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Patent Searching and Data


Title:
CHIP FUSE AND ITS MANUFACTURING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/019903
Kind Code:
A1
Abstract:
A chip fuse which is suppressed in temperature rise in steady operation in a high rated current region, has time lag type fusion characteristics, and has a high yield, and its manufacturing method, are provided. In the chip fuse, a heat storage layer (12) is formed on an insulation substrate (11), and a fuse film (13) is formed on the heat storage layer (12) so as not to be in contact with the insulation substrate (11). The fuse film (13) consists of front electrode portions (13a) disposed on both sides and a fuse element portion (13b) formed between the front electrode portions (13a). A protection layer (15) made of a material having a thermal conductivity higher than that of the heat storage layer (12) is formed between the front electrode portions (13a), covering the fuse element portion (13b). By forming the heat storage layer (12) in such a size not as to cover the whole area (11a) wherein the fuse element portion (13b) is to be formed, the protection layer (15) is partially brought into contact with the insulation substrate.

Inventors:
YAMAGISHI KATSUYA (JP)
SEINO HIDEKI (JP)
SATO HITOSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/053547
Publication Date:
February 12, 2009
Filing Date:
February 28, 2008
Export Citation:
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Assignee:
KAMAYA ELECTRIC CO LTD (JP)
YAMAGISHI KATSUYA (JP)
SEINO HIDEKI (JP)
SATO HITOSHI (JP)
International Classes:
H01H85/045; H01H69/02; H01H85/0445; H01H85/046; H01H85/10; H01H85/17
Foreign References:
JP2004319168A2004-11-11
JP2006344477A2006-12-21
JP2000260765A2000-09-22
JP2003165239A2003-06-10
JP2000331590A2000-11-30
Attorney, Agent or Firm:
SAKAI, Hajime et al. (9-15 Akasaka 1-chom, Minato-ku Tokyo 52, JP)
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Claims:
 絶縁基板上に蓄熱層が形成され、蓄熱層の上には絶縁基板に接触しないようにヒューズ膜が形成され、当該ヒューズ膜は両端に配置される表電極部の間にヒューズ要素部を有し、
 前記蓄熱層よりも熱伝導性が高い材料からなる保護層が両表電極部間に設けられて前記ヒューズ要素部を被覆し、前記蓄熱層が、ヒューズ要素部の形成される領域の全てを覆わない大きさに形成されることにより、前記保護層が部分的に絶縁基板に接触するものであるチップヒューズ。
 前記蓄熱層は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を主成分とする膜からなり、前記保護層は、フィラーとして無機物を含む樹脂材料からなることを特徴とする請求項1に記載のチップヒューズ。
 絶縁基板上に蓄熱層が形成され、蓄熱層の上にヒューズ膜が形成され、ヒューズ膜は両端に配置される表電極部の間にヒューズ要素部を有し、ヒューズ要素部が保護層により被覆されるチップヒューズの製造方法であって、
 集合絶縁基板上においてヒューズ要素部の形成される領域の全てを覆わない大きさに蓄熱層を形成する工程と、絶縁基板に接触しないように蓄熱層の上にヒューズ膜を形成するとともに、表電極部の間にヒューズ要素部を形成する工程と、前記蓄熱層よりも熱伝導性が高い材料からなる保護層を両表電極部間に設けてヒューズ要素部を被覆する工程とを含むことを特徴とするチップヒューズの製造方法。
 前記蓄熱層を形成する工程において、感光基を有する樹脂材料を主成分とするシート状材料を集合絶縁基板上に貼り付け、当該シート材料にフォトマスクを介して露光した後に、当該シート材料の所定部を除去して残された部位から蓄熱層を形成することを特徴とする請求項3に記載のチップヒューズの製造方法。
Description:
チップヒューズ及びその製造方

 本発明は、チップヒューズ及びその製造 法に関し、さらに詳細には、高定格電流域 おける溶断特性が遅延タイプのチップヒュ ズ及びその製造方法に関する。

 チップヒューズに関して既に開示されて る技術を挙げるとすれば、本出願人による 許文献1に記載されたものがある。これは、 絶縁基板上に接着層を介してヒューズ膜を設 け、接着層におけるヒューズ膜の溶断部が重 なる箇所に切欠き部が形成され、この切欠き 部にシリコーン樹脂が充填され、この切欠き 部はヒューズ膜の溶断部よりも大きく、ヒュ ーズ膜を覆う保護層にエポキシ樹脂が使用さ れている。このような構造のチップヒューズ は耐パルス性能には優れているが、切欠き部 の構造が複雑であり製造工程が煩雑になり、 歩留が低下するという問題がある。

 他のチップヒューズに関する技術として 、特許文献2に、無機質の基板の一面に熱伝 導性の低いシリコーン膜を形成し、このシリ コーン膜の上にヒューズ素子を形成したチッ プヒューズが記載されている。また特許文献 3には、絶縁性基板の上面に下地ガラス層を 成し、この下地ガラス層の上にヒューズエ メントを設けたチップヒューズが記載され いる。これら特許文献2及び3は、いずれも、 熱伝導率を低くして熱を蓄えて速断性を向上 させようとするものである。

 さらに、特許文献4には、絶縁層が絶縁性 高分子中に高熱伝導性の無機物質を分散した 組成物からなるヒューズ抵抗器が記載されて いる。これは、熱伝導率を高くして熱を放散 させるものである。

 チップヒューズに関し、上述のような技術 既に開示されている一方で、需要者の更な 要望として、高定格電流域における溶断特 が遅延タイプのチップヒューズがあるが、 許文献1乃至4に記載された技術では、これ 応えることができない。

特開2004-319168号公報

特開平11-96886号公報

特開2004-319195号公報

特開平7-153367号公報

 本発明は、上記課題を解決するものであ 、その目的は、高定格電流域における定常 の保護膜最上層の表面温度の上昇が75℃以 に抑制されて溶断特性が遅延タイプであり しかも、比較的簡易な工程により製造する とができるため歩留が良いチップヒューズ びその製造方法を提供するものである。

 本発明では、以下に記載する(1)乃至(3)の 段により、上記課題が解決される。

 (1)本発明では、絶縁基板上に蓄熱層が形 され、蓄熱層の上には絶縁基板に接触しな ようにヒューズ膜が形成され、当該ヒュー 膜は両端に配置される表電極部の間にヒュ ズ要素部を有し、前記蓄熱層よりも熱伝導 が高い材料からなる保護層が両表電極部間 設けられて前記ヒューズ要素部を被覆し、 記蓄熱層が、ヒューズ要素部の形成される 域の全てを覆わない大きさに形成されるこ により、前記保護層が部分的に絶縁基板に 触するものであるチップヒューズが提供さ る。

 (2)前記蓄熱層は、エポキシ樹脂、シリコ ン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を主 分とする膜からなり、前記保護層は、フィ ーとして無機物を含む樹脂材料からなるこ を特徴とする前記(1)に記載のチップヒュー 。

 (3)絶縁基板上に蓄熱層が形成され、蓄熱 の上にヒューズ膜が形成され、ヒューズ膜 両端に配置される表電極部の間にヒューズ 素部を有し、ヒューズ要素部が保護層によ 被覆されるチップヒューズの製造方法であ て、集合絶縁基板上においてヒューズ要素 の形成される領域の全てを覆わない大きさ 蓄熱層を形成する工程と、絶縁基板に接触 ないように蓄熱層の上にヒューズ膜を形成 るとともに、表電極部の間にヒューズ要素 を形成する工程と、前記蓄熱層よりも熱伝 性が高い材料からなる保護層を両表電極部 に設けてヒューズ要素部を被覆する工程と 含むことを特徴とするチップヒューズの製 方法。

 (4)前記蓄熱層を形成する工程において、 光基を有する樹脂材料を主成分とするシー 材料を集合絶縁基板上に貼り付け、当該シ ト材料にフォトマスクを介して露光した後 、当該シート材料の所定部を除去して残さ た部位から蓄熱層を形成することを特徴と る前記(3)に記載のチップヒューズの製造方 。

 本発明では、ヒューズ膜が絶縁基板に接触 ないように蓄熱層の上に形成され、蓄熱層 、ヒューズ要素部が形成される絶縁基板上 全ての領域を覆わない大きさに形成され、 ューズ要素部を被覆する保護層が部分的に 縁基板に接触し、保護層は蓄熱層よりも熱 導性が高い材料から形成される。
 したがって、チップヒューズに通電してヒ ーズ要素部の温度が上昇すると、その熱は 方に伝わり蓄熱層に蓄えられる一方で、上 に伝わった熱は保護層を介して絶縁基板か 放熱され、これにより、発熱量が比較的大 くなる高定格電流域において、温度上昇を 制することができ、且つ、ヒューズ要素部 溶断を遅延させることが可能になる。
 また本発明では、蓄熱層、ヒューズ膜及び 護層の何れの層も、特許文献1の切欠き部の ように製造工程を煩雑にする構成を必要とせ ず、感光基を有する樹脂材料を主成分とする シート材料を絶縁基板上に貼り付け、シート 材料にフォトマスクを介して露光した後に、 シート材料の所定部を除去して蓄熱層を形成 するので、蓄熱層の配置や平面形状の寸法精 度が向上する。また蓄熱層の材料として使用 する、樹脂材料を主成分とするシート材料は 、その厚さが均一性に富むものであるため、 蓄熱層の厚さの寸法精度も向上する。
 以上のように、蓄熱層の厚さ、形状及び配 の寸法精度が向上することにより、チップ ューズの製造時における良好な歩留が可能 なる。

(a)~(f)はチップヒューズの製造過程にお ける集合絶縁基板上の一区画を示した平面図 である。 図1(f)におけるA-A線に沿って切断したと きの断面図である。 本発明のチップヒューズと従来例の溶 特性を比較したグラフである。

符号の説明

 10 チップヒューズ
 11 絶縁基板
 12 蓄熱層
 13 ヒューズ膜
 13a 表電極部
 13b ヒューズ要素部
 14 溶断部
 15 第一の保護層

 以下、図面を参照して本発明の実施の形態 ついて説明するが、本発明はこれに限定さ るものではない。
 図1(a)~(f)は本発明のチップヒューズ10を製造 する工程を示した平面図であり、図2は図1(f) A-A線におけるチップヒューズ10の断面図で る。
 チップヒューズ10は、絶縁基板11の上に蓄熱 層12が形成され、蓄熱層12の上にヒューズ膜13 が設けられ、ヒューズ膜13は、両端に配置さ た表電極部13aと、これら両端の表電極部13a 接続するヒューズ要素部13bとを有し、ヒュ ズ要素部13bの上にはNiとSnめっき膜またはSn っき膜が形成され、このめっき膜が溶断部1 4となる。さらに、ヒューズ要素部13bの上に 、蓄熱層12よりも熱伝導性が高い材料からな る第一の保護層15が設けられ、第一の保護層1 5の上に第二の保護層16が形成され、絶縁基板 11の裏側の両端に裏電極17が設けられ、絶縁 板11の両端面に端面電極18が設けられ、電極 っき膜19が表電極13a、端面電極18及び裏電極 17を覆うように設けられる。

 ここで、蓄熱層12はエポキシ樹脂、シリ ーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料を 成分とする膜から形成することが可能であ 、第一の保護層15は、例えば、珪酸アルミを 含有するエポキシ樹脂のように、フィラーと して無機物を含む樹脂材料から形成すること ができる。以上のような構成により、例えば 、蓄熱層12は熱伝導率をほぼ0.05W/m℃程度とし 、第一の保護層15は、蓄熱層12よりも高いほ 0.1W/m℃程度の熱伝導率にすることができる

 ヒューズ要素部13bは、図1(b)に示したように 、両端の表電極部13aを接続するように比較的 狭い幅で形成され、蓄熱層12は、ヒューズ膜1 3が絶縁基板11に接触しないように、ヒューズ 膜13よりも若干大きく、ほぼ同じ形状に形成 れるか、または同じ大きさで同じ形状に形 される。
 このように蓄熱層12とヒューズ膜13が重ね合 わされることにより、絶縁基板11における両 の表電極部13aで挟まれた領域11a(ヒューズ要 素部の形成される領域)には、蓄熱層12とヒュ ーズ膜13の何れによっても覆われていない面 生じ、この面上を、図1(d)のように第一の保 護層15で被覆することで、第一の保護層15は ューズ要素部13bと絶縁基板11の両方に接触す るものとなる。

 以上のような構成により、チップヒュー 10が通電されてヒューズ要素部13bに熱が発 すると、その熱は下方に伝わり蓄熱層12に蓄 えられる一方で、上方に伝わった熱は第一の 保護層15を介して絶縁基板11から放熱され、 れにより、高定格電流域においても、定常 の温度上昇を抑制することができ、且つ、 ューズ要素部13bの溶断を遅延させることが 能になる。

 次に、チップヒューズ10の製造方法につい 、図1及び図2を参照して説明する。
 チップヒューズを製造するための絶縁基板 しては、例えば、アルミナの純度が96%程度 アルミナ基板を使用することができる。絶 基板は、これを縦方向及び横方向に切断す ことにより複数のチップヒューズ10が形成 きる寸法の基板(以下、集合絶縁基板と言う ともある)を使用し、この集合絶縁基板上に 複数層にわたり各構成を形成した後に、縦方 向及び横方向に切断し、一個ずつのチップ状 のヒューズを製造するものであるが、図1(a)~( e)の平面図では、集合絶縁基板の一区画、す わち、一つのチップヒューズが形成される 画のみで示し、単に、絶縁基板11と記載す 。

[集合絶縁基板の溝刻設工程]
 最初に、レーザー等の手段により集合絶縁 板(図示せず)に切断用の溝(図示せず)を刻設 する。集合絶縁基板には、予め切断用の溝が 形成されたものもあり、その場合には、溝の 刻設工程は省かれる。

[蓄熱層の形成工程]
 蓄熱層12を形成するため、絶縁基板11上に感 光基を有する樹脂材料を主成分とするシート 状材料を貼る。シート状材料としては、例え ば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及び感光基 を含み、厚さ30μ程度に形成されたB状態のも を使用することができる。貼り付け工程を 所定温度、所定圧力で行うことにより、シ ト状材料は接着後に厚さ25μ程度になる。蓄 熱層12を更に厚くする場合には、同様のシー 状材料を同様の条件で貼り重ねる。
 次に、シート状材料の上にフォトマスクを して露光した後、炭酸ナトリウム溶液をス レーにより吹き付けることにより、シート 材料は、図1(a)に示したような形状に形成さ れ、絶縁基板11上には蓄熱層12で被覆されて ない領域11aが形成される。
 以上のように蓄熱層12を形成すれば、その 伝導率をほぼ0.05W/m℃程度にできる。また上 のような工程において、シート状材料とし 感光基を含むものを使用すれば、蓄熱層12 寸法精度が高まり、蓄熱層12の上に形成する 第一の保護膜15と絶縁基板11との接触面積が 精度化し、溶断特性のばらつきを低減する とができる。

[ヒューズ膜の形成工程]
 蓄熱層12を形成した絶縁基板11上に電解銅箔 を貼り付ける。この貼り付け工程は、常温よ りも高い温度で所定圧力を所定時間加えるこ とにより行われる。次に、電解銅箔の上にネ ガタイプのドライフィルムを貼るか、又は液 状のレジストを塗布し、その上からフォトマ スクを介して露光した後、電解銅箔をエッチ ングしてドライフィルム又は液状レジストを 剥離させる。
 以上のような工程により、ヒューズ膜13が 1(b)に示したように形成される。ヒューズ膜1 3は蓄熱層12よりも若干小さく、ほぼ同じ形状 であり、絶縁基板11に接触せず、絶縁基板11 の領域11aは蓄熱層12とヒューズ膜13の何れに っても被覆されない状態で維持される。

[ヒューズ膜溶断部の形成工程]
 ヒューズ要素部13bのほぼ中央部には、電気 っき法により、NiとSnめっき膜またはSnめっ 膜を設けることで、図1(c)に示したような溶 断部14を形成し、これによりヒューズ膜13の 断特性にM効果を得る。

[保護層の形成工程]
 絶縁基板11上において、蓄熱層12及びヒュー ズ膜13で被覆されていない領域11aへの熱伝導 を高めるため、図1(d)に示したように、第一 の保護層15を形成する。第一保護膜15は、ヒ ーズ要素部13bに生じた熱を絶縁基板11へと伝 えて放熱させるものである。
 さらに詳細に説明すれば、第一の保護層15 、熱伝導率がほぼ0.05W/m℃程度である蓄熱層1 2と比較して、これよりも高いほぼ0.1W/m℃程 の熱伝導率になるように、熱伝導性の高い 料から形成する。そのような材料としては 例えば、エポキシ樹脂のなかに、珪酸アル 、窒化アルミ、アルミナ等の無機フィラー 分散された材料を挙げることができる。そ 材料に含まれる無機フィラーの含有率は20%~5 0%程度が適切である。その含有率が20%以下で れば、スクリーン印刷性が低下し、特に滲 という不具合が発生する。さらに、それを 用したチップヒューズは表面温度が75℃以 という前記規定値より高くなる問題が発生 る。また、50%以上であってもスクリーン印 性が低下し、特に、擦れという不具合が発 する。さらに、それを適用したチップヒュ ズは溶断特性が所定の目標値を満足するこ ができない。
 第一の保護層15を形成した後、その上に感 性ソルダーレジストを設け、エポキシ系樹 材料により、図1(e)のように第二の保護層16 形成する。

[裏電極、端面電極等の形成工程]
 第一及び第二の保護層15,16を形成した後に 絶縁基板11の裏側にスクリーン印刷法で銀ペ ーストを塗布して焼き付け、裏電極17を形成 る。次に、集合絶縁基板を縦溝に沿って切 して短冊状の絶縁基板を形成し、この短冊 絶縁基板の長辺方向の側面に銀ペーストを 布して焼き付けること、またはスパッタ法 より、Cr膜とNi膜を製膜することにより端面 電極18を形成する。さらに、短冊状の絶縁基 を横溝に沿って切断し、一個ずつのチップ し、バレルめっき法によりダミーとともに に入れ、Cu膜、Ni膜及びSn膜からなる電極め き膜19を形成すれば、図1(f)に示したように 本発明のチップヒューズ10が完成する。

 次に、図3は、本発明による定格電流5Aの ップヒューズと、特許文献1の発明による定 格電流5Aのチップヒューズとの溶断特性を比 したグラフである。本発明と従来例とを比 すると、本発明のチップヒューズでは、特 文献1のチップヒューズよりも、溶断時間を 10倍以上遅延させることが可能になる。