(57)【要約】【課題】小型、軽量かつ耐ラッシュ性が高いヒューズを提供する。【解決手段】支持基板と、前記支持基板の主面上に設けられたヒューズ膜２０と、を備え、前記支持基板は、粘土粒子が積層された粘土膜で構成された粘土膜基板１０である薄膜ヒューズ１。【選択図】図４
2016131074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板の主面上に設けられたヒューズ膜と、
を備え、
前記支持基板は、粘土粒子が積層された粘土膜で構成された粘土膜基板である、ヒューズ。
【請求項２】
前記粘土粒子は、扁平な形状を成しており、
前記粘土膜は、前記粘土粒子が厚さ方向に積層された構造を有する、
請求項１に記載のヒューズ。
【請求項３】
前記支持基板の厚さは、１０（μm）以上かつ８０（μm）以下である、
請求項１又は２に記載のヒューズ。
【請求項４】
前記支持基板の密度は、１．５（g/cm3）以上かつ２．５（g/cm3）以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載のヒューズ。
【請求項５】
前記支持基板の熱伝導率は、０．３（W/m・K）以下である、
請求項１から４のいずれか１項に記載のヒューズ。
【請求項６】
前記ヒューズ膜の厚さは、１．０（μm）以下であり、
前記主面の表面粗さは、０．１（μm）以下である、
請求項１から５のいずれか１項に記載のヒューズ。
【請求項７】
前記支持基板のヤング率は、１．０（Kg/mm2）以上かつ２．５（Kg/mm2）以下である、
請求項１から６のいずれか１項に記載のヒューズ。
【請求項８】
前記支持基板の前記主面上の、前記ヒューズ膜の長手方向一端側の前記ヒューズ膜から離間した位置に形成された一端側端子、及び長手方向他端側の前記ヒューズ膜から離間した位置に形成された他端側端子を更に備える、
請求項１から７のいずれか１項に記載のヒューズ。
【請求項９】
前記ヒューズ膜の長手方向の中央側を覆う被覆部を更に備え、
前記被覆部の熱伝導率は、０．３（W/m・K）以下である、
請求項１から８のいずれか１項に記載のヒューズ。
【請求項１０】
前記支持基板の前記主面とは反対側にて、前記支持基板と接合されている接合基板を更に供える、
請求項１から９のいずれか１項に記載のヒューズ。
【請求項１１】
前記接合基板の密度は、２．０（g/cm3）以下である、
請求項１０に記載のヒューズ。
【請求項１２】
前記接合基板は、ポリイミド製であり、
前記支持基板に前記接合基板を接合する接合層を更に備える、
請求項１０又は１１に記載のヒューズ。
【請求項１３】
粘土粒子が積層された粘土膜で構成された粘土膜基板を、支持基板として形成するステップと、
前記支持基板の主面上にヒューズ膜を形成するステップと、
を備える、ヒューズの製造方法。
【請求項１４】
前記ヒューズ膜を形成するステップにおいて、
金属ナノ粒子が分散された液滴を前記主面に吐出することにより、前記ヒューズ膜を形成すると共に、前記ヒューズ膜の長手方向両端側の前記ヒューズ膜から離間した位置に端子を形成する、
請求項１３に記載のヒューズの製造方法。
【請求項１５】
前記ヒューズ膜を形成するステップにおいて、
前記端子を形成するための液滴の大きさは、前記ヒューズ膜を形成するための液滴の大きさよりも大きい、
請求項１４に記載のヒューズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューズ及びヒューズの製造方法に関する。
【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に、ヒューズが利用されている。具体的には、ヒューズは、回路に異常な電流が流れた場合に、溶断して回路を遮断することで回路破壊を防止する。また、ヒューズは、例えば特許文献１のように、シリコーン基板上に形成された金属のヒューズ部を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
ところで、ヒューズにおいては、例えば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、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、ラッシュ電流には耐えて溶断しない（換言すれば、耐ラッシュ性が高い）ことが求められる。
【０００５】
また、近年、ヒューズが組み込まれる携帯電話機やスマートフォン等の携帯電子機器の小型化が進んでいる。そして、ヒューズは、抵抗やコンデンサ等の他の電子部品に比べてサイズや重量等が大きく、携帯電子機器に複数組み込まれることが多いため、ヒューズの更なる小型化・軽量化が要請されている。
【０００６】
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、小型、軽量かつ耐ラッシュ性が高いヒューズ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】
【０００７】
本発明の第１の態様においては、支持基板と、前記支持基板の主面上に設けられたヒューズ膜と、を備え、前記支持基板は、粘土粒子が積層された粘土膜で構成された粘土膜基板であるヒューズを提供する。
【０００８】
上記ヒューズにおいて、前記粘土粒子は、扁平な形状を成しており、前記粘土膜は、前記粘土粒子が厚さ方向に積層された構造を有してもよい。
【０００９】
上記ヒューズにおいて、前記支持基板の厚さは、１０（μm）以上かつ８０（μm）以下であってもよい。
【００１０】
上記ヒューズにおいて、前記支持基板の密度は、１．５（g/cm3）以上かつ２．５（g/cm3）以下であってもよい。
【００１１】
上記ヒューズにおいて、前記支持基板の熱伝導率は、０．３（W/m・K）以下であってもよい。
【００１２】
上記ヒューズにおいて、前記ヒューズ膜の厚さは、１．０（μm）以下であり、前記主面の表面粗さは、０．１（μm）以下であってもよい。
【００１３】
上記ヒューズにおいて、前記支持基板のヤング率は、１．０（Kg/mm2）以上かつ２．５（Kg/mm2）以下であってもよい。
【００１４】
上記ヒューズは、前記支持基板の前記主面上の、前記ヒューズ膜の長手方向一端側の前記ヒューズ膜から離間した位置に形成された一端側端子、及び長手方向他端側の前記ヒューズ膜から離間した位置に形成された他端側端子を更に備えてもよい。
【００１５】
上記ヒューズは、前記ヒューズ膜の長手方向の中央側を覆う被覆部を更に備え、前記被覆部の熱伝導率は、０．３（W/m・K）以下であってもよい。
【００１６】
上記ヒューズは、前記支持基板の前記主面とは反対側にて、前記支持基板と接合されている接合基板を更に供えてもよい。
【００１７】
上記ヒューズにおいて、前記接合基板の密度は、２．０（g/cm3）以下であってもよい。
【００１８】
上記ヒューズにおいて、前記接合基板は、ポリイミド製であり、前記ヒューズは、前記支持基板に前記接合基板を接合する接合層を更に備えてもよい。
【００１９】
本発明の第２の態様においては、粘土粒子が積層された粘土膜で構成された粘土膜基板を、支持基板として形成するステップと、前記支持基板の主面上にヒューズ膜を形成するステップと、を備えるヒューズの製造方法を提供する。
【００２０】
前記ヒューズ膜を形成するステップにおいて、金属ナノ粒子が分散された液滴を前記主面に吐出することにより、前記ヒューズ膜を形成すると共に、前記ヒューズ膜の長手方向両端側の前記ヒューズ膜から離間した位置に端子を形成してもよい。
【００２１】
前記ヒューズ膜を形成するステップにおいて、前記端子を形成するための液滴の大きさは、前記ヒューズ膜を形成するための液滴の大きさよりも大きくてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、小型、軽量かつ耐ラッシュ性が高いヒューズを提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】比較例に係る薄膜ヒューズ９２０の断面模式図である。
【図２】薄膜ヒューズ９２０の平面模式図である。
【図３】薄膜ヒューズ９２０の溶断特性曲線Ｃ２を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る薄膜ヒューズ１の断面模式図である。
【図５】薄膜ヒューズ１の平面模式図である。
【図６】薄膜ヒューズ１の溶断特性曲線Ｃ３を示すグラフである。
【図７】粘土膜基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図８】薄膜ヒューズの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図９】粘土膜集合基板１００に接合基板１０５を接合した状態を示す模式図である。
【図１０】粘土膜集合基板１００を示す平面模式図である。
【図１１】一つの領域Ｒ内のヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３を示す模式図である。
【図１２】ヒューズ膜１２０、内部端子１３１、１３２、及びオーバーコート１４０の形成位置を示す模式図である。
【図１３】外部端子１５１、１５２の形成位置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では、下記に示す順序で説明を行う。
１．比較例
２．ヒューズの構成
３．ヒューズの製造方法
３−１．粘土膜基板の製造工程
３−２．薄膜ヒューズの製造工程
４．変形例
５．本実施形態における効果
【００２５】
＜１．比較例＞
本発明に係るヒューズについて説明する前に、比較例に係るヒューズについて説明する。
【００２６】
図１は、比較例に係る薄膜ヒューズ９２０の断面模式図である。図２は、薄膜ヒューズ９２０の平面模式図である。図１及び図２に示すように、薄膜ヒューズ９２０は、支持基板９２１と、ヒューズ膜９２３と、内部端子９２５と、オーバーコート９２７と、外部端子９２９とを有する。
【００２７】
支持基板９２１は、ヒューズ膜９２３及び内部端子９２５を支持する。支持基板９２１は、例えば酸化アルミニウム（以下、アルミナと呼ぶ）から成る。
ヒューズ膜９２３は、支持基板９２１の主面９２１ａ上に形成されている。ヒューズ膜９２３は導体であり、ヒューズ膜９２３の長手方向両端は、それぞれ内部端子９２５に電気的に接続されている。
内部端子９２５は、導体であり、主面９２１ａにおいてヒューズ膜９２３の長手方向両端側にそれぞれ形成されている。
オーバーコート９２７は、ヒューズ膜９２３と内部端子９２５の一部とを覆う。オーバーコート９２７は、例えばガラスを含有する。
外部端子９２９は、導体であり、内部端子９２５上に内部端子９２５と接続するように形成されている。
【００２８】
薄膜ヒューズ９２０においては、ヒューズ膜９２３が通電によって発熱した際の熱は、ヒューズ膜９２３を密着支持する支持基板９２１と、ヒューズ膜９２３に密着するオーバーコート９２７へ伝導する。ここで、アルミナ製の支持基板９２１の熱伝導率は、約３０（W／m・K）と大きいため、ヒューズ膜９２３から支持基板９２１への熱損失が非常に大きい。
【００２９】
図３は、薄膜ヒューズ９２０の溶断特性曲線Ｃ２を説明するためのグラフである。グラフの横軸は通電時間Ｔを示し、縦軸は通電電流Ｉを示す。また、横軸及び縦軸は、それぞれ対数目盛りとなっている。
図３に示す溶断特性曲線Ｃ１は、薄膜ヒューズ９２０よりも熱損失が非常に小さいものと仮定した理想的なヒューズの溶断特性を示す。溶断特性曲線Ｃ１は、通電時間Ｔが小さい領域（通電時間ＴがＴa以下の領域）において所定の傾きを有する直線部分を含む。この直線部分は、傾きが−１／２の直線Ｓとほぼ重なる。一方で、溶断特性曲線Ｃ１は、通電時間Ｔが大きくになるにつれて直線Ｓから乖離し、ほぼ水平な直線となる（すなわち、通電電流Ｉの電流値がほぼ一定となる）傾向を示す。
【００３０】
次に、薄膜ヒューズ９２０の溶断特性曲線Ｃ２について説明する。ここで、通電時間Ｔが大きい領域において、溶断特性曲線Ｃ２の水平な直線部分の電流値は、溶断特性曲線Ｃ１の水平な直線部分の電流値とほぼ同じ大きさであるものとする。前述したように薄膜ヒューズ９２０の熱損失は非常に大きいため、図３に示すように通電時間Ｔが小さい領域における薄膜ヒューズ９２０の溶断特性曲線Ｃ２の傾きは、熱損失が小さいヒューズの溶断特性曲線Ｃ１の傾きよりも緩やかである。また、通電時間Ｔが小さい領域では、溶断特性曲線Ｃ２の電流値は、溶断特性曲線Ｃ１の電流値よりも小さい。
【００３１】
ところで、薄膜ヒューズ９２０は、一般的に回路に直列に挿入されており、回路に異常な電流が流れた際に溶断して回路を遮断することで回路破壊を防止する。一方で、薄膜ヒューズ９２０においては、例えば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）が発生することがある。ラッシュ電流は、例えば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ある。ラッシュ電流により、本来ならば溶断されない筈の薄膜ヒューズ９２０が溶断してしまうことがある。
このため、薄膜ヒューズ９２０としては、異常な電流が流れた場合には溶断するが、ラッシュ電流には耐えて溶断しない（換言すれば、耐ラッシュ性が高い）ことが求められる。
【００３２】
ここで、図３を参照しながら、ラッシュ電流と溶断特性曲線との関係について説明する。
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３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がグラフの横軸に相当し、電流値Ｉｒが縦軸に相当するものとして図示した。
図３を見ると分かるように、通電時間Ｔｒよりも小さい領域においてラッシュ電流の電流値が溶断特性曲線Ｃ２の電流値よりも大きいので、ラッシュ電流が発生した際に通電時間Ｔｒよりも小さい通電時間では薄膜ヒューズ９２０が溶断してしまう。
【００３３】
なお、薄膜ヒューズ９２０の熱損失を低減する方法として、以下のような方策が提案されている。すなわち、ヒューズ膜９２３をシリコーン製の支持基板９２１の主面に形成した後に、支持基板９２１を主面とは反対側の裏面からエッチングして支持基板９２１を薄くした薄膜ヒューズ９２０を製造する。支持基板９２１を薄くすることで、ヒューズ膜９２３から支持基板９２１への熱損失の軽減が期待される。しかし、支持基板９２１のエッチング加工の工程に多くの工数を要するため、薄膜ヒューズ９２０の生産性が低下し、薄膜ヒューズ９２０の価格が高くなってしまう。
【００３４】
また、近年、薄膜ヒューズ９２０が組み込まれる携帯電話機やスマートフォン等の携帯電子機器の小型化が進んでいるため、薄膜ヒューズ９２０の更なる小型化・軽量化が要請されている。特に、薄膜ヒューズ９２０は、抵抗やコンデンサ等の他の電子部品に比べてサイズや重量等が大きく、携帯電子機器に複数組み込まれることが多いため、薄膜ヒューズ９２０の小型化・軽量化が大きな課題となっている。
図１及び図２で説明した薄膜ヒューズ９２０は、例えば横（Ｘ方向）の長さが１．６（mm）、縦（Ｙ方向）の長さが０．８（mm）、厚さ（Ｚ方向）が０．８（mm）であり、支持基板９２１が薄膜ヒューズ９２０の体積の大部分を占有する。なお、支持基板９２１の密度は約３．５（g／cm3）であり、金属製の外部端子９２９の密度は約４（g／cm3）であり、ヒューズ膜９２３の密度は約３（g／cm3）である。
【００３５】
これに対して、本発明に係る薄膜ヒューズは、後述する構成を有することで、比較例に係る薄膜ヒューズ９２０の問題点を解消しており、小型、軽量かつ耐ラッシュ性が高いものとなっている。
【００３６】
＜２．ヒューズの構成＞
図４及び図５を参照しながら、本発明の一実施形態に係る薄膜ヒューズ１の構成について説明する。図４は、薄膜ヒューズ１の断面模式図である。図５は、薄膜ヒューズ１の平面模式図である。
【００３７】
薄膜ヒューズ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である。薄膜ヒューズ１は、図４及び図５に示すように、粘土膜基板１０と、接合基板１５と、ヒューズ膜２０と、内部端子３１、３２と、オーバーコート４０と、外部端子５１、５２とを有する。
【００３８】
粘土膜基板１０は、主面１２にヒューズ膜２０及び内部端子３１、３２を支持する支持基板である。粘土膜基板１０は、粘土粒子が積層された粘土膜で構成された粘土膜基板である。粘土粒子は、扁平な形状を成しており、粘土膜は、粘土粒子が厚さ方向に積層された構造を有する。具体的には、粘土粒子は、平らな面を有しており、複数の粘土粒子の扁平な面同士が接するように重なっている。
【００３９】
ここで、本実施形態に係る粘土膜基板１０の詳細について説明する。
粘土膜基板１０は、粘土粒子として天然のモンモリロナイト（以下、「天然のモンモリロナイト」を単にモンモリロナイトと呼ぶ）を主成分とする薄膜基板である。モンモリロナイトは、無機材料であり、有機材料に比べて耐熱性に優れている。また、粘土膜基板１０では、粘土粒子が水平に配向して積層されており、基板として十分に自立可能な機械的強度を有する。この粘土膜基板１０の耐熱実験の結果によれば、４００℃の温度で１時間以上の耐熱性を有し、耐熱実験の際に基板に目立った変形やひび割れなども発生しないことが確認されている。また、粘土膜基板１０は、無機材料であることから、優れた電気絶縁性を有する。
【００４０】
粘土膜基板１０の粘土膜は、原材料であるモンモリロナイトの粘土粒子を溶媒である水に分散した後に、当該水を蒸発させることで形成される。このため、粘土膜は、モンモリロナイト以外の添加物や補強材を含む必要がない。なお、粘土膜は、天然のモンモリロナイトに含まれる石英や雲母等の鉱物を微量含んでもよい。
【００４１】
粘土膜基板１０の粘土粒子は、厚さが数nm以下でかつ長さが数百nmの扁平な形状である。この粘土粒子が基板の厚さ方向に積層されて粘土膜基板１０が形成されている。このような構造から、粘土膜基板１０の熱伝導率（特に、粘土膜基板１０の厚さ方向の熱伝導率）が小さい。
【００４２】
本実施形態の粘土膜基板１０の熱伝導率は、０．３（W/m・K）以下であり、好ましくは０．２（W/m・K）以下が望ましい。これにより、粘土膜基板１０の熱伝導率は、第２比較例で説明したアルミナ製の支持基板９２１の熱伝導率に比べて極めて小さい。なお、下記の式から、熱伝導率λが算出される。
2016131074.tif 000003
【００４３】
ここで、κは、熱拡散率を示し、公知の温度波熱分析法にて測定されている。ＣＰは、定圧比熱を示し、公知のＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry）法にて測定されている。ａは、基板の密度を示す。
【００４４】
粘土膜基板１０の熱伝導率が小さいため、ヒューズ膜２０の通電により発熱した熱が粘土膜基板１０に伝導された際の熱量を抑制できる。これにより、後述するように薄膜ヒューズ１の溶断特性の通電時間Ｔが小さい領域における溶断特性曲線の傾きが急峻となり（図６参照）、この結果薄膜ヒューズ１の耐ラッシュ性が向上する。
【００４５】
粘土膜基板１０の厚さは、１０（μm）以上かつ８０（μm）以下であることが望ましい。粘土膜基板１０の厚さが１０（μm）未満である場合には、粘土膜基板１０を自立した基板として扱うことが困難となり、薄膜ヒューズ１の量産性に支障をきたす。一方で、粘土膜基板１０の厚さが８０（μm）を超える場合には、ヒューズ膜２０から粘土膜基板１０へ伝導する熱が増えるため、熱損失が増加してしまい、薄膜ヒューズ１の耐ラッシュ性が低下する恐れがある。本実施形態では、粘土膜基板１０の厚さは、５０（μm）である。
【００４６】
粘土膜基板１０においては、ヒューズ膜２０の厚さを１．０（μm）以下とするために、主面１２の表面粗さ（具体的には、算術平均粗さＲａ）は、０．１（μm）以下であり、好ましくは０．０５（μm）以下であることが望ましい。これは、主面１２の算術平均粗さＲａが０．１（μm）よりも大きいと、主面１２上に形成されたヒューズ膜２０の厚さが不均一になりやすい。そして、ヒューズ膜２０の厚みの薄い部分が形成されてしまうと、ヒューズ膜２０の適切な溶断特性を確保することが困難となる。
【００４７】
粘土膜基板１０の密度は、第１比較例で説明したアルミナ製の支持基板９２１の密度に比べて小さい。このため、粘土膜基板１０を支持基板として用いた際に、支持基板を軽量化することができる。そして、本実施形態では、軽量化を有効なものとするために、粘土膜基板１０の密度は、１．５（g/cm3）以上かつ２．５（g/cm3）以下である。
【００４８】
粘土膜基板１０は、十分な機械的強度を有する。例えば、粘土膜基板１０のヤング率は、常温（例えば５〜３５℃）で１．０（Kg/mm2）以上かつ２．５（Kg/mm2）以下である。これにより、薄膜ヒューズ１を製造する際に薄い基板である粘土膜基板１０が加熱・加圧されても、十分な耐熱・耐圧を有する。例えば、粘土膜基板１０を４００℃で１時間加熱しても、目立った変形やひび割れが発生しない。なお、ヤング率は、粘土膜基板１０に曲げ加重Ｐを加えた際に生じる曲げ変形量δを測定することで求まる。ヤング率の大きさは、粘土膜基板１０の粘土粒子の配向に関連して、所定範囲内に分布する。また、粘土膜基板１０は、ヒューズ膜２０が通電により発熱し溶断する過程において粘土膜基板１０に発正する熱応力に耐えることができる機械的な強度を有する。
【００４９】
接合基板１５は、例えばポリイミド製である。接合基板１５は、粘土膜基板１０の主面１２とは反対側（裏面側）にて、粘土膜基板１０と接合されている。具体的には、接合基板１５は、粘土膜基板１０の裏面と、接合層１６を介して接合されている。接合層１６は、例えばシリコーン樹脂から成る接着材を、加圧・加熱して硬化させたものである。
【００５０】
接合基板１５は、粘土膜基板１０よりも強度が強い基板であり、粘土膜基板１０を補強する機能を有する。これにより、例えば薄膜ヒューズ１の製造工程における粘土膜基板１０の取り扱い性が向上し、薄膜ヒューズ１の生産性を向上できる。
【００５１】
接合基板１５の厚さは約２５０（μm）であり、接合層１６の厚さは約１０（μm）である。前述したように粘土膜基板１０が５０（μｍ）であるため、接合基板１５、接合層１６、及び粘土膜基板１０のトータル厚さが約３１０（μｍ）であり、第１比較例の支持基板９２１の厚さの８００（μｍ）の半分以下となっている。このため、薄膜ヒューズ１の軽量化を実現できる。なお、接合基板１５の軽量化のために、接合基板１５の密度は、２．０（g/cm3）以下が望ましい。これにより、薄膜ヒューズ１の更なる軽量化も実現できる。
【００５２】
ヒューズ膜２０は、粘土膜基板１０の主面１２上に設けられている。ヒューズ膜２０の厚みは、１．０（μm）以下であり、ここでは０．５（μm）である。ヒューズ膜２０は、導体であり、詳細は後述するが、金属ナノ粒子を含有するインクを主面１２に吐出し焼成することで形成される。
【００５３】
内部端子３１は、図５に示すように、粘土膜基板１０の主面１２上のヒューズ膜２０の長手方向一端側に設けられた一端側端子である。内部端子３２は、ヒューズ膜２０の長手方向他端側に設けられた他端側端子である。内部端子３１、３２の厚さは、ヒューズ膜２０の厚さと同じ大きさである。内部端子３１、３２は、ヒューズ膜２０と同様に導体であり、金属ナノ粒子を含有するインクを主面１２に吐出し焼成することで形成されている。
【００５４】
内部端子３１及び内部端子３２は、ヒューズ膜２０から離間した位置に形成されている。これにより、ヒューズ膜２０が通電により発熱した際のヒューズ膜２０から内部端子３１、３２への熱損失を抑制できる。また、粘土膜基板１０の長手方向において内部端子３１と内部端子３２との間の長さ（図５に示す長さＬ）は、６００（μm）以上であり、ここでは約７５０（μm）である。これにより、ヒューズ膜２０が通電により発熱した際のヒューズ膜２０から内部端子３１、３２への熱損失を更に抑制できる。
【００５５】
オーバーコート４０は、ヒューズ膜２０の長手方向の中央側（具体的には、内部端子３１と内部端子３２の間の部分）を覆う被覆部である。オーバーコート４０は、例えば主にシリコーン樹脂から成る。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、ヒューズ膜２０からオーバーコート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、粘土膜基板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。
【００５６】
外部端子５１は、導体であり、厚さが同一の内部端子３１及びヒューズ膜２０上に位置し、ヒューズ膜２０の長手方向一端側と電気的に接続している。外部端子５２は、導体であり、内部端子３２及びヒューズ膜２０上に位置し、ヒューズ膜２０の長手方向他端側と電気的に接続している。また、外部端子５１は、ヒューズ膜２０及び内部端子３１に接触することで接触面積を増やすことできるため、ヒューズ膜２０と安定して接続することができる。同様に、外部端子５２も、ヒューズ膜２０及び内部端子３２と接触することで、ヒューズ膜２０と安定して接続することができる。なお、本実施形態では、ヒューズ膜２０から外部端子５１、５２への熱損失を抑制すべく、ヒューズ膜２０の長手方向において外部端子５１、５２の間の長さ（図５に示す長さＬ）を大きくしている。長さＬは、内部端子３１と内部端子３２との間の長さと同じ大きさであり、ここでは約７５０（μm）である。
【００５７】
図６は、薄膜ヒューズ１の溶断特性曲線Ｃ３を示すグラフである。図６と図３を対比すると分かるように、本実施形態では、通電時間Ｔが小さい領域での溶断特性曲線Ｃ３の傾きが、傾き−１／２の直線Ｓとほぼ重なっている。また、通電時間Ｔが小さい領域（具体的には、通電時間Ｔｒよりも小さい領域）での溶断特性曲線Ｃ３の電流値が、ラッシュ電流の電流値よりも大きくなっている。これにより、本実施形態の薄膜ヒューズ１は、ラッシュ電流が発生しても溶断せず、耐ラッシュ性の高いものとなっている。
【００５８】
なお、図６に示すように、通電時間Ｔが大きくなるにつれて溶断特性曲線Ｃ３が略水平な直線となっている。具体的には、溶断特性曲線Ｃ３のＰ３点からＰ４点の区間においては、溶断特性曲線Ｃ３がほぼ水平な直線となっている。なお、Ｐ４点における通電電流（最小溶断電流Ｉmin）は、１００（mＡ）以下であり、ここでは８５（mＡ）である。このため、本実施形態の薄膜ヒューズ１は、低容量かつ耐ラッシュ性の高いヒューズとなっている。
【００５９】
上述したように薄膜である粘土層で構成された粘土膜基板１０をヒューズ膜２０の支持基板としたことで、薄膜ヒューズ１の厚さが５００（μm）以下となっている。そして、薄膜ヒューズ１の重さが１（mg）以下で、ここでは０．９（mg）であり、薄膜ヒューズ１の密度が１．５（g/cm3）以下で、ここでは１．４（g/cm3）である。なお、図１で説明した比較例に係る薄膜ヒューズ９２０の厚さは約８００（μm）であり、薄膜ヒューズ９２０の重さは１．３（mg）〜１．６（mg）である。このため、本実施形態の薄膜ヒューズ１は、小型軽量なものとなっている。
【００６０】
＜３．ヒューズの製造方法＞
上述した薄膜ヒューズ１の製造方法の一例について説明する。以下では、粘土膜基板の製造工程について説明した後に、粘土膜基板を用いた薄膜ヒューズの製造工程について説明する。
【００６１】
（３−１．粘土膜基板の製造工程）
図７は、粘土膜基板の製造工程の一例を示すフローチャートである。ここでは、図４及び図５で説明した粘土膜基板１０を複数纏めた粘土膜集合基板を製造するものとする。
【００６２】
まず、モンモリロナイトを主成分とする粘土粒子を所定量（例えば、数ｗ％）水に加えた後に、当該水を攪拌等して希薄で均一な粘土分散液を生成する（ステップＳ１０２）。生成された粘土分散液は、真空脱泡装置等により十分に脱泡が施されることが望ましい。これにより、粘土膜集合基板中に残留する気泡が無くなるので、後述する乾燥及び焼成の工程において残留する気泡が熱膨張することにより生じるボイドを抑制できる。
【００６３】
次に、平板等から成る転写治具に、粘土分散液を注液する（ステップＳ１０４）。この際、振動等の外乱が転写治具に作用しないようにすると共に、転写治具を水平状態で放置することで、分散液中の粘土粒子を沈降させて水平に堆積させる。なお、転写治具において粘土分散液が注入される転写面（製造された粘土膜基板の主面に接する面）は、表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が０．０５（μm）以下となるように、研磨が施されている。これにより、製造された粘土膜基板の主面の表面粗さも、０．０５（μm）となる。
【００６４】
次に、粘土分散液中の水分をゆっくりと乾燥・蒸発させて、転写治具に粘土粒子から成る粘土膜を形成する（ステップＳ１０６）。例えば約５０℃で約１０時間、粘土分散液を乾燥させる。
【００６５】
次に、粘土膜を焼成する（ステップＳ１０８）。例えば２３０〜３００℃で１〜２時間、粘土膜を焼成する。焼成後に、粘土膜を転写治具から剥離することで、粘土膜集合基板が製造される。なお、粘土膜集合基板の厚さが所定厚さとなるように、ステップＳ１０４における粘土分散液の濃度及び注入量が調整される。
【００６６】
このように製造された粘土膜集合基板の厚さは約５０（μm）であり、密度は約２．２５（g/cm3）であり、主面の表面粗さが約０．０５（μm）である。また、粘土膜集合基板の厚さ方向の熱伝導率は約０．２（W/m・K）であり、ヤング率が１．０〜２．５（Kg/mm2）である。また、根粘土膜集合基板の厚さ方向の電気抵抗は約１×１０１３〜１×１０１５（Ωｃｍ）であり、厚さ方向の耐圧は３（ｋV）以上である。
【００６７】
なお、モンモリロナイトを主成分とする粘土粒子に各種の有機物を添加する方法が提案されているが、実験の結果、有機物を添加すると粘土膜基板の耐熱性が不十分となることが分かった。また、ガラス繊維やガラスビーズ等の補強材を加えて補強する方法も提案されているが、補強材と粘土粒子との界面からひび割れが生じるなどの問題が生じる。また、上述したように粘土膜集合基板の主面の表面粗さが約０．０５（μm）であるため、粘土膜集合基板の製造後に、主面をコートしたり、表面を平坦化したりする必要が無い。このように、本実施形態では、粘土膜基板への添加材及び補強材を添加等が不要で、かつ主面の表面処理も不要となるので、粘土膜基板の製造コストのアップを防止できる。
【００６８】
（３−２．薄膜ヒューズの製造工程）
上述した粘土膜集合基板を用いた薄膜ヒューズを製造工程について、図８を参照しながら説明する。
【００６９】
図８は、薄膜ヒューズの製造工程の一例を示すフローチャートである。
まず、製造された粘土膜集合基板を、所定の大きさ（例えば横５０（mm）×縦５０（mm））に切断する（ステップＳ２０２）。ここで、切断は、一般的なカッターを用いて行われる。次に、切断した粘土膜集合基板を、ヘキサンを用いて超音波洗浄した後に乾燥させる（ステップＳ２０４）。
【００７０】
次に、乾燥させた粘土膜集合基板の裏面に、粘土膜集合基板と同じ大きさの接合基板を接合する（ステップＳ２０６）。
図９は、粘土膜集合基板１００に接合基板１０５を接合した状態を示す模式図である。図９に示すように、シリコーンを主成分とする接着材１０７にて、ポリイミド製の接合基板１０５を粘土膜集合基板１００の裏面１０３に接合する。なお、接着材１０７の硬化は、加圧・加熱により行われる。また、硬化後の接着材１０７（接合層）の厚さが約１０（μm）となるように、接着材の量が調整されている。
【００７１】
図１０は、粘土膜集合基板１００を示す平面模式図である。粘土膜集合基板１００は、多数のヒューズ膜を量産化するために、複数の薄膜ヒューズ１の粘土膜基板１０に対応する大きさの基板である。このため、詳細は後述するが、粘土膜集合基板１００上にヒューズ膜を量産した後に粘土膜集合基板１００を切断して個片化する。図１０には、一つの薄膜ヒューズ１の粘土膜基板１０に対応する領域Ｒが示されており、領域Ｒが規則正しく配列されている。本実施形態では、複数の領域Ｒの各々に、ヒューズ膜及び内部端子が形成されることになる。
【００７２】
図８に戻り、粘土膜集合基板１００の主面１０２（具体的には、図１０に示す複数の領域Ｒ）に、ヒューズ膜及び内部端子を形成する（ステップＳ２０８）。本実施形態では、粘土膜集合基板１００の主面１０２に金属ナノ粒子が分散された液体であるインクを吐出することで、ヒューズ膜及び内部端子を形成する印刷工程が行われる。
【００７３】
ここで、インク印刷工程の詳細について説明する。
図１１は、一つの領域Ｒ内のヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４を示す模式図である。ヒューズ膜及び内部端子は、主面１０２の領域Ｒのヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４にインクを吐出し印刷することで形成される。図１１に示すように、内部端子パターン１１３、１１４は、ヒューズ膜パターン１１２から離間している。
【００７４】
ここで、ヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４の形成方法について説明する。
まず、粘土膜集合基板１００の主面１０２全体に、フッ素コート１１０（図１１参照）を形成する。次に、パターンマスク（不図示）を用いて、ヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４に対応する部分のフッ素コート１１０を除去する。具体的には、パターンマスクとしてメタルマスクを使用し、ヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４にエキシマランプを照射することで、フッ素コート１１０を除去する。なお、フッ素コート１１０は撥液性を有し、フッ素コート１１０が除去されたヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４に対応した粘土膜集合基板１００の表面は、親液性を有する。
【００７５】
次に、インクジェットプリンタを用いて、金属ナノ粒子が分散液中に均一に分散されたインクを、ヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４に吐出し印刷する。インクは、粘土膜集合基板１００に形成されたアライメントマーク１１５ａ〜１１５ｃ（図１０）を基準にして位置決めされたヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４に、それぞれ所定量吐出され印刷される。具体的には、焼成後のヒューズ膜及び内部端子の厚さがそれぞれ０．５（μm）となるように、所定量のインクが吐出され印刷される。
【００７６】
本実施形態では、インク印刷工程の処理時間を短縮する観点から、ヒューズ膜パターン１１２よりも面積が大きい内部端子パターン１１３、１１４に吐出するインク滴（液滴）の大きさを、ヒューズ膜パターン１１２に吐出するインク滴の大きさよりも大きくしている。
【００７７】
また、本実施形態では、金属ナノ粒子は銀ナノ粒子であり、分散液は有機溶剤から成る。インク中の金属ナノ粒子の濃度は、２０〜６０（ｗ％）が望ましく、ここでは５５（ｗ％）である。また、モンモリロナイトを主成分とする粘土膜集合基板１００は、インクの有機溶剤に対する耐性を兼ね備えているため、インク印刷工程における粘土膜集合基板１００の変質や変形を防止でき、印刷が極めて安定して実施される。
【００７８】
ところで、本実施形態では、図１１に示すように、ヒューズ膜パターン１１２と内部端子パターン１１３、１１４とが分離している。このようにヒューズ膜パターン１１２と内部端子パターン１１３、１１４を分離するのは、下記に説明する理由からである。
【００７９】
本実施形態とは異なり、ヒューズ膜パターン１１２と内部端子パターン１１３、１１４の二つのパターンが連結した場合には、二つの問題点が発生する。
一点目として、二つのパターンが連結している場合には、ヒューズ膜パターン１１２に吐出されたインクが、ヒューズ膜パターン１１２の長手方向の両端において、内部端子パターン１１３、１１４に吐出されたインクに引っ張られる。これにより、長手方向の両端部のインクの厚さが、ヒューズ膜パターン１１２の長手方向の中央部のインクの厚さよりも小さくなり、焼成後のヒューズ膜の厚みが不均一になる恐れがある。
二点目として、内部端子パターン１１３、１１４に吐出するインク滴をヒューズ膜パターン１１２に吐出するインク滴よりも大きくすると、二つのパターンにおけるインクの液面のレベリングが相互作用し、管理し難くなる。すなわち、高精度に厚さを管理すべきヒューズ膜パターン１１２の厚さが、内部端子パターン１１３、１１４の厚さに影響されて変化してしまう、
【００８０】
これに対して、本実施形態のようにヒューズ膜パターン１１２と内部端子パターン１１３、１１４を分離した場合には、ヒューズ膜パターン１１２のインクが、内部端子パターン１１３、１１４のインクの影響を受けないため、上述した二つの問題点が発生しない。
【００８１】
図８に戻り、ステップＳ２０６のインク吐出工程が終わると、乾燥工程が行われる（ステップＳ２１０）。例えば７０℃で１時間、粘土膜集合基板１００上のインクを乾燥させる。
【００８２】
次に、焼成工程が行われる（ステップＳ２１２）。例えば２００℃で１時間、送風炉内で粘土膜集合基板１００上のインクを焼成する。これにより、粘土膜集合基板１００のインクの分散液が蒸発すると共に、金属ナノ粒子の焼成が進み、ヒューズ膜及び内部端子が形成される。モンモリロナイトを主成分とする粘土膜集合基板１００、ポリイミド製の接合基板１０５、及びシリコーンを主成分とする接着材１０７は、十分な耐熱性を有するので、焼成が適切に行われる。
【００８３】
本実施形態において、接着材１０７は、伸縮性を有している。このため、焼成の際に粘土膜集合基板１００及び接合基板１０５の熱膨張率が異なっても、接着材１０７が二つの基板の熱膨張の差を吸収する。この結果、粘土膜集合基板１００が、接合基板１０５から剥離したり、大きく変形したりすることを防止できる。なお、焼成工程後に、主面１０２上のフッ素コート１１０が洗浄除去される。
【００８４】
図１２は、ヒューズ膜１２０、内部端子１３１、１３２、及びオーバーコート１４０の形成位置を示す模式図である。
焼成工程後に、図１２に示すようにヒューズ膜１２０上にオーバーコート１４０を形成する（ステップＳ２１４）。具体的には、オーバーコート１４０は、シリコーンを主成分とするペースト状の材料をスクリーン印刷機で印刷した後、所定温度で硬化することで、形成される。オーバーコート１４０の厚さは約４０（μm）であり、オーバーコート１４０の熱伝導率は０．２（W／m・K）である。
【００８５】
次に、所定のチップサイズ（例えば横１．６（mm）×縦０．８（mm））に粘土膜集合基板１００を切断して、個々の薄膜ヒューズに個片化する（ステップＳ２１６）。例えば、ダイシング装置によって、粘土膜集合基板１００が切断される。
【００８６】
図１３は、外部端子１５１、１５２の形成位置を示す模式図である。
ヒューズ膜１２０の長手方向両端側に、外部端子１５１、１５２を形成する（ステップＳ２１８）。具体的には、図１３に示すように、ヒューズ膜１２０の長手方向端部及び内部端子１３１、１３２に接するように外部端子１５１、１５２を形成する。なお、外部端子１５１、１５２は、オーバーコート１４０の一部を覆うように形成されてもよい。外部端子１５１、１５２は、主に銀で構成されている。
【００８７】
図８に戻り、外部端子１５１、１５２にメッキを施す（ステップＳ２２０）。具体的には、公知のバレルメッキ技術等を応用して、外部端子１５１、１５２にＳｎメッキ及びＮｉメッキを施す。これにより、薄膜ヒューズ１が製造される。その後、薄膜ヒューズ１は、検査工程等を経て出荷される。
【００８８】
上述した製造方法においては、天然のモンモリロナイトを主成分とする粘土粒子は、原材料として豊富に存在するので、粘土膜基板を安価に製造できる。また、粘土膜集合基板１００上に量産性が高い印刷法で多数のヒューズ膜１２０及び内部端子１３１、１３２を纏めて形成した後に切断して薄膜ヒューズを製造するので、製造時間を短縮できると共に、製造コストを低減することが可能となる。また、粘土膜基板が耐熱性や機械的強度が高いので、粘土膜基板の変形等を抑制でき、薄膜ヒューズの生産性の低下を防止できる。
【００８９】
＜４．変形例＞
上記では、粘土膜基板１０が、モンモリロナイトを主成分とする粘土粒子が積層されたものであることとしたが、これに限定されない。例えば、粘土膜基板１０が、バーキュライト等の他の材料を主成分とする粘土粒子を積層したものであってもよい。
【００９０】
また、上記では、接合基板１５がポリイミド製の基板であることとしたが、これに限定されない。例えば、接合基板１５が、樹脂基板、ガラス基板、及びアルミナ基板のいずれかであってもよい。
【００９１】
また、上記では、接合層１６及びオーバーコート４０が、それぞれシリコーン樹脂を主成分とすることとしたが、これに限定されない。例えば、接合層１６及びオーバーコート４０が、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂を主成分としてもよい。
【００９２】
また、上記では、ヒューズ膜パターン１１２及び内部端子パターン１１３、１１４にインクを吐出してヒューズ膜１２０及び内部端子１３１、１３２を印刷することで形成したが、これに限定されず、例えばグラビア印刷やフレキソ印刷を用いてもよい。また、粘土膜基板上にインク膜を形成した後に、インク膜のヒューズ膜及び内部端子に対応する部分にレーザ光を照射して焼成することで、ヒューズ膜１２０及び内部端子１３１、１３２を形成してもよい。
【００９３】
また、上記では、フッ素コート１１０を用いて撥液部と親液部を設けることとしたが、これに限定されず、撥液部と親液部を設けなくてもよい。
【００９４】
また、上記では、インク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、金属ナノ粒子が、銅ナノ粒子又は金ナノ粒子であってもよい。
【００９５】
また、上記では、薄膜ヒューズ１がチップヒューズであることとしたが、これに限定されない。例えば、ガラス管の中に粘土膜基板１０及びヒューズ膜２０を設けたヒューズにも適用できる。
【００９６】
＜５．本実施形態における効果＞
上述したように、本実施形態の薄膜ヒューズ１のヒューズ膜２０を支持する支持基板は、粘土粒子が積層された粘土膜で構成された粘土膜基板１０である。
粘土膜基板１０は、従来のアルミナ製の支持基板に比べて熱伝導率が小さいため、ヒューズ膜２０から支持基板である粘土膜基板１０への熱損失を抑制できる。この結果、耐ラッシュ性の高い薄膜ヒューズ１を実現できる。また、粘土膜基板１０は薄膜である粘土膜で構成されているため、粘土膜基板１０の厚さが小さくなり、この結果、小型で軽量な薄膜ヒューズ１を実現できる。
【００９７】
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】
【００９８】
１    薄膜ヒューズ
１０    粘土膜基板
１２    主面
１５    接合基板
１６    接合層
２０    ヒューズ膜
３１、３２    内部端子
４０    オーバーコート
５１、５２    外部端子
【図１】
2016131074.tif 000004
【図２】
2016131074.tif 000005
【図３】
2016131074.tif 000006
【図４】
2016131074.tif 000007
【図５】
2016131074.tif 000008
【図６】
2016131074.tif 000009
【図７】
2016131074.tif 000010
【図８】
2016131074.tif 000011
【図９】
2016131074.tif 000012
【図１０】
2016131074.tif 000013
【図１１】
2016131074.tif 000014
【図１２】
2016131074.tif 000015
【図１３】
2016131074.tif 000016