(57)【要約】【課題】  可溶体で生じたジュール熱により効率的に溶断することが可能な、即断性に優れたチップ型ヒューズ素子を提供する。【解決手段】  基板２、３内部に可溶体５が形成されてなるチップ型ヒューズ素子１である。可溶体５と対向して熱反射体８が設けられている。例えば、可溶体５は、基板２、３内部の空洞（キャビティ４）内を貫通する形で形成されており、その周囲を囲む形で熱反射体８が設けられている。熱反射体８は、例えば金属により形成され、金属としては、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉから選択される１種若しくは２種以上等が使用可能である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内部に可溶体が形成されてなるチップ型ヒューズ素子であって、
前記可溶体と対向して熱反射体が設けられていることを特徴とするチップ型ヒューズ素子。
【請求項２】
前記可溶体は、前記基板内部の空洞内を貫通する形で形成されており、その周囲の少なくとも一部に前記可溶体と対向して前記熱反射体が設けられていることを特徴とする請求項１記載のチップ型ヒューズ素子。
【請求項３】
前記熱反射体が前記可溶体の全周を覆う形で形成されていることを特徴とする請求項２記載のチップ型ヒューズ素子。
【請求項４】
前記可溶体は、印刷法により形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のチップ型ヒューズ素子。
【請求項５】
前記熱反射体は、金属により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のチップ型ヒューズ素子。
【請求項６】
前記金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉから選択される１種若しくは２種以上であることを特徴とする請求項５記載のチップ型ヒューズ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に可溶体が形成されてなるチップ型ヒューズ素子に関するものであり、特に、その溶断性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒューズ素子としては、過剰な電流による発熱により溶断する溶断線を小径のガラス管の中に配したヒューズ素子が一般的であるが、前記構造では小型化に限度があり用途も制約されることから、より小型のいわゆるチップ型ヒューズ素子が開発されている。チップ型ヒューズ素子は、セラミックチップ等の絶縁基板上に溶断材料からなる幅狭の可溶体を形成し、可溶体の両端に電極を接続することにより構成されるものであり、このような構成を採用することにより、ヒューズ素子の小型化のみならず、低コスト化にも繋がるものと期待される。
【０００３】
このようなチップ型ヒューズ素子の可溶体は、蒸着やスパッタ等の真空技術によって薄膜に形成されることが一般的である。真空技術は、可溶体に使用可能な材料選択の幅が広いため特性の調整が比較的容易であることや、可溶体の薄膜化及び幅狭化も容易であることから、高抵抗値を示す可溶体を実現でき、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を作製するうえで有利である。その反面、真空技術の利用は、大規模な製造設備が必要となり、製造工程が煩雑となることから、製造コストの大幅な上昇を招くという不都合も有している。
【０００４】
あるいは、前記可溶体を印刷法を利用して厚膜に形成する技術も検討されている。印刷法を利用する場合、導電性材料である金属を含むペースト（可溶体ペースト）を絶縁基板上に印刷し、乾燥した後、焼成することによって可溶体が形成される。印刷法を利用することで、真空技術を利用した場合に比べてチップ型ヒューズ素子の製造コストの大幅な低減が可能となる。
【０００５】
一方、チップ型ヒューズ素子の構造面からの改良も進められており、例えばチップセラミックの内部に形成されたキャビティ内に可溶体を形成したチップ型セラミックヒューズが提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。特許文献１記載の発明では、溶断材料が形成されたセラミックグリーンシート上に、中央に凹所が形成されたグリーンシートを積層して一体化し、これを焼成してセラミックチップ内部に溶断材料を封入したチップ型セラミックヒューズの製造方法が開示されている。特許文献１記載の発明のように、溶断材料をセラミックチップ内部に封入することで、溶断材料が外部の影響を受けることがなく、また過電流による溶断時に外部に影響を与えないという利点を有する。
【特許文献１】特公昭６１−３４２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述のようなチップ型ヒューズ素子においては、その溶断特性の改善が大きな課題となっている。一般に、ヒューズ素子には、過電流が流れた場合に、可溶体で生ずるジュール熱によって可溶体が速やかに溶断されることが必要である。このような観点から見たときに、例えば前記特許文献１に開示されるようなチップ型ヒューズ素子においても、即断性が十分に実現されているとは言い難く、その改善が課題である。
【０００７】
特に可溶体を印刷法により厚膜パターンとして形成したチップ型ヒューズ素子においては、前記課題が顕著である。印刷法によって形成される厚膜パターンは、真空技術に比べてパターン幅が広く、且つ膜厚が厚くなる傾向にあり、高抵抗の可溶体の形成が難しい。また、印刷法を採用した場合、可溶体に用いる溶断材料の材料選択の幅が狭く、例えば銀等の比抵抗の小さい金属を使わざるを得ないことも、可溶体の高抵抗化の妨げとなっている。これらの要因が重なる結果、印刷法を利用した場合に、溶断時間が短く、低電流での確実な溶断を実現したチップ型ヒューズ素子を作製することは非常に困難である。
【０００８】
そこで本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、過電流が流れた場合に可溶体で生じたジュール熱により効率的に溶断可能な、即断性に優れたチップ型ヒューズ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の目的を達成するために、本発明に係るチップ型ヒューズ素子は、基板内部に可溶体が形成されてなるチップ型ヒューズ素子であって、前記可溶体と対向して熱反射体が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
ヒューズ素子においては、定格電流以下では可溶体が切断されず、定格電流を超えたら可溶体が確実に溶断されることが必要である。このような観点から、チップ型ヒューズ素子について検討を重ねた結果、蓄熱不良等により可溶体で生ずるジュール熱に損失（ロス）が生じ、その結果、溶断時間が長くなっていることを見出すに至った。可溶体で生じたジュール熱に損失が生ずると、可溶体の温度上昇が緩慢になり、即断性に問題が生ずる。
【００１１】
そこで、本発明者らは、熱反射体を設けることで、前記ジュール熱の損失を最小限に抑え、即断性を改善することとした。すなわち、前述の本発明のチップ型ヒューズ素子においては、可溶体と対向して熱反射体が設けられているので、可溶体で発生したジュール熱が前記熱反射体によって反射され、可溶体へ伝達される。その結果、前記ジュール熱の損失が抑えられ、可溶体が速やかに溶断され、前記即断性が大幅に改善される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板内部に形成された可溶体と対向して熱反射板が設けられているので、可溶体で生じたジュール熱をロスすることなく可溶体の溶断に利用することができ、定格電流を超える過電流が流れた際に、速やかに可溶体を溶断することができる。したがって、小型で低コストであるという利点を活かしながら、即断性に優れたチップ型ヒューズ素子を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用したチップ型ヒューズ素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態のチップ型ヒューズ素子１は、図１及び図２に示すように、上下一対のチップ状の基板２、３の内部にキャビティ４が形成され、このキャビティ４内を橋渡しする形で可溶体５が形成されてなるものである。
【００１５】
ここで、基板２、３のうちの一方（下側）の基板２は、可溶体５の支持体となるものであり、例えば角形状に形成されている。他方（上側）の基板３も前記下側の基板２とほぼ同形状に形成されており、また、これら基板２、３にはそれぞれ凹部２ａ、３ａが形成されている。前記凹部２ａ、３ａは、互いに対向する位置に形成されており、これらが組み合わせられて直方体形状の空間（キャビティ４）が構成されている。
【００１６】
前記基板２、３は絶縁材料により形成されるが、これら基板２、３を構成する材料としては特に制約があるわけではなく、この種のチップ型ヒューズ素子に用いられる材料がいずれも使用可能である。例えば、低い熱伝導性を示す絶縁材料を用いることができ、具体的には、樹脂、Ａｌ２Ｏ３、ガラスセラミック等の絶縁材料を用いることができる。
【００１７】
可溶体５は、図２に示すように、両端部５ａ、５ｂが幅広に形成されるとともに、これらの間の溶断部分５ｃは、幅の狭い線状のパターンとして形成されている。この可溶体５の前記溶断部分５ｃの幅、厚さ、及び材質を選択することにより、可溶体５が溶断される定格電流（すなわち、チップ型ヒューズ素子１の定格電流）を設定することができる。
【００１８】
前記可溶体５は、例えば印刷法により形成することができる。この場合、可溶体５を構成する溶断材料（例えば、金属や合金等）を含有する可溶体ペーストを所定のパターンで印刷し、これを焼成することにより可溶体５が形成される。可溶体５を構成する溶断材料としては、前記の通り、金属や合金等が使用可能であるが、融液の表面張力が大きな金属、例えばＡｇ系、Ａｌ系、Ｓｎ系等が好適である。ただし、可溶体５を印刷法により形成する場合、前記の通り焼成工程が必要であるため、酸化し易い金属は前記溶断材料としては適さない。
【００１９】
勿論、前記可溶体５の形成方法としては、印刷法に限られるものではなく、例えば薄膜法等によって形成することも可能である。真空技術を用いた薄膜法により可溶体５を形成する場合、可溶体５の厚さを薄くすることができ、溶断材料の選択の幅も広がるという利点を有するが、コストの点で前記印刷法よりも不利である。
【００２０】
通常、前記可溶体５の両端には、図１及び図２に示すように、電極６、７が接続される。本実施形態の場合、前記可溶体５の両端部５ａ、５ｂを幅広に形成し、電極６、７と可溶体５との電気的接続における接触面積を拡大して抵抗値を小さなものとし、余計な抵抗が付加されるのを防止している。
【００２１】
これら電極６、７は、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ等の良導電材料を含む導電性厚膜や、前記良導電材料のめっき膜、さらには前記良導電材料を含む樹脂（例えば、Ａｇ熱硬化性導電性樹脂）等から構成される。チップ型ヒューズ素子１においては、これら電極６、７が外部接続端子となり、外部回路との電気的接続が図られる。
【００２２】
以上が本実施形態のチップ型ヒューズ素子１の基本的構造であり、前記キャビティ４内に臨む可溶体５が過電流の通電により溶断されてヒューズ素子としての機能を果たす。このとき、可溶体５がキャビティ４内に封入された形になり、可溶体５が外部の影響を受けることがなく、逆に可溶体５の溶断に際して外部に影響を与えることもないという構造上の利点も有する。
【００２３】
ただし、可溶体５を基板内部に有するチップ型ヒューズ素子１の場合、蓄熱不良等が原因で可溶体５で生ずるジュール熱に損失が生じ、その結果、溶断時間が長くなる等、即断性の点で十分とは言えない。そこで、本発明では、前記可溶体５と対向して熱反射体を設け、可溶体５から周囲に拡散するジュール熱をこの熱反射体で反射し、可溶体５の溶断に有効利用することで、溶断特性（即断性）を改善することとする。
【００２４】
前記熱反射体は、可溶体５と対向するように配置すればよく、例えば図１及び図２に示すチップ型ヒューズ素子１の場合、キャビティ４の内周面の少なくとも一部に熱反射体を設ければよい。図３は、可溶体５を取り囲むキャビティ４の周面の全てが熱反射体８で覆われた例を示すものである。この場合には、熱反射体８が角柱状に形成されることになり、この角柱状の熱反射体８で囲まれる空間内を可溶体５が貫通して配置される形になる。
【００２５】
図４は、図３のｘ−ｘ線での断面を示すものであり、前記の通り、可溶体５の周囲が熱反射体８により囲まれた形になり、可溶体５から発せられた熱は、前記熱反射体８によって反射され、可溶体５に伝達されてその溶断に利用される。なお、前記熱反射体８は、必ずしも可溶体５の全周に亘って形成されていなくてもよく、例えば図５に示すように、可溶体５の上下にのみ熱反射体８を設けるようにしてもよい。この場合には、前記各基板２、３に設けられた凹部２ａ、３ａの底面に熱反射体８を形成すればよい。
【００２６】
前記熱反射体８は、熱を効率的に反射し得る材料により形成すればよく、例えばＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ等の金属により形成することが可能である。熱反射体８は、その表面で熱を反射すればよく、したがって厚さは薄くてもよい。したがって、前記金属により熱反射体８を形成する場合、例えば薄膜法により形成すればよい。
【００２７】
次に、前述の構成のチップ型ヒューズ素子１の製造方法について説明する。チップ型ヒューズ素子１を作製するには、先ず、基板２に対応するグリーンシート上に可溶体５となる印刷パターンを印刷法により形成する。印刷工程では、基板２となるグリーンシート上に、可溶体ペーストを例えばスクリーン印刷等により所定形状に印刷する。可溶体ペーストとは、可溶体５を構成する材料である金属から選ばれる少なくとも１種と有機ビヒクルとを混合してなるものである。ここで、金属としては、先に説明したように、適当な比抵抗及び融点を示すとともに、酸化し難い金属を用いることが好ましい。
【００２８】
有機ビヒクルは、金属の粉末をペースト化させる役割を有し、この種のペーストに用いられるものがいずれも使用可能である。有機ビヒクルは、バインダを有機溶剤中に溶解することによって調製されるものである。バインダとしては、特に限定されず、例えば、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等、各種バインダから適宜選択すればよい。有機溶剤も限定されず、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等、各種有機溶剤から適宜選択すればよい。さらに、可溶体ペーストの物性を調節するために、分散剤等の各種添加剤を加えてもよい。
【００２９】
なお、前記基板２には、キャビティ４に対応して凹部２ａを形成する必要があるが、グリーンシートの段階で当該凹部２ａが予め形成されていると、前記可溶体５となる印刷パターンを形成するに際して支障をきたす。そこで、基板２となるグリーンシートに予め凹部２ａに対応する凹部を形成する場合には、これを炭素材料等により埋めておき、この上に前記印刷パターンを形成すればよい。炭素材料は、後述の焼成工程において消失するので、焼成後には前記凹部２ａを形成することが可能である。
【００３０】
一方、前記基板３については、これに対応するグリーンシートを用意し、これを前記基板２に対応するグリーンシート上に重ね合わせるが、この基板３に対応するグリーンシートにも、凹部３ａに対応して凹部を形成する必要がある。この凹部についても、先の基板２に対応するグリーンシートの凹部と同様、炭素材料等、焼成により消失する材料で埋めておいてもよい。
【００３１】
また、いずれの基板２、３に対応するグリーンシートにおいても、前記凹部の底面に予め熱反射体８を設けておく必要がある。この熱反射体８は、前記凹部の形成の後、ここに薄膜法により金属膜を形成し、不要部分を除去することにより形成してもよいし、グリーンシートを積層構造とし、凹部に臨むように熱反射体８を構成する層を介在させてもよい。あるいは、凹部の底面に別途形成した金属板を嵌め込むことも可能である。
【００３２】
次に、基板２に対応するグリーンシート上に基板３に対応するグリーンシートを重ね合わせ、焼成工程を実施する。焼成工程では、印刷形成された可溶体ペーストを酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、可溶体ペースト中のバインダを除去するとともに、可溶体を構成するための金属を焼き固めるための工程である。可溶体ペーストに含ませる金属の種類によるが、酸素含有雰囲気で熱処理を施すことにより、可溶体ペースト中の金属が焼結し、可溶体５が形成される。
【００３３】
ここで、焼成する時の雰囲気は、酸素を含有する雰囲気であれば特に限定されず、例えば大気雰囲気とすればよい。また、焼成工程における熱処理温度は、用いる金属の種類に応じて適宜決定すればよいが、熱処理温度が高すぎると、金属が溶融して可溶体の形状を維持できなくなるおそれがある。したがって、ここでの熱処理温度は金属の融点より低温とすることが好ましい。また、熱反射体あるいは可溶体のいずれかに酸化し易い金属、例えば、Ｎｉ、Ｃｕ等を用いる場合は、窒素中、もしくは、窒素−水素を混合した還元雰囲気中で焼成すればよい。
【００３４】
次に、電極６、７を形成するが、例えば電極６、７を厚膜で形成する場合には、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃｕ等を含有する導電ペーストを印刷し、焼成すればよい。あるいは、Ａｇ熱硬化性導電性樹脂等により形成する場合には、基板２、３の両端部分にディッピングし、熱硬化させればよい。さらに、電極６、７は前記焼成工程前に形成してもよく、この場合には電極６、７の焼成と可溶体５の焼成とを同時に行うことができる。
【００３５】
以上によりチップ型ヒューズ素子１が形成されるが、このチップ型ヒューズ素子１では、可溶体５と対向して熱反射板８が設けられているので、可溶体５で生じたジュール熱を無駄なく可溶体５の溶断に利用することができる。したがって、定格電流を超える過電流が流れた際に、速やかに可溶体５を溶断することができ、小型で低コストであるという利点を活かしながら、即断性に優れたチップ型ヒューズ素子を実現することが可能である。特に、可溶体５を印刷法により形成する場合には、その厚さや幅、使用する溶断材料等に制約があることから、前記熱反射体８による即断性の改善は、その実用化に極めて有用である。
【００３６】
以上、本発明を適用したチップ型ヒューズ素子について説明してきたが、本発明がこの実施形態に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、図６及び図７に示すように、下側の基板２に凹部を形成せず、その表面を平坦面として可溶体５を形成し、この上に重ねる基板３にのみ凹部３ａを形成して、キャビティ４を構成するようにしてもよい。この場合にも、上側の基板３の凹部３ａの底面に熱反射体８を配することで、同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、前記図６及び図７に示す構造を採用した場合には、基板２と可溶体５の間に蓄熱層を介在させたり、可溶体５を覆って保護層を形成することも可能である。蓄熱層５を構成する材料としては特に限定されないが、低い熱伝導性を示す材料を用いることが好ましく、例えば樹脂やガラス等を挙げることができる。蓄熱層は、多孔質構造とすることもできる。前記のような蓄熱層を形成することにより、前記熱反射体８の効果と相俟って、さらに効率的に可溶体５で発生するジュール熱を可溶体５の溶断に利用することができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【００３９】
＜チップ型ヒューズ素子の作製＞
凹部内に炭素材料を埋め込んで平坦化するとともに、凹部の底面に臨むように熱反射体層を積層して基板用のグリーンシートを２枚用意した。そして、一方のグリーンシート上に可溶体ペーストを印刷し、可溶体ペーストパターンを形成した。可溶体ペーストは、溶断材料としてＡｇ粒子を用い、これを有機ビヒクルに分散したものを用いた。その後、前記可溶体ペーストパターンを形成したグリーンシート上に他方のグリーンシートを重ね、焼成工程を行った。その結果、図４に示すように可溶体５の上下に熱反射体８が配されたチップ型ヒューズ素子が得られた。
【００４０】
＜熱反射体の種類による溶断特性の比較検討＞
前記作製方法にしたがい、熱反射体８を構成する金属の種類を変えて、チップ型ヒューズ素子を複数種類作製し、その溶断特性を比較した。熱反射体８を構成する金属としては、Ａｇ（実施例１）、Ｃｕ（実施例２）、Ａｕ（実施例３）、Ｐｔ（実施例４）、Ｐｄ（実施例５）、Ｎｉ（実施例６）、及び８０Ａｇ−２０Ｐｄ（実施例７）である。また、熱反射体を設けないチップ型ヒューズ素子も作製し、これを比較例とした。これら実施例及び比較例について、定格電流を超える過電流を通電し、溶断時間を調べた。結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2006339106.tif 000003
【００４２】
表１から明らかなように、熱反射体を設けることにより、溶断時間が大幅に改善されていることがわかる。したがって、本発明を適用することにより、即断性に優れたチップ型ヒューズ素子を実現することが可能であり、その効果は非常に大である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を適用したチップ型ヒューズ素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示すチップ型ヒューズ素子の概略平面図である。
【図３】熱反射体の配置状態の一例を示す模式図である。
【図４】図３のｘ−ｘ線における断面を示す模式図である。
【図５】熱反射体を上下にのみ対向させた例を示す断面模式図である。
【図６】チップ型ヒューズ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図７】図６のｙ−ｙ線における要部概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  チップ型ヒューズ素子、２，３  基板、４  キャビティ、５  可溶体、６，７  電極、８  熱反射体
【図１】
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【図２】
2006339106.tif 000005
【図３】
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【図４】
2006339106.tif 000007
【図５】
2006339106.tif 000008
【図６】
2006339106.tif 000009
【図７】
2006339106.tif 000010