(57)【要約】【課題】本発明は、定格電流を高くすることができる回路保護素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の回路保護素子は、絶縁基板１１と、前記絶縁基板１１の両端部に設けられた一対の上面電極１２と、前記一対の上面電極１２を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極１２と電気的に接続されたエレメント部１３と、前記エレメント部１３と前記絶縁基板１１との間に設けられたガラスを主成分とする下地層１４と、前記エレメント部１３に形成された溶断部１５とを備え、前記エレメント部１３をガラスを含有する金属ペーストを印刷したもので構成したものである。【選択図】図１
2015176708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、前記一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、前記エレメント部と前記絶縁基板との間に設けられたガラスを主成分とする下地層とを備え、前記エレメント部をガラスを含有する金属ペーストを印刷したもので構成した回路保護素子。
【請求項２】
前記下地層にセラミック粉末からなるフィラーを含有させた請求項１に記載の回路保護素子。
【請求項３】
前記下地層を、第１の領域と、第１の領域より上方に位置する第２の領域とで構成し、前記第２の領域のフィラーの密度を前記第１の領域のフィラーの密度より低くした請求項１に記載の回路保護素子。
【請求項４】
請求項１記載の回路保護素において、前記下地層と前記エレメント部を同時に焼成するようにした回路保護素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の回路保護素子は、図２に示すように、絶縁基板１と、この絶縁基板１の両端部に設けられた一対の上面電極２と、この一対の上面電極２を橋絡するエレメント部３と、このエレメント部３と前記絶縁基板１との間に形成されたガラスを含有する下地層４と、絶縁基板１の両端部に形成されかつ前記エレメント部３の上面と接続された端面電極５と、前記エレメント部３を保護する絶縁層６とを備えていた。また、エレメント部３は、金属と有機化合物からなる金属レジネートを印刷、焼成して形成するようにし、そして、その膜厚は２〜５μｍとなっていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−８２０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成においては、エレメント部３を金属レジネートで形成しているため、焼成によって有機成分の残存量が少なくなって金属リッチとなり、これにより、エレメント部３の厚みを厚くすることが困難になるため、定格電流を高くすることができないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するもので、定格電流を高くすることができる回路保護素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、絶縁基板と、前記絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、前記一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、前記エレメント部と前記絶縁基板との間に設けられたガラスを主成分とする下地層とを備え、前記エレメント部をガラスを含有する金属ペーストを印刷したもので構成したもので、この構成によれば、エレメント部の厚みを容易に厚くすることができるため、定格電流を高くすることが可能となり、さらに、下地層とエレメント部の両方にガラスが含まれているため、下地層とエレメント部の密着性を向上させることができるという作用効果が得られるものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明の回路保護素子は、エレメント部をガラスを含有する金属ペーストを印刷したもので構成しているため、エレメント部の厚みを容易に厚くすることができ、これにより、定格電流を高くすることが可能となり、さらに、下地層とエレメント部の両方にガラスが含まれているため、下地層とエレメント部の密着性を向上させることができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図
【図２】従来の回路保護素子の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図を示したもので、この図１に示すように、本発明の一実施の形態における回路保護素子は、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の上面の両端部に設けられた一対の上面電極１２と、この一対の上面電極１２を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極１２と電気的に接続されたエレメント部１３と、このエレメント部１３と前記絶縁基板１１との間に設けられた下地層１４と、前記下地層１４の上面に位置するエレメント部１３に形成された溶断部１５とを備えた構成において、エレメント部１３をガラスを含有する金属の厚膜で構成している。
【００１１】
また、絶縁基板１１の両端部にはエレメント部１３の一部に重なるように銀系の材料からなる端面電極層１６が形成されており、かつこの端面電極層１６の表面にはめっき膜（図示せず）が形成される。さらに、少なくとも溶断部１５を覆うようにエレメント部１３上に、シリコン樹脂からなる絶縁層１７が設けられている。
【００１２】
上記構成において、前記絶縁基板１１は、その形状が方形状であり、そしてＡｌ2Ｏ3を５５％〜９６％含有するアルミナで構成されている。
【００１３】
また、前記一対の上面電極１２は、絶縁基板１１の上面の両端部に設けられ、かつＡｇ等を印刷することによって形成されている。
【００１４】
そしてまた、前記エレメント部１３は、絶縁基板１１の少なくとも一部を覆うように形成し、下地層１４および一対の上面電極１２の上面に位置して設けられている。このエレメント部１３は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕなどの金属にＳｉＯ2等からなるガラスを含有する金属ペーストを印刷、焼成することによって構成する。なお、金属ペースト中のガラスの割合は、１〜５重量％である。
【００１５】
また、前記エレメント部１３の中心部には、レーザによってトリミング溝１８が２ヶ所、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かって形成されているもので、そしてこの２つのトリミング溝１８で囲まれた領域が、過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部１５となっている。なお、溶断部１５は、エレメント部１３をパターンニングすることによって形成してもよい。
【００１６】
そしてまた、前記下地層１４は絶縁基板１１の上面の中央部に設けられており、かつこの下地層１４は前記一対の上面電極１２間に位置するエレメント部１３と絶縁基板１１との間に設けられている。また、この下地層１４は、ＳｉＯ2等からなるガラスを主成分としている。
【００１７】
次に、本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法について説明する。
【００１８】
図１において、まず、Ａｌ2Ｏ3を５５％〜９６％含有するアルミナで構成された絶縁基板１１の上面の両端部に、銀ペーストまたは銀を主成分とする銀パラジウム合金導体ペーストを印刷し、約８５０℃で焼成することにより一対の上面電極１２を形成する。
【００１９】
次に、絶縁基板１１の中央部に、ＳｉＯ2等からなるガラスを主成分とするペーストを印刷して下地層１４を形成する。このとき、下地層１４は焼成せず、乾燥させる。
【００２０】
次に、下地層１４および一対の上面電極１２の上面にエレメント部１３を形成する。この場合、エレメント部１３は一対の上面電極１２間を橋絡して一対の上面電極１２と電気的に接続されるように構成する。
【００２１】
そして、このエレメント部１３は、まず、銀、アルミニウム、銅などの金属にＳｉＯ2等からなるガラスを含有する金属ペーストを印刷し、その後、乾燥状態の下地層１４と同時に約８５０℃で焼成する。このように両者を一括で焼成することによって生産性を向上させることができ、さらに、下地層１４のガラスとエレメント部１３のガラスが溶融して互いに密着し易くなるため、下地層１４とエレメント部１３の密着性を向上させることができる。この場合、下地層１４のガラスとエレメント部１３のガラスを同一材料とするのが好ましい。
【００２２】
次に、下地層１４の上面におけるエレメント部１３の中心部の２ヶ所を、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削してトリミング溝１８を形成することにより、この２つのトリミング溝１８で囲まれた領域に、過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部１５を設ける。
【００２３】
次に、シリコン等の樹脂を少なくとも溶断部１５を覆うようにエレメント部１３上に形成し、絶縁層１７を設ける。
【００２４】
次に、絶縁基板１１の両端部においてエレメント部１３の一部と重なるように樹脂銀ペーストを塗布して硬化させることにより端面電極層１６を形成する。なお、この端面電極層１６はスパッタ等の薄膜プロセスによって形成してもよい。
【００２５】
最後に、前記端面電極層１６に、ニッケルと錫の２層構造からなるめっき膜（図示せず）を形成して、本発明の一実施の形態における回路保護素子を製造するものである。
【００２６】
上記した本発明の一実施の形態においては、エレメント部１３をガラスを含有する金属ペーストを印刷したもので構成しているため、エレメント部１３の厚みを容易に厚くすることができ、これにより、定格電流を高くすることが可能となるという効果が得られるものである。
【００２７】
すなわち、エレメント部１３を金属レジネートで形成すると、エレメント部１３の厚みを厚くすることが困難であるため、高電流が印加されると溶断してしまう可能性があり、定格電流を高くすることができないが、本発明のように、エレメント部１３をガラスを含有する金属の厚膜で構成すれば、エレメント部１３の厚みを厚くすることができるため、高電流が印加されても溶断しにくくなり、定格電流を高くすることができる。
【００２８】
さらに、下地層１４とエレメント部１３の両方にガラスが含まれているため、下地層１４とエレメント部１３の密着性を向上させることができる。
【００２９】
なお、下地層１４にセラミック粉末からなる粒径が約１０μｍのフィラーを含有させれば、下地層１４の収縮率が高くならないため、エレメント部１３の収縮率に下地層１４の収縮率を近づけることが可能になり、これにより、焼成時にエレメント部１３と下地層１４の界面に隙間ができるのを防止できる。
【００３０】
そして、このフィラーとして内部が中空のシリカで構成するのが好ましい。このように、フィラーの内部に空気が含まれるようにすれば、熱伝導率が非常に低くなり、さらにガラスも熱伝導率が低いため、エレメント部１３の熱が絶縁基板１１内へ拡散するのを抑制することができる。したがって、下地層１４を断熱層として使用できるため、耐インラッシュ性を向上させるためにエレメント部１３の断面積を大きくしても、エレメント部１３で発生した熱をエレメント部１３内に蓄熱することができ、これにより、過電流が流れた際にはエレメント部１３を速く溶融させることができるため、耐インラッシュ性と速断性を両立させることができる。このとき、内部が中空のセラミックスを下地層１４に混合させているため、下地層１４は所定の空隙率を有する。
【００３１】
なお、フィラーの主成分は、非晶質のセラミックスであれば、シリカ以外の例えばアルミナを用いることができるが、上記したように耐インラッシュ性と速断性を両立させるためには、フィラーの熱伝導率を低くする必要があるため、主成分をシリカとするのが好ましい。
【００３２】
さらに、この下地層１４を、第１の領域１４ａと、第１の領域１４ａより上方に位置する第２の領域１４ｂとで構成し、第２の領域１４ｂのフィラーの密度を第１の領域１４ａのフィラーの密度より低くしてもよい。
【００３３】
このとき、第１の領域１４ａと第２の領域１４ｂとを層状にしてもよいし、フィラーの密度が下地層１４の下面から上面に向かって徐々に低くなるようにしてもよい。
【００３４】
ここで、フィラーの密度が高いと、中空の量が多くなって、空隙率が大きくなり、フィラーの密度が低いと、中空の量が少なくなって、空隙率が小さくなる。
【００３５】
また、この下地層１４は、フィラーの混合割合を１０〜９０体積％とし、さらに、このフィラーの混合割合は第１の領域１４ａでは３０体積％以上とし、第２の領域１４ｂでは７０体積％以下とするのが特に好ましい。ここで、第１の領域１４ａでのフィラーの混合割合が３０体積％より小さいと、下地層１４の内部の空気が少なくなるため、エレメント部１３で発生した発熱が、絶縁基板１１に逃げ易くなる可能性があり、これにより、速断性が劣化（低下）する場合がある。また、第２の領域１４ｂでのフィラーの混合割合が７０体積％より大きいと、その表面の凹凸が大きくなるため、エレメント部１３が形成できない可能性が生じる。
【００３６】
さらに、第２の領域１４ｂのフィラーの密度は第１の領域１４ａのフィラーの密度より低くなっているため、下地層１４が絶縁基板１１の側面に露出して、外部の大気中の水分やガス等が下地層１４に浸入しても、フィラーの密度が低い（空隙率が小さい）第２の領域１４ｂがエレメント部１３と直接接しているため、大気中の水分やガスがエレメント部１３まで達するのを第２の領域１４ｂで阻止することができ、これにより、エレメント部１３の劣化を防止することができる。
【００３７】
また、第２の領域１４ｂは、第１の領域１４ａよりフィラーの密度が低いため、第２の領域１４ｂの熱伝導率は、第１の領域１４ａの熱伝導率よりは高い。したがって、定格電流が印加された場合、発生した熱は拡散され易くなる。
【００３８】
なお、下地層１４にガラスとセラミック（シリカ、アルミナ）が含まれていることから、アルミナからなる絶縁基板１１と下地層１４との密着性が向上する。そして、第１の領域１４ａのフィラーの密度が高いため、絶縁基板１１との密着性をより向上させることができる。
【００３９】
特に、第２の領域１４ｂにフィラーが混合されていないガラスを用いれば、過電流が印加されてエレメント部１３が溶融、断線したとき、エレメント部１３の断線後の絶縁抵抗が向上し、かつアークの発生が抑制される。これは、エレメント部１３の溶断部１５が溶断する時にガラスも同時に溶融するため、溶断した溶断部１５の切断距離を長くすることができ、これにより、エレメント部１３が再度電気的に接続することを防止できるため、回路保護素子に電流が流れなくなり、そして、高電圧が印加されてもアークが発生しにくくなるからである。一方、フィラーが混合された下地層１４に直接エレメント部１３が接している場合は、溶融するガラスの量がフィラーの分だけ少なくなり、エレメント部１３の切断距離が短くなって、絶縁抵抗が悪化しアークが発生する恐れがある。
【００４０】
そして、上記した本発明の一実施の形態においては、回路保護素子について説明したが、溶断特性の安定化が要求されるヒューズ抵抗等の他の電子部品にも本発明は適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る回路保護素子およびその製造方法は、定格電流を高くすることができるという効果を有するものであり、特に過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１１  絶縁基板
１２  上面電極
１３  エレメント部
１４  下地層
【図１】
2015176708.tif 000003
【図２】
2015176708.tif 000004