JP2016035881A - 短絡素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の電極11と、第1の電極11と隣接して設けられた第2の電極12と、第1の電極11に支持され、溶融することにより、第1、第2の電極11,12間にわたって凝集し、第1、第2の電極11,12を短絡させる第1の可溶導体13と、第1の可溶導体13を加熱する発熱体14とを備え、第1の可溶導体13は、第2の電極12と反対側に突出して支持されている。
【選択図】図1
Description
本発明が適用された短絡素子1は、図1(A)(B)に示すように、第1の電極11と、第1の電極11と隣接して設けられた第2の電極12と、第1の電極11に支持され、溶融することにより、第1、第2の電極11,12間にわたって凝集し、第1、第2の電極11,12を短絡させる第1の可溶導体13と、第1の可溶導体13を加熱する発熱体14とを備える。
第1の可溶導体13を加熱、溶融させる発熱体14は、通電すると発熱する導電性を有する部材であって、たとえばニクロム、W、Mo、Ru等又はこれらを含む材料からなる。発熱体14を絶縁基板上に設ける場合、これらの合金あるいは組成物、化合物の粉状体を樹脂バインダ等と混合して、ペースト状にしたものをスクリーン印刷技術を用いてパターン形成して、焼成する等によって形成する。
発熱体14は、絶縁層17を介して第1の可溶導体13を支持する第1の電極11と連続され、絶縁層17を介して第1の電極11を加熱することができる。絶縁層17は、発熱体14の保護及び絶縁を図るとともに、発熱体14の熱を効率よく第1の電極11へ伝えるために設けられ、例えばガラス層からなる。第1の電極11は、発熱体14によって加熱されることにより、第1の可溶導体13を溶融させるとともに、溶融導体13aを凝集しやすくすることができる。
また、第1の電極11は、部分的に断面積の大きな大径部16を形成してもよい。大径部16は、発熱体引出電極18や第1の電極11の他の部分よりも表面積が広く、これにより第1の可溶導体13の溶融導体13aを保持する許容量が多くなる。また、大径部16は第2の電極12と隣接されるとともに、第1の電極11の他の部分よりも第2の電極12との距離も短い。したがって、大径部16を設けることにより、より多くの第1の可溶導体13の溶融導体13aを大径部16に凝集させるとともに、溶融導体13aを第2の電極12と接触させやすくなり、確実に第1、第2の電極11,12間を短絡させることができる。
また、短絡素子1は、第1の電極11と連続する第1の配線11bを設けるとともに、第2の電極12と連続する第2の配線12bを設け、第1、第2の配線11b,12bの表面を絶縁部材23によって被覆してもよい。短絡素子1は、第1、第2の電極11,12と連続する第1、第2の配線11b,12bを絶縁被覆することにより、可溶導体13の溶融導体13aの凝集位置が、溶融導体13aに対する濡れ性を有しない絶縁部材23によって規制される。これにより、短絡素子1は、溶融導体13aが外部接続端子11a,12a側に流出することを防止するとともに、溶融導体13aを第1、第2の電極11,12間にわたって凝集させることができ、確実に第1、第2の電極11,12間を短絡させることができる。
また、短絡素子1は、図1(B)に示すように、第1の可溶導体13の体積が、少なくとも、第1の電極11の第2の電極12と対峙する側面の面積と、第1、第2の電極11,12間距離W1との積以上とすることが好ましい。これにより、第1の可溶導体13が第1、第2の電極11,12間の空間を埋めるのに必要な体積を備え、溶融導体13aによって第1、第2の電極11,12間を短絡させることができる。
短絡素子1は、図4に示す回路構成を有する。すなわち、短絡素子1は、動作前の状態において、第1の電極11と第2の電極12とが近接されるとともに離間されることにより絶縁され、第1の可溶導体13が溶融することにより短絡するスイッチ2を構成する。第1、第2の電極11,12は、短絡素子1が実装される回路基板の電流経路上に直列接続されることにより、電源回路等の各種外部回路28A,28B間に組み込まれる。
ここで、短絡素子1は、第1、第2の電極11,12間が短絡した後に、第1の電極11と発熱体引出電極18との間を接続していた第1の可溶導体13が溶断するように形成されている。第1の可溶導体13を介して接続された第1の電極11と発熱体引出電極18とは、発熱体14への給電経路3を構成するため、第1、第2の電極11,12の短絡より先に第1の電極11と発熱体引出電極18との間が溶断すると、発熱体14への給電が停止され、第1、第2の電極11,12間を短絡させることができない恐れがあるからである。
また、短絡素子1は、図6、図7(A)に示すように、第2の電極12に補助可溶導体21を接続させるとともに、発熱体14が絶縁層17を介して第1、第2の電極11,12と連続させてもよい。
また、本発明が適用された短絡素子は、外部回路基板に表面実装可能に形成することができる。表面実装用に形成された短絡素子1は、図9〜11に示すように、絶縁基板10の表面10aに発熱体14と、発熱体引出電極18と、発熱体電極19とが形成され、絶縁層17を介して発熱体14上に第1、第2の電極11,12が積層されている。第1の可溶導体13は、第1の電極11に支持され第2の電極12と反対側に突出されると共に、発熱体引出電極18と接続されている。なお、図9は短絡素子1の発熱体14の発熱前の状態を示す図であり、図10は短絡素子1の発熱体14の発熱中の状態を示す図であり、図11は短絡素子1の発熱体14の発熱停止後の状態を示す図である。
また、本発明が適用された短絡素子は、発熱体14への給電経路3と、第1の可溶導体13によって短絡される第1、第2の電極11,12とが電気的に独立していてもよい。この短絡素子50は、図12(A)(B)に示すように、発熱体14の一端に発熱体引出電極18が接続され、発熱体14の他端に発熱体電極19が形成され、発熱体14への給電経路3を形成するとともに、第1の可溶導体13が発熱体引出電極18と接続されることなく第1の電極11に支持されているものである。なお、短絡素子50の説明において、上述した短絡素子1と同じ部材については同じ符号を付してその詳細を省略する。
次いで、短絡素子50の回路構成について説明する。図13(A)に短絡素子50の回路図を示す。図14に、短絡素子50が適用された短絡回路60の一例を示す。
また、短絡素子50は、図15、図7(B)に示すように、第2の電極12に補助可溶導体21を接続させるとともに、発熱体14が絶縁層17を介して第1、第2の電極11,12と連続させてもよい。これにより、短絡素子50は、第1の可溶導体13及び補助可溶導体21の各溶融導体13a,21aによって、第1、第2の電極11,12間にわたって凝集する溶融導体の量を増大させ、確実に短絡させることができる。
また、本発明が適用された短絡素子は、図16に示すように、発熱体14への給電経路3上に第2の可溶導体72を介在させてもよい。この短絡素子70は、発熱体引出電極18と隣接して設けられた発熱体給電電極71と、発熱体引出電極18及び発熱体給電電極71間に亘って搭載された第2の可溶導体72とを有する。なお、短絡素子70において、上述した短絡素子1と同じ部材については同じ符号を付してその詳細を省略する。図13(B)に短絡素子70の回路図を示す。
すなわち、短絡素子70は、第2の可溶導体72を介して接続された発熱体給電電極71と発熱体引出電極18とが、発熱体14への給電経路3を構成するため、第1、第2の電極11,12の短絡より先に発熱体給電電極71と発熱体引出電極18との間が溶断すると、発熱体14への給電が停止され、第1、第2の電極11,12間を短絡させることができない恐れがあるからである。
また、短絡素子70は、図18、図7(C)に示すように、第2の電極12に補助可溶導体21を接続させるとともに、発熱体14が絶縁層17を介して第1、第2の電極11,12と連続させてもよい。これにより、短絡素子70は、第1の可溶導体13及び補助可溶導体21の各溶融導体13a,21aによって、第1、第2の電極11,12間にわたって凝集する溶融導体の量を増大させ、確実に短絡させることができる。
なお、上述した各短絡素子1,50,70において、板状に形成された第1の可溶導体13は、第1の電極11との接続面積の2倍以上の面積を有することが好ましい。これにより、第1の可溶導体13は、第1、第2の電極11,12間を短絡させるのに十分な溶融導体の量を確保するとともに、端部を発熱体引出電極18に支持されている場合にも、速やかに溶断することができる。
また、上述した各短絡素子1,50,70の第1、第2の電極11,12、発熱体引出電極18及び発熱体給電電極71は、CuやAg等の一般的な電極材料を用いて形成することができ、表面上には、Ni/Auメッキ、Ni/Pdメッキ、Ni/Pd/Auメッキ等の被膜が、メッキ処理等の公知の手法によりコーティングされていることが好ましい。これにより、各短絡素子1,50,70は、第1、第2の電極11,12、発熱体引出電極18及び発熱体給電電極71の酸化を防止し、第1、第2の可溶導体13,72を確実に保持させることができる。また、短絡素子1,50,70をリフロー実装する場合に、第1、第2の可溶導体13,72を接続する接続用ハンダ等の接合材15あるいは第1、第2の可溶導体13,72の外層を形成する低融点金属が溶融することにより第1、第2の電極11,12、発熱体引出電極18及び発熱体給電電極71が溶食(ハンダ食われ)されるのを防ぐことができる。
また、表面実装型の短絡素子1は、絶縁基板10の表面10aに発熱体14を形成する他、図19(A)に示すように、絶縁基板10の裏面10bに設けてもよい。この場合、発熱体14は、絶縁基板10の裏面10bにおいて絶縁層17に被覆されている。また、発熱体14への給電経路3を構成する発熱体電極19も同様に絶縁基板10の裏面10bに形成される。発熱体引出電極18は、発熱体14と接続される下層部18aが絶縁基板10裏面10bに形成され、第1の可溶導体13が搭載される上層部18bが絶縁基板10の表面10aに形成され、下層部18aと上層部18bとが、導電スルーホールを介して連続される。
上述したように、第1、第2の可溶導体13,72及び補助可溶導体21は、低融点金属と高融点金属とを含有してもよい。なお、以下の説明においては、特に区別する必要がある場合を除き、第1、第2の可溶導体13,72及び補助可溶導体21をまとめて「可溶導体13,72,21」という。低融点金属としては、Snを主成分とするPbフリーハンダなどのハンダを用いることが好ましく、高融点金属としては、Ag、Cu又はこれらを主成分とする合金などを用いることが好ましい。このとき、可溶導体13,72,21は、図20(A)に示すように、内層として高融点金属層91が設けられ、外層として低融点金属層92が設けられた可溶導体を用いてもよい。この場合、可溶導体13,72,21は、高融点金属層91の全面が低融点金属層92によって被覆された構造としてもよく、相対向する一対の側面を除き被覆された構造であってもよい。高融点金属層91や低融点金属層92による被覆構造は、メッキ等の公知の成膜技術を用いて形成することができる。
Claims (24)
- 第1の電極と、
上記第1の電極と隣接して設けられた第2の電極と、
上記第1の電極に支持され、溶融することにより、上記第1、第2の電極間にわたって凝集し、上記第1、第2の電極を短絡させる第1の可溶導体と、
上記第1の可溶導体を加熱する発熱体とを備え、
上記第1の可溶導体は、上記第2の電極と反対側に突出して支持されている短絡素子。 - 上記第1の電極の上記第2の電極と反対側には、上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極が設けられ、
上記発熱体引出電極が上記第1の可溶導体の一端を支持することにより、上記第1の電極及び上記第1の可溶導体を介して、上記発熱体へ給電する給電経路が形成される請求項1記載の短絡素子。 - 上記第1の可溶導体の溶融導体により上記第1、第2の電極間が短絡した後、上記第1の電極と上記第1の発熱体引出電極との間が遮断される請求項2記載の短絡素子。
- 上記発熱体引出電極は、上記第1、第2の電極よりも上記発熱体と離間した位置に配設されている請求項3に記載の短絡素子。
- 上記第2の電極の上記第1の電極と反対側、又は上記第1の電極の上記第2の電極と反対側には、上記発熱体と電気的に接続された発熱体引出電極が設けられ、
上記発熱体引出電極は、上記第1、第2の電極及び上記第1の可溶導体と電気的に独立した上記発熱体への給電経路を構成する請求項1記載の短絡素子。 - 上記発熱体引出電極と隣接して設けられた発熱体給電電極と、
上記発熱体引出電極及び上記発熱体給電電極間に亘って搭載された第2の可溶導体とを有する請求項5記載の短絡素子。 - 上記第1の可溶導体が溶融し、該第1の可溶導体の溶融導体により上記第1、第2の電極間が短絡した後、上記第2の可溶導体が溶融し、上記発熱体引出電極及び上記発熱体給電電極間が遮断される請求項6記載の短絡素子。
- 上記第1の可溶導体は、上記第2の可溶導体よりも上記発熱体に近接する位置に配設されている請求項7記載の短絡素子。
- 上記第1の可溶導体は、上記第2の可溶導体よりも断面積が狭く形成されている請求項7又は8に記載の短絡素子。
- 上記第1の可溶導体は、上記第2の可溶導体よりも融点が低い請求項7〜9のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記発熱体は絶縁層を介して上記第1の電極又は上記第1の電極及び上記第2の電極と連続されている請求項1〜10のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第2の電極に補助可溶導体が接続され、
上記発熱体は上記絶縁層を介して上記第2の電極とも連続されている請求項11に記載の短絡素子。 - 上記第1及び/又は第2の電極の一部が、熱伝導率が10W/m・K以下の絶縁材料で構成された支持体に支持されている請求項1〜12のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第1の可溶導体の体積は、少なくとも、上記第1の電極の上記第2の電極と対峙する側面の面積と、上記第1、第2の電極間距離との積以上である請求項1〜13のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第1の電極と連続する第1の配線と、
上記第2の電極と連続する第2の配線とを有し、
上記第1、第2の配線は表面が絶縁被覆されている請求項1〜14のいずれか1項に記載の短絡素子。 - 上記第1の電極は、部分的に断面積の大きな大径部を備え、
上記第1の可溶導体の溶融導体が上記大径部に凝集される請求項1〜15のいずれか1項に記載の短絡素子。 - 上記第1の可溶導体は、Sn若しくはSnを主成分とする合金、又はPb若しくはPbを主成分とする合金である請求項1〜16のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第1の可溶導体は、低融点金属と高融点金属を積層した複合材料である請求項1〜16のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第2の可溶導体は、Sn若しくはSnを主成分とする合金、又はPb若しくはPbを主成分とする合金である請求項6〜10のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第2の可溶導体は、低融点金属と高融点金属を積層した複合材料である請求項6〜10のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記低融点金属は、Sn又はSnを40%以上含む合金であり、上記高融点金属は、Ag、Cu、又はAg若しくはCuを主成分とする合金である請求項18又は20に記載の短絡素子。
- 上記第1の可溶導体は板状に形成され、上記第1の電極との接続面積の2倍以上の面積を有する請求項1〜21のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第1の可溶導体は線状であり、第1の電極との接続長さの2倍以上の長さを有する請求項1〜21のいずれか1項に記載の短絡素子。
- 上記第1、第2の電極の間隔は、上記第1、第2の電極間隔の延長線上における上記第1の電極の幅以下である請求項1〜23のいずれか1項に記載の短絡素子。
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