JP2001515260A - 電気ヒューズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 対向する端部側（3）に２つの接点（2）が配置された基板（4）と、これらの接点に接続された端子領域と、電気的に導通状態で前記端子領域を介して前記接点に接続される可溶導体とを含む、電気ヒューズ（1）が、高電圧範囲で使用するために開発されている。そして、前記端子領域（7）と可溶導体（10）が、絶縁体（4）によって互いに分離されて配置され、かつリードスルーを介して互いに電気接続されていることによって、電気ヒューズの遮断容量を改善し、かつ低い製造コストを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、 −両端側に２つの接点を配置した基板と、 −これらの接点に接続された端子領域と、 −電気的に導通状態で前記端子領域を介して接点に接続される可溶導体とを含
む電気ヒューズ要素に関する。

【０００２】 上記形式のヒューズ要素は、導電層または複数本のワイヤ片による形式の可溶
導体を用いる表面取付け素子（ＳＭＤ）として、今日良く製造されている。小さ
な寸法のゆえに、特殊な材料及び／または複雑な内部構造を用いることによって
、このようなヒューズ要素の十分な電圧範囲を広げることが試みられている。

【０００３】 本発明の目的は、低い製造コストで、改良した遮断容量を有する高電圧範囲に
おいて使用する上述の形式によるヒューズ要素を開発することを目的としている
。 この目的は、本発明に従って、端子領域と可溶導体が、互いから絶縁体によっ
て分離され、かつ互いにリード部を介して電気接続されていることによって達成
される。

【０００４】 公知のＳＭＤ電気ヒューズにおいて、ヒューズの実際の機能要素である可溶導
体は、ヒューズの他の電気導電要素に直接導かれ、特に、端子領域内に入り込む
。この目的のために、通常、すべての要素は、基板の表面に配置される。電流を
遮断する時、可溶導体は、最も熱い部分，すなわち、ホットスポットから溶ける
。しかし、電流の流れは、瞬時には妨げられずに、アークによって維持される。 従来の技術によれば、できるだけ早くこの遮断アークを消し、かつ二次アーク
が発生するのを抑えるために、特定材料の選択と設計寸法の両方またはいずれか
一方を用いて行われる。遮断が起こる時、及び可溶導体自体の可溶材料によって
遮断が導かれる時に、遮断アークまたは初期アークが発生すると共に、逆アーク
の場合にも、すなわち、二次アークが生じる時に、可溶導体に隣接する金属は、
導電路の形でこのアーク作用の中に含まれる。 その結果、二次アークは、実際の可溶導体の領域を越えて広がり、かつＳＭＤ
ヒューズ要素の外部端子にさえ到達する。この場合、ヒューズは、もはや保護機
能を備えることはできず、アークによって構成要素の周囲に付加的な損傷を与え
る。

【０００５】 一方、同一のスイッチ構造に対して、従来の技術に従うヒューズと対比すると
、本発明のヒューズ要素は、可溶導体がヒューズの他の部品のすべてから絶縁体
によって分離して配置されているので、上述の作用を抑えることができる。リー
ドスルーは、絶縁体を貫通して、可溶導体が外部接点に電気接続されるように設
けられている。可溶導体の導電材料を消耗または蒸発させた後、電流が遮断され
ると、アークは、絶縁体の中のリードスルーにおいて燃え尽きる。この時点から
、絶縁体内に置かれるリードスルーの材料は、アークによって溶解及び蒸発でき
ないので、利用可能な蒸発すべき材料はもはやない。

【０００６】 また、二次アークを維持することもできないので、結果的に、二次アークが生
じる可能性もなくなる。このため、ヒューズ要素は、このヒューズが飛んだ後で
、迅速に、アークが利用できる導電材料を最小化にして、信頼性を有して電流を
遮断する。 従って、同一寸法かつ全体のサイズに対して、本発明のヒューズは、可溶導体の
領域にアークを常に閉じ込めるので、公知のヒューズよりも遮断容量がかなり大
きい。その結果、絶縁体上のリードスルー間における可溶導体の少量の導電材料
を消耗または蒸発させた後、アークは、さらに、いかなる利用可能な材料を見出
すことができない。

【０００７】 本発明の展開において、端子領域と可溶導体は、互いに絶縁体によって分離し
て異なる平面に形成するように配置される。アークのフラッシュオーバーは、特
に有効に防止される。

【０００８】 絶縁体は、１つまたはそれ以上の誘電体ペーストによって有利に作られる。こ
の絶縁体は、基板上に絶縁層として、好ましくはスクリーン印刷により配置する
ことができる。精度の高い、特に、共焼成(cofiring)できるペーストを用いる多
くの高価な処理法が厚膜及び薄膜回路の分野で知られている。

【０００９】 コスト的に非常に有効な方法では、絶縁体は、誘電体層を多数繰り返して形成
され、この誘電体層は、品質の高い表面を有しており、公知の方法を用いて高信
頼性のもとに可溶導体をそれぞれの絶縁体上に付着、または取付及び接着するこ
とができる。

【００１０】 好ましい実施形態では、絶縁体は、基板自体によって形成され、その結果、端
子領域と可溶導体の分離のために付加的な材料を用いることがない。この特徴に
より、通常の製造工程に比較して少なくとも1つの処理工程を省くことができる 。本発明の好ましい実施形態において、一方の可溶導体と他方の端子領域の２つ
の平面が、互いから空間的に離れて配置され、基板の上部と下部において現れる
リードスルーを介して接続される。

【００１１】 上述したアークの燃焼時間を短くし、かつ正確にある空間内に閉じ込めること
によって、通常、外側へのホットスポットに対して可溶導体を用いるカバーリン
グ、好ましくは、ガラスカバーリングを用いることが可能になる。大量生産にお
いて、このことは、本発明に従うヒューズ要素のユニット単位単価を下げる効果
をもたらす。

【００１２】 本発明によるヒューズ要素は、有利なことに、特定の基板材料を用いる必要が
ない。基板材料として、例えば、ＦＲ４等の複合プラスチックまたは他の通常の
回路基板材料が用いられる。しかし、好ましくは、本発明に従うヒューズに用い
る基板として、セラミック材料及び特にガラスセラミックが用いられる。

【００１３】 特に有利な開発では、リードスルーは、平面化されたスルーホールとして構成
されており、また、本発明の請求項１１に記載の導電性燒結材料からなっている
。この燒結材料は、たとえば、熱処理において固体化されたセラミック等の耐火
性基板の穴に充填される。この比較的狭いリードスルーを用いて、アークが発生
したとき、アークの消弧に良い影響を与えるチャネリング効果という現象があり
、この効果によって、アークは、アーク自体を吹き飛ばす狭いチャネルと通過す
る。

【００１４】 しかし、セラミック製造業者は、既成のかつ容易に手に入る燒結基板材料を提
供し、弧の材料は、ドリルにより基板上に孔をあけることができ、１度あけられ
た孔に燒結可能な材料を充填することもできる。一方で、端子領域及びいくつか
のリード部をめっきしたスルーホールに取り付け、また、他方で、可溶導体を、
例えば、薄膜処理において鋸を用いて個々に分離することもできる。しかし、好
ましくは、セラミックを個々の要素に分離するために、刻み目を付けたりまたは
レーザ加工により材料を部分的に弱めることが望ましい。

【００１５】 好ましい装置では、孔は、グリーンセラミック層をパンチングによって作られ
る。この孔に燒結可能な量を充填した後、単一の熱処理または燒結工程において
この燒結材料が一緒に硬化される。

【００１６】 本発明の特に有利な実施形態によれば、平らなグリーンガラスセラミックに繰
り返し孔があけられ、そこに燒結可能な材料が充填される。燒結工程前の材料選
択により、例えば、厚膜処理によって、一面に端子領域が加えられ、他面にめっ
きしたスルーホール間の可溶導体が加えられる。続いて同様に、燒結工程前に、
グリーンガラスセラミック層を切断することによってヒューズ要素を個々に分離
することができる。

【００１７】 本発明の更なる実施形態によれば、可溶導体、または端子領域とリード部が配
置される２つの平面が、２つの絶縁層または基板層の上部側と下部側の両方また
はいずれか一方に形成される。２つの層を一体に結合した後、端子領域とリード
部は、２つの基板層の間に横たわり、かつ周囲から孤立し、また外部接点を介し
てのみ電気的に接続できるようにする。

【００１８】 焼成されていないガラスセラミックから本発明に従うヒューズを製造する場合
、利点として、それを一緒に圧縮し、かつ接着性ボンディングによってグリーン
状態における２つの層を一緒にボンディングすることができる。その結果、焼成
作業の後、好ましくは共に焼成できるプリンティングペーストを用いて、コンパ
クトで安定したユニットが形成される。個々の要素は、また焼成していない状態
で積層直後に切断することにより互いから容易に分離することができる。 個々に、周囲からすでに絶縁された各ヒューズの導電層があり、その結果、例え
ば、可溶導体または他の端子領域とリード部に対する必要なカバーリングをなく
すことができる。さらなる層をカバーリングとして付加的に用いることもできる
。

【００１９】 上述のヒューズの構造は、有利なことに変更することが可能であり、その結果
、可溶導体は、基板と絶縁体またはカバーリングの間に配置され、端子領域とリ
ード部は、その表面上を自由に通過でき、特に、信頼できる接点動作のためにリ
ードスルー上を部分的に覆う。この構造によって、可溶導体は、比較的良好な熱
伝導を有するヒューズハウジング内に包含される。この性質は、ヒューズの遮断
容量を有効に増加させるために役立つ。

【００２０】 絶縁層によって、可溶導体と幅広の端子接点との間、および可溶導体とリード
部との間に空間的分離を与える本発明の原理は、例えば、めっき付けされたスル
ーホールを用いて達成されており、ミニチュアヒューズまたはＳＭＤヒューズ要
素の分野に限定されない。他のすべての形式のヒューズのうちで、層形式の可溶
導体およびワイヤ形式の可溶導体の両方を用いると、同一の効果をより大きな電
圧範囲において適用することもできる。

【００２１】 単純な技術を用いる一方で、本発明によるヒューズ要素は、遮断容量が全体に
驚くほど増加するという目的を達成する効果を奏する。同時に、ヒューズの最大
設計電流値より低い電流を遮断する時に、本発明による構造は、アークが発生す
る時間を大いに減少させ、その結果、全体としてヒューズ上の温度負荷を減少さ
せるので、作動信頼性も増加する。

【００２２】 （好適な実施形態の説明） 本発明の典型的な実施形態が、以下に図面に関連して詳細に記載されている。 図１には、外部接点２を有し、ディップ(dip)およびブロット(blot)処理によ
って基板４の端面３に貼り付けられるＳＭＤ取り付け可能なヒューズを示してい
る。基板４は、単一層のガラスセラミックからなる。このガラスセラミックは、
焼成されていない状態では、めっきしたスルーホール５aを生じるための複数の 孔が設けられ、そして、燒結した後では、この孔に電気的に導電性を有する燒結
材料が満たされる。

【００２３】 基板４の下部側６には、端子領域７が配置され、この端子領域７は、リード部
８に接続される。端子領域７とリード部８は、厚膜処理において、容易に焼成さ
れる基板４上に印刷される。可溶導体１０は、本例では、同様の厚膜処理で上部
側９に塗布される。この可溶導体１０は、樹脂加工されたペーストを用いること
によって約300μmの非常に薄い厚さで実行される。

【００２４】 他の公称電流範囲に対して、可溶導体10は、厚膜の可溶導体または他の、たと
えば、ワイヤ形式の可溶導体として設計することができる。全ての場合において
、可溶導体１０は、めっきした一方の孔５aから他方の孔に延びており、この実 施形態で選択された層形式の可溶導体１０は、ホットスポット１１の位置におい
て大きく縮径されている。このホットスポット位置で制限された電流遮断を引き
起こすために、導電経路の他のすべての領域がより広くなるようにして、電気抵
抗をより少なくなるように設計されている。

【００２５】 ホットスポット１１は、シリコンペーストのカバーリング１２を用いて公知の
方法で被覆されており、このため、ヒューズ１の電流遮断時に蒸発した金属粒子
を吸収し、かつ可溶導体を周囲の影響から保護する。

【００２６】 この典型的な実施形態において、一方の接点２から他方の接点への導電経路が
得られ、この経路は、絶縁体としての基板４を介して２つの平面上、すなわち、
基板４の上部側９と下部側６を通る。この場合、可溶導体１０と、端子領域７を
有するリード部８は、互いから離れて配置され、その結果、電流遮断時に、アー
クは、可溶導体１０の領域にのみ形成され、さらに、アークは、この領域に限定
されてとどまる。

【００２７】 めっきしたスルーホール５aは、耐燃焼性を有する燒結材料からなり、その結 果、アークに対する耐性を有する。可溶導体１０が非常に小量だけ蒸発した後、
アークを発生する材料がもはやなくなるので、アークは消弧されるに違いない。

【００２８】 こうして完成された短い遮断時間ゆえに、上述したヒューズ１の増加遮断容量
を利用するだけでアークの発生を超える時間が可能になるので、ヒューズは、基
板材料としてのセラミックまたは、好ましくは、ガラスセラミックから分離して
用いることができ、ヒューズ特性の正確さおよび目標とする遮断電流の強さの各
要求に従う、例えば、ＦＲ４等の単純な回路基板材料を用いることもできる。

【００２９】 このような単純なヒューズ、例えば、ＦＲ４等に基づくヒューズの生産に対す
る非常に効率的でかつ技術的に望ましい標準処理は、回路基板生産において公知
である。

【００３０】 しかし、有効な多数繰り返し生産工程は、ガラスセラミックを用いて可能であ
る。この場合、セラミック、特に、ガラスセラミックは、焼成前の状態において
容易に作業できることから大いに用いられる。こうして、図面に基づいて記載し
たヒューズ要素は、シート状のグリーンセラミック、すなわち、焼成されていな
いガラスセラミックから繰り返し生産される。この生産において、ガラスセラミ
ックにくぼみを設けて、後でヒューズを遮断によって個々に分離できるように用
意することができる。

【００３１】 更なるステップにおいて、多数の孔に燒結可能な材料を充填し、この材料を単
純な燒結工程において、大きな基板プレートと共に熱処理することができる。そ
の後、燒結可能な材料は、電気的に導電性を有するものとなる。すでに上述した
ように、端子領域とリード部は、例えば、スクリーン印刷工程において、１つの
表面上に設けることができ、また、可溶導体は、可能ならば異なる工程において
他の表面に設けることもできるので、これらの要素は、固められかつホットスポ
ット領域において覆われる。これは、個々の分離ステッの後に続く。その後、デ
ィップおよびブロット工程またはガルバニック(galvanic)工程において、接点が
、端面すなわち端縁３に設けられる。

【００３２】 図２には、電気ヒューズ要素１の変更例を示す断面図が描かれている。ここで
、図１の実施形態と同様に、基板４は、端面３に外部接点２を設けている。この
外部接点は、基板４の上部側９に端子領域７および／またはリード部８に電気的
に導電状態となるように接続されている。

【００３３】 しかし、図１の実施形態に対しての相違点は、中央領域１３には、スクリーン
印刷処理により、上部側９に絶縁層１４が設けられている。この絶縁層１４は、
また、部分的に端子領域７とリード部８を覆っている。リード部８の上には、絶
縁層１４は、銀ペーストが満たされる複数の孔１５を有する。

【００３４】 こうして、本発明に従うヒューズの最も重要な必要条件であるにもかかわらず
、リードスルー５は、比較的安価に、簡単なスクリーン印刷処理ステップによっ
て作られる。

【００３５】 その後、テーパーを有する実際の可溶導体１０が、同様のスクリーン印刷処理
で、銀ペーストの形で絶縁層１４の表面１６に設けられる。使用されるペースト
は、全て、共焼成することが可能であり、その結果、短い乾燥時間が個々の製造
ステップまたは印刷ステップの間に介在するだけである。このヒューズ装置では
、共通の燒結ステップにおいて固められ、接点領域７、リード部８、絶縁層１４
の孔１５におけるリードスルー５を介して、外部接点５から可溶導体１０に電気
的に信頼性のある接続が生じる。

【００３６】 燒結ステップ後、ペーストとしての中央領域全体の上に外側カバー１７が印刷
される。ペーストの塗布後、周囲の環境の影響およびダメージに対して、装置が
、外部の機械的な効果によって信頼性のある保護が形成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、ＳＭＤ取り付け可能なヒューズ要素の斜視図を示す。

【図２】 図２は、変形例の断面図を示す。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年２月２８日（２０００．２．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】 本発明は、 −両端側に２つの接点を配置した基板と、 −同一平面に延びるこれらの接点に接続された端子領域と、 −電気的に導通状態で前記端子領域を介して接点に接続される可溶導体とを含
む電気ヒューズ要素に関する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】 上記形式のヒューズ要素は、導電層または複数本のワイヤ片による形式の可溶
導体を用いる表面取付け素子（ＳＭＤ）として、今日良く製造されている。小さ
な寸法のゆえに、特殊な材料及び／または複雑な内部構造を用いることによって
、このようなヒューズ要素の十分な電圧範囲を広げることが試みられている。 上述のＳＭＤ形式によるヒューズの例としては、国際特許公開第９６／０８８ ３２号に開示されている。このサミニチュア(suminiature）回路プロテクターは 、セラミック材料の複数の層からなり、各層上には、ヒューズ要素に接続された 端子領域が配置されている。異なる層の端子領域は、１つの層から別の層にセラ ミック材料を介して延びているリードスルーにより並列または直列に相互接続さ れている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】 本発明の目的は、低い製造コストで、改良した遮断容量を有する高電圧範囲に
おいて使用する上述の形式によるヒューズ要素を開発することを目的としている
。 この目的は、本発明に従って、端子領域と可溶導体が、互いから絶縁体によっ
て分離され、かつ互いにリード部を介して電気接続され、端子領域と可溶導体が 異なる平面に延びている ことによって達成される。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】 異なる形状が、オーストラリア特許第４０７９１／７８号に記載されている。 ここで、ハウスホールド型のヒューズが開示され、絶縁体の両側に端子領域が配 置されている。２つの可溶リンクが、また絶縁体の両側に配置され、電気的に端 子領域に接続され、また互いにリードスルーによって接続されている。この配置 では、端子領域と可溶リンクの間に距離が保たれている。しかし、この配置によ って、アークのフラッシュオーバーが効果的に妨げられることがない。 一方、同一のスイッチ構造に対して、従来の技術に従うヒューズと対比すると
、本発明のヒューズ要素は、可溶導体がヒューズの他の部品のすべてから絶縁体
によって分離して配置されているので、上述の作用を抑えることができる。リー
ドスルーは、絶縁体を貫通して、可溶導体が外部接点に電気接続されるように設
けられている。可溶導体の導電材料を消耗または蒸発させた後、電流が遮断され
ると、アークは、絶縁体の中のリードスルーにおいて燃え尽きる。この時点から
、絶縁体内に置かれるリードスルーの材料は、アークによって溶解及び蒸発でき
ないので、利用可能な蒸発すべき材料はもはやない。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】 本発明によれば、端子領域と可溶導体は、互いに絶縁体によって分離して異な
る平面に形成するように配置される。アークのフラッシュオーバーは、特に有効
に防止される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バウス アンドレアス ドイツ国 デー−44536 ルーネン エル サ−ブランドストルム−ストラーセ 39 Ｆターム(参考） 5G502 AA01 AA09 BA08 BB07 BB13 BC07

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端側に２つの接点を配置した基板と、 −これらの接点に接続された端子領域と、 −電気的に導通状態で前記端子領域を介して前記接点に接続される可溶導体と
   を含む電気ヒューズ要素であって、 前記端子領域（7）と可溶導体（10）は、絶縁体によって互いに分離されて配 置され、かつリードスルー（5）を介して互いに電気接続されていることを特徴 とするヒューズ要素。
2. 【請求項２】 端子領域（7）と可溶導体（10）は、異なる平面（6、9）上にあることを特徴 とする請求項１記載のヒューズ要素。
3. 【請求項３】 絶縁体は、絶縁層（14）または複数の層、好ましくは、共に燒成可能な誘電体
   ペーストの層から作られており、この層が特にスクリーン印刷によって基板（4 ）上に配置されることを特徴とする請求項１および請求項２の両方またはいずれ
   かに記載のヒューズ要素。
4. 【請求項４】 絶縁体は、基板（4）によって形成されていることを特徴とする請求項１およ び請求項２の両方またはいずれかに記載のヒューズ要素。
5. 【請求項５】 カバーリング（12）は、シリコンから形成され、少なくともホットスポット（11
   ）内に可溶導体（10）を覆うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記
   載のヒューズ要素。
6. 【請求項６】 可溶導体（10）は、層形式の可溶導体であることを特徴とする請求項１ないし
   ５のいずれかに記載のヒューズ要素。
7. 【請求項７】 可溶導体（10）は、ワイヤ形式の可溶導体であることを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれか１項に記載のヒューズ要素。
8. 【請求項８】 基板（4）は、ＦＲ４等のプラスチックまたは複合プラスチック、あるいは、 他の回路基板材料からなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載
   のヒューズ要素。
9. 【請求項９】 基板（4）は、セラミック、特に、ガラスセラミックからなることを特徴とす る請求項１ないし８のいずれかに記載のヒューズ要素。
10. 【請求項１０】 リードスルー（5）は、めっきしたスルーホール(5a)として構成されること特 徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のヒューズ要素。
11. 【請求項１１】 めっきしたスルーホール(5a)は、導電性の燒結材料からなることを特徴とする
    請求項１０記載のヒューズ要素。
12. 【請求項１２】 めっきしたスルーホール(5a)は、リード部（8）を介して、端子領域（7）に接
    続されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のヒューズ
    要素。
13. 【請求項１３】 ヒューズ、端子領域（7）、リード部（8）、可溶導体（10）の各構成要素の少な
    くとも１つが、厚膜または薄膜からなることを特徴とする請求項１ないし１２の
    いずれかに記載のヒューズ要素。
14. 【請求項１４】 平面（6、9）は、２つの絶縁層または基板層の上部側および／または下部側に
    よって形成されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のヒュ
    ーズ要素。