JP3778268B2 - 過電流遮断構造の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、負荷に継がる通電経路に過電流が流れる状態になったとき、その通電経路を応答性よく確実に遮断することができる過電流遮断構造の製造方法に係り、特に、金，銅，アルミニウム等の良導体を相対的に高抵抗のものとして取り扱えるようにした例えば微細な金線，銅線，アルミ線等の線材を、過電流で発熱する導電線材として用い、この導電線材の周囲を樹脂で覆った構成において、過電流が流れる通電経路を完全に遮断することができるようにした過電流遮断構造の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、負荷に継がる通電経路にヒューズを挿入配置することで、過電流が流れる状態になったとき、ヒューズの溶断で通電経路を遮断している。このヒューズは、よく知られているように、ヒューズ線材を保護するため、例えば、事故電流が大きい負荷電源ラインでは、図１６に示されるような筒形ヒューズ１０１の構成を採り、また、事故電流が小さい電子機器等の保護用には図１７に示されるような管形ヒューズ１０２の構成を採る。しかし、これらのヒューズには、次のような問題点がある。
（１）筒形ヒューズ１０１は、構造複雑で製造難易度が高く高価なものであるため、負荷電源ラインにおける過負荷保護において、大きなコストアップとなる。
（２）筒形ヒューズ１０１及び管形ヒューズ１０２は、共にヒューズホルダーを使用することになるため機器に内蔵する場合、専有スペースが大きくなる。
【０００３】
そこで、このような問題点を抱えるヒューズに代わる過電流遮断構造についての検討及び実験を繰り返し実施し、新たな過電流遮断構造を提案するに至った。この新たな過電流遮断構造は、金，銅，アルミニウム等の良導体を相対的に高抵抗のものとして取り扱えるようにした例えば微細な金線，銅線等の如く過電流で発熱する導電線材を芯材として用い、この導電線材の周囲を樹脂で覆う構成としたものである。このため、通電経路の容量確保（経路周辺への放熱）と、導電線材により接続される一対の導電体（例えば端子）の固定とを達成できる。加えて、取扱易さ、耐環境性、周辺部品との絶縁性の観点で有利となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成とした場合においては、導電線材が過電流で溶断状態に至る過程で導電線材周りの樹脂の炭化が進行し、この炭化部分がバイパス電流経路（炭化経路）となることに留意しなければならない。つまり、導電線材が過電流で溶断しても、炭化部分のバイパス電流経路が残存し、負荷へと過電流を供給しつづけることになる。このため、従来は、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成とした場合、実用性に欠けるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成において、過電流が流れる通電経路を応答性よく確実に遮断できる実用的な過電流遮断構造の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の過電流遮断構造の製造方法は、通電経路上の過電流遮断予定位置に間隙を挟んで一対の電極片を有するリードフレームを用意する電極片形成工程と、リードフレーム上の間隙を挟んで存在する一対の電極片間に線径の細い導体ワイヤをワイアボンディング法にて接続するワイアボンディング工程と、ワイアボンディングされた導体ワイアの周囲を樹脂封止すると共に、同時に、成形技術により導体ワイアの経路付近の樹脂層を窪ませて薄肉被覆層を成形する樹脂モールド工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような方法により製造された電流遮断構造は、一対の導電体間に接続した導電ワイヤが過電流により発熱して温度上昇し、同時に樹脂層も発熱して温度上昇する際、樹脂層の温度上昇が薄肉被覆層の形成部分に集中する。このため、樹脂層の厚肉のままの部分よりも薄肉被覆層の形成部分において、樹脂の炭化過程で多量のガスが発生する。換言すれば、樹脂層の厚肉のままの部分でのガスの圧力上昇よりも薄肉被覆層の形成部分でのガスの圧力上昇が急峻となる。
【０００８】
よって、導電線材に過電流が流れることに起因して導電線材周りに樹脂の炭化による炭化経路が形成される過程において、樹脂層の厚肉のままの部分では、ガス圧がガス破裂の限界圧になるにはほど遠い状態にあるとき、薄肉被覆層の形成部分では、ガス破裂の限界圧に到達し、小規模にガス破裂する。これにより、薄肉被覆層の形成部分では、導電線材が過電流で溶断するか否かに拘らず、瞬時に炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。その結果、一対の導電体間の通電経路を流れる負荷電流等が過電流になったとき、樹脂層の厚肉のままの部分の非破壊状態で薄肉被覆層の形成部分の通電経路を応答性よく確実に遮断できよう。加えて、薄肉被覆層の厚み調整を行なうことにより、通電経路の遮断時期を微調整すための設計自由度が得られよう。さらに、この製造方法によれば、一般の半導体パッケージ製造工程をそのまま流用できるので、格別のコストアップを来さない。
【０００９】
好ましい実施の形態では、樹脂モールド工程は、トランスファーモールド技術を使用して行われる。このような構成によれば、導電体間に接続した導電線材を成形金型を用いるトランスファーモールドで形成するため、生産工程が簡略される。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１の模式的斜視図に、本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成を示す。同図において、１，２は各々一対の導電体をなす端子構造の各電極片、３は例えば金，銅，アルミニウム等のように導電率の高い金属からなる微細な線径の導体ワイヤであり、相対的に高抵抗にされて過電流で発熱するようにしたものである。なお、本実施形態では、金線とした場合は５０ミクロン、アルミ線とした場合は３００ミクロンの線径のものを適用した。また、４は樹脂層、５は薄肉被覆層である。
【００１２】
この実施形態の過電流遮断構造は、一対の電極片１，２間に、過電流で発熱する導体ワイヤ３をワイヤボンディングで接続し、次に、成形金型を用いるトランスファモールドで導体ワイヤ３の周囲を例えばエポキシ樹脂等の成形樹脂で封止された状態に覆うことにより樹脂層４を形成する。そして、樹脂層４を形成する際、同時に導体ワイヤ３の経路付近を円形に窪ませて薄肉被覆層５を形成したものである。なお、薄肉被覆層５を形成するための窪み深さは、導体ワイヤ３が露出しない深さで、具体的には、薄肉被覆層５の表面から導体ワイヤ３の頂部までの寸法が０．５ｍｍ程度の肉厚となるように定める。
【００１３】
また、一対の電極片１，２としては、材質や質量の大きさを選んで、導体抵抗を下げ、かつ熱容量を上げたものを用い、一対の電極片１，２間に過電流が流れたときに導体ワイヤ３に発熱が集中するようにしているので、そのときに導体ワイヤ３が応答性よく発熱されるものとなる。
【００１４】
このように過電流が流れたときに発熱が集中する導体ワイヤ３の経路付近を円形に窪ませて薄肉被覆層５を形成した構成を採ることにより、一対の電極端子片１，２間に接続した導体ワイヤ３が過電流により発熱して温度上昇する際、この温度上昇による樹脂層４の発熱が薄肉被覆層５に集中する。このとき、樹脂層４のうち特に薄肉被覆層５の形成部分に樹脂の炭化過程で多量のガスが発生する。
【００１５】
よって、導体ワイヤ３に過電流が流れることに起因して導体ワイヤ３周りに樹脂の炭化による炭化経路が形成される過程において、樹脂層４の厚肉のままの部分では、ガス圧がガス破裂の限界圧になるにはほど遠い状態にあるとき、薄肉被覆層５の形成部分では、ガス破裂の限界圧に到達し、小規模にガス破裂する。これにより、薄肉被覆層５の形成部分では、導電線材が過電流で溶断するか否かに拘らず、瞬時に炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。その結果、一対の導電体間の通電経路を流れる負荷電流等が過電流になったとき、樹脂層４の厚肉のままの部分の非破壊状態で薄肉被覆層５の形成部分の通電経路を応答性よく確実に遮断できる。加えて、以下列挙するような利点が生じる。
（１）薄肉被覆層５の厚み調整を行なうことにより、通電経路の遮断時期を微調整するための設計自由度が得られる。
（２）過電流で発熱する導電線材を接続配置するための設計自由度が得られる。
（３）取扱易さ、耐環境性、周辺部品との絶縁性の観点で有利となる。
（４）薄肉被覆層５を含む樹脂層４は、導電体間に接続した導電線材を成形金型を用いるトランスファモールドで形成するため、生産工程が簡略され、また、一般的な半導体パッケージ品生産ラインを流用して製造できるため、過電流遮断構造を作製する生産能力の向上及びコスト低減を図れる。
【００１６】
また、本実施形態の構成において、薄肉被覆層５の形状を図２〜図７に示される各実施例のように種々工夫すると、過電流による導体ワイヤ３の発熱で薄肉被覆層５の形成部分が破壊する応答性が促進される。
【００１７】
図２（ａ）の上面図及び同図（ｂ）の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ３のボンディング形状に沿わせて外面を湾曲させた薄肉被覆層５ａが樹脂層４に形成されている。この場合、過電流通電時に導体ワイヤ３に交差する方向に亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層５ａの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【００１８】
図３の断面図に示される実施例は、図２に示される実施例の変形例であり、薄肉被覆層５ａが形成された位置の底面に導体ワイヤ３の樹脂被覆の厚みを薄くする凹部６が形成されている。この場合、過電流通電時に導体ワイヤ３に交差する方向に更に亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層５ａの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【００１９】
図４（ａ）の上面図及び同図（ｂ）の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ３の線上に沿った方向の溝７と、これに交差する方向の溝８とを各々有する外面形状の溝薄肉被覆層５ｂが樹脂層４に形成されている。この場合、過電流通電時に溝７，８が構造上の弱点となって亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層５ｂの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【００２０】
図５（ａ）の上面図及び同図（ｂ）の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ３の線上の中央点を中心として円形に加工された溝９を有する外面形状の溝薄肉被覆層５ｃが樹脂層４に形成されている。この場合、過電流通電時に溝９が構造上の弱点となって亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層５ｂの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【００２１】
図６（ａ）の上面図及び同図（ｂ）の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ３の線上の中央点を交差する方向に加工された溝１０を有する外面形状の薄肉被覆層５ｄが樹脂層４に形成されている。この場合、過電流通電時に溝１０が構造上の弱点となって亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層５ｄの形成部分が破壊する応答性が促進される。なお、図７の上面図に示されるように、導体ワイヤ３の線上に沿う方向に加工された溝１１を形成し、薄肉被覆層５ｅの破壊が促進されるようにしてもよい。
【００２２】
図８の模式的斜視図に、本発明にかかる過電流遮断構造の第２の実施形態の構成を示す。この実施形態では、同図に示されるように、一対の導電体としてＳＭＤ仕様の各電極片１Ａ，２Ａを用い、この一対の電極片１Ａ，２Ａ間に導体ワイヤ３をワイヤボンディングで接続後、樹脂封止することにより前記第１の実施形態に準じて機能される過電流遮断構造を構成している。
【００２３】
この実施形態の過電流遮断構造であっても、樹脂層４を形成する際、同時に導体ワイヤ３の経路付近に薄肉被覆層５を形成したものであるので、一対の電極端子片１Ａ，２Ａ間に接続した導体ワイヤ３が過電流で溶断するか否かに拘らず、導体ワイヤ３に過電流が流れることに起因して多量に発生するガスにより、瞬時に薄肉被覆層５の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。よって、前記第１の実施形態同様の効果が得られる。加えて、表面実装技術を利用して導体パターン上に、容易に実装することできる。
【００２４】
なお、この実施形態の過電流遮断構造を製造する場合、図９に示されるように、リードフレーム１２を対象にして、製造ラインの上流側からその下流側へと並べて設置された電極片形成工程（１）、ワイヤボンディング工程（２）、樹脂モールド工程（３）を順次実施し、樹脂モールド工程（３）の終了後、フレームカットを実施して図８の過電流遮断構造を得る。
【００２５】
図１０の斜視図に、本発明にかかる過電流遮断構造の第３の実施形態の構成を示す。この実施形態では、同図に示されるように、一対の導電体として、一方が適宜選定した長さ分だけ導電体を引出した端子構造の電極片１Ｂで、他方が端子なしの電極片２Ｂである各電極片１Ｂ，２Ｂを用い、この一対の電極片１Ｂ，２Ｂ間に導体ワイヤ３をワイヤボンディングで接続後、樹脂封止することにより前記第１の実施形態に準じて機能される過電流遮断構造を構成している。
【００２６】
この実施形態の過電流遮断構造であっても、樹脂層４を形成する際、同時に導体ワイヤ３の経路付近に薄肉被覆層５を形成したものであるので、一対の電極片１Ｂ，２Ｂ間に接続した導体ワイヤ３が過電流で溶断するか否かに拘らず、導体ワイヤ３に過電流が流れることに起因して多量に発生されるガスにより瞬時に薄肉被覆層５の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。よって、前記第１の実施形態同様の効果が得られる。
【００２７】
なお、この実施形態の過電流遮断構造を製造する場合、図１１に示されるように、リードフレーム１３を対象にして、製造ラインの上流側からその下流側へと並べて設置された電極片形成工程（１）、端子構造加工工程（２）、ワイヤボンディング工程（３）、樹脂モールド工程（４）を順次実施し、樹脂モールド工程（４）の終了後、フレームカットを実施して図１０の過電流遮断構造を得る。
【００２８】
前述した各実施形態の過電流遮断構造は、導電体間をワイヤボンディング特有の曲線を描く導体ワイヤ３で接続したが、図１２（ａ）の上面図及び同図（ｂ）の断面図に示される第４の実施形態の過電流遮断構造では、一対の電極片１，２間を直線的形状の導電線材３Ａで接続後、樹脂封止することにより前記第１の実施形態に準じた過電流遮断構造を構成している。なお、導電線材３Ａには、前記導体ワイヤ３と同様の線材や、導体箔等を適用できる。
【００２９】
この実施形態の過電流遮断構造であっても、樹脂層４を形成する際、同時に導電線材３Ａの経路付近に薄肉被覆層５を形成したものであるので、一対の電極片１，２間に接続した導電線材３Ａが過電流で溶断するか否かに拘らず、導電線材３Ａに過電流が流れることに起因して多量に発生されるガスにより、瞬時に薄肉被覆層５の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。よって、前記第１の実施形態同様の効果が得られる。加えて、直線的形状の導電線材３Ａを利用するため、構造全体を更にコンパクトにすることが可能となる。
【００３０】
また、図１３に示される第５の実施形態の過電流遮断構造のように、一対の電極片１，２間に複数本の導体ワイヤ３ａ〜３ｃを接続することにより、過電流が通電されたときに生じる熱源を拡大させ、破壊開始点を拡大させることもできる。なお、この場合は、導体ワイヤの線径を接続本数分に反比例させて細くすることで対処できる。
【００３１】
また、図１４に示される第６の実施形態の過電流遮断構造のように、薄肉被覆層５の外面に、サーマルテープ等の温度感熱物質１４を貼着した構成にすることができる。この構成では、薄肉被覆層５の形成部分の発熱破壊を外側から視覚では識別できない場合に、温度感熱物質１４の温度感知による色調等の変化で、その破壊が生じたことを知らせることができる。なお、温度感熱物質を埋め込み構成にすることもできる。
【００３２】
また、図１５に示される第７の実施形態の過電流遮断構造のように、薄肉被覆層５の外面に、物理力感応紙等の物理力感知物質１５を貼着した構成にすることができる。この構成では、薄肉被覆層５の形成部分の発熱破壊を外側から視覚では識別できない場合に、物理力感知物質１５の物理力感知による色調等の変化で、その破壊が生じたことを知らせることができる。なお、物理力感知物質を埋め込み構成にすることもできる。
【００３３】
本発明にかかる過電流遮断構造は、以上説明したような各実施形態の構成のもであるから、回路部品として使用できるとともに、本発明にかかる過電流遮断構造が挿入接続された通電経路に過電流が流れたとき、その通電経路を応答性よく確実に遮断できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、本発明によれば、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成において、過電流が流れる通電経路を応答性よく確実に遮断できる実用的な過電流遮断構造の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図２】 本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成に工夫を加えた第１の実施例の構成説明図である。
【図３】 本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成に工夫を加えた第１の実施例の変形例の構成説明図である。
【図４】 本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成に工夫を加えた第２の実施例の構成説明図である。
【図５】 本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成に工夫を加えた第３の実施例の構成説明図である。
【図６】 本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成に工夫を加えた第４の実施例の構成説明図である。
【図７】 本発明にかかる過電流遮断構造の第１の実施形態の構成に工夫を加えた第４の実施例の変形例の構成説明図である。
【図８】 本発明にかかる過電流遮断構造の第２の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図９】 本発明にかかる過電流遮断構造の第２の実施形態の構成を得る製造工程説明図である。
【図１０】 本発明にかかる過電流遮断構造の第３の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図１１】 本発明にかかる過電流遮断構造の第３の実施形態の構成を得る製造工程説明図である。
【図１２】 本発明にかかる過電流遮断構造の第４の実施形態の構成説明図である。
【図１３】 本発明にかかる過電流遮断構造の第５の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図１４】 本発明にかかる過電流遮断構造の第６の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図１５】 本発明にかかる過電流遮断構造の第７の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図１６】 従来の筒形ヒューズの一例を示す斜視図である。
【図１７】 従来の管形ヒューズの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ 電極片
２，２Ａ，２Ｂ 電極片
３ 導体ワイヤ
３ａ〜３ｃ 導体ワイヤ
３Ａ 導電線材
４ 樹脂層
５ 薄肉被覆層
５ａ〜５ｅ 薄肉被覆層
６ 凹部
７〜１１ 溝
１２，１３ リードフレーム
１４ 温度感熱物質
１５ 物理力感知物質

Claims (2)

1. 通電経路上の過電流遮断予定位置に間隔を挟んで一対の電極を有するリードフレームを用意する電極片形成工程と、
   リードフレーム上の間隔を挟んで存在する一対の電極片間に線径の細い導体ワイヤをワイヤボンディング法にて接続するワイヤボンディング工程と、
   ワイヤボンディングされた導体ワイヤの上部の樹脂層を窪ませて薄肉被覆層を形成する樹脂モールド工程と、
   を有することを特徴とする過電流遮断構造の製造方法。
2. 樹脂モールド工程は、トランスファーモールド技術を使用して行われる、請求項１に記載の過電流遮断構造の製造方法。

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