本發明涉及安裝到電流通路中的、在流過超過額定的電流時因自身發熱而熔斷從而阻斷該電流通路的熔斷器件和熔線元件,尤其是,涉及快速熔斷性優異、熔斷后的絕緣性優異的熔斷器件和熔線元件。
本申請以在2014年7月15日在日本提出申請的日本專利申請特愿2014-144705為基礎主張優先權,通過參照該申請以引用于本申請中。
背景技術:
以往,使用在流過超過額定的電流時因自身發熱而熔斷,從而阻斷該電流通路的熔線元件。作為熔線元件,例如大多使用將焊料封入玻璃管的夾具固定型保險絲、在陶瓷基板表面印刷Ag電極而成的晶片保險絲、將銅電極的一部分變細來組裝到塑料盒中的螺旋夾型或插入型保險絲等。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:日本特開2011-82064號公報
技術實現要素:
發明要解決的課題
但是,在上述現有的熔線元件中,被指出有無法由回流的表面安裝、額定電流低、另外由于大型化而提高額定時快速熔斷性差這樣的問題。
此外,在假定用于回流安裝的快速熔斷熔斷器件時,一般對于熔線元件,熔點為300℃以上的加入有Pb的高熔點焊料在熔斷特性上優選,使得不會因回流的熱而熔融。但是,在RoHS指令等中盡可能地限制含Pb焊料的使用,今后,據認為無Pb化的要求會越來越強烈。
即,作為熔線元件,要求:由回流的表面安裝成為可能且對熔斷器件的安裝性優異、能夠提高額定來對應大電流、并具有在流過超過額定的過電流時快速地阻斷電流通路的快速熔斷性。
為了應對這樣的要求,也提出了將多個保險絲部進行并聯的熔線元件。該熔線元件50如圖14(A)所示所示,通過將多個保險絲部51A~51C并聯,從而具有多個通電通路。多個保險絲部51A~51C分別在形成在絕緣基板52的表面52a的第1、第2電極53、54之間被連接,構成電流的通電通路,通過流過超過額定的電流,則由自身發熱(焦耳熱)而熔斷。熔線元件50通過熔斷全部的保險絲部51A~51C,來阻斷第1、第2電極53、54之間的電流通路。
此時,熔線元件50如果流過超過額定的電流,則電阻值低的保險絲部51中流過較多的電流,通過自身發熱而依次熔斷,僅在最后剩下的保險絲部51熔斷時產生電弧放電。因此,根據熔線元件50,即使在最后剩下的保險絲部51熔斷時產生電弧放電的情形下,對應于保險絲部51的體積而成為小規模,能夠防止熔融金屬的爆發性的飛散,且能提高熔斷后的絕緣性。此外,對于熔線元件50而言,由于多個保險絲部51A~51C逐一被熔斷,各保險絲部51熔斷所需的熱能量較少就能完成,能夠在短時間內實現阻斷。
但是,熔線元件50如果伴隨著熔斷器件的小型化,并聯的各保險絲部51A~51C的間隔也變得狹窄,那么如圖14(B)所示,保險絲部51A~51C中電阻值相對低的保險絲部51中流過較多的電流而發熱時,因發熱而部分熔融,會有鄰接的保險絲部51接觸的危險。如果鄰接的保險絲部51彼此接觸,則保險絲部51大型化,不能使各保險絲部51A~51C依次熔斷,如圖14(C)所示,由于變得使保險絲部51整體熔融,直至熔斷所需要的電力也會增加,因此,變得不能夠快速阻斷電流通路。此外,如果保險絲部51大型化,則熔斷時產生的電弧放電也變為大規模,有因熔融金屬的爆發性的飛散而損害熔斷后的絕緣性的危險。
這里,本發明的目的在于提供一種即使對于實現小型化的熔斷器件,快速熔斷性和熔斷后的絕緣性也優異的熔斷器件和熔線元件。
用于解決課題的方法
為了解決上述課題,本發明所涉及的熔斷器件具有:絕緣基板,搭載于上述絕緣基板上、通過流過超過額定的電流而自身發熱從而熔斷來阻斷通電通路的、具備并聯的多個保險絲部的熔線元件或并聯的多個熔線元件,設置在上述多個保險絲部之間或上述多個熔線元件之間并防止并聯的上述保險絲部彼此或上述熔線元件彼此的連接的絕緣部。
此外,本發明所涉及的熔線元件具有并聯的多個保險絲部、和設置在上述多個保險絲部之間且防止并聯的上述保險絲部彼此連接的絕緣部,上述多個保險絲部因流過超過額定的電流而自身發熱從而熔斷。
發明的效果
根據本發明,通過設置絕緣部,熔線元件防止在保險絲部依次熔斷時,因自身的發熱而熔融、膨張且與鄰接的保險絲部接觸、凝集。由此,熔線元件能夠防止因鄰接的保險絲部彼此熔融、凝集而大型化,熔斷所需要的電力增加而引起的熔斷時間的增加,能夠防止因熔斷時產生的電弧放電的大規模化而導致的熔融金屬的爆發性的飛散、熔斷后絕緣性的下降。
附圖說明
[圖1]圖1是顯示本發明所應用的熔線元件一例的圖,(A)是將覆蓋部件拿開時的分解立體圖、(B)是外觀立體圖。
[圖2]圖2是顯示熔線元件的熔斷順序的圖,(A)顯示熔斷前,(B)顯示外側保險絲部熔斷的狀態,(C)顯示全部的保險絲部熔斷的狀態。
[圖3]圖3是顯示使用一條板狀保險絲的熔斷器件的熔斷狀態的圖,(A)顯示流過超過額定的電流的開始狀態,(B)顯示保險絲熔融、凝集的狀態,(C)顯示保險絲伴隨電弧放電而爆發性地熔斷的狀態。
[圖4]圖4是在絕緣基板的表面設置有絕緣部的熔斷器件的截面圖。
[圖5]圖5是在覆蓋部件的頂面設置有絕緣部的熔斷器件的截面圖。
[圖6]圖6是通過在保險絲部之間填充構成絕緣部的材料并使其固化來設置絕緣部的熔斷器件的截面圖。
[圖7]圖7是顯示熔線元件的平面圖,(A)顯示一體化支撐保險絲部的兩側的物體,(B)顯示一體化支撐保險絲部的單側的物體。
[圖8]圖8是顯示將3條保險絲并聯而成的熔斷器件的立體圖。
[圖9]圖9是使用圖1所示的熔線元件來制造熔斷器件的工序圖,(A)是絕緣基板的立體圖,(B)顯示在絕緣基板上搭載有熔線元件的狀態,(C)顯示在熔線元件上設置有助焊劑的狀態,(D)顯示搭載有覆蓋部件的狀態,(E)顯示向電路基板安裝的狀態。
[圖10]圖10是在第1、第2電極上設置有伸出部的熔斷器件的圖,(A)是絕緣基板的平面圖,(B)是立體圖。
[圖11]圖11是使用圖1所示的熔線元件來制造其他熔斷器件的工序圖,(A)是絕緣基板的立體圖,(B)顯示在絕緣基板上搭載有熔線元件的狀態,(C)顯示在熔線元件上設置有助焊劑的狀態,(D)顯示搭載有覆蓋部件的狀態和向電路基板安裝的狀態。
[圖12]圖12是顯示使用其他熔線元件的其他熔斷器件的立體圖。
[圖13]圖13是顯示形成有第1、第2分段電極的絕緣基板的平面圖。
[圖14]圖14是顯示參考例中的熔斷器件的熔斷狀態的圖,(A)顯示熔斷前,(B)顯示外側保險絲部熔融并與內側保險絲部一體化的狀態,(C)顯示全部保險絲部同時熔斷的狀態。
具體實施方式
以下,對于本發明所應用的熔斷器件和熔線元件,一邊參照附圖一邊進行詳細地說明。需要說明的是,本發明并不僅僅限定于以下的實施方式,當然可以在不脫離本發明的宗旨的范圍內進行各種改變。此外,附圖僅是示意圖,各尺寸的比例等與現實會有所不同。具體的尺寸等應該參考以下的說明來判斷。此外,當然,附圖相互之間也包括相互尺寸關系、比例不同的部分。
[第1實施方式]
本發明所涉及的熔斷器件1,如圖1(A)、(B)所示具有:絕緣基板2、在絕緣基板2上設置的第1和第2電極3、4、在第1和第2電極3、4之間安裝的熔線元件5以及覆蓋在設置有熔線元件5的絕緣基板2的表面2a上的覆蓋部件6,其中,熔線元件5通過流過超過額定的電流而自身發熱從而熔斷,來阻斷第1電極3與第2電極4之間的電流通路。
此外,在熔線元件5中并聯多個保險絲部7,在多個保險絲部7之間設置用于防止并聯的保險絲部7彼此連接的絕緣部8。通過將該熔斷器件1安裝于電路基板中,從而熔線元件5串聯地組裝到在該電路基板上形成的電路中。
熔斷器件1是實現了小型且高額定的熔斷器件,例如,作為絕緣基板2的尺寸為3~4mm×5~6mm程度的小型基板,則可以實現電阻值為0.5~1mΩ、50~60A額定這樣的高額定化。需要說明的是,本發明當然可以適用于具有任何尺寸、電阻值和額定電流的熔斷器件中。
絕緣基板2例如可以由氧化鋁、玻璃陶瓷、莫來石、氧化鋯等具有絕緣性的部件而形成為方形。此外,絕緣基板2還可以使用玻璃環氧基板、苯酚基板等用于印刷布線基板的材料。
在絕緣基板的相對的兩個端部形成第1、第2電極3、4。第1、第2電極3、4分別由Cu、Ag布線等導電圖案來形成,在Cu等易于氧化的布線材料時,在表面適宜地設置Sn鍍敷等的保護層來作為防止氧化的對策。
[覆蓋部件]
此外,熔斷器件1中,在絕緣基板2的表面2a上安裝有保護內部的同時防止熔融的熔線元件5飛散的覆蓋部件6。覆蓋部件6具有搭載于絕緣基板2的表面2a上的側壁6a和構成熔斷器件1的上面的頂面6b。熔斷器件1中,設置這樣的間隙,即如果覆蓋部件6的側壁6a連接到絕緣基板2的表面2a上,則從絕緣基板2的表面2a與頂面6b之間導出在熔線元件5的兩端上設置的端子部10的間隙。該覆蓋部件6可以使用例如熱塑性塑料、陶瓷、玻璃環氧基板等具有絕緣性的部件來形成。
[熔線元件]
在第1和第2電極3、4之間安裝的熔線元件5為,因流過超過額定的電流而自身發熱(焦耳熱)從而熔斷,來阻斷第1電極3與第2電極4之間的電流通路的熔線元件。熔線元件5介由焊料等連接材料搭載于第1和第2電極3、4之間后,通過回流焊接等連接到絕緣基板2上。
熔線元件5具有在絕緣基板2上形成的第1、第2電極3、4之間搭載的多個保險絲部7、和將熔斷器件1連接到被安裝的電路基板的連接端子的端子部10。
以下,使用將3個保險絲部7A~7C并聯的熔線元件5作為例子進行說明。如圖2(A)所示,各保險絲部7A~7C通過搭載于在絕緣基板2上形成的第1、第2電極3、4之間,從而構成熔線元件5的多個通電通路。而且,多個保險絲部7A~7C如圖2(B)所示,會因流過超過額定的電流而自身發熱(焦耳熱)從而熔斷。熔線元件5通過熔斷全部的保險絲部7A~7C來阻斷第1、第2電極3、4之間的電流通路(圖2(C))。
此外,熔線元件5在流過超過額定的電流而熔斷時,即使產生電弧放電,也能夠防止熔融的熔線元件大范圍地飛散,由飛散的金屬形成新的電流通路,或者飛散的金屬附著在端子、周圍的電子部件等。
即,如圖3(A)所示,對于在絕緣基板40上的電極端子41、42之間被大范圍地搭載的熔線元件43,如果施加超過額定的電壓而流過大電流,則整體地發熱。而且,如圖3(B)所示,熔線元件43整體熔融并成為凝集狀態后,如圖3(C)所示,會在產生大規模的電弧放電的同時熔斷。因此,熔線元件43的熔融物會爆發性地飛散。因此,會有因飛散的金屬形成新的電流通路而損害絕緣性,或者,使在絕緣基板40上形成的電極端子41、42熔融并飛散,從而有附著到周圍的電子部件等的危險。而且,熔線元件43在整體凝集后,由于使其熔融、阻斷,因此熔斷所需要的熱能量也增加,快速熔斷性變差。
作為快速阻止電弧放電來阻斷電路的對策,還曾提出了在中空殼內填充消弧材料、在放熱材料的周圍將熔線元件卷繞成螺旋狀,從而產生時滯的應對高電壓的電流保險絲。但是,以往的應對高電壓的電流保險絲中,消弧材的封入、螺旋保險絲的制造都需要復雜的材料和加工工藝,這在熔斷器件的小型化、電流的高額定化方面是不利的。
在這一方面,熔線元件5,由于使在第1、第2電極3、4之間搭載的多個保險絲部7A~7C并聯,如果流過超過額定的電流,則在電阻值低的保險絲部7仍流過較多的電流,會因自身發熱而依次熔斷,僅有在最后剩下的保險絲部7熔斷時才產生電弧放電。因此,根據熔線元件5,即使在最后剩下的保險絲部7熔斷時產生電弧放電的情形下,對應于保險絲部7的體積而成為小規模的電弧放電,也可以防止熔融金屬的爆發性的飛散,還能夠大幅度地提高熔斷后的絕緣性。此外,熔線元件5由于多個保險絲部7A~7C逐個熔斷,因此,各保險絲部7的熔斷所需要的熱能量較少即可完成,可以在短時間實現阻斷。
[絕緣部]
此外,如圖1、圖4所示,熔斷器件1中在多個保險絲部7之間設置了防止并聯的保險絲部7彼此連接的絕緣部8。通過設置絕緣部8,從而熔線元件5在保險絲部7依次熔斷時,防止因自身發熱而熔融、膨張從而與鄰接的保險絲部7接觸、凝集。由此,熔線元件5能夠防止因鄰接的保險絲部7彼此熔融、凝集而大型化、增加熔斷所需要的電力而導致熔斷時間的增加,能夠防止因熔斷時產生的電弧放電的大規模化而導致的熔融金屬的爆發性的飛散、熔斷后絕緣性的下降。
例如在絕緣基板2的表面2a上通過印刷阻焊劑、玻璃等絕緣材料來設置絕緣部8。此外,絕緣部8由于具有絕緣性,相對于熔融保險絲不具有潤濕性,因此沒有必要必須將鄰接的保險絲部7彼此完全隔離。即,即使與覆蓋部件6的頂面6b之間存在空隙,由潤濕性引起的牽引(引き込み)作用不起作用,熔融保險絲不會從該空隙流入到并聯的保險絲部側。此外,如果保險絲部7因自身的發熱而熔融,則在第1、第2電極3、4之間的區域膨脹成截面拱頂形狀。因此,絕緣部8只要具有從絕緣基板2的表面2a至覆蓋部件6的頂面6b為止的高度的一半以上的高度,就可以防止熔融保險絲與并聯的保險絲部7接觸。當然,絕緣部8還可以形成為從絕緣基板2的表面2a直至覆蓋部件6的頂面6b的高度,將保險絲部7彼此隔離。
此外,如圖5所示,絕緣部8還可以形成在覆蓋部件6的頂面6b。絕緣部8可以與覆蓋部件6的頂面6b形成為一體,或者還可以通過在頂面6b印刷阻焊劑、玻璃等絕緣材料來設置。即使在該情況下,絕緣部8只要具有從覆蓋部件6的頂面6b至絕緣基板2的表面2a為止的高度的一半以上的高度,就可以防止熔融保險絲與并聯的保險絲部7接觸。
此外,如圖6所示,絕緣部8除了設置于絕緣基板2、覆蓋部件6之外,還可以通過在并聯的多個保險絲部7之間涂布構成絕緣部8的液狀或者糊狀的絕緣材料并使其固化來形成。作為構成絕緣部8的絕緣性材料,可以使用環氧樹脂等熱固性的絕緣性粘接劑、阻焊劑、玻璃糊料。在該情況下,構成絕緣部8的絕緣材料可以在將熔線元件5連接到絕緣基板2之后使其涂布、固化,也可以在將熔線元件5連接到絕緣基板2之前使其涂布、固化。
液狀或者糊狀的絕緣材料通過毛細管作用填充在并聯的多個保險絲部7之間,通過固化可以防止保險絲部7因發熱而熔融時并聯的保險絲部7彼此的連接。因此,要求構成絕緣部8的絕緣材料通過固化具有針對保險絲部7的發熱溫度的耐熱性。
[熔斷順序的控制]
熔斷器件1優選在熔線元件5的各保險絲部7之間設置絕緣部8。此外,熔斷器件1優選使多個保險絲部7依次熔斷的同時,至少在最初熔斷的保險絲部7和與該最初熔斷的保險絲部7鄰接的保險絲部7之間設置絕緣部8。
例如,熔線元件5通過使多個保險絲部7中的一個保險絲部7的一部分或全部截面面積比其他保險絲部的截面面積小,由此可以相對地高電阻化,從而如果流過超過額定的電流,則首先從比較低電阻的保險絲部7流過較多的電流,從而熔斷。由于該保險絲部7的熔斷是因自身發熱所致,因而不伴隨產生電弧放電,因此不會有熔融金屬的爆發性的飛散。之后,電流集中于剩余的該被高電阻化的保險絲部7,最后伴隨著電弧放電而熔斷。由此,熔線元件5能夠使保險絲部7依次熔斷。熔線元件5中,截面面積小的保險絲部7的熔斷時會產生電弧放電,但對應于保險絲部7的體積也是小規模的電弧放電,可以防止熔融金屬的爆發性的飛散。
此時,熔斷器件1通過在最初熔斷的比較低電阻的保險絲部7和與該保險絲部7鄰接的保險絲部之間設置絕緣部8,從而可以防止因自身的發熱而膨張從而與鄰接的保險絲部7接觸、凝集。由此,熔斷器件1按照規定的熔斷順序使保險絲部7熔斷,同時可以防止因鄰接的保險絲部7彼此一體化而導致的熔斷時間的增加、因電弧放電大規模化而導致的絕緣性的下降。
具體而言,在圖1所示的搭載了由3個保險絲部7A、7B、7C構成的熔線元件5的熔斷器件1中,通過將中間的保險絲部7B的截面面積相對地減小而高電阻化,由此,從外側的保險絲部7A、7C優先地流過更多的電流,使其熔斷后,中間的保險絲部7B最后熔斷。此時,熔斷器件1通過在保險絲部7A、7B之間和保險絲部7B、7C之間分別設置絕緣部8,從而即使保險絲部7A、7C因自身發熱而熔融時,也不會與鄰接的保險絲部7B接觸而在短時間內熔斷的同時,能夠使保險絲部7B最后熔斷。此外,截面面積小的保險絲部7B也不與鄰接的保險絲部7A、7C接觸,熔斷時的電弧放電也被控制在小規模。
需要說明的是,熔線元件5設置3個以上的保險絲部時,優選外側的保險絲部最先熔斷,內側的保險絲部最后熔斷。例如,如圖2所示,熔線元件5設置了3個保險絲部7A、7B、7C時,優先中間的保險絲部7B最后熔斷。
如上所述,如果在熔線元件5中流過超過額定的電流時,首先,外側設置的2個保險絲部7A、7C流過較多的電流,因自身發熱而熔斷。由于這些保險絲部7A、7C的熔斷是因自身發熱所致,而沒有伴隨電弧放電,因此不會產生熔融金屬的爆發性的飛散。此外,如上所述,保險絲部7A、7C因絕緣部8而不與鄰接的保險絲部7B接觸,因而最先熔斷。
接下來,在內側設置的保險絲部7B中電流集中,在伴隨著電弧放電的同時發生熔斷。此時,熔線元件5通過使設置在內側的保險絲部7B最后熔斷,從而即使產生電弧放電,也可以通過在先熔斷的外側的保險絲部7A、7C、在保險絲部7A、7C之間設置的絕緣部8來捕捉保險絲部7B的熔融金屬。因此,可以抑制保險絲部7B的熔融金屬的飛散,防止因熔融金屬導致的短路等。
此時,熔線元件5還可以是3個保險絲部7A~7C中位于內側的中間的保險絲部7B的一部分或全部的截面面積比位于外側的其他保險絲部7A、7C的截面面積小,由此相對地高電阻化,從而使得中間的保險絲部7B最后熔斷。即使在該情況下,通過使截面面積相對小而使其最后熔斷,由此,電弧放電對應于保險絲部7B的體積成為小規模的,可以進一步抑制熔融金屬的爆發性的飛散。
[絕緣部的設置位置]
此外,熔斷器件1只要根據保險絲部7的熔斷部位來設置絕緣部8即可。如圖2所示,熔線元件5通過各保險絲部7連接到在絕緣基板2上設置的第1、第2電極3、4上,使得第1、第2電極3、4之間導通。各保險絲部7在與第1、第2電極3、4連接的兩端部不產生電流集中,而在第1電極3與第2電極4的中間部產生電流集中,通過高溫下發熱從而熔融。
因此,熔斷器件1中,與各保險絲部7的與第1電極3和第2電極4連接的兩端部之間的中間部鄰接而設置,可以防止熔融保險絲與鄰接的保險絲部7接觸。
[端子部]
在將搭載了熔線元件5的熔斷器件1安裝于電路基板時,端子部10與在該電路基板上形成的連接端子相連接,如圖1所示,形成在保險絲部7的長度方向的兩側。而且,通過將熔斷器件1面朝下安裝到電路基板上,端子部10介由焊料等與在電路基板上形成的連接端子相連接。
熔斷器件1通過介由在熔線元件5中形成的端子部10與電路基板導通連接,使得器件整體的電阻值下降,可以實現小型化且高額定化。即,熔斷器件1在絕緣基板2的背面設置與電路基板連接的電極,同時介由填充有導電糊料的通孔等與第1、第2電極3、4進行連接的情形下,即使通過對通孔、城齒孔(Castellation)的孔徑、孔數的限制或對導電糊料的電阻率、膜厚的限制,也難以實現熔線元件的電阻值以下的電阻值,高額定化變得困難。
這里,熔斷器件1在熔線元件5形成端子部10,同時介由覆蓋部件6向器件外部突出。而且,熔斷器件1如圖10(e)所示,通過在電路基板上面朝下安裝,端子部10與電路基板的連接端子直接連接。由此,熔斷器件1可以防止因介入導電通孔而導致的高電阻化,可以由熔線元件5來決定器件的額定,在實現小型化的同時實現高額定化。
此外,熔斷器件1通過在熔線元件5中形成端子部10,就不再需要在絕緣基板2的背面形成用于與電路基板連接的電極,僅在表面2a形成第1、第2電極3、4即可,能夠實現制造工序數量的減少。
[熔線元件的制造方法]
形成有多個保險絲部7的熔線元件5,例如如圖7(A)所示,可以通過將板狀材料的中央部的兩個部位沖壓成矩形狀來制造。熔線元件5一體化支撐并聯的3個保險絲部7A~7C的兩側。需要說明的是,如圖7(B)所示,熔線元件5也可以一體化支撐并聯的3個保險絲部7A~7C的單側。
此外,設置了端子部10的熔線元件5,可以通過例如將形成為板狀的材料沖壓來形成多個保險絲部7,同時將兩側緣部彎折來制造。此外,設置了端子部10的熔線元件5,還可以將構成端子部10的金屬板與多個保險絲部7相連接。或者,還可以通過將構成端子部10的金屬板連接到第1和第2電極3、4上來制造。
需要說明的是,熔斷器件1在使用具有端子部10和多個保險絲部7的熔線元件5時,在絕緣基板2上也可以不設置第1、第2電極3、4。在該情況下,絕緣基板2由于要用于將熔線元件5的熱的散熱,適合于使用熱傳導性良好的陶瓷基板。此外,作為將熔線元件5連接到絕緣基板2的粘接劑,可以不具有導電性,優選熱傳導性優異。
[多個保險絲]
此外,熔斷器件1還可以通過將相當于保險絲部7的多個保險絲11作為熔線元件,并聯連接在第1和第2電極3、4之間來制造。如圖8所示,保險絲11是將例如保險絲11A、11B、11C的3條并聯。各保險絲11A~11C形成為矩形板狀,同時在兩端彎折形成端子部10。保險絲11還可以使在內側設置的中間的保險絲11B的截面面積比在外側設置的其他保險絲11A、11C的截面面積小,從而相對地高電阻化,從而最后熔斷。
需要說明的是,熔線元件5還可以不設置端子部10,介由第1、第2電極3、4與電路基板的連接端子相連接。在該情況下,熔斷器件1中,第1、第2電極3、4介由通孔與在絕緣基板2的背面上設置的外部連接端子相連接,或者與在第1、第2電極3、4上的由金屬柱等構成的外部連接端子連接,該外部連接端子與電路基板的連接端子相連接。
[熔斷器件的制造工序]
使用熔線元件5的熔斷器件1通過以下的工序來制造。搭載有熔線元件5的搭載絕緣基板2,如圖9(A)所示,在表面2a上形成第1、第2電極3、4的同時,對應于熔線元件5的保險絲部7之間的位置設置絕緣部8。第1、第2電極3、4通過對熔線元件5施加焊料來連接(圖9(B))。由此,通過將熔斷器件1安裝到電路基板中,從而將熔線元件5串聯組裝到電路基板所形成的電路中。此外,在絕緣基板2的表面2a設置絕緣部8時,熔線元件5中,絕緣部8位于并聯的多個保險絲部7之間。
熔線元件5介由焊料等連接材料搭載在第1、第2電極3、4之間,在熔斷器件1回流安裝于電路基板中時被焊料連接。此外,如圖9(C)所示,在熔線元件5上設置助焊劑17。通過設置助焊劑17,可以實現防止熔線元件5的氧化、提高潤濕性,快速使其熔斷。此外,通過設置助焊劑5,可以抑制因電弧放電所導致的熔融金屬向絕緣基板2的附著,提高熔斷后的絕緣性。
接著,如圖9(D)所示,通過搭載覆蓋部件6從而完成熔斷器件1,覆蓋部件6保護絕緣基板2的表面2a之上,同時降低因電弧放電所導致的熔線元件5的熔融飛散物。覆蓋部件6在長度方向的兩端形成在寬度方向上的一對側壁6a,該側壁6a設置在表面2a上的同時,從開放的側面熔線元件5的端子部10向上方突出。需要說明的是,在絕緣部8未形成在絕緣基板2的表面2a上而形成在覆蓋部件6的頂面6b的情形下,通過搭載覆蓋部件6,熔線元件5中,絕緣部8位于并聯的多個保險絲部7之間。
關于該熔斷器件1,如圖9(E)所示,通過將設置了覆蓋部件6的表面2a側向著電路基板面朝下安裝來連接。由此,熔斷器件1中,由于熔線元件5的各保險絲部7被覆蓋部件6和端子部10覆蓋,因此即使產生電弧放電,熔融金屬也被端子部10、覆蓋部件6捕捉,能夠防止向周圍的飛散。
[伸出部]
此外,熔斷器件1如圖10(A)、(B)所示,形成伸出有第1、第2電極3、4的與1個保險絲部7相連接的部位的伸出部3a、4a,在伸出部3a、4a間的電極間距離可以比其他保險絲部7的被連接部位的電極間距離短。
通過在伸出部3a、4a上也搭載保險絲部7,從而可以增加該保險絲部7與第1、第2電極3、4和伸出部3a、4a的接觸面積。因此,該保險絲部7在流過電流而自身發熱時,介由第1、第2電極3、4和其伸出部3a、4a而放熱,與在沒有設置伸出部3a、4a的部位搭載的其他保險絲部7相比,變得易于變冷,也比其他保險絲部7更晚地進行熔斷。由此,在熔斷器件1中,可以使熔線元件5的保險絲部7依次熔斷。
此外,通過設置伸出部3a,4a,電極間距離相比于其他保險絲部而變短。電極間距離越長,保險絲部7就越容易熔斷,因此在伸出部3a,4a上被搭載的保險絲部7相比于其他保險絲部7更難以熔斷,比其他保險絲部7更慢地熔斷。由此,可以使得在熔斷器件1中,熔線元件5的保險絲部7依次熔斷。
此外,熔斷器件1中,使用設置了3個以上保險絲部的熔線元件5,第1、第2電極3、4中,優選在搭載內側的保險絲部7的部位設置伸出部3a、4a,使得內側的保險絲部7最后熔斷。例如,如圖10所示,優選在使用設置了3個保險絲部7A、7B、7C的熔線元件5的同時,在搭載了中間的保險絲部7B的部位設置伸出部3a、4a,在使中間的保險絲部7B易于冷卻的同時,通過使電極之間距離變短,從而最后熔斷。
如上所述的熔線元件5中,最后的保險絲部7熔斷時,會伴隨有電弧放電,因此,通過使中間的保險絲部7B最后熔斷,即使產生電弧放電,保險絲部7B的熔融金屬也能夠被先熔斷的外側的保險絲部7A、7C所捕捉。因此,能夠抑制保險絲部7B的熔融金屬的飛散,防止因熔融金屬所導致的短路等。
需要說明的是,此時,熔線元件5中,3個保險絲部7A~7C中,位于內側的中間的保險絲部7B的一部分或全部的截面面積比位于外側的其他保險絲部7A、7C的截面面積小,由此相對地高電阻化,由此也可以使中間的保險絲部7B最后熔斷。在該情況下,通過使截面面積變得相對較小而最后熔斷,因此電弧放電也會對應于保險絲部7B的體積而變為小規模。
[第2實施方式]
此外,本發明所應用的熔斷器件中,如圖11(B)所示,還可以使得熔線元件5中的端子部10一體成型,同時使該端子部10嵌合在絕緣基板2的側面,向著絕緣基板2的背面側突出。需要說明的是,以下說明的熔斷器件20中,對于與上述熔斷器件1相同的部件賦予相同的符號并省略其詳細說明。
如圖11(C)所示,在熔線元件5上設置助焊劑17,然后,如圖11(D)所示,在絕緣基板2的表面2a上搭載覆蓋部件6,從而制造該熔斷器件20。端子部10由覆蓋部件6的開放的側面向絕緣基板2的背面側突出。需要說明的是,熔斷器件20中,只要在絕緣基板2的表面2a設置絕緣部8,或者通過在熔線元件5上涂布、固化來設置絕緣部8,則不需要一定搭載覆蓋部件6。
而且,熔斷器件20通過焊料等連接材料使得絕緣基板2的背面向著電路基板來安裝。由此,熔斷器件20的端子部10與在電路基板上形成的電極端子相連接,熔線元件5與電路基板的電路串聯連接。
該熔斷器件20中,如圖11(A)所示,還可以絕緣基板2在側面形成熔線元件5的端子部10相嵌合的嵌合凹部21。通過形成嵌合凹部21,則不增大在電路基板上的安裝面積,卻可以固定熔線元件5的嵌合位置。
需要說明的是,圖11所示的熔斷器件20中,可以在絕緣基板2的表面2a上不形成第1、第2電極3、4。由此,熔斷器件20中由于不需要在絕緣基板2的表面2a上形成電極,因而可以實現制造工序數量的減少。
此外,熔斷器件20中,絕緣基板2用于將熔線元件5的熱放熱,因而適合使用熱傳導性良好的陶瓷基板。此外,作為將熔線元件5連接至絕緣基板2的粘接劑,也可以不具備導電性,優選熱傳導性優異。進而,該熔斷器件20中,在絕緣基板2的背面還可以形成用于放熱的電極。
此外,如圖12所示,可以將相當于保險絲部7的多條保險絲11在第1和第2電極3、4之間來并聯連接,從而制造熔斷器件20。熔斷器件20中,在并聯的保險絲11之間設置絕緣部8。各保險絲22的端子部10通過彎折來形成,同時這些端子部10嵌合在絕緣基板2的側面,向絕緣基板2的背面側突出。
在該情形下,也可以不形成絕緣基板2的表面2a上設置的第1、第2電極3、4。此外,熔斷器件20也可以使3條保險絲11并聯(11A~11C),設置在內側的中間的保險絲11B的截面面積比設置在外側的其他保險絲11A、11C的截面面積小,由此相對地高電阻化,使得最后熔斷。
[第1、第2電極的分段]
此外,熔斷器件1、20中,對應于熔線元件5的多個保險絲部7、多條保險絲11的搭載位置,還可以將第1、第2電極3、4分段為多個第1分段電極3和多個第2分段電極4。例如,如圖13(A)、(B)所示,熔斷器件1中,對應于熔線元件5的3個保險絲部7A~7C、3條保險絲11A~11C的搭載位置,還可以將第1、第2電極3、4分段為第1分段電極3A~3C和第2分段電極4A~4C。
通過將第1電極3分段為第1分段電極3A~3C、第2電極4分段為第2分段電極4A~4C,從而熔斷器件1可以防止因熔線元件5的保險絲部7A~7C或保險絲11A~11C的焊料連接時的焊料的表面張力所導致的安裝錯位、不經意的焊料滯留。
此外,熔斷器件1中,可以從與第1分段電極3A~3C相鄰接的位置開始直至與各第2分段電極4A~4C相鄰接的位置形成絕緣部8。如上所述,熔斷器件1通過回流焊接等安裝于電路基板中,由此,熔線元件5串聯地組裝到在該電路基板上形成的電路中。此時,在電路基板的連接端子上設置的連接用焊料熔融,經過熔線元件5的端子部10而移動到在絕緣基板2的表面2a設置的第1、第2電極3、4上,在并聯的保險絲部7之間區域凝集。因此,熔斷器件1中,有可能保險絲部7的電阻值下降,此外,有可能會導致阻斷時間的延遲。
這里,對應于保險絲部7或保險絲11而將第1、第2電極3、4分段為多個,同時,從與第1分段電極3A~3C相鄰接的位置開始直至與各第2分段電極4A~4C相鄰接的位置形成對于焊料沒有潤濕性的絕緣部8,由此,即使在電路基板的連接端子上設置的連接用焊料熔融,也能抑制移動至第1分段電極3A~3C和第2分段電極4A~4C,或可以減少移動量,從而可以防止保險絲部7的電阻值的下降、阻斷時間的延遲。
[熔線元件的層結構]
接著,對于熔線元件5的構成進行說明。需要說明的是,以下說明的熔線元件5的構成也適用于保險絲11。上述熔線元件5是以焊料或Sn為主成分的無鉛焊料等低熔點金屬,或是低熔點金屬和高熔點金屬的層疊體。例如,熔線元件5是由內層和外層構成的層疊結構體,具有作為內層的低熔點金屬層5和在低熔點金屬層5a上層疊的作為外層的高熔點金屬層5b(參照圖4)。
低熔點金屬層5a優選為以Sn為主成分的金屬,即一般被稱為“無鉛焊料”的材料(例如千住金屬工業制造的M705等)。低熔點金屬層5a的熔點沒有必要一定比回流爐的溫度高,可以在200℃左右熔融。高熔點金屬層5b是在低熔點金屬層5a的表面層疊的金屬層,例如是Ag或Cu,或是這些的任一種為主成分的金屬,具有在將熔線元件5經回流爐進行安裝至絕緣基板2上時也不熔融的高熔點。
熔線元件5中,通過在作為內層的低熔點金屬層5a上層疊作為外層的高熔點金屬層5b,即使在回流溫度超過低熔點金屬層5a的熔融溫度的情形下,也不至于使熔線元件5熔斷。因此,熔線元件5可以通過回流而有效地安裝。
此外,熔線元件5在流過規定的額定電流時,不會因自身發熱而熔斷。而且,如果流過比額定電流更高值的電流,則會因自身發熱而熔融,將第1和第2電極3、4之間的電流通路阻斷。此時,熔線元件5中,例如作為低熔點金屬使用含Sn40%以上的合金,熔融的低熔點金屬層5a將高熔點金屬層5b消溶,由此,高熔點金屬層5b在比熔融溫度低的溫度熔融。因此,熔線元件5通過利用低熔點金屬層5a對高熔點金屬層5b的消溶作用而能夠在短時間內熔斷。而且,熔線元件5的熔融金屬通過第1和第2電極3、4的物理的牽引作用而分離為左右,從而可以快速且確實地阻斷第1和第2電極3、4之間的電流通路。
此外,由于熔線元件5由在成為內層的低熔點金屬層5a上層疊高熔點金屬層5b來構成,熔斷溫度較以往的由高熔點金屬構成的晶片保險絲等能夠大幅度下降。因此,熔線元件5與相同尺寸的晶片保險絲等相比,可以增大截面面積,大幅度提高額定電流。此外,相比于具有相同的額定電流的以往的晶片保險絲能實現小型化、薄型化,快速熔斷性優異。
此外,熔線元件5能夠提高組裝有熔斷器件1的電氣系統中瞬間施加異常高電壓的浪涌的耐性(耐脈沖性)。即,熔線元件5例如在100A的電流流過數毫秒時不會熔斷。這一點是因為在極短時間內流過的大電流是在導體的表層流動(表皮效應),而熔線元件5作為外層設置電阻值低的Ag鍍敷等高熔點金屬層5b,因而易于流過因施加浪涌導致的電流,防止因自身發熱而導致的熔斷。因此,熔線元件5與以往的由焊料合金構成的保險絲相比,能夠大幅度提高對浪涌的耐性。
熔線元件5可以通過在低熔點金屬層5a的表面使用電鍍等成膜技術形成高熔點金屬5b來制造。例如,熔線元件5可以通過在形成為規定形狀的焊料箔的表面實施鍍銀而有效地制造。此外,對于熔線元件5,可以對焊料箔通過電鍍法等覆蓋高熔點金屬后,通過在對應于保險絲部7之間的區域的規定部位進行沖壓,具有在低熔點金屬層5a的上下層疊有高熔點金屬層5b的層疊結構。需要說明的是,對于保險絲11,通過分別將焊料箔由電鍍法等覆蓋高熔點金屬,具有以低熔點金屬層5a為內層、高熔點金屬層5b為外層的被覆結構。
此外,熔線元件5和保險絲11優選形成為低熔點金屬層5a的體積較高熔點金屬層5b的體積更多。熔線元件5和保險絲11中,低熔點金屬因自身發熱熔融,從而將高熔點金屬消溶,由此可以快速熔融、熔斷。因此,熔線元件5和保險絲11中通過將低熔點金屬層5a的體積形成為比高熔點金屬層5b的體積更多,由此促進該消溶作用,可以快速阻斷第1、第2電極3、4之間。
此外,如上所述,熔線元件5中,為了防止外層的高熔點金屬層5b或低熔點金屬層5a的氧化、去除熔斷時的氧化物和提高焊料的流動性,在熔線元件5上的外層幾乎整面地涂布助焊劑17。通過涂布助焊劑17,提高低熔點金屬(例如焊料)的潤濕性,同時除去低熔點金屬熔融時的氧化物,并發揮對高熔點金屬(例如銀)的消溶作用,從而可以提高快速熔斷性。
此外,通過涂布助焊劑17,即使在最外層的高熔點金屬層5b的表面形成以Sn為主成分的無鉛焊料等的抗氧化膜7時,也可以除去該抗氧化膜7的氧化物,可以有效地防止高熔點金屬層5b的氧化,維持、提高快速熔斷性。
符號說明
1熔斷器件、2絕緣基板、2a表面、3第1電極、4第2電極、5熔線元件、6覆蓋部件、6a側壁、6b頂面、7保險絲部、8絕緣部、10端子部、11保險絲、17助焊劑、20熔斷器件、21嵌合凹部。