(57)【要約】【課題】  低電流値で確実に回路遮断することができる超小型のヒューズを提供する。【解決手段】  略コ字形状の枠部３，４の一対を対向配置した支持枠４と、この支持枠４の内側の空間に配置され支持枠４の各両端２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃと連結する振動体７と、支持枠４の一部に形成され振動体７を揺動させるための圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂと、振動体７の近傍に支持枠４と連結するよう配置され配線パターン２１に流れる電流値に応じて振動体７に接近するように変形する基板部２０とを備え、圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂに周期的電圧が印可された際に振動体７は振動し、配線パターン２１に流れる電流が所定の値を越えた際に、基板部２０が振動する振動体７と接触して破壊することで、配線パターン２１に流れる電流を遮断する。【選択図】      図１
2006221956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部とその両端から延出する腕部とを有する略コ字形状の枠部の一対が、前記各腕部の端部同士を所定の間隙を有するよう対向配置されてなる支持枠と、
前記支持枠の内側にその支持枠と所定の空隙を有して配置され、前記一対の枠部の各端部と連結する連結部を介して前記支持枠に対して揺動可能に支持された振動体と、
前記腕部に設けられ電圧の印可により前記腕部を前記基部に対して変形させる圧電部と、
配線パターンを有し前記振動体に対して所定の間隙を有するよう前記枠部に固定されると共に、前記配線パターンを流れる電流値に応じて前記振動体に接近するように変形する基板部とを備え、
前記圧電部に周期的電圧が印可された際に前記振動体は振動し、
前記配線パターンに流れる電流が所定の値を越えた際に、前記基板部が振動する前記振動体と接触して破壊することで、前記配線パターンに流れる電流を遮断する構成にしたことを特徴とするヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒューズに係り、特に超小型であり、かつ、低電流で作用するヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気電子部品の保護回路用のヒューズは、可溶体金属が用いられており、通電電流による発熱により可溶体金属を溶融もしくは蒸発させることにより切断し、回路遮断を行うことが一般的である。
その関連の技術として特許文献１に記載されているようなものがある。
【特許文献１】特開２００２−２３１１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、そのような特許文献１に開示のものにおいては、通電電流による発熱によって可溶体金属を溶融もしくは蒸発させて回路遮断させるには、可溶体金属をかなりの高温まで加熱しならればならないという問題がある。その解決策として、可溶体の一部の断面積を小さくする方法があるが、この方法では形状ばらつきの影響により、低電流で確実な回路遮断を安定して行うことが困難であると共に、構造上、小型化も困難である。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、低電流で確実に回路遮断することができる超小型のヒューズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、本願各発明は、次の１）に記載の手段を有する。
１）基部（２ａ，３ａ）とその両端から延出する腕部（２ｂ，２ｃ），（３ｂ，３ｃ）とを有する略コ字形状の枠部（２，３）の一対が、前記各腕部（２ｂ，２ｃ），（３ｂ，３ｃ）の端部同士を所定の間隙（Ｗ１）を有するよう対向配置されてなる支持枠（４）と、前記支持枠（４）の内側にその支持枠（４）と所定の空隙（Ｗ２）を有して配置され、前記一対の枠部（２，３）の各端部と連結する連結部（５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ）を介して前記支持枠（４）に対して揺動可能に支持された振動体（７）と、前記腕部（２ｂ，２ｃ），（３ｂ，３ｃ）に設けられ電圧の印可により前記腕部（２ｂ，２ｃ），（３ｂ，３ｃ）を前記基部（２ａ，３ａ）に対して変形させる圧電部（８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ）と、配線パターン（２１）を有し前記振動体（７）に対して所定の間隙（Ｗ３）を有するよう前記枠部（２，３）に固定されると共に、前記配線パターン（２１）を流れる電流値に応じて前記振動体（７）に接近するように変形する基板部（２０）とを備え、前記圧電部（８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ）に周期的電圧が印可された際に前記振動体（７）は振動し、前記配線パターン（２１）に流れる電流が所定の値を越えた際に、前記基板部（２０）が振動する前記振動体（７）と接触して破壊することで、前記配線パターン（２１）に流れる電流を遮断する構成にしたことを特徴とするヒューズ（１）である。
【発明の効果】
【０００５】
本願発明によれば、略コ字形状の枠部の一対を対向配置した支持枠と、この支持枠の内側の空間に配置され支持枠の各両端と連結する振動体と、支持枠の一部に形成され振動体を揺動させるための圧電部と、振動体の近傍に支持枠と連結するよう配置され配線パターンに流れる電流値に応じて振動体に接近するように変形する基板部とを備え、圧電部に周期的電圧が印可された際に振動体は振動し、配線パターンに流れる電流が所定の値を越えた際に、基板部が振動する振動体と接触して破壊することで、配線パターンに流れる電流を遮断するため、低電流値で確実に回路遮断できる超小型のヒューズを供給できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図３を用いて説明する。
図１は、本発明のヒューズの構造例を示す概略平面図及び断面図である。
図２は、本発明のヒューズにおける配線基板部の構造例を示す部分拡大概略平面図である。
図３は、本発明のヒューズの作製プロセスの一例を説明するための断面模式図である。
【０００７】
まず、図１及び図２を用いて、以下に本発明のヒューズ１の構成例を説明する。なお、図１において、空隙Ｗ２との区別をわかりやすくするため、部材部に網掛けを施している。
図１において、ヒューズ１は、基部２ａ，３ａとその両端から延出する腕部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃとを有する略コ字形状の枠部２，３の一対を、各腕部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの端部同士を所定の間隙Ｗ１を有するように対向配置した支持枠４と、この支持枠４の内側にその支持枠４と所定の空隙Ｗ２を有して配置され、一対の枠部２，３の各端部と連結する連結部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを介して支持枠４に対して揺動可能に支持された振動体７と、腕部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃのそれぞれに設けられ電圧の印可により腕部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃを基部２ａ，３ａに対して変形させる圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂと、配線パターン２１を有し振動体７に所定の間隙Ｗ３を有するように枠部３に固定すると共に、配線パターン２１を流れる電流値に応じて振動体７に接近するように矢印Ｂの方向に変形する基板部２０とから構成されている。
【０００８】
支持枠４の基部２ａ，３ａは装置のヒューズ保持部材などに固定するための機械的強度が必要なので厚みが厚く、基部２ａ，３ａ以外の腕部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ、振動体７、連結部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ、及び基板部２０は、可動部であり、可動しやすくするために、基部２ａ，３ａに比べて厚みが薄くなっている。
連結部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは、振動体７の重心を通る仮想軸Ｌに対して、軸Ｌの近傍の一対の軸対称位置で間隙Ｗ１を介して各枠部２，３と振動体７とを連結している。
【０００９】
また、詳細は後述するが、圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂのおよその構成は、枠部２，３側から厚み方向に積層された、下電極、圧電膜、及び上電極からなる。
この２対の圧電部（８ａ，８ｂ），（９ａ，９ｂ）によって一対のピエゾユニモルフ８，９が形成される。この一対のピエゾユニモルフ８，９は外部と接続して、互いに逆位相の電圧が外部から周期的に印加される。基部２ａ，３ａを装置のヒューズ保持部材などに固定して、一対のピエゾユニモルフ８，９に電圧を周期的に印加すると、一対のピエゾユニモルフ８，９の圧電膜が周期的に分極して腕部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃの各両端が撓み方向Ｃ，Ｄに繰り返し撓むため、連結部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂを介して回転トルクを振動体７に作用させることができるので、振動体７の略重心を通る仮想軸Ｌを中心に、振動体７が捻り振動するものである。
なお、本構造例では、一対のピエゾユニモルフ８，９がそれぞれ１対からなる圧電部（８ａ，８ｂ），（９ａ，９ｂ）により構成されているが、任意の２つの圧電部だけでもよい。
【００１０】
次に、図１中の基板部２０について、図２を用いて説明する。図２は、図１中のＡ部（基板部２０周辺部）を拡大した部分拡大概略平面図である。
基板部２０は、振動体７の略重心を通る仮想軸Ｌから最も離れた最大振幅となる振動体７の端部１０近傍に枠部３と連結して形成されており、通電配線部兼熱駆動アーム型アクチユエータとして機能する。図２中の斜線部は配線パターン２１を表している。この配線パターン２１は均一の厚さで形成されており、その両端部には配線端子２２ａ，２２ｂが配置されている。この配線端子２２ａ，２２ｂは、外部の回路と接続されていて、その回路におけるヒューズの通電部として機能する。
【００１１】
基板部２０は、膨張細梁２３、細梁２４、接触細梁２５、太梁２６、及び固定端細梁２７から構成されている。この基板部２０の配線端子２２ａ，２２ｂ間に通電すると、配線パターン２１の厚みは均一であるから配線幅で規制される断面積の差により、膨張細梁２３、細梁２４、接触細梁２５、及び固定端細梁２７が太梁２６に比べて抵抗値が大きく、通電電流は共通であるから、ジュール熱による発熱量も膨張細梁２３、細梁２４、接触細梁２５、及び固定端細梁２７が太梁２６に比べて大きくなり、それに伴ってそれらの部位の温度上昇も大きくなる。
【００１２】
そのため、熱膨張による伸びも、膨張細梁２３、細梁２４、接触細梁２５、及び固定端細梁２７が太梁２６に比べて大きくなり、結果として、基板部２０の端部２８が矢印Ｂの方向へ撓み変形することになる。この撓み量は通電電流値に依存する。通電電流値の増加に伴って撓み量が増加し、所定の電流値を超えると、捻り振動している振動体７の端部２８に基板部２０の端部２８が接触して機械的な衝撃を受けることで、膨張細梁２３、細梁２４、接触細梁２５、及び固定端細梁２７のいずれかが破壊切断され、通電電流は遮断されることになる。
【００１３】
また、膨張細梁２３、細梁２４、接触細梁２５、及び固定端細梁２７のいずれかの幅を特に狭くすることで、特定の梁を破壊させることも可能である。
なお、振動体７の捻れ振動における最大振幅幅は、基板部２０の厚さよりも大きいことが好ましく、より好ましくは基板部２０の厚さの５倍以上である。
上述した本発明のヒューズは、いわゆるＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）技術を基に創意工夫されたものである。
【００１４】
次に、図３を用いて、本発明の一例であるヒューズ１の作製プロセスの実施例について説明する。なお、図３は、図１と合致していないが、各部位を説明するために誇張して模式的に示した断面模式図である。
実施例は、（工程１）〜（工程９）で構成されており、以下にそれぞれの工程について説明する。
＜実施例＞
【００１５】
（工程１）
上層Ｓｉ層３１／ＳｉＯ2膜３２／下層Ｓｉ層３３からなる、（１００）面ＳＯＩウエハ（シリコンオンインシュレータウエハ）３４の両面に、真空成膜により、ＳｉＯ2膜３５，３６を形成する。真空成膜とは、例えばスパッタ法やＣＶＤ法や蒸着法などによる成膜を意味する。Ｓｉ層の各層の厚さは、上層Ｓｉ層３１が１５μｍ、下層Ｓｉ層３３が５００μｍである。また、ＳｉＯ2膜３２，３５，３６の各層の厚さは、それぞれ１μｍである。なお、各層の厚さはこれに限定されるものではない。
また、本実施例において、上述のウエハから複数作製されるヒューズ１の１素子当たりのサイズは、２ｍｍ角である。
【００１６】
（工程２）
フオトリソを行った後、下面のＳｉＯ2膜３６をＣＨＦ3ガスを用いた反応性イオンエッチングによりパターン形成する。
【００１７】
（工程３）
次に、ＳｉＯ2膜３２，３５，３６をエッチングマスクとして、テトラメチルアンモニアオキシド（ＴＭＡＨ）水溶液により、下層Ｓｉ層３３を異方性エッチングしてダイヤフラム構造を形成し、基部２ａ，３ａを得る。
【００１８】
（工程４）
上面のＳｉＯ2膜３５表面に金属膜を真空成膜する。金属膜材料は、Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ａｌなどがある。フオトリソを行った後、この金属膜をエッチングによりパターン形成する。このパターン形成により形成された金属パターンは、圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂの下電極３７、及び基板部２０の配線パターン２１となる。
ヒューズの遮断電流値は、上述の配線パターン２１の材料（材料の抵抗率）、及びパターン断面積の組み合わせによって任意に設定することが可能である。また、配線パターン２１の厚さを真空成膜により、薄く、かつ、サブミクロン単位で精度よく設定することができるので、極小のパターン断面積を設定できる。従って、低電流回路に対応することが可能である。
【００１９】
（工程５）
下電極３７及び配線パターン２１を含む上面のＳｉＯ2膜３５表面に、ＳｉＯ2膜３８、例えばＺｎＯからなる圧電膜３９、金属膜４０を順次真空成膜する。さらに、金属膜４０表面の一部（圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂに相当する部分）に、フォトリソ法により、レジスト４１を形成する。
【００２０】
（工程６）
ＨＣｌ水溶液にて、レジスト４１で保護されていない部分の金属膜４０及び圧電膜３９をウェットエッチングし、パターン形成を行う。パターン形成された金属膜４０は、圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂの上電極４２となる。
【００２１】
（工程７）
レジスト４１を除去後、ＣＨＦ3ガスによる反応性イオンエッチングにより、ＳｉＯ2膜３２，３５，３６，３８それぞれの一部または全部を除去する。
上述により、下電極３７、ＳｉＯ2膜３８、圧電膜３９、上電極４２が順次積層してなる圧電部８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂが形成される。
【００２２】
（工程８）
フォトリソ法により、レジスト４３を所定の箇所にパターン形成する。
【００２３】
（工程９）
ＳＦ6ガスによる反応性イオンエッチングにより、レジスト４３で保護されていない部分の上層Ｓｉ層３１を除去して、間隙Ｗ１，Ｗ３、及び空隙Ｗ２を形成するとともに振動体７（図示せず）及び基板部２０を形成する。その後、レジスト４３を除去する。
【００２４】
上述の工程によって、低電流値、例えば数百ｍＡ以下で確実に回路遮断できる超小型のヒューズ１を作製することができる。
【００２５】
本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のヒューズの構造例を示す概略平面図及び側面図である。
【図２】本発明のヒューズにおける配線基板部の構造例を示す部分拡大概略平面図である。
【図３】本発明のヒューズの作製プロセスの一例を説明するための断面模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ヒューズ  、  ２，３  枠部  、  ２ａ，３ａ  基部  、  ２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃ  腕部  、  ４  支持枠  、  ５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ  連結部  、  ７  振動体  、  ８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ  圧電部  、  ８，９  ピエゾユニモルフ  、１０  振動体端部  、  ２０  基板部  、  ２１  配線パターン  、  ２２ａ，２２ｂ  配線端子  、  ２３  膨張細梁  、  ２４  細梁  、  ２５  接触細梁  、  ２６  太梁  、  ２７固定端細梁  、  ２８  基板部端部  、３１  上層Ｓｉ層  、  ３２，３５，３６，３８  ＳｉＯ2膜  、  ３３下層Ｓｉ層  、  ３４  ＳＯＩウエハ  、  ３７  下電極  、  ３９  圧電膜  、  ４０  金属膜  、  ４１，４３  レジスト  、４２  上電極  、  Ａ  基板部周辺部  、  Ｂ  変位方向  、  Ｃ，Ｄ  撓み方向  、Ｗ１，Ｗ３  間隙  、  Ｗ２  空隙
【図１】
2006221956.tif 000003
【図２】
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【図３】
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