(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２の表面を含む絶縁層と、両端側に２つの接点を配置した基板と、この基板上に配置された前記絶縁層の第１表面に沿って延在し、前記接点に接続された一対の端子領域と、前記絶縁層の第２表面に沿って延在しかつ電気的に導通状態で前記端子領域を介して前記接点に接続される可溶導体とを含む電気ヒューズ要素であって、
前記一対の端子領域は、前記基板上に配置された絶縁層によって互いに分離されるとともに、前記端子領域の各々と可溶導体は、前記絶縁層によって互いに分離されて配置され、かつ前記可溶導体は、前記絶縁層を貫通するリードスルー内を通って前記端子領域に導かれ、そして、前記端子領域と可溶導体が前記リードスルー部分のみを介して互いに電気接続されていることを特徴とするヒューズ要素。
【請求項２】
前記ヒューズ要素は、表面実装部品（ＳＭＤ）を含むことを特徴とする請求項１記載のヒューズ要素。
【請求項３】
前記絶縁層は、１つまたは複数の層からなり、共に焼成可能な誘電体ペーストの層から作られ、この層が特にスクリーン印刷によって基板上に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒューズ要素。
【請求項４】
シリコンから形成されるカバーリングは、少なくともホットスポット内に前記可溶導体を覆うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒューズ要素。
【請求項５】
前記可溶導体は、層形式の可溶導体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のヒューズ要素。
【請求項６】
前記可溶導体は、ワイヤ形式の可溶導体であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のヒューズ要素。
【請求項７】
前記基板は、ＦＲ４等のプラスチックまたは複合プラスチック、あるいは、他の回路基板材料からなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のヒューズ要素。
【請求項８】
前記基板は、セラミック、特に、ガラスセラミックを含んでいることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のヒューズ要素。
【請求項９】
前記リードスルーは、めっきしたスルーホール(5a)として構成されること特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のヒューズ要素。
【請求項１０】
めっきした前記スルーホールは、導電性の焼結材料を含んでいることを特徴とする請求項９記載のヒューズ要素。
【請求項１１】
めっきした前記スルーホールは、前記端子領域から前記基板上に伸びるリード部を介して、前記端子領域に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のヒューズ要素。
【請求項１２】
ヒューズ要素の少なくとも１つの構成要素である、前記端子領域、この端子領域から前基板上に伸びるリード部、及び可溶導体は、厚膜または薄膜からなることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のヒューズ要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、
−両端側に２つの接点を配置した基板と、
−同一平面に延びるこれらの接点に接続された端子領域と、
−電気的に導通状態で前記端子領域を介して接点に接続される可溶導体とを含む電気ヒューズ要素に関する。
【０００２】
上記形式のヒューズ要素は、導電層または複数本のワイヤ片による形式の可溶導体を用いる表面実装部品（ＳＭＤ）として、今日良く製造されている。小さな寸法のゆえに、特殊な材料及び／または複雑な内部構造を用いることによって、このようなヒューズ要素の十分な電圧範囲を広げることが試みられている。
【０００３】
本発明の目的は、低い製造コストで、改良した遮断容量を有する高電圧範囲において使用する上述の形式によるヒューズ要素を開発することを目的としている。
この目的は、本発明に従って、端子領域と可溶導体が、互いから絶縁体によって分離され、かつ互いにリード部を介して電気接続され、端子領域と可溶導体が異なる平面に延びていることによって達成される。
【０００４】
公知のＳＭＤ電気ヒューズにおいて、ヒューズの実際の機能要素である可溶導体は、ヒューズの他の電気導電要素に直接導かれ、特に、端子領域内に入り込む。この目的のために、通常、すべての要素は、基板の表面に配置される。電流を遮断する時、可溶導体は、最も熱い部分，すなわち、ホットスポットから溶ける。しかし、電流の流れは、瞬時には妨げられずに、アークによって維持される。
従来の技術によれば、できるだけ早くこの遮断アークを消し、かつ二次アークが発生するのを抑えるために、特定材料の選択と設計寸法の両方またはいずれか一方を用いて行われる。遮断が起こる時、及び可溶導体自体の可溶材料によって遮断が導かれる時に、遮断アークまたは初期アークが発生すると共に、逆アークの場合にも、すなわち、二次アークが生じる時に、可溶導体に隣接する金属は、導電路の形でこのアーク作用の中に含まれる。
その結果、二次アークは、実際の可溶導体の領域を越えて広がり、かつＳＭＤヒューズ要素の外部端子にさえ到達する。この場合、ヒューズは、もはや保護機能を備えることはできず、アークによって構成要素の周囲に付加的な損傷を与える。
【０００５】
異なる形状が、オーストラリア特許第４０７９１／７８号に記載されている。ここで、ハウスホールド型のヒューズが開示され、絶縁体の両側に端子領域が配置されている。２つの可溶リンクが、また絶縁体の両側に配置され、電気的に端子領域に接続され、また互いにリードスルーによって接続されている。この配置では、端子領域と可溶リンクの間に距離が保たれている。しかし、この配置によって、アークのフラッシュオーバーが効果的に妨げられることがない。
一方、同一のスイッチ構造に対して、従来の技術に従うヒューズと対比すると、本発明のヒューズ要素は、可溶導体がヒューズの他の部品のすべてから絶縁体によって分離して配置されているので、上述の作用を抑えることができる。リードスルーは、絶縁体を貫通して、可溶導体が外部接点に電気接続されるように設けられている。可溶導体の導電材料を消耗または蒸発させた後、電流が遮断されると、アークは、絶縁体の中のリードスルーにおいて燃え尽きる。この時点から、絶縁体内に置かれるリードスルーの材料は、アークによって溶解及び蒸発できないので、利用可能な蒸発すべき材料はもはやない。
【０００６】
また、二次アークを維持することもできないので、結果的に、二次アークが生じる可能性もなくなる。このため、ヒューズ要素は、このヒューズが飛んだ後で、迅速に、アークが利用できる導電材料を最小化にして、信頼性を有して電流を遮断する。
従って、同一寸法かつ全体のサイズに対して、本発明のヒューズは、可溶導体の領域にアークを常に閉じ込めるので、公知のヒューズよりも遮断容量がかなり大きい。その結果、絶縁体上のリードスルー間における可溶導体の少量の導電材料を消耗または蒸発させた後、アークは、さらに、いかなる利用可能な材料を見出すことができない。
【０００７】
本発明によれば、端子領域と可溶導体は、互いに絶縁体によって分離して異なる平面に形成するように配置される。アークのフラッシュオーバーは、特に有効に防止される。
【０００８】
絶縁体は、１つまたはそれ以上の誘電体ペーストによって有利に作られる。この絶縁体は、基板上に絶縁層として、好ましくはスクリーン印刷により配置することができる。精度の高い、特に、共焼成(cofiring)できるペーストを用いる多くの高価な処理法が厚膜及び薄膜回路の分野で知られている。
【０００９】
コスト的に非常に有効な方法では、絶縁体は、誘電体層を多数繰り返して形成され、この誘電体層は、品質の高い表面を有しており、公知の方法を用いて高信頼性のもとに可溶導体をそれぞれの絶縁体上に付着、または取付及び接着することができる。
【００１０】
好ましい実施形態では、絶縁体は、基板自体によって形成され、その結果、端子領域と可溶導体の分離のために付加的な材料を用いることがない。この特徴により、通常の製造工程に比較して少なくとも1つの処理工程を省くことができる。本発明の好ましい実施形態において、一方の可溶導体と他方の端子領域の２つの平面が、互いから空間的に離れて配置され、基板の上部と下部において現れるリードスルーを介して接続される。
【００１１】
上述したアークの燃焼時間を短くし、かつ正確にある空間内に閉じ込めることによって、通常、外側へのホットスポットに対して可溶導体を用いるカバーリング、好ましくは、ガラスカバーリングを用いることが可能になる。大量生産において、このことは、本発明に従うヒューズ要素のユニット単位単価を下げる効果をもたらす。
【００１２】
本発明によるヒューズ要素は、有利なことに、特定の基板材料を用いる必要がない。基板材料として、例えば、ＦＲ４等の複合プラスチックまたは他の通常の回路基板材料が用いられる。しかし、好ましくは、本発明に従うヒューズに用いる基板として、セラミック材料及び特にガラスセラミックが用いられる。
【００１３】
特に有利な開発では、リードスルーは、平面化されたスルーホールとして構成されており、また、本発明の請求項１１に記載の導電性燒結材料からなっている。この燒結材料は、たとえば、熱処理において固体化されたセラミック等の耐火性基板の穴に充填される。この比較的狭いリードスルーを用いて、アークが発生したとき、アークの消弧に良い影響を与えるチャネリング効果という現象があり、この効果によって、アークは、アーク自体を吹き飛ばす狭いチャネルを通過する。
【００１４】
しかし、セラミック製造業者は、既成のかつ容易に手に入る燒結基板材料を提供し、この材料は、ドリルにより基板上に孔をあけることができ、１度あけられた孔に燒結可能な材料を充填することもできる。一方で、端子領域及びいくつかのリード部をめっきしたスルーホールに取り付け、また、他方で、可溶導体を、例えば、薄膜処理において鋸を用いて個々に分離することもできる。しかし、好ましくは、セラミックを個々の要素に分離するために、刻み目を付けたりまたはレーザ加工により材料を部分的に弱めることが望ましい。
【００１５】
好ましい装置では、孔は、グリーンセラミック層をパンチングによって作られる。この孔に燒結可能な量を充填した後、単一の熱処理または燒結工程においてこの燒結材料が一緒に硬化される。
【００１６】
本発明の特に有利な実施形態によれば、平らなグリーンガラスセラミックに繰り返し孔があけられ、そこに燒結可能な材料が充填される。燒結工程前の材料選択により、例えば、厚膜処理によって、一面に端子領域が加えられ、他面にめっきしたスルーホール間の可溶導体が加えられる。続いて同様に、燒結工程前に、グリーンガラスセラミック層を切断することによってヒューズ要素を個々に分離することができる。
【００１７】
本発明の更なる実施形態によれば、可溶導体、または端子領域とリード部が配置される２つの平面が、２つの絶縁層または基板層の上部側と下部側の両方またはいずれか一方に形成される。２つの層を一体に結合した後、端子領域とリード部は、２つの基板層の間に横たわり、かつ周囲から孤立し、また外部接点を介してのみ電気的に接続できるようにする。
【００１８】
焼成されていないガラスセラミックから本発明に従うヒューズを製造する場合、利点として、それを一緒に圧縮し、かつ接着性ボンディングによってグリーン状態における２つの層を一緒にボンディングすることができる。その結果、焼成作業の後、好ましくは共に焼成できるプリンティングペーストを用いて、コンパクトで安定したユニットが形成される。個々の要素は、また焼成していない状態で積層直後に切断することにより互いから容易に分離することができる。
個々に、周囲からすでに絶縁された各ヒューズの導電層があり、その結果、例えば、可溶導体または他の端子領域とリード部に対する必要なカバーリングをなくすことができる。さらなる層をカバーリングとして付加的に用いることもできる。
【００１９】
上述のヒューズの構造は、有利なことに変更することが可能であり、その結果、可溶導体は、基板と絶縁体またはカバーリングの間に配置され、端子領域とリード部は、その表面上を自由に通過でき、特に、信頼できる接点動作のためにリードスルー上を部分的に覆う。この構造によって、可溶導体は、比較的良好な熱伝導を有するヒューズハウジング内に包含される。この性質は、ヒューズの遮断容量を有効に増加させるために役立つ。
【００２０】
絶縁層によって、可溶導体と幅広の端子接点との間、および可溶導体とリード部との間に空間的分離を与える本発明の原理は、例えば、めっき付けされたスルーホールを用いて達成されており、ミニチュアヒューズまたはＳＭＤヒューズ要素の分野に限定されない。他のすべての形式のヒューズのうちで、層形式の可溶導体およびワイヤ形式の可溶導体の両方を用いると、同一の効果をより大きな電圧範囲において適用することもできる。
【００２１】
単純な技術を用いる一方で、本発明によるヒューズ要素は、遮断容量が全体に驚くほど増加するという目的を達成する効果を奏する。同時に、ヒューズの最大設計電流値より低い電流を遮断する時に、本発明による構造は、アークが発生する時間を大いに減少させ、その結果、全体としてヒューズ上の温度負荷を減少させるので、作動信頼性も増加する。
【００２２】
（好適な実施形態の説明）
本発明の基本的な構成は、第１、第２の表面を含む絶縁体と、両端側に２つの接点を配置した基板と、前記絶縁体の第１表面に沿って延在し、前記接点に接続された端子領域と、前記絶縁体の第２表面に沿って延在しかつ電気的に導通状態で前記端子領域を介して前記接点に接続される可溶導体とを含む電気ヒューズ要素であって、
前記端子領域と可溶導体は、前記絶縁体によって互いに分離されて配置され、かつリードスルーを介して互いに電気接続され、前記リードスルーは、前記絶縁体の第１、第２表面間に延在することを特徴とする。
本発明の典型的な実施形態が、以下に図面に関連して詳細に記載されている。
図１には、外部接点２を有し、ディップ(dip)およびブロット(blot)処理によって基板４の端面３に貼り付けられるＳＭＤ取り付け可能なヒューズを示している。基板４は、単一層のガラスセラミックからなる。このガラスセラミックは、焼成されていない状態では、めっきしたスルーホール５aを生じるための複数の孔が設けられ、そして、燒結した後では、この孔に電気的に導電性を有する燒結材料が満たされる。
【００２３】
基板４の下部側６には、端子領域７が配置され、この端子領域７は、リード部８に接続される。端子領域７とリード部８は、厚膜処理において、容易に焼成される基板４上に印刷される。可溶導体１０は、本例では、同様の厚膜処理で上部側９に塗布される。この可溶導体１０は、樹脂加工されたペーストを用いることによって約300μmの非常に薄い厚さで実行される。
【００２４】
他の公称電流範囲に対して、可溶導体10は、厚膜の可溶導体または他の、たとえば、ワイヤ形式の可溶導体として設計することができる。全ての場合において、可溶導体１０は、めっきした一方の孔５aから他方の孔に延びており、この実施形態で選択された層形式の可溶導体１０は、ホットスポット１１の位置において大きく縮径されている。このホットスポット位置で制限された電流遮断を引き起こすために、導電経路の他のすべての領域がより広くなるようにして、電気抵抗をより少なくなるように設計されている。
【００２５】
ホットスポット１１は、シリコンペーストのカバーリング１２を用いて公知の方法で被覆されており、このため、ヒューズ１の電流遮断時に蒸発した金属粒子を吸収し、かつ可溶導体を周囲の影響から保護する。
【００２６】
この典型的な実施形態において、一方の接点２から他方の接点への導電経路が得られ、この経路は、絶縁体としての基板４を介して２つの平面上、すなわち、基板４の上部側９と下部側６を通る。この場合、可溶導体１０と、端子領域７を有するリード部８は、互いから離れて配置され、その結果、電流遮断時に、アークは、可溶導体１０の領域にのみ形成され、さらに、アークは、この領域に限定されてとどまる。
【００２７】
めっきしたスルーホール５aは、耐燃焼性を有する燒結材料からなり、その結果、アークに対する耐性を有する。可溶導体１０が非常に小量だけ蒸発した後、アークを発生する材料がもはやなくなるので、アークは消弧されるに違いない。
【００２８】
こうして完成された短い遮断時間ゆえに、上述したヒューズ１の増加遮断容量を利用するだけでアークの発生を超える時間が可能になるので、ヒューズは、基板材料としてのセラミックまたは、好ましくは、ガラスセラミックから分離して用いることができ、ヒューズ特性の正確さおよび目標とする遮断電流の強さの各要求に従う、例えば、ＦＲ４等の単純な回路基板材料を用いることもできる。
【００２９】
このような単純なヒューズ、例えば、ＦＲ４等に基づくヒューズの生産に対する非常に効率的でかつ技術的に望ましい標準処理は、回路基板生産において公知である。
【００３０】
しかし、有効な多数繰り返し生産工程は、ガラスセラミックを用いて可能である。この場合、セラミック、特に、ガラスセラミックは、焼成前の状態において容易に作業できることから大いに用いられる。こうして、図面に基づいて記載したヒューズ要素は、シート状のグリーンセラミック、すなわち、焼成されていないガラスセラミックから繰り返し生産される。この生産において、ガラスセラミックにくぼみを設けて、後でヒューズを遮断によって個々に分離できるように用意することができる。
【００３１】
更なるステップにおいて、多数の孔に焼結可能な材料を充填し、この材料を単純な燒結工程において、大きな基板プレートと共に熱処理することができる。その後、焼結可能な材料は、電気的に導電性を有するものとなる。すでに上述したように、端子領域とリード部は、例えば、スクリーン印刷工程において、１つの表面上に設けることができ、また、可溶導体は、可能ならば異なる工程において他の表面に設けることもできるので、これらの要素は、固められかつホットスポット領域において覆われる。これは、個々の分離ステップの後に続く。その後、ディップおよびブロット工程またはガルバニック(galvanic)工程において、接点が、端面すなわち端縁３に設けられる。
【００３２】
図２には、電気ヒューズ要素１の変更例を示す断面図が描かれている。ここで、図１の実施形態と同様に、基板４は、端面３に外部接点２を設けている。この外部接点は、基板４の上部側９に端子領域７および／またはリード部８に電気的に導電状態となるように接続されている。
【００３３】
しかし、図１の実施形態に対しての相違点は、中央領域１３には、スクリーン印刷処理により、上部側９に絶縁層１４が設けられている。この絶縁層１４は、また、部分的に端子領域７とリード部８を覆っている。リード部８の上には、銀ペーストが満たされる複数の絶縁層１４の孔１５を有する。
【００３４】
こうして、本発明に従うヒューズの最も重要な必要条件であるにもかかわらず、リードスルー５は、比較的安価に、簡単なスクリーン印刷処理ステップによって作られる。
【００３５】
その後、テーパーを有する実際の可溶導体１０が、同様のスクリーン印刷処理で、銀ペーストの形で絶縁層１４の表面１６に設けられる。使用されるペーストは、全て、共焼成することが可能であり、その結果、短い乾燥時間が個々の製造ステップまたは印刷ステップの間に介在するだけである。このヒューズ装置では、共通の燒結ステップにおいて固められ、接点領域７、リード部８、絶縁層１４の孔１５におけるリードスルー５を介して、外部接点２から可溶導体１０に電気的に信頼性のある接続が生じる。
【００３６】
燒結ステップ後、ペーストとしての中央領域全体の上に外側カバー１７が印刷される。ペーストの塗布後、周囲の環境の影響およびダメージに対して、装置が、外部の機械的な効果によって信頼性のある保護が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、ＳＭＤ取り付け可能なヒューズ要素の斜視図を示す。
【図２】  図２は、変形例の断面図を示す。
【図１】
0004340997.tif 000002
【図２】
0004340997.tif 000003