JP2007059274A - Chip type fuse element, method of manufacturing same, and soluble paste used for method of manufacturing same - Google Patents
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本発明は、可溶体を有するチップ型ヒューズ素子及びその製造方法に関し、さらにはチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いられる可溶体ペーストに関する。 The present invention relates to a chip-type fuse element having a fusible body and a method for manufacturing the chip-type fuse element, and further relates to a fusible paste used in a method for manufacturing a chip-type fuse element.
チップ型ヒューズ素子としては、絶縁基板上に金属被膜等からなる幅狭の可溶体を形成し、可溶体の両端に端子電極を接続した構造のものが知られている。このような可溶体を形成する方法としては、蒸着やスパッタ等の真空技術を利用した方法（例えば特許文献１、特許文献２等参照）がある。真空技術を利用した方法は、可溶体の線幅を細くしたり膜厚を小さくしたりすることによる可溶体の高抵抗化が容易であること等から、広く用いられている。
As a chip-type fuse element, one having a structure in which a narrow fusible body made of a metal film or the like is formed on an insulating substrate and terminal electrodes are connected to both ends of the fusible body is known. As a method for forming such a soluble material, there is a method using a vacuum technique such as vapor deposition or sputtering (for example, refer to
一方近年、可溶体を形成する方法として、印刷法が大きな注目を集めている。例えば特許文献３等においては、Ａｇ系のペーストのスクリーン印刷による厚膜技術を用いて可溶体を形成することが記載されている。印刷法は真空技術で必要とされるような大規模な製造設備が不要であることから、チップ型ヒューズ素子の製造コストを大幅に低減可能な方法として期待されている。
しかしながら、真空技術を利用した場合と比較すると、印刷法では可溶体の線幅や膜厚を小さくすること、すなわち可溶体の断面積を小さくすることに限界がある。例えば印刷法において、線幅８０μｍ未満や膜厚５μｍ以下のような高精細な可溶体を実現することは難しい。このように印刷法では形成される可溶体の断面積が大きくなる結果、可溶体の抵抗値が低下する傾向にあり、溶断時間が長くなってしまう。これは、速断性の要求されるチップ型ヒューズ素子を作製しようとする場合、特に大きな問題となる。 However, compared with the case of using a vacuum technique, the printing method has a limit in reducing the line width and film thickness of the fusible body, that is, reducing the cross-sectional area of the fusible body. For example, in the printing method, it is difficult to realize a high-definition soluble material having a line width of less than 80 μm and a film thickness of 5 μm or less. Thus, in the printing method, as a result of an increase in the cross-sectional area of the fusible body to be formed, the resistance value of the fusible body tends to decrease, and the fusing time becomes longer. This is a particularly serious problem when trying to fabricate a chip-type fuse element that requires quick disconnection.
また、印刷法を利用する場合、例えば真空技術等を利用する場合に比べて材料選択の幅が狭いため、可溶体の抵抗値設計が困難であるという問題もある。チップ型ヒューズ素子の製造者に対しては、定格電流や溶断時間等を様々に変化させたチップ型ヒューズ素子をバリエーション豊富に揃えておくことが要請されるが、所望の抵抗値を有する可溶体の作製が困難であると、前述の要請への対応が不十分となるおそれがある。チップ型ヒューズ素子のバリエーションを揃えるには、可溶体の長さ等、可溶体形状を適宜変更することによって対応するのが一般的であるが、このような可溶体形状の変更による対応は製造上煩雑であるため、より簡易な技術で可溶体の抵抗値を制御し得る技術が要求されている。 In addition, when the printing method is used, there is a problem that it is difficult to design the resistance value of the fusible body because the range of material selection is narrower than when the vacuum technique or the like is used. The chip-type fuse element manufacturer is required to have a wide variety of chip-type fuse elements with various changes in rated current, fusing time, etc. If it is difficult to manufacture, there is a possibility that the response to the above-mentioned request may be insufficient. In general, chip-type fuse elements can be matched by changing the form of the fusible element, such as the length of the fusible element, as appropriate. Since it is complicated, a technique capable of controlling the resistance value of the fusible body with a simpler technique is required.
なお、真空技術を用いて可溶体を形成する場合、印刷法に比べると前述のような問題は軽微なものであると一般に認識されているが、将来的には速断性やバリエーション増大等の要請への対応が不十分となることも予想される。したがって、真空技術を利用したチップ型ヒューズ素子においても、印刷法と同様にさらなる改良が望まれるところである。 In addition, when forming a fusible material using vacuum technology, it is generally recognized that the problems described above are minor compared to printing methods, but in the future there will be demands for quick cuts and increased variations. It is expected that the response to will be insufficient. Therefore, further improvement is desired in the chip-type fuse element using the vacuum technology as well as the printing method.
そこで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、例えば低コストな印刷法を利用して可溶体を形成した場合であっても、可溶体を高抵抗化して溶断時間の短縮を図るとともに、可溶体の抵抗値の設計を容易なものとすることが可能なチップ型ヒューズ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、溶断時間が短く所望の抵抗値を有するチップ型ヒューズ素子を低コストにて製造することが可能な可溶体ペーストを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of such a conventional situation. For example, even when a fusible body is formed by using a low-cost printing method, the fusible body is made to have a high resistance and has a fusing time. It is an object of the present invention to provide a chip-type fuse element and a method for manufacturing the same, which can shorten the resistance of the fusible body and can easily design the resistance value of the fusible element. Another object of the present invention is to provide a fusible paste capable of producing a chip-type fuse element having a desired resistance value at a low cost with a short fusing time.
前述の目的を達成するために、本発明に係るチップ型ヒューズ素子は、基板上に可溶体が形成されてなるチップ型ヒューズ素子であって、前記可溶体は金属と金属酸化物とを含み、前記金属酸化物は、前記金属と当該金属よりも酸化し易い金属とを混合又は合金化した後、前記酸化し易い金属を選択的に酸化したものであることを特徴とする。 To achieve the above object, a chip-type fuse element according to the present invention is a chip-type fuse element in which a fusible body is formed on a substrate, and the fusible body includes a metal and a metal oxide, The metal oxide is obtained by mixing or alloying the metal and a metal that is more easily oxidized than the metal, and then selectively oxidizing the metal that is easily oxidized.
通常の可溶体は単体金属や合金等、単一の金属からなる膜によって構成されるが、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、相対的に酸化し易い金属を選択的に酸化することにより、可溶体に金属と金属酸化物との両方を含ませている。金属酸化物は、金属酸化物の種類にもよるが、比抵抗が極めて高く可溶体として全く或いはほとんど機能しない。このため、金属酸化物の存在により、可溶体の実効的な断面積は実際の断面積より小さいものとなり、可溶体の高抵抗化が実現される。 A normal fusible body is composed of a film made of a single metal, such as a single metal or an alloy. In the above-described chip-type fuse element, a metal that is relatively easily oxidized is selectively oxidized. The fusible body contains both metal and metal oxide. Although the metal oxide depends on the type of metal oxide, it has a very high specific resistance and does not function at all or hardly as a soluble material. For this reason, due to the presence of the metal oxide, the effective cross-sectional area of the fusible body becomes smaller than the actual cross-sectional area, and a high resistance of the fusible body is realized.
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、可溶体における金属と金属酸化物と存在比率を変えることで、可溶体の抵抗値を所望の値に制御することができる。このため、可溶体の膜厚、幅や長さ等の形状を変更することなく、可溶体の抵抗値設計が容易なものとなる。 In the above-described chip-type fuse element, the resistance value of the fusible body can be controlled to a desired value by changing the abundance ratio between the metal and the metal oxide in the fusible body. For this reason, the resistance value design of a soluble body becomes easy, without changing shapes, such as a film thickness of a soluble body, a width | variety, and length.
また、本発明に係るチップ型ヒューズ素子の製造方法は、金属粉末を含む可溶体ペーストを用いて印刷法により可溶体を形成するチップ型ヒューズ素子の製造方法であって、前記金属粉末として酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属を含む粉末とを用い、基板上に前記可溶体ペーストを印刷した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより前記易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることを特徴とする。 In addition, a method for manufacturing a chip-type fuse element according to the present invention is a method for manufacturing a chip-type fuse element in which a fusible body containing a metal powder is used to form a fusible body by a printing method, which is oxidized as the metal powder. Using a powder containing a difficultly oxidizable metal and a powder containing an oxidizable metal that is more easily oxidized than the refractory metal, printing the soluble paste on a substrate, and then heat-treating in an oxygen-containing atmosphere. Thus, the oxidizable metal is selectively oxidized to form a metal oxide.
以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、互いに酸化し易さの異なる複数種類の金属粉末を含む可溶体ペーストを酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、相対的に酸化し易い易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし、金属及び金属酸化物の両方を含む可溶体を形成する。得られる可溶体の実効的な断面積は、金属酸化物の存在によって実際の断面積より小さいものとなる。このため、印刷法を用いた場合であっても高抵抗な可溶体が形成される。したがって、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、可溶体の高抵抗化による溶断時間の短縮と印刷法の利点である低コスト化との両立が実現される。 In the method for manufacturing a chip-type fuse element as described above, a soluble paste containing a plurality of types of metal powders that are easily oxidizable with each other is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere, thereby being easily oxidizable. The metal is selectively oxidized to form a metal oxide, and a soluble body containing both the metal and the metal oxide is formed. The effective cross-sectional area of the resulting soluble material is smaller than the actual cross-sectional area due to the presence of the metal oxide. For this reason, even if it is a case where a printing method is used, a highly resistant soluble body is formed. Therefore, in the method of manufacturing a chip-type fuse element as described above, it is possible to achieve both the shortening of the fusing time by increasing the resistance of the fusible body and the cost reduction that is an advantage of the printing method.
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、可溶体ペースト中の難酸化性金属と易酸化性金属との配合比率を変えることで、可溶体における金属酸化物の存在比率を変え、結果として可溶体の抵抗値を制御することができる。したがって、材料の制約が大きい印刷法を用いた場合であっても、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。 Further, in the method of manufacturing a chip-type fuse element as described above, the ratio of the metal oxide in the fusible body is changed by changing the blending ratio of the hardly oxidizable metal and the easily oxidizable metal in the fusible paste. As a result, the resistance value of the soluble body can be controlled. Therefore, even when a printing method with a large material restriction is used, a soluble body having a desired resistance value can be easily formed without changing the shape of the soluble body.
さらに、本発明に係るチップ型ヒューズ素子の製造方法は、基板上に薄膜形成法により酸化し難い難酸化性金属と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属との合金薄膜を形成した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより前記易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし可溶体を形成することを特徴とする。 Furthermore, the manufacturing method of the chip-type fuse element according to the present invention forms an alloy thin film of a hardly oxidizable metal that is difficult to oxidize on a substrate and a oxidizable metal that is easier to oxidize than the hardly oxidizable metal. Then, the oxidizable metal is selectively oxidized by heat treatment in an oxygen-containing atmosphere to form a metal oxide and a soluble material.
以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、合金薄膜を形成した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、相対的に酸化し易い易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし、金属及び金属酸化物の両方を含む可溶体を形成する。本発明で得られる可溶体の実効的な断面積は、金属酸化物の存在によって実際の断面積より小さいものとなる。このため、高抵抗な可溶体が形成され、溶断時間の短縮が図られる。 In the method of manufacturing a chip-type fuse element as described above, after forming an alloy thin film, a heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere to selectively oxidize a oxidizable metal that is relatively easily oxidized, thereby oxidizing the metal. And forms a soluble body containing both metal and metal oxide. The effective cross-sectional area of the fusible body obtained by the present invention is smaller than the actual cross-sectional area due to the presence of the metal oxide. For this reason, a highly resistant fusible body is formed, and the fusing time is shortened.
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、合金薄膜の合金組成、すなわち難酸化性金属と易酸化性金属との比率を変えることで、可溶体における金属酸化物の存在比率を変え、結果として可溶体の抵抗値を制御することができる。したがって、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。 Further, in the method of manufacturing a chip-type fuse element as described above, by changing the alloy composition of the alloy thin film, that is, the ratio of the hardly oxidizable metal to the easily oxidizable metal, the abundance ratio of the metal oxide in the fusible body is changed. As a result, the resistance value of the fusible body can be controlled. Therefore, a soluble body having a desired resistance value can be easily formed without changing the shape of the soluble body.
さらにまた、本発明に係る可溶体ペーストは、金属粉末を含み、酸素含有雰囲気中で熱処理されて可溶体を形成する可溶体ペーストであって、前記金属粉末として、酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と、当該難酸化性金属よりも酸化し易く、前記焼成により酸化される易酸化性金属を含む粉末とを用いることを特徴とする。 Furthermore, the soluble body paste according to the present invention is a soluble body paste containing a metal powder and heat-treated in an oxygen-containing atmosphere to form a soluble body, and the metal powder includes a hardly oxidizable metal that is difficult to oxidize. And a powder containing an easily oxidizable metal that is more easily oxidized than the hardly oxidizable metal and is oxidized by the firing.
難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末とを含む可溶体ペーストを用いることで、金属及び金属酸化物が混在した膜からなり、高抵抗な可溶体が形成される。このため、本発明の可溶体ペーストを用いることで、可溶体の高抵抗化による溶断時間の短縮と印刷法の利点である低コスト化との両立が実現される。また、可溶体ペースト中の難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との配合比率を変えることで、可溶体の形状等を変更することなく、所望の抵抗値を有する可溶体が容易に形成される。 By using a soluble paste containing a hardly oxidizable metal powder and an easily oxidizable metal powder, it is composed of a film in which metal and metal oxide are mixed, and a highly resistant soluble body is formed. For this reason, by using the soluble paste of the present invention, it is possible to achieve both shortening of the fusing time by increasing the resistance of the soluble material and reducing the cost, which is an advantage of the printing method. In addition, by changing the blending ratio of the hardly oxidizable metal powder and the easily oxidizable metal powder in the soluble paste, a soluble material having a desired resistance value can be easily formed without changing the shape of the soluble material. Is done.
なお、本発明でいう「酸化し易い」、「易酸化性」、「酸化し難い」及び「難酸化性」とは、２種類以上の金属の酸化のし易さを相対的に表現したものであり、金属そのものの絶対的な性質を表現しているわけではない。複数種類の金属の相対的な酸化のし易さは、エリンガム図に基づいて判別する。エリンガム図に記載されていない金属については、複数種類の金属を酸素雰囲気中で熱処理した場合、より酸化の進行した一方の金属が「酸化し易い」又は「易酸化性」金属に対応し、他方が「酸化し難い」又は「難酸化性」金属に対応する。 In the present invention, “easy to oxidize”, “easy to oxidize”, “difficult to oxidize”, and “difficult to oxidize” represent relatively easy to oxidize two or more metals. It does not represent the absolute nature of the metal itself. The relative ease of oxidation of multiple types of metals is determined based on the Ellingham diagram. For metals not listed in the Ellingham diagram, when multiple types of metals are heat-treated in an oxygen atmosphere, one of the more advanced metals corresponds to a metal that is “easy to oxidize” or “easy to oxidize”, and the other Corresponds to “hard to oxidize” or “hardly oxidizable” metals.
本発明に係るチップ型ヒューズ素子においては、複数種類の金属の混合物又は合金のうち易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とし、可溶体を擬似的に高精細化することにより可溶体を高抵抗化している。そのため本発明によれば、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を提供することができる。また、本発明によれば、可溶体の抵抗値設計が容易なものとなり、様々な抵抗値をもつチップ型ヒューズ素子を提供することができる。 In the chip-type fuse element according to the present invention, it is possible to selectively oxidize an oxidizable metal from a mixture or alloy of a plurality of types of metals to form a metal oxide, and to make a fusible substance high-definition. The resistance of the solution is increased. Therefore, according to the present invention, a chip-type fuse element with a short fusing time can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to easily design the resistance value of the fusible body, and it is possible to provide chip-type fuse elements having various resistance values.
また、本発明によれば、難酸化性金属を含む粉末と易酸化性金属を含む粉末とを含む可溶体ペーストを用い、易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることにより、可溶体の擬似的な高精細化を図り、可溶体を高抵抗化している。したがって、本発明によれば、印刷法の利点である低コスト化と、可溶体を高抵抗化することによる溶断時間の短縮とを両立したチップ型ヒューズ素子を製造することができる。また、可溶体ペーストの組成を制御することで可溶体における金属と金属酸化物との存在比率を容易に制御できるため、例えば可溶体の長さ等を変化させることなく様々な抵抗値を有するチップ型ヒューズ素子を製造することができる。 Moreover, according to the present invention, by using a soluble paste containing a powder containing a hardly oxidizable metal and a powder containing a readily oxidizable metal, the easily oxidizable metal is selectively oxidized to form a metal oxide. The fusible body is simulated to have a higher definition and the fusible body has a higher resistance. Therefore, according to the present invention, it is possible to manufacture a chip-type fuse element that achieves both the cost reduction, which is an advantage of the printing method, and the shortening of the fusing time by increasing the resistance of the fusible body. In addition, since the ratio of the metal and metal oxide in the soluble body can be easily controlled by controlling the composition of the soluble body paste, for example, chips having various resistance values without changing the length of the soluble body Mold fuse elements can be manufactured.
さらに、本発明によれば、薄膜形成法を用いて形成した場合においても、合金薄膜中の易酸化性金属を選択的に酸化することにより可溶体を高抵抗化し、溶断時間のさらなる短縮を図ることができる。それに加えて、薄膜形成法を用いて形成した場合においても、可溶体における金属と金属酸化物との存在比率を容易に制御できるため、例えば可溶体の長さ等を変化させることなく様々な抵抗値を有するチップ型ヒューズ素子を製造することができる。 Furthermore, according to the present invention, even when the thin film forming method is used, the fusible body is increased in resistance by selectively oxidizing the easily oxidizable metal in the alloy thin film, thereby further shortening the fusing time. be able to. In addition, even when the thin film formation method is used, the resistance ratio between the metal and the metal oxide in the soluble body can be easily controlled. For example, various resistances can be obtained without changing the length of the soluble body. A chip-type fuse element having a value can be manufactured.
以下、本発明を適用したチップ型ヒューズ素子及びその製造方法、並びにチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いる可溶体ペーストについて、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a chip-type fuse element to which the present invention is applied, a method for manufacturing the chip-type fuse element, and a fusible paste used for the method for manufacturing the chip-type fuse element will be described in detail with reference to the drawings.
本発明を適用したチップ型ヒューズ素子は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、チップ状の基板１と、基板１上に形成された可溶体２とを基本的に備えるものである。ここで、可溶体２は、印刷法を利用して例えば５μｍ以上の厚膜に形成されても、スパッタ法を利用して例えば５μｍ未満の薄膜に形成されても構わないが、例えばスパッタ法等の真空技術を利用する場合に比較して製造コストの大幅な削減が可能であり、低価格なチップ型ヒューズ素子を提供し得る点において、印刷法は好適な技術である。
A chip-type fuse element to which the present invention is applied basically includes a chip-
基板１は、可溶体２の支持体となるものであり、例えば角形状に形成されている。基板１を構成する材料としては限定されるものではなく、この種のチップ型ヒューズ素子に用いられる材料をいずれも使用可能である。基板１を構成する材料としては、例えば、低い熱伝導性を示す絶縁材料を用いることができ、より具体的には、Ａｌ２Ｏ３、ガラスセラミック等の絶縁材料を用いることができる。
The board |
可溶体２は、例えば定格電流の２倍を超えるような過大な電流が流れたときに溶断することにより、チップ型ヒューズ素子が組み込まれた電気回路等の保護を図るものである。
The
本発明の可溶体２は、金属と金属酸化物とを、例えばこれらが混合したような状態で含んでいる。このうち金属酸化物は、複数種類の金属を混合又は合金化した後、酸素含有雰囲気中で熱処理し、一部の種類の金属を選択的に酸化することにより生成したものである。このため、可溶体２を構成する金属と金属酸化物との組み合わせを選択するに際しては、金属酸化物の原料金属として、可溶体２に含まれる金属よりも酸化し易い金属を用いる必要がある。
The
ここで、可溶体２に含まれる金属は相対的に酸化し難いことから難酸化性金属と呼ぶことができ、一方、金属酸化物を構成する金属は相対的に酸化し易いことから易酸化性金属と呼ぶことができる。なお、本発明でいう「難酸化性」「易酸化性」とは、複数種類の金属においてどちらの金属が酸化し易いか、酸化し難いかというような、酸化のし易さを相対的に表すものである。すなわち、金属そのものの絶対的な性質を表すものではない。例えばＣｕは、Ｎｉと組み合わせたときは難酸化性金属に該当するが、Ａｇと組み合わせたときは易酸化性金属に該当する。金属の相対的な酸化のし易さは、例えばエリンガム図に基づいて判別することができる。
Here, since the metal contained in the
可溶体２に含まれる金属及び金属酸化物の組み合わせ、すなわち難酸化性金属と易酸化性金属の組み合わせとしては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｂｉ等から２種以上を選択し、一部を金属（難酸化性金属）、残りを金属酸化物（易酸化性金属）とする組み合わせが挙げられる。中でも、金属としてＡｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種と、金属酸化物としてＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＺｎＯ、ＧｅＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＮｉＯから選ばれる少なくとも１種との組み合わせが好適である。また、金属としてＣｕと、金属酸化物としてＮｉＯ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３から選ばれる少なくとも１種との組み合わせも好適である。
Combinations of metals and metal oxides contained in the
可溶体２の平面形状は、例えば図１に示すような、電極３間に幅狭の狭隘部を持つ形状とされるが、これに限らず様々な形状とすることができる。
The planar shape of the
可溶体２における金属と金属酸化物との比率は、チップ型ヒューズ素子の用途や可溶体２の抵抗値等に応じて適宜定めればよいが、例えば質量比で９５：５〜２０：８０であることが好ましい。可溶体２における金属の存在比率が前記範囲を越える、すなわち金属酸化物の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体２における金属の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち金属酸化物の比率が前記範囲を越えると、抵抗値が高くなりすぎて可溶体２として不適当となるおそれがある。
The ratio of the metal to the metal oxide in the
可溶体２の両端には、外部電極となる端子電極３が接続される。端子電極３の構成は特に限定されるものではなく、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等の良導電材料を含む厚膜、前記良導電材料のめっき膜、前記良導電材料を含む樹脂等から構成される。
また、チップ型ヒューズ素子は、一般に、可溶体２を被覆する保護層４を備える。保護層４は、可溶体２に所定の電流値を超える過電流が流れることによって可溶体２が溶断した際、溶断した可溶体２を確実に絶縁するとともに、可溶体２を構成する材料の飛散を防止するものである。保護層４としては、例えばＺｎＯ系ガラス、ＣａＯ系ガラス、Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、ＳｒＯ系ガラス等のガラス、シリコーン樹脂等を用いることができる。
The chip-type fuse element generally includes a protective layer 4 that covers the
さらに、図２に示すように、必要に応じて基板１と可溶体２との間に蓄熱層５を配置してもよい。蓄熱層５を構成する材料としては特に限定されないが、低い熱伝導性を示す材料を用いることが好ましく、例えば樹脂やガラス等を挙げることができる。蓄熱層は、多孔質構造とすることもできる。
Furthermore, as shown in FIG. 2, a
金属酸化物は金属に比べて極めて高い比抵抗を示し、例えば絶縁性を示す。このため、金属とともに金属酸化物を含む可溶体２の実効的な断面積は、金属酸化物の存在によって、実際の断面積より小さいものとなる。つまり金属酸化物の存在により可溶体２の擬似的な高精細化が図られることになる。したがって、可溶体２の実際の断面積を小さくすることなく、可溶体２の高抵抗化が実現され、結果として溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を実現することができる。
A metal oxide exhibits a very high specific resistance as compared with a metal, for example, exhibits insulating properties. For this reason, the effective cross-sectional area of the
なお、通常の印刷法で可溶体を形成する場合、高精細化が難しいため可溶体の抵抗値が低下し易いという欠点がある。これに対し本発明によれば、可溶体２の実際の形状を変更することなく可溶体２を擬似的に高精細化するため、このような印刷法の欠点を補うことができる。したがって、可溶体２が印刷法で形成されたものである場合、チップ型ヒューズ素子の低コスト化と、可溶体２の高抵抗化による優れた溶断特性とを両立することができる。
In addition, when forming a soluble body with a normal printing method, since the high definition is difficult, there exists a fault that the resistance value of a soluble body falls easily. On the other hand, according to the present invention, since the
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子においては、可溶体２における金属と金属酸化物との存在比率を変えることで、可溶体２の抵抗値を所望の値に制御することができる。このため、例えば可溶体の長さ等、実際の形状を変更することなく、可溶体２の抵抗値の設計を容易に行うことができる。
In the above-described chip-type fuse element, the resistance value of the
以下、以上のような構成のチップ型ヒューズ素子を印刷法を利用して製造する製造方法について説明する。 Hereinafter, a manufacturing method for manufacturing the chip-type fuse element having the above-described configuration using a printing method will be described.
先ず、基板１上に可溶体ペーストを例えばスクリーン印刷等により可溶体の形状に印刷する。
First, a soluble paste is printed on the
本発明のチップ型ヒューズ素子の製造方法に用いられる可溶体ペーストは、少なくとも金属粉末を含み、これが有機ビヒクルと混合されて調製される。ここで、金属粉末としては、難酸化性金属を含む粉末（難酸化性金属粉末）と、難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属を含む粉末（易酸化性金属粉末）とを用いる。 The fusible paste used in the method for manufacturing a chip-type fuse element of the present invention contains at least a metal powder and is prepared by mixing with an organic vehicle. Here, as the metal powder, a powder containing a hardly oxidizable metal (hardly oxidizable metal powder) and a powder containing an easily oxidizable metal that is more easily oxidized than the hardly oxidizable metal (easy oxidizable metal powder) are used. .
可溶体ペーストにおける難酸化性金属と易酸化性金属との組み合わせは任意であるが、先に説明したように、例えばエリンガム図に基づいて適当な金属をそれぞれ選択すればよい。例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｂｉ等から２種以上を選択すればよく、具体的には、難酸化性金属としてＡｇと、易酸化性金属としてＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種との組み合わせが好適である。Ａｇ粉末は、特殊な制御を必要とすることなく大気雰囲気中で焼成可能であり、難酸化性金属粉末として好適な材料である。易酸化性金属粉末としては、容易に酸化し、高い絶縁性を示すことから、Ａｌ粉末を用いることが好ましい。 The combination of the hardly oxidizable metal and the easily oxidizable metal in the soluble paste is arbitrary, but as described above, for example, an appropriate metal may be selected based on the Ellingham diagram. For example, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Al, Si, Ti, Zr, Cu, Ni, Ge, Cr, Fe, Co, Zn, Nb, Mo, Ta, W, Sn, Bi, etc. Specifically, Ag may be selected as the hardly oxidizable metal, and Al, Si, Ti, Cr, Fe, Co, Zn, Ge, Nb, Mo, Sn, Ta, W as the easily oxidizable metal. A combination with at least one selected from Bi, Cu and Ni is preferred. Ag powder can be fired in the air atmosphere without requiring special control, and is a suitable material as a hardly oxidizable metal powder. As the easily oxidizable metal powder, it is preferable to use Al powder because it easily oxidizes and exhibits high insulation.
また、難酸化性金属と易酸化性金属との組み合わせとしては、難酸化性金属としてＣｕと、易酸化性金属としてＮｉ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種との組み合わせも好ましい。Ｃｕ及びＮｉは、様々な粒径の粉末の入手が比較的容易である点で有利である。 Further, the combination of the hardly oxidizable metal and the easily oxidizable metal is also preferably a combination of Cu as the hardly oxidizable metal and at least one selected from Ni and Zn as the easily oxidizable metal. Cu and Ni are advantageous in that it is relatively easy to obtain powders of various particle sizes.
可溶体ペーストにおける難酸化性金属と易酸化性金属との配合比率は、チップ型ヒューズ素子の用途や抵抗値等に応じて適宜定めればよいが、例えば質量比で９５：５〜２０：８０とすることが好ましい。配合比率を前記範囲内とすることで、可溶体として適当な抵抗値と溶断時間の短縮とを両立することができる。難酸化性金属の存在比率が前記範囲を越える、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体ペーストにおける難酸化性金属の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を越えると、得られる可溶体２の抵抗値が高くなりすぎるおそれがある。
The blending ratio of the hardly oxidizable metal and the easily oxidizable metal in the soluble paste may be appropriately determined according to the use of the chip-type fuse element, the resistance value, and the like. For example, the mass ratio is 95: 5 to 20:80. It is preferable that By setting the blending ratio within the above range, it is possible to achieve both an appropriate resistance value as a soluble material and shortening of the fusing time. If the abundance ratio of the hardly oxidizable metal exceeds the above range, that is, the ratio of the easily oxidizable metal falls below the above range, the resistance of the
可溶体ペースト中の各種金属粉末の粒径は、可溶体ペーストの物性等を考慮して適宜最適なものを用いればよい。ただし、易酸化性金属粉末の粒径は可溶体２の膜厚以下であることが好ましい。易酸化性金属粉末は焼成後に金属酸化物からなる領域を形成するので、易酸化性金属粉末の粒径が可溶体２の膜厚を越えると可溶体２の形状維持が困難となるおそれがある。なお、易酸化性金属粉末の粒径は小さいほど好ましく、その下限は製造可能な粒径であれば特に限定されない。易酸化性金属粉末の粒径を小さくすることで、焼成後の可溶体２において金属からなる領域が連続的に存在し、可溶体２の溶断特性が安定化する。
The particle size of the various metal powders in the soluble paste may be appropriately optimized in consideration of the physical properties of the soluble paste. However, the particle size of the oxidizable metal powder is preferably less than or equal to the film thickness of the
有機ビヒクルは金属粉末をペースト化させる役割を有し、この種のペーストに用いられるものがいずれも使用可能である。有機ビヒクルは、バインダを有機溶剤中に溶解することによって調製されるものである。バインダとしては、特に限定されず、例えば、エチルセルロース、ポリビニルブチラール等、各種バインダから適宜選択すればよい。有機溶剤も限定されず、テルピネオール、ブチルカルビトール、アセトン、トルエン等、各種有機溶剤から適宜選択すればよい。さらに、可溶体ペーストの物性を調節するために、分散剤等の各種添加剤を加えてもよい。 The organic vehicle has a role of making the metal powder into a paste, and any of those used for this type of paste can be used. An organic vehicle is prepared by dissolving a binder in an organic solvent. It does not specifically limit as a binder, For example, what is necessary is just to select suitably from various binders, such as an ethyl cellulose and polyvinyl butyral. The organic solvent is not limited, and may be appropriately selected from various organic solvents such as terpineol, butyl carbitol, acetone, and toluene. Furthermore, in order to adjust the physical properties of the soluble paste, various additives such as a dispersant may be added.
基板１上に可溶体ペーストを印刷した後、焼成工程を実施する。焼成工程においては、可溶体ペーストを印刷した基板１を酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、可溶体ペースト中のバインダを除去するとともに、可溶体２を構成する金属等を焼き固める。
After the fusible paste is printed on the
本発明では酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、可溶体ペーストに含まれる易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とする必要があるが、前記焼成工程において易酸化性金属の選択的な酸化のための熱処理を同時に行うことができる。 In the present invention, it is necessary to selectively oxidize the oxidizable metal contained in the soluble paste by heat treatment in an oxygen-containing atmosphere to form a metal oxide. Heat treatment for efficient oxidation can be performed simultaneously.
この場合、焼成工程における雰囲気の酸素分圧は、易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、難酸化性金属の平衡酸素分圧より低く設定する。雰囲気中の酸素分圧を前記範囲内とすることで、難酸化性金属を酸化することなく易酸化性金属のみを選択的に酸化させて金属酸化物とし、金属と金属酸化物とを含む可溶体２が形成される。
In this case, the oxygen partial pressure of the atmosphere in the firing step is set higher than the equilibrium oxygen partial pressure of the easily oxidizable metal and lower than the equilibrium oxygen partial pressure of the hardly oxidizable metal. By setting the oxygen partial pressure in the atmosphere within the above range, only the oxidizable metal is selectively oxidized without oxidizing the refractory metal to form a metal oxide, and the metal and the metal oxide can be contained. A
前記酸素分圧の範囲は、図３に示すようなエリンガム図に基づいて算出することができる。例えば、焼成温度を９００℃とし、Ｎｉを金属として残存させ、Ａｌを酸化させて酸化物（Ａｌ２Ｏ３）とするような酸素分圧を求める場合を考える。Ａｌの平衡酸素分圧は、左上に位置する点Ｏと、Ａｌ酸化物に対応する線の温度９００℃における点ａとを結ぶ直線をＰＯ２スケールまで外挿した点ＰＯ２（Ａｌ）で示される。一方、Ｎｉの平衡酸素分圧は、左上に位置する点Ｏと、Ｎｉ酸化物に対応する線Ｂの温度９００℃における点ｂとを結ぶ直線をＰＯ２スケールまで外挿した点ＰＯ２（Ｎｉ）で示される。つまり、９００℃において、Ｘで示されるように、Ｎｉの線（ΔＧｏ）の下側であり、かつＡｌの線（ΔＧｏ）の下側に対応する酸素分圧であれば、Ａｌは酸化され、かつＮｉは金属のまま残存する。したがって、９００℃において、Ｎｉを金属として残存させ、かつＡｌを酸化させるという条件を満たす雰囲気の酸素分圧ＰＯ２は、図３中矢印Ｙで示される範囲であり、ＰＯ２（Ａｌ）＜ＰＯ２＜ＰＯ２（Ｎｉ）である。なお、ここではＮｉとＡｌを例に挙げたが、他の金属の組み合わせにおいても同様であることは言うまでもない。 The range of the oxygen partial pressure can be calculated based on an Ellingham diagram as shown in FIG. For example, consider a case where the firing temperature is 900 ° C., Ni is left as a metal, and oxygen partial pressure is obtained by oxidizing Al to form an oxide (Al 2 O 3 ). The equilibrium oxygen partial pressure of Al is indicated by a point P O2 (Al) obtained by extrapolating the straight line connecting the point O located at the upper left and the point a at a temperature of 900 ° C. corresponding to the Al oxide to the P O2 scale. It is. On the other hand, the equilibrium oxygen partial pressure of Ni has a point O located at the upper left, the straight line connecting the point b at a temperature 900 ° C. of the line B corresponding to the Ni oxide P O2 point was extrapolated to scale P O2 (Ni ). That is, at 900 ° C., as indicated by X, if the oxygen partial pressure is below the Ni line (ΔG o ) and corresponding to the lower side of the Al line (ΔG o ), Al is oxidized. Ni remains as a metal. Therefore, at 900 ° C., the oxygen partial pressure P O2 in an atmosphere that satisfies the condition of remaining Ni as a metal and oxidizing Al is in the range indicated by the arrow Y in FIG. 3, and P O2 (Al) <P It is O2 <P O2 (Ni). Here, Ni and Al are taken as an example, but it goes without saying that the same applies to other combinations of metals.
可溶体ペーストが難酸化性金属としてＡｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種と、易酸化性金属としてＣｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種とを含む場合、焼成工程での酸素含有雰囲気は例えば大気雰囲気とすることが好ましい。前記可溶体ペーストを印刷した後、焼成工程を大気雰囲気中で行うことで、ペースト中のバインダを除去し、可溶体２を構成する材料を焼き固めるとともに、易酸化性金属のみが酸化して金属酸化物となり、金属と金属酸化物とを含む可溶体２が形成される。
When the soluble paste includes at least one selected from Ag and Au as the hardly oxidizable metal and at least one selected from Cu, Ni, Zn, Sn, and Bi as the oxidizable metal, oxygen in the firing step The containing atmosphere is preferably an air atmosphere, for example. After the fusible paste is printed, the baking process is performed in an air atmosphere to remove the binder in the paste and to sinter and harden the material constituting the
なお、易酸化性金属の選択的な酸化のために行う酸素含有雰囲気中での熱処理は、焼成工程後に行うこともできる。この場合、焼成工程では、先ず、酸素含有雰囲気中で熱処理し、可溶体ペースト中のバインダを除去する。脱バインダの際の酸素含有雰囲気は、例えば大気雰囲気とすればよい。次に、酸化した金属を還元するために、還元雰囲気中で熱処理を行う。還元雰囲気としては、還元性ガスを含む雰囲気であればいかなるものであってもよく、例えばＨ２、メタン、Ａｒ２、ＣＯやこれらの混合ガス等を含む雰囲気を挙げることができ、窒素ガス雰囲気もここで言う還元雰囲気に該当する。その後、難酸化性金属と易酸化性金属との合金化のための熱処理を行う。この熱処理工程も、還元雰囲気で行うことが好ましい。 Note that the heat treatment in an oxygen-containing atmosphere performed for selective oxidation of the easily oxidizable metal can also be performed after the firing step. In this case, in the firing step, first, heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere to remove the binder in the soluble paste. The oxygen-containing atmosphere at the time of binder removal may be an air atmosphere, for example. Next, in order to reduce the oxidized metal, heat treatment is performed in a reducing atmosphere. The reducing atmosphere may be any atmosphere as long as it contains a reducing gas. For example, an atmosphere containing H 2 , methane, Ar 2 , CO, a mixed gas thereof, or the like can be given as a nitrogen gas atmosphere. Corresponds to the reducing atmosphere here. Thereafter, heat treatment for alloying the hardly oxidizable metal and the easily oxidizable metal is performed. This heat treatment step is also preferably performed in a reducing atmosphere.
焼成工程後、易酸化性金属を酸化するため、酸素含有雰囲気中で熱処理を行う。このときの雰囲気の酸素分圧を易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、難酸化性金属の平衡酸素分圧より低く設定することが好ましい。これにより、易酸化性金属のみが酸化して金属酸化物となり、金属と金属酸化物とを含む可溶体２が形成される。
After the firing step, heat treatment is performed in an oxygen-containing atmosphere in order to oxidize the easily oxidizable metal. It is preferable to set the oxygen partial pressure of the atmosphere at this time higher than the equilibrium oxygen partial pressure of the easily oxidizable metal and lower than the equilibrium oxygen partial pressure of the hardly oxidizable metal. Thereby, only an easily oxidizable metal oxidizes to become a metal oxide, and a
以上のように、易酸化性金属の選択的な酸化のための熱処理を焼成工程後に行う方法は、可溶体ペーストが難酸化性金属として通常の焼成工程（大気雰囲気中での熱処理）により酸化されやすい金属を含む場合に好適であり、可溶体ペーストが難酸化性金属としてＣｕを含む場合に特に好適である。 As described above, in the method of performing the heat treatment for selective oxidation of the easily oxidizable metal after the firing step, the soluble paste is oxidized as a hardly oxidizable metal by a normal firing step (heat treatment in the air atmosphere). It is suitable when it contains an easy metal, and is particularly suitable when the soluble paste contains Cu as a hardly oxidizable metal.
次に、基板１に端子電極３を形成する。例えば端子電極３を厚膜で形成するには、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等を含有する導電ペーストを印刷し、焼成すればよい。なお、端子電極３は、可溶体２の形成後に形成する場合に限らず、可溶体２を形成する前に予め形成しておいてもよい。また、端子電極３の焼成と可溶体２の焼成とを同時に行ってもよい。
Next, the
次に、形成した可溶体２を被覆するように保護膜４を形成する。以上のようにして、図１に示す構造のチップ型ヒューズ素子が作製される。
Next, the protective film 4 is formed so as to cover the formed
従来型の可溶体ペースト、例えばＡｇ粉末のみを含む可溶体ペーストを用いて印刷法により可溶体を形成する場合、印刷法では可溶体の線幅や膜厚等を小さくする等のいわゆる高精細化に限界があるため、可溶体の高抵抗化は難しい。 When a soluble material is formed by a printing method using a conventional soluble material paste, for example, a soluble material paste containing only Ag powder, so-called high definition such as reducing the line width or film thickness of the soluble material by the printing method. Therefore, it is difficult to increase the resistance of the soluble material.
これに対し、本発明では例えば難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末と含む可溶体ペーストを用いるとともに、易酸化性金属のみを酸化して金属酸化物に変化させることで、金属と金属酸化物とが混在した状態の可溶体２を形成している。通常、金属酸化物は極めて高い比抵抗を持つため、金属酸化物の存在により可溶体２の実効的な断面積は実際の断面積より小さいものとなる。つまり、可溶体２が擬似的に高精細化したことになる。したがって、高精細化が困難な印刷法を用いた場合であっても高抵抗値を有する可溶体２を形成することができる。また、印刷法は、例えば蒸着法やスパッタ法等、真空技術を利用する場合に比べ、製造設備等や製造工程が簡略化され、製造コストの低減を図る上で非常に有利である。このため、印刷法の利点である低コスト化と、高抵抗化により溶断時間の短縮とを両立したチップ型ヒューズ素子を製造することができる。
In contrast, in the present invention, for example, a soluble paste containing a hardly oxidizable metal powder and an easily oxidizable metal powder is used, and only the easily oxidizable metal is oxidized to be converted into a metal oxide, so that the metal and the metal oxide are oxidized. The
また、可溶体ペーストに含ませる難酸化性金属と易酸化性金属との配合比率を変えることによって、得られる可溶体２の抵抗値を任意の値に容易に設計することができる。可溶体２の抵抗値の設計が容易となるため、印刷法を利用した場合であっても、チップ型ヒューズ素子の抵抗値のバリエーションを容易に且つ豊富に揃えることができる。
Moreover, the resistance value of the
なお、図１に示すチップ型ヒューズ素子の可溶体２は、印刷法に限らず、蒸着法、めっき法、スパッタ法等の薄膜形成法によって形成してもよい。以下、薄膜形成法を用いて可溶体２を形成し、チップ型ヒューズ素子を製造する方法について説明する。以下説明するチップ型ヒューズ素子の製造方法は、基本的には、薄膜形成法により合金薄膜を形成する工程と、合金薄膜を酸素含有雰囲気中で熱処理して可溶体を形成する工程とを含んでいる。
The
先ず、基板１上に、薄膜形成法により例えば可溶体形状の合金薄膜を形成する。合金薄膜は、難酸化性金属と、難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属との合金からなるものである。
First, for example, a soluble alloy thin film is formed on the
薄膜形成法を利用する場合における難酸化性金属と易酸化性金属との組み合わせは、基本的には前述の可溶体ペーストの場合と同様に、例えばエリンガム図に基づいて適当な金属を選択すればよい。例えばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｇｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｂｉ等から２種以上を選択すればよく、具体的には、難酸化性金属としてＣｕ、Ａｇ、Ａｕから選ばれる少なくとも１種と、易酸化性金属としてＺｎ、Ａｌ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種との組み合わせが好適である。中でも、容易に酸化し、高い絶縁性を示すことから、易酸化性金属としてＡｌを用いることが好ましい。 The combination of a hardly oxidizable metal and an easily oxidizable metal when using a thin film forming method is basically the same as in the case of the aforementioned soluble paste, for example, by selecting an appropriate metal based on the Ellingham diagram, for example. Good. For example, Ag, Au, Pt, Pd, Ru, Rh, Al, Si, Ti, Zr, Cu, Ni, Ge, Cr, Fe, Co, Zn, Nb, Mo, Ta, W, Sn, Bi, etc. More specifically, a combination of at least one selected from Cu, Ag, and Au as the hardly oxidizable metal and at least one selected from Zn, Al, and Ni as the easily oxidizable metal may be selected. Is preferred. Among them, it is preferable to use Al as the easily oxidizable metal because it is easily oxidized and exhibits high insulating properties.
合金薄膜の組成、すなわち合金薄膜における難酸化性金属と易酸化性金属との比率は、チップ型ヒューズ素子の用途や抵抗値等に応じて適宜定めればよいが、例えば質量比で９５：５〜２０：８０とすることが好ましい。合金薄膜の組成を前記範囲内とすることで、可溶体として適当な抵抗値と溶断時間の短縮とを両立することができる。難酸化性金属の存在比率が前記範囲を越える、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を下回ると、可溶体２の高抵抗化が不十分となるおそれがある。逆に、可溶体２における難酸化性金属の存在比率が前記範囲を下回る、すなわち易酸化性金属の比率が前記範囲を越えると、得られる可溶体２の抵抗値が高くなりすぎるおそれがある。
The composition of the alloy thin film, that is, the ratio of the hardly oxidizable metal to the easily oxidizable metal in the alloy thin film may be appropriately determined according to the use of the chip-type fuse element, the resistance value, and the like. It is preferable to set it to -20: 80. By setting the composition of the alloy thin film within the above range, it is possible to achieve both an appropriate resistance value as a fusible body and shortening of the fusing time. If the abundance ratio of the hardly oxidizable metal exceeds the above range, that is, the ratio of the easily oxidizable metal falls below the above range, the resistance of the
薄膜形成法としては、公知の薄膜形成法を制限なく用いることができ、例えば真空蒸着法、電解めっきや無電解めっき等のめっき法、スパッタ法等が適当である。なお、所望の組成を有する合金薄膜を得るには、薄膜形成法により合金薄膜を形成する際に、難酸化性金属と易酸化性金属とを所定の比率で含む原料を用い、必要に応じて成膜条件等を制御すればよい。 As the thin film forming method, a known thin film forming method can be used without limitation. For example, a vacuum deposition method, a plating method such as electrolytic plating or electroless plating, a sputtering method, and the like are suitable. In order to obtain an alloy thin film having a desired composition, when forming an alloy thin film by a thin film formation method, a raw material containing a hardly oxidizable metal and an easily oxidizable metal in a predetermined ratio is used as necessary. The film forming conditions and the like may be controlled.
次に、合金薄膜を酸素含有雰囲気中で熱処理する。酸素含有雰囲気中で熱処理を行うことにより、合金薄膜を構成する易酸化性金属が酸化して金属酸化物となり、金属と金属酸化物とが混在した状態の可溶体２が形成される。
Next, the alloy thin film is heat-treated in an oxygen-containing atmosphere. By performing the heat treatment in an oxygen-containing atmosphere, the oxidizable metal constituting the alloy thin film is oxidized to form a metal oxide, and the
ここで、酸素含有雰囲気の酸素分圧は、難酸化性金属と易酸化性金属とのそれぞれの酸化し易さを考慮して決めることが好ましい。具体的には、酸素含有雰囲気中の酸素分圧を、易酸化性金属の平衡酸素分圧より高く、かつ、難酸化性金属の平衡酸素分圧より低く設定する。酸素含有雰囲気中の酸素分圧を前記範囲内とすることによって、難酸化性金属を酸化することなく易酸化性金属のみを選択的に酸化させて金属酸化物とすることができるため、所望の組成の可溶体２を確実に得ることができる。このような酸素分圧の範囲は、印刷法の場合と同様、図３に示すようなエリンガム図に基づいて算出することができる。
Here, the oxygen partial pressure of the oxygen-containing atmosphere is preferably determined in consideration of the ease of oxidation of the hardly oxidizable metal and the easily oxidizable metal. Specifically, the oxygen partial pressure in the oxygen-containing atmosphere is set to be higher than the equilibrium oxygen partial pressure of the easily oxidizable metal and lower than the equilibrium oxygen partial pressure of the hardly oxidizable metal. By setting the oxygen partial pressure in the oxygen-containing atmosphere within the above range, only the oxidizable metal can be selectively oxidized into a metal oxide without oxidizing the refractory metal. The
次に、基板１に端子電極３を形成する。例えば端子電極３を厚膜で形成するには、例えばＡｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等を含有する導電ペーストを印刷し、焼成すればよい。なお、端子電極３は、可溶体２の形成後に形成する場合に限らず、可溶体２を形成する前に予め形成しておいてもよい。
Next, the
次に、形成した可溶体２を被覆するように保護膜４を形成する。以上のようにして、図１に示す構造のチップ型ヒューズ素子が作製される。
Next, the protective film 4 is formed so as to cover the formed
以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法においては、基板１上に合金薄膜を形成した後に酸素含有雰囲気中で熱処理することにより、合金薄膜中の易酸化性金属を酸化させ金属酸化物からなる領域を形成し、金属と金属酸化物とが混在した可溶体２を形成している。通常、金属酸化物は極めて高い比抵抗を持つため、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法によれば、可溶体２の実際の線幅や膜厚を小さくすることなく可溶体２の擬似的な高精細化を図り、高抵抗値を有する可溶体２を形成することができる。したがって、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を製造することができる。
In the method of manufacturing a chip-type fuse element as described above, an alloy thin film is formed on the
また、以上のようなチップ型ヒューズ素子の製造方法によれば、可溶体２の高精細化が容易な薄膜形成法を利用するため、可溶体２の抵抗値のさらなる向上を図り、速断性の要求されるチップ型ヒューズ素子を容易に製造することができる。
Further, according to the method for manufacturing a chip-type fuse element as described above, since the thin film forming method that facilitates high definition of the
以下、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。なお、本発明が以下の実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。 Hereinafter, specific examples to which the present invention is applied will be described based on experimental results. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.
＜実験１＞
以下、互いに酸化し易さの異なる複数種類の粉末を含む可溶体ペーストを用いてチップ型ヒューズ素子を作製し、その特性を評価した。
<
Hereinafter, a chip-type fuse element was produced using a soluble paste containing a plurality of types of powders that are easily oxidized and the characteristics thereof were evaluated.
先ず、可溶体ペーストを作製した。金属粉末として難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末とを５０：５０（質量％）の割合で配合し、これら金属粉末と有機ビヒクルとを３本ロールミルで混練し、可溶体ペーストを得た。難酸化性金属粉末としてはＡｇ粉末（平均粒径１μｍ）又はＣｕ粉末（平均粒径１μｍ）を用いた。Ａｇ粉末に組み合わせる易酸化性金属粉末としてはＡｌ粉末、Ｓｉ粉末、Ｔｉ粉末、Ｃｒ粉末、Ｆｅ粉末、Ｃｏ粉末、Ｚｎ粉末、Ｇｅ粉末、Ｎｂ粉末、Ｍｏ粉末、Ｓｎ粉末、Ｔａ粉末、Ｗ粉末、Ｂｉ粉末、Ｃｕ粉末及びＮｉ粉末から選択して用いた。Ｃｕ粉末に組み合わせる易酸化性金属粉末としては、Ｎｉ粉末を用いた。
First, a soluble paste was prepared. As a metal powder, a hardly oxidizable metal powder and an easily oxidizable metal powder were blended at a ratio of 50:50 (mass%), and these metal powder and organic vehicle were kneaded by a three-roll mill to obtain a soluble paste. . As the hardly oxidizable metal powder, Ag powder (
有機ビヒクルは、バインダとしてエチルセルロースと、有機溶剤としてブチルカルビトールとを含むものである。なお、金属粉末と有機ビヒクルとの配合比は、得られた抵抗体ペーストがスクリーン印刷に適した粘度となるように設定した。 The organic vehicle contains ethyl cellulose as a binder and butyl carbitol as an organic solvent. The mixing ratio of the metal powder and the organic vehicle was set so that the obtained resistor paste had a viscosity suitable for screen printing.
次に、印刷工程において、基板上に前記可溶体ペーストを図１に示す形状にスクリーン印刷して乾燥させた。可溶体ペーストを印刷する際には、焼成後の可溶体の膜厚：２０μｍ、幅狭部の幅：１００μｍ、長さ：２．５ｍｍとなるように塗布した。基板としては、アルミナ基板を用いた。その後、焼成工程を実施した。 Next, in the printing process, the soluble paste was screen-printed on the substrate in the shape shown in FIG. 1 and dried. When printing the fusible paste, it was applied so that the film thickness of the fusible body after firing was 20 μm, the width of the narrow portion was 100 μm, and the length was 2.5 mm. An alumina substrate was used as the substrate. Then, the baking process was implemented.
難酸化性金属粉末としてＡｇ粉末を用いた場合の焼成工程では、この基板をベルト炉に入れ、大気中で脱バインダ処理を行い、焼成を行った。焼成温度は８００℃、その温度での保持時間は３０分間とした。これにより、ペースト中の易酸化性金属を酸化し、可溶体を得た。 In the firing step when Ag powder was used as the hardly oxidizable metal powder, this substrate was placed in a belt furnace, subjected to binder removal treatment in the atmosphere, and fired. The firing temperature was 800 ° C., and the holding time at that temperature was 30 minutes. Thereby, the easily oxidizable metal in the paste was oxidized to obtain a soluble material.
難酸化性金属粉末としてＣｕ粉末を用いた場合の焼成工程では、焼成工程は以下のように実施した。可溶体ペーストの印刷後、先ず、大気中、４００℃、１０分間の条件で脱バインダ処理を行い、次いで、Ｎ２−４％Ｈ２ガス雰囲気中、４００℃、１０分間の条件で還元処理を行った。さらに、Ｎ２ガス雰囲気中で９００℃の熱処理を行った。易酸化性金属粉末としてＮｉ粉末を組み合わせた場合、Ｃｕ−Ｎｉ合金が作製された。その後、雰囲気中の酸素分圧を１０−１２ＭＰａとし、８００℃、１０分間の条件で熱処理を行い、可溶体を得た。 In the firing step when Cu powder was used as the hardly oxidizable metal powder, the firing step was performed as follows. After printing the soluble paste, first, the binder removal treatment is performed in the atmosphere at 400 ° C. for 10 minutes, and then the reduction treatment is performed in the N 2 -4% H 2 gas atmosphere at 400 ° C. for 10 minutes. went. Further, heat treatment was performed at 900 ° C. in an N 2 gas atmosphere. When Ni powder was combined as the oxidizable metal powder, a Cu—Ni alloy was produced. Thereafter, the oxygen partial pressure in the atmosphere was set to 10 −12 MPa, and heat treatment was performed at 800 ° C. for 10 minutes to obtain a soluble material.
その後、可溶体の両端に接続するようにＡｇを含む電極を形成し、さらに、可溶体を被覆するように保護膜として可溶体を被覆するようにシリコーン樹脂からなる膜をスクリーン印刷により形成し、これを保護膜とした。以上のようにして、チップ型ヒューズ素子を得た。 Thereafter, an electrode containing Ag is formed so as to be connected to both ends of the soluble body, and further, a film made of a silicone resin is formed by screen printing so as to cover the soluble body as a protective film so as to cover the soluble body, This was used as a protective film. A chip-type fuse element was obtained as described above.
得られた各サンプルにつき、抵抗値及び溶断時間を測定した。溶断時間は、可溶体に４Ａの電流を流し始めてから可溶体が切断されるまでの時間とした。結果を表１に示す。 About each obtained sample, the resistance value and fusing time were measured. The fusing time was defined as the time from when the current of 4 A started to flow through the soluble material until the soluble material was cut. The results are shown in Table 1.
表１の結果から明らかなように、Ａｇ粉末の一部を易酸化性金属粉末に置き換えることにより難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との両方を含む可溶体ペーストを用い、易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることで、可溶体ペースト中の金属粉末の全量をＡｇ粉末とした場合に比較して、可溶体の抵抗値が高くなることが確認された。また、難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との両方を含む可溶体ペーストを用いることによって、溶断時間の大幅な短縮も確認された。 As is clear from the results in Table 1, by using a soluble paste containing both a hardly oxidizable metal powder and an easily oxidizable metal powder by replacing a part of the Ag powder with an easily oxidizable metal powder, it is easily oxidizable. It was confirmed that the resistance value of the fusible body was increased by selectively oxidizing the metal to form a metal oxide as compared with the case where the total amount of the metal powder in the fusible paste was Ag powder. In addition, the use of a soluble paste containing both a hardly oxidizable metal powder and an easily oxidizable metal powder was confirmed to significantly shorten the fusing time.
さらに、表１の結果から明らかなように、難酸化性金属粉末としてのＣｕ粉末と、易酸化性金属粉末としてのＮｉ粉末との組み合わせにおいても、焼成時にＮｉを選択的に酸化してＮｉ酸化物とすることで、難酸化性金属粉末としてＡｇ粉末を用いた場合と同様の効果を得られることが確認された。 Further, as is apparent from the results in Table 1, even in the combination of Cu powder as the hardly oxidizable metal powder and Ni powder as the easily oxidizable metal powder, Ni is selectively oxidized during firing to oxidize Ni. It was confirmed that the same effect as that obtained when Ag powder was used as the hardly oxidizable metal powder could be obtained.
＜実験２＞
実験２では、前記実験１で用いたＡｇ粉末とＮｉ粉末との組み合わせにおいて、各粉末の配合比率（質量％）を表２に示すように変化させた。それ以外は実験１と同様にしてチップ型ヒューズ素子を作製し、抵抗値及び溶断時間を測定した。結果を表２に示す。
<
In
表２の結果から明らかなように、難酸化性金属粉末と易酸化性金属粉末との配合比率には適正範囲が存在し、難酸化性金属粉末：易酸化性金属粉末＝２０：８０〜９５：５の範囲が好ましいことがわかる。 As is clear from the results in Table 2, there is an appropriate range in the blending ratio of the hardly oxidizable metal powder and the easily oxidizable metal powder, and the hardly oxidizable metal powder: the easily oxidizable metal powder = 20: 80 to 95. : It is understood that the range of 5 is preferable.
＜実験３＞
実験３では、印刷法に代えて可溶体を薄膜形成法（具体的にはスパッタ法）により形成し、得られたチップ型ヒューズ素子の特性を評価した。
<
In
難酸化性金属としてＣｕを、易酸化性金属としてＺｎ又はＡｌを用い、スパッタ法により、アルミナ基板上に難酸化性金属と易酸化性金属とを含む合金薄膜を形成した。合金薄膜は、膜厚：２μｍ、幅狭部の幅：１００μｍ、長さ：２．５ｍｍなる形状とした。合金薄膜における難酸化性金属と易酸化性金属との比率は、５０：５０（質量％）とした。 An alloy thin film containing a hardly oxidizable metal and an easily oxidizable metal was formed on an alumina substrate by sputtering using Cu as the hardly oxidizable metal and Zn or Al as the easily oxidizable metal. The alloy thin film had a thickness of 2 μm, a narrow width: 100 μm, and a length of 2.5 mm. The ratio of the hardly oxidizable metal to the easily oxidizable metal in the alloy thin film was 50:50 (mass%).
次に、酸素分圧を１０−３０ＭＰａとした雰囲気中で合金薄膜を熱処理して易酸化性金属を酸化し、可溶体を得た。このときの熱処理温度は３００℃、その温度での保持時間は１０分間とした。 Next, the alloy thin film was heat-treated in an atmosphere with an oxygen partial pressure of 10 −30 MPa to oxidize the oxidizable metal to obtain a soluble material. The heat treatment temperature at this time was 300 ° C., and the holding time at that temperature was 10 minutes.
その後、実験１と同様にして、可溶体の両端にＡｇを含む電極を形成し、さらに、シリコーン樹脂からなる保護膜を形成した。以上のようにして、チップ型ヒューズ素子を作製し、抵抗値及び溶断時間を測定した。結果を表３に示す。
Thereafter, in the same manner as in
表３の結果から明らかなように、可溶体を形成する際に薄膜形成法を用いた場合であっても、高抵抗値を示し、溶断時間の短いチップ型ヒューズ素子を作製可能であることが確認された。 As is clear from the results in Table 3, even when a thin film forming method is used when forming a fusible body, it is possible to produce a chip-type fuse element that exhibits a high resistance value and has a short fusing time. confirmed.
１ 基板、２ 可溶体、３ 電極、４ 保護層、５ 蓄熱層 1 substrate, 2 fusible body, 3 electrodes, 4 protective layer, 5 heat storage layer
Claims (17)
前記可溶体は金属と金属酸化物とを含み、
前記金属酸化物は、前記金属と当該金属よりも酸化し易い金属とを混合又は合金化した後、前記酸化し易い金属を選択的に酸化したものであることを特徴とするチップ型ヒューズ素子。 A chip-type fuse element in which a fusible body is formed on a substrate,
The soluble body contains a metal and a metal oxide,
The chip-type fuse element, wherein the metal oxide is obtained by mixing or alloying the metal and a metal that is more easily oxidized than the metal, and then selectively oxidizing the metal that is easily oxidized.
前記金属粉末として酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と当該難酸化性金属よりも酸化し易い易酸化性金属を含む粉末とを用い、
基板上に前記可溶体ペーストを印刷した後、酸素含有雰囲気中で熱処理することにより前記易酸化性金属を選択的に酸化して金属酸化物とすることを特徴とするチップ型ヒューズ素子の製造方法。 A method for manufacturing a chip-type fuse element that forms a soluble material by a printing method using a soluble paste containing metal powder,
Using a powder containing a hardly oxidizable metal that is not easily oxidized as the metal powder and a powder containing an easily oxidizable metal that is more easily oxidized than the hardly oxidizable metal,
A method of manufacturing a chip-type fuse element, wherein the fusible paste is printed on a substrate and then heat-treated in an oxygen-containing atmosphere to selectively oxidize the easily oxidizable metal into a metal oxide. .
前記金属粉末として、酸化し難い難酸化性金属を含む粉末と、当該難酸化性金属よりも酸化し易く、前記焼成により酸化される易酸化性金属を含む粉末とを用いることを特徴とする可溶体ペースト。 A soluble paste containing a metal powder and heat-treated in an oxygen-containing atmosphere to form a soluble body,
As the metal powder, a powder containing a hardly oxidizable metal that is difficult to oxidize, and a powder containing an easily oxidizable metal that oxidizes more easily than the hardly oxidizable metal and is oxidized by the firing may be used. Solution paste.
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