(57)【要約】【課題】タンタルコンデンサ等に内蔵させるＺｎ−Ａｌ系合金からなるヒューズ素子に対し、ヒューズ遮断時間を充分に短縮できるヒューズ素子を提供する。【解決手段】Ａｌが１〜２０％（％は重量％。以下同じ）、Ｆｅが０．００１〜１％、残部がＺｎのＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金が細線に加工されてなるヒュ−ズ素子であり、所定量のＦｅを添加したために固相線温度をほぼ元のままに保持して比抵抗を高めることができ、ヒューズ遮断時間を短くできる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌが１〜２０％、Ｆｅが０．００１〜１％、残部がＺｎのＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金が細線に加工されてなることを特徴とするヒュ−ズ素子。
【請求項２】
請求項１におけるＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金１００重量部にＢｉ、Ｍｇ、Ｇｅの少なくとも一種が０．５〜１０重量部含有された多元合金が細線に加工されてなることを特徴とするヒュ−ズ素子。
【請求項３】
請求項１におけるＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金１００重量部にＳｎ、Ｉｎの少なくとも一種が０．５〜１０重量部含有された多元合金が細線に加工されてなることを特徴とするヒュ−ズ素子。
【請求項４】
請求項１におけるＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金または請求項２〜３における多元合金１００重量部にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ、Ｓｂの少なくとも一種が１％以下添加された合金が細線に加工されてなることを特徴とするヒュ−ズ素子。
【請求項５】
細線断面が線径０．０３〜０．６ｍｍφの円形または厚み０．０２〜０．２ｍｍ、幅３〜０．１５ｍｍのリボン状であることを特徴とする請求項１〜４何れか記載のヒュ−ズ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒュ−ズ素子に関し、コンデンサやトランジスタ等の電子部品に内蔵して使用するヒュ−ズ素子として有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品においては、電流ヒュ−ズ素子を部品本体に接続し、これらを樹脂モ−ルド等により封止することがある。
例えば、タンタルコンデンサにおいては、万一の極性誤装着による過電流を未然に防止するために、コンデンサ素子にヒュ−ズ素子を接続し、これらを樹脂でモ−ルドしている。  また、パワ−トランジスタにヒュ−ズ素子を接続し、これらを樹脂で封止することも知られている。
【０００３】
これらのヒュ−ズ内蔵電子部品においては、ヒュ−ズ溶断時のヒュ−ズ素子の発熱温度で加熱される。
而して、その電子部品本体やモ−ルド樹脂の炭化・燃焼を防止するために、その発熱温度を所定の発煙温度以下に抑える必要がある。
すなわち、溶断電流をｉ、遮断時間をｔｍ、ヒュ−ズ素子の溶断時温度をＴｍ、同じく抵抗をＲ、同じくヒュ−ズ素子の熱容量をＰ、周囲温度をθとすると、ほぼ
〔数式１〕  ｔｍ＝Ｐ（Ｔｍ−θ）／Ｒｉ２
が成立し、ヒュ−ズ素子の断面積をＳ、ヒュ−ズ素子の比抵抗をρ、ヒュ−ズ素子の比熱をκ、ヒュ−ズ素子の長さをＬとすれば、Ｒ＝ρＬ／Ｓ、Ｐ＝κＳＬであるから、
〔数式２〕  ｔｍ＝κＳ２（Ｔｍ−θ）／ρｉ２
が成立する。
この数式２は、ヒューズ素子が温度Ｔｍで一挙に溶断するとの前提に立って電流ｉを通電したときに通電開始からヒューズ素子が溶断するまでの時間ｔｍを示すものであり、ヒューズ素子の温度はＴｍ以上にならない。
【０００４】
ヒューズ素子の溶断温度Ｔｍは、ヒューズ素子が取付けられる電子部品、例えばタンタルコンデンサやパワートランジスタの発煙温度よりも充分に低くされている。従って、これらの電子部品が発煙するまえにヒューズ素子の溶断で通電が遮断され、火災などの発生が未然に防止される。
前記ヒューズ素子付き電子部品は、通常リフロ−法またはフロ−法により、回路基板に実装されるから、ヒューズ素子はこのはんだ付け温度に耐え得るものでなければならず、前記ヒューズ素子の溶断温度をはんだ付け温度よりも高くする必要がある。
【０００５】
従来、廃棄された電子・電気電子部品からの鉛イオンの溶出による環境汚染を防止するために、鉛フリ−はんだの使用が要請され、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系等の鉛フリ−はんだが開発されている。これらの鉛フリ−はんだを使用しての実装温度は、Ｐｂ−Ｓｎはんだ使用の場合よりも高く、最高で２８０℃が予定されている。
【０００６】
このはんだの鉛フリ−化に対応して、上記ヒュ−ズ素子においても、鉛フリ−化が要請されている。
前記したタンタルコンデンサ等の発煙温度は通常６００℃とされており、この温度と鉛フリーはんだによるはんだ付け最高温度２８０℃ととから、前記ヒューズ素子においては、６００〜３００℃の間で可能な限り短い遮断時間で溶断作動することが要求される。
【０００７】
従来、動作温度３００〜４００℃の鉛フリーヒューズ素子の一つとして「Ａｌが０．５〜１７％、残部がＺｎの合金を細線に加工したもの」が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−１３４６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されたＺｎ−Ａｌヒューズ素子では、比抵抗ρが相当に低く、〔数式２〕からも理解できるとおり、遮断時間ｔｍが長いという不都合がある。
この対策として第３成分を添加して比抵抗ρを高くすることが考えられるが、かかる第３成分の添加では通常、固相線温度も高くなり、〔数式２〕におけるＴｍも高くなってしまい、比抵抗ρの増加効果が相殺されてしまう。
【０００９】
しかしながら、本発明者の鋭意検討結果によれば、前記Ｚｎ−Ａｌ合金組成にＦｅを特定量添加すると、無添加のものに対し融点をほぼ同温度に保持して比抵抗を充分に増大できることを知った。
【００１０】
本発明の目的は、かかる知見に基づき、タンタルコンデンサ等に内蔵させるＺｎ−Ａｌ系合金からなるヒューズ素子に対し、ヒューズ遮断時間を充分に短縮できるヒューズ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係るヒュ−ズ素子は、Ａｌが１〜２０％（％は重量％。以下同じ）、Ｆｅが０．００１〜１％、残部がＺｎのＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金が細線に加工されてなることを特徴とする。
請求項２に係るヒュ−ズ素子は、請求項１におけるＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金１００重量部にＢｉ、Ｍｇ、Ｇｅの少なくとも一種が０．５〜１０重量部含有された多元合金が細線に加工されてなることを特徴とする。
請求項３に係るヒュ−ズ素子は、請求項１におけるＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金１００重量部にＳｎ、Ｉｎの少なくとも一種が０．５〜１０重量部含有された多元合金が細線に加工されてなることを特徴とする。
請求項４に係るヒュ−ズ素子は、請求項１におけるＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金または請求項２〜３における多元合金１００重量部にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ、Ｓｂの少なくとも一種が１％以下添加された合金が細線に加工されてなることを特徴とする。
請求項５に係るヒュ−ズ素子は、請求項１〜４何れかのヒューズ素子において、細線が線径０．０３〜０．６ｍｍφの丸線または厚み０．０２〜０．２ｍｍ、幅３〜０．１５ｍｍのリボン状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（１）生体に有害な金属元素を含有しておらず、環境保全に資する。更に耐食性に優れ、腐食性環境でも安全に使用できる。
（２）所定量のＦｅを添加したために固相線温度をほぼ元のままに保持して比抵抗を高めることができ、ヒューズ遮断時間を短くできる。特に、請求項２によれば、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｇｅのために固相線温度も低くでき、固相線温度低下の面からもヒューズ遮断時間を一層に短くできる。
（３）ヒューズ素子が溶断されて通電が遮断される際のヒューズ素子温度が６００℃以下でありタンタルコンデンサ等の発煙温度以下であるから、タンタルコンデンサ等の発煙防止に好適である。
（４）固相線温度が３５０℃以上であるから、鉛フリーはんだによる温度２３０〜２８０℃でのはんだ付けでも、ヒューズ素子付き電子部品を回路基板に安全に実装できる。
請求項３に係るヒューズ素子では、固相線温度が１４０℃〜２００℃と低いが、前記の温度２３０〜２８０℃でのはんだ付けを行っても充分な保形性の固液共存状態となり、はんだ付け後での冷却固化によりほぼ元の形状を確保させ得るから、鉛フリーはんだ付けを安全に行い得る。
（５）請求項４に係るヒューズ素子では、電極への溶接乃至は溶着を容易に行うことができる。
従って、本発明に係るヒューズ素子によれば、タンタルコンデンサ等の発煙を迅速作動で未然に防止でき、鉛フリーはんだ付けを安全に行い得、電子部品への取付けを容易に行い得る鉛フリーのヒューズ素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るヒュ−ズ素子を内蔵させたコンデンサの一例を示している。
図１において、１はタンタルコンデンサ素子、２は陽極リ−ド導体である。３は配線板であり、一対の電極３１，３２を有し、その電極間に本発明に係るヒュ−ズ素子ａを接続し、一方の電極３１をコンデンサ素子１の陰極に接合し、他方の電極３２にリ−ド導体４を接合してある。５は封止樹脂層、例えばエポキシ樹脂層である。
上記ヒュ−ズ素子と電極との接合には、抵抗溶接、超音波溶接、若しくはワイヤボ−ルボンディング、ウェッジボンディング、または熱圧接等を用いることができる。
【００１４】
上記のコンデンサは、ＩＣ、トランジスタ、チップ抵抗等の他の電子部品と共に鉛フリ−はんだを使用してリフロ−法やフロ−法によって回路基板に温度２３０℃〜２８０℃で実装される。
【００１５】
上記したタンタルコンデンサにヒュ−ズ素子を内蔵させる理由は、万一の極性誤接続によって過電流が流れ発煙するのを防止するためである。
前記の数式２は、過電流ｉによりヒューズ素子の温度がＴｍになった際に一挙にヒューズ素子が溶断するとの前提に立っている。実際にはヒューズ素子の固相線温度ＴＳと液相線温度ＴＬに差があり、ヒューズ素子が固相線温度ＴＳに達してもその温度ＴＳのもとでは溶断完結されずに固相線温度を越えた温度で溶断が完結される。
しかしながら、ヒューズ素子温度が固相線温度ＴＳから溶断温度Ｔｍに達するまでの時間Δｔは、ヒューズ素子が固相線温度ＴＳに達するまでの時間ｔＳに較べて極めて短い。すなわち、ＴＳ》Ｔｍ−ＴＳであり、しかも固相線温度を越えると比抵抗が液相の混在により急峻に上昇することから、ｔＳ》Δｔが成立する。従って、前記の数式２に代え、
〔数式３〕ｔｍ＝＝κＳ２（ＴＳ−θ）／ρｉ２
を用いても、遮断時間ｔｍを充分に正確に把握できる。
【００１６】
本発明に係るヒュ−ズ素子の合金には、（１）Ａｌが１〜２０％、Ｆｅが０．００１〜１％、残部がＺｎのＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金、（２）前記のＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金１００重量部にＢｉ、Ｍｇ、Ｇｅの少なくとも一種が０．５〜１０重量部含有された多元合金、（３）前記のＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金１００重量部にＳｎ、Ｉｎの少なくとも一種が０．５〜１０重量部含有された多元合金、（４）前記のＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金または多元合金１００重量部にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ、Ｓｂの少なくとも一種が１％以下添加された合金が使用される。
（１）において、Ａｌを添加する理由は固相線温度をほぼ３８０℃とするためである。Ｆｅを添加する理由は、前記の固相線温度３８０℃をほぼ保持して比抵抗ρを増加するためであり、添加量を０．００１〜１％とした理由は、０．００１％未満では比抵抗ρの実質的な増加が得られず、１％を越えると固相線温度ＴＳをほぼ３８０℃に保持し難くなるからである。
従って、数式３において、Ｆｅ無添加のものに較べ、（ＴＳ−θ）を保持して比抵抗ρを増加でき、遮断時間ｔｍを短縮できる。
（２）において、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｇｅの少なくとも一種を添加する理由は、（１）での比抵抗ρの増加に加え、固相線温度ＴＳを低下させることにより（固相線温度ＴＳ−周囲温度θ）を減少させて遮断時間ｔｍの一層の短縮を図ることにあり、その添加量を０．５〜１０重量部とした理由は、０．５重量部未満では固相線温度ＴＳの実質的を低下が得られず、１０重量部を越えると加工性が悪くなり細線加工が困難になるからである。
（３）のＳｎ、Ｉｎの少なくとも一種の添加によれば、固相線温度が１４０℃〜２００℃と低くなるが、鉛フリーはんだによる温度２５０℃〜２８０℃のもとでのヒューズ素子付き電子部品のはんだ付け実装でヒューズ素子が半溶融状態になっても、はんだ付け後ではヒューズ素子に元の形状を確保させ得、（２）と同様に、比抵抗ρの増加に加え固相線温度ＴＳを低下させることにより（固相線温度ＴＳ−周囲温度θ）を減少させて遮断時間ｔｍの更に一層の短縮を図ることができる。ＳｎまたはＩｎの添加量を０．５〜１０重量部とした理由は、０．５重量部未満では固相線温度ＴＳの実質的を低下が得られず、１０重量部を越えると固相線温度が低くなり過ぎて前記はんだ付けを安全に行い得なくなると共に加工性が悪くなり細線加工が困難になるからである。
（４）において、前記のＺｎ−Ａｌ−Ｆｅ合金または多元合金１００重量部にＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐ、Ｓｂの少なくとも一種を添加する理由は電極との接合性を良くすることにあり、添加量を１重量部以下とした理由は、１１重量部部を越えると、比抵抗の低下や固相線温度の上昇が生じるからである。
【００１７】
ヒューズ素子の断面寸法や形状は線径０．０３〜０．６ｍｍφの丸線または厚み０．０２〜０．２ｍｍ、幅３〜０．１５ｍｍのリボン状とされる。
上限については、数式３におけるヒューズ素子の断面積Ｓを抑えて遮断時間ｔｍが長くなり過ぎるのを回避することにあり、下限については、ヒューズ素子を電子部品に内蔵する際のハンドリング、組込の作業性、線引き加工性やコスト低減を保証することにある。
厚み０．０２〜０．２ｍｍ、幅３〜０．１５ｍｍのリボン状では、電極との接触面積を充分に広くして接合性を向上できる有利性もある。
【００１８】
本発明に係るヒュ−ズ素子は、リフロ−法またはフロ−法により実装した後での補修やあと付けでも、鏝で安全にはんだ付けすることもできる。
これらの場合、ヒュ−ズ素子が曲げをうけるが、充分な柔軟性を有し、折損なく、スム−ズに、装着、実装またはあと付けできる。
【００１９】
本発明に係るヒュ−ズ素子は、充分な強度を有する多元合金を使用しているから、線引き加工をスム−ズに行うことができる。
この線引き加工の外、回転液中紡糸法によっても製造できる。すなわち、回転ドラムの内周面に遠心力により形成保持された冷却液層に、ノズルから噴射した溶融ジェットを冷却液層の周速と同速・同方向で入射させ、この液層入射ジェットを冷却液層で急冷・凝固させて紡糸することもできる。この場合、ノズルから冷却液層に至る空間でのジェットは、ノズルの円形形状が溶融金属の表面張力により保持されて円形断面となる。更に、ジェットの表面張力による円形保持力を冷却液層の動圧（ジェットを扁平化しようとする圧力）よりも大とするように、冷却液層周速、ジェットの冷却液層入射角等を調整してあり、冷却液層に入射されたジェットも、断面円形を保持しつつ冷却・凝固されていく。従って、線径３０μｍφという細線のヒュ−ズ素子でも容易に製造できる。
これらの製線中、ボビンへの巻取りを必要とするか、充分な柔軟性のために、折損なく、スム−ズに巻き取ることができる。
【実施例１】
【００２０】
Ａｌ：５％、Ｆｅ：０．０１％、残部Ｚｎの合金組成にて線径６０μｍφの細線をダイス伸線により製造した。この合金の固相線温度を測定したところ（加熱速度１０℃／ｍｉｎのもとでＤＳＣにより測定）３８０℃であり、細線の比抵抗を測定したところ５．７μΩcmであった（ｎ＝１０箇の平均値）。
この細線の３ｍｍ切断片をＡｇメッキ４２アロイ電極間に抵抗溶接し、３Ａ通電下での遮断時間を測定したところ８７msecであった（ｎ＝１０箇の平均値）。
【００２１】
〔比較例１〕
実施例１に対しＦｅを無添加とした以外、実施例１と同様にして細線を製造し、固相線温度及び比抵抗を実施例１と同様にして測定したところ、それぞれ３８０℃及び４．６μΩcmであった。
更に実施例と同様にして遮断時間を測定したところ１０７msecであった。
この比較例１と実施例１との対比から、Ｆｅ添加により無添加の場合の固相線温度を保持して比抵抗を高めることができ、ヒューズ遮断時間を短くできることが確認できる。
【００２２】
〔実施例２〜実施例１２〕
表１〜表３に示す合金組成とした以外、実施例１と同様にして細線を製造し、固相線温度及び比抵抗を実施例１と同様にして測定したところ、それぞれほぼ３８０℃及び５．２μΩcm以上であった。
更に実施例１と同様にして遮断時間を測定したところ９０msec以下であった。
【００２３】
【表１】
2006124736.tif 000002
【００２４】
【表２】
2006124736.tif 000003
【００２５】
【表３】
2006124736.tif 000004
【００２６】
〔実施例１３〜実施例１５〕
表４に示す合金組成とした以外、実施例１と同様にして細線を製造し、固相線温度及び比抵抗を実施例１と同様にして測定したところ、３７５℃〜３８０℃及び５．２μΩcm以上であった。
更に実施例１と同様にして遮断時間を測定したところ９０msec以下であった。
【００２７】
【表４】
2006124736.tif 000005
【００２８】
〔実施例１６〜実施例１７〕
表５に示す合金組成とした以外、実施例１と同様にして細線を製造した、実施例１で使用したＤＳＣ法により固相線温度及び液相線温度を測定したところ表５の通りであった。  これらの実施例では、ヒューズ素子の固相線温度がヒューズ素子内臓電子部品の実装温度２５０℃〜２８０℃よりも低いが、ヒューズ素子を２８０℃で１分間加熱し半溶融状態としても、形状が崩れずはんだ付け後ではヒューズ素子に元の形状を確保させ得た。
ヒューズ素子を２８０℃で１分間加熱したのちに、比抵抗を測定したところ、５．４μΩcm以上であった。
更に実施例１と同様にして遮断時間を測定したところ８０msec以下であった。
【００２９】
【表５】
2006124736.tif 000006
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るヒュ−ズ内蔵電子部品の一例を示す図面である。
【符号の説明】
【００３１】
ａ              ヒュ−ズ素子
１              コンデンサ素子
５              封止樹脂層
【図１】
2006124736.tif 000007