JP4569152B2

JP4569152B2 - 回路保護素子の製造方法

Info

Publication number: JP4569152B2
Application number: JP2004118598A
Authority: JP
Inventors: 智幸鷲▲崎▼; 敏之岩尾; 光一森本; 浩志河野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: JP2005302585A

Description

本発明は、各種電子機器に使用される回路保護素子の製造方法に関するものである。

図４（ａ）は従来の回路保護素子の斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、従来の回路保護素子は、アルミナ等のセラミックからなる基台１と、この基台１の上面に無電解めっきによって設けられた銅からなる蛇行状の導電膜２と、前記基台１の両端部に電解めっき等によって設けられた電極３と、前記導電膜２を覆う保護膜４とにより構成されているもので、前記電極３は基台１の両端部に、基台１の上面において導電膜２と電気的に接続されるように設けられ、そしてこの電極３は下層の樹脂銀電極と中間層のニッケルめっき層と上層のすずめっき層の３層構造となっていた。なお、図４（ａ）においては、電極３と保護膜４を省略している。

以下、従来の回路保護素子の製造方法について説明する。

まず、基台１の上面に無電解めっきによって蛇行状の導電膜２を形成し、その後、導電膜２を覆うように保護膜４を形成する。次に、前記基台１の両端部に樹脂銀を形成し、さらにその上層に電解めっきによってニッケルめっき層とすずめっき層を形成して電極３を設ける。このとき、電極３は基台１の上面において導電膜２と電気的に接続されるようにする。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平４−２４８２２１号公報

しかしながら、上記従来の回路保護素子は、耐パルス性に優れたものを得ることが困難であるという課題を有していた。

すなわち、上記従来の回路保護素子の構成において、耐パルス性を向上させるには、導電膜２の断面積を大きくすればよいが、このようにした場合、導電膜２の熱容量が大きくなって、導電膜２の温度上昇が遅くなるため、本来溶断すべき電流が印加されても所定時間内に溶断させることができないからである。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、耐パルス性に優れた回路保護素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁性を有する基台の表面の一部分に金属からなる低熱伝導層を形成する工程と、前記低熱伝導層および低熱伝導層が形成されていない前記基台の表面のうち少なくとも一部分に導電膜を形成する工程と、前記基台の表面に位置して前記導電膜の両端部に電気的に接続される電極を形成する工程と、前記低熱伝導層を下面に設けた前記導電膜の一部分にレーザ照射することにより溶断部を形成する工程とを備え、前記低熱伝導層をめっきで形成するとともに、電極まで延設しないようにしたもので、この製造方法によれば、溶断部と基台との間に導電膜より熱伝導率が低い低熱伝導層を形成できるため、溶断部で発生した熱は低熱伝導層の存在によって基台へは伝わりにくくなり、これにより、溶断部の温度を早く上昇させることができるため、耐パルス性を向上させるために溶断部の断面積を大きくした場合でも、本来溶断すべき電流が印加されれば溶断部を所定の時間内に溶断させることができ、これにより、耐パルス性に優れた回路保護素子が得られるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、基台の一部分を活性化した後、この活性化された部分に低熱伝導層を形成するようにしたもので、この製造方法によれば、低熱伝導層を形成しない部分にマスキングを施す必要がないため、低熱伝導層を生産性よく形成することができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の回路保護素子は、絶縁性を有する基台の表面の一部分に金属からなる低熱伝導層を形成する工程と、前記低熱伝導層および低熱伝導層が形成されていない前記基台の表面のうち少なくとも一部分に導電膜を形成する工程と、前記基台の表面に位置して前記導電膜の両端部に電気的に接続される電極を形成する工程と、前記低熱伝導層を下面に設けた前記導電膜の一部分にレーザ照射することにより溶断部を形成する工程とを備え、前記低熱伝導層をめっきで形成するとともに、電極まで延設しないようにしているため、溶断部で発生した熱はこの低熱伝導層の存在によって基台へは伝わりにくくなり、これにより、溶断部の温度を早く上昇させることができるため、耐パルス性を向上させるために溶断部の断面積を大きくした場合でも、本来溶断すべき電流が印加されれば溶断部を所定の時間内に溶断させることができ、これにより、耐パルス性に優れたものが得られるという優れた効果を奏するものである。

図１（ａ）は本発明の一実施の形態における回路保護素子の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように本発明の一実施の形態における回路保護素子は、基台１１の表面に設けられた導電膜１２と、この導電膜１２の両端部に電気的に接続されるように前記基台１１の表面に設けられた電極１３と、前記導電膜１２の一部に設けられた溶断部１４と、この溶断部１４と前記基台１１との間に設けられ、かつ前記導電膜１２より熱伝導率が低い低熱伝導層１５とを備えている。

前記基台１１は、アルミナ等のセラミックにより角柱状に構成され、かつその両端部は中央部より断面の厚みが大きくなっている。また、その断面は長方形になっている。

なお、前記基台１１の形状は、角柱状でなく、円柱状、シート状等の他の形状でもよく、また、基台１１の断面は、長方形でなく、正多角形、円等であってもよく、さらに、両端部と中央部の断面の厚みは変えずに、同一であってもよい。

前記導電膜１２は、基台１１と低熱伝導層１５の表面の全面に銅をめっきすることにより形成され、そして、この導電膜１２には、導電膜１２の一部を切除して構成された溝１６が設けられている。また、この導電膜１２の表面にはシリコン樹脂、エポキシ樹脂等からなる保護膜１７が設けられている。そして、この保護膜１７は前記溶断部１４を覆うように形成されているため、溶断部１４を確実に保護することができるものである。なお、図１（ａ）では保護膜１７は省略している。

また、前記導電膜１２の材料は、銅に限定されるものではなく、ニッケル、銀、パラジウム、アルミニウム、クロム、ニクロム、チタン、金等の金属でもよい。また、その形成方法は、めっきでなく印刷、スパッタ等の方法を用いてもよい。なお、前記導電膜１２を基台１１の表面の一部分のみに設けるようにしてもよい。

そしてまた、前記導電膜１２は上面、下面あるいは上下面に、導電膜１２の酸化防止、導電膜１２の溶融化促進、導電膜１２で発生した熱の蓄熱等の目的で、銀、金、スズ、亜鉛、銅、鉛、ニッケル、クロム、ニクロム、チタン、ビスマス等を設けて、２層以上の金属で構成するようにしてもよい。

前記電極１３は、導電膜１２の両端部に電気的に接続されるように基台１１の表面に設けられるとともに、導電膜１２と一体に形成されている。ここで、導電膜１２と電極１３とを構成する膜は、回路保護素子の素体となる部分である導電膜１２と、回路保護素子を実装基板に接続する機能を有する電極１３とに区別される。また、電極１３の上面にはめっき層１８が設けられている。なお、このめっき層１８は、下からニッケルめっき層、すずめっき層の順に構成されている。このように電極１３の表面にニッケルめっき層およびすずめっき層からなるめっき層１８を形成することにより、この回路保護素子を実装する際に面実装を行うことができる。

また、前記電極１３と導電膜１２は別個に設けても構わないが、一体形成した方が、工数を減らすことができるため、生産性を向上させることができるとともに、導電膜１２と電極１３との接続信頼性を向上させることができる。そしてまた、前記電極１３の材料は導電膜１２と同じであることが好ましく、例えば、銅、ニッケル、銀、パラジウム、アルミニウム、金、クロム、ニクロム、チタン等を使用して構成すればよい。

前記溶断部１４は、導電膜１２の一部からなるもので、過電流が印加された時に電流を遮断する部分である。すなわち、過電流が印加されると電流が溶断部１４に集中し、これにより溶断部１４が溶融し、電流を遮断するものである。また、この溶断部１４は、基台１１の中央部において基台１１の周囲を略１ターンするように導電膜１２に設けられた溝１６の両先端部間およびその近傍に構成される幅が狭くなった部分である。ここで、溝１６は、導電膜１２の一部をレーザ照射によって切除することにより設けられるもので、基台１１の周囲を略１ターンした溝１６の先端部はオーバーラップさせるとともに、互いの溝１６の先端部同士が接続されないようにして近距離に設けている。

前記低熱伝導層１５は、導電膜１２における少なくとも溶断部１４と前記基台１１との間に無電解めっきによって設けられるもので、前記導電膜１２より熱伝導率が低い金属により構成される。

上記したような構成とすることにより、溶断部１４で発生した熱は低熱伝導層１５の存在により基台１１へは伝わりにくくなるため、溶断部１４の温度を早く上昇させることができる。これにより、耐パルス性を向上させるために溶断部１４の断面積を大きくした場合でも、本来溶断すべき電流が印加されれば溶断部１４を所定の時間内に溶断させることができるため、耐パルス性に優れた回路保護素子が得られる。

また、前記低熱伝導層１５は、電極１３まで延設しないように形成しているもので、このような構成にすれば、レーザ照射により溶断部１４を設ける場合、レーザ照射時に生じる熱を導電膜１２および電極１３を介して基台１１に放熱することができるため、熱を製品全体に分散させることができ、これにより、熱による温度特性の低下を低減できるため、製品の抵抗値バラツキは抑えられることになり、これにより、溶断特性の変動を防止できるものである。

そしてまた、前記低熱伝導層１５は、基台１１の表面を１周するように連続して設けられているもので、このように低熱伝導層１５を腹巻き状に形成すれば、基台１１の大部分を低熱伝導層１５で覆うことができるため、溶断部１４で発生した熱はこの低熱伝導層１５の存在によって基台１１へはより伝わりにくくなり、これにより、溶断部１４の温度を早く上昇させることができるため、耐パルス性を向上させるために溶断部１４の断面積を大きくした場合でも、本来溶断すべき電流が印加されれば溶断部１４を所定の時間内に溶断させることができ、これにより、耐パルス性に優れた回路保護素子が得られる。なお、前記低熱伝導層１５は、少なくとも溶断部１４の下面に位置するように基台１１の一部に設けるようにしてもよい。

ここで、前記導電膜１２として銅または金を用いた場合、低熱伝導層１５としては、過負荷印加時の発熱により導電膜１２と合金化して導電膜１２の比抵抗を大きくすることができる金属、例えばニッケル、クロム、パラジウム、白金、チタン等を使用することができる。また、導電膜１２として銀を用いた場合、低熱伝導層１５としては、例えばパラジウム、白金、チタン等の金属を使用することができる。そしてまた、過負荷印加時の発熱により導電膜１２と合金化して導電膜１２の溶融温度を低温化させることができる金属としては、例えばすず、亜鉛、アルミニウム、鉛、ビスマス、銅、銀、金等を使用することができる。

上記したように、低熱伝導層１５として、過負荷印加時の発熱により導電膜１２と合金化して導電膜１２の比抵抗を大きくすることができる金属、あるいは、過負荷印加時の発熱により導電膜１２と合金化して導電膜１２の溶融温度を低温化させることができる金属を用いた場合は、同じ電流で発生するジュール熱が大きくなるため、溶断部１４はより早く溶断され易くなり、これにより、耐パルス性を向上させるために溶断部１４の断面積を大きくした場合でも、本来溶断すべき電流が印加されれば溶断部１４を所定の時間内に溶断させることができるため、耐パルス性に優れた回路保護素子が得られるものである。

次に、本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図２（ａ）〜（ｆ）および図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法を示す製造工程図である。なお、図２（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、図３（ａ）、（ｃ）は回路保護素子の斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図２（ｄ）は図２（ｃ）におけるＡ−Ａ線断面図、図２（ｆ）は図２（ｅ）におけるＡ−Ａ線断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図３（ｄ）は図３（ｃ）におけるＡ−Ａ線断面図である。

まず、基台１１の中央部にパラジウム等を含有する有機物バインダまたはガラスバインダを印刷後、約５００℃で焼成して無電解めっきの触媒作用を有する活性化層（図示せず）を選択的に形成する。

次に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、基台１１の中央部に、無電解めっきによって、基台１１の表面を１周するように連続する低熱伝導層１５を形成する。

上記のように基台１１の中央部を活性化した後に無電解めっきするようにすれば、低熱伝導層１５を形成しない部分にマスキングを施す必要がないため、低熱伝導層１５を生産性よく形成することができる。

次に、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、基台１１の表面全体に導電膜１２および電極１３を印刷、蒸着、スパッタ、または無電解めっきによって一体に形成する。

次に、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、導電膜１２にレーザ照射を行うことにより、導電膜１２を切除し、基台１１の周囲を略１ターンするように導電膜１２の一部に溝１６を形成することによって溶断部１４を設ける。なお、この溶断部１４は、低熱伝導層１５の表面に形成するようにする。また、低熱伝導層１５を、レーザ吸収率の高い材料あるいは低溶融温度化が可能な金属で構成すれば、レーザ出力条件を低く抑えることができる。

次に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、基台１１の中央部における導電膜１２の表面に保護膜１７を形成する。

最後に、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、基台１１の両端部における電極１３の表面に、ニッケルめっき層、すずめっき層からなるめっき層１８を形成する。

上記のようにすれば、溶断部１４と基台１１との間に導電膜１２より熱伝導率が低い金属からなる低熱伝導層１５を形成できるため、溶断部１４で発生した熱は低熱伝導層１５を介することによって基台１１へは伝わりにくくなり、これにより、溶断部１４の温度を上昇させることができる。この結果、耐パルス性を向上させるために溶断部１４の断面積を大きくしても、本来溶断すべき電流が印加されれば溶断部１４を所定の時間内に溶断させることができるため、耐パルス性に優れた回路保護素子が得られる。

本発明に係る回路保護素子は、溶断部の温度を早く上昇させることができて、本来溶断すべき電流が印加されれば溶断部を所定の時間内に溶断させることができるもので、耐パルス性に優れたものが得られるという効果を有し、各種電子機器に適用できるものである。

（ａ）本発明の一実施の形態における回路保護素子の斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図（ａ）〜（ｆ）同回路保護素子の製造方法を示す製造工程図（ａ）〜（ｄ）同回路保護素子の製造方法を示す製造工程図（ａ）従来の回路保護素子の斜視図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図

１１基台
１２導電膜
１３電極
１４溶断部
１５低熱伝導層
１６溝
１７保護膜

Claims

絶縁性を有する基台の表面の一部分に金属からなる低熱伝導層を形成する工程と、前記低熱伝導層および低熱伝導層が形成されていない前記基台の表面のうち少なくとも一部分に導電膜を形成する工程と、前記基台の表面に位置して前記導電膜の両端部に電気的に接続される電極を形成する工程と、前記低熱伝導層を下面に設けた前記導電膜の一部分にレーザ照射することにより溶断部を形成する工程とを備え、前記低熱伝導層をめっきで形成するとともに、電極まで延設しないようにした回路保護素子の製造方法。
基台の表面の一部分を活性化した後、この活性化された部分に低熱伝導層を形成するようにした請求項１記載の回路保護素子の製造方法。