(57)【要約】      （修正有）【課題】  例えば低コストな印刷法を利用して可溶体を形成した場合であっても、可溶体を高抵抗化して溶断時間の短縮を図るとともに、可溶体の抵抗値の設計を容易なものとする。【解決手段】  金属粉末を含む可溶体ペーストを用いて印刷法により可溶体２を形成するチップ型ヒューズ素子の製造方法であって、金属粉末として酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属を含む粉末とを用い、基板１上に可溶体ペーストを印刷した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とする。可溶体ペーストにおける難酸化性金属と易酸化性金属との比率が、例えば質量比で９５：５〜２０：８０である。酸素含有雰囲気中の酸素分圧を、易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、難酸化性金属の平衡酸素分圧より低くすることが好ましい。【選択図】  図１
2007059274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に可溶体が形成されてなるチップ型ヒューズ素子であって、
前記可溶体は金属と金属酸化物とを含み、
前記金属酸化物は、前記金属と当該金属よりも酸化し易い金属とを混合又は合金化した後、前記酸化し易い金属を選択的に酸化したものであることを特徴とするチップ型ヒューズ素子。
【請求項２】
前記金属がＡｇであり、前記金属酸化物がＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＺｎＯ、ＧｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＮｉＯから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載のチップ型ヒューズ素子。
【請求項３】
前記金属がＣｕであり、前記金属酸化物がＮｉＯであることを特徴とする請求項１記載のチップ型ヒューズ素子。
【請求項４】
前記可溶体における前記金属と前記金属酸化物との比率が、質量比で９５：５〜２０：８０であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のチップ型ヒューズ素子。
【請求項５】
金属粉末を含む可溶体ペーストを用いて印刷法により可溶体を形成するチップ型ヒューズ素子の製造方法であって、
前記金属粉末として酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属を含む粉末とを用い、
基板上に前記可溶体ペーストを印刷した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより前記易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることを特徴とするチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項６】
前記難酸化性金属としてＡｇを用い、前記易酸化性金属としてＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項５記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項７】
前記難酸化性金属としてＣｕを用い、前記易酸化性金属としてＮｉを用いることを特徴とする請求項５記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項８】
前記可溶体ペーストにおける前記難酸化性金属と前記易酸化性金属との比率が、質量比で９５：５〜２０：８０であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項９】
前記酸素含有雰囲気中の酸素分圧を、前記易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、前記難酸化性金属の平衡酸素分圧より低くすることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項１０】
基板上に薄膜形成法により酸化し難い難酸化性金属と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属との合金薄膜を形成した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより前記易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし、可溶体を形成することを特徴とするチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記難酸化性金属としてＣｕを用い、前記易酸化性金属としてＺｎ、Ａｌから選ばれる少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項１０記載のチップ型ヒューズ素子の製造方。
【請求項１２】
前記合金薄膜における前記難酸化性金属と前記易酸化性金属との比率は、質量比で９５：５〜２０：８０であることを特徴とする請求項１０又は１１記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記酸素含有雰囲気中の酸素分圧を、前記易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、前記難酸化性金属の平衡酸素分圧より低くすることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項記載のチップ型ヒューズ素子の製造方法。
【請求項１４】
金属粉末を含み、酸素含有雰囲気中で熱処理されて可溶体を形成する可溶体ペーストであって、
前記金属粉末として、酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と、当該難酸化性金属よりも酸化し易く、前記焼成により酸化される易酸化性金属を含む粉末とを用いることを特徴とする可溶体ペースト。
【請求項１５】
前記難酸化性金属がＡｇであり、前記易酸化性金属がＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１４記載の可溶体ペースト。
【請求項１６】
前記難酸化性金属がＣｕであり、前記易酸化性金属がＮｉであることを特徴とする請求項１４記載の可溶体ペースト。
【請求項１７】
前記難酸化性金属と前記易酸化性金属との比率が、質量比で９５：５〜２０：８０であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項記載の可溶体ペースト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可溶体を有するチップ型ヒューズ素子及びその製造方法に関し、さらにはチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いられる可溶体ペーストに関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ型ヒューズ素子としては、絶縁基板上に金属被膜等からなる幅狭の可溶体を形成し、可溶体の両端に端子電極を接続した構造のものが知られている。このような可溶体を形成する方法としては、蒸着やスパッタ等の真空技術を利用した方法（例えば特許文献１、特許文献２等参照）がある。真空技術を利用した方法は、可溶体の線幅を細くしたり膜厚を小さくしたりすることによる可溶体の高抵抗化が容易であること等から、広く用いられている。
【０００３】
一方近年、可溶体を形成する方法として、印刷法が大きな注目を集めている。例えば特許文献３等においては、Ａｇ系のペーストのスクリーン印刷による厚膜技術を用いて可溶体を形成することが記載されている。印刷法は真空技術で必要とされるような大規模な製造設備が不要であることから、チップ型ヒューズ素子の製造コストを大幅に低減可能な方法として期待されている。
【特許文献１】特開平６−１７６６８０号公報
【特許文献２】特開２００３−１７３７２８号公報
【特許文献３】特開２００２−１４０９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、真空技術を利用した場合と比較すると、印刷法では可溶体の線幅や膜厚を小さくすること、すなわち可溶体の断面積を小さくすることに限界がある。例えば印刷法において、線幅８０μｍ未満や膜厚５μｍ以下のような高精細な可溶体を実現することは難しい。このように印刷法では形成される可溶体の断面積が大きくなる結果、可溶体の抵抗値が低下する傾向にあり、溶断時間が長くなってしまう。これは、速断性の要求されるチップ型ヒューズ素子を作製しようとする場合、特に大きな問題となる。
【０００５】
また、印刷法を利用する場合、例えば真空技術等を利用する場合に比べて材料選択の幅が狭いため、可溶体の抵抗値設計が困難であるという問題もある。チップ型ヒューズ素子の製造者に対しては、定格電流や溶断時間等を様々に変化させたチップ型ヒューズ素子をバリエーション豊富に揃えておくことが要請されるが、所望の抵抗値を有する可溶体の作製が困難であると、前述の要請への対応が不十分となるおそれがある。チップ型ヒューズ素子のバリエーションを揃えるには、可溶体の長さ等、可溶体形状を適宜変更することによって対応するのが一般的であるが、このような可溶体形状の変更による対応は製造上煩雑であるため、より簡易な技術で可溶体の抵抗値を制御し得る技術が要求されている。
【０００６】
なお、真空技術を用いて可溶体を形成する場合、印刷法に比べると前述のような問題は軽微なものであると一般に認識されているが、将来的には速断性やバリエーション増大等の要請への対応が不十分となることも予想される。したがって、真空技術を利用したチップ型ヒューズ素子においても、印刷法と同様にさらなる改良が望まれるところである。
【０００７】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、例えば低コストな印刷法を利用して可溶体を形成した場合であっても、可溶体を高抵抗化して溶断時間の短縮を図るとともに、可溶体の抵抗値の設計を容易なものとすることが可能なチップ型ヒューズ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、溶断時間が短く所望の抵抗値を有するチップ型ヒューズ素子を低コストにて製造することが可能な可溶体ペースト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】
【０００８】
前述の目的を達成するために、本発明に係るチップ型ヒューズ素子は、基板上に可溶体が形成されてなるチップ型ヒューズ素子であって、前記可溶体は金属と金属酸化物とを含み、前記金属酸化物は、前記金属と当該金属よりも酸化し易い金属とを混合又は合金化した後、前記酸化し易い金属を選択的に酸化したものであることを特徴とする。
【０００９】
通常の可溶体は単体金属や合金等、単一の金属からなる膜によって構成されるが、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、相対的に酸化し易い金属を選択的に酸化することにより、可溶体に金属と金属酸化物との両方を含ませている。金属酸化物は、金属酸化物の種類にもよるが、比抵抗が極めて高く可溶体として全く或いはほとんど機能しない。このため、金属酸化物の存在により、可溶体の実効的な断面積は実際の断面積より小さいものとなり、可溶体の高抵抗化が実現される。
【００１０】
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、可溶体における金属と金属酸化物と存在比率を変えることで、可溶体の抵抗値を所望の値に制御することができる。このため、可溶体の膜厚、幅や長さ等の形状を変更することなく、可溶体の抵抗値設計が容易なものとなる。
【００１１】
また、本発明に係るチップ型ヒューズ素子の製造方法は、金属粉末を含む可溶体ペーストを用いて印刷法により可溶体を形成するチップ型ヒューズ素子の製造方法であって、前記金属粉末として酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属を含む粉末とを用い、基板上に前記可溶体ペーストを印刷した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより前記易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることを特徴とする。
【００１２】
以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、互いに酸化し易さの異なる複数種類の金属粉末を含む可溶体ペーストを酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、相対的に酸化し易い易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし、金属及び金属酸化物の両方を含む可溶体を形成する。得られる可溶体の実効的な断面積は、金属酸化物の存在によって実際の断面積より小さいものとなる。このため、印刷法を用いた場合であっても高抵抗な可溶体が形成される。したがって、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、可溶体の高抵抗化による溶断時間の短縮と印刷法の利点である低コスト化との両立が実現される。
【００１３】
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、可溶体ペースト中の難酸化性金属と易酸化性金属との配合比率を変えることで、可溶体における金属酸化物の存在比率を変え、結果として可溶体の抵抗値を制御することができる。したがって、材料の制約が大きい印刷法を用いた場合であっても、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。
【００１４】
さらに、本発明に係るチップ型ヒューズ素子の製造方法は、基板上に薄膜形成法により酸化し難い難酸化性金属と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属との合金薄膜を形成した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより前記易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし可溶体を形成することを特徴とする。
【００１５】
以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、合金薄膜を形成した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、相対的に酸化し易い易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし、金属及び金属酸化物の両方を含む可溶体を形成する。本発明で得られる可溶体の実効的な断面積は、金属酸化物の存在によって実際の断面積より小さいものとなる。このため、高抵抗な可溶体が形成され、溶断時間の短縮が図られる。
【００１６】
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、合金薄膜の合金組成、すなわち難酸化性金属と易酸化性金属との比率を変えることで、可溶体における金属酸化物の存在比率を変え、結果として可溶体の抵抗値を制御することができる。したがって、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。
【００１７】
さらにまた、本発明に係る可溶体ペーストは、金属粉末を含み、酸素含有雰囲気中で熱処理されて可溶体を形成する可溶体ペーストであって、前記金属粉末として、酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と、当該難酸化性金属よりも酸化し易く、前記焼成により酸化される易酸化性金属を含む粉末とを用いることを特徴とする。
【００１８】
難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末とを含む可溶体ペーストを用いることで、金属及び金属酸化物が混在した膜からなり、高抵抗な可溶体が形成される。このため、本発明の可溶体ペーストを用いることで、可溶体の高抵抗化による溶断時間の短縮と印刷法の利点である低コスト化との両立が実現される。また、可溶体ペースト中の難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との配合比率を変えることで、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。
【００１９】
なお、本発明でいう「酸化し易い」、「易酸化性」、「酸化し難い」及び「難酸化性」とは、２種類以上の金属の酸化のし易さを相対的に表現したものであり、金属そのものの絶対的な性質を表現しているわけではない。複数種類の金属の相対的な酸化のし易さは、エリンガム図に基づいて判別する。エリンガム図に記載されていない金属については、複数種類の金属を酸素雰囲気中で熱処理した場合、より酸化の進行した一方の金属が「酸化し易い」又は「易酸化性」金属に対応し、他方が「酸化し難い」又は「難酸化性」金属に対応する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るチップ型ヒューズ素子においては、複数種類の金属の混合物又は合金のうち易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし、可溶体を擬似的に高精細化することにより可溶体を高抵抗化している。そのため本発明によれば、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を提供することができる。また、本発明によれば、可溶体の抵抗値設計が容易なものとなり、様々な抵抗値をもつチップ型ヒューズ素子を提供することができる。
【００２１】
また、本発明によれば、難酸化性金属を含む粉末と易酸化性金属を含む粉末とを含む可溶体ペーストを用い、易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることにより、可溶体の擬似的な高精細化を図り、可溶体を高抵抗化している。したがって、本発明によれば、印刷法の利点である低コスト化と、可溶体を高抵抗化することによる溶断時間の短縮とを両立したチップ型ヒューズ素子を製造することができる。また、可溶体ペーストの組成を制御することで可溶体における金属と金属酸化物との存在比率を容易に制御できるため、例えば可溶体の長さ等を変化させることなく様々な抵抗値を有するチップ型ヒューズ素子を製造することができる。
【００２２】
さらに、本発明によれば、薄膜形成法を用いて形成した場合においても、合金薄膜中の易酸化性金属を選択的に酸化することにより可溶体を高抵抗化し、溶断時間のさらなる短縮を図ることができる。それに加えて、薄膜形成法を用いて形成した場合においても、可溶体における金属と金属酸化物との存在比率を容易に制御できるため、例えば可溶体の長さ等を変化させることなく様々な抵抗値を有するチップ型ヒューズ素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を適用したチップ型ヒューズ素子及びその製造方法、並びにチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いる可溶体ペーストについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
本発明を適用したチップ型ヒューズ素子は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、チップ状の基板１と、基板１上に形成された可溶体２とを基本的に備えるものである。ここで、可溶体２は、印刷法を利用して例えば５μｍ以上の厚膜に形成されても、スパッタ法を利用して例えば５μｍ未満の薄膜に形成されても構わないが、例えばスパッタ法等の真空技術を利用する場合に比較して製造コストの大幅な削減が可能であり、低価格なチップ型ヒューズ素子を提供し得る点において、印刷法は好適な技術である。
【００２５】
基板１は、可溶体２の支持体となるものであり、例えば角形状に形成されている。基板１を構成する材料としては限定されるものではなく、この種のチップ型ヒューズ素子に用いられる材料をいずれも使用可能である。基板１を構成する材料としては、例えば、低い熱伝導性を示す絶縁材料を用いることができ、より具体的には、Ａｌ２Ｏ３、ガラスセラミック等の絶縁材料を用いることができる。
【００２６】
可溶体２は、例えば定格電流の２倍を超えるような過大な電流が流れたときに溶断することにより、チップ型ヒューズ素子が組み込まれた電気回路等の保護を図るものである。
【００２７】
本発明の可溶体２は、金属と金属酸化物とを、例えばこれらが混合したような状態で含んでいる。このうち金属酸化物は、複数種類の金属を混合又は合金化した後、酸素含有雰囲気中で熱処理し、一部の種類の金属を選択的に酸化することにより生成したものである。このため、可溶体２を構成する金属と金属酸化物との組み合わせを選択するに際しては、金属酸化物の原料金属として、可溶体２に含まれる金属よりも酸化し易い金属を用いる必要がある。
【００２８】
ここで、可溶体２に含まれる金属は相対的に酸化し難いことから難酸化性金属と呼ぶことができ、一方、金属酸化物を構成する金属は相対的に酸化し易いことから易酸化性金属と呼ぶことができる。なお、本発明でいう「難酸化性」「易酸化性」とは、複数種類の金属においてどちらの金属が酸化し易いか、酸化し難いかというような、酸化のし易さを相対的に表すものである。すなわち、金属そのものの絶対的な性質を表すものではない。例えばＣｕは、Ｎｉと組み合わせたときは難酸化性金属に該当するが、Ａｇと組み合わせたときは易酸化性金属に該当する。金属の相対的な酸化のし易さは、例えばエリンガム図に基づいて判別することができる。
【００２９】
可溶体２に含まれる金属及び金属酸化物の組み合わせ、すなわち難酸化性金属と易酸化性金属の組み合わせとしては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｂｉ等から２種以上を選択し、一部を金属（難酸化性金属）、残りを金属酸化物（易酸化性金属）とする組み合わせが挙げられる。中でも、金属としてＡｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種と、金属酸化物としてＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＺｎＯ、ＧｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＮｉＯから選ばれる少なくとも１種との組み合わせが好適である。また、金属としてＣｕと、金属酸化物としてＮｉＯ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３から選ばれる少なくとも１種との組み合わせも好適である。
【００３０】
可溶体２の平面形状は、例えば図１に示すような、電極３間に幅狭の狭隘部を持つ形状とされるが、これに限らず様々な形状とすることができる。
【００３１】
可溶体２における金属と金属酸化物との比率は、チップ型ヒューズ素子の用途や可溶体２の抵抗値等に応じて適宜定めればよいが、例えば質量比で９５：５〜２０：８０であることが好ましい。可溶体２における金属の存在比率が前記範囲を越える、すなわち金属酸化物の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体２における金属の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち金属酸化物の比率が前記範囲を越えると、抵抗値が高くなりすぎて可溶体２として不適当となるおそれがある。
【００３２】
可溶体２の両端には、外部電極となる端子電極３が接続される。端子電極３の構成は特に限定されるものではなく、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等の良導電材料を含む厚膜、前記良導電材料のめっき膜、前記良導電材料を含む樹脂等から構成される。
【００３３】
また、チップ型ヒューズ素子は、一般に、可溶体２を被覆する保護層４を備える。保護層４は、可溶体２に所定の電流値を超える過電流が流れることによって可溶体２が溶断した際、溶断した可溶体２を確実に絶縁するとともに、可溶体２を構成する材料の飛散を防止するものである。保護層４としては、例えばＺｎＯ系ガラス、ＣａＯ系ガラス、Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、ＳｒＯ系ガラス等のガラス、シリコーン樹脂等を用いることができる。
【００３４】
さらに、図２に示すように、必要に応じて基板１と可溶体２との間に蓄熱層５を配置してもよい。蓄熱層５を構成する材料としては特に限定されないが、低い熱伝導性を示す材料を用いることが好ましく、例えば樹脂やガラス等を挙げることができる。蓄熱層は、多孔質構造とすることもできる。
【００３５】
金属酸化物は金属に比べて極めて高い比抵抗を示し、例えば絶縁性を示す。このため、金属とともに金属酸化物を含む可溶体２の実効的な断面積は、金属酸化物の存在によって、実際の断面積より小さいものとなる。つまり金属酸化物の存在により可溶体２の擬似的な高精細化が図られることになる。したがって、可溶体２の実際の断面積を小さくすることなく、可溶体２の高抵抗化が実現され、結果として溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を実現することができる。
【００３６】
なお、通常の印刷法で可溶体を形成する場合、高精細化が難しいため可溶体の抵抗値が低下し易いという欠点がある。これに対し本発明によれば、可溶体２の実際の形状を変更することなく可溶体２を擬似的に高精細化するため、このような印刷法の欠点を補うことができる。したがって、可溶体２が印刷法で形成されたものである場合、チップ型ヒューズ素子の低コスト化と、可溶体２の高抵抗化による優れた溶断特性とを両立することができる。
【００３７】
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、可溶体２における金属と金属酸化物との存在比率を変えることで、可溶体２の抵抗値を所望の値に制御することができる。このため、例えば可溶体の長さ等、実際の形状を変更することなく、可溶体２の抵抗値の設計を容易に行うことができる。
【００３８】
以下、以上のような構成のチップ型ヒューズ素子を印刷法を利用して製造する製造方法について説明する。
【００３９】
先ず、基板１上に可溶体ペーストを例えばスクリーン印刷等により可溶体の形状に印刷する。
【００４０】
本発明のチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いられる可溶体ペーストは、少なくとも金属粉末を含み、これが有機ビヒクルと混合されて調製される。ここで、金属粉末としては、難酸化性金属を含む粉末（難酸化性金属粉末）と、難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属を含む粉末（易酸化性金属粉末）とを用いる。
【００４１】
可溶体ペーストにおける難酸化性金属と易酸化性金属との組み合わせは任意であるが、先に説明したように、例えばエリンガム図に基づいて適当な金属をそれぞれ選択すればよい。例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｂｉ等から２種以上を選択すればよく、具体的には、難酸化性金属としてＡｇと、易酸化性金属としてＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種との組み合わせが好適である。Ａｇ粉末は、特殊な制御を必要とすることなく大気雰囲気中で焼成可能であり、難酸化性金属粉末として好適な材料である。易酸化性金属粉末としては、容易に酸化し、高い絶縁性を示すことから、Ａｌ粉末を用いることが好ましい。
【００４２】
また、難酸化性金属と易酸化性金属との組み合わせとしては、難酸化性金属としてＣｕと、易酸化性金属としてＮｉ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種との組み合わせも好ましい。Ｃｕ及びＮｉは、様々な粒径の粉末の入手が比較的容易である点で有利である。
【００４３】
可溶体ペーストにおける難酸化性金属と易酸化性金属との配合比率は、チップ型ヒューズ素子の用途や抵抗値等に応じて適宜定めればよいが、例えば質量比で９５：５〜２０：８０とすることが好ましい。配合比率を前記範囲内とすることで、可溶体として適当な抵抗値と溶断時間の短縮とを両立することができる。難酸化性金属の存在比率が前記範囲を越える、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体ペーストにおける難酸化性金属の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を越えると、得られる可溶体２の抵抗値が高くなりすぎるおそれがある。
【００４４】
可溶体ペースト中の各種金属粉末の粒径は、可溶体ペーストの物性等を考慮して適宜最適なものを用いればよい。ただし、易酸化性金属粉末の粒径は可溶体２の膜厚以下であることが好ましい。易酸化性金属粉末は焼成後に金属酸化物からなる領域を形成するので、易酸化性金属粉末の粒径が可溶体２の膜厚を越えると可溶体２の形状維持が困難となるおそれがある。なお、易酸化性金属粉末の粒径は小さいほど好ましく、その下限は製造可能な粒径であれば特に限定されない。易酸化性金属粉末の粒径を小さくすることで、焼成後の可溶体２において金属からなる領域が連続的に存在し、可溶体２の溶断特性が安定化する。
【００４５】
有機ビヒクルは金属粉末をペースト化させる役割を有し、この種のペーストに用いられるものがいずれも使用可能である。有機ビヒクルは、バインダを有機溶剤中に溶解することによって調製されるものである。バインダとしては、特に限定されず、例えば、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等、各種バインダから適宜選択すればよい。有機溶剤も限定されず、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等、各種有機溶剤から適宜選択すればよい。さらに、可溶体ペーストの物性を調節するために、分散剤等の各種添加剤を加えてもよい。
【００４６】
基板１上に可溶体ペーストを印刷した後、焼成工程を実施する。焼成工程においては、可溶体ペーストを印刷した基板１を酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、可溶体ペースト中のバインダを除去するとともに、可溶体２を構成する金属等を焼き固める。
【００４７】
本発明では酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、可溶体ペーストに含まれる易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とする必要があるが、前記焼成工程において易酸化性金属の選択的な酸化のための熱処理を同時に行うことができる。
【００４８】
この場合、焼成工程における雰囲気の酸素分圧は、易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、難酸化性金属の平衡酸素分圧より低く設定する。雰囲気中の酸素分圧を前記範囲内とすることで、難酸化性金属を酸化することなく易酸化性金属のみを選択的に酸化させて金属酸化物とし、金属と金属酸化物とを含む可溶体２が形成される。
【００４９】
前記酸素分圧の範囲は、図３に示すようなエリンガム図に基づいて算出することができる。例えば、焼成温度を９００℃とし、Ｎｉを金属として残存させ、Ａｌを酸化させて酸化物（Ａｌ２Ｏ３）とするような酸素分圧を求める場合を考える。Ａｌの平衡酸素分圧は、左上に位置する点Ｏと、Ａｌ酸化物に対応する線の温度９００℃における点ａとを結ぶ直線をＰＯ２スケールまで外挿した点ＰＯ２（Ａｌ）で示される。一方、Ｎｉの平衡酸素分圧は、左上に位置する点Ｏと、Ｎｉ酸化物に対応する線Ｂの温度９００℃における点ｂとを結ぶ直線をＰＯ２スケールまで外挿した点ＰＯ２（Ｎｉ）で示される。つまり、９００℃において、Ｘで示されるように、Ｎｉの線（ΔＧｏ）の下側であり、かつＡｌの線（ΔＧｏ）の下側に対応する酸素分圧であれば、Ａｌは酸化され、かつＮｉは金属のまま残存する。したがって、９００℃において、Ｎｉを金属として残存させ、かつＡｌを酸化させるという条件を満たす雰囲気の酸素分圧ＰＯ２は、図３中矢印Ｙで示される範囲であり、ＰＯ２（Ａｌ）＜ＰＯ２＜ＰＯ２（Ｎｉ）である。なお、ここではＮｉとＡｌを例に挙げたが、他の金属の組み合わせにおいても同様であることは言うまでもない。
【００５０】
可溶体ペーストが難酸化性金属としてＡｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種と、易酸化性金属としてＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種とを含む場合、焼成工程での酸素含有雰囲気は例えば大気雰囲気とすることが好ましい。前記可溶体ペーストを印刷した後、焼成工程を大気雰囲気中で行うことで、ペースト中のバインダを除去し、可溶体２を構成する材料を焼き固めるとともに、易酸化性金属のみが酸化して金属酸化物となり、金属と金属酸化物とを含む可溶体２が形成される。
【００５１】
なお、易酸化性金属の選択的な酸化のために行う酸素含有雰囲気中での熱処理は、焼成工程後に行うこともできる。この場合、焼成工程では、先ず、酸素含有雰囲気中で熱処理し、可溶体ペースト中のバインダを除去する。脱バインダの際の酸素含有雰囲気は、例えば大気雰囲気とすればよい。次に、酸化した金属を還元するために、還元雰囲気中で熱処理を行う。還元雰囲気としては、還元性ガスを含む雰囲気であればいかなるものであってもよく、例えばＨ２、メタン、Ａｒ２、ＣＯやこれらの混合ガス等を含む雰囲気を挙げることができ、窒素ガス雰囲気もここで言う還元雰囲気に該当する。その後、難酸化性金属と易酸化性金属との合金化のための熱処理を行う。この熱処理工程も、還元雰囲気で行うことが好ましい。
【００５２】
焼成工程後、易酸化性金属を酸化するため、酸素含有雰囲気中で熱処理を行う。このときの雰囲気の酸素分圧を易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、難酸化性金属の平衡酸素分圧より低く設定することが好ましい。これにより、易酸化性金属のみが酸化して金属酸化物となり、金属と金属酸化物とを含む可溶体２が形成される。
【００５３】
以上のように、易酸化性金属の選択的な酸化のための熱処理を焼成工程後に行う方法は、可溶体ペーストが難酸化性金属として通常の焼成工程（大気雰囲気中での熱処理）により酸化されやすい金属を含む場合に好適であり、可溶体ペーストが難酸化性金属としてＣｕを含む場合に特に好適である。
【００５４】
次に、基板１に端子電極３を形成する。例えば端子電極３を厚膜で形成するには、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等を含有する導電ペーストを印刷し、焼成すればよい。なお、端子電極３は、可溶体２の形成後に形成する場合に限らず、可溶体２を形成する前に予め形成しておいてもよい。また、端子電極３の焼成と可溶体２の焼成とを同時に行ってもよい。
【００５５】
次に、形成した可溶体２を被覆するように保護膜４を形成する。以上のようにして、図１に示す構造のチップ型ヒューズ素子が作製される。
【００５６】
従来型の可溶体ペースト、例えばＡｇ粉末のみを含む可溶体ペーストを用いて印刷法により可溶体を形成する場合、印刷法では可溶体の線幅や膜厚等を小さくする等のいわゆる高精細化に限界があるため、可溶体の高抵抗化は難しい。
【００５７】
これに対し、本発明では例えば難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末と含む可溶体ペーストを用いるとともに、易酸化性金属のみを酸化して金属酸化物に変化させることで、金属と金属酸化物とが混在した状態の可溶体２を形成している。通常、金属酸化物は極めて高い比抵抗を持つため、金属酸化物の存在により可溶体２の実効的な断面積は実際の断面積より小さいものとなる。つまり、可溶体２が擬似的に高精細化したことになる。したがって、高精細化が困難な印刷法を用いた場合であっても高抵抗値を有する可溶体２を形成することができる。また、印刷法は、例えば蒸着法やスパッタ法等、真空技術を利用する場合に比べ、製造設備等や製造工程が簡略化され、製造コストの低減を図る上で非常に有利である。このため、印刷法の利点である低コスト化と、高抵抗化により溶断時間の短縮とを両立したチップ型ヒューズ素子を製造することができる。
【００５８】
また、可溶体ペーストに含ませる難酸化性金属と易酸化性金属との配合比率を変えることによって、得られる可溶体２の抵抗値を任意の値に容易に設計することができる。可溶体２の抵抗値の設計が容易となるため、印刷法を利用した場合であっても、チップ型ヒューズ素子の抵抗値のバリエーションを容易に且つ豊富に揃えることができる。
【００５９】
なお、図１に示すチップ型ヒューズ素子の可溶体２は、印刷法に限らず、蒸着法、めっき法、スパッタ法等の薄膜形成法によって形成してもよい。以下、薄膜形成法を用いて可溶体２を形成し、チップ型ヒューズ素子を製造する方法について説明する。以下説明するチップ型ヒューズ素子の製造方法は、基本的には、薄膜形成法により合金薄膜を形成する工程と、合金薄膜を酸素含有雰囲気中で熱処理して可溶体を形成する工程とを含んでいる。
【００６０】
先ず、基板１上に、薄膜形成法により例えば可溶体形状の合金薄膜を形成する。合金薄膜は、難酸化性金属と、難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属との合金からなるものである。
【００６１】
薄膜形成法を利用する場合における難酸化性金属と易酸化性金属との組み合わせは、基本的には前述の可溶体ペーストの場合と同様に、例えばエリンガム図に基づいて適当な金属を選択すればよい。例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｂｉ等から２種以上を選択すればよく、具体的には、難酸化性金属としてＣｕ、Ａｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種と、易酸化性金属としてＺｎ、Ａｌ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種との組み合わせが好適である。中でも、容易に酸化し、高い絶縁性を示すことから、易酸化性金属としてＡｌを用いることが好ましい。
【００６２】
合金薄膜の組成、すなわち合金薄膜における難酸化性金属と易酸化性金属との比率は、チップ型ヒューズ素子の用途や抵抗値等に応じて適宜定めればよいが、例えば質量比で９５：５〜２０：８０とすることが好ましい。合金薄膜の組成を前記範囲内とすることで、可溶体として適当な抵抗値と溶断時間の短縮とを両立することができる。難酸化性金属の存在比率が前記範囲を越える、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体２における難酸化性金属の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を越えると、得られる可溶体２の抵抗値が高くなりすぎるおそれがある。
【００６３】
薄膜形成法としては、公知の薄膜形成法を制限なく用いることができ、例えば真空蒸着法、電解めっきや無電解めっき等のめっき法、スパッタ法等が適当である。なお、所望の組成を有する合金薄膜を得るには、薄膜形成法により合金薄膜を形成する際に、難酸化性金属と易酸化性金属とを所定の比率で含む原料を用い、必要に応じて成膜条件等を制御すればよい。
【００６４】
次に、合金薄膜を酸素含有雰囲気中で熱処理する。酸素含有雰囲気中で熱処理を行うことにより、合金薄膜を構成する易酸化性金属が酸化して金属酸化物となり、金属と金属酸化物とが混在した状態の可溶体２が形成される。
【００６５】
ここで、酸素含有雰囲気の酸素分圧は、難酸化性金属と易酸化性金属とのそれぞれの酸化し易さを考慮して決めることが好ましい。具体的には、酸素含有雰囲気中の酸素分圧を、易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、難酸化性金属の平衡酸素分圧より低く設定する。酸素含有雰囲気中の酸素分圧を前記範囲内とすることによって、難酸化性金属を酸化することなく易酸化性金属のみを選択的に酸化させて金属酸化物とすることができるため、所望の組成の可溶体２を確実に得ることができる。このような酸素分圧の範囲は、印刷法の場合と同様、図３に示すようなエリンガム図に基づいて算出することができる。
【００６６】
次に、基板１に端子電極３を形成する。例えば端子電極３を厚膜で形成するには、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等を含有する導電ペーストを印刷し、焼成すればよい。なお、端子電極３は、可溶体２の形成後に形成する場合に限らず、可溶体２を形成する前に予め形成しておいてもよい。
【００６７】
次に、形成した可溶体２を被覆するように保護膜４を形成する。以上のようにして、図１に示す構造のチップ型ヒューズ素子が作製される。
【００６８】
以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、基板１上に合金薄膜を形成した後に酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、合金薄膜中の易酸化性金属を酸化させ金属酸化物からなる領域を形成し、金属と金属酸化物とが混在した可溶体２を形成している。通常、金属酸化物は極めて高い比抵抗を持つため、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法によれば、可溶体２の実際の線幅や膜厚を小さくすることなく可溶体２の擬似的な高精細化を図り、高抵抗値を有する可溶体２を形成することができる。したがって、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を製造することができる。
【００６９】
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法によれば、可溶体２の高精細化が容易な薄膜形成法を利用するため、可溶体２の抵抗値のさらなる向上を図り、速断性の要求されるチップ型ヒューズ素子を容易に製造することができる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。なお、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００７１】
＜実験１＞
以下、互いに酸化し易さの異なる複数種類の粉末を含む可溶体ペーストを用いてチップ型ヒューズ素子を作製し、その特性を評価した。
【００７２】
先ず、可溶体ペーストを作製した。金属粉末として難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末とを５０：５０（質量％）の割合で配合し、これら金属粉末と有機ビヒクルとを３本ロールミルで混練し、可溶体ペーストを得た。難酸化性金属粉末としてはＡｇ粉末（平均粒径１μｍ）又はＣｕ粉末（平均粒径１μｍ）を用いた。Ａｇ粉末に組み合わせる易酸化性金属粉末としてはＡｌ粉末、Ｓｉ粉末、Ｔｉ粉末、Ｃｒ粉末、Ｆｅ粉末、Ｃｏ粉末、Ｚｎ粉末、Ｇｅ粉末、Ｎｂ粉末、Ｍｏ粉末、Ｓｎ粉末、Ｔａ粉末、Ｗ粉末、Ｂｉ粉末、Ｃｕ粉末及びＮｉ粉末から選択して用いた。Ｃｕ粉末に組み合わせる易酸化性金属粉末としては、Ｎｉ粉末を用いた。
【００７３】
有機ビヒクルは、バインダとしてエチルセルロースと、有機溶剤としてブチルカルビトールとを含むものである。なお、金属粉末と有機ビヒクルとの配合比は、得られた抵抗体ペーストがスクリーン印刷に適した粘度となるように設定した。
【００７４】
次に、印刷工程において、基板上に前記可溶体ペーストを図１に示す形状にスクリーン印刷して乾燥させた。可溶体ペーストを印刷する際には、焼成後の可溶体の膜厚：２０μｍ、幅狭部の幅：１００μｍ、長さ：２．５ｍｍとなるように塗布した。基板としては、アルミナ基板を用いた。その後、焼成工程を実施した。
【００７５】
難酸化性金属粉末としてＡｇ粉末を用いた場合の焼成工程では、この基板をベルト炉に入れ、大気中で脱バインダ処理を行い、焼成を行った。焼成温度は８００℃、その温度での保持時間は３０分間とした。これにより、ペースト中の易酸化性金属を酸化し、可溶体を得た。
【００７６】
難酸化性金属粉末としてＣｕ粉末を用いた場合の焼成工程では、焼成工程は以下のように実施した。可溶体ペーストの印刷後、先ず、大気中、４００℃、１０分間の条件で脱バインダ処理を行い、次いで、Ｎ２−４％Ｈ２ガス雰囲気中、４００℃、１０分間の条件で還元処理を行った。さらに、Ｎ２ガス雰囲気中で９００℃の熱処理を行った。易酸化性金属粉末としてＮｉ粉末を組み合わせた場合、Ｃｕ−Ｎｉ合金が作製された。その後、雰囲気中の酸素分圧を１０−１２ＭＰａとし、８００℃、１０分間の条件で熱処理を行い、可溶体を得た。
【００７７】
その後、可溶体の両端に接続するようにＡｇを含む電極を形成し、さらに、可溶体を被覆するように保護膜として可溶体を被覆するようにシリコーン樹脂からなる膜をスクリーン印刷により形成し、これを保護膜とした。以上のようにして、チップ型ヒューズ素子を得た。
【００７８】
得られた各サンプルにつき、抵抗値及び溶断時間を測定した。溶断時間は、可溶体に４Ａの電流を流し始めてから可溶体が切断されるまでの時間とした。結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
2007059274.tif 000003
【００８０】
表１の結果から明らかなように、Ａｇ粉末の一部を易酸化性金属粉末に置き換えることにより難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との両方を含む可溶体ペーストを用い、易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることで、可溶体ペースト中の金属粉末の全量をＡｇ粉末とした場合に比較して、可溶体の抵抗値が高くなることが確認された。また、難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との両方を含む可溶体ペーストを用いることによって、溶断時間の大幅な短縮も確認された。
【００８１】
さらに、表１の結果から明らかなように、難酸化性金属粉末としてのＣｕ粉末と、易酸化性金属粉末としてのＮｉ粉末との組み合わせにおいても、焼成時にＮｉを選択的に酸化してＮｉ酸化物とすることで、難酸化性金属粉末としてＡｇ粉末を用いた場合と同様の効果を得られることが確認された。
【００８２】
＜実験２＞
実験２では、前記実験１で用いたＡｇ粉末とＮｉ粉末との組み合わせにおいて、各粉末の配合比率（質量％）を表２に示すように変化させた。それ以外は実験１と同様にしてチップ型ヒューズ素子を作製し、抵抗値及び溶断時間を測定した。結果を表２に示す。
【００８３】
【表２】
2007059274.tif 000004
【００８４】
表２の結果から明らかなように、難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との配合比率には適正範囲が存在し、難酸化性金属粉末：易酸化性金属粉末＝２０：８０〜９５：５の範囲が好ましいことがわかる。
【００８５】
＜実験３＞
実験３では、印刷法に代えて可溶体を薄膜形成法（具体的にはスパッタ法）により形成し、得られたチップ型ヒューズ素子の特性を評価した。
【００８６】
難酸化性金属としてＣｕを、易酸化性金属としてＺｎ又はＡｌを用い、スパッタ法により、アルミナ基板上に難酸化性金属と易酸化性金属とを含む合金薄膜を形成した。合金薄膜は、膜厚：２μｍ、幅狭部の幅：１００μｍ、長さ：２．５ｍｍなる形状とした。合金薄膜における難酸化性金属と易酸化性金属との比率は、５０：５０（質量％）とした。
【００８７】
次に、酸素分圧を１０−３０ＭＰａとした雰囲気中で合金薄膜を熱処理して易酸化性金属を酸化し、可溶体を得た。このときの熱処理温度は３００℃、その温度での保持時間は１０分間とした。
【００８８】
その後、実験１と同様にして、可溶体の両端にＡｇを含む電極を形成し、さらに、シリコーン樹脂からなる保護膜を形成した。以上のようにして、チップ型ヒューズ素子を作製し、抵抗値及び溶断時間を測定した。結果を表３に示す。
【００８９】
【表３】
2007059274.tif 000005
【００９０】
表３の結果から明らかなように、可溶体を形成する際に薄膜形成法を用いた場合であっても、高抵抗値を示し、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を作製可能であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明を適用したチップ型ヒューズ素子の一例を示す図である。（ａ）は概略平面図であり、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】本発明を適用したチップ型ヒューズ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図３】エリンガム図の概略図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  基板、２  可溶体、３  電極、４  保護層、５  蓄熱層
【図１】
2007059274.tif 000006
【図２】
2007059274.tif 000007
【図３】
2007059274.tif 000008