(57)【要約】【課題】破断を確実にかつ高精度に引き起こすことができ、電流を確実に遮断し得るヒューズ装置を提供する。【解決手段】基板２にヒューズエレメントとしての第１の導体配線３が設けられており、基板２に第２の導体配線１１が設けられており、第２の導体配線１１に、通電により発熱する発熱体１０が接続されており、過電流が流れた際に基板２が破断される破断部分に基板２よりも熱膨張係数が高い破断誘因部材４，５が設けられている、ヒューズ装置１。【選択図】図１
2014229368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられており、第１の端部と第２の端部とを有する第１の導体配線と、
前記基板に設けられており、第３の端部と第４の端部とを有する第２の導体配線と、
前記第２の導体配線に接続されており、通電により発熱する発熱体と、
前記基板よりも熱膨張係数が高い材料からなり、前記発熱体が発熱した際に、前記基板の破断を引き起こすように前記基板に設けられている破断誘因部材とを備える、ヒューズ装置。
【請求項２】
前記破断誘因部材が、前記基板の破断部分と、前記発熱体との間に配置されている、請求項１に記載のヒューズ装置。
【請求項３】
前記基板の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向である厚み方向に沿う前記破断誘因部材の断面において、前記破断誘因部材が前記破断部分に近づくにつれて細くなる形状とされている、請求項１または２に記載のヒューズ装置。
【請求項４】
前記破断誘因部材が複数設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒューズ装置。
【請求項５】
前記複数の破断誘因部材が、平面視した際に、前記破断部分の延びる方向に沿って分散配置されている、請求項４に記載のヒューズ装置。
【請求項６】
前記破断誘因部材が金属からなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒューズ装置。
【請求項７】
前記基板内に前記第１の導体配線及び第２の導体配線のうちの少なくとも一方を構成しているビアホール導体が設けられており、前記破断誘因部材が前記ビアホール導体と同じ材料からなる、請求項６に記載のヒューズ装置。
【請求項８】
前記破断誘因部材が、前記第１の導体配線、前記第２の導体配線、他の導体配線部分と電気的に接続されていないビアホール導体からなる、請求項７に記載のヒューズ装置。
【請求項９】
前記破断部分が、前記基板の第１または第２の主面に位置しており、該第１の主面または第２の主面において前記破断部分に凹部が設けられている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒューズ装置。
【請求項１０】
前記凹部の直下に前記破断誘因部材が配置されている、請求項９に記載のヒューズ装置。
【請求項１１】
前記基板が内部空間を有し、前記破断部分が前記内部空間内に位置するように設けられている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のヒューズ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の一部が破断して電流を遮断する、いわゆる破断型のヒューズ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品を過電流から保護するために、種々のヒューズが用いられている。例えば、特許文献１には、基板と、基板上に設けられたヒューズ導体と、基板を加熱する抵抗体部品とを備えるヒューズが記載されている。特許文献１に記載されたヒューズでは、抵抗体部品からの熱により基板が破断する。それに伴ってヒューズ導体が破断され、ヒューズ機能が発現する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−７４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のような従来の破断型のヒューズ素子では、破断が不完全に起きることがあった。その結果、電流を確実に遮断することができないことがあった。また、破断に際して基板の一部が飛び散り、隣接する部品を損傷するおそれもあった。
【０００５】
本発明の目的は、破断を確実にかつ高精度に引き起こすことができ、電流を確実に遮断し得るヒューズ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るヒューズ装置は、基板と、第１の導体配線と、第２の導体配線と、発熱体とを備える。上記第１の導体配線は、上記基板に設けられており、第１の端部と第２の端部とを有する。上記第２の導体配線は、上記基板に設けられており、第３の端部と第４の端部とを有する。発熱体は、上記第２の導体配線に接続されており、かつ通電により発熱する。
【０００７】
本発明では、上記基板よりも熱膨張係数が高い材料からなり、上記発熱体が発熱した際に、上記基板の破断を引き起こすように上記基板に設けられている破断誘因部材が備えられている。
【０００８】
本発明に係るヒューズ装置では、好ましくは、上記破断誘因部材が、上記基板の破断部分と、上記発熱体との間に配置されている。
【０００９】
本発明に係るヒューズ装置では、好ましくは、上記基板の第１の主面と第２の主面とを結ぶ方向である厚み方向に沿う上記破断誘因部材の断面において、上記破断誘因部材が上記破断部分に近づくにつれて細くなる形状とされている。
【００１０】
本発明に係るヒューズ装置では、好ましくは、上記破断誘因部材は複数設けられている。
【００１１】
本発明に係るヒューズ装置において、好ましくは、上記複数の破断誘因部材が、平面視した際に、上記破断部分の延びる方向に沿って分散配置されている。
【００１２】
本発明に係るヒューズ装置では、上記破断誘因部材は、好ましくは、金属からなる。
【００１３】
本発明に係るヒューズ装置では、好ましくは、上記基板内に上記第１の導体配線及び第２の導体配線のうちの少なくとも一方を構成しているビアホール導体が設けられており、上記破断誘因部材が上記ビアホール導体と同じ材料からなる。
【００１４】
本発明に係るヒューズ装置では、上記破断誘因部材は、前記第１の導体配線、前記第２の導体配線、他の導体配線部分と電気的に接続されていないビアホール導体により形成されていてもよい。
【００１５】
本発明に係るヒューズ装置では、好ましくは、上記破断部分が、上記基板の第１または第２の主面に位置しており、該第１の主面または第２の主面において上記破断部分に凹部が設けられている。より好ましくは、上記凹部の直下に上記破断誘因部材が配置されている。
【００１６】
本発明に係るヒューズ装置では、好ましくは、上記基板が内部空間を有し、上記破断部分が上記内部空間内に位置するように設けられている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るヒューズ装置では、上記破断誘因部材が設けられているため、過電流が流れた際に、基板を破断したい部分において確実に破断させることができる。従って、電流を確実に遮断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るヒューズ装置の平面図、（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図及びＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図２】第１の実施形態の変形例に係るヒューズ装置の正面断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係るヒューズ装置の平面図、正面断面図及び複数の破断誘因部材の配置されている位置を説明するための模式的平面図である。
【図４】第２の実施形態の変形例に係るヒューズ装置の正面断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るヒューズ装置の正面断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るヒューズ装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るヒューズ装置の平面図、（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図及びＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００２１】
ヒューズ装置１は、基板２を有する。基板２は、絶縁性材料からなる。本実施形態では、基板２は、Ｂａ，Ａｌ，Ｓｉを主成分とする低温焼成セラミックスの多層基板からなる。もっとも、基板２は、アルミナなどの高温焼成セラミックスにより形成されてもよい。また、基板２は、ガラスセラミックスや樹脂により形成されていてもよい。
【００２２】
基板２の上面には、ヒューズエレメントとして、金属からなる第１の導体配線３が設けられている。第１の導体配線３は本実施形態では、Ｃｕペーストの焼き付けにより形成されている。もっとも、第１の導体配線３の形成方法は特に限定されない。また、第１の導体配線３は、Ｃｕに限らず、ＡｇやＡｌなどの様々な金属もしくは合金により形成することができる。
【００２３】
Ｃｕの熱膨張係数は、１４．２ｐｐｍ／℃であり、Ａｇの熱膨張係数は１９．３ｐｐｍ／℃である。すなわち、これらの金属の熱膨張係数はかなり高い。これに対して、セラミックスの熱膨張係数は、通常５〜９ｐｐｍ／℃程度である。もっとも、上述のＢａ，Ａｌ，Ｓｉを主成分とするセラミックスは、１１ｐｐｍ／℃程度と若干高い。
【００２４】
いずれにしても、セラミックス材料からなる基板２に対し、第１の導体配線３の熱膨張係数は高い。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、第１の導体配線３は、細長い矩形形状を有する。第１の導体配線３の長さ方向へ延びる一対の側縁３ａ，３ｂの中央には、凹部３ｃ，３ｄがそれぞれ設けられている。
【００２６】
本実施形態では、平面視した際に、凹部３ｃ，３ｄ内に入り込む位置に、破断誘因部材４，５が配置されている。後述するように、破断誘因部材４，５は、後述の発熱体１０が発熱した際に、基板２が破断するように基板２に設けられている。
【００２７】
図１（ｃ）に示すように、破断誘因部材５は、基板２の第１の主面２ａと第２の主面２ｂとを結ぶ方向である厚み方向に沿う断面において、第１の主面２ａに近づくにつれて細くなる形状とされている。言い換えれば、破断誘因部材５は、第１の主面２ａ側に向かってテーパーが付けられている形状とされている。
【００２８】
破断誘因部材４，５は、本実施形態では、金属からなる。使用する金属については特に限定されず、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇなどの適宜の金属もしくは合金を用いることができる。本実施形態では、第１の導体配線３と同様に、Ｃｕにより形成されている。より具体的には、基板２を得るためのセラミックグリーンシートに貫通孔を形成し、該貫通孔内にＣｕペーストを充填する工程を経て形成されている。基板２の焼成により、Ｃｕペーストが焼き付けられて、上記破断誘因部材４，５が形成されている。
【００２９】
なお、破断誘因部材４，５は、後述するビアホール導体１２、１３と同じ材料を用いてもよい。この場合、破断誘因部材４，５をビアホール導体１２、１３と同じ用量で製造することも可能となるため、別途破断誘因部材４，５を製造するための専用の工程を必要とせず、より実用的である。
【００３０】
なお、破断誘因部材４，５を構成する材料は金属に限らず、基板２を構成するセラミックスよりも熱膨張係数が高い適宜の材料を用いて形成することができる。従って、破断誘因部材４，５は、ガラスなどにより形成されてもよい。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、平面視した場合、破断誘因部材４，５は、前述した凹部３ｃ，３ｄに入り込む位置に設けられている。
【００３２】
後述するように、本実施形態では、第１の導体配線３と、基板２の熱膨張係数の差により基板２とともに第１の導体配線３の破断が生じる。この破断が、上記熱膨張係数が基板２よりも高い破断誘因部材４，５が設けられていることにより、より一層確実に行われる。すなわち、上記凹部３ｃ，３ｄを結ぶ部分において、確実に破断する。これは、熱膨張係数が高い破断誘因部材４，５が設けられていることにより、さらに本実施形態では、上記凹部３ｃ，３ｄが設けられていることにより果たされる。なお、凹部３ｃ，３ｄが設けられておらずとも、上記破断誘因部材４，５が設けられておれば、破断誘因部材４，５が存在しない場合に比べて、第１の導体配線３をより確実に破断させることができる。
【００３３】
第１の導体配線３は、第１の端部３ｅと第２の端部３ｆとを有する。第１の端部３ｅ側の部分が、ビアホール導体６の一端に電気的に接続されている。ビアホール導体６の他端は、第２の主面２ｂに設けられた第１の端子電極７に電気的に接続されている。
【００３４】
第１の導体配線３の第２の端部３ｆ側の部分が、ビアホール導体８の一端に電気的に接続されている。ビアホール導体８は、基板２の第２の主面２ｂに設けられた第２の端子電極９に電気的に接続されている。
【００３５】
上記ビアホール導体６，８及び端子電極７，９はＣｕ，Ａｇなどの適宜の金属もしくは合金により形成することができる。
【００３６】
図１（ｂ）に示すように、基板２内には、発熱体１０が配置されている。発熱体１０は、通電により発熱する抵抗発熱体を用いて形成することができる。このような抵抗発熱体としては、Ｎｉ合金などを適宜用いることができる。例えば、Ｎｉを主体とし、Ｃｒ，Ｍｎ，ＣｕまたはＦｅのうち少なくとも一種を含有する合金を好適に用いることができる。
【００３７】
発熱体１０は、基板２内に埋設されている。もっとも、発熱体１０は、基板２の下面に設けられていてもよい。あるいは、基板２の側面に設けられていてもよい。もっとも、好ましくは、本実施形態のように、発熱体１０は、第１の導体配線３の近くに位置するように、基板２内に埋設されていることが望ましい。それによって、基板２をより確実に破断するとともに、第１の導体配線３をより確実に分断することができる。
【００３８】
本実施形態では、発熱体１０は、基板２内に埋設されており、発熱体１０は、基板２の高さ位置の面状発熱体として設けられている。この発熱体１０は、第１の導体配線３と平面視した際に、重なり合うように設けられている。この発熱体１０が発熱した場合、その熱が第１の導体配線３側に伝わるように、発熱体１０が第１の導体配線３の下方に位置している。
【００３９】
基板２内には、上記発熱体１０が挿入されている第２の導体配線１１が設けられている。第２の導体配線１１はビアホール導体１２，１３を有する。ビアホール導体１２の一端が発熱体１０に接続されている。ビアホール導体１２の他端は基板２の第２の主面２ｂに設けられた端子電極１４に電気的に接続されている。ビアホール導体１３の一端が発熱体１０に接続されており、他端が基板２の第２の主面２ｂに設けられた端子電極１５に電気的に接続されている。ビアホール導体１２，１３及び端子電極１４，１５は、前述したビアホール導体６，８及び端子電極７，９と同様の材料により形成することができる。
【００４０】
本実施形態のヒューズ装置１では、第１の導体配線３に過電流が流れると、発熱し、第１の導体配線３と基板２の熱膨張係数差、すなわち、膨張が大きい部分と小さい部分との間の応力により破断が生じる。特に、前述したように破断誘因部材４，５が設けられているため、破断誘因部材４，５の部分が大きく膨張し、膨張が小さい部分との間の応力により、第１の導体配線３において、破断したい部分、すなわち上記凹部３ｃ，３ｄを結ぶ部分において確実に破断させることができる。それによって、第１の導体配線３を流れる電流を確実に遮断することができる。
【００４１】
ヒューズ装置１では、第２の導体配線１１に発熱体１０が設けられている。通常、端子電極１５と端子電極９を電気的に接続することにより、あるいは端子電極１４と端子電極７を電気的に接続することにより、上記第１の導体配線３と、第２の導体配線１１とを直列に接続して用いる。その場合、第１の導体配線３が加熱するだけでなく、発熱体１０にも過電流が流れ、発熱する。発熱体１０において、発生した熱が、第１の導体配線３及び破断誘因部材４，５に導かれる。それによって、上記熱膨張係数差による破断が促進される。この場合、上記破断誘因部材４，５が設けられることによって、熱膨張係数差による基板２の破断がより速やかに生じる。そして、基板２とともに第１の導体配線３が分断される。従って、電流を確実にかつ速やかに遮断することができる。別法として、ＩＣからの信号などにより発熱体１０において熱を発生させ、その熱によって基板２を破断させることもできる。
【００４２】
図２は、第１の実施形態のヒューズ装置の変形例を示す正面断面図である。本変形例のヒューズ装置では、破断誘因部材５が、第１の導体配線３に接している最上部の基板層２ｃではなく、その下の基板層２ｄに設けられている。このように、破断誘因部材５は、第１の導体配線３に接触するように直下に設けられていなくてもよい。もっとも、好ましくは、第１の実施形態のように、破断誘因部材５を第１の導体配線３に接触させることにより、基板２との熱膨張係数差による破断をより確実に果たすことができる。
【００４３】
なお、図２に示す破断誘因部材５のように、破断誘因部材５は、第１の導体配線、第２の導体配線、他の導体配線と電気的に接続されていないいわゆるダミーのビアホール導体により作製されていてもよい。
【００４４】
図３（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係るヒューズ装置の平面図及び正面断面図であり、図３（ｃ）は、本ヒューズ装置における複数の破断誘因部材の設けられている位置を示す模式的平面図である。
【００４５】
図３（ａ）及び（ｃ）に示すように、本実施形態では、基板２内に、基板２の長さ方向中央において幅方向に沿って破断誘因部材２２〜２６が設けられている。より具体的には、第１の導体配線３の側縁３ａ，３ｂの凹部３ｃ，３ｄを結ぶ方向において個々の破断誘因部材２２〜２６が分散配置されている。このように、本発明においては、複数の破断誘因部材２２〜２６は、第１の導体配線３の下方に位置していてもよい。また、破断誘因部材２２〜２６のように比較的多くの数の破断誘因部材２２〜２６を配置することにより、第１の導体配線３による導通をより確実に遮断することができる。
【００４６】
加えて、本実施形態では、第１の導体配線３に、上記破断部分を規定するための凹部３ｇが設けられている。すなわち、凹部３ｇでは第１の導体配線３の上面及び下面が下方に凹んでいる。凹部３ｇは、第１の導体配線３の側縁３ａと側縁３ｂとを結ぶ方向に延びている。特に、本実施形態では、前述した凹部３ｃと凹部３ｄとを結ぶように、凹部３ｇが設けられている。本実施形態では、この凹部３ｇが設けられていることによっても、熱膨張係数差による第１の導体配線３の破断をより確実に引き起こさせることができる。
【００４７】
なお、発熱体１０の平面形状は、本実施形態では上記複数の破断誘因部材２２〜２６が設けられている部分においてその幅方向寸法が小さくされており、その両側の部分では、幅方向寸法が相対的に大きい矩形形状とされている。なお、幅方向寸法とは、上記第１の導体配線３の長さ方向と直交する方向の寸法をいうものとする。
【００４８】
第２の実施形態のヒューズ装置２１のその他の構造は、第１の実施形態のヒューズ装置１と同様であるため、同一の部分については同一の参照番号を付することにより第１の実施形態の説明を援用することとする。
【００４９】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、複数の破断誘因部材２２〜２６が設けられているため、過電流が流れた際に、基板２を確実に遮断し、第１の導体配線３を確実に破断し、電流を遮断することができる。また、発熱体１０の発熱によっても、基板２を破断させることができる。
【００５０】
図４は、第２の実施形態の変形例に係るヒューズ装置３１の正面断面図である。図４に示すように、破断誘因部材２５を、上記最上部の基板層２ｃではなく、その下方の基板層２ｄに設けてもよい。特に図示はしないが、他の破断誘因部材２２，２３，２４，２６についても同様である。また、複数の破断誘因部材２２〜２６は、同一基板層に設けられる必要は必ずしもない。
【００５１】
図５は、本発明の第３の実施形態に係るヒューズ装置の正面断面図であり、図６はその模式的平面図である。
【００５２】
第３の実施形態のヒューズ装置５１は、基板５２を有する。基板５２内に第１の導体配線３が埋設されている。このように、本発明においては、第１の導体配線３は、基板５２内に埋設されていてもよい。
【００５３】
第１の導体配線３は、第１の実施形態の第１の導体配線３と同様に構成されている。また、第１の導体配線３には、第１の実施形態と同様にビアホール導体６，８を介して端子電極７，９が電気的に接続されている。本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、基板５２内にセラミックス層５３〜５６を積層してなる絶縁性基板層５７が積層されていることにある。
【００５４】
すなわち、基板５２は、絶縁性基板層５７と、絶縁性基板層５７の上部に積層された基板層５２ｄと、絶縁性基板層５７の下部に積層された基板層５２ｅ、５２ｆとを有する。基板層５２ｄ，５２ｅ，５２ｆは前述した第１の実施形態の基板２と同様に構成されている。
【００５５】
他方、絶縁性基板層５７は、セラミックス層５３〜５６の積層体からなる。外側のセラミックス層５３，５６と、内側に位置しているセラミックス層５４，５５とは組成が異なっている。従って、外側に位置するセラミックス層５３，５６と、内側に位置しているセラミックス層５４，５５とでは、熱膨張係数が異なる。
【００５６】
より具体的には、外側に位置するセラミックス層５３，５６の線膨張係数が、内側に位置しているセラミックス層５４，５５の線膨張係数よりも高くされている。従って、絶縁性基板層５７の温度が上昇すると、内側に位置しているセラミックス層５４，５５の表面に引っ張り応力が与えられる。それによって、絶縁性基板層５７の破断が促進される。
【００５７】
温度が上昇すると、熱膨張係数が小さいセラミックス層表面に引っ張り応力が加わる。従って、熱膨張係数が小さいセラミックス層が破断し易くなる。
【００５８】
上記絶縁性基板層５７は、比較的低温で破断する。従って、過電流が流れた際に、より早い段階で、ヒューズ機能を発現させることができる。
【００５９】
好ましくは、セラミックス層５３とセラミックス層５４、及びセラミックス層５５とセラミックス層５６のように、組成が異なるセラミックス層同士が接触することが望ましい。もっとも、絶縁性基板層５７においては、組成が異なるセラミックス層は様々な形態で積層することができる。
【００６０】
いずれにしても本実施形態では、上記絶縁性基板層５７に接するように、第１の導体配線３が設けられている。従って、過電流が流れ、第１の導体配線３が発熱した場合、また発熱体１０からの熱が与えられた場合、絶縁性基板層５７の破断が進行し、それによってヒューズ機能が発現される。加えて、本実施形態では、セラミックス層５６に、第１の実施形態と同様に、破断誘因部材５８が設けられている。従って、破断誘因部材５８が設けられていることによっても、第１の導体配線３及び絶縁性基板層５７の破断が速やかに進行する。
【００６１】
なお、破断誘因部材５８の数及び配置位置は、前述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００６２】
本実施形態においても、第１の導体配線３の下方には発熱体１０が設けられている。もっとも、発熱体１０、絶縁性基板層５７及び第１の導体配線３が、内部空間５２ｃ内に位置している部分を有する。従って、内部空間５２ｃ内においては、これらの積層部分が変形容易であるため、上記破断をより速やかにかつ確実に起こさせることができる。従って、本発明においては、破断部分が、基板内の内部空間５２ｃ内に位置していることが望ましい。
【００６３】
なお、発熱体１０は、ビアホール導体１２ａ，１２ｂまたはビアホール導体１３ａ，１３ｂにより、端子電極１４，１５に接続されている。
【００６４】
本実施形態のヒューズ装置５１においても、上記のように破断誘因部材５８が設けられているため、第１の導体配線３及び絶縁性基板層５７における破断をより確実に引き起こすことができ、ヒューズ機能をより確実に発現させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１…ヒューズ装置
２…基板
２ａ…第１の主面
２ｂ…第２の主面
２ｃ，２ｄ…基板層
３…第１の導体配線
３ａ，３ｂ…側縁
３ｃ，３ｄ…凹部
３ｅ…第１の端部
３ｆ…第２の端部
３ｇ…凹部
４，５…破断誘因部材
６，８…ビアホール導体
７…第１の端子電極
９…第２の端子電極
１０…発熱体
１１…第２の導体配線
１２，１３，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…ビアホール導体
１４，１５…端子電極
２１，３１，５１…ヒューズ装置
２２〜２６…破断誘因部材
５２…基板
５３〜５６…セラミック層
５２ｃ…内部空間
５２ｄ〜５２ｆ…基板層
５７…絶縁性基板層
５８…破断誘因部材
【図１】
2014229368.tif 000003
【図２】
2014229368.tif 000004
【図３】
2014229368.tif 000005
【図４】
2014229368.tif 000006
【図５】
2014229368.tif 000007
【図６】
2014229368.tif 000008