(57)【要約】【課題】作動特性の向上に寄与することが可能な、電流ヒューズ、並びに電流ヒューズパッケージを提供することを目的とする。【解決手段】基板と、前記基板上に設けられる一対の電極と、前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントと、を備えた電流ヒューズであって、前記基板は、上面が上方に突出する一対の凸部が設けられており、前記一対の凸部間を塞ぐように前記温度ヒューズエレメントが配設されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられる一対の電極と、
前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントと、を備えた電流ヒューズであって、
前記基板は、上面が上方に突出する一対の凸部が設けられており、前記一対の凸部間を塞ぐように前記温度ヒューズエレメントが配設されることを特徴とする電流ヒューズ。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に設けられる一対の電極と、
前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントと、を備えた電流ヒューズであって、
前記基板は、前記一対の電極の間に凹部が設けられるとともに、さらに、前記凹部には、前記一対の電極の一方から他方にかけて溝部が設けられており、
前記溝部を塞ぐように前記温度ヒューズエレメントが配設されることを特徴とする電流ヒューズ。
【請求項３】
請求項２に記載の電流ヒューズであって、
前記一対の電極は、前記溝部内にまで延在されるとともに、前記一対の電極は前記溝部内で間を空けて設けられることを特徴とする電流ヒューズ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電流ヒューズであって、
前記温度ヒューズエレメントが設けられる領域には、一端が前記一対の電極の一方と接続され、他端が前記一対の電極の他方と間を空けて配置される発熱抵抗体を、更に備えたことを特徴とする電流ヒューズ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電流ヒューズであって、
前記温度ヒューズエレメントは、フラックスで被覆されていることを特徴とする電流ヒューズ。
【請求項６】
基板と、
前記基板上に設けられる一対の電極と、
前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントを実装する実装面と、を備えた電流ヒューズパッケージであって、
前記基板は、上面が上方に突出する一対の凸部が設けられており、前記一対の凸部間に前記実装面が位置することを特徴とする電流ヒューズパッケージ。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に設けられる一対の電極と、
前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントを実装する実装面と、を備えた電流ヒューズパッケージであって、
前記基板は、前記一対の電極の間に凹部が設けられるとともに、さらに、前記凹部には、前記一対の電極の一方から他方にかけて溝部が設けられており、
前記溝部に前記実装面が位置することを特徴とする電流ヒューズパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流ヒューズ、並びに電流ヒューズパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電流ヒューズの作動特性を向上させる開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。電流ヒューズは、基板上に設けられる温度ヒューズエレメントの溶断する温度を制御する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電流ヒューズの開発において、温度ヒューズエレメントの溶断する温度を所望の温度に近づける技術が求められている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作動特性の向上に寄与することが可能な電流ヒューズ、並びに電流ヒューズパッケージ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】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る電流ヒューズは、基板と、前記基板上に設けられる一対の電極と、前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントと、を備えた電流ヒューズであって、前記基板は、上面が上方に突出する一対の凸部が設けられており、前記一対の凸部間を塞ぐように前記温度ヒューズエレメントが配設されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の一実施形態に係る電流ヒューズは、基板と、前記基板上に設けられる一対の電極と、前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントと、を備えた電流ヒューズであって、前記基板は、前記一対の電極の間に凹部が設けられるとともに、さらに、前記凹部には、前記一対の電極の一方から他方にかけて溝部が設けられており、前記溝部を塞ぐように前記温度ヒューズエレメントが配設されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る電流ヒューズパッケージは、基板と、前記基板上に設けられる一対の電極と、前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントを実装する実装面と、を備えた電流ヒューズパッケージであって、前記基板は、上面が上方に突出する一対の凸部が設けられており、前記一対の凸部間に前記実装面が位置することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る電流ヒューズパッケージは、基板と、前記基板上に設けられる一対の電極と、前記基板上に設けられ、一端が前記一対の電極の一方と接続されるとともに、他端が前記一対の電極の他方と接続される温度ヒューズエレメントを実装する実装面と、を備えた電流ヒューズパッケージであって、前記基板は、前記一対の電極の間に凹部が設けられるとともに、さらに、前記凹部には、前記一対の電極の一方から他方にかけて溝部が設けられており、前記溝部に前記実装面が位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、作動特性の向上に寄与することが可能な電流ヒューズ、並びに電流ヒューズパッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る電流ヒューズの概観を示す斜視図である。
【図２】図１の電流ヒューズからフラックスを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図３】図１の電流ヒューズからフラックス及び温度ヒューズエレメントを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ’に沿った電流ヒューズの断面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ’に沿った電流ヒューズの断面図である。
【図６】発熱抵抗体の概観を示す斜視図である。
【図７】一変形例に係る電流ヒューズの概観を示す斜視図である。
【図８】図７のＺ−Ｚ’に沿った電流ヒューズの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電流ヒューズの実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものとする。
【００１３】
＜電流ヒューズの構成＞
本実施形態の電流ヒューズは、回路保護素子として用いるものであって、特定の回路に異常検出器とともに組み込むものである。そして、回路の異常発生時に、電流ヒューズに過電流が流れ、その熱に起因して電流ヒューズの温度ヒューズエレメントが溶断することで、回路の動作を緊急停止させるものである。
【００１４】
本実施形態に係る抵抗温度ヒューズ１は、基板２と、基板２上に設けられる一対の電極３と、基板２上に設けられ、一端が一対の電極３の一方と接続されるとともに、他端が一対の電極３の他方と接続される温度ヒューズエレメント４と、を備えている。
【００１５】
また、本実施形態に係る電流ヒューズパッケージは、抵抗温度ヒューズ１から温度ヒューズエレメント４を取り除いたものである。なお、基板２には、温度ヒューズエレメント４を実装する実装面Ｒが設けられており、実装面Ｒは、基板２の上面が上方に突出する一対の凸部２Ａ間に設けられる。
【００１６】
基板２は、その上面が上方に突出する一対の凸部２Ａを有する。基板２は、平面視したときに矩形状に設定されている。基板２は、絶縁性の基板であって、例えば、アルミナ、ムライト又は窒化アルミ等のセラミック材料、或いはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。なお、基板２の凸部２Ａの上面から基板２の下面までの厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。また、基板２の凸部２Ａのみの厚みは、例えば０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。さらに、基板２の熱伝導率は、例えば、１４Ｗ／ｍ・Ｋ以上２００Ｗ／ｍ・Ｋ以下に設定されている。
【００１７】
一対の凸部２Ａは、それぞれ矩形状に設定されている。そして、一対の凸部２Ａは、基板２上に並んで配列されており、両者の間は一定になるように配置されている。ここで、両者の間が一定とは、平面視したときに、一対の凸部２Ａの一方の内壁面から一対の凸部２Ａの他方の内壁面までの間の長さが、例えば２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されており、誤差が０．０５ｍｍ以下になっている状態をいう。
【００１８】
また、一対の凸部２Ａで挟まれる領域の深さは、一定の深さに設定されている。ここで、一定の深さに設定されているとは、凸部２Ａの上面の高さ位置から、一対の凸部２Ａで挟まる領域の高さ位置までが、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されており、誤差が０．０５ｍｍ以下になっている状態をいう。
【００１９】
基板２の上面には、温度ヒューズエレメント４を実装したときに、温度ヒューズエレメントと電気的に接続される一対の電極層３が形成されている。また、一対の電極層３は、基板２の上面の上方に突出している領域には形成されない。
【００２０】
また、一対の電極層３のそれぞれの一部は、基板２の上面から基板２の側面を介して基板２の下面にわたって形成されている。本実施形態では、電極層３は、温度ヒューズエレメント４が溶断したときに、一対の電極層３が電気的にオープンになるように形成されている。
【００２１】
電極層３は、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀、金又はアルミニウム等の金属材料、或いはそれらの合金、或いはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、或いはそれらの材料の複合層からなる。
【００２２】
電極層３の一部３Ａは、図４に示すように、温度ヒューズエレメント４が設けられる領域にまで延在されている。電極層３の一部３Ａの幅は、一対の凸部２Ａの一方の内壁面から一対の凸部２Ａの他方の内壁面までの間の長さに対応している。当該幅の長さは、例えば０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されている。
【００２３】
また、電極層３の一部３Ａの幅は、一対の凸部２Ａ間以外に設けられる電極層３の幅よりも小さく設定されている。電流ヒューズ１は、一対の電極層３同士の間には、温度ヒューズエレメント４を介して電流が流れる。一対の電極層３同士の間に電流が流れるときに、電極層３の幅が小さい箇所に流れるときに、当該箇所は電気抵抗値が大きいため、電流の一部が熱に変換されて発熱する。その結果、一対の凸部２Ａ間にて、発熱量を多くし、温度ヒューズエレメント４を溶断しやすくすることができる。
【００２４】
また、温度ヒューズエレメント４が設けられる領域には、一端が一対の電極３の一方と接続され、他端が一対の電極３の他方と間を空けて配置される発熱抵抗体５が設けられている。なお、図６は、発熱抵抗体５の概観斜視図である。
【００２５】
温度ヒューズエレメント４に発熱した温度を伝えて、温度ヒューズエレメント４を溶断するものである。発熱抵抗体５は、平面透視して温度ヒューズエレメント４と重なる領域であって、温度ヒューズエレメント４と基板２の上面との間に設けられている。
【００２６】
発熱抵抗体５は、一端が一対の電極層３の一方と接続され、他端が一対の電極層３と間を開けて設けられている。発熱抵抗体５は、所要の発熱量を確保するための抵抗値を有しており、その抵抗値確保方法の例示として、そのパターン形状は一対の凸部２Ａの間にて何度も折れ曲がって形成されている。そして、発熱抵抗体５の幅は、一対の凸部２Ａの間に形成される電極層３の一部３Ａの幅よりも小さく設定されている。発熱抵抗体５の幅を電極層３の一部３Ａの幅よりも小さくすることで、発熱抵抗体５の電気抵抗を大きくし、発熱抵抗体５部分にて発生するジュール熱の制御を容易にすることができる。
【００２７】
発熱抵抗体５には、電流ヒューズとともに回路に組込まれた異常検出器による回路の異常検出によって、電極層３を介して発熱抵抗体５に通電する。そして、発熱抵抗体５の電気抵抗が大きいために、発熱抵抗体５の温度が上昇する。さらに、その温度が、温度ヒューズエレメント４に伝わり、温度ヒューズエレメント４が所定温度以上になると溶断する。なお、発熱抵抗体５は、例えば、タングステン又はプラチナ等の材料から成る。
【００２８】
温度ヒューズエレメント４は、基板の上面が上方に突出する一対の凸部２Ａ間を塞ぐように配設される。温度ヒューズエレメント４は、特定の温度以上になると溶断するものである。温度ヒューズエレメント４は、例えば、インジウム、ビスマス又は錫等の低融点導電材料、或いはこれらの混合材料からなる。また、温度ヒューズエレメント４の溶断する融点は、例えば、８０℃以上１８０℃以下に設定されている。
【００２９】
温度ヒューズエレメント４は、両端が一対の電極層３と電気的に接続される。また、温度ヒューズエレメント４の一部は、発熱抵抗体５と電気的に接続される。温度ヒューズエレメント４は、平面視して矩形状に形成される。また、温度ヒューズエレメント４は、一対の凸部２Ａの間から食み出さないように設けられている。その結果、温度ヒューズエレメント４の厚みを所定の厚みに調整することができる。なお、温度ヒューズエレメント４の厚みは、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定される。
【００３０】
また、温度ヒューズエレメント４が配設されている箇所は、平面視して一対の凸部２Ａの一方の内壁面と一対の凸部２Ａの他方の内壁面との間の長さを一定に調整されている。そして、温度ヒューズエレメント４は、直方体になるように設定される。その結果、平面視したときの温度ヒューズエレメント４の幅を所定の幅に調整することができる。なお、温度ヒューズエレメント４の幅は、例えば０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定される。
【００３１】
一対の電極層３間に、温度ヒューズエレメント４を介して電流が流れるが、温度ヒューズエレメント４の形状を直方体になるように調整したことで、温度ヒューズエレメント４に流れる電流のばらつきを抑制することができる。そして、温度ヒューズエレメント４の形状を調整することで、温度ヒューズエレメント４の熱容量を、温度ヒューズエレメント４の一端から他端までの間で一定値に近づけることができる。
【００３２】
温度ヒューズエレメント４の単位面積あたりの熱容量を一定値に近づけ、単位面積あたりの熱容量のばらつきを低減することができる。その結果、温度ヒューズエレメント４に電流が流れ、その電流に基づいて発生する熱が、温度ヒューズエレメント４に一様に伝わるようにすることができる。
【００３３】
仮に、温度ヒューズエレメント４の単位面積あたりの熱容量が、温度ヒューズエレメント４内で大きく異なる場合は、熱容量の小さい箇所では温度上昇が大きくなるため、温度ヒューズエレメント４の特定箇所に熱が集中しやすくなる。温度ヒューズエレメント４は、熱が集中する箇所は、温度ヒューズエレメント４が溶け出し、その箇所を中心に温度ヒューズエレメント４が溶断する。そのため、温度ヒューズ１を組み込んだ外部回路が、正常に動作している状態であっても、温度ヒューズエレメント４が溶断し、外部回路が誤って誤動作を起こす虞がある。
【００３４】
そこで、温度ヒューズエレメント４内に電流集中が起き難いように、温度ヒューズエレメント４の形状を矩形状にする。そして、温度ヒューズエレメント４の単位面積あたりの熱容量を一定にし、温度ヒューズエレメント４の特定箇所に熱が集中するのを抑制することができる。
【００３５】
温度ヒューズエレメント４は、フラックス６で被覆されている。フラックス６は、熱伝導性の優れた材料であって、例えば、松脂をテレピン油に溶かしてペースト状にしたもの、或いは塩化亜鉛等の材料から成る。フラックス６は、温度ヒューズエレメント４に発熱抵抗体５の温度を伝えやすくするものである。そして、発熱抵抗体５の温度と温度ヒューズエレメント４の温度差を小さくすることができる。
【００３６】
温度ヒューズエレメントは、厚みが略一定に形成されないと、厚みが薄い箇所が溶断しやすくなる。また、温度ヒューズエレメントは、幅が略一定に形成されないと、幅が小さい箇所が溶断しやすくなる。そのため、電流ヒューズ１に設けられる温度ヒューズエレメント４の形状を直方体に設定し、厚み及び幅を略一定に近づけるようにする。本実施形態では、一対の凸部２Ａ同士の間を所望する形状に設定し、この一対の凸部２Ａ同士の間に、温度ヒューズエレメント４を充填固化することで、直方体の温度ヒューズエレメント４を形成することができる。その結果、発熱抵抗体５から温度ヒューズエレメント４に伝わる熱が、温度ヒューズエレメント４に略均一に伝わるように設定することで、温度ヒューズエレメント４の単位面積あたりの熱容量の差異を低減し、温度ヒューズエレメント４に熱が集中するのを抑制することができる。
【００３７】
上述したように、本実施形態によれば、機器に組み込んだ電流ヒューズ１は、温度ヒューズエレメント４の特定箇所に熱が集中するのを抑制することで、温度ヒューズエレメント４の溶断特性を良好にすることができる。その結果、所望する温度で温度ヒューズエレメント４を溶断することができ、電流ヒューズ１の作動特性を向上させることができる。
【００３８】
また、本実施形態では、一対の凸部２Ａの間に温度ヒューズエレメント４を設けているため、温度ヒューズエレメント４が溶断した材料が、一以の凸部２Ａの間から電極層３上に漏れ出して、電極層３上にて再度固化するように調整することができる。ここで、電極層３上にて漏れ出した温度ヒューズエレメント４が固化するのは、発熱抵抗体５が存在する一対の凸部２Ａ内の領域に比べて、一対の凸部２Ａ外の領域の方が、低温であるため固化しやすい。その結果、溶け出した温度ヒューズエレメント４が、外部機器に被着するのを抑制することができ、外部機器の誤作動の虞を低減することができる。
【００３９】
なお、本発明は上述の形態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種々の変更、改良等が可能である。以下、本実施形態の変形例について説明する。なお、本実施形態の変形例に係る電流ヒューズのうち、本実施形態に係る電流ヒューズと同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００４０】
＜変形例＞
図７は、一変形例に係る電流ヒューズの概観斜視図である。図７では、電流ヒューズからフラックスを取り除いた状態を示している。また、図８は、図７のＺ−Ｚ’に沿った電流ヒューズの断面図である。
【００４１】
上述した実施形態では、基板２に設けられる一対の凸部２Ａの間を塞ぐように温度ヒューズエレメント４が配設されていたが、これに限られない。
【００４２】
一変形例に係る電流ヒューズ１は、基板２は、一対の電極３の間に凹部２Ｂが設けられるとともに、さらに、凹部２Ｂには、一対の電極３の一方から他方にかけて溝部２ＢＸが設けられている。そして、温度ヒューズエレメント４は、溝部２ＢＸを塞ぐように配設される。
【００４３】
凹部２Ｂは、一対の電極３の一方の内壁面から一対の電極３の他方の内壁面にかけて設けられている。
【００４４】
凹部２Ｂは、溝部２ＢＸの箇所を除けば、矩形状に設定されている。そして、平面視したときに、一対の電極層３一方の内壁面から一対の電極層３の他方の内壁面までの間の長さが、例えば２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下に設定されており、誤差が０．０５ｍｍ以下になっている状態をいう。
【００４５】
また、凹部２Ｂの深さは、溝部２ＢＸの箇所を除けば一定の深さに設定されている。ここで、一定の深さに設定されているとは、電極層３の上面の高さ位置から、凹部２Ｂの底面の高さ位置までが、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されており、誤差が０．０５ｍｍ以下になっている状態をいう。
【００４６】
溝部２ＢＸは、凹部２Ｂの底面の一部に形成されている。溝部２ＢＸは、平面視して、一対の電極層３の一方の内壁面から一対の電極層３の他方の内壁面にかけて、連続して形成されている。なお、溝部２ＢＸの深さは、凹部２Ｂの溝部２ＢＸが設けられていない領域の高さ位置から、溝部２ＢＸの底面の高さ位置までの長さであって、例えば０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されている。
【００４７】
本変形例の温度ヒューズは、温度ヒューズエレメント４が設けられる領域を、電極層３が形成される領域の高さ位置よりも低くなるように設定することで、電流ヒューズ全体の厚みを小さくすることができ、装置全体の小型化に寄与することができる。
【００４８】
＜電流ヒューズの製造方法＞
ここで、図１に示す電流ヒューズ１の製造方法について説明する。
【００４９】
先ず、基板２を準備する。基板２を構成する材料が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム及び酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤、および溶剤等を添加混合して得た混合物を得る。
【００５０】
そして、基板２の型枠内に、混合物を充填し、型枠から基板２の未焼結体を取り出す。なお、予め、基板２の型枠を、一対の凸部２Ａを有する基板２の形状にすることで、基板２を成型して作製することができる。
【００５１】
また、ニッケル又はモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して高融点金属ペーストを得る。そして、未焼結の状態の基板２の上面に対して、高融点金属ペーストを塗って、一対の電極層３をパターニングする。さらに、基板２の側面及び基板２の下面に対して、金属ペーストを塗って、電極層３をパターニングすることができる。
【００５２】
また、タングステン又はプラチナ等の高抵抗金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して高抵抗金属ペーストを得る。基板２の一対の凸部２Ａの間の所定箇所に、高抵抗金属ペーストを塗って、発熱抵抗体５をパターニングする。
【００５３】
次に、電極層３及び発熱抵抗体５をパターニングした基板２を、約１６００度の温度で焼成する。さらに、焼成後の基板２の上面であって、一対の凸部２Ａで挟まれる領域に、例えばスクリーン印刷法を用いて、半田ペーストからなる温度ヒューズエレメント４を充填する。ここで、半田ペーストは、低融点導電材料から構成される。また、温度ヒューズエレメント４は、プリフォーム成形された薄膜を、一対の凸部２Ａに埋め込んで作成してもよい。
【００５４】
そして、温度ヒューズエレメント４と電極層３とを電気的に接続する。また、基板２上に、温度ヒューズエレメント４を被覆するようにフラックス６を形成する。このようにして、電流ヒューズ１を作製することができる。なお、一変形例に係る電流ヒューズについても、本製造方法を用いて作製することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  電流ヒューズ
２  基板
２Ａ  凸部
３  電極
４  温度ヒューズエレメント
５  発熱抵抗体
６  フラックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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