(57)【要約】      （修正有）【課題】過電流による溶断の速動性を向上でき、保護効果も十分なチップ型回路保護素子を提供する。【解決手段】絶縁性基板１の表面に下地ガラス層２が積層され、その両端側に一対の金属層９が、その外側の端部が下地ガラス層２の端部よりも内側に位置するように配設されている。ヒューズエレメント４は、金属層９を覆うように配設された１対の幅広の電極部４ｂと電極部４ｂ間をつなぐ幅狭の溶断部４ａとから構成されている。溶断部４ａを覆うようにガラス層５が設けられ、その上に保護樹脂層６が設けられている。保護樹脂層６の両端の真下に金属層９が位置している。絶縁性基板１の端面には、少なくとも一部が電極部４ｂに積層するように設けられた端面電極７とこれを覆う親ハンダ層８が形成されている。端面電極７は金属層９には直接接続されていない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、該絶縁性基板上に積層した下地ガラス層と、該下地ガラス層上の両端側に配設され、外側の端部が前記下地ガラス層の端部よりも内側に位置するように配設された一対の金属層と、前記金属層を覆うように配設された１対の幅広の電極部と該電極部間をつなぐ幅狭の溶断部とからなるヒューズエレメントと、前記溶断部を含む前記ヒューズエレメントの一部を覆い前記電極部の幅より狭い幅のガラス層と、該ガラス層を覆い、その両端が前記金属層の上に位置し、かつ、前記電極部の幅より広い幅の保護樹脂層と、前記一対の金属層には接続されず、前記電極部に少なくとも一部が積層された端部電極と、前記端部電極を被覆した親ハンダ層とを有することを特徴とするチップ型回路保護素子。
【請求項２】
前記ガラス層の平面形状が矩形であることを特徴とする請求項１に記載のチップ型回路保護素子。
【請求項３】
前記ガラス層が前記溶断部のみを覆うことを特徴とする請求項１または２に記載のチップ型回路保護素子。
【請求項４】
前記ガラス層が前記溶断部および前記電極部と前記溶断部との接続領域のみを覆うことを特徴とする請求項１または２に記載のチップ型回路保護素子。
【請求項５】
前記金属層の単位面積当たりの熱容量が、前記ヒューズエレメントの単位面積当たりの熱容量よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のチップ型回路保護素子。
【請求項６】
前記金属層が厚膜材料で形成され、前記ヒューズエレメントが薄膜材料で形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のチップ型回路保護素子。
【請求項７】
前記ガラス層が、前記ヒューズエレメントに過電流が流れた際に溶解するような軟化点のガラスによって形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のチップ型回路保護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ状の回路保護素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された従来のチップ型ヒューズ抵抗器の一例を説明する。アルミナなどの絶縁性基板の上面にアンダーコートガラス層が形成され、その上に１対の厚膜電極が形成されている。この厚膜電極を接続するようにヒューズ抵抗体が形成されている。ヒューズ抵抗体は、厚膜電極との幅広の接合部と、その間に所定のパターン幅を有する幅狭で矩形の機能部、すなわち、溶断部とから構成されている。絶縁性基板の両端面部分に、厚膜電極に接続されて、絶縁性基板の下面にまで至る端面電極が形成され、最上部に、オーバーコートガラス層が形成されている。オーバーコートガラス層は、保護外装膜としてヒューズ抵抗体を完全に被覆するように形成されている。ヒューズ抵抗体が上下のガラス層で覆われているために、ヒューズ抵抗体から発する熱が放散しにくい蓄熱効果を生じ、ヒューズ抵抗体は小さな過電流でも高速に溶断させることができる。
【０００３】
この上下のガラス層として、特許文献２に記載されているように、オーバーコートガラス層（保護ガラス層）を、アンダーコートガラス層（下地ガラス層）のガラスの軟化点より低い軟化点のガラスによって形成すると、過電流が流れた場合に、まず、オーバーコートガラス層がヒューズ抵抗体の発熱放射を低減しつつ溶解し、そして、ヒューズ抵抗体とアンダーガラス層との濡れ性を低下させ、ヒューズ抵抗体の凝集力により溶断させることができ、過電流が流れても、発煙等を引き起こすことなく、溶断特性の速動性を向上させ、確実に溶断させることができる。
【特許文献１】特開平４−６５０４６号公報
【特許文献２】特許第２６０８０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、チップ型ヒューズ抵抗器は、ヒューズ抵抗体が下地ガラス層の上に形成され、表面を保護ガラス層で覆われている。この両面のガラス層が、蓄熱効果をもたらすとともに、速動性を向上させるためには、保護ガラス層が過電流によって溶断する際に、保護ガラス層が溶解するような軟化点を有するガラスによって形成するのがよい。
【０００５】
しかしながら、下地ガラス層と保護ガラス層との間にヒューズ抵抗体を挟むようにした従来のチップ型回路保護素子では、保護ガラス層がヒューズ抵抗体を完全に覆うように形成されているから、保護ガラス層の熱容量が大きく、過電流が流れた際に、保護ガラス層を溶解させるまでには大きい発熱量が必要となり、速動性の観点から好ましいことではない。保護ガラス層の厚さを薄くすれば、蓄熱特性が悪くなり、溶断特性を悪くする。また、ヒューズ抵抗体を覆う部分を制限すれば、保護効果が悪くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、速動性を向上でき、保護効果も十分なチップ型回路保護素子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】
本発明は、チップ型回路保護素子において、絶縁性基板と、該絶縁性基板上に積層した下地ガラス層と、該下地ガラス層上の両端側に配設され、外側の端部が前記下地ガラス層の端部よりも内側に位置するように配設された一対の金属層と、前記金属層を覆うように配設された１対の幅広の電極部と該電極部間をつなぐ幅狭の溶断部とからなるヒューズエレメントと、前記溶断部を含む前記ヒューズエレメントの一部を覆い前記電極部の幅より狭い幅のガラス層と、該ガラス層を覆い、その両端が前記金属層の上に位置し、かつ、前記電極部の幅より広い幅の保護樹脂層と、前記一対の金属層には接続されず、前記電極部に少なくとも一部が積層された端部電極と、前記端部電極を被覆した親ハンダ層とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガラス層の体積を小さくできるので、過電流に対する溶断の速動性を向上でき、保護樹脂層により、保護効果を高めることができるとともに、蓄熱性も良好となり、さらに、金属層を配設したことにより下地ガラス層におけるクラックの発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、本発明のチップ型回路保護素子の開発にあたって、試作したチップ型回路保護素子について図３により説明する。図３において、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はガラス層を説明するための平面図、（Ｃ）は保護樹脂層を説明するための平面図である。図中、１は絶縁性基板、２は下地ガラス層、３は裏面電極、４はヒューズエレメント、４ａは溶断部、４ｂは電極部、５はガラス層、６は保護樹脂層、７は端面電極、８は親ハンダ層である。なお、図３（Ａ）の断面図は、図３（Ｂ）でみればＡ−Ａ線における断面図であり、図３（Ｂ）においては、ガラス層５が形成される範囲を破線のハッチングで示し、図３（Ｃ）においては、保護樹脂層６が形成される範囲を破線のハッチングで示している。
【００１０】
この試作例は、ヒューズエレメント４の上に形成されるガラス層５の体積を小さくして過電流で溶解させる熱容量を少なくするとともに、保護樹脂層６によって、ガラス層５を覆うようにして、蓄熱作用と保護作用をもたせるようにしたものである。ヒューズエレメント４は、幅狭の溶断部４ａの両側に幅広の電極部４ｂを設けて、電極部４ｂの一部に端面電極７を積層するようにしたので、いわゆる表電極は設けられていない。
【００１１】
試作したチップ型回路保護素子について、熱衝撃試験を行った。試験方法は、−５５℃の恒温槽と＋１２５℃の恒温槽を用意し、試作したチップ型回路保護素子を回路基板に搭載してハンダ付けをして固定した状態で、−５５℃の恒温槽に入れて、３０分経過したところで取り出して、直ちに、＋１２５℃も恒温槽に３０分入れ、これを１サイクルとして、５０サイクル繰り返し、１０サイクルごとに抵抗値を測定し、抵抗値の変化率Ｒ％を計算した結果を図４に示す。試験したチップ型回路保護素子の数は２０個である。縦に示した変化範囲が最大値と最小値を示したチップ型回路保護素子の変化率の範囲であり、最小値を示したチップ型回路保護素子は、変化率が０％である。○印は平均値である。１０サイクルの熱衝撃試験で抵抗値が変化をし始めたものもあり、５０サイクルの熱衝撃試験によって、１０％もの変化率を示したものもあった。変化率の大きかったチップ型回路保護素子をハンダを溶かして回路基板からはずしたものの断面の電子顕微鏡写真を図５，図６に示す。図６は図５の左上の端部の拡大顕微鏡写真である。図５の写真では、両外側に白色のハンダ層が残存し、その内側に親ハンダ層と端面電極がみられ、その内側の長方形部分が基板と下地ガラス層がみられる。基板と下地ガラス層との厚さの比率は、ほぼ２：１であり、この下地ガラス層の表面にヒューズ抵抗層（下地ガラス層の両端近傍でよく分かるが、薄い厚さの白色で見える。）があり、その上にガラス層、さらに、その上に黒色に近い灰色で、保護樹脂層がみえる。しかし、最上面に形成された保護樹脂層が背景の黒色に近い灰色であるから、印刷した場合は、色がつぶれて保護樹脂層の認識が困難であるが、特許願に添付した図面データのディスプレイ表示では、保護樹脂層は明確に認識できる。保護樹脂層の左端部の下あたりから斜め左方向に向けて下地ガラス層にクラックが発生していることが分かる。このクラックは、図５よりも倍率を高くした図６の電子顕微鏡写真でよく分かる。
【００１２】
クラックの対策について、検討したところ、下地ガラス層において、保護樹脂層によって覆われた領域と端面電極および親ハンダ層によって覆われた領域とでは、温度が下降する際、または、温度が上昇する際の温度条件が異なり、収縮、または、膨張が異なる結果、領域の境界部分で歪みが生じて、クラックが発生するものと推測をした。この推測に基づいて、２つの領域の境界部分を含めてその近傍の領域において、下地ガラス層とヒューズエレメントとの間に熱伝導性がガラスよりも良好な金属層を設けたものを試作したところ、上述した試験と同じ条件での熱衝撃試験によっては、抵抗値が変化したものはほとんどなく、このデータは図４に表示をしていないが、最大値，最小値，平均値とも、大部分が０％であり、１％の変化率を示すものは皆無であった。図７の断面の顕微鏡写真や、図８の保護樹脂層によって覆われた領域と端面電極および親ハンダ層によって覆われた領域の境界部分の顕微鏡写真をみても、クラックが発生していないことが分かる。金属層の単位面積当たりの熱容量はヒューズエレメントの単位面積当たりの熱容量よりも大きく、金属層は、厚膜材料で形成するのが好ましいことも分かった。
【００１３】
上述した考察に基づいて開発された本発明のチップ型回路保護素子について図１により説明する。図１において、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はガラス層を説明するための平面図、（Ｃ）は保護樹脂層を説明するための平面図である。図中、１は絶縁性基板、２は下地ガラス層、３は裏面電極、４はヒューズエレメント、４ａは溶断部、４ｂは電極部、５はガラス層、６は保護樹脂層、７は端面電極、８は親ハンダ層、９は金属層である。なお、図１（Ａ）の断面図は、図１（Ｂ）でみればＡ−Ａ線における断面図であり、図１（Ｂ）においては、ガラス層５が形成される範囲を破線のハッチングで示し、図１（Ｃ）においては、保護樹脂層６が形成される範囲を破線のハッチングで示している。図１（Ｂ），（Ｃ）において、金属層９はヒューズエレメント４の下にあるので、破線で図示した。
【００１４】
絶縁性基板１は、セラミックス等の耐熱性の材料が用いられ、その一方の面の表面に下地ガラス層２が設けられている。絶縁性基板１の他方の面の両端部に１対の裏面電極３が設けられているが、裏面電極３は必ずしも設けなければならないものではない。下地ガラス層２の表面の端部側に１対の金属層９が設けられている。金属層９は、絶縁性基板１の端面から間隔をおいて、また、側面（端面と直交する端面）からも間隔をおいて設けられている。ヒューズエレメント４は、金属層９を覆うように設けられた１対の幅広部と、この幅広部をつなぐように設けられた幅狭部とから構成されている。幅広部は電極部４ｂとして、幅狭部は溶断部４ａとして機能する。溶断部４ａを覆うようにガラス層５が設けられている。さらに、ガラス層５を覆うようにして、ヒューズエレメント４の電極部４ｂが端面電極７と接続される領域を除いて、絶縁性基板１の全幅にわたって、保護樹脂層６が設けられている。保護樹脂層６は。絶縁性基板１の全幅にわたる必要はなく、電極部４ｂの幅よりも広い幅であれば、ヒューズエレメント４を保護できる。また、保護樹脂層６が設けられていない電極部４ｂから絶縁性基板１の端面を通り、裏面電極３にわたって、端面電極７が設けられ、その上に親ハンダ層８が設けられている。
【００１５】
金属層９は、下地ガラスの熱伝導率よりも高い熱伝導率の材料を配設する目的をもって用いられたものであり、例えば、Ａｇ−Ｐｄ系の材料などを用いることができ、下地ガラス層５に発生するクラックを防止するために設けられたものである。その配置領域は、少なくとも、保護樹脂層６と端面電極７との境界の下方からその両側にわたる領域であるが、金属層９の外側（絶縁性基板１の端部側）の端は、絶縁性基板１の端面まで達するものではなく、端面との間に適当な間隔を有しており、金属層９の内側（前記端部側の反対側）の端は、溶断部４ａと電極部４ｂとの境界まで達するものではなく、電極部４ｂの下面内に収まっている。金属層９が電極部４ｂの下面に設けられていることによって、電極部４ｂの電気抵抗を低下させることができるという効果もある。
【００１６】
ガラス層９は、溶断部４ａの保護の機能を期待するものではなく、溶断部４ａが過電流で溶断する際に、溶断部４ａからの発熱放射を低減しつつ溶解すれば足りるものであるから、気泡やピンホール等が存在しても許容できるものであって、少なくとも溶断部４ａを覆えば足りるものである。したがって、ガラス層５の幅（溶断部４ａの幅方向と同じ方向の幅）は、電極部４ｂの幅よりも狭い。ガラス層５の幅を最小とする場合には、ガラス層５が溶断部４ａの幅方向の端からはみ出して、溶断部４ａの幅方向の端まで覆えば足りる程度の幅とする。ガラス層５の幅方向と直交する方向（溶断部４ａに流れる電流の方向）を長手方向と呼ぶことにすれば、ガラス層５の長手方向の端は、電極部４ｂ内にあってもよく、この場合は、ガラス層５は、溶断部４ａを含むヒューズエレメント４の一部を覆うこととなる。ガラス層５が溶断部４ａの幅方向の端からはみ出して、ガラス層５における長手方向の端を、溶断部４ａの端よりも電極部４ｂのやや内側とする場合は、ガラス層５は、電極部４ｂと溶断部４ａとの接続領域のみを覆うこととなる。ガラス層５が溶断部４ａの幅方向の端からはみ出して、ガラス層５における長手方向の端を、溶断部４ａと電極部４ｂとの境界線の位置とする場合は、ガラス層５は、溶断部４ａのみを覆うこととなる。ガラス層５の熱容量を最も小さくする場合には、ガラス層５は、溶断部４ａのみを覆うようにする。ガラス層５の平面形状は、溶断部４ａの形状に依存させるようにしてもよいが、図１の実施例のように、溶断部４ａの幅が一定である場合は、ガラス層５の平面形状を矩形形状とするのがよい。
【００１７】
保護樹脂層６は、ガラス層５を覆って、端面電極７とガラス層５に覆われていない抵抗層を保護するための保護層としての機能をもたらすとともに、断熱作用を利用して、溶断時の蓄熱性を向上させるものである。しかし、上述したように、保護樹脂層６を用いたことによるクラックの発生の回避のために金属層９を配設したことから、保護樹脂層６の両端の長手方向の位置は、金属層９の上にあるように、保護樹脂層６と金属層９の配置が決定される。この実施例では、保護樹脂層６の両端の長手方向の位置の真下が、金属層９の長手方向のほぼ中央にあるようにしている。
【００１８】
本発明のチップ型回路保護素子の製造方法の一実施例について図２で説明する。図中、図１と同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。１０は金属膜である。なお、図２（Ａ）〜（Ｇ）において、それぞれの工程において、新たに追加される部分をハッチングを付して分かりやすくするとともに、各工程において、それより前の工程で図示した参照数字については図示を省略した。図２に図示する絶縁性基板は、多数個取りの基板が用いられるが、図２では、１個の素子みを図示している。また、各図において、平面図の下に中心線を通る断面図を図示した。
【００１９】
図２（Ａ）は、絶縁性基板を説明するためのものである。多数個取りの基板としては、各素子の１個ずつに分割するための分割溝（スリット）が縦横に形成された基板を用意するか、あるいは、受け入れた無地の基板に対して、レーザースクライブによって分割溝を形成する。この分割溝が形成された絶縁性基板１の一方の表面に下地ガラス層２を形成する。下地ガラス層２は、ガラスペーストを塗布して、焼成することによって形成される。一例では、下地ガラス層２の焼成温度は９５０℃である。
【００２０】
図２（Ｂ）は、金属層９、および、裏面電極３の形成工程である。いずれも、Ａｇ−Ｐｄ系の材料、例えば、銀パラジウムペーストのスクリーン印刷による厚膜材料で形成される。材料は、Ａｇ−Ｐｄ系の材料に限られるものではなく、金属層９と裏面電極３とを別材料で形成してもよい。裏面電極３は、絶縁性基板１の端面の位置まで形成されるが、金属層９は、絶縁性基板１の端面よりも内側に形成される。したがって、後述する端面電極７に直接接続されるものではない。金属層９を絶縁性基板１の端面よりも内側に形成したことによって、後述するダイシングが容易となる。絶縁性基板１の端面と直交する端面、すなわち、絶縁性基板１の側面に対しても、金属層９はその内側に形成されるが、裏面電極３も、側面に対して内側に形成されるが、端面まで形成されるようにして、隣接する素子の裏面電極とがつながるように形成してもよい。もちろん、上述したように、裏面電極を省略してもよい。
【００２１】
図２（Ｃ），（Ｄ）は、ヒューズエレメント４の形成工程である。図２（Ｃ）は、ヒューズエレメント４となる金属膜１０の形成工程である。まず、図２（Ｃ）に示すように、下地ガラス層２の上に金属層９が形成された表面の全面に金属膜１０が形成される。この例では、Ｃｒ、次に、Ｃｕのスパッタリングによって金属膜１０が形成される。ついで、フォトリソ工程で、ヒューズエレメントを形成する部分以外の領域の金属膜を除去してヒューズエレメント４が形成される。ヒューズエレメント４は、両端側に金属層９を覆うように幅広の電極部４ｂが、そして、電極部間をつなぐように幅狭の溶断部４ａが形成されたパターンである。なお、ヒューズエレメント４はこの例のように、薄膜で形成されることに限られるものではなく、厚膜で形成されてもよい。
【００２２】
図２（Ｅ）は、ガラス層５の形成工程である。ガラス層５は、溶断部４ａを覆うように、ガラスペーストのスクリーン印刷と焼成によって形成されるが、ガラス層５のガラスの軟化点は、下地ガラス層のガラスの軟化点より低く、溶断部が過電流で溶断する際に、ガラス層５のガラスが溶解するような軟化点とするのがよい。一例では、ガラス層５の焼成温度は６４０℃である。
【００２３】
図２（Ｆ）は、保護樹脂層６の形成工程である。この例では、エポキシ樹脂層をスクリーン印刷によって形成した。保護樹脂層６によって、ガラス層５は覆われる。保護樹脂層６を形成した後、必要により、その表面に製品記号等の表示印刷が行われる。保護樹脂層６の端部の下方に位置して金属層９が配設されていることになり、金属層９は、保護樹脂層６の端部の真下から絶縁性基板１の長手方向でみた両側に延びるように配設されていることになる。
【００２４】
この工程までは、絶縁性基板１上には、多数個の素子が縦横に配列されている。図２（Ｆ）の工程後に、１次分割が行われる。１次分割では、端面が露出するように分割され、隣り合う素子間が側面でつながった短冊状の中間製品が得られる。この分割は、実施例では、ダイシングソーによって、表面側から下地ガラス層まで達する切り込みを入れて、分割溝に沿ってクラッキングによる分割を行う。
【００２５】
図２（Ｇ）では、短冊状の中間製品に対して、端面電極７を形成する工程である。端面電極７は、この実施例では、ＮｉＣｒのスパッタリングによって形成されるが、ＮｉＣｒに限られるものではなく、適宜の電極材料を用いることができる。その形成方法も、浸積法や、塗布法など、適宜の方法を採用できる。
【００２６】
図２（Ｈ）は、親ハンダ層８の形成工程である。端面電極７の上に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎの４層をこの記載順にメッキすることによって親ハンダ層８が形成される。親ハンダ層の材料についても、この実施例に限られるものではなく、適宜の材料を選択できる。
【００２７】
この工程の後に、各素子の側面に沿う分割溝を利用してクラッキングによって１個ずつの素子に分割され、チップ型回路保護素子が製造される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のチップ型回路保護素子の一実施例を説明するためのもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はガラス層を説明するための平面図、（Ｃ）は保護樹脂層を説明するための平面図である。
【図２】本発明のチップ型回路保護素子の製造方法の一実施例ので説明図である。
【図３】本発明のチップ型回路保護素子の先行技術を説明するためのもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はガラス層を説明するための平面図、（Ｃ）は保護樹脂層を説明するための平面図である。
【図４】試作したチップ型回路保護素子の熱衝撃試験の結果の説明図である。
【図５】試作したチップ型回路保護素子が熱衝撃試験により生じたクラックを示す顕微鏡写真である。
【図６】試作したチップ型回路保護素子が熱衝撃試験により生じたクラックを示す顕微鏡写真である。
【図７】本発明のチップ型回路保護素子について熱衝撃試験を行った結果の顕微鏡写真である。
【図８】本発明のチップ型回路保護素子について熱衝撃試験を行った結果の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２９】
１…絶縁性基板、２…下地ガラス層、３…裏面電極、４…ヒューズエレメント、４ａ…溶断部、４ｂ…電極部、５…ガラス層、６…保護樹脂層、７…端面電極、８…親ハンダ層、９…金属層、１０…金属膜。
【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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