JP5981163B2 - 電流ヒューズおよび電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電流ヒューズおよびこれを用いた電子機器に関するものである。

過電流が流れた際に電気回路を保護するための部品として電流ヒューズが知られている。電流ヒューズとしては、例えば、特許文献１に開示されたチップ型電流ヒューズが挙げられる。このチップ型電流ヒューズは、絶縁性基板と、絶縁性基板の上面に設けられたヒューズエレメントと、絶縁性基板の上面、側面および下面にわたって設けられた電極とを備えている。このようなチップ型電流ヒューズは、電極のうち絶縁性基板の下面に設けられた部分を外部回路に接続して使用される。

特開２００３−１５１４２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたチップ型電流ヒューズにおいては、絶縁性基板の上面にヒューズエレメントが設けられているとともに、電極のうち絶縁性基板の下面に設けられた部分が外部回路に接続されて使用されることから、チップ型電流ヒューズに電流を流した際のエネルギーロスが大きくなるという問題点があった。具体的には、絶縁性基板の上面と下面とを電気的に接続する部分、つまり電極のうち絶縁性基板の側面に設けられた部分において、不要な抵抗が生じてしまうという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流を流した際のエネルギーロスを抑制することができる電流ヒューズおよびそれを用いた電子機器を提供することにある。

本発明の一態様の電流ヒューズは、絶縁基板と、該絶縁基板の上面に互いに離して設けられた、外部回路の配線導体に接続される被接続領域を上面に有する厚肉部および該厚肉部よりも上下方向の厚みが薄い薄肉部をそれぞれ有する２つの金属板と、該２つの金属板の前記薄肉部のそれぞれに両端部のそれぞれが電気的に接続されたヒューズ素子とを備えており、前記２つの金属板の前記薄肉部のそれぞれに、上面および互いに向かい合う側面
に開口する切欠き部が設けられており、該切欠き部の内部のそれぞれに前記ヒューズ素子の両端部のそれぞれが配置されていることを特徴とする。

本発明の一態様の電子機器は、上記本発明の電流ヒューズと、該電流ヒューズが上面を下側にして実装領域に実装されているとともに、前記被接続領域のそれぞれが前記実装領域の配線導体にそれぞれ接続されている外部回路とを備えていることを特徴とする。

本発明の一態様の電流ヒューズおよび電子機器によれば、絶縁基板と、絶縁基板の上面に互いに離して設けられた、外部回路の配線導体に接続される被接続領域を上面に有する厚肉部および厚肉部よりも上下方向の厚みが薄い薄肉部をそれぞれ有する２つの金属板と、２つの金属板の薄肉部のそれぞれに両端部のそれぞれが電気的に接続されたヒューズ素子とを備えており、２つの金属板の薄肉部のそれぞれに、上面および互いに向かい合う側面に開口する切欠き部が設けられており、切欠き部の内部のそれぞれにヒューズ素子の両端部のそれぞれが配置されていることによって、絶縁基板の上面と下面とを電気的に接続する必要がなくなる。その結果、電流ヒューズに電流を流した際のエネルギーロスを抑制することができる。

本発明の一実施形態の電流ヒューズの例を示す斜視図である。 図１に示した電流ヒューズにおけるＸ−Ｘ’断面の断面図である。 図１に示した電流ヒューズの平面図である。 図１に示した電流ヒューズを用いた電子機器を示す断面図である。 変形例１に係る電流ヒューズであって、切欠き部の内部のろう材を除いた状態を示す斜視図である。 変形例２に係る電流ヒューズを示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電流ヒューズ１００およびこれを用いた電子機器２００について、図面を参照して説明する。

＜電流ヒューズ１００の構成＞
図１〜３に示すように、本発明の一実施形態の電流ヒューズ１００は、絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に設けられた２つの金属板２・２と、２つの金属板２・２に接続されたヒューズ素子３と、金属板２とともにヒューズ素子３を取り囲む絶縁部材４とを備えている。

電流ヒューズ１００は、過電流が流れた際に外部回路６を保護するための部品である。具体的には、電流ヒューズ１００は外部回路６の内部に設置され、通常時は導体として機能する。外部回路６に過電流が流れた際に、電流ヒューズ１００は、ヒューズ素子３を溶断することによって外部回路６に流れる電流を断つ。

＜絶縁基板１の構成＞
絶縁基板１は、絶縁性の基板である。絶縁基板１は、平面視したときの形状が四角形状である。絶縁基板１は、上面に金属板２が搭載されるための部材である。また、絶縁基板１は、電流ヒューズ１００の上面を下側にして外部回路６に実装した際に、絶縁部材４および金属板２とともにヒューズ素子３を保護するための部材でもある。

絶縁基板１は、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミなどのセラミック材料、ガラスセラミック材料、あるいは絶縁性の高分子材料などから成る。なお、絶縁基板１の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。

＜金属板２の構成＞
金属板２は、厚肉部２１と薄肉部２２とを有する金属の板である。金属板２は、電流ヒューズ１００と外部回路６とを電気的に接続するための部材である。金属板２は、絶縁基板１の上面に互いに離して２つ設けられている。

厚肉部２１は、外部回路６の配線導体６２に接続される被接続領域２３を上面に有する。薄肉部２２は、厚肉部２１よりも上下方向の厚みが薄い。２つの金属板２・２の薄肉部２２のそれぞれにヒューズ素子３の両端部のそれぞれが電気的に接続されている。

厚肉部２１の上面に被接続領域２３が設けられていることによって、厚肉部２１の上面を下側にして被接続領域２３のそれぞれを外部回路６の実装領域６１の配線導体６２に接続した際に、薄肉部２２と外部回路６とが離れることになる。このため、ヒューズ素子３の両端のそれぞれを、２つの金属板２・２の薄肉部２２のそれぞれの上面に接合することができる。薄肉部２２とヒューズ素子３との接合には、例えば半田を始めとするろう材などが用いられる。

ヒューズ素子３が薄肉部２２の上面に接合されていることによって、ヒューズ素子３が
薄肉部２２の側面に接合されている場合と比較して、ヒューズ素子３と薄肉部２２との接合面積を大きくすることができる。これにより、ヒューズ素子３と薄肉部２２との間の抵抗を小さくできる。そのため、ヒューズ素子３と薄肉部２２との接合部分で熱が生じることを抑制できる。その結果、ヒューズ素子３が溶けることによってヒューズ素子３と薄肉部２２との接合部分において電流ヒューズ１００が絶縁してしまうことを抑制できる。

特に、本例の電流ヒューズ１００のように、ヒューズ素子３が板状である場合には、薄肉部２２の上面と板状のヒューズ素子３の主面とを接合することによって、ヒューズ素子３と薄肉部２２とを面接合することができる。これにより、ヒューズ素子３と薄肉部２２との接合面積をより大きくすることができる。その結果、ヒューズ素子３と薄肉部２２との接合部分で発熱が生じることを抑制できる。

２つの金属板２・２の薄肉部２２のそれぞれは、２つの金属板２・２の厚肉部２１のそれぞれの間に位置している。これにより、薄肉部２２の上面に設けられたヒューズ素子３が２つの厚肉部２１の間に位置することになる。これにより、２つの厚肉部２１がヒューズ素子３を部分的に囲むことになる。このため、ヒューズ素子３が外部と接触することで、ヒューズ素子３に傷が付くことを抑制できる。その結果、ヒューズ素子３が想定されている温度よりも低い温度で溶断してしまうことを抑制できる。

金属板２は、例えば、銅、銀またはニッケルなどの金属材料などから、またはこれらの合金などから成る。なお、金属板２の厚みは、例えば、厚肉部２１が０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下、薄肉部２２が０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下に設定されている。

＜ヒューズ素子３の構成＞
ヒューズ素子３は、電流ヒューズ１００に過電流が流れた際に、２つの金属板２・２を電気的に絶縁するための部材である。ヒューズ素子３は、ヒューズ素子３の温度が特定の温度以上になった際に溶断する部材である。ヒューズ素子３は、板状の部材である。ヒューズ素子３の両端部のそれぞれは、２つの金属板２・２の薄肉部２２の上面に接合されている。

ヒューズ素子３が薄肉部２２の上面に接合されていることによって、ヒューズ素子３と絶縁基板１との間に隙間ができる。この隙間があることによって、ヒューズ素子３に生じた熱がヒューズ素子３以外の部分に伝導することを抑制できる。

さらに、ヒューズ素子３が板状であることから、ヒューズ素子３が棒状である場合と比較して、電気の流れる方向に垂直な面で切ったときの断面積を小さくできる。これにより、ヒューズ素子３の抵抗を大きくすることができる。その結果、ヒューズ素子３を溶断しやすくできる。

ヒューズ素子３は、例えば、インジウム、ビスマスまたは錫などの導電材料、あるいはこれらの合金などの混合材料から成る。また、ヒューズ素子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。ヒューズ素子３の厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定されている。ヒューズ素子３の電流が流れる方向の長さは、例えば、１ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定されている。ヒューズ素子３の電流が流れる方向に対して垂直な方向の幅は、例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。

＜絶縁部材４の構成＞
絶縁部材４は、金属板２とともにヒューズ素子３を保護するための部材である。絶縁部材４は、絶縁基板１の上面に、２つの金属板２・２を挟むように２つ設けられている。それぞれの絶縁部材４は、２つの金属板２・２のそれぞれと併設する部分と、これらの部分
の一対の間に位置する部分とから構成されている。２つの絶縁部材４・４は、２つの金属板２・２の厚肉部２１のそれぞれとともにヒューズ素子３を取り囲む枠体５を構成している。枠体５の外周面は絶縁基板１の外周面と同一面上に形成されている。ヒューズ素子３が枠体５に取り囲まれていることによって、ヒューズ素子３が外部と接触することで、ヒューズ素子３に傷が付くことを抑制できる。その結果、ヒューズ素子３が想定されている温度よりも低い温度で溶断してしまうことを抑制できる。

図１および図２に示すように、絶縁部材４は、厚肉部２１よりも上下方向の厚みが大きく構成されていることが好ましい。これにより、電流ヒューズ１００の上面を下側にして外部回路６の実装領域６１に実装する際に、絶縁部材４の上面を外部回路６に固定することができる。

絶縁部材４は、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミなどのセラミック材料、ガラスセラミック材料あるいは絶縁性の高分子材料などから成る。なお、絶縁部材４の厚みは、例えば、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。

本例の電流ヒューズ１００における絶縁部材４は、絶縁基板１と一体的に形成されている。これにより、絶縁基板１と絶縁部材４との外力に対する強度を向上できる。

本発明の一実施形態の電流ヒューズ１００は、絶縁基板１の上面に２つの金属板２・２が設けられており、この２つの金属板２・２が厚肉部２１において被接続領域２３を有するとともに、薄肉部２２においてヒューズ素子３に接続されている。つまり、一方の金属板２の被接続領域２３に流れてきた電流は、一方の金属板２の内部、ヒューズ素子３および他方の金属板２の内部を経由して、他方の金属板２の被接続領域２３へと到達することになる。したがって、電流ヒューズ１００においては、電流は絶縁基板１の上面側のみに流れることになる。そのため、絶縁基板１の上面と下面とを電気的に接続する必要がなくなる。その結果、電流ヒューズ１００に電流を流した際のエネルギーロスを抑制することができる。

また、特許文献１に開示されたチップ型電流ヒューズのように、ペーストによるスクリーン印刷で形成された導体によってヒューズ素子３と被接続領域２３とが電気的に接続されている場合と比較して、本例の電流ヒューズ１００は、ヒューズ素子３と被接続領域２３との間の抵抗が小さい。具体的には、ペーストによるスクリーン印刷で形成された導体は、金属板２と比較して密度が小さい。したがって、ペーストによるスクリーン印刷で形成された導体は、金属板２と比較して比抵抗が大きい。このため、本例の電流ヒューズ１００のように、金属板２によってヒューズ素子３と被接続領域２３とを電気的に接続することによって、電気が流れる部分のうちヒューズ素子３以外の部分における抵抗を小さくすることができる。その結果、電流ヒューズ１００において不要な発熱が生じることを抑制できる。

＜電子機器２００の構成＞
電子機器２００は、電流ヒューズ１００と、電流ヒューズ１００が実装された外部回路６とを備えている。図４に示すように、外部回路６は上面に電流ヒューズ１００が実装される実装領域６１を有している。実装領域６１には、被接続領域２３のそれぞれと接続される２つ以上の配線導体６２が設けられている。電流ヒューズ１００は上面を下側にして外部回路６の実装領域６１に実装されている。そして、被接続領域２３のそれぞれが実装領域６１の別々の配線導体６２に接続されている。

本例の電子機器２００においては、配線導体６２の厚みと厚肉部２１の厚みの和が、絶縁部材４の厚みと等しく設定されている。これにより、外部回路６の上面と、上面を下側
にされた絶縁部材４の上面とを接触させるとともに、配線導体６２と厚肉部２１とを接触させることができる。これにより、電流ヒューズ１００の外部回路６に対する実装性を向上できる。

本例における電子機器２００は、配線導体６２に電流ヒューズ１００が接続されていることによって、電子機器２００に過電流が流れた際に電子機器２００を保護することができる。具体的には、電子機器２００に過電流が流れた際に、電流ヒューズ１００は、ヒューズ素子３を溶断することによって電子機器２００に流れる電流を断つ。

さらに、電子機器２００は、エネルギーロスが抑制された電流ヒューズ１００が接続されていることによって、エネルギー効率の良好な電子機器２００とすることができる。

なお、本発明は上述の実施形態の例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、改良などが可能である。例えば、本実施形態においては、絶縁基板１と絶縁部材４とが一体的に形成されているが、これに限られない。具体的には、絶縁基板１の上に絶縁部材４が接合されているような構成であってもよい。

また、本実施形態においては、絶縁部材４は、厚肉部２１よりも上下方向の厚みが大きく構成されているが、これに限られない。具体的には、絶縁部材４の厚みと厚肉部２１の厚みとが等しい構成であってもよい。また、絶縁部材４の厚みよりも厚肉部２１の厚みが大きい構成であってもよい。

また、本実施形態においては、ヒューズ素子３が上方に露出しているが、これに限られない。具体的には、樹脂などの封止材によって封止されていてもよい。

また、本実施形態においては、絶縁基板１および枠体５は平面視したときの形状が四角形状であるが、これに限られない。具体的には、円形状であってもよく、また多角形状であってもよい。

＜変形例＞
電流ヒューズ１００の変形例について説明する。なお、本例の各構成において、上述の電流ヒューズ１００と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１〜３に示す電流ヒューズ１００においては、薄肉部２２の上面は一様な平坦面に形成されているが、例えば、図５に示すように、薄肉部２２の上面が一様な平坦面になっていない構成である。

本変形例では、それぞれの薄肉部２２に、上面および２つの薄肉部２２のうち互いに向かい合う側面に開口する切欠き部２４が設けられている。この切欠き部２４の内部にヒューズ素子３の両端が配置されている。さらに、切欠き部２４の内部において、切欠き部２４の内周面とヒューズ素子３とを電気的に接続するように、ろう材が設けられている。

これにより、ヒューズ素子３の下面だけではなくヒューズ素子３の側面も薄肉部２２と電気的に接続することができる。これにより、薄肉部２２とヒューズ素子３との間の抵抗をより小さくすることができる。その結果、ヒューズ素子３と薄肉部２２との接合部分で熱が生じてしまい、ヒューズ素子３が溶けることによってヒューズ素子３と薄肉部２２と接合部分において電流ヒューズ１００が絶縁してしまうことを抑制できる。

また、図６に示すようにヒューズ素子３の幅と切欠き部２４の幅を揃えるとともに、ヒ
ューズ素子３を切欠き部２４に嵌め込んだ構成にしてもよい。このような構成にすることにより、切欠き部２４にろう材を設けることなく、ヒューズ素子３の下面と切欠き部２４の上面との電気的な接続に加えて、ヒューズ素子３の側面と切欠き部２４の内周面との電気的な接続を行なうことができる。

１：絶縁基板
２：金属板
２１：厚肉部
２２：薄肉部
２３：被接続領域
２４：切欠き部
３：ヒューズ素子
４：絶縁部材
５：枠体
６：外部回路
６１：実装領域
６２：配線導体
１００：電流ヒューズ
２００：電子機器

Claims (4)

1. 絶縁基板と、
   該絶縁基板の上面に互いに離して設けられた、外部回路の配線導体に接続される被接続領域を上面に有する厚肉部および該厚肉部よりも上下方向の厚みが薄い薄肉部をそれぞれ有する２つの金属板と、
   該２つの金属板の前記薄肉部のそれぞれに両端部のそれぞれが電気的に接続されたヒューズ素子とを備えており、
   前記２つの金属板の前記薄肉部のそれぞれに、上面および互いに向かい合う側面に開口する切欠き部が設けられており、
   該切欠き部の内部のそれぞれに前記ヒューズ素子の両端部のそれぞれが配置されていることを特徴とする電流ヒューズ。
2. 前記２つの金属板の前記薄肉部のそれぞれが、前記２つの金属板の前記厚肉部のそれぞれの間に位置していることを特徴とする請求項１に記載の電流ヒューズ。
3. 前記絶縁基板の上面に、前記厚肉部のそれぞれとともに前記ヒューズ素子を取り囲む枠体を構成する２つの絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電流ヒューズ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電流ヒューズと、該電流ヒューズが上面を下側にして実装領域に実装されているとともに、前記被接続領域のそれぞれが前記実装領域の配線導体にそれぞれ接続されている外部回路とを備えた電子機器。

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