溝の長さを短くすることができるため、レーザの照射時間が短くてすみ、これにより、レーザ照射による熱で抵抗値が変動して抵抗値精度が悪化したり、生産性が低下してコストが上昇したりするのを防ぐことができる。
【００４７】
さらに、隣接する第１のトリミング溝１６同士、隣接する第２のトリミング溝１７同士の間の部分Ｂは、電流が流れないようになっているが、電流が流れる部分から外方に突出した形状になっており、かつエレメント部１３と一体的に設けられているため、この部分Ｂは放熱部としての役割を果たし、これにより、エレメント部１３の自己発熱による温度上昇をより抑えることができる。
【００４８】
したがって、上記のように第１のトリミング溝１６、第２のトリミング溝１７を設けることによって、定格電流の設定、抵抗値修正、放熱部（部分Ｂ）の形成を同時に実現できる。
【００４９】
そして、大電流の定格電流より大きな異常電流が印加された場合は、エレメント部１３が全体的に非常に高温となるため、エレメント部１３を溶断させることができ、さらに、エレメント部１３の膜厚を薄くしＡｌ等の融点が低い材料を使用すれば、より速く溶断させることができる。
【００５０】
なお、第１のトリミング溝１６、第２のトリミング溝１７はともに複数設ける必要がある。１つの場合、負荷集中部が発生したり、抵抗値修正が精度良く出来なかったりするからである。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る回路保護素子およびその製造方法は、定格電流でエレメント部が劣化するのを防止できるという効果を有するものであり、特に過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１１  絶縁基板
１２  上面電極
１３  エレメント部
１３ａ  エレメント部の一側辺
１３ｂ  エレメント部の他の一側辺
１５  絶縁層
１６  第１のトリミング溝
１６ａ  第１のトリミング溝の直線部分
１６ｂ  第１のトリミング溝の先端部
１７  第２のトリミング溝
１７ａ  第２のトリミング溝の直線部分
１７ｂ  第２のトリミング溝の先端部
１７ｃ  他のトリミング溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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