JP2011175893A

JP2011175893A - 抵抗温度ヒューズパッケージ、並びに抵抗温度ヒューズ

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Publication number: JP2011175893A
Application number: JP2010039799A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshige Miyawaki; 清茂宮脇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-02-25
Also published as: JP5489777B2

Abstract

【課題】作動特性を向上させることが可能な抵抗温度ヒューズパッケージ、並びに抵抗温度ヒューズを提供することを目的とする。
【解決手段】抵抗温度ヒューズであって、複数の基板を積層して成るとともに、最上層に位置する基板に凹部を有する基体と、前記基体上であって、前記凹部上を渡って設けられる温度ヒューズエレメントと、前記基体に設けられ、平面透視して前記温度ヒューズエレメントと重なる領域に形成される発熱抵抗体と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度ヒューズエレメントが実装される抵抗温度ヒューズパッケージ、並びに、外部からの信号に基づいて発熱抵抗体を高温にし、発熱抵抗体の温度に起因して温度ヒューズエレメントを溶断する抵抗温度ヒューズに関する。

近年、抵抗温度ヒューズパッケージ、並びに抵抗温度ヒューズの作動特性を向上させる開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。抵抗温度ヒューズの開発において、温度ヒューズエレメントの作動特性を良好にする技術が求められている。

特開平１１−９６８７１号公報

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作動特性を良好にすることが可能な抵抗温度ヒューズパッケージ、並びに抵抗温度ヒューズを提供することを目的とする。

本発明の実施の態様に係る抵抗温度ヒューズは、複数の基板を積層して成るとともに、最上層に位置する基板に凹部を有する基体と、前記基体上であって、前記凹部上を渡って設けられる温度ヒューズエレメントと、前記基体に設けられ、平面透視して前記温度ヒューズエレメントと重なる領域に形成される発熱抵抗体と、を備えたことを特徴とする。

本発明の実施の態様に係る抵抗温度ヒューズパッケージは、複数の基板を積層して成るとともに、最上層に位置する基板に凹部を有し、平面視して前記凹部を挟む両領域に渡って温度ヒューズエレメントが実装される実装面を有する基体と、前記基体内であって、平面透視して前記実装面と重なる領域に設けられる発熱抵抗体と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、作動特性を向上させることが可能な抵抗温度ヒューズパッケージ、並びに抵抗温度ヒューズを提供することができる。

本実施形態に係る抵抗温度ヒューズの概観を示す斜視図である。本実施形態に係る抵抗温度ヒューズパッケージの概観を示す斜視図である。本実施形態に係る抵抗温度ヒューズの基体の分解斜視図である。図２のＸ−Ｘ’に沿った、抵抗温度ヒューズの断面図である。一変形例に係る抵抗温度ヒューズの概観を示す斜視図である。一変形例に係る抵抗温度ヒューズの基体の分解斜視図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる抵抗温度ヒューズ、抵抗温度ヒューズパッケージの実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものとする。

＜抵抗温度ヒューズの概略構成＞
図１は、本実施形態に係る抵抗温度ヒューズの概観斜視図であって、温度ヒューズエレメントを被覆するフラックスを形成したものである。図２は、本実施形態に係る抵抗温度ヒューズパッケージの概観斜視図であって、温度ヒューズエレメント及びフラックスを除いた状態を示すものである。なお、図１のフラックスは、透過したものである。

また、図３は、第２図に示す温度ヒューズパッケージの分解斜視図である。図４は、図２のＸ−Ｘ’に沿った断面図である。

本実施形態の抵抗温度ヒューズ１は、回路保護素子として用いるものであって、特定の回路に異常検出器とともに組み込むものである。そして、回路の異常発生時に、異常検出器が回路の異常を検出し発熱抵抗体を通電する。その結果、抵抗温度ヒューズ１は、発熱抵抗体が高温となり、その温度によって温度ヒューズエレメントを溶断することで、回路の動作を緊急停止させるものである。

本実施形態に係る抵抗温度ヒューズ１は、抵抗温度ヒューズパッケージ２と、抵抗温度ヒューズパッケージ２に実装される温度ヒューズエレメント３とを備えている。

また、本実施形態に係る抵抗温度ヒューズパッケージ２は、複数の基板を積層して成るとともに、最上層に位置する基板に凹部Ｐを有し、平面視して凹部Ｐを挟む両領域に渡って温度ヒューズエレメント３が実装される実装面Ｒを有する基体４と、基体４に設けられ、平面透視して実装面Ｒと重なる領域に形成される発熱抵抗体５と、を備えている。

基体４は、絶縁性の基板を複数積層したものであって、例えば、アルミナ、ムライト又は窒化アルミ等のセラミック材料、或いはガラスセラミック材料等から成る。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。なお、基体４を構成する基板の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。また、基板の熱伝導率は、例えば、１４Ｗ／ｍ・Ｋ以上２００Ｗ／ｍ・Ｋ以下に設定されている。

基体４の最上層に位置する基板４ａの上面には、温度ヒューズエレメント３を実装したときに、温度ヒューズエレメント３と電気的に接続される電極層６が形成されている。

電極層６は、基体４と温度ヒューズエレメント３と間に設けられる。また、電極層６の一部は、基体４の上面から基体４の側面を介して基体４内にわたって形成されている。なお、本実施形態では、基体４の最上層に位置する第１基板を第１基板４ａとし、基体４の最上層の直下に位置する第２基板を第２基板４ｂとする。

基体４内にまで延在される電極層６の一部は、第２基板４ｂの上面にまで形成される。そして、第２基板４ｂの上面に形成される発熱抵抗体５と電気的に接続される。

電極層６は、温度ヒューズエレメント３が溶断したときに、電極層６の電気的接続状態が、電気的にオープンになるように形成されている。なお、電極層６は、温度ヒューズエレメント３と電気的に接続されるものであって、任意のパターンに形成されている。電極層６の幅は、例えば、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されている。ここで、電極層６の幅とは、電極層６に流れる電流方向と直交する方向の幅をいう。

温度ヒューズエレメント３との接合する電極層６の最上層が、温度ヒューズエレメント３を構成する主要成分の単一成分、複数成分による積層膜、或いは複数成分の合金膜からなる。かかる電極層６は、例えば、インジウム、ビスマス又は錫等の導電材料、或いはこ
れらの積層膜、或いはこれらの合金膜からなる。

電極層６の最上層を温度ヒューズエレメント３の構成主要成分の単一成分、複数成分による積層膜、或いは複数成分の合金膜とすることによって、発熱抵抗体５の熱が実装領域Ｒに伝わり、実装領域Ｒを含む温度ヒューズ搭載面に接合・接触している温度ヒューズエレメント３の溶融が開始される時に、電極層６と温度ヒューズエレメント３の接合箇所が溶融温度ヒューズエレメント組成物との濡れ性が良好なこと、又は当該接合箇所の周囲に位置する第１基板４ａの表面との濡れ性の差により、接合箇所と接合箇所の周囲に位置する第１基板４ａの表面との境界線を溶融温度ヒューズエレメント組成物の最外延部とする球状化、もしくは丘状化が促進されることにより、温度ヒューズエレメント３としての作動性能の安定化を図れる。

また、電極層６の最上層を構成する材料が、温度ヒューズエレメント３の構成成分組成に添加されることにより温度ヒューズエレメント３の組成物の溶融温度を低下させることができる温度ヒューズエレメント構成成分とすること、または、温度ヒューズエレメント３の構成成分組成に添加することにより温度ヒューズエレメント３の溶融温度を低下させる効果のある成分とすることにより、溶融温度ヒューズエレメントの最外延部となる球状化、もしくは丘状化が促進されることにより、温度ヒューズエレメントとしての作動性能の安定化を図れる。

基板４ａに形成される凹部Ｐは、第１基板４ａの中央位置に形成される。そして、凹部Ｐの隣接する領域にまで電極層６の一部が延在されている。さらに、その電極層６の一部と温度ヒューズエレメント３の一部が電気的に接続される。凹部Ｐは、基板４ａを貫通しており、基板４ａと基板４ｂを重ね合わせたときに、凹部Ｐから基板４ｂの上面の一部が露出する。凹部Ｐは、平面視して一辺の長さが、例えば１ｍｍ以上１１ｍｍ以下に設定されている。また、凹部Ｐの深さは、例えば０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。

凹部Ｐには、温度ヒューズエレメント３が溶断するときに、電極層６と温度ヒューズエレメント３との接合箇所における温度ヒューズエレメント３の組成物の球状化、もしくは丘状化により、吸収されなかった対向する接合箇所間の温度ヒューズエレメント３の組成物の溶融物が収容される。仮に、凹部Ｐが存在しないと、温度ヒューズエレメント３が溶断する温度になって溶融した温度ヒューズエレメント３の溶融物が、第１基板４ａに被着した状態となり、電極層６同士の間に微小な導体路が形成され、電極層６を電気的にオープンにできない虞がある。一方、凹部Ｐが存在すると、溶断物が凹部Ｐ内に流れ込み、電極層６を電気的にオープンにしやすくすることができる。

また、基体４の最下層に位置する第２基板４ｂは、抵抗温度ヒューズ１を外部の回路に設けるときに、土台となるものである。そして、基体４の最下層に位置する基板４ｂが外部の回路との接合用土台となることができる。

基体４の最下層に位置する第２基板４ｂの下面には、導電層７が形成されている。導電層７は、基体４の下面から基体４の側面を介して第１基板４ａと第２基板４ｂとの間に形成される。抵抗温度ヒューズ１とともに回路に組込まれた異常検出器による回路の異常検出により、導電層７を介して、発熱抵抗体５に通電し、発熱抵抗体５の温度を上昇させる。さらに、発熱抵抗体５の温度に起因して、温度ヒューズエレメント３を溶断することができる。なお、導電層７の幅は、例えば、０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されている。ここで、導電層７の幅とは、導電層７に流れる電流方向と直交する方向の幅をいう。

導電層７は、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀又は金等の金属材
料、或いはそれらの合金、複数の材料を混合した複合系材料、或いはそれらの材料の複合層からなる。

基体４の最上層に位置する第１基板４ａ上には、凹部Ｐを跨ぐように、温度ヒューズエレメント３が実装される。温度ヒューズエレメント３は、特定の温度以上になると溶断するものである。温度ヒューズエレメント３は、例えば、インジウム、ビスマス又は錫等の導電材料、或いはこれらの混合材料からなる。また、温度ヒューズエレメント３の溶断する融点は、例えば、８０℃以上１８０℃以下に設定されている。

温度ヒューズエレメント３の少なくともその一部は、平面透視したときに発熱抵抗体５と重なる領域に設けられ、矩形状に形成される。なお、温度ヒューズエレメント３の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であって、平面視したときの一辺の長さが、例えば、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下に設定されている。

発熱抵抗体５、平面透視して温度ヒューズエレメント３と重なる領域であって、温度ヒューズエレメント３と間を空けて基体４中に形成されている。発熱抵抗体５は、図３に示すように、基体４の第２基板４ｂの上面に形成されている。発熱抵抗体５は、温度ヒューズエレメント３に発熱した温度を伝えて、温度ヒューズエレメント３を溶断するものである。発熱抵抗体５は、温度ヒューズエレメント３と第１基板４ａを介して設けられている。

発熱抵抗体５は、図３に示すように、一端が電極層６と接続され、他端が導電層７と接続される。発熱抵抗体５は、所要の発熱量を確保するための抵抗値を有しており、その抵抗値確保方法の例示として、そのパターン形状は第２基板４ｂの上面にて何度も折れ曲がって形成されている。そして、発熱抵抗体５の幅は、電極層６及び導電層７の幅よりも小さく設定されている。発熱抵抗体５の幅を電極層６及び導電層７の幅よりも小さくすることで、発熱抵抗体５の電気抵抗を大きくし、発熱抵抗体５部分にて発生するジュール熱の制御を容易にすることができる。

発熱抵抗体５には、抵抗温度ヒューズとともに回路に組込まれた異常検出器による回路の異常検出によって、導電層７を介して発熱抵抗体５に通電する。そして、発熱抵抗体５の電気抵抗が大きいために、発熱抵抗体５の温度が上昇する。さらに、その温度が、第１基板４ａを介して温度ヒューズエレメント３に伝わり、温度ヒューズエレメント３が所定温度以上になると溶断する。なお、発熱抵抗体５は、例えば、タングステン又はプラチナ等の材料から成る。

温度ヒューズエレメント３は、フラックス８で被覆されている。フラックス８は、熱伝導性の優れた材料であって、例えば、松脂をテレピン油に溶かしてペースト状にしたもの、或いは塩化亜鉛等の材料から成る。フラックス８は、温度ヒューズエレメント３に発熱抵抗体５の温度を伝えやすくするものである。そして、発熱抵抗体５の温度と温度ヒューズエレメント３の温度差を小さくすることができる。

上述したように、本実施形態によれば、基体４の最上面に位置する第１基板４ａに凹部Ｐを設け、発熱抵抗体５の温度に起因して温度ヒューズエレメント３を溶断させたときに、凹部Ｐ内に溶断した温度ヒューズエレメント３の一部を流しこむことで、電極層６に流れる電流を効果的に遮断することができ、作動特性を向上させることが可能となる。その結果、作動特性を向上させることが可能な抵抗温度ヒューズパッケージ、並びに抵抗温度ヒューズを提供することができる。

なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において種々の変更、改良等が可能である。例えば、第１基板４ａ上に位置する一対の電極層６において、一方の電極層６の長さと他方の電極層６の長さを異なるように設定し、それに合わせて発熱抵抗体５の設ける箇所を変更してもよい。また、凹部Ｐ内に、凹部Ｐの内壁面から突出する凸部を設けてもよい。なお、凸部は、平面視して半円形に設定されている。

以下、本実施形態の変形例について説明する。なお、本実施形態の変形例に係る抵抗温度ヒューズ１のうち、本実施形態に係る抵抗温度ヒューズ１と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。

＜変形例＞
図５又は図６は、一変形例に係る抵抗温度ヒューズ１ｘの概観斜視図である。基体４の最上層には、平面視して温度ヒューズエレメント３と凹部Ｐを間に挟んだ位置に一対の溝部Ｐｘを形成してもよい。溝部Ｐｘは、平面視して温度ヒューズエレメント３の長辺を挟んで設けられており、その一部は凹部Ｐと連続して繋がって形成される。

溝部Ｐｘは、平面視して一辺の長さが例えば１ｍｍ以上１１ｍｍ以下に設定されている。また、溝部Ｐｘの深さは、例えば０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。溝部Ｐｘは、断熱空間として機能し、発熱抵抗体５からの熱が伝わりにくくすることができる。

溝部Ｐｘは、基体４の最上層に位置する第１基板４ａを貫通してもよい。そして、溝部Ｐｘから第１基板４ａの直下に位置する第２基板４ｂの上面の一部を露出している。

溝部Ｐｘは、平面透視して発熱抵抗体５の両側に形成されることにより、発熱抵抗体５から発せられる熱が溝部Ｐｘ及び凹部Ｐに伝わるよりも、その発熱抵抗体５と重なる領域上に位置する温度ヒューズエレメント３に向かって伝わりやすくすることができる。

本変形例によれば、発熱抵抗体５の発熱を凹部Ｐ及び溝部Ｐｘ以外の部分、特に、発熱抵抗体５と温度ヒューズエレメント３の間に位置する第１基板４ａに伝わりやすくすることができる。そして、第１基板４ａに伝わった熱をその直上に位置する温度ヒューズエレメント３に素早く伝え、所定温度にて温度ヒューズエレメント３を溶断することができる。つまり、発熱抵抗体５の発熱を素早く温度ヒューズエレメント３及び実装面Ｒに伝え、温度ヒューズエレメント３及び実装面Ｒの温度上昇を早くすることで、作動特性を良好にする事が可能となる。

本変形例に係る抵抗温度ヒューズ１ｘでは、基体４を三層構造とし、第２基板４ｂの直下に第３基板４ｃを設けている。さらに、第３基板４ｃに空洞部Ｐｙを設けている。

空洞部Ｐｙは、基体４内であって発熱抵抗体５よりも下方に設けられ、平面透視して発熱抵抗体５と重なる領域に設けられる。空洞部Ｐｙは、平面視したときのその一辺の長さが、例えば２ｍｍ上５ｍｍ以下に設定されている。また、空洞部Ｐｙの厚みは、例えば０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下に設定されている。空洞部Ｐｙは、断熱空間として機能し、外部から抵抗温度ヒューズに熱が伝わりにくくすることができる。なお、空洞部Ｐｙは、第３基板４ｃを貫通してもよい。そして、第２基板４ｂの下面の一部を露出している。

本変形例に係る抵抗温度ヒューズ１ｘを、外部の回路に設けたときに、外部の回路から伝わる熱を第２基板４ｂに伝えにくくすることができ、外部の温度影響による発熱抵抗体５の温度変化を抑制することができる。そして、発熱抵抗体５の温度を所望する温度にコントロールすることによって、外部の温度影響による抵抗温度ヒューズ１ｘの誤作動を抑
制するとともに、更に、抵抗温度ヒューズ１ｘの発熱抵抗体５が発熱した際の熱が外部の回路に伝わりにくくすることにより、抵抗温度ヒューズの温度上昇特性を向上させることができる。

また、本変形例に係る抵抗温度ヒューズ１ｘでは、電極層６は、断面視して凹部Ｐを間に介在させて二つに分かれており、電極層６の凹部Ｐと対向する端部６ｘが、湾曲している。

端部６ｘは、湾曲していることにより、温度ヒューズエレメント３が溶断したときに、その溶断した一部が端部６ｘの湾曲箇所に表面張力作用により吸着しやすくなる。溶断した温度ヒューズエレメント３の一部が、第１基板４ａの表面上において、端部６ｘに向かって引っ張られて、対向する一対の電極層６間を電気的にオープンにすることができる。

＜抵抗温度ヒューズの製造方法＞
ここで、図１に示す抵抗温度ヒューズ１、並びに抵抗温度ヒューズパッケージ２の製造方法について説明する。

先ず、基体４を構成する第１基板４ａ及び第２基板４ｂを準備する。基体４を構成する各基板が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム及び酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤、および溶剤等を添加混合して得た混合物よりグリーンシートを成型する。

また、タングステン又はモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤又は溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、グリーンシートの状態の第１基板４ａの上面に対して、金属ペーストを塗って、電極層６をパターニングする。

次に、グリーンシートの状態の第１基板４ａに貫通孔を形成する。なお、貫通孔は、複数の基板を積層後に、凹部Ｐとして機能する。

そして、第１基板４ａと同様に、第２基板４ｂ用のグリーンシートを成形する。また、第２基板４ｂの上面及び下面のそれぞれに、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って発熱抵抗体５、電極層６の一部及び導電層７の一部を形成する。さらに、第２基板４ｂの下面に対して、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って導電層７を形成する。

次に、第１基板４ａ及び第２基板４ｂを積層し、約１６００度の温度で一体焼成する。さらに、一体後の基体４の、温度ヒューズエレメント搭載部、回路基板実装部及び支持体の表面に所要のめっきを行う。ここでは、抵抗温度ヒューズについての個片製品の製法を述べたが、多数個取のシート形状による製造が量産性、コスト面からは好ましい。このようにして、抵抗温度ヒューズパッケージ２を作製することができる。

次に、基体４の上層に位置する第１基板４ａ上の所定箇所に温度ヒューズエレメント３を実装する。そして、温度ヒューズエレメント３と電極層６とを電気的に接続する。また、基体４上に、温度ヒューズエレメント３を被覆するようにフラックス８を形成する。このようにして、抵抗温度ヒューズ１を作製することができる。

なお、多数個取のシート形状にて作成した抵抗温度ヒューズパッケージ２の個々の抵抗温度ヒューズに相当する部位の所定箇所に温度ヒューズエレメント３を実装した後に、温度ヒューズエレメント３を被覆するようにフラックス８を形成し、その後に多数個取シー
トを個片に分割することが量産性、コスト面からは好ましい。

１抵抗温度ヒューズ
２抵抗温度ヒューズパッケージ
３温度ヒューズエレメント
４基体
４ａ第１基板
４ｂ第２基板
５発熱抵抗体
６電極層
７導電層
８フラックス
Ｐ凹部
Ｐｘ溝部
Ｐｙ空洞部
Ｒ実装面

Claims

複数の基板を積層して成るとともに、最上層に位置する基板に凹部を有する基体と、
前記基体上であって、前記凹部上を渡って設けられる温度ヒューズエレメントと、
前記基体に設けられ、平面透視して前記温度ヒューズエレメントと重なる領域に形成される発熱抵抗体と、を備えたことを特徴とする抵抗温度ヒューズ。
請求項１に記載の抵抗温度ヒューズであって、
前記基体と前記温度ヒューズエレメントとの間には、前記温度ヒューズエレメントと接続される電極層が更に設けられており、
前記電極層は、前記温度ヒューズエレメントの構成材料を含有していることを特徴とする抵抗温度ヒューズ。
請求項１又は請求項２に記載の抵抗温度ヒューズであって、
前記電極層は、断面視して前記凹部を間に介在させて二つに分かれており、前記電極層の前記凹部と対向する端部が、湾曲していることを特徴とする抵抗温度ヒューズ。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の抵抗温度ヒューズであって、
前記基体内であって前記発熱抵抗体よりも下方には、平面透視して前記発熱抵抗体と重なる領域に空洞部が設けられていることを特徴とする抵抗温度ヒューズ。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の抵抗温度ヒューズであって、
前記基体の最上層には、平面視して前記温度ヒューズエレメントと前記凹部を間に挟んだ位置に一対の溝部が形成されていることを特徴とする抵抗温度ヒューズ。
複数の基板を積層して成るとともに、最上層に位置する基板に凹部を有し、平面視して前記凹部を挟む両領域に渡って温度ヒューズエレメントが実装される実装面を有する基体と、
前記基体内であって、平面透視して前記実装面と重なる領域に設けられる発熱抵抗体と、を備えたことを特徴とする抵抗温度ヒューズパッケージ。