(57)【要約】【課題】本発明は、定常状態の電流でエレメント部が劣化してしまうのを防止できる回路保護素子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に設けられた一対の上面電極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を覆うように設けられた絶縁層１５と、前記エレメント部１３に設けられた溶断部１６とを備え、前記エレメント部１３を、前記一対の上面電極１２に接続された一対の第１のエレメント部１３ａと、前記一対の第１のエレメント部１３ａ間に設けられた第２のエレメント部１３ｂで構成し、前記第１のエレメント部１３ａを抵抗温度係数がマイナスの材料で形成するとともに前記第２のエレメント部１３ｂを抵抗温度係数がプラスの材料で形成し、さらに前記溶断部１６を前記第２のエレメント部１３ｂに形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の絶縁基板と、この絶縁基板に設けられたエレメント部と、このエレメント部を覆うように設けられた絶縁層と、前記エレメント部に設けられた溶断部とを備え、前記エレメント部を、一対の第１のエレメント部と、前記一対の第１のエレメント部間に設けられた第２のエレメント部で構成し、前記第１のエレメント部を抵抗温度係数がマイナスの材料で形成するとともに前記第２のエレメント部を抵抗温度係数がプラスの材料で形成し、さらに前記溶断部を前記第２のエレメント部に形成した回路保護素子。
【請求項２】
矩形状の絶縁基板と、この絶縁基板に設けられたエレメント部と、このエレメント部を覆うように設けられた絶縁層と、前記エレメント部に設けられた溶断部とを備え、前記エレメント部を、一対の第１のエレメント部と、前記一対の第１のエレメント部間に設けられた第２のエレメント部で構成し、前記第１のエレメント部を抵抗温度係数が略ゼロの材料で形成するとともに前記第２のエレメント部を抵抗温度係数がプラスの材料で形成し、さらに前記溶断部を前記第２のエレメント部に形成し、かつ前記第１のエレメント部に抵抗値調整用のトリミング溝をレーザ照射により形成した回路保護素子。
【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４、図５に示すように、矩形状の絶縁基板１と、この絶縁基板１の上面の両端部に設けられた一対の上面電極２と、前記絶縁基板１の上面において前記一対の上面電極２と電気的に接続されＣｕなどの金属で構成されたエレメント部３と、このエレメント部３を覆うように設けられた絶縁層４と、前記絶縁基板１の両端部に形成された一対の端面電極５とを備え、そして、互いに対向するエレメント部３の側辺からエレメント部３の中心方向に向かってレーザで切削して一対の溶断部形成用トリミング溝６を形成するとともに、この一対の溶断部形成用トリミング溝６で囲まれた領域に、過電流が印加されたときに溶融して電流を遮断する溶断部７を設けた構成としていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、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２０００−３３１５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した従来の回路保護素子においては、エレメント部３が金属で構成され、さらに金属は一般に抵抗温度係数（ＴＣＲ）がプラスでその値も大きいため、周囲温度の上昇や電流の印加によるエレメント部３の自己発熱によってエレメント部３の抵抗値が高くなり、これにより、エレメント部３がさらに発熱する。この結果、エレメント部３の抵抗値の上昇が加速するため、定常状態の電流でもエレメント部３の温度が上昇していき、これにより、エレメント部３が劣化してしまうという課題を有していた。
【０００６】
そして、エレメント部３が劣化すると、定常状態の電流が印加され続けると、比較的短時間で溶断してしまう等の不具合が生じる場合があった。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、定常状態の電流でエレメント部が劣化するのを防止できる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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００９】
本発明の請求項１に記載の発明は、矩形状の絶縁基板と、この絶縁基板に設けられたエレメント部と、このエレメント部を覆うように設けられた絶縁層と、前記エレメント部に設けられた溶断部とを備え、前記エレメント部を、一対の第１のエレメント部と、前記一対の第１のエレメント部間に設けられた第２のエレメント部で構成し、前記第１のエレメント部を抵抗温度係数がマイナスの材料で形成するとともに前記第２のエレメント部を抵抗温度係数がプラスの材料で形成し、さらに前記溶断部を前記第２のエレメント部に形成したもので、この構成によれば、エレメント部全体の抵抗温度係数をゼロに近づけることができるため、周囲温度が高くなったり、定常状態の電流が印加されてエレメント部が発熱したりした場合でも、エレメント部の抵抗値はほとんど変化せず、これにより、定常状態の電流でのエレメント部の温度上昇を抑制できるため、エレメント部が劣化してしまうことを防止でき、さらに、過電流が印加されると発熱する溶断部が、抵抗温度係数がプラスの材料で構成された第２のエレメント部に形成されているため、過電流で発熱した溶断部の熱によって溶断部の抵抗値が高くなり、これにより、溶断部がさらに発熱し、さらに抵抗値が高くなるという具合に溶断部の温度が加速度的に上昇するため、速断性が向上するという作用効果が得られるものである。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発明は、矩形状の絶縁基板と、この絶縁基板に設けられたエレメント部と、このエレメント部を覆うように設けられた絶縁層と、前記エレメント部に設けられた溶断部とを備え、前記エレメント部を、一対の第１のエレメント部と、前記一対の第１のエレメント部間に設けられた第２のエレメント部で構成し、前記第１のエレメント部を抵抗温度係数が略ゼロの材料で形成するとともに前記第２のエレメント部を抵抗温度係数がプラスの材料で形成し、さらに前記溶断部を前記第２のエレメント部に形成し、かつ前記第１のエレメント部に抵抗値調整用のトリミング溝をレーザ照射により形成したもので、この構成によれば、抵抗値調整用のトリミング溝を抵抗温度係数がゼロの材料で構成された第１のエレメント部に形成しているため、抵抗値調整用のトリミング溝を形成する途中でレーザ照射による熱がエレメント部に加えられても、エレメント部の抵抗値がほとんど変動せず、これにより、抵抗値調整を精度よく実施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】
【００１１】
以上のように本発明の回路保護素子は、第１のエレメント部を抵抗温度係数がマイナスの材料で形成するとともに第２のエレメント部を抵抗温度係数がプラスの材料で形成しているため、エレメント部全体の抵抗温度係数をゼロに近づけることができ、これにより、周囲温度が高くなったり、定常状態の電流が印加されてエレメント部が発熱したりした場合でも、エレメント部の抵抗値はほとんど変化しないため、定常状態の電流でのエレメント部の温度上昇を抑制でき、これにより、エレメント部が劣化してしまうことを防止でき、さらに、過電流が印加されると発熱する溶断部を第２のエレメント部に形成しているため、過電流で発熱した溶断部の熱によって溶断部の抵抗値が高くなり、これにより、溶断部がさらに発熱し、さらに抵抗値が高くなるという具合に溶断部の温度が加速度的に上昇するため、速断性が向上するという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態における回路保護素子の一部切欠上面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】同回路保護素子の他の例の一部切欠上面図
【図４】従来の回路保護素子の一部切欠上面図
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態における回路保護素子について、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態における回路保護素子の一部切欠上面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１５】
本発明の一実施の形態における回路保護素子は、図１、図２に示すように、矩形状の絶縁基板１１と、この絶縁基板１１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と絶縁基板１１との間に設けられた下地層１４と、エレメント部１３を覆うように設けられた絶縁層１５と、エレメント部１３に設けられた溶断部１６とを備えており、エレメント部１３を、一対の上面電極１２に接続された一対の第１のエレメント部１３ａと、一対の第１のエレメント部１３ａ間に設けられた第２のエレメント部１３ｂで構成し、溶断部１６を第２のエレメント部１３ｂに形成している。なお、図１では、下地層１４、絶縁層１５は省略している。
【００１６】
さらに、第１のエレメント部１３ａを抵抗温度係数がマイナスの材料で形成するとともに第２のエレメント部１３ｂを抵抗温度係数がプラスの材料で形成している。
【００１７】
上記構成において、前記絶縁基板１１は、その形状が矩形状（上面視にて長方形）で、Ａｌ2Ｏ3を５５〜９６％含有するアルミナで構成されている。また、前記一対の上面電極１２は、絶縁基板１１の上面において、絶縁基板１１の両端部にＡｇ等を印刷することによって形成されている。
【００１８】
そしてまた、前記エレメント部１３は、絶縁基板１１を覆うように下地層１４と一対の上面電極１２の上面に位置して設けられている。
【００１９】
さらに、エレメント部１３は、一対の上面電極１２に直接接続された一対の第１のエレメント部１３ａと、一対の第１のエレメント部１３ａ間に設けられた第２のエレメント部１３ｂで構成し、第１のエレメント部１３ａ、第２のエレメント部１３ｂ、第１のエレメント部１３ａの順に直列に構成されている。
【００２０】
そして、第１のエレメント部１３ａは、Ｃｕを６５％〜４５％（好ましくは５５％）、Ｎｉを３５％〜５５％（好ましくは４５％）含有した抵抗温度係数がマイナスのＣｕＮｉ合金で形成され、第２のエレメント部１３ｂは、抵抗温度係数がプラスのＣｕ、Ａｌ、Ａｇ等の金属で形成されている。さらに、エレメント部１３全体の抵抗温度係数を略ゼロにするのが好ましく、エレメント部１３全体の抵抗温度係数を略ゼロにするには、第１のエレメント部１３ａのＣｕとＮｉの割合、第２のエレメント部１３ｂに使用する材料、第１、第２のエレメント部１３ａ、１３ｂの大きさ、厚みを規定して行う。
【００２１】
そして、図２に示すように、第１、第２のエレメント部１３ａ、１３ｂの下面にスパッタによる薄膜層１３ｃを設け、その後、この薄膜層１３ｃをめっき核としてめっきをして第１、第２のエレメント部１３ａ、１３ｂを形成する。なお、第１、第２のエレメント部１３ａ、１３ｂをスパッタのみで形成してもよい。
【００２２】
さらにまた、前記第２のエレメント部１３ｂの中心部には、レーザによって一対の溶断部形成用トリミング溝１６ａ、１６ｂが、互いに対向する第２のエレメント部１３ｂの側辺から第２のエレメント部１３ｂの中心方向に向かって、すなわち、第２のエレメント部１３ｂの側辺と略直交するように形成され、そして、この一対の溶断部形成用トリミング溝１６ａ、１６ｂ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１６となっている。なお、溶断部１６は、溶断部形成用トリミング溝１６ａ、１６ｂで形成するのではなく、パターンニングで形成してもよい。
【００２３】
また、前記下地層１４は絶縁基板１１の上面中央部に設けられ、かつ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。さらに、この下地層１４は、シリコン樹脂とフィラーを混合させた混合物で構成しているもので、このシリコン樹脂は熱伝導率が低いため、この下地層１４によって、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。
【００２４】
なお、この下地層１４は絶縁基板１１の中央部だけでなく、絶縁基板１１の上面のほぼ全面に形成し、そしてこの下地層１４の両端部の上に一対の上面電極１２を形成するようにしてもよい。
【００２５】
また、前記絶縁層１５は、エレメント部１３の少なくとも一部を覆うように設けられているものであり、そして、この絶縁層１５は溶断部１６を覆うシリコン等の樹脂からなる第１の絶縁層１５ａと、この第１の絶縁層１５ａの上面に設けられたエポキシ等の樹脂からなる第２の絶縁層１５ｂとで構成されている。
【００２６】
そしてまた、前記絶縁基板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をめっきすることにより端面電極１７が形成されており、さらに、この端面電極１７の表面にはニッケルおよび錫からなるめっき膜（図示せず）が形成されている。
【００２７】
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。
【００２８】
図１、図２において、まず、Ａｌ2Ｏ3を５５〜９６％含有するアルミナで構成された矩形状の絶縁基板１１の上面において、絶縁基板１１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て焼成することにより一対の上面電極１２を形成する。
【００２９】
次に、絶縁基板１１の中央部にフィラーとシリコン樹脂との混合物および有機溶剤からなるペーストを印刷し、その後、１５０℃〜２００℃程度で硬化させて有機溶剤を蒸発させることにより下地層１４を形成する。
【００３０】
次に、絶縁基板１１を覆うように、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。なお、このエレメント部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。
【００３１】
そして、このエレメント部１３は、まず、Ｔｉ、Ｃｕ、あるいはＣｒ、ＣｕＮｉを順番にスパッタすることにより薄膜層１３ｃを設ける。その後、この薄膜層１３ｃをめっき核とし、一対の上面電極１２に直接接続されるように所定のＣｕＮｉを無電解めっきまたは電解めっきして一対の第１のエレメント部１３ａを形成する。さらにその後、薄膜層１３ｃをめっき核とし、一対の第１のエレメント部１３ａ間にＣｕ、Ａｌ、Ａｇ等の金属を無電解めっきまたは電解めっきして第２のエレメント部１３ｂを形成する。なお、第２のエレメント部１３ｂを形成した後に一対の第１のエレメント部１３ａを形成してもよい。
【００３２】
次に、第２のエレメント部１３ｂの中心部の２ヶ所を、互いに対向する第２のエレメント部１３ｂの側辺から第２のエレメント部１３ｂの中心方向に向かってレーザで切削して一対の溶断部形成用トリミング溝１６ａ、１６ｂを形成するとともに、この一対の溶断部形成用トリミング溝１６ａ、１６ｂ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１６を設ける。
【００３３】
次に、シリコン等の樹脂を少なくとも溶断部１６を覆うように形成して第１の絶縁層１５ａを設ける。その後、この第１の絶縁層１５ａの上面にエポキシ等の樹脂を形成して第２の絶縁層１５ｂを設けることにより、２層からなる絶縁層１５を形成する。
【００３４】
次に、前記絶縁基板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銀をめっきすることにより端面電極１７を形成する。
【００３５】
最後に、前記端面電極１７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。
【００３６】
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を第１のエレメント部１３ａと第２のエレメント部１３ｂで構成し、第１のエレメント部１３ａを抵抗温度係数がマイナスの材料で形成するとともに第２のエレメント部１３ｂを抵抗温度係数がプラスの材料で形成しているため、エレメント部１３全体の抵抗温度係数をゼロに近づけることができ、これにより、周囲温度が高くなったり、定常状態の電流が印加されてエレメント部１３が発熱したりした場合でも、エレメント部１３の抵抗値はほとんど変化しないため、エレメント部１３の温度が加速度的に上昇することはなく、これにより、定常状態の電流でエレメント部１３が劣化してしまうことを防止できるという効果が得られるものである。
【００３７】
また、過電流が印加されると発熱する溶断部１６を抵抗温度係数がプラスの第２のエレメント部１３ｂに形成しているため、過電流で発熱した溶断部１６の熱によって溶断部１６の抵抗値が高くなり、これにより、溶断部１６がさらに発熱し、さらに抵抗値が高くなるという具合に溶断部１６の温度が加速度的に上昇するため、速断性が向上する。
【００３８】
すなわち、定常の低い電流が印加された場合は、エレメント部１３全体が発熱するため、エレメント部１３トータルとして抵抗温度係数をゼロにすれば、周囲温度が高くなったりエレメント部１３が自己発熱したりしてもその抵抗値は変わらず、この結果、エレメント部１３の温度上昇が抑制されるため、定常状態の電流でエレメント部１３が劣化してしまうことを防止できる。一方、過電流が印加された場合は、溶断部１６が発熱するため、溶断部１６のみ抵抗温度係数をプラスにすれば、溶断部１６の自己発熱によって溶断部１６自身の抵抗値が高くなり、これにより、溶断部１６がさらに発熱し、この発熱によってさらに溶断部１６自身の抵抗値が高くなるという具合に溶断部１６の温度が加速度的に上昇し、この結果、溶断部１６が早く溶断し、速断性が向上する。したがって、定常状態の電流が印加されても溶断することはないが、過電流が印加されると素早く溶断する回路保護素子が得られる。
【００３９】
なお、上記本発明の一実施の形態における回路保護素子においては、第１のエレメント部１３ａを抵抗温度係数がマイナスの材料で形成するようにしたが、第１のエレメント部１３ａの抵抗温度係数を略ゼロの材料で形成し、かつ、図３に示すように、第１のエレメント部１３ａに抵抗値調整用のトリミング溝１６ｃを設けるようにしてもよい。
【００４０】
すなわち、第１のエレメント部１３ａに抵抗値精度を向上させるために、レーザ照射で抵抗値調整用のトリミング溝１６ｃを形成する場合、第１のエレメント部１３ａの抵抗温度係数がマイナスかプラスだと、レーザ照射による熱によって第１のエレメント部１３ａの抵抗値がその都度変動し、変動した抵抗値に基づいて抵抗値修正することになるため、最終的な抵抗値の精度が悪化してしまうが、第１のエレメント部１３ａの抵抗温度係数を略ゼロにすれば、レーザ照射による熱によってエレメント部１３の抵抗値がほとんど変動することはないため、精度よく抵抗値調整をすることができる。
【００４１】
また、第１のエレメント部１３ａの抵抗温度係数を略ゼロにすれば、エレメント部１３全体の抵抗温度係数はプラスになるがその値は比較的低く抑えることができるため、定常状態の電流でエレメント部が劣化してしまうことを防止することは可能である。
【００４２】
なお、第１のエレメント部１３ａの抵抗温度係数を略ゼロ（±０×１０6／℃）にするには、Ｃｕが６８％、Ｎｉが３２％のＣｕＮｉ合金を使用すればよい。
【００４３】
さらに、一対の上面電極１２は無くてもよく、この場合は、一対の第１のエレメント部１３ａが端面電極１７に直接接続される。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る回路保護素子は、定常状態の電流でエレメント部が劣化してしまうのを防止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】
【００４５】
１１  絶縁基板
１３  エレメント部
１３ａ  第１のエレメント部
１３ｂ  第２のエレメント部
１５  絶縁層
１６  溶断部
１６ｃ  抵抗値調整用のトリミング溝
【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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