JP2004265618A - 保護素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ベース基板1上に形成された複数の電極4,5間に低融点金属体2が配され、低融点金属体2の溶断により電流が遮断される保護素子である。ベース基板1と対向して絶縁カバー板13が設けられる。絶縁カバー板13がリード8,9,10,11と樹脂14を介することなく接触しており、したがって、これらリード8,9,10,11がベース基板1と絶縁カバー板13との間の距離を決めるスペーサ部材としての機能を果たしている。なお、このとき各リードの先端を折り返してもよい。また、スペーサ部材を絶縁カバー板13側に形成してもよい。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常時に低融点金属体の溶断により電流を遮断する保護素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
過電流だけでなく過電圧も防止するために使用できる保護素子として、基板上に発熱体と低融点金属体を積層した保護素子が知られている(例えば、特許文献1や特許文献2等を参照)。これら特許文献に記載される保護素子では、異常時に発熱体に通電がなされ、発熱体が発熱することにより低融点金属体が溶融する。溶融した低融点金属体は、低融点金属体が載置されている電極表面に対する濡れ性の良さに起因して電極上に引き寄せられ、その結果、低融点金属体が溶断されて電流が遮断される。
【0003】
このタイプの保護素子の低融点金属体と発熱体との接続態様としては、特許文献3や特許文献4等に記載されているように、発熱体上に低融点金属体を積層せずに、低融点金属体と発熱体とを基板上に平面的に配設して接続するという態様も知られているが、低融点金属体の溶断と同時に発熱体への通電が遮断されるようにするという効果は同じである。
【0004】
ところで、携帯機器等の小型化に伴い、この種の保護素子にも薄型化が要求されており、その目的を達成するための一つの手段として、ベース基板上にヒューズ(低融点金属体)を配置するとともに、これを絶縁カバー板と樹脂で封止することで薄型化する方法が提案されている(例えば、特許文献5等を参照)。特許文献5記載の基板型温度ヒューズでは、ベース基板の片面にヒューズ取付用膜電極を形成し、その膜電極間に低融点可溶合金片を橋設し、低融点可溶合金片にフラックスを塗布し、ベース基板よりも小なる外郭の絶縁カバー板をベース基板の片面上に配し、この絶縁カバー板の周囲端部とベース基板の周囲端部との間隙に封止樹脂を充填し、封止樹脂の絶縁カバー板周囲縁端とベース基板周囲縁端との間の外面を凹曲傾斜面または直線傾斜面としている。
【0005】
【特許文献1】
特許2790433号公報
【0006】
【特許文献2】
特開平8−161990号公報
【0007】
【特許文献3】
特開平10−116549号公報
【0008】
【特許文献4】
特開平10−116550号公報
【0009】
【特許文献5】
特開平11−111138号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献5記載の発明のように、絶縁カバー板をフラックス上に載置して周囲に樹脂を充填することにより封止する方法を採用した場合、ベース基板と絶縁カバー板の間の樹脂厚みをコントロールすることが困難であり、保護素子全体の厚みにバラツキが生ずるという不都合がある。特許文献5に記載されるような方法では、ベース基板と絶縁カバー板との間の距離は、フラックスの量や絶縁カバー板の押し込み圧等に依存し、フラックスの塗りムラや押し込み圧の変動によって大きく変化する。
【0011】
このため、保護素子全体の厚さを保証することができず、保護素子のさらなる薄型化の要求に安定して対応することが困難になっている。近年、機器の小型化や薄型化は益々進められる方向にあり、これに伴い前記保護素子にも一層の小型化、薄型化が要求される中、前記問題は深刻なものとなっている。
【0012】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、ベース基板と絶縁カバー板との間の距離を確実に決めることができ、厚みのバラツキのない寸法安定性に優れた保護素子を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の保護素子は、ベース基板上に形成された電極間に低融点金属体が配され、前記低融点金属体の溶断により電流が遮断される保護素子において、前記ベース基板と対向して絶縁カバー板が設けられるとともに、前記絶縁カバー板はスペーサとなる部材と接触した状態で封止されていることを特徴とするものである。あるいは、前記ベース基板と対向して絶縁カバー板が設けられるとともに、前記絶縁カバー板にはスペーサ部が形成され、このスペーサ部をベース基板側に接触させた状態で封止されていることを特徴とするものである。
【0014】
以上の構成を有する本発明の保護素子では、絶縁カバー板が、ベース基板側に設けられたスペーサとなる部材(例えばリード)と接触する状態で、あるいは絶縁カバー板自体に設けられたスペーサ部をベース基板側に接触させてベース基板に対して固定されるので、スペーサとなる部材の厚さやスペーサ部の高さによって確実にベース基板と絶縁カバー板の距離が規制される。したがって、ベース基板と絶縁カバー板との間の距離がフラックスの量や絶縁カバー板の押し込み圧等に依存する従来技術と異なり、ベース基板と絶縁カバー板との間の距離が一定したものとなり、薄型化が実現されると同時に、寸法安定性も確保される。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した保護素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
図1に、本発明を適用した保護素子の一例(第1の実施形態)を示す。なお、図1は、絶縁カバー板を取り除いた状態での平面図である。本例の保護素子は、いわゆる基板型の保護素子(基板型ヒューズ)であり、所定の大きさのベース基板1上に、溶断により電流を遮断するヒューズとしての役割を果たす低融点金属体2と、異常時に発熱して前記低融点金属体2を溶融するための発熱体(ヒータ)3とが近接して並列に配置されている。
【0017】
ここで、ベース基板1の材質としては、絶縁性を有するものであれば如何なるものであってもよく、例えば、セラミックス基板、ガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板、ガラス基板、樹脂基板、絶縁処理金属基板等を用いることができる。これらの中で、耐熱性に優れ、熱良伝導性の絶縁基板であるセラミックス基板が好適である。
【0018】
また、ヒューズとしての機能を有する低融点金属体2の形成材料としては、従来よりヒューズ材料として使用されている種々の低融点金属体を使用することができ、例えば、特開平8−161990号公報の表1に記載の合金等を使用することができる。具体的には、BiSnPb合金、BiPbSn合金、BiPb合金、BiSn合金、SnPb合金、SnAg合金、PbIn合金、ZnAl合金、InSn合金、PbAgSn合金等を挙げることができる。また、低融点金属体2の形状は、薄片状でも棒状でもよい。
【0019】
発熱体3は、例えば、酸化ルテニウム、カーボンブラック等の導電材料と水ガラス等の無機系バインダ、あるいは熱硬化性樹脂等の有機系バインダからなる抵抗ペーストを塗布し、必要に応じて焼成することにより形成できる。また、酸化ルテニウム、カーボンブラック等の薄膜を印刷、メッキ、蒸着、スパッタで形成してもよく、これらのフィルムの貼付、積層等により形成してもよい。
【0020】
ベース基板1の表面には、前記低融点金属体2用の一対の電極4,5、及び前記発熱体3用の一対の電極6,7が形成されており、これら電極4,5、あるいは電極6,7に接続される形で前記低融点金属体2や発熱体3が形成されている。また、各電極4,5,6,7には、それぞれリード8,9,10,11が接続されており、外部端子としての役割を果たす。
【0021】
溶融した低融点金属体2が流れ込むこととなる電極、すなわち低融点金属体2用の電極4,5の構成材料についても特に制限はなく、溶融状態の低融点金属体2と濡れ性の良いものを使用することができる。例えば、銅等の金属単体や、少なくとも表面がAg、Ag−Pt、Ag−Pd、Au等から形成されているもの等である。発熱体3用の電極6,7については、溶融状態の低融点金属体2との濡れ性を考慮する必要はないが、通常は前記低融点金属体2用の電極4,5と一括して形成されるため、低融点金属体2用の電極4,5と同様の材料により形成される。
【0022】
リード8,9,10,11には、扁平加工線や丸線等の金属製の線材が用いられ、半田付けや溶接等によって前記電極4,5,6,7に取り付けることにより、これらと電気的に接続される。このようなリード付きの形態を採用する場合、リードの位置を左右対称にすることにより、取り付け作業時に取り付け面を意識することなく作業することができる。
【0023】
また、前記低融点金属体2の上には、その表面酸化を防止するために、フラックス等からなる内側封止部12が設けられている。フラックスとしては、ロジン系フラックス等、公知のフラックスをいずれも使用することができ、粘度等も任意である。
【0024】
以上が本実施形態の保護素子の内部構造であるが、本実施形態の保護素子においては、図2に示すように、前記低融点金属体2や発熱体3を覆って絶縁カバー板13が設けられている。
【0025】
前記絶縁カバー板13を設けることにより、例えば封止樹脂の盛り上がり等を抑えることができ、保護素子全体の薄型化を実現することができる。絶縁カバー板13の材質は、低融点金属体2の溶断に耐え得る耐熱性と機械的な強度を有する絶縁材料であれば如何なるものであってもよく、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチック、ガラスエポキシ基板のようなプリント配線基板に用いられる基板材料等、様々な材質を適用することができる。特に、セラミックス板のような機械的強度の高い材質を使用した場合、絶縁カバー板13自体の厚さも薄くすることができ、保護素子全体の薄型化に大きく寄与する。
【0026】
前記絶縁カバー板13をセラミック板のような熱伝導性に優れる材質とし、フラックスを介してベース基板1と接触するようにすることで、通常の取り付け接触面(ベース基板1側)以外からの熱に対しても、応答性の良いヒューズとすることができる。この場合、両面からの熱検出という意味からは、絶縁カバー板13の大きさはベース基板1の大きさと同等であることが好ましいが、これに限らず、いずれか一方が小さくても、あるいは大きくても同様の効果を得ることができる。
【0027】
ここで、絶縁カバー板13は、リード8,9,10,11と接触するまで押し込まれ、周囲に樹脂14を配することによりベース基板1に対して所定の間隔を保って固定され、これら絶縁カバー板13とベース基板1との間の空間に前記低融点金属体2や発熱体3が収容された形になっている。
【0028】
すなわち、本実施形態では、絶縁カバー板13がリード8,9,10,11と樹脂14を介することなく接触しており、したがって、これらリード8,9,10,11がベース基板1と絶縁カバー板13との間の距離を決めるスペーサ部材としての機能を果たしている。
【0029】
このように、絶縁カバー板13をベース基板1側に設けられたスペーサ部材であるリード8,9,10,11と接触させてベース基板1に対して固定することにより、リード8,9,10,11の厚さで確実にベース基板1と絶縁カバー板13との間隔(距離)が規制される。リード8,9,10,11は金属によって形成されており、高い剛性を有するので、ベース基板1と絶縁カバー板13との間の距離が、フラックスの量や絶縁カバー板の押し込み圧等に依存する従来技術と異なり一定したものとなり、薄型化が実現されると同時に、寸法安定性も確保される。
【0030】
以上は、リード8,9,10,11の厚さが低融点金属体2や発熱体3の厚さよりも厚いことが前提であるが、例えば、リード8,9,10,11の厚さが低融点金属体2や発熱体3の厚さよりも薄い場合には、図3に示すように、リード8,9,10,11の絶縁カバー板13が当接する部分、すなわち電極4,5,6,7と接続される先端部分を折り返して折り返し部8a,9a,10a,11aを形成し、これら折り返し部8a,9a,10a,11aに絶縁カバー板13を接触させて固定することも可能である。この場合、絶縁カバー板13とベース基板1a間の間隔がリード8,9,10,11の厚さの2倍程度に拡大され、低融点金属体2や発熱体3の厚さがリード8,9,10,11の厚さよりも厚い場合にも対応可能である。
【0031】
また、溶融した低融点金属体2の収容空間を確保するために、図4(a)に示すように、絶縁カバー板13の内側面に凹部13aを設けたり、図4(b)に示すように、絶縁カバー板13自体を低融点金属体2の溶断部に対応して凹部が形成されるように湾曲形成することも可能である。このような工夫を行うことにより、保護素子の厚さを最小限に抑えながら溶融した低融点金属体2の収容空間を十分に確保することが可能になる。
【0032】
スペーサ部材として利用するのは、上記リード8,9,10,11に限らず、他の部材でも構わない。この場合、保護素子のベース基板1上に実装されている部品等を利用する他、スペーサ部材を別途ベース基板1上に形成しておくことも可能である。また、例えばリード8,9,10,11を利用する場合、その高さ調整として、リード8,9,10,11を取り付ける電極4,5,6,7の膜厚を調整したり、導電性接着剤やペースト等で調整することも可能である。ただし、後者の場合、これらの厚さがあまり厚いと変動要因となるので注意を要する。
【0033】
上述の保護素子は、いずれも絶縁カバー板13のスペーサ部材がベース基板1側に設けられている場合の例であるが、これに限らず、絶縁カバー板13自体にスペーサとなる部分を形成しておくことも可能である。
【0034】
例えば、図5(a)に示すように、絶縁カバー板13の4隅部分にピン13bを設けておき、これをベース基板1に当接させることで高さ位置を規制することも可能である。この場合には、ピン13bがスペーサ部材としての役割を果たす。また、ベース基板1のピン13bを受ける部分にピン孔加工を施し、ここにピン13bを差し込むようにすれば、寸法安定性、位置安定性はさらに向上する。
【0035】
なお、前記ピン13bの代わりにピンよりも大きさの大きいリブを形成し、これをスペーサ部材とすることも可能である。また、図5(b)に示すように、絶縁カバー板13の周囲に沿って突部、すなわち立ち上がり壁13cを形成し、絶縁カバー板13を筐体状(キャップ状)とすることも可能である。いずれにしても、前記ピン13bやリブ、立ち上がり壁13cは射出成型等により絶縁カバー板13に簡単に形成することが可能である。
【0036】
以上、本発明を適用した実施形態について説明してきたが、本発明がこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。例えば、先の実施形態においては、発熱体3の発熱により低融点金属体2を溶断するようにしているが、発熱体の無い自己溶融型の保護素子にも適用することができる。
【0037】
【実施例】
次に、本発明を適用した具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【0038】
実施例1
本実施例は、図6に示す自己溶融型の保護素子に適用した例である。作製した保護素子の構成は、図6に示すように、ベース基板21上に一対の電極22,23を設け、これらの間に低融点金属体24を接続するとともに、各電極22,23にリード25,26を接続してなるものである。
【0039】
具体的には、6mm×6mmの大きさを有する厚さ0.5mmのセラミックス基板をベース基板21とし、この上に電極22,23を形成した。各電極22,23としては、Ag−Pd電極を印刷形成した。
【0040】
そして、これら電極22,23間に低融点金属(幅1mm、厚さ0.1mm)を溶接にて接続し、ロジン系フラックスで封止した。また、各電極22,23には、NiメッキCuリード線(幅1mm、厚さ0.5mm)を半田付けにて接続しリード25,26とした。
【0041】
次いで、セラミックス基板(ベース基板1)の外周に2液性エポキシ樹脂を塗布し、セラミックス製の絶縁カバー板(大きさ6mm×6mm、厚さ0.5mm)を置き、リード25,26に接触するまで押し込んで、40℃、8時間なる条件で硬化した。
【0042】
実施例2
基本的な保護素子の構成は、先の実施例と同様である。本実施例では、2液性エポキシ樹脂の硬化時に絶縁カバー板上に重りを載せ、硬化時の流動を抑えるようにした。
【0043】
比較例
基本的な保護素子の構成は、先の実施例1と同様である。ただし、絶縁カバー板をリードに接触するまで押し込んでいないことが実施例1とは異なる。
【0044】
評価結果
以上により作製した実施例及び比較例の保護素子(各10個)について、平均厚みと厚み範囲を測定した。結果を表1に示す。
【0045】
【表1】
この表1から明らかなように、ベース基板上のリードと絶縁カバー板とを接触させることにより、明らかに保護素子の厚みを薄くすることができ、しかも厚みムラが少なく安定して製造できていることがわかる。
【0046】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、絶縁カバー板がベース基板側に設けられたスペーサとなる部材(例えばリード)と接触する状態で、あるいは絶縁カバー板自体に設けられたスペーサ部をベース基板側に接触させてベース基板に対して固定されるので、ベース基板と絶縁カバー板との間の距離を確実に決めることができ、薄型化を実現しながら、厚みのバラツキのない寸法安定性に優れた保護素子を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】保護素子の内部構造を示す平面図である。
【図2】絶縁カバー板による封止状態を示す概略断面図である。
【図3】折り返し部を設けたリードをスペーサとする保護素子の概略断面図である。
【図4】(a)は絶縁カバー板に凹部を形成した例を示す概略断面図であり、(b)は絶縁カバー板を湾曲形成した例を示す概略断面図である。
【図5】絶縁カバー板側にスペーサ部分を形成した例を示すものであり、(a)はピンを形成した例、(b)は筐体状にした例である。
【図6】実施例で作製した保護素子の内部構成を示す概略平面図である。
【符号の説明】
1 ベース基板
2 低融点金属体
3 発熱体
4,5,6,7 電極
8,9,10,11 リード
13 絶縁カバー板
14 樹脂
Claims (9)
- ベース基板上に形成された電極間に低融点金属体が配され、前記低融点金属体の溶断により電流が遮断される保護素子において、
前記ベース基板と対向して絶縁カバー板が設けられるとともに、前記絶縁カバー板はスペーサとなる部材と接触した状態で封止されていることを特徴とする保護素子。 - 前記電極と接続してリードが設けられ、当該リードをスペーサとし前記絶縁カバー板がリードと接触した状態で封止されていることを特徴とする請求項1記載の保護素子。
- 前記リードに折り返し部が設けられ、この部分に前記絶縁カバー板が接触していることを特徴とする請求項2記載の保護素子。
- 前記絶縁カバー板には、前記低融点金属体の溶断部に対応して内面に凹部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の保護素子。
- 前記絶縁カバー板は、前記低融点金属体の溶断部に対応して凹部が形成されるように湾曲形成されていることを特徴とする請求項1記載の保護素子。
- ベース基板上に形成された電極間に低融点金属体が配され、前記低融点金属体の溶断により電流が遮断される保護素子において、
前記ベース基板と対向して絶縁カバー板が設けられるとともに、前記絶縁カバー板にはスペーサ部が形成され、このスペーサ部をベース基板側に接触させた状態で封止されていることを特徴とする保護素子。 - 前記スペーサ部として突起が形成されていることを特徴とする請求項6記載の保護素子。
- 前記突起に対応してベース基板に孔加工が施されていることを特徴とする請求項7記載の保護素子。
- 前記突起が絶縁カバー板の周囲に形成され、絶縁カバー板が筐体状とされていることを特徴とする請求項6記載の保護素子。
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