(57)【要約】【課題】動作温度や定格電流の設定が容易であり、製造コストを低減することができる回路保護素子とその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁基板１１上に形成された電極間に導通するように可溶金属層が設けられた保護素子において、可溶金属層は高融点金属膜１６と低融点金属膜１８とが積層されたものであり、高融点金属膜は金、銀の少なくとも一方を含む材料により膜厚２μｍ以下に形成され、低融点金属膜は高融点金属膜よりも厚く形成された。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に形成された電極間に導通するように可溶金属層が設けられた保護素子において、前記可溶金属層は高融点金属膜と低融点金属膜とが積層されたものであり、前記高融点金属膜は金、銀の少なくとも一方を含む材料により膜厚２μｍ以下に形成され、前記低融点金属膜は前記高融点金属膜よりも厚く形成されたものである回路保護素子。
【請求項２】
前記高融点金属膜は、発熱体の上に絶縁層を介して積層されたものである請求項１に記載の回路保護素子。
【請求項３】
絶縁基板上に形成された電極間に導通するように可溶金属層が設けられた保護素子の製造方法であって、高融点金属膜を有機金属ペーストの印刷焼成により形成し、前記高融点金属膜の上に前記高融点金属よりも融点が低い材料をめっきして低融点金属膜を形成したことを特徴とする回路保護素子の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁基板上に発熱体を設け、前記発熱体上に絶縁層を形成し、前記絶縁層の上に前記高融点金属膜を形成することを特徴とする請求項３に記載の回路保護素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、回路保護素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノート型パーソナルコンピューターなどの携帯電子機器のバッテリー保護回路では、バッテリー本体やＦＥＴの発熱により可溶素子が溶断する温度ヒューズが使用されている。また温度ヒューズに、バッテリーへの過充電時の過電圧検出手段により発熱体を併設し、その発熱体の熱により可溶素子を強制的に溶断させる保護素子も使用されている。
【０００３】
例えば、図５（ａ）（ｂ）に示した回路保護素子とその製造方法が、特許文献１に記載されている。この回路保護素子は、アルミナセラミックなどの無機質基板５２上に端子５６ａ，５６ｂ，５７ａ，５７ｂが形成され、この端子５６ａ，５６ｂに導通する発熱体５３が酸化ルテニウムなどの印刷焼成により形成され、発熱体５３を覆う絶縁層５４がシリカ系絶縁ペーストの印刷焼成により形成され、絶縁層５４の上に低融点金属の箔が熱圧着されて低融点金属膜５５が電極５７ａ，５７ｂに導通するように形成され、さらに、絶縁層５４や低融点金属膜５５は保護層により被覆される。
以上の回路保護素子は、印刷焼成工程に加えて、低融点金属膜５５を形成するための熱圧着工程を設ける必要があり、製造コスト増加の要因になる。
【０００４】
また特開平５−１７４６７８号公報（特許文献２）には、低融点金属を含有したメタルグレーズ膜を印刷して低融点金属層が形成された回路保護素子が記載されているが、これは低融点金属層の軟化温度が３００℃以上と高く、温度ヒューズとして使用した場合には、速断性に劣るという欠点がある。
【０００５】
さらに、特開平２−１００２２１号公報（特許文献３）には、錫やはんだを含む材料を印刷して低融点金属層が形成された回路保護素子が記載されているが、これは、低融点ペースト（はんだペースト）をスクリーン印刷で電極間に印刷する構成となっており、印刷後に焼成による固化を行なっていないため、不安定で製造時に断線しやすいものである。また、印刷後に溶融固化する場合でも、温度・時間のコントロールが非常に難しく、溶融が不足すると抵抗値が高くなりヒューズエレメントとしての機能が低下する。溶融過多の場合は温度ヒューズとして動作してしまい断線する。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１６１９９０号公報
【特許文献２】特開平５−１７４６７８号公報
【特許文献３】特開平２−１００２２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その課題は、動作温度や定格電流の設定が容易であり、製造コストを低減することができる回路保護素子とその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、絶縁基板上に形成された電極間に導通するように可溶金属層が設けられた保護素子において、前記可溶金属層は高融点金属膜と低融点金属膜とが積層されたものであり、前記高融点金属膜は金、銀の少なくとも一方を含む材料により膜厚２μｍ以下に形成され、前記低融点金属膜は前記高融点金属膜よりも厚く形成されたものである回路保護素子が提供される。
本発明では、低融点金属膜と２μｍ以下の膜厚の高融点金属膜とが積層されているので、低融点金属膜が先行して溶融を開始すると、ほぼ同じ温度にて高融点金属膜も溶融するため、可溶金属層は確実かつ速やかに溶断される。
また前記可溶金属層は、高融点金属膜と低融点金属膜とが積層されたものであるため、低融点金属の溶融と同時に高融点金属が瞬時に拡散し、速断性と溶断の確実性が向上する。
【０００９】
また本発明によれば、絶縁基板上に形成された電極間に導通するように可溶金属層が設けられた保護素子の製造方法であって、高融点金属膜を有機金属ペーストの印刷焼成により形成し、前記高融点金属膜の上に前記高融点金属よりも融点が低い材料をめっきして低融点金属膜を形成したことを特徴とする回路保護素子の製造方法が提供される。
本発明では、低融点金属膜をめっき法により形成するので、製造時にめっき時間を管理するだけで、所望の厚さの低融点金属膜が容易に得られ、定格電流値を含む各種溶断特性の可溶金属層を容易に形成することができる。また低融点金属膜を構成する材料を適宜選択し、その軟化温度がリフロー温度より高くなるようにすることで、回路保護素子を回路基板に実装した後にリフロー処理することが可能になる。また上記製造方法によれば、印刷、焼成、めっきのみのプロセスで形成できるため量産性の優れた回路保護素子の製造が可能になる。
なお、本発明において、有機金属ペーストを印刷した後に焼成して高融点金属膜を形成した場合には、充分に固化した薄膜を安定した品質で形成することができる。この高融点金属の薄膜を下地材とするため、この上に低融点金属の薄膜をめっき法により形成しても、安定した品質の低融点金属膜を形成することが可能になった。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の回路保護素子では、発熱体の下に下地ガラス層を設けても良く、これにより発熱体から下地基板上への放熱が抑制され、ここに蓄熱作用が生じるため、発熱体の熱が効率良く可溶金属層、特に、低融点金属膜に伝たわり、溶断性能は向上する。
【００１１】
本発明では、可溶金属層の上にフラックス層を形成しても良く、これにより、溶断効率を向上させることができる。
【００１２】
また本発明では、前記高融点金属膜が発熱体の上に絶縁層を介して積層されたものであっても良い。このように絶縁層を設け、この絶縁層の上に高融点金属膜を形成し、その上に可溶金属層用端子を形成することで高融点金属の薄膜の段差を無くし、薄膜の破損を防止することができる。
【００１３】
本発明の回路保護素子の製造方法では、印刷焼成による前記高融点金属膜の形成工程に先行し、前記絶縁基板上に発熱体を設け、前記発熱体上に絶縁層を形成しても良く、この場合、絶縁層の上に前記高融点金属膜の形成工程が行われる。
【００１４】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は本発明の回路保護素子１０の断面図である。
図１の回路保護素子１０では、発熱体１４が絶縁層１５の下方に設けられ、絶縁層１５の上方に可溶金属層としての高融点金属膜１６と低融点金属膜１８が設けられている。すなわち、下地ガラス層１２が絶縁基板１１上に形成され、この下地ガラス層１２の上からそれぞれ絶縁基板１１の両端部まで延びるように発熱体用端子１３が形成され、この両端子１３間に導通するように発熱体１４が形成され、これら発熱体１４及び下地ガラス層１２が絶縁層１５により被覆されている。また絶縁層１５の上には、高融点金属膜１６が形成され、この高融点金属膜１６からそれぞれ絶縁基板１１の両端部まで延びるように可溶金属層用端子１７が設けられ、これら可溶金属層用端子１７の上から高融点金属膜１６に重なるように低融点金属膜１８が積層され、この低融点金属膜１８がフラックス層１９により被覆され、さらに、端子１３，１７の両端部を残して全体が保護層２０により被覆されている。
ここで、高融点金属膜１６は、金、銀の少なくとも一方を含む材料により膜厚が２μｍ以下に形成される。一方、低融点金属膜１８は、錫、はんだ材料または少なくとも一方を含む合金材料により高融点金属膜１６よりも膜厚が厚く、３〜５００μｍ程度に形成される。この低融点金属膜１８を構成する材料は、回路保護素子１０が基板に実装されてリフローされるときのリフロー温度より高い軟化温度を有するものを使用することが好ましい。
【００１５】
次に、回路保護素子１０の作用について説明する。
回路に過電圧が印可したことを過電圧検出手段が検知すると、回路保護素子１０の端子１３を介して発熱体１４に通電し、この発熱体１４の熱が絶縁層１５を介して可溶金属層に伝達する。そして、低融点金属膜１８が２５０〜３００℃程度に加熱されると、低融点金属膜１８は溶融する。このとき、膜厚が２μｍ以下の高融点金属膜１６は、その融点に遥かに及ばぬ温度であるにもかかわらず、溶解した低融点金属の作用により溶融し、これら高融点金属膜１６と低融点金属膜１８からなる可溶金属層は溶断し、可溶金属層用端子１７間に流れていた電流は遮断される。
【００１６】
次に、回路保護素子１０の製造方法について説明する。
図２（ａ）に示したように、アルミナセラミック等からなる絶縁基板１１上に硼珪酸鉛ガラスペーストをスクリーン印刷し、これをほぼ９００℃で焼成して下地ガラス層１２を形成する。この下地ガラス層１２の上にＡｇＰｄ等のペーストを図２（ｂ）のようにスクリーン印刷し、ほぼ９００℃で焼成して一対の発熱体用端子１３を形成し、その後に、図２（ｃ）のように一対の発熱体用端子１３に跨ぐように酸化ルテニウム系ペーストを印刷し、これをほぼ８５０℃で焼成して発熱体１４を形成する。次に、発熱体用端子１３の一部と発熱体１４とを覆うように硼珪酸鉛ガラスペーストをスクリーン印刷し、これをほぼ７００℃で焼成すれば、図２（ｄ）に示した絶縁層１５が形成される。
【００１７】
以上のようにして絶縁層１５以下の構成が形成され、これを図２（ｄ）に示したが、図２（ｅ）〜（ｉ）では各構成が錯綜するのを防止して理解を容易にするため、絶縁層１５に覆われた部分は図示を省略した。
図２（ｅ）では、絶縁層１５の上における発熱体１４に重なる位置に、銀レジネートまたは金レジネートなどの有機金属ペーストを印刷し、ほぼ６５０℃で焼成して膜厚２μｍ以下の高融点金属膜１６を形成する。そして、図２（ｆ）に示したように、高融点金属膜１６の上からその両端に重なり導通するように、ＡｇＰｄ等のペーストをスクリーン印刷し、ほぼ６５０℃で焼成して一対の可溶金属層用端子１７を形成する。
【００１８】
次に、高融点金属膜１６上に重なる同じ形状を除いた部分にめっきレジストを塗布し、錫、はんだ材料または少なくとも一方を含む合金材料をめっきして、図２（ｇ）のように高融点金属膜１６上に重なる低融点金属膜１８を形成する。このとき、低融点金属膜１８の膜厚は少なくとも高融点金属膜１６の膜厚２μｍよりも厚く形成し、好ましくは膜厚３μｍ以上とする。この低融点金属膜１８の膜厚は、めっき時間を増減することにより適宜調整する。
【００１９】
めっきによる低融点金属膜１８の形成が終了したら、めっきレジストを除去し、高融点金属膜１６や低融点金属膜１８を覆うようにロジン含有フラックスペーストを印刷して乾燥させ、図２（ｈ）のフラックス層１９を形成する。さらに、フラックス層１９の上からは、発熱体用端子１３と可溶金属層用端子１７の両端部を残して、絶縁基板１１上の全ての構成を覆うようにシリコン系樹脂などを印刷して硬化させ、図２（ｉ）の保護層２０を形成すれば、回路保護素子１０は形成される。
【００２０】
以上のような回路保護素子１０の製造工程では、下地ガラス層１２、各端子１３，１７、発熱体１４、絶縁層１５、高融点金属膜１６、低融点金属膜１８、フラックス層１９及び保護層２０の全ての構成を、熱圧着工程を用いること無く、めっき工程や印刷工程のみにより形成することができるので、回路保護素子１０を薄型化できると共に、チップ抵抗器等と同等の設備で低コストにて製造することが可能である。
【００２１】
次に、図１の回路保護素子１０とは異なる実施態様について説明する。
図３（ａ）は回路保護素子３０の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＩＩＩｂ−ＩＩＩｂに沿った断面図であり、この回路保護素子３０は、図１の回路保護素子１０における絶縁層１５以下の各層が設けられず、図１の高融点金属膜１６以上の各層が同様に積層されたものである。すなわち、高融点金属膜３６が絶縁基板３１上に形成され、この高融点金属膜３６からそれぞれ絶縁基板３１の両端部まで延びるように可溶金属層用端子３７が設けられ、これら可溶金属層用端子３７の上から高融点金属膜１６に重なるように低融点金属膜３８が積層され、この低融点金属膜３８がフラックス層３９により被覆され、可溶金属層用端子３７の両端部を残して全体が保護層３５により被覆されている。
高融点金属膜３６及び低融点金属膜３８は、図１の回路保護素子１０と同様な材料、膜厚、軟化温度に形成される。
回路保護素子３０では、発熱体が絶縁基板３１上に形成されないが、高融点金属膜３６及び低融点金属膜３８には、ＦＥＴ等の発生する熱が絶縁基板３１を伝わって、可溶金属層に伝達される。したがって、回路保護素子３０では、これを用いた回路に過電圧が印加したことを過電圧検出手段が検出すると、過電圧検出手段であるＦＥＴ等により発生する熱が絶縁基板３１を伝わって可溶金属層に伝達され、低融点金属膜３８が溶融すると、その作用により高融点金属膜３６も溶融し、可溶金属層用端子３７間に流れている電流は遮断される。
【００２２】
以上の回路保護素子３０は、図４に示した各工程により製造される。
図４（ａ）では、アルミナセラミック等からなる絶縁基板３１上に銀レジネートまたは金レジネートなどの有機金属ペーストを印刷し、ほぼ６５０℃で焼成して膜厚２μｍ以下の高融点金属膜３６を形成する。そして、図４（ｂ）に示したように、高融点金属膜３６の上からその両端に重なり導通するように、ＡｇＰｄ等のペーストをスクリーン印刷し、ほぼ６５０℃で焼成して一対の可溶金属層用端子３７を形成する。
次に、高融点金属膜３６上に重なる同じ形状を除いた部分にめっきレジストを塗布し、錫、はんだ材料または少なくとも一方を含む合金材料をめっきして、図４（ｃ）のように高融点金属膜３６上に重なる低融点金属膜３８を膜厚３μｍ以上に形成する。低融点金属膜１８の形成が終了したら、めっきレジストを除去し、高融点金属膜３６や低融点金属膜３８を覆うようにロジン含有フラックスペーストを印刷して乾燥させ、図４（ｄ）のフラックス層３９を形成する。さらに、フラックス層３９の上からは、可溶金属層用端子３７の両端部を残し、絶縁基板３１上の全ての構成を覆うようにシリコン系樹脂などを印刷して硬化させ、図４（ｅ）の保護層３５が形成される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の回路保護素子では、膜厚２μｍ以下の高融点金属膜と、この高融点金属膜よりも厚い低融点金属膜とを積層することにより可溶金属層を形成したので、低融点金属膜が溶融したときに、高融点金属膜も瞬時に溶断され、可溶金属層に流れる電流は速やか且つ確実に遮断される。また高融点金属膜の上に低融点金属膜を積層したことにより、比較的低温で速断性に優れる温度ヒューズが得られる。
また本発明の製造方法では、高融点金属膜を印刷焼成により形成し、低融点金属膜をめっき形成しているため、圧着工程を用いることなく、めっき工程や印刷工程のみにより回路保護素子の製造が可能になった。したがって、回路保護素子は薄型化が可能になると共に、チップ抵抗器と同等の製造設備で低コストにて製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路保護素子の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｉ）は本発明の回路保護素子の製造工程を示した平面図である。
【図３】図１とは異なる実施態様の断面図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩＩｂ−ＩＩＩｂに沿った断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は図３の回路保護素子の製造工程を示した平面図である。
【図５】従来例の平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１０，３０  回路保護素子
１１，３１  絶縁基板
１３  発熱体用端子
１４  発熱体
１６，３６  高融点金属膜
１７，３７  可溶金属層用端子
１８，３８  低融点金属膜
【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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