JP5586378B2

JP5586378B2 - ヒューズ装置

Info

Publication number: JP5586378B2
Application number: JP2010185682A
Authority: JP
Inventors: 清茂宮脇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-08-21
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-08-21
Also published as: JP2011175957A

Description

本発明は、例えば、過電流から電気回路を保護するヒューズ装置に関するものである。

ヒューズ装置は、例えば、定格以上の電流から電気回路などを保護するものであり、定格以上の電流が流れるとその電流によって発生されたジュール熱により溶融および切断されるヒューズ素子を有している。

特開２００１−１５０００号公報

ヒューズ装置においては、生産性を向上させつつ過電流時における特性に関して改善される必要がある。

本発明の一つの態様によれば、ヒューズ装置は、セラミック構造体と、ヒューズ素子用導体パターンとを含んでいる。セラミック構造体は、ベース部と、ベース部の上に設けられたフレーム部と、フレーム部の上に設けられたカバー部とを含んでいる。ベース部とフレーム部とカバー部とは、焼成によって一体的に形成されている。ヒューズ素子用導体パターンは、ベース部の上面に、複数のメタライズパターンが上層に向けて次第に幅の狭い形状に積層され、焼成によって形成されている。

本発明の一つの態様によれば、ヒューズ装置は、焼成によって一体的に形成されたセラミック構造体と、セラミック構造体のベース部の上面に焼成によって形成されたヒューズ素子用導体パターンとを含んでいることにより、生産性に関して向上されつつ過電流時における特性に関して改善されている。

本発明の第１の実施形態におけるヒューズ装置の透視斜視図を示している。図１に示されたヒューズ装置の分解斜視図を示している。図１に示されたヒューズ装置の縦断面図を示している。本発明の第２の実施形態におけるヒューズ装置の縦断面図を示している。本発明の第３の実施形態におけるヒューズ装置の分解斜視図を示している。本発明の第４の実施形態におけるヒューズ装置の分解斜視図を示している。図６に示されたヒューズ装置を説明する図である。本発明の第５の実施形態におけるヒューズ装置の分解斜視図を示している。図８に示されたヒューズ装置を説明する図である。本発明の第６の実施形態におけるヒューズ装置の透視斜視図を示している。本発明の第７の実施形態におけるヒューズ装置の分解斜視図を示している。本発明の第８の実施形態におけるヒューズ装置の縦断面図を示している。本発明の第９の実施形態におけるヒューズ装置の縦断面図を示している。本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置の端子部分の第１の例を示す図である。図１４に示された端子部分の第２の例を示す図である。図１４に示された端子部分の第３の例を示す図である。図１４に示された端子部分の第４の例を示す図である。図１４に示された端子部分の第５の例を示す図である。図１４に示された端子部分の第６の例を示す図である。本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置のヒューズ素子用導体パターン２の例を示す図である。

以下、本発明のいくつかの例示的な実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態におけるヒューズ装置は、図１から図３までに示されているように、セラミック構造体１と、セラミック構造体１に設けられたヒューズ素子用導体パターン２と、端子３，４とを含んでいる。図１において、ヒューズ装置は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。図１において、上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。図１において、セラミック構造体１は、内部構造を示すことを目的に、部分的に透視された状態で示されている。図１において、内部構造が、破線によって示されている。

セラミック構造体１は、ベース部１１と、ベース部１１の上に設けられたフレーム部１２と、フレーム部１２の上に設けられたカバー部１３とを含んでいるとともに、焼成によって一体的に形成されている。セラミック構造体１は、ベース部１１とカバー部１３との間でありフレーム部１２の内側に設けられた空洞部１６を有している。

ヒューズ素子用導体パターン２は、ベース部１１の上面に焼成によって形成されている。ヒューズ素子用導体パターン２は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）またはマンガン（Ｍｎ）などの導電材料を含んでいる。

端子３，４は、セラミック構造体１の下面に設けられているとともに、ヒューズ素子用導体パターン２に電気的に接続されている。端子３，４は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）またはマンガン（Ｍｎ）などの導電材料を含んでいるとともに、焼成によって形成されている。本実施形態におけるヒューズ装置は、表面実装型の装置である。

本実施形態のヒューズ装置において、ヒューズ素子用の導体パターン２が、焼成によって一体的に形成されたセラミック構造体１の内部に焼成によって形成されているため、本実施形態におけるヒューズ装置は、生産性に関して向上されている。

本実施形態のヒューズ装置において、ヒューズ素子用導体パターン２が、セラミック構造体１によって構成されている空洞部１６に設けられていることにより、本実施形態におけるヒューズ装置は、ヒューズ素子用導体パターン２によって発生されたジュール熱の損失が低減されて、過電流状態における特性に関して向上されている。

（第２の実施形態）
図４を参照して、本発明の第２の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第２の実施形態のヒューズ装置において第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、セラミック構造体１のベース部１１である。その他の構成は、第１の実施形態におけるヒューズ装置と同様である。

セラミック構造体１のベース部１１は、伝熱抑制手段を有している。本実施形態において、伝熱抑制手段は、ベース部１１の内部に設けられているとともにヒューズ素子用導体パターン２の直下に位置している空洞部１４である。空洞部１４は、減圧状態であることが好ましい。

本実施形態のヒューズ装置において、ベース部１１が空洞部１４を有していることにより、本実施形態におけるヒューズ装置は、ヒューズ素子用導体パターン２からセラミック構造体１の下面への熱伝導に関して低減されている。従って、本実施形態におけるヒューズ装置は、ヒューズ素子用導体パターン２によって発生されたジュール熱の損失に関して低減されており、過電流状態における特性に関して向上されている。

（第３の実施形態）
図５を参照して、本発明の第３の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第３の実施形態のヒューズ装置において第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、セラミック構造体１におけるベース部１１の上面の構造である。その他の構成は、第１の実施形態におけるヒューズ装置と同様である。

セラミック構造体１のベース部１１は、伝熱抑制手段を有している。本実施形態において、伝熱抑制手段は、ベース部１１の上面に設けられているとともにヒューズ素子用導体パターン２の配置方向に形成された溝１５である。図５において、ヒューズ素子用導体パターン２の“配置方向”とは、仮想のｘ軸方向である。“配置方向に形成された”とは、図５において、仮想のｘ軸方向に延びるように形成されていることをいう。溝１５は、平面視において、ヒューズ素子３の配置領域を挟むように設けられている。

本実施形態のヒューズ装置において、ベース部１１が溝１５を有していることにより、本実施形態におけるヒューズ装置は、ヒューズ素子用導体パターン２によって発生されるジュール熱の伝導に関して低減されている。従って、本実施形態におけるヒューズ装置は、過電流状態における特性に関して向上されている。

（第４の実施形態）
図６および７を参照して、本発明の第４の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第４の実施形態のヒューズ装置において第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、ヒューズ素子用導体パターン２の構成である。その他の構成は、第１の実施形態におけるヒューズ装置と同様である。

ヒューズ素子用導体パターン２は、互いに並列接続された複数のサブパターン２１−２４を含んでいる。図７の上段に示されているように、ヒューズ装置の全体における定格電流が、例えば、５アンペア（Ａ）であるとする。複数のサブパターン２１−２４の各々が互いに同じ定格電流の場合、図７の下段に示されているように、複数のサブパターン２１−２４の各々は、１．２５Ａの定格電流を有している。

一般的に、例えば製造ばらつき等を考慮すると、より定格電流の小さなヒューズ素子の方が溶断電流に対する感度が高い。本実施形態のヒューズ装置において、装置全体の定格電流が、互いに並列接続された複数のサブパターン２１−２４によって実現されていることにより、本実施形態におけるヒューズ装置は、過電流に対する感度に関して向上されている。

端子３から端子４に過電流が流れる場合、まず、複数のサブパターン２１−２４のいずれか一つが溶断される。ここでは、例えば、サブパターン２１が溶断されるとする。サブ
パターン２１が溶断されることにより、残りのサブパターン２２−２４の各々には、定格電流より遥かに大きな電流が流れることとなり、サブパターン２２−２４の各々は、短時間で溶断される。

（第５の実施形態）
図８および９を参照して、本発明の第５の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第５の実施形態のヒューズ装置において第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、ヒューズ素子用導体パターン２の構成である。その他の構成は、第１の実施形態におけるヒューズ装置と同様である。

ヒューズ素子用導体パターン２は、互いに電気的に独立している複数のサブパターン２１−２３を含んでいる。複数のサブパターン２１−２３の各々は、互いに異なる定格電流を有している。

本実施形態のヒューズ装置において、複数のサブパターン２１−２３の各々が、互いに電気的に独立しているとともに、互いに異なる定格電流を有していることにより、本実施形態におけるヒューズ装置は、定格電流の選択性に優れている。

（第６の実施形態）
図１０を参照して、本発明の第６の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第６の実施形態のヒューズ装置において第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、複数の実装脚部８をさらに含んでいることである。その他の構成は、第１の実施形態におけるヒューズ装置と同様である。

複数の実装脚部８は、セラミック構造体１の下面に設けられているとともに、ヒューズ素子用導体パターン２に電気的に接続されている。複数の実装脚部８は、実質的に導電性材料からなる。

本実施形態におけるヒューズ装置は、複数の実装脚部８をさらに含んでいることにより、セラミック構造体１を介してヒューズ素子用導体パターン２から実装基板へ伝導される熱に関して低減されている。従って、本実施形態におけるヒューズ装置は、過電流状態における特性に関して向上されている。

（第７の実施形態）
図１１を参照して、本発明の第７の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第７の実施形態のヒューズ装置において第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、第２のヒューズ素子用導体パターン５さらに含んでいる点である。その他の構成は、第１の実施形態におけるヒューズ装置と同様である。第２のヒューズ素子用導体パターン５は、カバー部１３の下面に焼成によって形成されている。

本実施形態におけるヒューズ装置は、第２のヒューズ素子用導体パターン５をさらに含んでいることにより、小型化を図りつつ定格電流の選択性に関して向上されている。

（第８の実施形態）
図１２を参照して、本発明の第８の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第８の実施形態のヒューズ装置において第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、予め形成されたカバー部１３が、フレーム部１２に接合されている点である。カバー部１３は、焼結接合または接合材によってフレーム部１２に固定されている。接合材は、例えば、ロウ材、半田または低融点ガラスである。

（第９の実施形態）
図１３を参照して、本発明の第９の実施形態におけるヒューズ装置について説明する。第９の実施形態のヒューズ装置における第１の実施形態のヒューズ装置と異なる構成は、ヒューズ素子用の導体パターン２が、複数のメタライズパターンの積層構造になっている点である。すなわち、ヒューズ素子用導体パターン２が、複数のメタライズパターンが積層された構造である。図１３に示す実施形態では、ベース部１１の上面に、まず下層としての第１のメタライズパターン２ａを塗って乾燥させる。さらに、第１のメタライズパターン２ａ上に、中層としての第２のメタライズパターン２ｂを塗って乾燥させる。最後に、第２のメタライズパターン２ｂ上に、上層としての第３のメタライズパターン２ｃを塗って乾燥させる。なお、第２のメタライズパターン２ｂは、印刷パターンの位置ずれが発生しないように、第１のメタライズパターン２ａ内に収まるように形成する。同様に、第３のメタライズパターン２ｃは、印刷パターンの位置ずれが発生しないように、第２のメタライズパターン２ｂ内に収まるように形成する。このようにして、ヒューズ素子用導体パターン２を形成してもよい。

このように、ヒューズ素子用導体パターン２の断面形状を階段状とすることにより、印刷の厚みを制御し、厚み設計の自由度を向上させることができ、パッケージの大きさを変更しなくても、ヒューズ素子用導体パターン２の溶断電流値の範囲を拡大することができる。

（端子部分の例）
図１４を参照して、本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置の端子部分の第１の例について説明する。図１４においては、端子３について示されているが、端子４についても同様の構造である。ヒューズ素子用導体パターン２と端子３とは、キャスタレーション導体９１によって電気的に接続されている。

図１５を参照して、本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置の端子部分の第２の例について説明する。ヒューズ素子用導体パターン２と端子３とは、ビア導体９２によって電気的に接続されている。

図１６を参照して、本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置の端子部分の第３の例について説明する。ヒューズ素子用導体パターン２と端子３とは、複数のビア導体９３によって電気的に接続されている。

図１７を参照して、本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置の端子部分の第４の例について説明する。図１６に示された第３の例と異なる点は、複数のビア導体９３に接続されている介在導体層９４を有している点である。

図１８を参照して、本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置の端子部分の第５の例について説明する。ヒューズ素子用導体パターン２と端子３とは、キャスタレーション導体９１およびビア導体９２によって電気的に接続されている。

図１９を参照して、本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置の端子部分の第６の例について説明する。端子３は、ヒューズ素子用導体パターン２に電気的に接続された金属ポスト９５の下端である。

（ヒューズ素子用導体パターン２の例）
図２０を参照して、本発明の第１−第９の実施形態におけるヒューズ装置のヒューズ素子用導体パターン２の例について説明する。ヒューズ素子用導体パターン２は、トリミングが施されており、このトリミング部分において溶断されやすくなっている。図２０にお
いて、溶断箇所が点線の記号によって示されている。

１セラミック構造体
１１ベース部
１２フレーム部
１３カバー部
２ヒューズ素子用導体パターン
３、４端子
５第２のヒューズ素子用導体パターン
８実装脚部

Claims

ベース部と、前記ベース部の上に設けられたフレーム部と、前記フレーム部の上に設けられたカバー部とを含んでおり、前記ベース部と前記フレーム部と前記カバー部とが焼成によって一体的に形成されている、セラミック構造体と、
前記ベース部の上面に、複数のメタライズパターンが上層に向けて次第に幅の狭い形状に積層され、焼成によって形成されたヒューズ素子用導体パターンと
を備えたヒューズ装置。
前記ベース部が、伝熱抑制手段を有していることを特徴とする請求項１記載のヒューズ装置。
前記伝熱抑制手段が、前記ベース部の内部に設けられているとともに前記ヒューズ素子用導体パターンの直下に位置している空洞であることを特徴とする請求項２記載のヒューズ装置。
前記伝熱抑制手段が、前記ベース部の上面に設けられているとともに平面視において前記ヒューズ素子用導体パターンを挟むように設けられた複数の溝であることを特徴とする請求項２記載のヒューズ装置。
前記ヒューズ素子用導体パターンが、複数のサブパターンを含んでいることを特徴とする請求項１記載のヒューズ装置。
前記複数のサブパターンが、並列接続されていることを特徴とする請求項５記載のヒューズ装置。
前記複数のサブパターンが、電気的に独立していることを特徴とする請求項５記載のヒューズ装置。
前記セラミック構造体の下面に設けられているとともに前記ヒューズ素子用導体パターンに電気的に接続された複数の実装脚部をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のヒューズ装置。
前記カバー部の下面に焼成によって形成された第２のヒューズ素子用導体パターンをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のヒューズ装置。
ベース部と、前記ベース部の上に設けられたフレーム部と、前記フレーム部の上に設けられたカバー部とを含んでおり、前記カバー部が前記フレーム部に接合されている、セラミック構造体と、
前記ベース部の上面に、複数のメタライズパターンが上層に向けて次第に幅の狭い形状に積層され、焼成によって形成されたヒューズ素子用導体パターンと
を備えたヒューズ装置。