JP5550436B2 - 電流ヒューズ装置および回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、過電流時において電子回路等を保護するために用いられる電流ヒューズ装置および電流ヒューズ部を備えた回路基板に関するものである。

従来の電流ヒューズ装置には、焼成によってセラミック基体の上面に形成された電流ヒューズ素子用導体パターンを有するものがあった。電流ヒューズ素子用導体パターンは、セラミック基体用のグリーンシートの上面に、直接、導体ペーストを塗布して、その後、焼成することによって得られる。従って、従来の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子用導体パターンは、全長にわたってセラミック基体の上面に接している。

特開２００３−１５１４２５号公報

従来の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子用導体パターンが、全長にわたってセラミック基体の上面に接していることにより、従来の電流ヒューズ装置は、電流ヒューズ素子用導体パターンの溶断箇所におけるジュール熱の損失に関する課題を有している。従って、従来の電流ヒューズ装置は、過電流状態における溶断特性に関する課題を有している。

本発明の一つの態様によれば、電流ヒューズ装置は、セラミック構造体と、電流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、凹部の開口部を含む上面を有する基体部と、基体部の上に設けられているとともに開口部を囲んでいる枠体部と、枠体部の上に設けられた蓋体部とを含んでいる。電流ヒューズ素子用導体パターンは、焼成によって基体部の上面に形成されているとともに、開口部を跨ぐように設けられている。そして、凹部は減圧状態とされている。

本発明の他の態様によれば、回路基板は、電流ヒューズ部を備えており、電流ヒューズ部が、セラミック層と、電流ヒューズ素子用導体パターンとを含んでいる。セラミック層は、凹部の開口部を含む上面を有している。また、電流ヒューズ素子用導体パターンの延在方向において前記凹部を両側から挟むように設けられた複数の溝部を有している。電流ヒューズ素子用導体パターンは、焼成によってセラミック層の上面に形成されているとともに、開口部を跨ぐように設けられている。

本発明の一つの態様の電流ヒューズ装置において、電流ヒューズ素子用導体パターンが、焼成によって基体部の上面に形成されているとともに、基体部の開口部を跨ぐように設けられていることによって、本発明の一つの態様の電流ヒューズ装置は、電流ヒューズ素子用導体パターンの溶断箇所における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溶断特性に関して向上されている。

本発明の他の態様の回路基板において、電流ヒューズ素子用導体パターンが、焼成によってセラミック層の上面に形成されているとともに、セラミック層の開口部を跨ぐように設けられていることによって、本発明の他の態様の回路基板は、電流ヒューズ素子用導体パターンの溶断箇所における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溶断特性に関して向上されている。

本発明の第１の実施形態における電流ヒューズ装置の斜視図を示している。 図１に示された電流ヒューズ装置の分解図を示している。 図１に示された電流ヒューズ装置のＡ−Ａにおける縦断面図を示している。 図１に示された電流ヒューズ装置の製造方法を示している。 図４に示された製造方法を説明する図である。 本発明の第２の実施形態における電流ヒューズ装置の分解図を示している。 図６に示された電流ヒューズ装置の他の例を示している。 本発明の第３の実施形態における回路基板を含む電子モジュールの斜視図を示している。

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の中に設けられた電流ヒューズ素子用導体パターン２と、セラミック構造体１の下面に設けられた端子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、内部構造の一部が、破線によって示されている。

セラミック構造体１は、基体部１１と、基体部１１の上に設けられた枠体部１２と、枠体部１２の上に設けられた蓋体部１３とを含んでいる。セラミック構造体１は、基体部１１と蓋体部１３との間に設けられているとともに枠体部１２の内側に位置している空洞部１４を有している。

基体部１１は、セラミック材料を含んでいるとともに、平板状の形状を有している。例示的な基体部１１は、実質的にアルミナからなる。基体部１１は、凹部１１２の開口部を含む上面１１１を有している。開口部とは、符号１１３によって示された開口縁の内側の領域のことである。

枠体部１２は、セラミック材料を含んでいるとともに、環状の形状を有している。例示的な枠体部１２は、実質的にアルミナからなる。枠体部１２の内側の空間が、セラミック構造体１の空洞部１４に相当する。枠体部１２は、基体部１１の開口部を囲んでいる。本実施形態において、開口部を囲んでいるとは、平面透視において、開口部が枠体部１２の内側に位置することをいう。図２に示された基体部１１において、枠体部１２の内周縁に対応する位置が、二点鎖線によって示されている。図２において、開口部は、二点鎖線によって囲まれた領域内に配置されている。

蓋体部１３は、セラミック材料を含んでいるとともに、平板状の形状を有している。例示的な蓋体部１３は、実質的にアルミナからなる。蓋体部１３は、空洞部１４を覆っている。

セラミック構造体１の第１の例は、基体部１１、枠体部１２および蓋体部１３が焼成によって一体化されている構造を有する。セラミック構造体１の第２の例は、基体部１１および枠体部１２が焼成によって一体化されている構造を有する。セラミック構造体１の第２の例において、蓋体部１３は、枠体部１２に接合されている。セラミック構造体１の第３の例は、枠体部１２および蓋体部１３が焼成によって一体化されている構造である。セラミック構造体１の第３の例において、枠体部１２の下端は、基体部１１に接合されている。

空洞部１４および凹部１１２は、真空状態を含む減圧状態であることが好ましい。空洞部１４および凹部１１２が減圧状態であることにより、電流ヒューズ素子用導体パターン２において発生されるジュール熱の損失が低減される。空洞部１４および凹部１１２は、不活性ガス雰囲気、還元ガス雰囲気、または、不活性ガスおよび還元ガスの混合ガス雰囲気であることが好ましい。

電流ヒューズ素子用導体パターン２は、基体部１１の開口部を跨ぐように設けられているとともに、焼成によって基体部１１の上面１１１に形成されている。開口部を跨ぐように設けられているとは、電流ヒューズ素子用導体パターン２が、部分的に開口部の直上に設けられているとともに、部分的に凹部１１２に露出されていることをいう。

電流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）またはマンガン（Ｍｎ）などの導電材料を含んでいる。電流ヒューズ素子用導体パターン２は、基体部１１の上面１１１に設けられた接続導体パターン５および６に電気的に接続されている。接続導体パターン５および６は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）またはマンガン（Ｍｎ）などの導電材料を含んでおり、焼成によって基体部１１の上面１１１に形成されている。

電流ヒューズ素子用導体パターン２のパターン幅が、接続導体パターン５および６のパターン幅に比べて狭いことにより、例えば電流ヒューズ素子用導体パターン２および接続導体パターン５，６が同じ材料からなる場合にも、電流ヒューズ素子用導体パターン２における電気抵抗が、接続導体パターン５および６における電気抵抗に比べて大きくなる。従って、接続導体パターン５，６および電流ヒューズ素子用導体パターン２に過電流が流れた場合に、電流ヒューズ素子用導体パターン２が溶断される。図２において、電流ヒューズ素子用導体パターン２のパターン幅とは、電流ヒューズ素子用導体パターン２におけるｙ軸方向の幅のことをいう。接続導体パターン５および６のパターン幅とは、接続導体パターン５および６の各々におけるｙ軸方向の幅のことをいう。

端子３および４は、基体部１１の下面１１４に設けられているとともに、電流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および４は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）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、焼成によって基体部１１の下面１１４に形成されている。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。端子３は、キャスタレーション導体７によって接続導体パターン５に電気的に接続されている。端子４は、キャスタレーション導体８によって接続導体パターン６に電気的に接続されている。キャスタレーション導体７および８は、焼成によって基体部１１の側面１１５に形成されている。

端子３，４の表面およびキャスタレーション導体７，８の表面には、例えば半田接合によって回路基板に実装するために、例えばニッケルめっき膜および金めっき膜等が形成されている。

以下、本実施形態における電流ヒューズ装置の製造方法について説明する。

図４に示されているように、電流ヒューズ装置の製造方法は、工程４０１から工程４０３までを含んでいる。ここでは、特に、電流ヒューズ装置における基体部１１の開口部に着目して、電流ヒューズ装置の製造方法を説明する。

工程４０１は、セラミックグリーンシート５１に焼失性部材５１２を埋め込むことを含んでいる。焼失性部材とは、セラミックグリーンシートの焼成工程において、焼失によって除去される部材のことをいう。例示的な焼失性部材は、樹脂材料を含んでいる。図５の上段に示されているように、工程４０１によって、セラミックグリーンシート５１および焼失性部材５１２を含む複合体が得られる。図５の上段において、焼失性部材５１２は、透視された状態で示されており、透視された部分が点線によって示されている。

工程４０２は、工程４０１によって得られた複合体に導体ペースト５２を塗布することを含んでいる。図５の中段に示されているように、工程４０２によって、複合体および導体ペースト５２を含む未焼成構造体が得られる。導体ペースト５２は、セラミックグリーンシート５１の上面に塗布されているとともに、部分的に焼失性部材５１２の上面にも塗布されている。

工程４０３は、工程４０２によって得られた未焼成構造体を焼成することを含んでいる。図５の下段に示されているように、工程４０３によって、基体部１１における凹部１１２の開口部を跨ぐように設けられた電流ヒューズ素子用導体パターン２を有する構造が得られる。

本実施形態の電流ヒューズ装置において、焼成によって基体部１１の上面１１１に形成された電流ヒューズ素子用導体パターン２が、凹部１１２の開口部を跨ぐように設けられていることによって、本実施形態における電流ヒューズ装置は、電流ヒューズ素子用導体パターン２の溶断箇所におけるジュール熱の損失に関して低減されている。従って、本実施形態における電流ヒューズ装置は、過電流状態において、電流ヒューズ素子用導体パターン２の溶断箇所における温度上昇特性に関して改善されており、過電流状態における溶断特性に関して向上されている。電流ヒューズ素子用導体パターン２の溶断箇所とは、電流ヒューズ素子用導体パターン２において、過電流時に溶断されるように設計されている部分のことをいう。

本実施形態の電流ヒューズ装置において、凹部１１２が減圧状態であることによって、本実施形態における電流ヒューズ装置は、電流ヒューズ素子用導体パターン２の溶断箇所におけるジュール熱の損失に関して低減されている。従って、本実施形態における電流ヒューズ装置は、過電流状態における溶断特性に関して向上されている。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態における電流ヒューズ装置について図６を参照して説明する。本実施形態の電流ヒューズ装置において、第１の実施形態における電流ヒューズ装置と異なる構成は、基体部１１が複数の伝熱抑制部１１６を有していることである。その他の構成は、第１の実施形態における電流ヒューズ装置と同様である。

複数の伝熱抑制部１１６は、電流ヒューズ素子用導体パターン２の延在方向において、凹部１１２を挟むように設けられている。電流ヒューズ素子用導体パターン２の延在方向とは、電流ヒューズ素子用導体パターン２における電流の流れる方向または逆の方向のことであり、図６において、仮想のｘ軸の正方向または負方向のことである。図６において、複数の伝熱抑制部１１６は、点線によって示されており、左右方向において凹部１１２を挟むように設けられている。

複数の伝熱抑制部１１６の各々は、複数の溝部１１７を含んでいる。複数の溝部１１７は、電流ヒューズ素子用導体パターン２の幅方向において、電流ヒューズ素子用導体パターン２を挟むように設けられている。電流ヒューズ素子用導体パターン２の幅方向とは、電流ヒューズ素子用導体パターン２における電流の流れる方向に対して垂直な方向であり、図６において、仮想のｙ軸方向のことである。複数の溝部１１７は、電流ヒューズ素子用導体パターン２を両側から挟むように設けられている。

図７に示されているように、本実施形態には、溝部１１７が凹部１１２に連続するように設けられている構造が含まれる。複数の溝部１１７の各々は、電流ヒューズ素子用導体パターン２の延在方向において凹部１１２に連続するように形成されている。

本実施形態の電流ヒューズ装置において、基体部１１が、電流ヒューズ素子用導体パターン２の延在方向において凹部１１２を挟むように設けられた複数の伝熱抑制部１１６を有していることによって、本実施形態における電流ヒューズ装置は、電流ヒューズ素子用導体パターン２の溶断箇所から電流ヒューズ素子用導体パターン２の延在方向への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電流ヒューズ装置は、過電流状態において、電流ヒューズ素子用導体パターン２の溶断箇所における温度上昇特性に関して改善されており、過電流状態における溶断特性に関して向上されている。

本実施形態の電流ヒューズ装置において、複数の伝熱抑制部１１６の各々が、電流ヒューズ素子用導体パターン２の幅方向において電流ヒューズ素子用導体パターン２を挟むように設けられた複数の溝部１７を含んでいることによって、本実施形態における電流ヒューズ装置は、電流ヒューズ素子用導体パターン２から電流ヒューズ素子用導体パターン２の幅方向への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電流ヒューズ装置は、過電流状態における溶断特性に関して向上されている。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態における回路基板について図８を参照して説明する。本実施形態における回路基板は、電子部品８１および８２を含む電子モジュールに用いられるものである。

回路基板は、絶縁基体８３に埋設された電流ヒューズ部８４を有している。図８において、電流ヒューズ部８４を示すことを目的に、絶縁基体８３の一部が省略されている。電流ヒューズ部８４は、セラミック層８５と、電流ヒューズ素子用導体パターン８６とを含んでいる。セラミック層８５は、凹部８５１の開口部を含む上面を有している。凹部８５１の開口部は、符号８５２によって示された開口縁の内側領域である。電流ヒューズ素子用導体パターン８６は、焼成によってセラミック層８５の上面に形成されているとともに、開口部を跨ぐように設けられている。

本実施形態の回路基板において、焼成によってセラミック層８５の上面に形成された電流ヒューズ素子用導体パターン８６が、凹部８５１の開口部を跨ぐように設けられていることによって、本実施形態における回路基板は、電流ヒューズ素子用導体パターン８６の溶断箇所におけるジュール熱の損失に関して低減されている。従って、本実施形態における回路基板は、過電流状態において、電流ヒューズ素子用導体パターン８６の溶断箇所における温度上昇特性に関して改善されており、過電流状態における溶断特性に関して向上されている。

本実施形態の回路基板において、第２の実施形態の電流ヒューズ装置における複数の伝熱抑制部１１６に関する構造を適用することも可能である。

本実施形態の回路基板において、複数の電流ヒューズ部を埋設させることも可能である。

１ セラミック構造体
１１ 基体部
１２ 枠体部
１３ 蓋体部
１１１ 基体部１１の上面
１１２ 凹部
２ 電流ヒューズ素子用導体パターン

Claims (2)

1. 凹部の開口部を含む上面を有する基体部、該基体部の上に設けられているとともに前記開口部を囲んでいる枠体部、および該枠体部の上に設けられた蓋体部を含んでいるセラミック構造体と、
   焼成によって前記基体部の前記上面に形成されているとともに、前記開口部を跨ぐように設けられた電流ヒューズ素子用導体パターンとを備え、前記凹部が減圧状態である電流ヒューズ装置。
2. 電流ヒューズ部を備えており、該電流ヒューズ部が、凹部の開口部を含む上面を有するセラミック層と、焼成によって前記セラミック層の前記上面に形成されているとともに前記開口部を跨ぐように設けられた電流ヒューズ素子用導体パターンとを含み、該電流ヒューズ素子用導体パターンの延在方向において前記凹部を両側から挟むように設けられた複数の溝部を有していることを特徴とする回路基板。
   

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