(57)【要約】【課題】本発明は、抵抗値の変動を防止して溶断性能の維持を確保した、高信頼、超寿命の回路保護素子を供給することを目的とする。【解決手段】本発明は、基体２と、基体２に設けられた一対の端子電極３と、基体２を覆う導電膜５と、基体２に設けられた溶断部７を有する回路保護素子１であって、導電膜５は、熱処理された金属層を少なくとも一層以上含む構成とし、熱処理された金属層により高温状態での拡散を防止して抵抗値の変動を防止する回路保護素子１とする。【選択図】図１
2006031991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体に設けられた一対の端子電極と、
前記基体を覆う導電膜と、
前記基体に設けられた溶断部を有する回路保護素子であって、
前記導電膜は、熱処理された金属層を少なくとも一層以上含むことを特徴とする回路保護素子。
【請求項２】
前記熱処理された金属層は、少なくとも銀と錫を含むことを特徴とする請求項１に記載の回路保護素子。
【請求項３】
前記熱処理された金属層は、前記導電膜として形成された銀の層と錫の層が熱処理されることで形成される金属層であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の回路保護素子。
【請求項４】
前記導電膜において、前記錫の層が前記銀の層の上層に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の回路保護素子。
【請求項５】
前記熱処理がアニールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の回路保護素子。
【請求項６】
基体と、
前記基体に設けられた一対の端子電極と、
前記基体を覆う導電膜と、
前記一対の端子電極の間に設けられた溶断部を有する回路保護素子であって、
前記導電膜が合金層を少なくとも一層以上含むことを特徴とする回路保護素子。
【請求項７】
前記合金層は少なくとも銀と錫を含むことを特徴とする請求項６に記載の回路保護素子。
【請求項８】
前記合金層は、前記導電膜を形成する銀の層と錫の層が熱処理されて、前記銀の層と錫の層の境界部に形成されることを特徴とする請求項７に記載の回路保護素子。
【請求項９】
前記導電膜において、前記錫の層が前記銀の層の上層に形成されたことを特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の回路保護素子。
【請求項１０】
前記導電膜において、銀の層の下層に少なくとも一層以上の金属層が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載の回路保護素子。
【請求項１１】
前記溶断部が、前記基体上を覆う導電膜に形成された周回溝による狭幅部であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１に記載の回路保護素子。
【請求項１２】
前記周回溝が、レーザートリミングで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の回路保護素子。
【請求項１３】
前記基体が、三角柱、四角柱、多角柱のいずれかである略角柱であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１に記載の回路保護素子。
【請求項１４】
前記溶断部は、前記基体上の面の内、任意の面にのみ形成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１に記載の回路保護素子。
【請求項１５】
前記溶断部が形成される前記基体の任意の面が、前記回路保護素子の実装面と非平行な面であることを特徴とする請求項１４に記載の回路保護素子。
【請求項１６】
前記周回溝を形成する際に、前記導電膜の端子間の抵抗値を測定しながら形成することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１に記載の回路保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター等のデバイスや、ハードディスクドライブ、DVDドライブ、ゲーム機、携帯電話などの電気機器、電子機器に用いられ、設定電流以上の電流が流れると導電膜が溶断して回路を遮断する回路保護素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の電気機器、電子機器は小型化が進み、電気回路部も小型化、高密度化が要求されている。この中で、漏電や発熱といった予期せぬ事態を未然に防止して安全性を確保するために使用される回路保護素子、いわゆるヒューズも、小型化とともに安全かつ確実に作動することが要請されている。
【０００３】
特に、携帯電話やＰＣデバイス及び周辺機器には、これまで以上に過電流保護が必要になっている。高速に動作するＬＳＩは過電流の影響を受けやすく、更に非常に高価である。このため、これらのＬＳＩを、回路の故障や、外部の障害によって生じる過電流から保護する必要がある。
【０００４】
このような過電流保護のために、基体上に設けられた単層乃至複数層の金属層に溶断部が形成された、導電性ヒューズエレメントを有する数多くの溶断型回路保護素子が提供されている。
【０００５】
例えば、導電性ヒューズエレメントをセラミック製の基体上に形成した回路保護素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
図４は従来の技術における回路保護素子の斜視図である。
【０００７】
４１は回路保護素子、４２は基体、４３は端子電極、４４は導電膜、４５は溶断部である。溶断部４５には導電膜４４とは異なる金属層が表面上にデポジットされている。導電膜４４に過電流が流れると溶断部４５では異種金属間の拡散効果により、融点が低下することで溶断が実現される。
【特許文献１】特表平９―５１０８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、（特許文献１）に記載されているような導電膜としての金属層の表面上に錫をデポジットするような導電膜構成の回路保護素子では、リフローによって基板実装をする場合や、長期間の使用状態において１００℃以上の高温状態が続いた場合に、これらの金属層の内部で拡散が起こることにより全体の抵抗値が変化するという問題があった。
【０００９】
このような抵抗値の変化が生じた場合には、溶断に必要となる電流値が変化してしまい、本来の溶断特性を保証できなくなるなどの問題があった。
【００１０】
例えば抵抗値が増加した場合は所望の溶断時間よりも早く溶断してしまい、逆に、抵抗値が減少した場合には、規定の電流値でも溶断しなくなり、機器の保護という本来の目的が達成できなくなる問題があった。
【００１１】
即ち、従来の技術での回路保護素子では、耐久寿命性が弱いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、基体と、基体に設けられた一対の端子電極と、基体を覆う導電膜と、基体に設けられた溶断部を有する回路保護素子であって、導電膜は、熱処理された金属層を少なくとも一層以上含む構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の構成により、複数の金属層で構成された導電膜をあらかじめ熱処理することで上記の金属層の間に熱処理された金属層が形成され、この熱処理金属層により、経時的な抵抗変化が防止され、結果として溶断性能の変動や劣化を防止することができる効果がある。
【００１４】
また、金属層の間に合金層を挟んだ構成の導電膜にすることにより、熱処理された金属層の場合と同様に、抵抗値変化などの性能劣化を防止し、溶断特性を安定に維持することができる回路保護素子の設計が可能となる。このとき、合金層は、予め合金としたものを導電膜の一部に用いてもよく、複数の異なる金属層に熱処理することで、その境界部に合金層を形成することでもよく、いずれであっても、経時的な抵抗変化が防止され、結果として溶断性能の変動や劣化を防止することができる効果がある。
【００１５】
この性能保持を可能とした結果、回路保護素子の長寿命化はもちろんのこと、これを組み込んだ電子機器の長寿命化も実現される効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の請求項１に記載の発明は、基体と、基体に設けられた一対の端子電極と、基体を覆う導電膜と、基体に設けられた溶断部を有する回路保護素子であって、導電膜は、熱処理された金属層を少なくとも一層以上含むことを特徴とする回路保護素子であって、環境変化による高温状態が生じることでの抵抗値変化が少なくなり、回路保護素子の溶断性能の維持確保が可能となるものである。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、熱処理された金属層は、少なくとも銀と錫を含むことを特徴とする請求項１に記載の回路保護素子であって、融点を低くでき、低抵抗の回路保護素子を実現することができるものである。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、熱処理された金属層は、導電膜として形成された銀の層と錫の層が熱処理されることで形成される金属層であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の回路保護素子であって、低抵抗の回路保護素子であって、環境変化による高温状態が生じることでの抵抗値変化が少なく、溶断性能の維持確保が可能な回路保護素子を実現できるものである。
【００１９】
本発明の請求項４に記載の発明は、導電膜において、錫の層が銀の層の上層に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の回路保護素子であって、融点を低くでき、低抵抗の回路保護素子を実現することができるものである。
【００２０】
本発明の請求項５に記載の発明は、熱処理がアニールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の回路保護素子であって、容易かつ低コストに熱処理を行うことができるものである。
【００２１】
本発明の請求項６に記載の発明は、基体と、基体に設けられた一対の端子電極と、基体を覆う導電膜と、一対の端子電極の間に設けられた溶断部を有する回路保護素子であって、導電膜が合金層を少なくとも一層以上含むことを特徴とする回路保護素子であって、環
境変化による高温状態が生じることでの抵抗値変化が少なくなり、回路保護素子の溶断性能の維持確保が可能となるものである。
【００２２】
本発明の請求項７に記載の発明は、合金層は少なくとも銀と錫を含むことを特徴とする請求項６に記載の回路保護素子であって、融点を低くでき、低抵抗の回路保護素子を実現することができるものである。
【００２３】
本発明の請求項８に記載の発明は、合金層は、導電膜を形成する銀の層と錫の層が熱処理されて、銀の層と錫の層の境界部に形成されることを特徴とする請求項７に記載の回路保護素子であって、低抵抗の回路保護素子であって、環境変化による高温状態が生じることでの抵抗値変化が少なく、溶断性能の維持確保が可能な回路保護素子を実現できるものである。
【００２４】
本発明の請求項９に記載の発明は、導電膜において、錫の層が銀の層の上層に形成されたことを特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の回路保護素子であって、低抵抗の回路保護素子であって、環境変化による高温状態が生じることでの抵抗値変化が少なく、溶断性能の維持確保が可能な回路保護素子を実現できるものである。
【００２５】
本発明の請求項１０に記載の発明は、導電膜において、銀の層の下層に少なくとも一層以上の金属層が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載の回路保護素子であって、導電膜の基体への固着強度を向上させることができるものである。
【００２６】
本発明の請求項１１に記載の発明は、溶断部が、基体上を覆う導電膜に形成された周回溝による狭幅部であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１に記載の回路保護素子であって、精度の高い溶断部を形成でき、溶断性能の高性能化を実現することができるものである。
【００２７】
本発明の請求項１２に記載の発明は、周回溝が、レーザートリミングで形成されることを特徴とする請求項１１に記載の回路保護素子であって、溶断部形成の精度を向上し、コストを低下することができるものである。
【００２８】
本発明の請求項１３に記載の発明は、基体が、三角柱、四角柱、多角柱のいずれかである略角柱であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１に記載の回路保護素子であって、製造、および実装の容易な回路保護素子とすることができるものである。
【００２９】
本発明の請求項１４に記載の発明は、溶断部は、基体上の面の内、任意の面にのみ形成されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１に記載の回路保護素子であって、実装後の溶断部分を特定することができるものである。
【００３０】
本発明の請求項１５に記載の発明は、溶断部が形成される基体の任意の面が、回路保護素子の実装面と非平行な面であることを特徴とする請求項１４に記載の回路保護素子であって、実装後に溶断部が実装基板に面することがなくなり、溶断により生じる金属や樹脂の溶融物が実装基板へ悪影響を及ぼすことがないものである。
【００３１】
本発明の請求項１６に記載の発明は、周回溝を形成する際に、導電膜の端子間の抵抗値を測定しながら形成することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１に記載の回路保護素子であって、溶断性能を確実に確保できるものである。
【００３２】
以下、図面を用いて説明する。
【００３３】
図１は本発明の実施の形態における回路保護素子の斜視図であり、図２は本発明の実施の形態における回路保護素子の断面図であり、図３は本発明の実施の形態における回路保護素子の導電膜部の断面図である。
【００３４】
図１、図２を用いて回路保護素子の構成について説明する。
【００３５】
１は回路保護素子であり、２は基体、３は端子、４は端子電極、５は導電膜、６は周回溝、７は溶断部、８は保護膜である。
【００３６】
最初に、各部の詳細について説明する。
【００３７】
まず基体２について説明する。
【００３８】
基体２はアルミナ、もしくはアルミナを主成分とするセラミック材料等の絶縁体もしくは誘電体などをプレス加工、押し出し法等を施して形成される。なお、基体２の構成材料としては、フォルステライト、チタン酸マグネシウム系、チタン酸カルシウム系、ジルコニア・スズ・チタン系、チタン酸バリウム系、鉛・カルシウムチタン系などのセラミック材料を用いてもよく、エポキシ樹脂などの樹脂材料を用いても良い。なお、強度や絶縁性からアルミナもしくはアルミナを主成分としたセラミック材料が好適である。
【００３９】
また、基体２は三角柱、四角柱、多角柱などの略角柱であることが好ましく、各角部に面取りが施されていることも好適である。もちろん、角柱以外の形状でもよく、端子部３に比べて、基体２が段落ちしていてもよいものである。段落ちしていることで、実装時に導電膜５が直接実装基板などに触れることがなくなり、溶断時に溶断した導電膜５が実装基板に悪影響を与えるなどがなくなるメリットがある。
【００４０】
次に、端子３について説明する。
【００４１】
端子３は基体２に一対で設けられ、その両端に設けられることが好適であるが、両端でなくとも、たとえば基体２の途中部分に設けられてもよいものである。ただし、両端に設けられることで、基体２において、端子３により導通する電流の許容量を多くすることができるので、より小型でありながら精度の高い回路保護素子１を実現できる。また、端子３は基体２と同じセラミック材料などにより形成される。基体２を形成する際に端子電極３を構成する基礎部分を同時に形成してもよく、別個に形成して張り合わせてもよい。また端子３は電子基板との実装性を向上させるために、基体２よりも上下方向に突出させておくことも好適である。もちろん、突出させていなくてもよい。また、端子３の幅は実装強度が十分な長さを確保することが好ましい。
【００４２】
次に端子電極４について説明する。
【００４３】
端子電極４は端子３の表面に導電膜５を形成することで得られる。導電膜は、銅、銀、金、ニッケル、チタン、パラジウム等の導電材料の導電膜５を単層乃至複数積層することで、導電性を有する表面が形成され、電極として電気的接続が可能となる。導電膜５はめっきで形成されてもよく、印刷、蒸着やペーストなどの方法で形成されてもよい。
【００４４】
また、端子電極４として形成される導電膜５は基体２に形成される導電膜５と一体で形成されてもよく、別体で形成されてもよい。また、端子電極４に形成される導電膜５と、基体２上に形成される導電膜５とは、その層構造や金属の種類、形成方法などが異なってもよいものである。例えば、端子電極４に形成される導電膜５は無電界めっきとめっき層による多層の膜であり、基体２における導電膜５は単層あるいは多層の電界めっきを用い
るなどであってもよいものである。また、スパッタ面の上にめっき面を設けるなどでもよいものである。
【００４５】
次に導電膜５について説明する。
【００４６】
導電膜５は基体２の表面及び端子電極４の表面に形成される。導電膜５は、銅、銀、金、ニッケル、チタン、パラジウムなどの導電材料を印刷、蒸着、めっきやペーストなどをもちいて基体２の表面及び端子電極４の表面に形成する。ここで導電膜５は端子電極４と電機接続されているので、端子電極４を介して電流が流れるようになっている。
【００４７】
また、この導電膜５に少なくとも２以上の金属層を形成し、これをアニールなどの熱処理を施すことで、後で詳述する熱処理された金属層や合金層を形成することができる。あるいは、予め合金をめっきなどで層形成することで、合金層を含む多層の導電膜とすることも好適である。
【００４８】
特に、銀の層と錫の層とを含む多層の導電膜５を形成し、これにアニールなどの熱処理を施すことで、銀の層と錫の層との境界部で熱処理された金属層、あるいは合金層が形成され、この合金層などの存在により、抵抗劣化がなくなるメリットがある。このとき、銀と錫の層の組み合わせが好適であるが、これら以外の金属であってもよく、また他の金属との組み合わせであってもよい。また、基体２上に別の金属の層を設けた上に、まず銀の層を形成し、ついで錫の層を形成して、熱処理することが、合金層などの形成、所望の溶断温度を有する抵抗値の設定などから好適であるが、銀の層と錫の層の間に別の金属や不純物が存在していてもよいものである。あるいは、予め銀と錫の合金をめっきなどで導電膜５の一部として形成してもよいものである。なお、アニールとして、導電膜５に銀と錫を用いた場合には、温度条件を２７０℃、もしくは３００℃、もしくは３３０℃、アニール時間を３時間として処理することで、十分な熱処理が行われ、合金層が形成された。このため、銀と錫を用いた導電膜の場合には、アニール温度、アニール時間はこれらの条件で行うことが好ましい。もちろん、導電膜に用いる金属を他の金属とした場合には、アニールを行う場合のアニール温度、アニール時間が他の条件であってもよいものである。
【００４９】
このような形成により、銀の層、合金層（もしくは熱処理された金属層）、錫の層の順に導電膜が形成される。もちろん、銀の下層に他の金属層があってもよく、錫の層の上層に他の金属層があってもよいものである。また、所望の溶断温度が別の温度である場合には、他の金属を用いて同様に熱処理や合金層形成を行うことでもよい。
【００５０】
以上の形成により、導電膜５は、少なくとも一層以上の熱処理された金属層、もしくは合金層を含むことになり、この熱処理された金属層あるいは合金層の存在により、実装時の熱や使用中に起こる発熱による抵抗値変化が生じなくなり、溶断性能の変動などを防止することができるようになり、回路保護素子の性能維持が確保され、長寿命化される。
【００５１】
次に溶断部７とこの溶断部７を形成する周回溝６について説明する。
【００５２】
周回溝６はレーザートリミングなどにより導電膜５を焼き切ることで形成され、基体の絶縁部まで達するように導電膜５が剥ぎ取られる。この周回溝６により導電膜５上に、電流の導電部分の狭幅部が形成され、この狭幅部が溶断部７となる。
【００５３】
この溶断部７は狭幅部であるため、他の部分に比べて抵抗値が高くなり、過電流の通電により溶断しやすい箇所となる。
【００５４】
端子３から電流が流れ込み、一定以上の電流となると溶断部での抵抗値が高いことから、その温度が上昇し、温度上昇に伴い溶断して電流の導通を遮断して、異常電流などの発生時に、電子機器やその中の回路部品などを保護する。
【００５５】
次に保護膜８について説明する。
【００５６】
保護膜８は少なくとも溶断部７に設けられ、樹脂などで形成される。保護膜８が形成されることにより、耐衝撃性や耐候性を向上させることができる。もちろん、耐衝撃性などの要求がそこまで強くない場合には製造コストとのバランスなどから保護膜８を設けなくてもよい。また、保護膜８は基体２の全体に渡って設けられてもよく、樹脂などのペーストなどで実現されてもよく、あるいはチューブ状の樹脂を熱収縮させて保護膜８としてもよいものである。
【００５７】
次に図３を用いて本発明の実施の形態における回路保護素子の導電膜の構成とそのメリットについて説明する。
【００５８】
２は基体であり、５ａは金属層、５ｂは５ａと異なる金属層、５ｃは５ａと５ｂを構成する金属元素を含む合金層である。
【００５９】
金属層５ａは基体２上に形成される。このとき金属層５ａが基体２の表面に形成されてもよく、あるいは他の金属層の上に形成されてもよい。また、金属層５ａは銀であることが好ましいが、他の金属であってもよいものである。例えば、銅、金、ニッケル、チタン、パラジウム等の導電材料であっても良い。金属層５ａはめっきで形成されてもよく、印刷、蒸着やペーストなどの方法で形成されてもよい。
【００６０】
金属層５ｂは上記金属層５ａの表面にめっき、印刷、蒸着やペーストなどを用いて形成される。金属層５ｂは錫を用いて形成されることが好ましいが、銅、金、ニッケル、チタン、パラジウム等の導電材料であっても良い。
【００６１】
上記金属層５ａ、５ｂを構成する金属元素を含む合金層５ｃ（熱処理された金属層）は、上記金属層５ａと上記金属層５ｂを熱処理することで得られる。この熱処理は上記のようにアニールなどが好適であり、銀、錫を用いた場合には、アニール温度２７０℃、もしくは３００℃、もしくは３３０℃でアニール時間２時間が好ましい。また、アニール以外の加熱処理でもよいものである。
【００６２】
あるいは、合金層５ｃは、予め合金として形成された金属を、金属層５ａが形成された上に、めっき、印刷、蒸着やペーストなどの方法で形成されてもよく、この合金層５ｃの上層に金属層５ｂが同様にめっき、印刷、蒸着、ペーストなどで形成されてもよいものである。
【００６３】
図３の上部分に表されているように、金属層５ａ、５ｂが接している導電膜５の構造であると、高温状態が続くような環境下では上記金属層５ａ、５ｂの間で拡散が生じて抵抗値が変化してしまう。
【００６４】
この抵抗値の変化により、所望の溶断温度も変動することになり、結果として性能の維持ができなくなるという性能劣化を生じ、溶断特性を安定に維持することが困難となる。
【００６５】
これに対して、図３の下部分に表されるように、金属層５ａ、５ｂの間に上記合金層５ｃが形成されることで、高温状態が生じても上記５ａ、５ｂの境界部における拡散を防止し、抵抗値の変化を生じさせないことが可能となる。
【００６６】
即ち、溶断特性を安定に維持することが可能となり、回路保護素子１の長寿命化、およびこれを組み込んだ機器の高寿命化、高信頼化が実現されるものである。
【００６７】
この合金層５ｃは、説明したように複数の金属層からなる導電膜５にアニールなどの熱処理を加えることで、その境界部に形成することでもよく、予め合金層５ｃをめっきなどで形成することでもよい。また、不純物や他の金属層が混入した合金層５ｃであってもよいものである。即ち、５ａと５ｂの間に別の金属層が存在し、これを含めて熱処理されて、３元系以上の合金層（あるいは熱処理金属層）５ｃが形成されてもよいものである。こ
の場合であっても、やはり高温状態が続くことによる拡散の発生での抵抗値の変動が生じず、溶断性能の維持が確保されるものである。
【００６８】
以上のように、導電膜５に、熱処理された金属層が少なくとも一層以上含まれる、あるいは合金層が一層以上含まれる構造により、実装時や使用時に高温状態が続いた場合であっても、抵抗値変動が生じず、溶断性能の維持が確保されるものである。
【００６９】
これにより、回路保護素子１の長寿命化と高信頼性化が図られ、異常電流が発生した場合に溶断部７が溶断して電流が遮断されて、接続される電子部品の保護が図られ、結果として電子機器の保護が図られるものである。更に、回路保護素子１の長寿命化と高信頼化により、当然ながらこれが実装された電子機器の長寿命化と高信頼化も実現されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は基体と、基体に設けられた一対の端子電極と、基体を覆う導電膜と、基体に設けられた溶断部を有する回路保護素子であって、導電膜は、熱処理された金属層を少なくとも一層以上含む構成により溶断性能の変動や劣化を防止することが必要な用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態における回路保護素子の斜視図
【図２】本発明の実施の形態における回路保護素子の断面図
【図３】本発明の実施の形態における回路保護素子の導電膜部の断面図
【図４】従来の技術における回路保護素子の斜視図
【符号の説明】
【００７２】
１    回路保護素子
２    基体
３    端子
４    端子電極
５    導電膜
５ａ    金属層
５ｂ    金属層
５ｃ    合金層
６    周回溝
７    溶断部
８    保護膜
４１    回路保護素子
４２    基体
４３    端子電極
４４    導電膜
４５    溶断部
【図１】
2006031991.tif 000003
【図２】
2006031991.tif 000004
【図３】
2006031991.tif 000005
【図４】
2006031991.tif 000006