CN104919563A

CN104919563A - 熔断器

Info

Publication number: CN104919563A
Application number: CN201380069938.2A
Authority: CN
Inventors: 番场真一郎
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-09-16
Also published as: JP5939311B2; KR20150087413A; WO2014109097A1; JPWO2014109097A1; US20150303018A1

Abstract

本发明提供一种能可靠地断开过电流的熔断器。熔断器(1)包括绝缘性基板(20)、布线(13)、低熔点金属部(41、42)、绝缘层(51、52)、以及金属膜(61～64)。布线(13)配置于绝缘性基板(20)的一个主面(20a)上。低熔点金属部(41)设置于布线(13)上。低熔点金属部(41、42)具有比布线(13)要低的熔点，并在成为熔液时使布线(13)熔解。绝缘层(51、52)配置于布线(13)与低熔点金属部(41、42)之间。金属膜(61～64)在绝缘性基板(20)上配置于绝缘层(51、52)的外侧。

Description

熔断器

技术领域

本发明涉及熔断器。

背景技术

以往，进行了如下尝试：对于电子元器件连接熔断器，以保护电子元器件不受过电流的影响。例如，在专利文献1中，作为熔断器的一个例子，记载有包括配置于绝缘基板上的第一及第二电极部、连接第一电极部与第二电极部的金属布线部、以及配置于金属布线部的一部分上的低熔点金属部的熔断器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-18777号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1所记载的熔断器中，在金属布线部上设置有具有导电性的低熔点金属部，因此，金属布线部的电阻率较低，即使流过过电流也不容易发热。因此，在专利文献1所记载的熔断器中，存在难以断线、即有时无法可靠地断开过电流的问题。

本发明的目的在于，提供一种能可靠地断开过电流的熔断器。

解决技术问题所采用的技术手段

本发明所涉及的熔断器包括绝缘性基板、布线、低熔点金属部、绝缘层、以及金属膜。布线配置在绝缘性基板的一个主面上。低熔点金属部设置在布线上。低熔点金属部具有比布线要低的熔点，并在成为熔液时使布线熔解。绝缘层配置于布线与低熔点金属部之间。金属膜在绝缘性基板上配置于绝缘层的外侧。

本发明所涉及的熔断器的另一特定方面在于，低熔点金属部设置成与金属膜相接触。

本发明所涉及的熔断器的其它特定方面在于，在布线的宽度方向上，金属膜设置于绝缘层的两侧。

本发明所涉及的熔断器的又一其它特定方面在于，低熔点金属部从两个金属膜中的一个金属膜上横跨到另一个金属膜上来进行设置。

本发明所涉及的熔断器的又一其它特定方面在于，熔断器连接低熔点金属部与金属膜，所述熔断器还包括高熔点金属部，该高熔点金属部的熔点比低熔点金属部要高，并且其熔点比金属膜要低。

本发明所涉及的熔断器的另一其它特定方面在于，绝缘层的熔点比低熔点金属部的熔点要高。

本发明所涉及的熔断器的另一其他特定方面在于，绝缘层由热塑性树脂构成。

本发明所涉及的熔断器的又一另一特定方面在于，熔断器还包括发热体，该发热体对低熔点金属部进行加热。

本发明所涉及的熔断器的又一另一其它特定方面在于，低熔点金属部以Sn为主要成分。

发明效果

根据本发明，可提供一种能可靠地断开过电流的熔断器。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式中的熔断器的简要俯视图。

图2是本发明的一个实施方式中的熔断器的简要后视图。

图3是沿图1的线III-III的简要剖视图。

图4是沿图1的线IV-IV的简要剖视图。

图5是沿图1的线V-V的简要剖视图。

图6是用于说明本发明的一个实施方式中的第二电极层的形状的简要俯视图。

图7是用于说明本发明的一个实施方式中的第一电极层及发热体的形状的简要俯视图。

图8是本发明的一个实施方式中的熔断器的简要电路图。

图9是变形例1中的熔断器的简要剖视图。

图10是变形例2中的熔断器的简要剖视图。

图11是变形例3中的熔断器的简要剖视图。

具体实施方式

下面，对实施本发明的优选方式的一个示例进行说明。其中，以下实施方式仅仅是示例。本发明并不局限于以下实施方式。

另外，在实施方式等中所参照的各附图中，以相同的标号来参照实质上具有相同功能的构件。另外，实施方式等中所参照的附图是示意性的记载。附图中所绘制的物体的尺寸比例等有时与现实物体的尺寸比例等不同。在附图相互之间物体的尺寸比例等有时也不同。具体的物体尺寸比例等应该参考以下说明来进行判断。

图1是本实施方式中的熔断器的简要俯视图。图2是本实施方式中的熔断器的简要后视图。图3是沿图1的线III－III的简要剖视图。图4是沿图1的线IV－IV的简要剖视图。图5是沿图1的线V－V的简要剖视图。图6是用于说明本实施方式中的第二电极层的形状的简要俯视图。图7是用于说明本实施方式中的第一电极层及发热体的形状的简要俯视图。图8是本实施方式中的熔断器的简要电路图。此外，在图6及图7中，省略了位于成为说明对象的构件上的构件的描画。

如图8所示，熔断器1具有连接于第一端子11与第二端子12之间的布线13。在布线13中，熔断器电极部13a、13b串联连接。这里，熔断器电极部13a、13b在熔断器1中流过过电流时、或在向熔断器1输入使其实现熔断器功能的信号时发生熔断，是将第一端子11与第二端子12之间进行绝缘的部分。例如，若在第一端子11与第二端子12之间流过过电流，则熔断器电极部13a、13b中的至少一个熔断器电极部发生熔断。由此，来使第一端子11与第二端子12绝缘。因此，熔断器1作为检测过电流而将布线13自动切断的无源元件来发挥功能。此外，布线13的厚度例如可以设为5μm～20μm左右。

熔断器电极部13a与熔断器电极部13b之间的连接点13c与第四端子16相连接。第三端子14与连接点13c之间设置有由电阻所构成的发热体15。在向第三端子14与第一及第二端子11、12中的至少一个端子之间提供功率时，发热体15会发热。由此，熔断器电极部13a及熔断器电极部13b中的至少一个熔断器电极部会发生熔断，第一端子11与第二端子12绝缘。因此，熔断器1作为检测过电流而将布线13主动切断的有源元件来发挥功能。此外，本发明所涉及的熔断器可以仅作为无源元件来发挥功能，也可以仅作为有源元件来发挥功能。

接下来，参照图1～图7来详细说明熔断器1的具体结构。

如图1～图5所示，熔断器1包括绝缘性基板20。绝缘性基板20例如可由氧化铝基板等陶瓷基板、树脂基板等构成。绝缘性基板20也可为在内部具有布线的多层基板。

绝缘性基板20具有第一主面20a和第二主面20b。如图2所示，第二主面20b上配置有第一～第四端子11、12、14、16。第四端子16与图8所示的发热体15与连接点13之间的连接点相连接。此外，第一～第四端子11、12、14、16可分别由Ag、AgPt、AgPd、Cu等适当的导电材料构成。第一～第四端子11、12、14、16的厚度例如可设为10μm～20μm左右。

如图1及图6所示，在第一主面20a上设置有电极21～24。电极21通过侧面电极25及通孔电极26(参照图2)与第一端子11相连接。电极22通过侧面电极27及通孔电极28与第二端子12相连接。电极23通过侧面电极29与第三端子14相连接。电极24通过侧面电极30与第四端子16相连接。此外，电极21～24可分别由Ag、AgPt、AgPd、Cu等适当的导电材料构成。

如图7所示，主面20a上设置有连接在电极23与电极24之间的发热体15。电极23与发热体15通过布线31相连接。电极24与发热体15通过布线32相连接。发热体15被绝缘性基板20所支承。此外，发热体15例如可由RuO₂、AgPd等所构成的电阻发热体构成。

电极23、24、发热体15及布线31、32上设置有电极层35(参照图3～图6)。电极层35与电极23、24及布线31、32之间配置有绝缘层36。在本实施方式中，绝缘层36设置在布线31、32与低熔点金属部41、42相重合的整个部分上。但是，在本发明中，例如也可以在绝缘层上形成开口等，并以不使布线的电阻作为整体而下降的程度来连接布线与低熔点金属部。如图3及图5所示，绝缘层36上设有贯通孔36a。该贯通孔36a分别连接发热体15及布线13(详细而言，是连接点13c)。贯通孔36a在中心轴的延伸方向上可以设置成使直径基本一定，也可以设置成锥形。贯通孔36a例如也可以设置成向绝缘性基板20一侧尖端变细的锥形。此外，绝缘层36的厚度例如可以设为15μm～30μm左右。

如图5及图6所示，电极层35包含连接电极21与电极22的布线13。布线13包含熔断器电极部13a和熔断器电极部13b。熔断器电极部13a与熔断器电极部13b之间的连接点13c通过如图3及图6所示的电极37与电极24相连接。另外，连接点13c通过配置于贯通孔36a内的高热传导体38与发热体15相连接。高热传导体38的热传导率比绝缘层36的热传导率要高。高热传导体38例如可由金属构成。在本实施方式中，高热传导体38与布线13设置成一体。在该情况下，能容易地设置高热传导体38。

此外，电极层35的厚度例如可以设为5μm～20μm左右。

如图1、图4及图5所示，在布线13的各熔断器电极部13a、13b上，设置有低熔点金属部41、42。低熔点金属部41、42由具有比布线13要低的熔点并且在成为熔液时使布线13熔解的低熔点金属构成。低熔点金属例如也可以是以Sn为主要成分的材料。作为这种低熔点金属的具体例，例如可举出SnSb、SnCu、SnAg、SnAgCu、SnCuNi等Sn合金。低熔点金属部41、42的厚度例如可设为0.1mm～0.5mm左右。

此外，低熔点金属部41、42上也可以以至少覆盖低熔点金属部41、42的至少一部分的方式设置有助焊剂层等保护膜、抗氧化膜等。

如图4及图5所示，在熔断器1中，在布线13与低熔点金属部41、42之间配置有绝缘层51、52。绝缘层51、52的熔点比低熔点金属部41、42的熔点要高。绝缘层51、52的熔点优选为180℃～350℃，进一步优选为220℃～320℃。绝缘层51、52能由适当的绝缘材料构成，但优选为由例如热塑性树脂构成。作为为了构成绝缘层51、52而优选使用的热塑性树脂，例如可举出聚对苯二甲酸乙二酯(PET、熔点264℃)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT、熔点232℃)等聚酯类树脂、聚氯乙烯(熔点180℃)等乙烯类树脂、聚苯乙烯(熔点230℃)等聚苯乙烯类树脂、尼龙6(注册商标、熔点225℃)、尼龙66(注册商标、熔点267℃)等聚酰胺类树脂、聚碳酸酯(熔点250℃)等聚碳酸酯类树脂、聚偏氟乙烯(熔点210℃)、三氟氯乙烯(熔点220℃)等氟类树脂等。绝缘层51、52的厚度例如可设为10μm～200μm，优选设为20～150μm左右。

如图6所示，在绝缘性基板20上，在绝缘层51、52的外侧配置有金属膜61～64。该金属膜61～64优选为由相对例如Ag、AgPt、AgPd、Cu等低熔点金属部41、42的熔液的浸润性较高的金属、合金构成。进而，金属膜61～64优选为不易熔解于低熔点金属部41、42的熔液，特别优选为由AgPt、AgPd等构成。

金属膜61～64在布线13的宽度方向上设置于绝缘层51、52的两侧。在本实施方式中，具体而言，在布线13的宽度方向上，金属膜61、62设置于绝缘层51的两侧。在布线13的宽度方向上，金属膜61、62以夹着熔断器电极部13a的方式进行设置。低熔点金属部41以与金属膜61、62相接触的方式进行设置。具体而言，低熔点金属部41从金属膜61上横跨到绝缘层51及金属膜62上来进行设置。

在布线13的宽度方向上，金属膜63、64设置于绝缘层52的两侧。在布线13的宽度方向上，金属膜63、64以夹着熔断器电极部13b的方式进行设置。低熔点金属部42以与金属膜63、64相接触的方式进行设置。具体而言，低熔点金属部42横跨在金属膜63、绝缘层52及金属膜64上来进行设置。

此外，金属膜61～64也可以由多个金属膜的层叠体构成。构成金属膜61～64的多个金属膜也可以包含熔点不同的多种金属膜。金属膜61～64也可以具有第一金属膜、以及设置在第一金属膜上且熔点比第一金属膜要低的第二金属膜。在这种情况下，第二金属膜也可以到达绝缘层51、52上。

金属膜61～64的厚度例如可以设为20μm～40μm左右。

如图1所示，设置有分别包围设置有低熔点金属部41的区域、以及设置有低熔点金属部42的区域的保护层70。通过设置该保护层70，能有效抑制低熔点金属的熔液向不希望的方向浸润扩散。保护层70的厚度例如可以设为10μm～20μm左右。

接着，对熔断器1的熔断器功能的发挥进行说明。

例如，若在第一端子11与第二端子12之间流过过电流，则宽度设得较细的熔断器电极部13a、13b发热。利用该发热，来对低熔点金属部41、42进行加热、熔解。另外，绝缘层51、52也会发生熔解，低熔点金属的熔液与熔断器电极部13a、13b相接触。其结果是，熔断器电极部13a、13b熔解于低熔点金属的熔液，布线13熔断。由此，来实现熔断器功能。

在熔断器1中，在布线13与低熔点金属部41、42之间设有绝缘层51、52。利用该绝缘层51、52来使布线13与低熔点金属部41、42电绝缘。因此，与低熔点金属部和布线进行电连接的情况不同，布线13的电阻率较大。由此，在第一端子11与第二端子12之间流过过电流时，布线13容易发热。因此，在熔断器1中，在第一端子11与第二端子12之间流过过电流时，会以较高的可靠性体现熔断器功能。

另外，在熔断器1中，绝缘层51、52的熔点比低熔点金属部41、42的熔点要高。因此，低熔点金属部41、42与布线13相接触直至绝缘层51、52熔解，从而能有效抑制布线13的电阻率降低。因此，能以更高的可靠性来体现熔断器功能。

从以更高的可靠性来体现熔断器功能的观点来看，优选为绝缘层51、52的熔点比低熔点金属部41、42的熔点要高10℃以上，进一步优选为高20℃以上。但是，若绝缘层51、52的熔点相对于低熔点金属部41、42的熔点过高，则绝缘层51、52不容易熔解，低熔点金属的熔液与布线13不容易相接触，熔断器功能有时反而会变得难以体现。因此，绝缘层51、52的熔点优选为低熔点金属部41、42的熔点+50℃以下，进一步优选为低熔点金属部41、42的熔点+30℃以下。具体而言，绝缘层51、52的熔点优选为在180℃～350℃的范围内，进一步优选为在220℃～320℃的范围内，更进一步优选为在260℃～280℃的范围内。

因此，为了利用低熔点金属的熔液来可靠熔断布线13，重要的是将低熔点金属的熔液可靠地停留在能与布线13相接触的区域。然而，由于在低熔点金属41、42的下方设有与低熔点金属的熔液的浸润性较低的绝缘层51、52，因此，低熔点金属的熔液容易发生位移。因此，在熔断器1中，在绝缘性基板20上，在绝缘层51、52的外侧配置有金属膜61～64。低熔点金属的熔液与金属膜61～64相接触，从而低熔点金属的熔液会被金属膜61～64所捕捉。因此，在熔断器1中，能将低熔点金属的熔液可靠地停留在能与布线13相接触的区域。因此，在熔断器1中，能以较高的可靠性体现熔断器功能。

从使低熔点金属的熔液可靠地被金属膜61～64所捕捉的观点来看，优选为将低熔点金属部41、42设置成与金属膜61～64相接触。在布线13的宽度方向上，金属膜61～64优选为设置于绝缘层51、52的两侧。在布线13的宽度方向上，金属膜61～64优选为设置于熔断器电极部13a、13b的两侧。低熔点金属部41、42优选为横跨设置于布线13两侧的金属膜61和金属膜62、金属膜63和金属膜64来进行设置。

另外，在熔断器1中，即使在第一端子11和第二端子12上没有过电流流过的情况下，也能通过使发热体15发热来体现熔断器功能。具体而言，通过向第三端子14与端子11、12或端子16之间提供功率，来使发热体15发热。利用来自该发热体15的热量，来熔解低熔点金属部41、42，以熔断布线13的熔断器电极部13a、13b。

在熔断器1中，利用设置于贯通孔36a内且热传导率比绝缘层36要高的高热传导体38来连接发热体15与布线13。因此，发热体15的热量容易经由布线13而传导至低熔点金属部41、42。因此，在熔断器1中，即使在使发热体15发热来主动体现熔断器功能时，也会以较高的可靠性体现熔断器功能。

从以更高的可靠性来体现熔断器功能的观点来看，在俯视时，贯通孔36a优选为以不与低熔点金属部41、42相重合的方式进行设置。在低熔点金属部41、42位于贯通孔36a上的情况下，为了熔断布线13而使第一端子11与第二端子12绝缘，在高热传导体38具有导电性的情况下，需要将高热传导体38与布线13一起熔断。另一方面，在俯视时，在贯通孔36a以不与低熔点金属部41、42相重合的方式进行设置的情况下，若仅熔断布线13，则第一端子11与第二端子12绝缘。因此，更容易体现熔断器功能。

以下，对上述实施方式的变形例进行说明。在下面的说明中，用通用的标号来参照与上述实施方式实质上具有共同功能的构件，并省略说明。

(变形例1)

图9是变形例1中的熔断器的简要剖视图。

如图9所示，熔断器1a还包括绝缘层80，该绝缘层80覆盖低熔点金属部41、42，具有比低熔点金属部41、42的熔点要高的熔点。通过设置该绝缘层80，能抑制低熔点金属部41、42熔解后所形成的低熔点金属的熔液向不希望的方向浸润扩散。

绝缘层80的熔点优选为比低熔点金属部41、42的熔点要高10℃以上，进一步优选为高20℃以上。绝缘层80例如可由聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯等可应用于绝缘层51、52的绝缘材料构成。

(变形例2)

图10是变形例2中的熔断器的简要剖视图。

在上述实施方式所涉及的熔断器1中，对发热体15设置于绝缘性基板20上的例子进行了说明。但是，本发明并不局限于该结构。如图10所示，在本实施例所涉及的熔断器1b中，发热体15设置在绝缘性基板20的内部。位于绝缘性基板20的发热体15与布线13之间的部分构成绝缘层36。即使在这种情况下，也能获得与上述实施方式实质相同的效果。

(变形例3)

图11是变形例3中的熔断器的简要剖视图。如图11所示，在熔断器1c中，也可以在低熔点金属部41、42与金属膜61～64之间设置高熔点金属部43，低熔点金属部41、42与金属膜61～64经由高熔点金属部43而相连接。高熔点金属部43的熔点比低熔点金属部41、42的熔点要高，比金属膜61～64的熔点要低。具体而言，作为高熔点金属例如可使用Sn90Pb。

例如，若低熔点金属部41、42与金属膜61～64直接接触，则在低熔点金属部41、42熔解时，在金属膜61～64的厚度较薄的情况下，利用低熔点金属的熔液来熔断金属膜61～64，低熔点金属的熔液有可能会向不希望的方向浸润扩散。与之相对，如本变形例那样，在设有高熔点金属部43的情况下，能利用高熔点金属部43来抑制金属膜61～64被低熔点金属的熔液所熔断。因此，能更可靠地抑制低熔点金属的熔液向不希望的方向浸润扩散。此外，通过设置高熔点金属部43，能稳定地形成低熔点金属部41、42横跨金属膜61、63及金属膜52、64的状态。

标号说明

1、1a、1b、1c 熔断器

11 第一端子

12 第二端子

13 布线

13a、13b 熔断器电极部

13c 连接点

14 第三端子

15 发热体

16 第四端子

20 绝缘性基板

20a 第一主面

20b 第二主面

21～24 电极

25、27、29、30 侧面电极

26、28 通孔电极

31、32 布线

35 电极层

36 绝缘层

36a 贯通孔

37 电极

38 高热传导体

41、42 低熔点金属部

43 高熔点金属部

51、52 绝缘层

61～64 金属膜

70 保护层

80 绝缘层

Claims

1.一种熔断器，其特征在于，包括：

绝缘性基板；

布线，该布线配置在所述绝缘性基板的一个主面上；

低熔点金属部，该低熔点金属部设置在所述布线上，具有比所述布线要低的熔点，并且在成为熔液时使所述布线熔解；

绝缘层，该绝缘层配置于所述布线与所述低熔点金属部之间；以及

金属膜，该金属膜在所述绝缘性基板上配置于所述绝缘层的外侧。

2.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，

所述低熔点金属部设置成与所述金属膜相接触。

3.如权利要求1或2所述的熔断器，其特征在于，

在所述布线的宽度方向上，所述金属膜设置于所述绝缘层的两侧。

4.如权利要求3所述的熔断器，其特征在于，

所述低熔点金属部从所述两个金属膜中的一个金属膜上横跨到另一个金属膜上来进行设置。

5.如权利要求2至4的任一项所述的熔断器，其特征在于，

所述熔断器连接所述低熔点金属部与所述金属膜，所述熔断器还包括高熔点金属部，该高熔点金属部的熔点比所述低熔点金属部要高，并且其熔点比所述金属膜要低。

6.如权利要求1至5的任一项所述的熔断器，其特征在于，

所述绝缘层的熔点比所述低熔点金属部的熔点要高。

7.如权利要求1至6的任一项所述的熔断器，其特征在于，

所述绝缘层由热塑性树脂构成。

8.如权利要求1至7的任一项所述的熔断器，其特征在于，

所述熔断器还包括发热体，该发热体对所述低熔点金属部进行加热。

9.如权利要求1至8的任一项所述的熔断器，其特征在于，

所述低熔点金属部以Sn为主要成分。