JP2007027135A - 発熱反応性部材を有する反応性ヒューズ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単でより効果的な、及び／又は適応性のある過電流を制御する、電気回路及び他の用途における使用のための、反応性ヒューズ素子を備える反応性ヒューズを提供する。
【解決手段】様々な最適な実施形態において、反応性部材及び反応性箔は集中した局所的な熱源を提供するために採用され、この熱源はヒューズ素子をオープンする又は切断するため、もしくは一以上の金属部品を精密に結合するために使用することができる。特に、反応性部材は、持続する過電流によって生成された熱に応じてヒューズ素子をオープンするために使用されることができる。代替的に、反応性部材は反応性ヒューズの構成中で、例えば、金属部品をヒューズ素子本体又はヒューズキャップに結合するために使用されても良い。
【選択図】図１Ａ

Description

本出願は２００５年７月２０に出願された米国仮出願１１／１８６１３０号（発明の名称：発熱反応性部材を有する反応性ヒューズ素子）に基づく優先権主張を伴い、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれるとともに基礎とされている。

本発明は一般的にはヒューズ素子に関し、具体的にはヒューズ素子の時間−電流オープン特性に関する。

金属ヒューズ素子を有する電気ヒューズの使用によって、電気回路及び電子部品が過電流及び短絡から保護されていることはよく知られている。使用に際して、電気ヒューズ及び内蔵されたヒューズ素子は電気回路内の電気配線に配置される。電気回路に漏電が起きると電気ヒューズを通じて流れる高電流は熱を発生し、次いでヒューズ素子を溶融させ、回路をオープンさせる。

電気ヒューズの時間−電流開特性を制御するために、例えば、錫（Ｓｎ）又は錫−鉛（ＳｎＰｂ）のような、低い融点を有する拡散金属をヒューズ素子の母材金属に組み込むことが知られている。過電流の状態に曝されたときに、低融点金属はヒューズ素子の母材金属の中に拡散し、合金を作って全体的な融点を下げるとともに抵抗を増加させ、ヒューズ素子の溶融とオープンを容易にする。同様に、合金のヒューズ素子の断面寸法を増加させることによって、ヒューズ素子をオープンするために必要な時間が増加し、過電流の状態における、電気ヒューズが全体としてオープンする時間を延長させる。さらに、ヒューズ素子の物理的な寸法が増加すると、短時間かつ一過性の電流サージ又は電流パルスに対する感度が低下する。

上述のようにヒューズのデザイン及び製造の既知の方法が開示されているが、より簡単でより効果的な、及び／又は適応性のある過電流を制御する方法が必要とされている。

反応性ヒューズ及びヒューズ素子の実例が、本明細書の詳細な説明の部分に後述されている。この例にはさまざまな実施形態及び、反応性箔（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｆｏｉｌ）のような、反応性ヒューズ及びヒューズ素子と組み合わせられるように配置された反応性部材の構成が含まれている。

特に、反応性ヒューズの一実施例は上面、第１の端部、及び第１の端部の遠位に配置された第２の端部を有する基板を備えている。反応性ヒューズは上面に沿って、第１の端部に隣接して配置された第１の導電体と、上面に沿って、第２の端部に隣接して配置された第２の導電体とをさらに備えることができ、第１及び第２の導電体は上面に沿って離間されている。安定状態及び発熱反応状態を有する反応性部材は、基板の上面に貼り付けられる、又は取り付けられることができ、第１及び第２の導電体を電気的に接続している。

基板は、難燃性ガラス繊維クロス強化型エポキシ積層板、不織繊維ガラス積層板、セラミック、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン、マイクロファイバーガラス基板、熱可塑性プラスチック、ポリイミド材料、又はこれらの材料の組み合わせからなるグループ、あるいは他の好適な材料からなるグループから選択された材料から製造される絶縁基板であり得る。

反応性部材は、エネルギーの入力に応じて自己伝播性発熱反応を生じるように構成されている。反応性部材は、ナノフィルム及びニッケルとアルミニウムとの互層からなる構成体であってよい。エネルギー入力は、例えば過電流によって生成された熱、スパークあるいは短絡回路、フレーム、熱フィラメント、集中した電磁波放射、又は放射の誘導放出による光増幅のような様々な源に由来することができる。

反応性ヒューズは基板に隣接して配置され、第１および第２の導電体を電気的に接続するヒューズリンク及び反応性部材をさらに備えることができる。

一の実施形態において、反応性部材は基板に隣接して配置された反応性箔であり、基板は可撓性の絶縁基板であって、反応性箔と可撓性の絶縁基板とは曲折可能であり、第１および第２の導電体はオーバーラップする配置に位置決めされている。

別の一の実施形態において、反応性ヒューズの中で使用されるヒューズ素子は、ヒューズリンク及びヒューズリンクに設けられた反応性部材を備えている。この最適な実施形態の反応性部材は、エネルギー入力に応じて自己伝播性発熱反応を生成するために構成された複数のナノ層を備えている。反応性部材はニッケル及びアルミニウムからなる複数の互層から構築され、ヒューズリンクに組み込まれて溶断領域を形成している。

別の実施形態は円柱状のヒューズリンクであるヒューズリンクを備えてよい。また、円柱状のヒューズリンクは反応性部材を備えるように配置された外面を備えている。反応性部材はヒューズリンクの外面にらせん状に係合して良い。

反応性ヒューズを形成するための一の好適な方法は、結合表面を有する導電性のヒューズリンクを提供する工程と、反応性部材をヒューズリンクの結合表面に隣接して位置決めする工程とを含み、反応性部材は、典型的には、エネルギー入力に応じて自己伝播性発熱反応を生じるように構成された複数のナノ層を備えている。溶断領域を反応性部材とヒューズリンクとの間に確立し、反応性部材を結合表面と溶断領域とに固定することにより、反応性ヒューズ素子を形成する。

一の最適な実施形態において、本発明にかかる方法は中空の内部を有する円柱状のヒューズリンクとして形成された導電性のヒューズリンクを備え、反応性部材がヒューズリンクの中空の内部の中に設けられている。別の一の最適な実施形態において、溶断領域はヒューズリンクの第１の端部及びヒューズリンクの第２の端部を囲み、ヒューズリンクの第２の端部は第１の端部の遠位に形成されている。

反応性部材は結合表面に隣接して貼り付けられたシリコーンカバーを使用して、もしくはヒューズリンクと反応性部材との間に配置された接着剤を使用して固定することができる。

本発明の追加的な特徴及び利点は、後述の詳細な説明及び図面に記載され、明らかになるであろう。

図１Ａ及び図１Ｂは、ヒューズリンクと反応性部材を組み込んだヒューズ素子を備える電気ヒューズの一実施形態の斜視図である。

図２は、ヒューズリンクと反応性部材を備える略平面状ヒューズ素子の一実施形態の拡大斜視図である。

図３は、略円柱状のヒューズ素子の一実施形態の斜視図である。

図４は、略円柱状のヒューズ素子の別の実施形態の斜視図である。

図５は、フォールト領域（ｆａｕｌｔ ａｒｅａ）を備える略平面状のヒューズ素子の一実施形態の平面図である。

図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、可撓性のヒューズ素子の一実施形態の様々な斜視図であり、積み重ねられた状態、組み立てられた状態、及び、ロール状の状態をそれぞれ示している。

図７Ａ及び図７Ｂは、可撓性のヒューズ素子を備える封止型ヒューズの２つの実施形態の平面図である。

図８は、可撓性のヒューズ素子を備える封止型ヒューズの別の実施形態の側面図である。

図９は、反応性部材を備えるチップ実装型ヒューズの一実施形態の拡大側面図である。

図１０は、電気ヒューズの二以上の素子を結合するために使用される反応性部材の一実施形態の側面図である。

図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃは、金属部品をヒューズ素子に結合するために使用される反応性部材のそれぞれ平面図と側面図とである。

図１２は、反応性部材を備える円柱状の電気ヒューズの側断面図である。

図を参照すると、図１Ａ及び図１Ｂは電気ヒューズの一実施形態を図示したものである。特に、図示された電気ヒューズの実施形態は、参照符号１０によって略示された表面実装部品（ＳＭＤ）として製造されている。電気ヒューズ１０は、（ｂ）第１及び第２の端子パッド１４，１６を支持するように配置された（ａ）基板１２と、（ｄ）反応性部材２０を有する（ｃ）ヒューズリンク１８とを備え、ヒューズリンク１８は第１及び第２の端子パッド１４，１６に電気的に接続している。電気ヒューズ１０は、さらに、組立線Ａで示されるように配置された（ｅ）カバー２２と、電気ヒューズ１０及び基板１２の対向する端部に形成された（ｆ）導電性端子２４，２６とを備えることができ、カバー２２は、ヒューズリンク１８と反応性部材２０と第１及び第２のパッド１４，１６とを保護し、導電性端子２４，２６は、プリント配線板４０（ＰＣＢ）もしくは半硬質又は可撓性の基板のような別の好適な基板の上に形成された回路配線経路３８（図１Ｂ参照）への取り付けを容易にしている。

基板１２は、例えば、難燃性ガラス繊維クロス強化型エポキシ（ＦＲ４）積層板、他の不織繊維ガラス積層板、セラミック、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），マイクロファイバーガラス基板、熱可塑性プラスチック、ポリイミドなどのような、様々な絶縁材料から製造されることができる。この最良の実施形態の基板１２は、略長方形状の基板であり、上面２８、一対の横側面３０，３２、第１の端部３４及びこの第１の端部の遠位に形成された第２の端部３６を有している。基板１２の上面２８は、第１及び第２の端子パッド１４，１６を、隣接して対応する第１及び第２の端部３４，３６に支持している。

第１及び第２の端子パッド１４，１６は、例えば、積層、フォトイメージング、ドライフィルム処理、スパッタリング、スクリーン印刷、及び電気メッキのような既知の製造技術を使用して、上面２８の上に堆積又は形成される。第１及び第２の端子パッド１４，１６は、通常、銅（Ｃｕ）、銅ニッケル（ＣｕＮｉ）合金、銀メッキした真鍮、錫鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）ハンダ、鉛フリー（Ｐｂ−ｆｒｅｅ）ハンダ、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、又はこれらの材料の別の組み合わせのような、導電性の材料から形成される。第１及び第２の端子パッド１４，１６を構成する材料又は合金は、基板１２の上面２８に複数のステップからなる工程を介して成層の方法で堆積又は形成することができ、又は、代替的に１回の作業で直接堆積することができる。

ヒューズリンク１８は、第１の端子パッド１４と第２の端子パッド１６との間を物理的に接続し、これらの間の電気的配線経路を形成している。この最良の実施形態におけるヒューズリンク１８は、上述したような様々な導電性材料又は銅（Ｃｕ）、錫鉛（ＰｂＳｎ）ハンダ及びその他の好適な導電性材料から形成することができる。ヒューズリンクの材料は、通常、過電流、電流のサージ又はスパイク、及び／又は回路の短絡状態の結果として生成された熱に応じて、電気的な接触をオープンする又は遮断するように選択される。

反応性部材２０は、図１Ａに示すように、部分的にヒューズリンクを覆っている。しかし、反応性部材がヒューズリンク１８を完全に覆うことも、周囲を囲うこともできることは理解される。反応性部材２０は、例えば、メリーランド州ーのハントバリーにあるリアクティブナノテクノロジー（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｎａｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ＲＮＴ）社が生産しているＮａｎｏＦｏｉｌ（登録商標）のような、熱的接点材料（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）である。熱的接点材料は、通常は箔のシート、又は特定用途向けのあらかじめ決められている形状に製造され、制御された局所的な熱源を提供する。ＮａｎｏＦｏｉｌ（登録商標）のような熱的接点材料は、典型的には、それぞれ１００ナノメータ（ｎｍ）近傍の厚みの複数の互層またはナノ層（ｎａｎｏ−ｌａｙｅｒｓ）を備えている。

反応性部材２０からなる交互のナノ層は、最初は、エネルギー源に応じてニッケルアルミニウム（ＮｉＡｌ）の反応性生物を生じるニッケル（Ｎｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）のような、一以上の様々な材料であってよい。別の初期反応物及び結果的な反応生成物は、チタン（Ｔｉ）とホウ素（Ｂ）、及びホウ化チタン（ＴｉＢ２）、ジルコニウム（Ｚｒ）とホウ素、及びホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、ハフニウム（Ｈｆ）とホウ素、及びホウ化ハフニウム（ＨｆＢ２）、チタンと炭素（Ｃ）、及びチタンカーバイド（ＴｉＣ）、ジルコニウムと炭素、及びジルコニウムカーバイド（ＺｒＣ）、ハフニウムと炭素、及びハフニウムカーバイド（ＨｆＣ）、チタンと珪素（Ｓｉ）、及び三珪化チタン（Ｔｉ５Ｓｉ３）、ジルコニウムとアルミニウム、及びジルコニウムアルミニウム（Ｚｒ５Ｓｉ３）、鉛（Ｐｂ）とアルミニウム、及び鉛アルミニウム（ＰｂＡｌ）を含んでいて良い。最初の状態のナノ層へのエネルギー源の適用は、自己伝播性発熱反応と金属間化合物の反応生成物を生じさせる。

動作の際には、ナノ層又は素子２０の熱的接点材料へのエネルギー源の適用は、ナノ層が上記に特定された反応物のうちの一以上に発熱を伴って変換されるとき、集中した、局所的な熱源を生成するナノ層を通じて伝播する反応を開始させる。エネルギー源は、反応性部材２０又はヒューズリンク１８を通じて伝えられた持続された過電流から生じた熱であってよい。代替的に、エネルギー源は、スパーク、フレーム、熱フィラメント、集中した電磁波放射、又は放射の誘導放出による光増幅であることも可能である。エネルギー源がどのように生じたかには関係なく、集中した発熱は反応性部材２０及び／又はヒューズリンクを溶かしオープンさせる。代替的に、電気ヒューズ１０は、（図示されない）モニター回路又は制御回路を備えるか、これらの回路に電気的に接続されていることができる。制御回路は、抵抗、電流、温度などのヒューズ１０に関する電気的及び機械的な特性を周期的に測定することができ、装置の全体的な性能特性を確立することができる。さらに、制御回路は、エネルギー源を提供し、ヒューズ１０の性能劣化、あらかじめ定められた電気的又は機械的な一連の条件、又は、いずれかの、もしくは望ましい基準に応じて、ヒューズリンク１８をオープンするように、構成することができる。また、制御回路は、ヒューズの外部の状態及びヒューズに近接した環境をモニターし、応答するように構成することもできる。例えば、自動車のクラッシュセンサーは、一以上のヒューズリンクをオープンするようにエネルギー源を作動させて、電気バッテリーとの接続を断つように使用されて良い。エネルギー源がどのように生じるかとは関係なく、電気ヒューズ１０の中のオープンされた接続は電流を遮断し、ＰＣＢ４０の回路配線経路３８（図１Ｂ参照）に沿った電気導通を防げる。

また、局所的な大きな発熱は、制御され、集中されて、部品を半田付けし又はロウ付けして、高度に制御された方法で接合することができる。さらに、強烈で集中した発熱と、反応の伝播する速度との組み合わせによって、それぞれの材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）の違いにもかかわらず、金属及びセラミックのような異質の材料の結合を可能としている。このように、異質の材料を相対的な膨張率の違いを補整することなく、迅速に結合することができる。

図面に戻ると、図２〜１２はヒューズ素子及び、反応性ヒューズ素子又は反応性ヒューズを形成するために組み合わせられる反応性部材、箔又は要素の多くの物理的な実施形態を示している。これらの最適な実施形態の教えに従って構築された反応性ヒューズ素子、又は単にヒューズ素子は、ヒューズ素子が特定の電流サージ、及び通常の過電流の考慮によって拘束されない短絡回路の要件を満たすように選択されることを許容するデザインの適応性を提供する。特に、反応性ヒューズ素子は、本発明の材料又は要素を備えないヒューズを通常切断する、又はオープンさせる短時間の電流サージに耐えるようにデザインすることができる。これは、過電流の動作特性が、反応性部材の組成によって決まり、必ずしもヒューズ素子そのものによって決まるものではないからである。例えば、ヒューズリンク及び反応性部材は、ヒューズ素子の適用性および有益性を増す様々な電流条件及び付加に応じてオープンするように選ばれ、及び／又は構成されることができる。例えば、ヒューズリンクの材料及び物理的特性は、既知のヒューズリンクをオープンさせる単純な電流スパイクを受容するように確立することができる。逆に、ヒューズリンクに設けられる反応性部材（図１Ａ参照）は、持続された過電流、すなわち、電流レベルが通常より高く維持されているがスパイクを生じることはなく、ヒューズリンクに効果を与えない過電流によってオープンするようにデザインすることができる。別の言い方をすると、スパイクによって生じた熱は反応性部材を活性化させるのに十分な熱又はエネルギーを提供しないので、単純な電流スパイクはヒューズリンクに受容されるにもかかわらず、持続された電流負荷又は過負荷によって生じた熱は十分なエネルギーを与え、反応性部材を活性化する。このように、反応性のヒューズ素子は、例えば、持続された過電流に対する応答性を向上させ、電流スパイクに対する不感受性を強化するようにデザインし、構成し、特化することができる。

図２は平面状のヒューズ素子４２の一形態を示している。ヒューズ素子４２は、反応性部材を保持するように構成された上面４６を有する細長いヒューズリンクを備え、本実施形態における反応性部材２０は、予備成形された反応性フィルムである。反応性部材２０は、例えば、エポキシ又は反応性箔の反応温度より低い接続温度で形成された金属間化合物の結合材のような接着剤を使用して、上面４６に接着され、又は結合されることができる。例えば、液状のＳｎＰｂ半田は、液状の半田全体の温度が反応性部材２０に提供するエネルギー入力が、反応性部材２０が自己伝播する反応を開始するエネルギー入力より少ない限り、ヒューズリンク４４の上面２６に反応性部材を結合することができる。

図示された実施形態における反応性部材２０は、ヒューズリンク４４の第１及び第２の端部５０，５２を分離し、溶断領域５４を形成している。溶断領域５４は、細長いヒューズリンク４４に沿って持続する過電流が反応性部材の反応を開始させ、ヒューズリンク４４を物理的に切断する、又はオープンさせる場所を形成している。反応性部材がヒューズリンクの上面全体に係合し、又はその上面全体を覆い、より大きな溶断領域を提供するように寸法取りされ得ることが理解される。

さらに代替的な構成において、反応性フィルムは基板１２の上面２８（図１Ａ参照）とヒューズリンク４４の底面５６との間に設けられてもよい。すなわち、導電性のヒューズリンク４４は、例えば上述したナノ層からなる反応性部材２０の上に重なる。このように反応性部材がエネルギー入力に応じて反応することによって生み出された局所的な熱は、絶縁性の基板１２及びヒューズリンク４４の上に集中する。

図３は通常の円柱状のヒューズ素子５８を示している。ヒューズ素子５８は中空の内部６２を有する略円柱状の管体に形成されたヒューズリンク６０を備え、この内部６２は第１及び第２の端部６４，６６によってそれぞれ形成されている。中空の内部６２は反応性部材２０を保持するように寸法取られ、反応性部材２０はコイル状の反応性フィルム、反応性部材の隣接する一部、又は層状に形成され、第１及び第２の端部６４，６６のうちの一方を通じて堆積された単なる反応性部材であって良く、ヒューズ素子６０の円柱状管体を、部分的に、実質的に、又は完全に充填していて良い。このように、電気エネルギーは、反応性部材１０を活性化させるのに十分なエネルギーが供給されるまで、ヒューズ素子５８及びヒューズリンク６０を通過することができる。活性化された際には、反応性部材２０は強烈で集中した熱を生じ、ヒューズリンク６０を溶かし、又は蒸発させ、ヒューズ素子５８によって接続されていた回路３８（図１Ｂ）をオープンさせる。

反応性部材２０をヒューズリンク６０の中に固定することによって、自己伝播性反応によって生み出されたエネルギーは集中されるとともに、円柱状の管体上に誘導される。しかし、反応性部材２０がヒューズリンク６０の外面７０で周囲を包み込まれ、エネルギー入力に応じてヒューズ素子をオープンさせ得ることは理解される。さらに、ヒューズリンク６０及び反応性部材２０の外形は、開示された実施形態の教示から乖離することなく、例えば、直線的な素子、八角形状の素子などに変形することができる。説明はされていないが、ヒューズ５８は（及びここに記載したどのヒューズも）、リード線、端子、エンドキャップ接点、又はその他の、軸方向に、半径方向に、表面実装等により、取り付けられるように構成されたものを備えることができる。

図４は、ヒューズ素子７２の別の一の実施形態を示し、このヒューズ素子７２は、例えば反応性線材のような螺旋コイル状の反応性部材を外面７８の周りに保持する、略円柱状のヒューズリンクを備えている。一の実施形態において、反応性部材２０は、約１００ｎｍの厚みの複数のコイル状の層に堆積された、一対の反応物質からなるナノ層の線材である。ナノ層は、外部エネルギー入力に応じて自己伝播性発熱反応を生じ、ヒューズリンク７４を切断する。この外部エネルギー入力は、例えば持続する過電流に応じた、又は発信機からのＲＦ照射によって遠隔的に引き起こされた、円柱状ヒューズ素子の加熱である。発熱反応の大きさは、外面７８の周りの反応性部材２０の巻き数に基づいて容易に制御することができる。一般的には、ヒューズリンク７４の周りの巻き数を増加させると、これに伴って反応性部材２０の反応の間に生み出される局所的な熱も増加する。

代替的に、ヒューズリンク７４は反応性部材からなる心材の回りを包む又は巻く円柱状の線材（一般的に図３参照）、又は反応性部材２０のコイル状の線材（一般的に図４参照）であって良い。この最適な実施形態においては、ヒューズ素子７２の過負荷動作特性は、反応性部材２０の周りのヒューズリンク７４の巻き数を変化させることによって変化させることができる。具体的には、巻き数の増加は素子の抵抗値を上げ、延長された過電流状態の自己発熱を増加させるが、ヒューズリンク７４の断面積を大きくして電流サージに対する不感受性を高めることができる。

図５は反応性ヒューズ素子４２（上記図２参照）の代替的な実施形態を示している。この最適な実施形態においては、反応性ヒューズ素子４２の細長いヒューズリンク４４は、反応性部材２０を第１の端部５０と第２の端部５２との間に保持している。特に、反応性部材２０は複数のくぼみ又は孔８２を備えることができる。次いで、孔８２は、ヒューズリンク４４を通じて流れている電流の突然の増加に応じてオープンするように配置された、高いホィーストンブリッジ８４を形成している。高いホィーストンブリッジ８４の、例えば、長さ、幅、厚みなどの物理的寸法を変えることによって、電流値の変化、回路短絡などに対する反応性部材２０の感度を調節することができる。

図６Ａ，図６Ｂ及び図６Ｃは、本発明の教示に従って構築することができる、層状であって折りたたみ可能な反応性ヒューズ９２を示している。折りたたみ可能な反応性ヒューズ９２は、反応性部材２０の可撓性の層及び絶縁層９６に隣接して配置された可撓性のヒューズリンク９４を備えている。典型的には、可撓性のヒューズリンク９４及び反応性部材２０は、予備切断され、用途、及び／又は折りたたみ可能なヒューズ９２が使用される回路配線経路３８のサイズ及び電力要求に基づいて形成される。組み立てられると、可撓性のヒューズリンク９４は、反応性部材２０に近接して配置されるとともに、電気的に結合される。絶縁層９６は２つの電気的に結合された層９４，４８に当接する。絶縁層９６は、層９４，４８及び９６が折りたたまれ、又は中心軸ＣＬの周りに巻かれたときに、電気的に接続された層９４，４８の間の（図６Ｃに示された）矢印Ａに示された方向に沿った短絡を防止している。その限りにおいては、絶縁層９６はリンク９４及び反応性部材２０より少し大きくてよい。

図６Ｂ及び図６Ｃは、可撓性のヒューズリンク９４のそれぞれ対応する第１の端部１０２及び第２の端部１０４に固定された、第１のリード線又は端子９８及び第２のリード線又は端子１００を示している。第１のリード線９８及び第２のリード線１００は、直接ヒューズリンク９４、可撓性の反応性部材２０に、又は間接的に第１の端部１０２、第２の端部１０４に接続されることができることが理解される。さらに、リード線９８，１００は、タブ又は、ヒューズ層及び／又は反応性部材２０の一部分として一体的に形成された突起部であり得る。同様に、リード線９８，１００はヒューズ層９４及び反応性部材２０のうちの一以上に結合された、又は電気的に接続された伝導性線材であり得る。

図６Ｃは、中心軸ＣＬの周りに巻かれた可撓性の層９４，２０，９６を示しているが、層９４，２０，９６は互いに前後に折りたたまれ、アコーディオンの蛇腹に似た平行な折りたたみ体を有することができることは明白である。必要であれば、第２の絶縁層９６は、例えば接着剤を介してリンク９４に取り付けられ、ヒューズ９２を横切る短絡を防止して良い。折りたたみ可能な反応性ヒューズ９２の全体的な形状と大きさは、層９４，２０、９６の長さ及び厚みを変えることによって調整でき、折りたたみ体の形状は例えば円柱状でも、又は平行な折りたたみ体でも良い。

図７Ａ，図７Ｂ及び図８は封止体１０６，封止体１０８，及び封止体１１０をそれぞれ示し、これら封止体は例えば図６Ａから図６Ｂに示された折りたたみヒューズ９２とともに使用されることができる。封止体１０６，１０８，１１０は可撓性のヒューズ９２を収容しシールして、反応性部材２０の反応及び対応するヒューズのオープンの間及び後にヒューズガス、液などが漏れ出ないように防止している。封止体１０６，１０８，１１０は、回路配線経路３８（図１Ｂ参照）の一部分として形成された対応する接点パッド１１２ａ，１１４ａに、係合するように配置された接点１１２，１１４を備える。接点１１２，１１４はヒューズ９２のリード線９８，１００と協働して、折りたたみ可能なヒューズ９２を回路配線経路３８及び／又はＰＣＢ４０に電気的に接続している。封止体１０８は、折りたたみ可能なヒューズ９２のコンボルーション（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）１１８，１１８ａに係合する一対のアークバリア（ａｒｃ ｂａｒｒｉｅｒ）１１６，１１６ａを備え、折りたたみ可能なヒューズ９２のオープンの際にアーク及び短絡が生じるのを防止している。同様に、封止体１１０は、望ましくないアーク及び短絡が生じるのを防止するために、ヒューズ９２の折りたたまれた端部の間に配置されたアークバリア１１６ｂを備えている。

図９は、図１に示された電気ヒューズ１０の別の一の実施形態を示している。この構成においては、接着層１２０のような付加的な部材がヒューズ１８と接触している反応性部材２０を固定し保護するために設けられ、ヒューズ１８と反応性部材２０との間の直接の熱的な結合を確実にしている。特に、反応性部材２０の予備形成された一部分は、ヒューズリンク１８に隣接して配置され、シリコーン樹脂のような接着剤１２０でその位置に貼り付けられる。また、接着剤１２０は、ピックアンドプレース装置（ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ ｍａｃｈｉｎｅ）の真空ノズルと組み合わせるのに適した標準面を提供する。代替的に、反応性部材２０は、ヒューズリンクを置き換え、第１の端子パッド１４と第２の端子パッド１６とを電気的に結合することができる。本実施形態において、反応性部材２０は第１の端子パッド１４と第２の端子パッド１６との間の過剰な電流によって生じた自己発熱のエネルギー入力に応じて活性化する。最適な反応性部材２０は、例えば、上述の直線状又は湾曲した線材、もしくは平面状の細長片のような様々な形状に形成することができる。

図１０、図１１Ａ，図１１Ｂ，図１１Ｃ，及び図１２は、反応性部材及び／又は反応性フィルムあるいは箔を使用して、一以上の金属を半田付け、ロウ付け又は溶接するために局所的に加熱する追加の実施態様を示している。図１０は結合される第１及び第２の金属部品１２２，１２４の間に配置された反応性箔又は材料２０の一実施形態を示している。第１及び第２の金属部品１２２，１２４は接触版、取り付け位置、ヒューズ素子、又はその他の金属の、導電性又は可融性の部品であり得る。この最適な実施形態は、第１及び第２の部品１２２，１２４の間に挟まれた反応性箔４８を示しており、ハンダ付け又はロウ付けの予備形成品であり得る。動作の際には、反応性部材２０と第１及び第２の部品１２２，１２４とは位置合わせを確保するために圧力下に保持され、電気放電、スパーク、レーザーパルス、熱フィラメント、又はフレームのようなエネルギー源が反応性部材２０の中の反応を引き起こす。結果的な発熱反応は、ハンダ又はロウ付け用合金を溶かすのに十分な熱を生じ、第１の部品１２２を第２の部品１２４に冶金的に接合する。

図１１Ａ，図１１Ｂ，及び図１１Ｃは、金属部品１２８をヒューズ素子本体１３０に結合するために使うことのできる予備成形反応性部材を示している。例えば、金属部品１２８は銅（Ｃｕ）のヒューズ素子に結合された錫（Ｓｎ）とすることができ、結果的に得られるＳｎＣｕ合金の全体的な融点を低下させることによってメトカルフ効果を利用するための“Ｍ”点となることができる。大きなヒューズに対しては、反応性部材１２６ａ，１２６ｂ及び１２６ｃによって与えられた局所的な熱源によって、ヒューズ堆積／部品全体の温度をＳｎの細長片とＣｕのヒューズ素子との結合温度まで上げる必要がなくなる。図１１Ａに示すように、予備形成の反応性部材１２６ａはヒューズ素子本体１３０と取り付けられる金属部品１２８との間に配置される。図１１Ｂは、部品１２８の周囲１３２のみに沿ってヒューズ素子本体１３０への金属部品１２８の拡散を容易とするように配置された予備形成の反応性部材１２６ｂを示し、このようにすることによって、反応性部材１２６ａ，１２６ｂ及び１２６ｃを備えてなる初期反応物のナノ層と組み合わせることによって形成された金属間化合物の反応生成物を内部領域１３４が有しないようにすることができる。図１１Ｃは、初期反応物の反応によって生成された局所的な熱の強度を制御し、減少するように配置された、複数のくぼみ１３６を有する予備成形の反応性部材１２６ｃを示している。

図１２は、ヒューズ素子１４２、導電性ワッシャ１４４、及びヒューズキャップ１４６を結合するための熱源を提供するように配置された、反応性箔を備える筒型ヒューズ１３８を示している。特に、ワッシャ１４４及びヒューズ素子１４２はハンダ層又はロウ付け用合金１４８でコーティングすることができるとともに、反応性箔１４０に隣接して配置することができる。スパークのようなエネルギー源は、点火ポート（ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｐｏｒｔ）１５０を通じて供給することができ、反応性素子１４０の中の反応を開始させる。反応の結果として生成した熱は、通常はハンダ層１４８を溶かし、次いでハンダ層が流れてワッシャ１４４とヒューズ素子１４２とを金属的に結合する。金属的な結合はヒューズキャップ１４６をヒューズ素子１４２に電気的に接続し、図示されていない、素子に対応するヒューズキャップは、筒型ヒューズの反対側、又は遠位に配置される。図１２は、特定のヒューズのデザインを示しているが、反応性箔及び実施のコンセプトは、様々なタイプのヒューズの構成及びヒューズの回路基板への取り付けに適用することができる。

ここに記載された現在の好ましい実施形態への様々な変更と変形は当業者にとって明白であることは理解されるべきである。そのような変更および変型は本発明の精神と技術的範囲から逸脱することなく、また意図された利点を減少させることなく行うことができる。従って、そのような変更及び変形は請求の範囲に記載の発明に含まれるものである。

ヒューズリンクと反応性部材を組み込んだヒューズ素子を備える電気ヒューズの一実施形態の斜視図である。 ヒューズリンクと反応性部材を組み込んだヒューズ素子を備える電気ヒューズの一実施形態の斜視図である。 ヒューズリンクと反応性部材を備える略平面状ヒューズ素子の一実施形態の拡大斜視図である。 略円柱状のヒューズ素子の一実施形態の斜視図である。 略円柱状のヒューズ素子の別の実施形態の斜視図である。 フォールト領域（ｆａｕｌｔ ａｒｅａ）を備える略平面状のヒューズ素子の一実施形態の平面図である。 可撓性のヒューズ素子の一実施形態の様々な斜視図であり、積み重ねられた状態を示している。 可撓性のヒューズ素子の一実施形態の様々な斜視図であり、組み立てられた状態を示している。 可撓性のヒューズ素子の一実施形態の様々な斜視図であり、ロール状の状態を示している。 可撓性のヒューズ素子を備える封止型ヒューズの実施形態の平面図である。 可撓性のヒューズ素子を備える封止型ヒューズの実施形態の平面図である。 可撓性のヒューズ素子を備える封止型ヒューズの別の実施形態の側面図である。 反応性部材を備えるチップ実装型ヒューズの一実施形態の拡大側面図である。 電気ヒューズの二以上の素子を結合するために使用される反応性部材の一実施形態の側面図である。 金属部品をヒューズ素子に結合するために使用される反応性部材の側面図である。 金属部品をヒューズ素子に結合するために使用される反応性部材の平面図である。 金属部品をヒューズ素子に結合するために使用される反応性部材の平面図である。 反応性部材を備える円柱状の電気ヒューズの側断面図である。

符号の説明

１０・・・電気ヒューズ、（反応性ヒューズ）
１２・・・基板
１４・・・端子パッド（第１の導電体）
１６・・・端子パッド（第２の導電体）
１８、４４・・・ヒューズリンク
２０・・・反応性部材
４２・・・ヒューズ素子、（反応性ヒューズ）
３４、５０・・・第１の端部
３６、５２・・・第２の端部
２８・・・上面
４０・・・プリント配線版
３８・・・回路配線経路
５４・・・溶断領域
１２０・・・接着剤（シリコーンカバー、接着剤）

Claims (22)

1. 上面を有する基板であって、前記基板は第１の端部と、該第１の端部の遠位に配置された第２の端部とをさらに有する基板と；
   前記上面に沿って前記第１の端部に隣接して位置する第１の導電体と；
   前記上面に沿って前記第２の端部に隣接して位置する第２の導電体であって、前記第１及び前記第２の導電体は前記上面に沿って離間されているように構成された第２の導電体と；
   前記基板と協働して、前記第１の導電体と前記第２の導電体とを電気的に接続する反応性部材であって、安定状態及び発熱状態を有する反応性部材と；
   を備えてなる反応性ヒューズ。
2. 前記基板は、難燃性ガラス繊維クロス強化型エポキシ積層板、不織繊維ガラス積層板、セラミック、ガラス、ポリテトラフルオロエチレン，マイクロファイバーガラス基板、熱可塑性プラスチック、ポリイミド材料、又はこれらの材料の組み合わせ、もしくは他の好適な材料からなるグループから選択された材料から製造された絶縁基板であることを特徴とする、請求項１に記載の反応性ヒューズ。
3. 前記反応性部材は、エネルギー入力に応じて自己伝播性発熱反応を生成するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の反応性ヒューズ。
4. 前記エネルギー入力は、過電流、スパーク、フレーム、熱フィラメント、集中した電磁波放射、又は放射の誘導放出による光増幅からなるグループから選択されていることを特徴とする、請求項３に記載の反応性ヒューズ。
5. 前記反応性部材は、ナノ層材であることを特徴とする請求項１に記載の反応性ヒューズ。
6. 前記ナノ層材は、ニッケルとアルミニウムとの互層から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の反応性ヒューズ。
7. 前記基板及び前記反応性部材に隣接して配置されたヒューズリンクをさらに備え、前記ヒューズリンクは前記第１及び第２の導電体に電気的に結合していることを特徴とする、請求項１に記載の反応性ヒューズ。
8. 前記反応性部材は、前記ヒューズ素子をオープン状態とするエネルギー入力に応じて前記安定状態から前記反応状態へ移行することを特徴とする、請求項７に記載の反応性ヒューズ。
9. 前記エネルギー入力は、過電流、スパーク、フレーム、熱フィラメント、集中した電磁波放射、又は放射の誘導放出による光増幅からなるグループから選択されていることを特徴とする、請求項８に記載の反応性ヒューズ。
10. 前記反応性部材は前記基板に隣接して位置決めされた反応性箔であり、前記基板は可撓性の絶縁基板であって、前記反応性箔及び前記可撓性の絶縁基板は曲折可能であるとともに、前記第１及び第２の導電体をオーバーラップする配置に位置決めすることを特徴とする、請求項１に記載の反応性ヒューズ。
11. ヒューズの中で使用されるヒューズ素子であって、
    ヒューズリンクと；
    前記ヒューズリンクに設けられた反応性部材であって、前記反応性部材は、エネルギー入力に応じて自己伝播性発熱反応を生成するように構成された複数のナノ層を有する、反応性部材と；
    を備えてなるヒューズ素子。
12. 前記反応性部材は、ニッケル及びアルミニウム；チタン及びホウ素；ジルコニウム及びホウ素；ハフニウム及びホウ素；チタン及び炭素；ジルコニウム及び炭素；ハフニウム及び炭素；チタン及び珪素；ジルコニウム及び珪素；ニオビウム及び珪素；ジルコニウム及びアルミニウム；及び、鉛及びアルミニウム；の複数の交互に形成された層からなるグループから選択された材料から構成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のヒューズ素子。
13. 前記ヒューズリンクは円柱状ヒューズリンクであることを特徴とする請求項１１に記載のヒューズ素子。
14. 前記ヒューズリンクは外面を備え、前記外面は反応性部材を支持するように配置されることを特徴とする、請求項１３に記載のヒューズ素子。
15. 前記反応性部材は前記ヒューズリンクの前記外面にらせん状に係合していることを特徴とする請求項１１に記載のヒューズ素子。
16. 前記ヒューズリンクは、溶断領域を形成するための、前記反応性部材によって離隔された第１及び第２の端部を備えることを特徴とする請求項１１に記載のヒューズ素子。
17. 結合表面を有する導電性のヒューズリンクを提供する工程と；
    反応性部材を前記ヒューズリンクの前記結合表面に隣接して位置合わせする工程であって、前記反応性部材はエネルギー入力に応じて自己伝播性発熱反応を起こすように構成された複数のナノ層を有する、工程と；
    溶断領域を確立する工程であって、前記溶断領域は前記反応性部材とヒューズリンクとの間に形成される、工程と；
    前記反応性部材を前記結合表面に固定する工程と；
    を備えてなる、ヒューズ素子を形成する方法。
18. 前記導電性ヒューズリンクは、中空の内部を有する円柱状のヒューズリンクであることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記反応性部材は、前記ヒューズリンクの前記中空の内部に支持されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記溶断領域は、前記ヒューズリンクの第１の端部と前記ヒューズリンクの第２の端部とを囲み、前記ヒューズリンクの前記第２の端部は前記第１の端部の遠位に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 前記反応性部材は、前記結合表面に隣接して貼り付けられたシリコーンカバーを用いて固定されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
22. 前記反応性部材は、前記ヒューズリンクと前記反応性部材との間に配置された接着剤を用いて固定されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
    

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