JP2009037935A - 抵抗付き温度ヒューズ - Google Patents

Abstract

【課題】多湿環境下で使用しても、膜電極間のマイグレーション発生をよく防止できる基板型の抵抗接続用膜電極を提供する。
【解決手段】基板１の片面上に可溶合金エレメント接続用膜電極２，２と抵抗接続用膜電極４，４とを設け、可溶合金エレメント接続用膜電極２，２間に可溶合金エレメント３を接続し、抵抗接続用膜電極４，４間に膜抵抗５を接続し、抵抗接続用膜電極及び膜抵抗を覆ってガラス保護膜６を設け、可溶合金エレメント３及び該エレメントの各端近傍の可溶合金エレメント接続用膜電極部分を覆ってガラス保護膜６に接触させることなくフラックス７を塗布した。
【選択図】図１

Description

本発明は基板型の抵抗付き温度ヒューズに関するものである。

抵抗付き温度ヒューズは、温度ヒューズと抵抗体とを相互に絶縁し、かつ相互の良好な熱伝達性を保証して一体化したものであり、その使用形態としては、被保護機器の異常時に、抵抗体に電流を流し、抵抗体を通電発熱させ、その発生熱で温度ヒューズエレメントを溶断作動させて被保護機器への給電を遮断すること、抵抗付き温度ヒューズを被保護機器に接触して取付け、被保護機器の異常発熱により温度ヒューズエレメントを溶断作動させて被保護機器への給電を遮断することを挙げることができる。
この抵抗付き温度ヒューズとして、基板型の抵抗付き温度ヒューズが知られている。図３は従来の基板型抵抗付き温度ヒューズの一例の一部欠切上面図を示している（特許文献１）。
図３において、１’は絶縁基板である。２’，２’は基板１’の片面に設けた一対の可溶合金エレメント接続用膜電極、３’はこれらの膜電極２’，２’間に接続した可溶合金エレメント、７’は可溶合金エレメント３’及び可溶合金エレメント端近傍の膜電極部分に塗布したフラックスである。４’，４’は基板１’の片面に設けた抵抗接続用膜電極、５’はこれらの膜電極４’，４’間に設けた膜抵抗、６’は膜抵抗５’と膜抵抗に重なる抵抗接続用膜電極部分上に設けたガラス保護膜である。８’は基板１’の片面上に被覆した絶縁保護層である。

前記の可溶合金エレメント接続用膜電極２’及び抵抗接続用膜電極４’は、通常導体ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けられ、前記膜抵抗は抵抗ペースト、例えば酸化ルテニウムペーストの印刷・焼付けにより設けられている。
実用新案登録第２５０７０７３号公報

前記膜抵抗５’上のガラス保護膜６’は、膜抵抗５’を形成したのち絶縁保護層８’を被覆するまでの間、膜抵抗５’を機械的に保護すること、フラックス７’が膜抵抗５’に直接に接触するのを防止してフラックス７’の還元作用等による膜抵抗５’の抵抗値変化を防止すること等の役目を営む。
而して、従来においては、フラックス７’がガラス保護膜６’に接触することを許容し、実際、ガラス保護膜６’にまたがってフラックス７’を塗布している（滴下した瞬時には、未固化であり、拡がりが生じる）。

しかしながら、本発明者等は、鋭意検討の結果、制御回路に前記基板型抵抗付き温度ヒューズを組み込んで使用する場合、前記のようにガラス保護膜に跨ってフラックスを塗布すると、多湿環境のもとでは、可溶合金エレメント接続用膜電極と抵抗接続用膜電極との間にマイグレーションが発生することを知見した。

その発生機構を図４により説明すると次の通りである。図４は図３におけるａ−ａ断面を示し、１’は前記基板型抵抗付き温度ヒューズの基板を、２’は可溶合金エレメント接続用銀膜電極を、４’は抵抗接続用銀膜電極を、５’は膜抵抗を、６’はガラス保護膜を、７’はフラックスを、８’は絶縁保護層をそれぞれ示している。
この抵抗付き温度ヒューズが組み込まれる前記制御回路は、トランジスタやサイリスタを有し、これらの整流作用のために、両銀膜電極間に直流電圧（ほぼ１００ｖ）が加電されている。多湿環境下では、絶縁保護層例えばエポキシ樹脂層を透過する湿分のためにフラックス７’が溶液化され、この溶液フラックス中の有機酸や活性剤のためにＣＯＯＨ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｆ⁻、Ｉ⁻等の陰イオンが発生してフラックスが電解質溶液になる。
而るに、ガラス保護膜６’はガラスペーストの印刷・焼成により設けられ、ガラス粒子間が融着した組織であり、すなわち焼結組織であり、通常の焼成条件のもとでは、前記電解質溶液に対しては、完全な遮水作用は期待できない。かかるもとでは、前記の両銀膜電極２’−４’間が電解質溶液で繋がれ、前記の直流電圧加電下、陽極となる一方の膜電極側では、Ａｇ→Ａｇ^＋＋ｅの反応によりＡｇが溶け出し、この溶出Ａｇ^＋が他方の陰極となる膜電極に向かって移動し、この陰極でＡｇ^＋＋ｅ→Ａｇの反応によりＡｇが析出し、両膜電極間に陰極側から陽極側に向かうＡｇの樹枝状痕跡が形成されていく。

本発明者等は、ガラス保護膜の組織を緻密化し、両膜電極間の前記電解質溶液による導通を排除するために、ガラス保護膜の焼成条件を通常の５５０℃×１０分の条件から６５０℃×１０分の条件にグレードアップしてみたが、これでは膜抵抗の抵抗値の相当の変化が避けられず、有効な解決策にはならないことを知った。更に、別に８５０℃×１０分の焼成条件においても解決策には至らなかった。

本発明の目的は、上記の知見に基づき、多湿環境下で使用しても、膜電極間のマイグレーション発生をよく防止できる基板型の抵抗接続用膜電極を提供することにある。

請求項１に係る抵抗付き温度ヒューズは、基板の片面上に可溶合金エレメント接続用膜電極と抵抗接続用膜電極とを設け、可溶合金エレメント接続用膜電極間に可溶合金エレメントを接続し、抵抗接続用膜電極間に膜抵抗を接続し、抵抗接続用膜電極及び膜抵抗を覆ってガラス保護膜を設け、可溶合金エレメント及び該エレメントの各端近傍の可溶合金エレメント接続用膜電極部分を覆ってガラス保護膜に接触させることなくフラックスを塗布するための手段を前記の基板に付設したことをたことを特徴とする。
請求項２に係る抵抗付き温度ヒューズは、請求項１の抵抗付き温度ヒューズにおいて、基板の片面における、フラックス塗布域とガラス保護膜との間にフラックスを堰き止めるための堤部が設けられていることを特徴とする。
請求項３に係る抵抗付き温度ヒューズは、請求項１の抵抗付き温度ヒューズにおいて、基板の片面における、フラックス塗布域とガラス保護膜との間にフラックス塗布域の限界を示すマークが付されていることを特徴とする。
請求項４に係る抵抗付き温度ヒューズは、請求項１〜３何れかの抵抗付き温度ヒューズにおいて、ガラス保護膜が焼成ピーク温度５００℃〜９００℃、５分〜４０分の条件で焼き付けられていることを特徴とする。
請求項５に係る抵抗付き温度ヒューズは、請求項１〜４何れかの抵抗付き温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメント接続用膜電極及び抵抗接続用膜電極がＡｇ系導体ペースト、Ｃｕ系導体ペーストまたはＡｕ系導体ペーストの印刷・焼き付けにより設けられていることを特徴とする。
請求項６に係る抵抗付き温度ヒューズは、請求項１〜５何れかの抵抗付き温度ヒューズにおいて、可溶合金エレメント接続用膜電極と可溶合金エレメントとフラックスとからなる温度ヒューズ部を挾む両側に、抵抗接続用膜電極と膜抵抗とガラス保護膜とからなる膜抵抗部が設けられていることを特徴とする。

（１）フラックスを可溶合金エレメント及び該エレメントの各端近傍の可溶合金エレメント接続用膜電極部分を覆うように塗布しているが、このフラックスを膜抵抗及び抵抗接続用膜電極上のガラス保護膜に接触させていないから、ガラス保護膜がガラス粒子焼結間隙に基づく通水性を有していても、フラックスが吸湿して電解質溶液となったときの可溶合金エレメント接続用膜電極と抵抗接続用膜電極との間のマイグレーションを排除できる。
（２）ガラス保護膜に膜抵抗に対する機械的保護機能を付与させ得れば、緻密性は要求されず、ガラス保護膜の焼成条件を緩くできる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１の（イ）は本発明に係る基板型抵抗付き温度ヒューズを示す一部欠切平面図、図１の（ロ）は図１の（イ）におけるロ−ロ断面図、図１の（ハ）は図１の（イ）におけるハ−ハ断面図ある。
図１において、１は耐熱性・熱良伝導性の絶縁基板であり、セラミックス基板を使用できる。
２，２は一対の可溶合金エレメント接続用膜電極であり、導体ペースト（導電粒子とバインダーと溶媒との混合液）、例えば、Ａｇペースト、Ａｇ−Ｐｄペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。３は可溶合金エレメント接続用膜電極２，２間に溶接により接続した可溶合金エレメントであり、鉛フリー合金、例えばＩｎ−Ｂｉ−Ｓｎ系合金、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｉｎ−Ｂｉ−Ｓｎ−Ａｇ系合金等を使用することが好ましい。
４，４、４，４は可溶合金エレメント３を挾む両側のそれぞれに設けた一対の抵抗接続用膜電極であり、前記の可溶合金エレメント接続用膜電極２と同様に導体ペースト（導電粒子とバインダーと溶媒との混合液）、例えば、Ａｇペースト、Ａｇ−Ｐｄペースト、Ｃｕペースト、Ａｕペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。５は抵抗接続用膜電極間４，４に設けた膜抵抗であり、抵抗ペースト（抵抗粒子、例えば酸化金属粒子とバインダーと溶媒との混合液）、例えば酸化ルテニウム粒子を抵抗粒子とするものの印刷・焼付けにより形成できる。
６は膜抵抗５上に設けたガラス保護膜であり、ガラス粒子をアルコール等の溶媒に分散させたティスパージョンの印刷・焼付けにより形成できる。
Ａは可溶合金エレメント及び該エレメントの各端近傍の可溶合金エレメント接続用膜電極部分を覆ってガラス保護膜に接触させることなくフラックスを塗布するための手段、図示の例では前記基板１の片面に各ガラス保護膜６の可溶合金エレメント側縁端と可溶合金エレメント３との間に設けた堤部であり、堤部底面で各ガラス保護膜の前記縁端を覆うように、または各ガラス保護膜の縁端を堤部の外側に位置させるように、しかも堤部の長手方向両端のそれぞれを抵抗接続用膜電極４を越えさせるようにして設けてある。この堤部の高さは、フラックスに対する濡れ性に左右され(濡れ性の低いものほど薄くできる)、ペースト厚みで５μｍ〜１０００μｍとされる。この堤部Ａは、基板１と同一材質のロッド、例えばセラミックスロッドの接着固定、基板に一体成形、基板よりもフラックスに対する濡れ性の低い膜の形成例えばガラスペーストの印刷焼付け、硬化性樹脂例えばエポキシ樹脂の盛り付け等により設けることができる。

７は可溶合金エレメント及び可溶合金エレメント各端近傍の可溶合金エレメント接続用膜電極部分に塗布したフラックスであり、堤部Ａ，Ａ間の間に塗布してあり、ガラス保護膜６とは接触していない。フラックスには、ロジン、またはロジンに活性剤として有機酸、例えばアジエピン酸等のカルボン酸、有機塩化物、有機臭化物を添加したものを使用できる。フラックスの塗布には、常温では固体のフラックスを加熱により溶融させ、これを滴下塗布して冷却固化させる方法を用いることができる。
８は絶縁基板１の片面に設けた絶縁保護層であり、例えばエポキシ樹脂溶液の滴下塗布・硬化により設けることができる。この硬化温度は、フラックスの融点未満である。
９，…は各膜電極に接続したリード導体である。

本発明に係る基板型抵抗付き温度ヒューズは次のような工程で製造できる。すなわち、基板状への可溶合金エレメント接続用膜電極及び抵抗接続用膜電極の形成→抵抗接続用膜電極間への膜抵抗の形成・接続→トリミングによる膜抵抗値の調整→ガラス保護膜の形成→可溶合金エレメント接続用膜電極間への可溶合金エレメントの溶接による接続→フラックスの塗布→絶縁保護層の形成。リード導体の各電極への接続は、スポット溶接、レーザ溶接等により行うことができる。これらの溶接は瞬時的であり、可溶合金エレメントやフラックスに影響を及ぼすようなことはなく、何れの段階で行ってもよい。

ガラス保護膜は、ガラス粒子６０〜８０重量％，エチルセルロース０．５〜３．０重量％，エステルアルコール３０〜２０重量％，パインオイル残部のガラスペーストを印刷し、焼成ピーク温度５００℃〜６００℃、１０分の条件で焼成することにより形成でき、ガラス保護膜の形成後は、膜抵抗を機械的に保護でき、膜抵抗値を所定値に充分安定に維持できる。

本発明に係る基板型抵抗付き温度ヒューズは、制御回路に組み込んで使用され、被保護機器の異常時に、抵抗体に電流を流し、抵抗体を通電発熱させ、その発生熱で温度ヒューズエレメントを溶断作動させて被保護機器への給電を遮断させる。この場合、制御回路の回路素子であるダイオードやサイリスタの整流作用のために、可溶合金エレメント接続用膜電極と抵抗接続用膜電極との間に、ほぼ１００ｖの直流電圧が加電される。
而るに、本発明に係る基板型抵抗付き温度ヒューズが多湿環境のもとで使用されて絶縁保護層を透過する湿分によりフラックスが電解質溶液化されても、ガラス保護膜の透水性にもかかわらず、可溶合金エレメント接続用膜電極と抵抗接続用膜電極との間の電解質溶液による繋がりがないから、可溶合金エレメント接続用膜電極と抵抗接続用膜電極との間への前記直流電圧の加電にもかかわらず、両電極間のマイグレーションを回避できる。このことは、後述の実施例と比較例との対比からも確認できる。

本発明に係る基板型抵抗付き温度ヒューズを被保護機器に取付けて使用する場合は、上記の使用形態の外、被保護機器の異常発熱により温度ヒューズエレメントを溶断作動させて被保護機器への給電を遮断する形態で使用することもできる。

上記の実施例では、堤部を設けてフラックスのガラス保護膜への非接触を保証しているが、堤部の配設に代え、境界ラインマークを付し、フラックスをこの境界ラインを越えないように塗布することもできる。
また、上記の堤部または境界ラインを図２に示すように、可溶合金エレメント端近傍の可溶合金エレメント接続用膜電極部分を内側に納める枠形とすることもできる。
前記の実施例では、温度ヒューズ部の両側に膜抵抗を設けているが、片側の膜抵抗部は省略することもできる。

〔実施例〕
使用した基板型抵抗付き温度ヒューズの構成は、図２に示すものであり、各部の寸法等は次の通りとした。
基板には、横８．５ｍｍ×縦１２．７ｍｍ（可溶合金エレメントの軸方向を横方向とする）のセラミックス板を用いた。可溶合金エレメントには、長さ４ｍｍ、外径０．５ｍｍφ、融点１０４℃のＢｉ−Ｉｎ−Ｓｎ系合金を用い、その配設は基板の中央位置とした。可溶合金エレメント接続用膜電極の寸法は横０．６ｍｍ×縦２ｍｍとし、抵抗接続用膜電極の寸法は横１ｍｍ×縦２．２ｍｍとし、両膜電極ともＡｇ導体ペーストの印刷・焼付けにより形成した。膜抵抗は酸化ルテニウムペーストの印刷・焼付けにより形成し、抵抗膜の内側縦方向縁と抵抗接続用膜電極の内側縦方向縁及び抵抗膜の横方向縁と抵抗接続用膜電極の横方向縁とを一致させた。抵抗値はトリミングにより設定した。ガラス保護膜の寸法は膜抵抗の外郭をややはみ出る寸法とし、組成がガラス粒子７０重量％，エチルセルロース２重量％，エステルアルコール２５重量％，パインオイル３重量％のガラスペーストを印刷し、焼成ピーク温度５５０℃、１０分の条件で焼成した。
枠形堤部を枠の各辺をガラスペーストの塗布幅０．２ｍｍ、塗布高さ３０μｍで印刷形成した。この枠の外郭の横片下端にガラス保護膜の内側横縁が接触するものがあった。この枠形堤部内に溶融フラックス（ロジンを主成分とする）を滴下し、自然冷却により固化させた。而るのち、エポキシ樹脂の滴下塗装により厚み２ｍｍの絶縁保護層を形成した。

〔比較例１〕
実施例に対し、堤枠の使用を省略した。フラックスがガラス保護膜上に拡がり、抵抗接続用膜電極上にガラス膜を隔ててフラックスが存在している。
〔比較例２〕
比較例１に対し、ガラス保護膜の焼成条件を５５０℃×１分から６５０℃×１分にグレードアップした。この比較例２でも、比較例１と同様にフラックスがガラス保護膜上に拡がり、抵抗接続用膜電極上にガラス膜を隔ててフラックスが存在している。

これらの実施例品、比較例品について、６０℃×９０％の加湿条件で、両電極間に可溶合金エレメント接続用膜電極を＋側としてＤＣ１００ｖを印加する試験を行った。その結果は、実施例品では５００時間経過後でも何ら異常は認められなかったが、比較例品１では、７１時間経過時にマイグレーションが発生し、比較例２では、１１８時間経過時にマイグレーションが発生した。
比較例２が比較例１より軽度のマイグレーションである理由は、ガラス保護膜の緻密化がアップし、両膜電極間が電解質溶液で繋がり難くなった結果であると推測できるが、ガラス保護膜の焼成条件の過酷さのために膜抵抗値の相当の変動が確認された。

本発明に係る基板型抵抗付き温度ヒューズの一実施例を示す図面である。 本発明に係る基板型抵抗付き温度ヒューズの別実施例を示す図面である。 従来の基板型抵抗付き温度ヒューズを示す図面である。 従来の基板型抵抗付き温度ヒューズにおけるマイグレーションの発生機構を示す図面である。

符号の説明

１ 絶縁基板
２ 可溶合金エレメント接続用膜電極
３ 可溶合金エレメント
４ 抵抗接続用膜電極
５ 膜抵抗
６ ガラス保護膜
７ フラックス
Ａ 堤部

Claims (6)

1. 基板の片面上に可溶合金エレメント接続用膜電極と抵抗接続用膜電極とを設け、可溶合金エレメント接続用膜電極間に可溶合金エレメントを接続し、抵抗接続用膜電極間に膜抵抗を接続し、抵抗接続用膜電極及び膜抵抗を覆ってガラス保護膜を設け、可溶合金エレメント及び該エレメントの各端近傍の可溶合金エレメント接続用膜電極部分を覆ってガラス保護膜に接触させることなくフラックスを塗布するための手段を前記基板に付設したことを特徴とする抵抗付き温度ヒューズ。
2. 基板の片面における、フラックス塗布域とガラス保護膜との間にフラックスを堰き止めるための堤部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の抵抗付き温度ヒューズ。
3. 基板の片面における、フラックス塗布域とガラス保護膜との間にフラックス塗布域の限界を示すマークが付されていることを特徴とする請求項１記載の抵抗付き温度ヒューズ。
4. ガラス保護膜が焼成ピーク温度５００℃〜９００℃、５分〜４０分の条件で焼き付けられていることを特徴とする請求項１〜３何れか記載の抵抗付き温度ヒューズ。
5. 可溶合金エレメント接続用膜電極及び抵抗接続用膜電極がＡｇ系導体ペースト、Ｃｕ系導体ペーストまたはＡｕ系導体ペーストの印刷・焼き付けにより設けられていることを特徴とする請求項１〜４何れか記載の抵抗付き温度ヒューズ。
6. 可溶合金エレメント接続用膜電極と可溶合金エレメントとフラックスとからなる温度ヒューズ部を挾む両側に、抵抗接続用膜電極と膜抵抗とガラス保護膜とからなる膜抵抗部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５何れか記載の抵抗付き温度ヒューズ。

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