(57)【要約】  チップヒューズの製造方法は、基板（１００）の主面（１０２）上に、金属ナノ粒子が分散された分散液のインク膜（１１０）を形成する液膜形成ステップ（ステップＳ１０２）と、インク膜にレーザ光を照射して、主面（１０２）上にヒューズ膜（１２０）を形成するヒューズ膜形成ステップ（ステップＳ１３８）と、主面（１０２）上のヒューズ膜（１２０）の長手方向の両端側に、ヒューズ膜（１２０）と接続する内部端子（１３０）をそれぞれ形成する内部端子形成ステップ（ステップＳ１４０）と、ヒューズ膜（１２０）の長手方向の中央側を覆うオーバーコート（１４０）を形成する被覆部形成ステップ（ステップＳ１５２）と、内部端子（１３０）と接続する外部端子（１５１、１５２）を形成する第２端子形成ステップ（ステップＳ１５６）と、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に、金属ナノ粒子が分散された分散液の液膜を形成する液膜形成ステップと、  前記液膜にレーザ光を照射して、前記主面上にヒューズ膜を形成するヒューズ膜形成ステップと、  前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に、前記ヒューズ膜と接続する第１端子をそれぞれ形成する第１端子形成ステップと、  前記ヒューズ膜の長手方向の中央側を覆う被覆部を形成する被覆部形成ステップと、  前記第１端子と電気的に接続する第２端子を形成する第２端子形成ステップと、  を有する、チップヒューズの製造方法。
【請求項２】
前記第１端子形成ステップにおいて、前記液膜の前記第１端子に対応する部分に前記レーザ光を照射して、前記第１端子を形成する、  請求項１に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項３】
前記第１端子形成ステップにおいて、前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に、前記長手方向において互いに離隔した複数の第１端子を含む第１端子群を、それぞれ形成する、  請求項１又は２に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項４】
前記被覆部形成ステップにおいて、前記第１端子群のうちの前記長手方向の最も中央側に位置する中央側第１端子も覆うように、前記被覆部を形成し、  前記第２端子形成ステップにおいて、前記第１端子群のうちの前記長手方向の端側に位置する端側第１端子と接続する前記第２端子を形成する、  請求項３に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項５】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記レーザ光を前記液膜に対して一回走査させることで、前記レーザ光のスポット径に対応する幅の、直線状又は曲線状の前記ヒューズ膜を形成する、  請求項１から４のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項６】
前記液膜形成ステップにおいて、前記レーザ光の照射前の前記液膜の第１厚みと、前記レーザ光の照射後の前記ヒューズ膜の前記第１厚みよりも小さい第２厚みとの対応関係に基づいて、前記第１厚みを調整して前記液膜を形成する、  請求項１から５のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項７】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記液膜の厚みに応じて、レーザ照射装置による前記レーザ光の照射速度及び照射強度の少なくとも一方を調整して、前記液膜に前記レーザ光を照射する、  請求項１から６のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項８】
前記基板は、前記ヒューズ膜が複数形成される集合基板であり、  前記複数のヒューズ膜の前記集合基板上の形成位置を調整するための位置調整マークを、前記液膜にレーザ光を照射して形成するマーク形成ステップを更に有し、  前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、形成された前記位置調整マークの位置に基づいて、前記複数のヒューズ膜をそれぞれ形成する、  請求項１から７のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項９】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、レーザ照射装置の発振部から発振された前記レーザ光を減衰用の光学フィルターで減衰し、減衰された前記レーザ光を前記液膜に照射する、  請求項１から８のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項１０】
基板と、  前記基板の主面上に設けられたヒューズ膜と、  前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に前記ヒューズ膜と接続するようにそれぞれ設けられ、前記長手方向において互いに離隔した複数の第１端子を含む第１端子群と、  前記ヒューズ膜の前記長手方向の中央側を覆う被覆部と、  前記長手方向の両端側にて、前記第１端子群の一又は複数の前記第１端子とそれぞれ電気的に接続している第２端子と、  を備える、チップヒューズ。
【請求項１１】
前記第１端子群の各第１端子は、前記ヒューズ膜の前記長手方向と交差する交差方向に沿って設けられ、  前記第１端子群の各第１端子の幅は、それぞれ前記ヒューズ膜の幅と同じ大きさである、  請求項１０に記載のチップヒューズ。
【請求項１２】
前記第１端子群の各第１端子の厚みは、それぞれ前記ヒューズ膜の厚みと同じ大きさである、  請求項１０又は１１に記載のチップヒューズ。
【請求項１３】
前記被覆部は、前記第１端子群のうちの前記長手方向において最も中央側に位置する前記第１端子も覆う、  請求項１０から１２のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【請求項１４】
前記ヒューズ膜を溶断させる溶断電流を、前記ヒューズ膜の前記長手方向と直交する断面積で除算した溶断電流密度は、４．０×１０6（A／cm2）以下である、  請求項１０から１３のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【請求項１５】
前記ヒューズ膜の表面積を前記ヒューズ膜の体積で除算した比表面積は、２１（／μm）以下である、  請求項１４に記載のチップヒューズ。
【請求項１６】
前記ヒューズ膜の幅を幅wとし、前記ヒューズ膜の厚みを膜厚tとしたときに、  前記幅wは、３（μm）以上、かつ２０（μm）以下であり、  前記膜厚tは、０．１（μm）以上、かつ３．０（μｍ）以下である、  請求項１５に記載のチップヒューズ。
【請求項１７】
前記基板及び前記被覆部の熱伝導率は、それぞれ０．３（W／m・K）以下である、  請求項１４から１６のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【請求項１８】
前記長手方向の両端側の前記第１端子群のうちの各々中央側に位置する第１端子の間の前記ヒューズ膜の長さは、６００（μm）以上である、  請求項１４から１７のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、チップヒューズの製造方法及びチップヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】  電子機器に故障等で生じた過電流の流入により回路破壊が発生することを防止するためのヒューズが用いられている。近年、装置の小型化に伴って配線板等に表面実装が容易で量産性に優れたチップヒューズが採用されている。チップヒューズでは、例えばセラミック基板等の絶縁基板（以下、単に基板とも呼ぶ）上に金属箔からなるヒューズエレメントが形成されている。【０００３】  チップヒューズにおいては、ヒューズエレメントが溶断する溶断電流を小さくする（例えば１００ｍＡ以下）、すなわち低容量化が要請されている。かかる要請に応えるべく、様々な提案がなされている。【０００４】  例えば、下記の特許文献１には、錫製の芯を銀製の鞘で取り囲んだヒューズが開示されている。また、下記の特許文献２には、銅製のヒューズリンク上に錫をコーティングしたヒューズが開示されている。特許文献１や特許文献２の技術では、ヒューズエレメントが溶断する際に融点の低い錫が先に溶融し銀又は銅に拡散してヒューズエレメントの融点を下げられるので、ヒューズの溶断電流を低下させることが可能となる。【０００５】  また、特許文献３には、シリコーン基板上にヒューズ部を形成し、基板のヒューズ部の直下にエッチングで空洞部を形成する技術が開示されている。空洞部を形成することで基板への熱損失を低下できるので、ヒューズの溶断電流を低下させることが期待されうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５０５１１０号公報
【特許文献２】特表２００９−５０９３０８号公報
【特許文献３】特開２００７−９５５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかし、上記の特許文献１及び特許文献２の技術では、多層構造となるため製造コストが高くなる。また、錫が銀又は銅に不必要に拡散してしまう恐れがある。また、特許文献３の技術では、基板をエッチング加工する工程に多大な工数を要するため、チップヒューズの価格が高くなる恐れがある。【０００８】  また、回路への電源のオン・オフ時に、ラッシュ電流（突入電流とも呼ばれる）が発生することが知られている。このため、チップヒューズとしては、異常な電流が流れた場合には溶断するが、電源のオン・オフ時に発生するラッシュ電流には耐えて溶断しない（別言すれば、耐ラッシュ性が高い）ことが求められる。【０００９】  そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、低容量かつ耐ラッシュ性が高いチップヒューズを低価格で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明の第１の態様においては、基板の主面上に、金属ナノ粒子が分散された分散液の液膜を形成する液膜形成ステップと、前記液膜にレーザ光を照射して、前記主面上にヒューズ膜を形成するヒューズ膜形成ステップと、前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に、前記ヒューズ膜と接続する第１端子をそれぞれ形成する第１端子形成ステップと、前記ヒューズ膜の長手方向の中央側を覆う被覆部を形成する被覆部形成ステップと、前記第１端子と電気的に接続する第２端子を形成する第２端子形成ステップと、を有する、チップヒューズの製造方法を提供する。【００１１】  前記第１端子形成ステップにおいて、前記液膜の前記第１端子に対応する部分に前記レーザ光を照射して、前記第１端子を形成してもよい。【００１２】  前記第１端子形成ステップにおいて、前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に、前記長手方向において互いに離隔した複数の第１端子を含む第１端子群を、それぞれ形成してもよい。【００１３】  前記被覆部形成ステップにおいて、前記第１端子群のうちの前記長手方向の最も中央側に位置する中央側第１端子も覆うように、前記被覆部を形成し、前記第２端子形成ステップにおいて、前記第１端子群のうちの前記長手方向の端側に位置する端側第１端子と接続する前記第２端子を形成してもよい。【００１４】  前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記レーザ光を前記液膜に対して一回走査させることで、前記レーザ光のスポット径に対応する幅の、直線状又は曲線状の前記ヒューズ膜を形成してもよい。【００１５】  前記液膜形成ステップにおいて、前記レーザ光の照射前の前記液膜の第１厚みと、前記レーザ光の照射後の前記ヒューズ膜の前記第１厚みよりも小さい第２厚みとの対応関係に基づいて、前記第１厚みを調整して前記液膜を形成してもよい。【００１６】  前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記液膜の厚みに応じて、レーザ照射装置による前記レーザ光の照射速度及び照射強度の少なくとも一方を調整して、前記液膜に前記レーザ光を照射してもよい。【００１７】  上記チップヒューズの製造方法において、前記基板は、前記ヒューズ膜が複数形成される集合基板であり、前記複数のヒューズ膜の前記集合基板上の形成位置を調整するための位置調整マークを、前記液膜にレーザ光を照射して形成するマーク形成ステップを更に有し、前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、形成された前記位置調整マークの位置に基づいて、前記複数のヒューズ膜をそれぞれ形成してもよい。【００１８】  前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、レーザ照射装置の発振部から発振された前記レーザ光を減衰用の光学フィルターで減衰し、減衰された前記レーザ光を前記液膜に照射してもよい。【００１９】  本発明の第２の態様においては、基板と、前記基板の主面上に設けられたヒューズ膜と、前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に前記ヒューズ膜と接続するようにそれぞれ設けられ、前記長手方向において互いに離隔した複数の第１端子を含む第１端子群と、前記ヒューズ膜の前記長手方向の中央側を覆う被覆部と、前記長手方向の両端側にて、前記第１端子群の一又は複数の前記第１端子とそれぞれ電気的に接続している第２���子と、を備える、チップヒューズを提供する。【００２０】  上記チップヒューズにおいて、前記第１端子群の各第１端子は、前記ヒューズ膜の前記長手方向と交差する交差方向に沿って設けられ、前記第１端子群の各第１端子の幅は、それぞれ前記ヒューズ膜の幅と同じ大きさであってもよい。【００２１】  上記チップヒューズにおいて、前記第１端子群の各第１端子の厚みは、それぞれ前記ヒューズ膜の厚みと同じ大きさであってもよい。【００２２】  上記チップヒューズにおいて、前記被覆部は、前記第１端子群のうちの前記長手方向において最も中央側に位置する前記第１端子も覆ってもよい。【００２３】  上記チップヒューズにおいて、前記ヒューズ膜を溶断させる溶断電流を、前記ヒューズ膜の前記長手方向と直交する断面積で除算した溶断電流密度は、４．０×１０6（A／cm2）以下であってもよい。【００２４】  上記チップヒューズにおいて、前記ヒューズ膜の表面積を前記ヒューズ膜の体積で除算した比表面積は、２１（／μm）以下であってもよい。【００２５】  上記チップヒューズにおいて、前記ヒューズ膜の幅を幅wとし、前記ヒューズ膜の厚みを膜厚tとしたときに、前記幅wは、３（μm）以上、かつ２０（μm）以下であり、前記膜厚tは、０．１（μm）以上、かつ３．０（μｍ）以下であってもよい。【００２６】  上記チップヒューズにおいて、前記基板及び前記被覆部の熱伝導率は、それぞれ０．３（W／m・K）以下であってもよい。【００２７】  上記チップヒューズにおいて、前記長手方向の両端側の前記第１端子群のうちの各々中央側に位置する第１端子の間の前記ヒューズ膜の長さは、６００（μm）以上であってもよい。
【発明の効果】
【００２８】  本発明によれば、低容量かつ耐ラッシュ性が高いチップヒューズを低価格で提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るチップヒューズ１の断面模式図である。
【図２】チップヒューズ１の平面模式図である。
【図３】チップヒューズ１の溶断特性曲線を示すグラフである。
【図４】解析対象のチップヒューズ９００の断面模式図である。
【図５】解析対象のチップヒューズ９００の平面模式図である。
【図６】図５のＩ−Ｉ断面図である。
【図７】実験結果を示すグラフである。
【図８】図７の実験結果から導いた、ヒューズエレメントの長さと最小溶断電流密度との関係を示すグラフである。
【図９】実験結果を示すグラフである。
【図１０】実験結果を示すグラフである。
【図１１】ヒューズエレメント９２０の厚さｔと比表面積ξ１、ξ２、ξ３との関係の一例を示すグラフである。
【図１２】ヒューズエレメント９２０の厚さｔと、最小溶断電流Ｉmin及び通電断面積Ａ０との関係を示すグラフである。
【図１３】ヒューズエレメント９２０の厚さｔと、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）min及び比表面積ξ１との関係を示すグラフである。
【図１４】比表面積ξ１と最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minとの関係を示すグラフである。
【図１５】ヒューズエレメント９２０の幅ｗ、厚さｔ、比表面積ξ１〜ξ３の相関関係を纏めた表である。
【図１６】ｔ／ｗ比と最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minとの関係を纏めた表である。
【図１７】ラッシュ電流と溶断特性曲線との関係を説明するための図である。
【図１８】チップヒューズ１の製造工程を示すフローチャートである。
【図１９】集合基板１００上に形成されたインク膜１１０を示す模式図である。
【図２０】レーザ照射装置２００の構成の一例を示す模式図である。
【図２１】焼成工程の詳細を示すフローチャートである。
【図２２】焼成後の集合基板１００を示す図である。
【図２３】ヒューズ膜１２０に対する内部端子群１３０の形成状態を示す図である。
【図２４】後工程の詳細を示すフローチャートである。
【図２５】サブ組立体１１８上にオーバーコート１４０を形成した状態を示す図である。
【図２６】外部端子１５１、１５２を形成した状態を示す図である
【図２７】オーバーコート１４０への捺印を説明するための図である。
【図２８】焼成前のインク膜の厚さｔ（ｉ）と、焼成後のヒューズ膜の厚さｔとの関係を示すグラフである。
【図２９】レーザ光のスポット径φと、ヒューズ膜１２０の幅ｗとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】  以下では、下記に示す順序で説明を行う。  １．チップヒューズの構成  ２．チップヒューズの溶断特性の理論解析  ３．本願発明に至るまでの検討    ３−１．第１の検討    ３−２．第２の検討    ３−３．第３の検討    ３−４．第４の検討  ４．チップヒューズの製造方法  ５．インク膜の焼成に関する検討  ６．変形例
【００３１】  ＜１．チップヒューズの構成＞  図１及び図２を参照しながら、本発明の一実施形態に係るチップヒューズ１の構成について説明する。  図１は、一実施形態に係るチップヒューズ１の断面模式図である。図２は、チップヒューズ１の平面模式図である。
【００３２】  チップヒューズ１は、電子機器の回路基板等に表面実装され、回路に異常な電流が流れた際に溶断する。チップヒューズ１は、図１及び図２に示すように、支持基板１０と、ヒューズ膜２０と、内部端子群３１、３２と、オーバーコート４０と、外部端子５１、５２とを有する。
【００３３】  支持基板１０は、ヒューズ膜２０や内部端子群３１、３２を支持する基板である。支持基板１０は、例えばポリイミド基板である。支持基板１０の厚さは、約２５０（μｍ）であり、表面粗さＲａは、約０．０５（μｍ）である。また、支持基板１０の熱伝導率は、０．３（W／m・K）以下である。
【００３４】  ヒューズ膜２０は、支持基板１０の主面１２上に設けられている。ヒューズ膜２０は、詳細は後述するが、金属ナノ粒子を含有するインク膜を焼成することで、主面１２上に形成されている。金属ナノ粒子としては、例えば銀ナノ粒子が用いられる。
【００３５】  本実施形態においては、ヒューズ膜２０を溶断させる溶断電流を、ヒューズ膜２０の長手方向と直交する断面積で除算した溶断電流密度は、４．０×１０6（A／cm2）以下である。望ましくは、溶断電流密度が３．５×１０6（A／cm2）以下であることが好ましい。
【００３６】  ヒューズ膜２０の表面積をヒューズ膜２０の体積で除算した比表面積は、２１（／μm）以下である。このために、ヒューズ膜２０の幅wは、３〜２０（μm）であり、厚さtは、０．１〜３．０（μｍ）であることが望ましい。さらに、幅ｗと厚さｔは、０．０１＜t／w≦１の関係が成立する値となることがより望ましい。また、内部端子群３１の内部端子３１ａと内部端子群３２の内部端子３２ａとの間のヒューズ膜２０の長さ（図２に示す長さＬ）は、６００（μm）以上である。  なお、上記の数値範囲の設定は、低容量化と耐ラッシュ性が向上したチップヒューズを実現するためのものであるが、詳細は後述する。
【００３７】  内部端子群３１は、図２に示すように、支持基板１０の主面１２上のヒューズ膜２０の長手方向一端側にヒューズ膜２０と接続するように設けられている。内部端子群３２は、ヒューズ膜２０の長手方向他端側にヒューズ膜２０と接続するように設けられている。内部端子群３１は、長手方向において互いに離隔した複数の内部端子（図２では３つの内部端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を含む。また、内部端子群３１は、３つの内部端子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを接続する内部端子３１ｄ、３１ｅを含む。内部端子群３２も、同様に複数の内部端子（内部端子３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ）を含む。内部端子群３１及び内部端子群３２の構成は同様であるので、ここでは、内部端子群３１を例に挙げて詳細構成を説明する。
【００３８】  内部端子群３１の内部端子３１ａ〜３１ｃは、それぞれヒューズ膜２０の長手方向と交差する交差方向（具体的には、図２に示すように長手方向であるＸ方向と直交するＹ方向）に沿って設けられている。
【００３９】  図２に示すように、内部端子３１ａ〜３１ｃは、それぞれ同じ幅wを有する。内部端子３１ａ〜３１ｃの幅は、ヒューズ膜２０の幅wと同じ大きさである。また、図１に示すように、内部端子３１ａ〜３１ｃの厚みｔは、それぞれヒューズ膜２０の厚みｔと同じ大きさである。このように、本実施形態では、内部端子３１ａ〜３１ｃの断面積が、線状のヒューズ膜２０と同様に小さくなっている。  内部端子３１ｄ、３１ｅは、ヒューズ膜２０の長手方向に沿ってヒューズ膜２０の両側に設けられている。内部端子３１ｄ、３１ｅの幅ｗ及び厚みｔは、内部端子３１ａ〜３１ｃの幅ｗ及び厚みｔと同じ大きさである。  なお、上記では、内部端子群３１、３２が、それぞれ内部端子３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃを接続する内部端子３１ｄ、３１ｅ、３２ｄ、３２ｅを含むこととしたが、これに限定されず、内部端子３１、３２は、３１ｄ、３１ｅ、３２ｄ、３２ｅを含まないこととしてもよい。
【００４０】  オーバーコート４０は、ヒューズ膜２０の長手方向の中央側を覆う被覆部である。また、オーバーコート４０は、内部端子群３１のうちの最も長手方向中央側に位置する内部端子３１ａ、及び内部端子群３２のうちの最も長手方向中央側に位置する内部端子３２ａも覆う。
【００４１】  オーバーコート４０の熱伝導率は、０．３（W／m・K）以下である。これにより、オーバーコート４０への熱損失を抑制することができる。なお、オーバーコート４０の熱伝導率は、支持基板１０の熱伝導率と同じ大きさであることが望ましい。これにより、熱損失を効果的に抑制することができる。
【００４２】  外部端子５１は、ヒューズ膜２０の長手方向一端側にて、内部端子群３１の一又は複数の内部端子（図２では、内部端子３１ｂ及び内部端子３１ｃ）と電気的に接続している。外部端子５２は、長手方向他端側にて、内部端子群３２の一又は複数の内部端子（図２では、内部端子３２ｂ及び内部端子３２ｃ）と接続している。
【００４３】  このように、外部端子５１及び外部端子５２は、それぞれ内部端子群３１、３２を構成する一部の内部端子（長手方向の両端側の内部端子）と接続されている。これにより、内部端子を介した外部端子５１、５２への熱損失を抑制できる。
【００４４】  前述したように、本実施形態に係るチップヒューズ１においては、内部端子群３１、３２をヒューズ膜２０の厚さと同一となるように薄くし、内部端子群３１、３２を複数の離隔した内部端子で構成している。これにより、ヒューズ膜２０と接続する内部端子の熱容量を軽減できるため、熱損失を軽減できる。  また、熱容量の比較的大きい外部端子５１、５２を、内部端子群３１、３２の一部の端子のみに接続させているので、ヒューズ膜２０から外部端子５１、５２への熱損失を軽減でき、この結果、チップヒューズ１の低容量化に有効である。
【００４５】  図３は、チップヒューズ１の溶断特性曲線を示すグラフである。  グラフを見ると分かるように、溶断特性曲線は、通電時間Ｔが小さい領域、例えばＡ点（Ｔ＝１００（μｓ））においては、所定の傾きを有する擬似的な直線となる。一方で、通電時間Ｔが大きくなるにつれて、溶断特性曲線が擬似的な直線から乖離して略水平な直線となる。
【００４６】  Ｂ点（Ｔ＝１０（ｍｓ））からＣ点（Ｔ＝１００（ｓ））の区間においては、溶断特性曲線がほぼ水平な直線となり、Ｃ点における通電電流は当該区間の最小値Ｉminである。なお、Ｉminは、ここでは８５（ｍA）であり、最小溶断電流が１００（ｍＡ）以下であることが確認できた。
【００４７】  ＜２．チップヒューズの溶断特性の理論解析＞  以下においては、数式を用いて理論解析して、一般的なチップヒューズの溶断特性の特徴を説明する。
【００４８】  理論解析の前に、解析の対象となるチップヒューズ９００の構造について、図４〜図６を参照して説明する。  図４は、解析対象のチップヒューズ９００の断面模式図である。図５は、解析対象のチップヒューズ９００の平面模式図である。図６は、図５のＩ−Ｉ断面図である。
【００４９】  チップヒューズ９００は、図４〜図６に示すように、支持基板９１０と、ヒューズ膜９２０と、内部端子９３１、９３２と、オーバーコート９４０と、外部端子９５１、９５２とを有する。図１に示すチップヒューズ１に対して、チップヒューズ９００の内部端子９３１、９３２の構成が大きく異なる。すなわち、内部端子９３１、９３２は、図５に示すように広い領域に亘って平板状に形成されており、内部端子９３１、９３２の幅は、ヒューズ膜の幅ｗよりも大きい。また、図４に示すように、内部端子９３１、９３２の厚みｔｓは、ヒューズ膜９２０の厚みｔよりも大きい。
【００５０】  チップヒューズ９００においては、ヒューズ膜９２０が通電によって発生する熱は、ヒューズ膜９２０を密着支持する支持基板９１０、ヒューズ膜９２０に密着するオーバーコート９４０等に伝熱する。このように、チップヒューズ９００においては、熱損失が発生するため、熱損失を考慮してヒューズ膜９２０の特性を決定することが重要となる。
【００５１】  本発明者らは、様々な創意工夫を重ねて、熱力学に関する基礎式を一般的なチップヒューズに応用することにより、チップヒューズ９００のヒューズ膜９２０（以下、ヒューズエレメント９２０と呼ぶ）が通電により発熱するモデルに関するエネルギー釣り合い式である下記の数式（１）を導き出した。2016075793.tif 000003
なお、数式（１）における各記号（因子）は、下記の意味を有する。    ＣＶ  ：ヒューズエレメントの定積熱容量［Ｊ／（Ｋｍ３）］      Ｖ   ：ヒューズエレメントの体積［ｍ３］    Ｌ   ：ヒューズエレメント長さ［ｍ］    Ａ0 ：ヒューズエレメントの通電断面積［ｍ２］    Ｒ   ：ヒューズエレメント抵抗［Ω］    ＡＳ：ヒューズエレメントの表面積［ｍ２］    ＡＳ１ ：ヒューズエレメントと支持基板の接触面積［ｍ２］    ＡＳ２ ：ヒューズエレメントのオーバーコートとの接触面積［ｍ２］      ｈ１  ：ヒューズエレメント支持基板の厚さ［ｍ］    ｈ２  ：オーバーコートの代表厚さ［ｍ］    Ｉ   ：通電電流［Ａ］    Ｔ   ：通電時間［ｓｅｃ］    λ１   ：ヒューズエレメントの熱伝導率［Ｗ／（ｍＫ）］    ε   ：ヒューズエレメントの放射率［−］    Ｆ    ：熱放射に関する形態係数［−］    λ２    ：ヒューズエレメント支持基板の熱伝導率［Ｗ／（ｍＫ）］    λ３    ：オーバーコートの熱伝導率［Ｗ／（ｍＫ）］    σ    ：ステファン・ボルツマン定数［Ｗ／（ｍ２Ｋ４）］    θ４    ：ヒューズエレメントを代表する温度［Ｋ］    θ５    ：支持基板を代表する温度［Ｋ］    Δθｅ：通電によるヒューズエレメントの温度上昇値［Ｋ］    Δθ１：ヒューズエレメントと端子部との温度差［Ｋ］    Δθ２：ヒューズエレメント支持基板の両表面における温度差［Ｋ］    Δθ３：オーバーコートの両表面における温度差［Ｋ］    Δθｍ ：通電によるヒューズエレメントが融点に達する温度上昇値［Ｋ］
【００５２】  数式（１）の左辺は、定積熱容量ＣＶ、体積Ｖのヒューズエレメント９２０をΔθｅだけ温度上昇させるために必要な熱量を示す。  数式（１）の右辺第１項は、抵抗Ｒのヒューズエレメント９２０に電流Ｉを時間Ｔだけ通電した場合のジュール発熱を示す。右辺第２項は、ヒューズエレメント９２０から内部端子９３１、９３２を介して外部端子９５１、９５２へ伝熱することによる熱損失を示す。右辺第３項は、ヒューズエレメント９２０から支持基板９１０へ伝熱することによる熱損失を示す。なお、ヒューズエレメント９２０と支持基板９１０との接合界面における両者の温度を同一温度と仮定し、支持基板９１０の裏面からの対流による熱損失を無視した。右辺第４項は、ヒューズエレメント９２０からオーバーコート９４０へ伝熱することによる熱損失を示す。なお、ヒューズエレメント９２０とオーバーコート９４０との接合界面における両者の温度を同一温度と仮定し、オーバーコート９４０表面からの対流による熱損失を無視した。右辺第５項は、ヒューズエレメント９２０からの放射形態の熱損失を示す。
【００５３】  そして、数式（１）を見ると分かるように、右辺第１項の発熱エネルギーから右辺第２項〜第５項の熱損失エネルギーを引いたエネルギーが、左辺のヒューズエレメント９２０の吸熱エネルギーと釣り合う。  実際に、ヒューズエレメント９２０や支持基板９１０等に関する物性値や形状寸法が決まれば、数式（１）において通電電流Ｉと通電時間Ｔを所定の値よりも大きくすることにより、各種熱損失を伴いながらも、ヒューズエレメント９２０の通電による温度上昇Δθｅが、ヒューズエレメント９２０の融点までの温度上昇Δθmに達して溶断することが想定される。
【００５４】  ここで、数式（１）の右辺第２項〜第５項を全てゼロとし、ヒューズエレメント９２０が融点に達すると仮定しΔθｅ＝Δθmとすれば、数式（１）は下記の数式（２）となる。2016075793.tif 000004
さらに、数式（２）を変形して両辺の常用対数をとると、下記の数式（３）となる。2016075793.tif 000005
【００５５】  数式（３）から、熱損失が無い場合には、通電時間Ｔを横軸（対数目盛りの軸）とし溶断電流Ｉを縦軸（対数目盛りの軸）とした際の溶断特性曲線は傾斜が−１／２の直線に近づき、溶断電流Iは通電時間Tが大きくなるに従い小さくなると推定される。一方で、熱損失の合計値がゼロでない場合には、溶断特性曲線が−１／２の直線から乖離する。そして、合計値が小さい場合には、乖離が小さくなることで最小溶断電流値も小さくなる一方で、合計値が大きい場合には、乖離が大きくなることで最小溶断電流値も大きくなると推定される。
【００５６】  ところで、ヒューズエレメント９２０の体積V及び抵抗Rは、それぞれ下記の数式（４）、（５）で示される。2016075793.tif 000006
2016075793.tif 000007
但し、ρは、ヒューズエレメント９２０の抵抗率を示す。
【００５７】  上記の数式（４）、（５）を数式（１）へ代入して整理すると、下記の数式（６）となる。2016075793.tif 000008
【００５８】  ここで、数式（６）の右辺第２項〜第５項を全てゼロとし、ヒューズエレメント９２０が融点に達すると仮定しΔθｅ＝Δθmとすれば、数式（６）は下記の数式（７）となる。2016075793.tif 000009
さらに、数式（７）を変形して両辺の常用対数をとると、下記の数式（８）となる。2016075793.tif 000010
【００５９】  数式（８）から、熱損失が無い場合には、通電時間Ｔを横軸（対数目盛りの軸）とし溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）を縦軸（対数目盛りの軸）として表される溶断電流密度特性曲線も、溶断特性曲線と同様に−１／２の直線に近づき、溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）の値は、通電時間Ｔが大きくなるに従い小さくなることと推定される。一方で、熱損失の合計値がゼロでない場合には、溶断電流密度特性曲線が−１／２の直線から乖離する。そして、合計値が小さい場合には、乖離が小さくなることで最小溶断電流密度の値も小さくなる一方で、合計値が大きい場合には、乖離が大きくなることで最小溶断電流密度の値も大きくなると推定される。  なお、溶断電流密度は、異なる断面積を有するヒューズエレメント９２０同士の溶断特性の比較検討に有益であるため、後述する検討において溶断電流密度を活用した。
【００６０】  ＜３．本願発明に至るまでの検討＞  本発明者らは、上述した理論解析に基づき、図１に示す本願発明に係るチップヒューズの構成を導くための様々な検討を行った。以下では、第１〜第４の検討について説明する。
【００６１】  （３−１．第１の検討）  溶断電流や溶断電流密度を小さくするためには、熱損失を小さくする、すなわち前述した数式（６）の右辺第２項〜第５項を微小化することが有効である。そこで、本発明者らは、数式（６）の右辺第２項〜第５項の微小化に取り組み、下記のような実験結果を得た。
【００６２】  まず、右辺第２項の微小化に取り組んだ実験結果について説明する。本実験では、数式（６）においてヒューズエレメント９２０の長さＬ以外の因子の値が変動しないように、注意深く実験を行った。
【００６３】  図７は、実験結果を示すグラフである。グラフには、ヒューズエレメント９２０の長さＬを長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃとした場合の実験結果が示されている。なお、長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃは、Ｌｃ＞Ｌｂ＞Ｌａの関係を有する。グラフを見ると分かるように、長さＬを大きくするに従い、グラフの通電時間Ｔが小さい領域において傾きが−１／４の直線からの乖離が小さくなると共に、溶断電流密度が低下する。
【００６４】  図８は、図７の実験結果から導いた、ヒューズエレメント９２０の長さと最小溶断電流密度との関係を示すグラフである。グラフを見ると分かるように、長さＬが大きくなると最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minが小さくなると共に、長さＬが約６００（μm）以上で最小溶断電流密度が飽和する傾向を示すことが確認された。このため、本発明者らは、ヒューズエレメント９２０の長さLとして６００（μm）以上を確保することが必要であると判断した。
【００６５】  次に、右辺第３項の微小化に取り組んだ実験結果について説明する。  前述したように、右辺第３項は、ヒューズエレメント９２０から支持基板９１０へ伝熱する熱損失を示す。そこで、本発明者らは、支持基板の熱伝導率λ２を小さくすれば、熱損失を小さくできると考え、数式（６）において熱伝導率λ２以外の因子の値が変動しないように、注意深く実験を行った。
【００６６】  実験においては、支持基板９１０として、常温で熱伝導率λ２が約１．５（Ｗ／（ｍＫ））の無アルカリガラス基板、熱伝導率λ２が約０．１６（Ｗ／（ｍＫ））のポリイミド基板、熱伝導率λ２が約０．２０（Ｗ／（ｍＫ））のモンモリロナイトを主成分とした積層粘土基板を用いた。この際、各基板の厚さを、同じ厚さの約５０（μｍ）とした。本実験において、オーバーコート９４０として、常温で熱伝導率が約０．２０（Ｗ／（ｍＫ））のシリコーン樹脂を主体としたオーバーコートを使用した。
【００６７】  なお、ポリイミド基板及び無アルカリガラス基板の熱伝導率λ２は、レーザフラッシュ法にて測定して求められた。積層粘土基板の熱伝導率λ２は、熱拡散率κを温度波熱分析法にて、定圧比熱ＣｐをＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry）法にて測定し、式λ２=κ×Ｃｐ×ａ（ａは密度）から算出して求められた。
【００６８】  図９は、実験結果を示すグラフである。グラフを見ると分かるように、ポリイミド基板（図９のＰＩ基板）及び積層粘土基板（Ｃ基板）の場合の溶断特性が、無アルカリガラス基板（Ｇ基板）の場合の溶断特性に比べて、通電時間Ｔが小さい領域において傾き−１／３の直線からの乖離が軽減されると共に、溶断電流密度が低下することが確認できた。このため、本発明者らは、支持基板の熱伝導率λ２を常温で約０．３０（Ｗ／（ｍＫ））以下とする必要がある、望ましくは０．２０（Ｗ／（ｍＫ））以下が好適であると判断した。
【００６９】  次に、右辺第４項の微小化に取り組んだ実験結果について説明する。  前述したように、右辺第４項は、ヒューズエレメント９２０からオーバーコート９４０へ伝熱する熱損失を示す。そこで、本発明者らは、オーバーコート９４０の熱伝導率λ３を小さくすれば、熱損失を小さくできると考え、数式（６）において熱伝導率λ３以外の因子の値が変動しないように、注意深く実験を行った。
【００７０】  実験においては、オーバーコート９４０として、常温で熱伝導率λ３が約１．０（Ｗ／（ｍＫ））の低融点ガラスを含むオーバーコート（以下、Ｇコート）、熱伝導率λ３が約０．５（Ｗ／（ｍＫ））のエポキシ樹脂と無機材料からなるオーバーコート（以下、ＥＰコート）、熱伝導率λ３が約０．２（Ｗ／（ｍＫ））のシリコーン樹脂を主体としたオーバコート（以下、Ｓｉコート）を用いた。本実験において、支持基板９１０として、ポリイミド基板を使用した。
【００７１】  図１０は、実験結果を示すグラフである。グラフを見ると分かるように、オーバーコート９４０の熱伝導率λ３が小さくなる（具体的には、約１．０（Ｗ／（ｍＫ））から０．２（Ｗ／（ｍＫ））へ小さくなる）に従い、通電時間Ｔが小さい領域において傾き−１／３の直線からの乖離が軽減されると共に、溶断電流密度が低下することが確認できた。
【００７２】  ところで、本発明者らは、上記の実験を通じて、支持基板９１０の熱伝導率λ２の値とオーバーコートの熱伝導率λ３の値とを、両者に大きな差が無い範囲で抑制することが、前述した傾き−１／３の直線からの乖離の軽減、及び溶断電流密度の低下に効果的であることを発見した。例えば、熱伝導率λ２を小さくしても熱伝導率λ３を小さくしない場合には、効果は限定的であった。同様に、熱伝導率λ３を小さくしても熱伝導率λ２を小さくしない場合にも、効果は限定的であった。熱伝導率λ２と熱伝導率λ３をほぼ同じ値で、かつ小さくすることが、最も効果的であった。  このため、本発明者らは、熱伝導率λ２及び熱伝導率λ３を常温で約０．３０（Ｗ／（ｍＫ））以下とする必要がある、望ましくは０．２０（Ｗ／（ｍＫ））以下が好適であると判断した。
【００７３】  （３−２．第２の検討）  本発明者らは、数式（６）の右辺第３項〜第５項に含まれる（ＡＳ１／Ｖ）、（ＡＳ２／Ｖ）及び（ＡＳ／Ｖ）に着目した。本発明者らは、（ＡＳ１／Ｖ）、（ＡＳ２／Ｖ）及び（ＡＳ／Ｖ）を小さくできれば、第３項〜第５項が小さくなるので、右辺第１項の溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）も小さくできると判断した。
【００７４】  ここで、Ｖはヒューズエレメント９２０の体積であり、ＡＳはヒューズエレメント９２０の表面積であるので、ＡＳ／Ｖは、ヒューズエレメント９２０の比表面積（単位体積当たりの表面積）を表す。また、ＡＳ１はヒューズエレメント９２０が支持基板９１０に接触している面積であり、ＡＳ２はヒューズエレメント９２０がオーバーコート９４０に接触している面積であるので、（ＡＳ１／Ｖ）、（ＡＳ２／Ｖ）も、比表面積ＡＳ／Ｖと同じ次元［  ／長さ］を有する。以下では、ξ１＝ＡＳ／Ｖ、ξ２＝ＡＳ１／Ｖ、ξ３＝ＡＳ２／Ｖとし、説明の便宜上これらを総称して比表面積と呼ぶ。
【００７５】  図４〜図６で示したように、ヒューズエレメント９２０は、厚さｔ、幅ｗ、長さＬで、ｔ≦ｗの関係となる短冊形状となっている。そして、ヒューズエレメント９２０の体積Ｖは「Ｖ＝ｔ×ｗ×Ｌ」であり、表面積ＡＳは「ＡＳ＝２（ｗ＋ｔ）×Ｌ」であり、ヒューズエレメント９２０の比表面積ξ１は、下記の数式（９）となる。2016075793.tif 000011
【００７６】  同様に、支持基板９１０は、ヒューズエレメント９２０の底面と接触しているので、接触面積ＡＳ１は「ＡＳ１＝ｗ×Ｌ」であるので、比表面積ξ２は、下記の数式（１０）となる。2016075793.tif 000012
【００７７】  また、オーバーコート９４０は、ヒューズエレメント９２０の上面及び幅方向の二つの側面と接触しているので、接触面積ＡＳ２は「ＡＳ２＝（２ｔ＋ｗ）×Ｌ」である。このため、比表面積ξ３は、下記の数式（１１）となる。2016075793.tif 000013
【００７８】  数式（９）〜（１１）を見ると分かるように、比表面積ξ１、ξ２、ξ３の増加を抑えるためには、厚さｔを必要以上に小さくしないことが重要である。また、比表面積ξ１、ξ３については、ｔ／ｗの比率も配慮することが必要である。
【００７９】  図１１は、ヒューズエレメント９２０の幅ｗを１０（μｍ）とした場合の、ヒューズエレメント９２０の厚さｔと比表面積ξ１、ξ２、ξ３との関係を示すグラフである。比表面積ξ１を例に挙げて説明すると、厚さｔが０．１（μｍ）から３．０（μｍ）へ変化すると、比表面積ξ１は約２１（／μｍ）から約０．８７（／μｍ）へ変化する。他の比表面積ξ２、ξ３も同様の傾向を示し、厚さｔの微小化に伴い比表面積が増大することが分かった。
【００８０】  本発明者らは、幅ｗが１０（μｍ）で、厚さｔが０．１（μｍ）〜３．０（μｍ）であるヒューズエレメント９２０を組み込んだチップヒューズ９００を製作し、溶断実験を行った。実験結果から、図１２に示すような相関関係を示すグラフが導かれた。  図１２は、ヒューズエレメント９２０の厚さｔと、最小溶断電流及び通電断面積との関係を示すグラフである。なお、図１２のグラフの左側縦軸の目盛も、対数目盛である。グラフを見ると分かるように、ヒューズエレメント９２０の通電断面積Ａ０は、厚さｔの微小化に比例して低下する。一方で、厚さｔの微小化に伴い最小溶断電流Ｉminは低下するが、厚さｔが小さくなるほど最小溶断電流Ｉminの低下率は飽和する傾向にあり、厚さｔが０．１（μｍ）以下では最小溶断電流Ｉminがほとんど低下しないことが分かった。
【００８１】  また、本発明者らは、上記の実験から、図１３と図１４に示すような相関関係を示すグラフを導いた。  図１３は、ヒューズエレメント９２０の厚さｔと、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）min及び比表面積ξ１との関係を示すグラフである。グラフを見ると分かるように、厚さｔの減少に比例して、比表面積ξ１及び最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minが増加する。このように、前述した解析結果を裏付ける実験結果が得られた。
【００８２】  図１４は、比表面積ξ１と最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minとの関係を示すグラフである。グラフを見えると分かるように、比表面積ξ１と最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minとの間には明確な相関関係があり、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minの増大を抑制するためには比表面積ξ１の増大を抑えることが必要であることが分かった。なお、上記では説明を省略しているが、比表面積ξ２、ξ３についても、比表面積ξ１と同様なことが言えることが分かった。
【００８３】  本発明者らは、上述した第１及び第２の検討から、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minの微小化の実現のための熱損失の抑制には、ヒューズエレメント９２０の長さＬの確保、支持基板９１０の熱伝導率λ２とオーバーコート９４０の熱伝導率λ３とを所定値以下にすると共に、比表面積ξ１〜ξ３を所定範囲内（具体的には、２１（  ／μｍ）以下）にする必要があることを知見として得た。  また、上述した厚さｔと比表面積ξ１〜ξ３の範囲を考慮すると、図１３及び図１４から分かるように、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minは、４．０×１０6（A／cm2）以下となる。望ましくは、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minが、３．５×１０6（A／cm2）以下であることが好ましい。
【００８４】  （３−３．第３の検討）  本発明者らは、更に、最小溶断電流Ｉminの微小化に取り組んだ。  最小溶断電流Ｉminは、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）min及び通電断面積Ａ０を用いると、下記の数式（１２）のように表される。2016075793.tif 000014
【００８５】  数式（１２）から分かるように、最小溶断電流Ｉminの微小化、すなわちチップヒューズ９００の低容量化のためには、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minの微小化と、通電断面積Ａ０の微小化とが有効である。通電断面積Ａ０の微小化に伴って比表面積ξ１〜ξ３が増大することが考えられるため、本発明者らは、比表面積ξ１〜ξ３を極力増大させずに通電断面積Ａ０を微小化する取り組みを行った。
【００８６】  比表面積ξ１〜ξ３の値は、前述した数式（９）〜（１１）で説明したように、ヒューズエレメント９２０の厚さｔ及び幅ｗの値に応じて変化する。そこで、本発明者らは、所定の通電断面積を有するヒューズエレメント９２０の幅ｗ、厚さｔ、比表面積ξ１〜ξ３の相関関係を検討した。
【００８７】  図１５は、所定の通電断面積（ここでは、１（μｍ２））を有するヒューズエレメント９２０の幅ｗ、厚さｔ、比表面積ξ１〜ξ３の相関関係を纏めた表である。表に示すように、ｔ≦ｗの条件において、比表面積ξ１〜ξ３の値は、断面形状であるｔ／ｗ比が０．０００１から１の正方形に近づくと、最小値に近づくことが分かる。このため、所定の通電断面積を確保し、かつ比表面積ξ１〜ξ３の増大を抑制するためには、ｔ／ｗ比が極力１に近い値となることが有効である。
【００８８】  本発明者らは、ｔ／ｗ比が実際に最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minに与える影響について、試験サンプルを用いて実験をした。実験結果を図１６に示す。  図１６は、ｔ／ｗ比と最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minとの関係を纏めた表である。試験サンプルとして、それぞれ通電断面積がほぼ同一で、断面形状（ｔ／ｗ比）が異なる３つのサンプルを用いた。表に示すように、ｔ／ｗ比が大きいほど、すなわち１に近づくほど、最小溶断電流密度（Ｉ／Ａ０）minが小さくなることが確認された。
【００８９】  上記の実験結果を考察すると、最小溶断電流Ｉminの微小化のためには、ｔ／ｗ比を管理することが重要であり、ｔ／ｗ比が「０．０１＜ｔ／ｗ≦１」の関係を満たすことが特に有効であることが判明した。
【００９０】  （３−４．第４の検討）  チップヒューズ９００においては、ラッシュ電流（突入電流とも呼ばれる）に耐えて溶断しないという耐ラッシュ性が要求されている。  ラッシュ電流とは、電気回路の電源のオン・オフの際に発生する電流である。ラッシュ電流は、例えば電気回路に挿入されているコンデンサの充放電に起因して発生する場合が多い。ラッシュ電流により、本来ならば溶断されない筈のチップヒューズ９００が溶断してしまうことがある。
【００９１】  図１７は、ラッシュ電流と溶断特性曲線との関係を説明するための図である。  ラッシュ電流は、スパイク状の電流波形で、電流ピークが高く、通電時間が短い特徴を有する。図１７では、ラッシュ電流のパルス幅がＴｒで、電流値がＩｒであるものとした場合に、パルス幅Ｔｒが溶断特性の横軸に相当し、電流値Ｉｒが縦軸に相当するものとして図示した。
【００９２】  図１７には、チップヒューズ９００の溶断特性曲線が示されているが、この溶断特性曲線は、図３に示す本実施形態に係るチップヒューズ１の溶断特性曲線とは異なり、通電時間Ｔが小さくなる部分での曲線の傾きが緩やかである。このため、チップヒューズ９００の通電電流がほぼ水平となる最小溶断電流を小さくしようとすると、通電時間Ｔが小さくなる部分での通電電流の値も小さくなる。このため、図１７に示すように、通電時間Ｔが小さい場合（具体的には、通電時間Ｔｒよりも小さい場合）には、ラッシュ電流が溶断特性曲線を上回ってしまい、チップヒューズ９００が溶断してしまう。なお、チップヒューズ９００の溶断特性曲線の傾きが緩やかになるのは、前述したように熱損失が原因である。このため、チップヒューズ９００の耐ラッシュ性を高めるためには、熱損失の軽減が有効である。
【００９３】  一方で、前述した検討によれば、ヒューズエレメント９２０の微小化によりチップヒューズ９００の低容量化を実現できるが、比表面積ξ１〜ξ３が増大することに起因して熱損失が増大し（数式（６）参照）、耐ラッシュ性が低下することが判明した。すなわち、チップヒューズ９００の低容量化と耐ラッシュ性の向上とが、相反する関係にあると言える。  そこで、本発明者らは、考察を重ねて、チップヒューズ９００の低容量化と耐ラッシュ性の向上とを両立するためには、ヒューズエレメント９２０の断面形状に工夫の余地があることを発見した。
【００９４】  比表面積ξ１〜ξ３の増大を抑制するためには、ヒューズエレメント９２０の断面形状を正方形（ｗ＝ｔ）とすることが理想である。例えば１００（ｍＡ）の最小溶断電流を実現するために必要な通電断面積は、約６（μｍ２）であり、かかる場合に正方形の一辺の長さ（厚さｔ、幅ｗ）は、約２．４５（μｍ）である。そして、１００（ｍＡ）以下の最小溶断電流を実現するためには、厚さｔは約２．４５（μｍ）以下が望ましい。一方で、比表面積ξ１〜ξ３を２１（  ／μｍ）以下とするための厚さｔの下限値は、約０．１（μｍ）である。  このため、１００（ｍＡ）以下の最小溶断電流を実現するための厚さｔは、０．１（μｍ）〜２．４５（μｍ）であることが望ましいことが判明した。なお、詳細は後述するが、ヒューズエレメント９２０の生産性を確保するためには、厚さｔは、０．１（μｍ）〜３．０（μｍ）であることが望ましい。
【００９５】  上述した第１〜第４の検討事項を適用できれば、低容量化と耐ラッシュ性が向上したチップヒューズを実現できることが判明した。  前述した図１〜図３に示す本実施形態に係るチップヒューズ１は、第１〜第４の検討事項を適用したものである。すなわち、チップヒューズ１は、ヒューズ膜２０の長さＬを所定長さ以上確保し、熱伝導率λ２及び熱伝導率λ３が所定値以下に抑えられ、比表面積ξ１〜ξ３が所定値以下に抑えられている。  ここで、図３を参照して、チップヒューズ１の低容量化と耐ラッシュ性について説明する。従来のチップヒューズにおいては、最小溶断電流値を１００（ｍＡ）以下にすることが困難であった。これに対して、本実施形態によれば、図３で説明したように、Ｃ点における通電電流Ｉminは８５（ｍA）であり、最小溶断電流が１００（ｍＡ）以下となっているので、チップヒューズ１の低容量化を実現できている。  また、Ａ点における通電電流ＩＡは３００（ｍＡ）であるため、ＩＡ／Ｉminは約３．５であり、ラッシュ電流に対する高い耐ラッシュ性を確保できている。さらに、図３に示すような溶断特性曲線を代表する二点であるＡ点とＤ点を結んで直線Ａ−Ｄとした場合に、従来の最小溶断電流が小さいチップヒューズではＡ点における通電電流ＩＡも小さくなるため、直線Ａ−Ｄの傾きが−１／３よりも緩やかであった。これに対して、本実施形態によれば、直線Ａ−Ｄの傾きが約−１／３よりも急となり、チップヒューズ１の耐ラッシュ性が、二重に確認できる。  以上から、チップヒューズ１は、１００（ｍＡ）以下の最小溶断電流を達成しつつ、耐ラッシュ性が向上したものとなっている。
【００９６】  ＜４．チップヒューズの製造方法＞  図１８を参照しながら、チップヒューズ１の製造方法の一例について説明する。  図１８は、チップヒューズ１の製造工程を示すフローチャートである。チップヒューズ１の製造工程は、図１８に示すように、液膜形成工程、乾燥工程、焼成工程、洗浄工程、後工程、検査工程を含む。以下では、工程毎に説明する。
【００９７】  （液膜形成工程Ｓ１０２）  集合基板１００の主面である表面１０２（図１９参照）上に、金属ナノ粒子が分散された分散液の液膜を形成する。具体的には、不図示のスピンコータを使用して、金属ナノ粒子を含むインクを集合基板１００の表面１０２全体に所定の厚さだけ形成した。これにより、表面１０２上にインク膜が形成される。
【００９８】  金属ナノ粒子としては、例えば銀ナノ粒子が用いられる。銀ナノ粒子の平均粒子径は、約１５（ｎｍ）である。また、インク（銀ナノインク）の銀ナノ粒子の含有量は、例えば約５０（ｗｔ％）である。なお、銀ナノ粒子の含有量は、上記に限定されず、例えば２０〜６０（ｗｔ％）であってもよい。
【００９９】  図１９は、集合基板１００上に形成されたインク膜１１０を示す模式図である。本実施形態では、チップヒューズを大量に生産できるように、複数のチップヒューズ１の支持基板に相当する集合基板１００上に、インク膜１１０が形成されている。集合基板１００としては、厚さが約２５０（μｍ）、表面粗さＲａが約０．０５（μｍ）、熱伝導率が約０．２（Ｗ／（ｍＫ））のポリイミド基板が用いられている。なお、ポリイミド基板の熱伝導率の測定は、公知のレーザフラッシュ法が用いられている。
【０１００】  （乾燥工程Ｓ１０４）  乾燥工程Ｓ１０４では、集合基板１００上のインク膜１１０を乾燥させる。具体的には、送風加熱炉を使用して集合基板１００を例えば約７０℃の温度で約１時間以下の乾燥を行い、集合基板１００上に厚さが一様な乾燥したナノ銀インク膜を形成する。
【０１０１】  （焼成工程Ｓ１０６）  焼成工程においては、集合基板１００上のインク膜１１０にレーザ照射装置によってレーザ光をインク膜１１０に照射することで焼成し、ヒューズ膜及び内部端子群を形成する。以下では、焼成工程を説明する前に、レーザ照射装置の構成について説明する。
【０１０２】  図２０は、レーザ照射装置２００の構成の一例を示す模式図である。レーザ照射装置２００は、制御部２１０と、レーザ出力部２２０と、光学部２３０と、可動テーブル２４０と、テーブル駆動装置２４５と、検出部２５０とを有する。
【０１０３】  制御部２１０は、レーザ照射装置２００の動作全体を制御する。例えば、制御部２１０は、ヒューズ膜の形状及び位置に関するＣＡＤ情報をパーソナルコンピュータから受け取ると、可動テーブル２４０の移動とレーザ光の照射とを制御して、集合基板１００上のインク膜に相対的な走査速度でレーザ光を照射する。また、制御部２１０は、レーザ光の走査速度や照射強度を調整する。
【０１０４】  レーザ出力部２２０は、電源２２２と、レーザ発振器２２４とを含む。レーザ発振器２２４は、電源２２２からの出力に応じて、レーザ光を連続発振する。レーザ光は、例えば波長が１０６４（nm）のＮｄ−ＹＡＧレーザである。また、レーザ光のスポット径φ（Ｌ）は、例えば１０（μm）である。また、レーザ光の平均照射強度は、例えば３．０×１０４〜５．０×１０５（W／cm2）である。
【０１０５】  光学部２３０は、ミラー２３２と、光学フィルター２３４と、レンズ２３６と、を含む。  ミラー２３２は、レーザ光の照射方向を調整する。光学フィルター２３４は、レーザ光の光量を減衰させる機能を有する。光学フィルター２３４は、例えばＮＤ（Neutral Density）フィルターである。レンズ２３６は、光学フィルター２３４で減衰されたレーザ光を集光する。
【０１０６】  上記の光学フィルター２３４を用いることで、レーザ光の照射条件（例えば、照射強度）の選択範囲が広がる。例えば、平均照射強度を３．０×１０４〜５．０×１０５（W／cm2）に制御する場合において、電源２２２の電圧を所定値以下に絞るとレーザ光の発振が不安定となる場合があり、インク膜の焼成に支障をきたす。かかる問題に対して、レーザ光の光量の減衰が有効であるため、光学フィルター２３４を用いている。また、光学フィルター２３４は、着脱自在に装着されている。これにより、特性が異なる光学フィルターの中から適切な光学フィルター２３４を選択して装着できる。
【０１０７】  可動テーブル２４０は、Ｘ−Ｙ方向に移動可能である。可動テーブル２４０は、基板吸着部を有し、集合基板１００を吸着保持する。  テーブル駆動装置２４５は、可動テーブル２４０をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ独立に移動させる独立駆動方式である。  検出部２５０は、例えばＣＣＤカメラであり、集合基板１００上のレーザ光の照射状態を検出する。
【０１０８】  以上、レーザ照射装置２００の構成を説明した。次に、レーザ照射装置２００を用いた焼成工程の具体的な流れについて、図２１及び図２２を参照して説明する。  図２１は、焼成工程の詳細を示すフローチャートである。図２２は、焼成後の集合基板１００を示す図である。なお、図２２には、焼成後の一つのチップヒューズに対応するヒューズ膜と内部端子群とを含むサブ組立体１１８が、模式的に示されている。
【０１０９】  焼成工程において、まず、表面にインク膜が形成された集合基板１００を、可動テーブル２４０に吸着固定する（ステップＳ１３２）。  次に、集合基板１００上のインク膜の隅にレーザ光を照射して、図２１に示すようなアライメントマーク１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを形成する（ステップＳ１３４）。形成されたアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｃの形状は、例えば略十字状である。ここで、アライメントマークとは、複数のヒューズ膜を集合基板１００に形成する形成位置を調整するための位置調整マークである。
【０１１０】  次に、検出部２５０により３つのアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｃを読み取り、読み取ったアライメントマークの位置を基準として集合基板１００のＸ方向とＹ方向を決め、同時に原点も決定する（ステップＳ１３６）。ここでは、アライメントマーク１１５ａを原点とする。
【０１１１】  次に、インク膜１１０にレーザ光を照射して、複数のヒューズ膜１２０を形成する（ステップＳ１３８）。この際、アライメントマーク１１５ａの位置（原点）に基づいて、複数のヒューズ膜１２０を形成する。すなわち、制御部２１０は、ヒューズ膜１２０の形状と、原点（アライメントマーク１１５ａの位置）を基準としてヒューズ膜１２０の位置とに関するＣＡＤ情報をパーソナルコンピュータから受け取って、可動テーブルの移動及びレーザ光の照射の制御を行う。例えば、約３〜９０（mm/sec）の走査速度でインク膜１１０の表面に対してほぼ垂直にレーザ光を照射して、複数のヒューズ膜１２０を形成する。このように、インク膜１１０のうちレーザ光が照射されて焼成された部分が、ヒューズ膜１２０となる。
【０１１２】  本実施形態では、レーザ光をインク膜１１０に対して一回走査させることで、レーザ光のスポット径に対応する幅の直線状ヒューズ膜１２０を形成する。これにより、ヒューズ膜１２０を短時間で大量に形成することが可能となる。形成されたヒューズ膜１２０は、Ｘ方向へ伸びる直線状の形状となっている。ヒューズ膜１２０の幅wは、例えば１０（μm）であり、レーザ光のスポット径φ（Ｌ）とほぼ同じ大きさである。ヒューズ膜１２０の厚みtは、例えば０．３５（μm）である。
【０１１３】  レーザ光の照射後（すなわち焼成後）のヒューズ膜１２０の厚み（第２厚み）は、レーザ光の照射前のインク膜１１０の厚み（第１厚み）よりも小さくなる。第１厚みと第２厚みの対応関係については、予め実験等で解析されているため、前述したステップＳ１０２のインク膜１１０の形成工程において、第１厚みと第２厚みの対応関係に基づいて、第１厚みを調整してインク膜１１０が形成される。これにより、焼成後のヒューズ膜１２０を所望の厚みに適切に管理できる。
【０１１４】  また、本実施形態では、制御部２１０は、インク膜１１０の厚みに応じて、レーザ光の照射速度及び照射強度の少なくとも一方を調整して、インク膜１１０のレーザ光を照射してもよい。これにより、インク膜１１０の厚みが変動しても、所望の厚みのヒューズ膜１２０を形成できる。
【０１１５】  また、本実施形態では、前述したようにレーザ発振器２２４から発振されたレーザ光を減衰用の光学フィルター２３４で減衰し、減衰されたレーザ光をインク膜１１０に照射する。レーザ光の発振は、電源２２２の電圧を所定値よりも小さくすると、不安定となりやすい。そこで、電源２２２の電圧を必要以上に小さくする代わりに、光学フィルター２３４によって光量を減衰させることで、所望の照射強度を確保することが可能となる。これにより、レーザ光の発振が不安定になることを抑制できるので、インク膜１１０の焼成への悪影響を抑制できる。
【０１１６】  なお、上記では、直線状のヒューズ膜１２０を形成することとしたが、これに限定されず、例えば曲線状のヒューズ膜を形成してもよい。曲線状のヒューズ膜は、光学部２３０にガルバノミラーを設けてレーザ光を走査することで、形成可能である。また、直線と曲線を組み合わせたヒューズ膜を形成してもよい。これにより、多様な形状のヒューズ膜１２０を有するチップヒューズを製造できる。
【０１１７】  次に、インク膜１１０にレーザ光を照射して、内部端子群１３０を形成する（ステップＳ１４０）。具体的には、可動テーブル２４０（図２０）を図２３に示すＸ方向に移動させながら、ヒューズ膜１２０の長手方向（Ｘ方向）に伸びる線状の複数の内部端子１３１ｄ、１３１ｅ、１３２ｄ、１３２ｅを形成する。なお、内部端子１３１ｄ、１３１ｅ、１３２ｄ、１３２ｅは、Ｘ方向に伸びるヒューズ膜１２０と同じタイミングで形成することが望ましい。次に、可動テーブル２４０をＹ方向に移動させながら、ヒューズ膜１２０の長手方向（Ｘ方向）と直交する直交方向（Ｙ方向）に伸びる線状の複数の内部端子１３１ａ〜１３１ｃ、１３２ａ〜１３２ｃを形成する。
【０１１８】  図２３は、ヒューズ膜１２０に対する内部端子群１３０の形成状態を示す図である。なお、図２３では、一つのサブ組立体１１８を構成するヒューズ膜１２０及び内部端子群１３０が直線状に伸べて、他のサブ組立体１１８のヒューズ膜及び内部端子群と繋がるように示されている。ヒューズ膜１２０及び内部端子群１３０のサブ組立体１１８の領域からはみ出ている部分は、サブ組立体１１８が集合基板１００から切り出される際に切除される。なお、ヒューズ膜１２０及び内部端子群１３０は、図２３とは異なり、サブ組立体１１８からはみ出ないように形成されてもよい。
【０１１９】  図２３を見ると分かるように、ヒューズ膜１２０のサブ組立体１１８の長手方向の両端側に、長手方向において互いに離隔した複数の内部端子を含む内部端子群１３０が、それぞれ形成されている。２つの内部端子群１３０は、それぞれ同一形状の３つの内部端子１３１ａ〜１３１ｃ及び内部端子１３２ａ〜１３２ｃを含む。また、内部端子群１３０は、それぞれ離隔した内部端子１３１ａ〜１３１ｃを接続する内部端子１３１ｄ、１３１ｅと、内部端子１３２ａ〜１３２ｃを接続する内部端子１３２ｄ、１３２ｅとを含む。
【０１２０】  本実施形態の内部端子群１３０の複数の内部端子の各々は、ヒューズ膜１２０形成時と同じ照射条件で、形成される。このため、内部端子群１３０の内部端子（内部端子１３１ａを例に挙げて説明する）の幅ｗは、ヒューズ膜１２０の幅と同じ大きさである。また、内部端子１３１ａの厚みも、ヒューズ膜１２０の厚みと同じ大きさである。このため、本実施形態によれば、ヒューズ膜１２０と同様に微小な断面形状を有する内部端子１３１ａを形成できる。
【０１２１】  また、本実施形態では、焼成工程の中でヒューズ膜１２０及び内部端子群１３０を形成しているので、ヒューズ膜と内部端子とを別工程で形成する場合に比べて、ヒューズ膜１２０に対して内部端子群１３０を高精度に形成できる。また、ヒューズ膜１２０及び内部端子群１３０の断面形状を容易に同一にすることが可能となる。
【０１２２】  （洗浄工程Ｓ１０８）  図１８に戻り、洗浄工程においては、焼成工程でレーザ光を照射していないインクを洗い流し、乾燥させる。なお、洗浄方法としては、例えばイソプロピルアルコール溶液による超音波洗浄が用いられる。
【０１２３】  洗浄後に、内部端子１３１ａと内部端子１３２ａとの間の電気抵抗Ｒを測定してもよい。測定した電気抵抗Ｒを用いて、下記の式（１３）から抵抗率ρを求めることができる。本実施例では、抵抗率ρは、４．５（μΩｃｍ）である。なお、電気抵抗Ｒの測定は、公知の四端子法を用いた。2016075793.tif 000015
【０１２４】  （後工程Ｓ１１０）  後工程においては、主にオーバーコート及び外部端子の形成を行う。以下では、図２４を参照しながら、後工程の具体的な流れについて説明する。
【０１２５】  図２４は、後工程の詳細を示すフローチャートである。  まず、サブ組立体１１８上にオーバーコート１４０を形成する（ステップＳ１５２）。オーバーコート１４０は、前述した原点（アライメントマーク１１５ａの位置）を基準に集合基板１００上の各サブ組立体１１８の位置を割り出して、形成される。具体的には、図２５に示すように、ヒューズ膜１２０の長手方向の中央側を覆うようにオーバーコート１４０を形成する。
【０１２６】  図２５は、サブ組立体１１８上にオーバーコート１４０を形成した状態を示す図である。オーバーコート１４０は、ヒューズ膜１２０に加えて内部端子群１３０のうちの最も中央側に位置する内部端子１３１ａ、１３２ａも覆うように、形成される。すなわち、オーバーコート１４０は、ヒューズ膜１２０の長さＬを規定する内部端子１３１ａ、１３２ａに跨る範囲Ｌ１を覆う。
【０１２７】  オーバーコート１４０は、主にシリコーン樹脂からなり、熱伝導率が常温で約０．２（W/mK）である。オーバーコート１４０は、例えばスクリーン印刷を用いて形成される。具体的には、印刷後に樹脂を所定温度で硬化することで、オーバーコート１４０が形成される。形成後のオーバーコート１４０の厚みは、約４０（μm）である。
【０１２８】  次に、オーバーコート１４０が形成されたサブ組立体１１８を、集合基板１００から切り出す（ステップＳ１５４）。
【０１２９】  次に、サブ組立体１１８の長手方向両端部に、内部端子と接続する外部端子１５１、１５２を形成する（ステップＳ１５６）。具体的には、図２６に示すように、内部端子群１３０のオーバーコート１４０で覆われていない内部端子と接続するように外部端子１５１、１５２を形成する。外部端子１５１、１５２は、例えば主に銀で構成されている。
【０１３０】  図２６は、外部端子１５１、１５２を形成した状態を示す図である。図２６に示すように、外部端子１５１は、内部端子１３１ａ〜１３１ｃのうちの長手方向の一端側に位置する内部端子１３１ｂ、１３１ｃと接続するように形成されている。同様に、外部端子１５２は、内部端子１３２ａ〜１３２ｃのうちの長手方向の他端側に位置する内部端子１３２ｂ、１３２ｃと接続するように形成されている。なお、外部端子１５１は、内部端子１３１ｂ、１３１ｃ全体を覆い、外部端子１５２は、内部端子１３２ｂ、１３２ｃ全体を覆う。そして、外部端子１５１及び外部端子１５２は、一部がオーバーコート１４０上に位置するように形成されている。
【０１３１】  外部端子１５１、１５２を形成することで、製品形態のチップヒューズ１となる。次に、オーバーコート１４０の表面に、捺印を行う（ステップＳ１５８）。なお、オーバーコート１４０へ捺印したあと、外部端子１５１、１５２にNiメッキ又はSnメッキを施してもよい。  図２７は、オーバーコート１４０への捺印を説明するための図である。オーバーコート１４０の表面に、例えば図２７に示すように文字が捺印される。ただし、これに限定されず、文字に代えて、又は文字と共に、記号や数字を捺印してもよい。
【０１３２】  （検査工程Ｓ１１２）  図１８に戻り、検査工程においては、チップヒューズ１の抵抗等を検査する。検査後に、チップヒューズ１は、梱包し出荷される。これにより、チップヒューズ１の一連の製造工程が完了する。
【０１３３】  上述したチップヒューズの製造方法によれば、金属ナノ粒子を含有するインク膜１１０を焼成してヒューズ膜１２０を形成している。  かかる場合には、ヒューズ膜のパターン化下地処理やパターン化マスク等を使用せず、ヒューズ膜に錫等の低融点金属を付加せずに、最小溶断電流１００ｍＡ以下、および溶断特性において所定の耐ラッシュ性を確保した薄膜チップヒューズを実現することができる。また、インク膜１１０に対してレーザ光を照射・走査することでヒューズ膜１２０を形成するので、ヒューズ膜１２０を安価かつ大量に製造することが可能となる。
【０１３４】  また、複数のヒューズ膜１２０を連続して形成した後にヒューズ膜１２０に直交するように内部端子群１３０を接続し形成したので、ヒューズ膜１２０の通電に関する信頼性を向上できる。さらに、ヒューズ膜１２０及び内部端子群１３０の形成を同じ焼成工程で実施することにより、生産効率を向上することができた。
【０１３５】  なお、上述した実施形態においては、ステップＳ１０２が液膜形成ステップに該当し、ステップＳ１３４がマーク形成ステップに該当し、ステップＳ１３８がヒューズ膜形成ステップに該当し、ステップＳ１４０が第１端子形成ステップに該当し、ステップＳ１５２が被覆部形成ステップに該当し、ステップＳ１５６が第２端子形成ステップに該当する。
【０１３６】  ＜５．インク膜の焼成に関する検討＞  本発明者らは、インク膜を焼成してヒューズ膜１２０を形成する焼成工程について、様々な検討を行い、検討結果を踏まえて上述した製造方法に至った。そこで、以下においては、検討内容について説明する。
【０１３７】  上述したチップヒューズの製造方法によれば、チップヒューズ１のヒューズ膜１２０を、インク膜１１０を焼成することで形成した。一方で、１００（ｍＡ）以下の溶断に対応するチップヒューズ１のヒューズ膜１２０の厚さｔは、０．１（μｍ）以上２．４５（μｍ）以下である。ただし、比表面積の増大を極力抑えながら生産性を確保する観点から、０．１（μｍ）〜３．０（μｍ）の厚さｔに対応する必要がある。そこで、本発明者は、インク膜１１０の厚さを管理することにより、焼成後のヒューズ膜の厚さを管理する手法を発見した。
【０１３８】  図２８は、焼成前のインク膜１１０の厚さｔ（ｉ）と、焼成後のヒューズ膜１２０の厚さｔとの関係を示すグラフである。インク膜１１０は、ここでは、銀ナノ粒子を含有するインク膜であり、ポリイミド基板上に形成されているものとする。グラフを見ると分かるように、インク膜１１０の厚さｔ（ｉ）とヒューズ膜１２０の厚さｔとには比例関係があり、焼成前の厚さｔ（ｉ）を管理することで焼成後の厚さｔを管理することができる。
【０１３９】  なお、スピンコータの代わりにインクジェットを用いた実験においても、同様な結果が得られた。また、フレキソ印刷やグラビア印刷などの他の印刷方法においても、インク膜１１０の厚さｔ（ｉ）を管理することにより焼成後のヒューズ膜１２０の厚さｔを管理できることが確認できた。なお、焼成は、レーザ光の照射による焼成だけでなく、送風炉による焼成の場合にも同様のことが確認できた。
【０１４０】  また、本発明者らは、ヒューズ膜１２０の幅ｗを管理する方法について検討を行った。  本発明者らは、金属ナノ粒子を含むインクは、プラズモン吸収特性を広範囲の波長域（例えば照射光の波長が３００ｎｍ〜１２００ｎｍ）に有しているため、適切な波長と強度を有するレーザ光の照射を行えば、焼成できると考えた。また、本発明者らは、レーザ光の照射強度はスポット径φ（Ｌ）を絞り込めば増大する点、及びレーザ光のスポット径は波長で代表される微細な径まで絞ることができる点に着目した。そして、本発明者らは、微細なスポット径を有するレーザ光をインクに照射し走査することで、レーザ光のスポット径に対応するヒューズ膜１２０の幅を実現できるのではないかと考え、これらの実現に向けて鋭意努力を行った。
【０１４１】  まず、スポット径φとヒューズ膜１２０の幅ｗとの関係を確認するための実験を行った。実験においては、平均粒子径が約３〜３０（nm）の金属ナノ粒子を含有するインクを支持基板に印刷して乾燥した後に、波長が１０６４（ｎｍ）のＮｄ−ＹＡＧレーザ光を平均照射強度３．０×１０４〜５．０×１０５（Ｗ／ｃｍ２）、または波長が５３２（ｎｍ）のＮｄ−ＹＡＧレーザ高調波を平均照射強度２．０×１０３〜７．０×１０４（Ｗ／ｃｍ２）で、かつ走査速度を３〜９０（ｍｍ／ｓ）として、インク膜に照射した。実験結果を、図２９に示す。
【０１４２】  図２９は、レーザ光のスポット径φと、ヒューズ膜１２０の幅ｗとの関係を示すグラフである。グラフに示すように、焼成後のヒューズ膜１２０の幅ｗは、スポット径φと比例関係を有する。なお、スポット径φは、ビームプロファイラーにより測定し、またはレーザ光を実際に基板に照射して加工された痕跡形状を測定するなどして求めた。
【０１４３】  ここで、上記の実験における因子の数値範囲について説明する。  金属ナノ粒子の粒子径は、分散安定性確保の面から上限を３０（ｎｍ）とし、また下限値の３（ｎｍ）は、現実に安定して入手できる金属ナノ粒子の平均粒子径の範囲から定めている。  波長が１０６４（ｎｍ）のＮｄ−ＹＡＧレーザ光の平均照射強度が３．０×１０４（Ｗ／ｃｍ２）より小さいと、インクを十分に焼成できず、支持基板への密着と不十分となる。反対に、平均照射強度が５．０×１０５（Ｗ／ｃｍ２）より大きいと、焼成の過程で、金属粒子が飛散又は蒸発したり（以下、金属粒子アブレーションとも呼ぶ）、支持基板が熱的に変形したりしてしまい（以下、基板アブレーションとも呼ぶ）、ヒューズ膜１２０を適切に形成できない恐れがある。このため、波長が１０６４（ｎｍ）のＮｄ−ＹＡＧレーザ光の平均照射強度を３．０×１０４〜５．０×１０５（Ｗ／ｃｍ２）と設定した。
【０１４４】  波長が５３２（ｎｍ）のＮｄ−ＹＡＧレーザ高調波は、１０６４（ｎｍ）のＮｄ−ＹＡＧレーザ光よりもナノメタルのプラズモン吸収効率が高いので、その分、平均照射強度を低くする必要がある。そこで、平均照射強度２．０×１０３〜７．０×１０４（Ｗ／ｃｍ２）と設定した。  ところで、インクを適切に焼成するためには、レーザ光の平均照射強度に加えて、レーザ光の走査速度も大きく関与する。例えば、レーザ光の走査速度が９０（ｍｍ／ｓ）を超えると、インクを適切に焼成することができず、照射強度を大きくしても対応できなかった。このため、レーザ光の走査速度についても、適切な範囲に設定することが望ましい。特に、インク膜の厚みやレーザ光のスポット径等も考慮して、適切な範囲の走査速度及び照射強度を組み合わせることが重要である。
【０１４５】  本発明者らは、熱力学等の知見を本実施形態に応用した。  インク膜１１０の表面に所定の照射強度を有するレーザ光を照射して、表面から加熱し焼成する系において、インク膜１１０の厚さ方向の平均的な熱の及ぶ距離Ｌ（Ｌ）は、下記の数式（１４）となる。2016075793.tif 000016
なお、κｉはインク膜１１０の厚さ方向の平均的な熱拡散率、τは代表的なレーザ光の照射時間、α、βはα＞０、β＞０なる所定数、Ｋ１は比例定数である。
【０１４６】  照射するレーザ光のスポット径をφ（Ｌ）とし、レーザ光の相対的な走査速度をＶ（Ｌ）とすれば、レーザ光を連続発振モードでインク膜１１０を照射する本実施形態に係る代表的なレーザ光の照射時間τは、下記の数式（１５）となる。2016075793.tif 000017
なお、Ｋ２はレーザ照射ビームの形状等に関する補正係数である。
【０１４７】  数式（１４）を数式（１５）に代入すると、数式（１６）となる。2016075793.tif 000018
【０１４８】  数式（１６）によれば、熱の及ぶ距離Ｌ（Ｌ）は、κｉ、φ（Ｌ）、Ｖ（Ｌ）の各因子によって決まり、各因子の値には組み合わせが存在することを意味する。すなわち、熱拡散率κｉおよびスポット径φ（Ｌ）を固定した場合、距離Ｌ（Ｌ）は走査速度Ｖ（Ｌ）によって決まると考えられる。本実施形態においては、距離Ｌ（Ｌ）がインク膜１１０を焼成する厚さを代表するものと考えると、インク膜１１０の厚さと平均的な熱拡散率κｉが固定された場合においては、走査速度Ｖ（Ｌ）は、スポット径φ（Ｌ）に見合って選定する必要があると考えられる。  また、スポット径φ（Ｌ）と走査速度Ｖ（Ｌ）とを変化させた場合のインク膜１１０の焼成される厚さｔ（Ｌ）を確認した結果、距離Ｌ（Ｌ）はｔ（Ｌ）と強い相関があることが判明した。すなわち、ナノメタルの厚さ方向の平均的な熱の及ぶ距離Ｌ（Ｌ）は、ｔ（Ｌ）を代表しているものと考えられる。
【０１４９】  なお、ヒューズ膜１２０の厚さｔが約３．０（μｍ）より大きいと、走査速度を極めて低くして焼成する必要が生じるので、本実施形態においては実用的でないと判断した。一方、厚さｔが約０．１（μｍ）より小さいと、たとえ走査速度を大きくしてもインク膜１１０の焼成が不安定となり、基板アブレーションが発生し、ヒューズ膜１２０を形成することが出来なかった。
【０１５０】  本実施形態では、インク膜１１０の表面だけでなく、インク膜１１０と支持基板との接合界面までしっかりと焼成を行い、かつ金属粒子アブレーションや基板アブレーションなどの不都合が生じないようにしている。また、支持基板を、ポリイミド基板に比べて耐熱性の高い積層粘土基板とした場合には、基板アブレーションが生じ難くなり、レーザ光の照射強度などの焼成条件の緩和に一定の効果がある。
【０１５１】  ＜６．変形例＞  なお、上記では、スピンコータを使用して金属ナノ粒子を含有するインクを集合基板１００の表面１０２（図１９参照）全体に印刷したが、これに限定されず、例えばインクジェットプリンタ等を利用して、ヒューズ膜１２０を形成する部位にインクを印刷してもよい。
【０１５２】  また、上記では、内部端子群１３０をインク膜１１０にレーザ光を照射して形成することとしたが、これに限定されない。例えば、内部端子群１３０を、スクリーン印刷等の他の方法を活用して形成してもよい。
【０１５３】  また、上記では、外部端子５１、５２が、それぞれ内部端子群３１、３２の内部端子と接触して、電気的に接続されていることとしたが、これに限定されない。例えば、外部端子５１、５２と内部端子群３１、３２の間に例えば平板状の中間部材を設けて、外部端子５１、５２が中間部材を介して内部端子群３１、３２と電気的に接続されてもよい。かかる場合には、平板状の中間部材を挟むことで、外部端子５１、５２が接触する接触面積を広くできるので、内部端子群３１、３２と外部端子５１、５２との安定した接続状態を確保できる。
【０１５４】  また、上記では、支持基板１０がポリイミド基板であることとしたが、これに限定されない。支持基板１０は、当該基板の物性値や表面粗さ等と同様の特性を有する基板であれば、例えば、モンモリロナイトを主成分とした積層粘土基板であってもよい。  また、支持基板１０は、モンモリロナイトを主成分とした積層粘土基板とポリイミド基板とを接合し、必要に応じて積層粘土基板またはポリイミド基板のどちらか一方の表面に、ヒューズ膜を形成してもよい。
【０１５５】  また、上記では、オーバーコートが、主にシリコーン樹脂から成ることとしたが、これに限定されない。例えば、オーバーコートは、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂から成ってもよい。
【０１５６】  また、上記では、ヒューズ膜が一本の直線で構成されていることとしたが、これに限定されない。例えば、ヒューズ膜は、複数の直線で構成されてもよいし、格子状に構成されてもよい。特に、上述したようにレーザ光を照射してヒューズ膜を形成する場合には、パターン化下地処理やパターン化マスクを使用することなく、多様な形状のヒューズ膜を支持基板上に容易に形成できる。
【０１５７】  また、上記では、インク膜に含まれる金属ナノ粒子が、銀ナノ粒子であることとしたが、これに限定されない。例えば、金属ナノ粒子は、銅ナノ粒子又は金ナノ粒子であってもよい。
【０１５８】  以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１５９】１    チップヒューズ１０    支持基板１２    主面２０    ヒューズ膜３１、３２    内部端子群３１ａ〜３１ｅ、３２ａ〜３２ｅ    内部端子４０    オーバーコート５１、５２    外部端子１００    集合基板１０２    表面１１０    インク膜１１５ａ〜１１５ｃ    アライメントマーク１１８    サブ組立体１２０    ヒューズ膜１３０    内部端子群１３１ａ〜１３１ｅ、１３２ａ〜１３２ｅ    内部端子１４０    オーバーコート１５１、１５２    外部端子２００    レーザ照射装置２２４    レーザ発振器２３４    光学フィルター
【図１】
2016075793.tif 000019
【図２】
2016075793.tif 000020
【図３】
2016075793.tif 000021
【図４】
2016075793.tif 000022
【図５】
2016075793.tif 000023
【図６】
2016075793.tif 000024
【図７】
2016075793.tif 000025
【図８】
2016075793.tif 000026
【図９】
2016075793.tif 000027
【図１０】
2016075793.tif 000028
【図１１】
2016075793.tif 000029
【図１２】
2016075793.tif 000030
【図１３】
2016075793.tif 000031
【図１４】
2016075793.tif 000032
【図１５】
2016075793.tif 000033
【図１６】
2016075793.tif 000034
【図１７】
2016075793.tif 000035
【図１８】
2016075793.tif 000036
【図１９】
2016075793.tif 000037
【図２０】
2016075793.tif 000038
【図２１】
2016075793.tif 000039
【図２２】
2016075793.tif 000040
【図２３】
2016075793.tif 000041
【図２４】
2016075793.tif 000042
【図２５】
2016075793.tif 000043
【図２６】
2016075793.tif 000044
【図２７】
2016075793.tif 000045
【図２８】
2016075793.tif 000046
【図２９】
2016075793.tif 000047
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月24日(2015.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に、金属ナノ粒子が分散された分散液の液膜を形成する液膜形成ステップと、
前記液膜にレーザ光を照射して、前記主面上にヒューズ膜を形成するヒューズ膜形成ステップと、
前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に、前記ヒューズ膜と接続する第１端子をそれぞれ形成する第１端子形成ステップと、
を有する、チップヒューズの製造方法。
【請求項２】
前記第１端子形成ステップにおいて、前記液膜の前記第１端子に対応する部分に前記レーザ光を照射して、前記第１端子を形成する、
請求項１に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項３】
前記第１端子形成ステップにおいて、前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に、前記長手方向において互いに離隔した複数の第１端子を含む第１端子群を、それぞれ形成する、
請求項１又は２に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項４】
前記ヒューズ膜の長手方向の中央側と、前記第１端子群のうちの前記長手方向の最も中央側に位置する中央側第１端子とを覆う被覆部を形成する被覆部形成ステップと、
前記第１端子群のうちの前記長手方向の端側に位置する端側第１端子と電気的に接続する第２端子を形成する第２端子形成ステップと、を更に有する、
請求項３に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項５】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記レーザ光を前記液膜に対して一回走査させることで、前記レーザ光のスポット径に対応する幅の、直線状又は曲線状の前記ヒューズ膜を形成する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項６】
前記液膜形成ステップにおいて、前記レーザ光の照射前の前記液膜の第１厚みと、前記レーザ光の照射後の前記ヒューズ膜の前記第１厚みよりも小さい第２厚みとの対応関係に基づいて、前記第１厚みを調整して前記液膜を形成する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項７】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記液膜の厚みに応じて、レーザ照射装置による前記レーザ光の照射速度及び照射強度の少なくとも一方を調整して、前記液膜に前記レーザ光を照射する、
請求項１から６のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項８】
前記基板は、前記ヒューズ膜が複数形成される集合基板であり、
前記複数のヒューズ膜の前記集合基板上の形成位置を調整するための位置調整マークを、
前記液膜にレーザ光を照射して形成するマーク形成ステップを更に有し、
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、形成された前記位置調整マークの位置に基づいて、前記複数のヒューズ膜をそれぞれ形成する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項９】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、レーザ照射装置の発振部から発振された前記レーザ光を減衰用の光学フィルターで減衰し、減衰された前記レーザ光を前記液膜に照射する、
請求項１から８のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項１０】
基板と、
前記基板の主面上に設けられたヒューズ膜と、
前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に前記ヒューズ膜と接続するようにそれぞれ設けられ、前記長手方向において互いに離隔した複数の第１端子を含む第１端子群と、
を備える、チップヒューズ。
【請求項１１】
前記第１端子群の各第１端子は、前記ヒューズ膜の前記長手方向と交差する交差方向に沿って設けられ、
前記第１端子群の各第１端子の幅は、それぞれ前記ヒューズ膜の幅と同じ大きさである、
請求項１０に記載のチップヒューズ。
【請求項１２】
前記第１端子群の各第１端子の厚みは、それぞれ前記ヒューズ膜の厚みと同じ大きさである、
請求項１０又は１１に記載のチップヒューズ。
【請求項１３】
前記ヒューズ膜の前記長手方向の中央側と、前記第１端子群のうちの前記長手方向において最も中央側に位置する前記第１端子とを覆う被覆部を更に備える、
請求項１０から１２のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【請求項１４】
前記ヒューズ膜を溶断させる溶断電流を、前記ヒューズ膜の前記長手方向と直交する断面積で除算した溶断電流密度は、４．０×１０6（A／cm2）以下である、
請求項１０から１３のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【請求項１５】
前記ヒューズ膜の表面積を前記ヒューズ膜の体積で除算した比表面積は、２１（／μm）以下である、
請求項１４に記載のチップヒューズ。
【請求項１６】
前記ヒューズ膜の幅を幅wとし、前記ヒューズ膜の厚みを膜厚tとしたときに、
前記幅wは、３（μm）以上、かつ２０（μm）以下であり、
前記膜厚tは、０．１（μm）以上、かつ３．０（μｍ）以下である、
請求項１５に記載のチップヒューズ。
【請求項１７】
前記基板及び前記被覆部の熱伝導率は、それぞれ０．３（W／m・K）以下である、
請求項１３に記載のチップヒューズ。
【請求項１８】
前記長手方向の両端側の前記第１端子群のうちの各々中央側に位置する第１端子の間の前記ヒューズ膜の長さは、６００（μm）以上である、
請求項１４から１７のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本実施形態においては、ヒューズ膜２０を溶断させる最小溶断電流を、ヒューズ膜２０の長手方向と直交する断面積で除算した溶断電流密度は、４．０×１０6（A／cm2）以下である。望ましくは、溶断電流密度が３．５×１０6（A／cm2）以下であることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
また、本実施形態では、制御部２１０は、インク膜１１０の厚みに応じて、レーザ光の照射速度及び照射強度の少なくとも一方を調整して、インク膜１１０にレーザ光を照射してもよい。これにより、インク膜１１０の厚みが変動しても、所望の厚みのヒューズ膜１２０を形成できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４７】
数式（１５）を数式（１４）に代入すると、数式（１６）となる。
2016075793.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月1日(2016.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に、金属ナノ粒子が分散された分散液の液膜を形成する液膜形成ステップと、
前記液膜にレーザ光を照射して、前記主面上にヒューズ膜を形成するヒューズ膜形成ステップと、
前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に、前記長手方向において互いに離隔し前記ヒューズ膜と接続する複数の第１端子を含む第１端子群を、それぞれ形成する第１端子形成ステップと、
を有する、チップヒューズの製造方法。
【請求項２】
前記第１端子形成ステップにおいて、前記液膜の前記第１端子に対応する部分に前記レーザ光を照射して、前記第１端子を形成する、
請求項１に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項３】
前記ヒューズ膜の長手方向の中央側と、前記第１端子群のうちの前記長手方向の最も中央側に位置する中央側第１端子とを覆う被覆部を形成する被覆部形成ステップと、
前記第１端子群のうちの前記長手方向の端側に位置する端側第１端子と電気的に接続する第２端子を形成する第２端子形成ステップと、を更に有する、
請求項１に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項４】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記レーザ光を前記液膜に対して一回走査させることで、前記レーザ光のスポット径に対応する幅の、直線状又は曲線状の前記ヒューズ膜を形成する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項５】
前記液膜形成ステップにおいて、前記レーザ光の照射前の前記液膜の第１厚みと、前記レーザ光の照射後の前記ヒューズ膜の前記第１厚みよりも小さい第２厚みとの対応関係に基づいて、前記第１厚みを調整して前記液膜を形成する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項６】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、前記液膜の厚みに応じて、レーザ照射装置による前記レーザ光の照射速度及び照射強度の少なくとも一方を調整して、前記液膜に前記レーザ光を照射する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項７】
前記基板は、前記ヒューズ膜が複数形成される集合基板であり、
前記複数のヒューズ膜の前記集合基板上の形成位置を調整するための位置調整マークを、
前記液膜にレーザ光を照射して形成するマーク形成ステップを更に有し、
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、形成された前記位置調整マークの位置に基づいて、前記複数のヒューズ膜をそれぞれ形成する、
請求項１から６のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項８】
前記ヒューズ膜形成ステップにおいて、レーザ照射装置の発振部から発振された前記レーザ光を減衰用の光学フィルターで減衰し、減衰された前記レーザ光を前記液膜に照射する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のチップヒューズの製造方法。
【請求項９】
基板と、
前記基板の主面上に設けられたヒューズ膜と、
前記主面上の前記ヒューズ膜の長手方向の両端側に前記ヒューズ膜と接続するようにそれぞれ設けられ、前記長手方向において互いに離隔した複数の内部端子を含む内部端子群と、
を備える、チップヒューズ。
【請求項１０】
前記内部端子群の各内部端子は、前記ヒューズ膜の前記長手方向と交差する交差方向に沿って設けられ、
前記内部端子群の各内部端子の幅は、それぞれ前記ヒューズ膜の幅と同じ大きさである、
請求項９に記載のチップヒューズ。
【請求項１１】
前記内部端子群の各内部端子の厚みは、それぞれ前記ヒューズ膜の厚みと同じ大きさである、
請求項９又は１０に記載のチップヒューズ。
【請求項１２】
前記ヒューズ膜の前記長手方向の中央側と、前記内部端子群のうちの前記長手方向において最も中央側に位置する前記内部端子とを覆う被覆部を更に備える、
請求項９から１１のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【請求項１３】
前記ヒューズ膜を溶断させる溶断電流を、前記ヒューズ膜の前記長手方向と直交する断面積で除算した溶断電流密度は、４．０×１０6（A／cm2）以下である、
請求項９から１２のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【請求項１４】
前記ヒューズ膜の表面積を前記ヒューズ膜の体積で除算した比表面積は、２１（／μm）以下である、
請求項１３に記載のチップヒューズ。
【請求項１５】
前記ヒューズ膜の幅を幅wとし、前記ヒューズ膜の厚みを膜厚tとしたときに、
前記幅wは、３（μm）以上、かつ２０（μm）以下であり、
前記膜厚tは、０．１（μm）以上、かつ３．０（μｍ）以下である、
請求項１４に記載のチップヒューズ。
【請求項１６】
前記基板及び前記被覆部の熱伝導率は、それぞれ０．３（W／m・K）以下である、
請求項１２に記載のチップヒューズ。
【請求項１７】
前記長手方向の両端側の前記内部端子群のうちの各々中央側に位置する内部端子の間の前記ヒューズ膜の長さは、６００（μm）以上である、
請求項１３から１６のいずれか１項に記載のチップヒューズ。
【国際調査報告】
2016075793.tif 000049
2016075793.tif 000050