電路保護元件的製作方法

2023-05-22 10:42:41

專利名稱：電路保護元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子設備，或在裝電池等的可移動型電子設備等中使用的，尤其是在有關硬碟驅動裝置、光碟裝置等的存儲裝置、和個人計算機及可移動型個人計算機等中所使用的電路保護元件。
背景技術：
過去，為通過保護電路襯底等免於過電流而使用的電路保護元件(下面稱元件)展示在例如特開平2-43701、特開平5-120985號公報等中。近年來，隨著電子設備等的小型化也要求元件小型化，對於元件有進一步嚴格的特性要求。
在特開平2-43701號公報上記載的元件是這樣的一種結構，在平板狀氧化鋁襯底上面形成的鎳膜上通過雷射調整設置狹窄部，將其作為電流集中部，在流過過電流時熔斷。
在該結構中，由於使用在襯底上導熱良好的氧化鋁襯底，所以應集中在狹窄部的熱通過襯底擴散。另外問題在於，由於通過端子排放到電路襯底的布線上，所以根據布線圖形的形狀其他條件，元件的熔斷特性發生變動。
這樣，在已有的元件中，由於不能有效地控制從元件到安裝襯底的熱擴散，所以不能可靠地進行元件熔斷特性等的控制。
在特開平5-120985號公報中記載的元件，在絕緣襯底上設置一對導電部，在該一對導電部之間的熔斷絲部，設備覆蓋該熔斷絲的JCR塗層部，還有覆蓋JCR塗層部的樹脂模壓部。
該構成問題是由於結構複雜，所以製造工序多，熔斷特性的離散性略大。
此外，在特開平3-201504號公報上，記載著端部形成非連續的溝，在端部間夾著的導體部分作為熔斷部的熔斷絲電阻器。
在該結構中，問題是，熔斷特性，即熔斷時間的離散等較大。

發明內容
本發明的電路保護元件具有基臺、在基臺周圍形成的導電膜、在導電膜的一部分上形成的狹窄部、和在基臺兩端部形成的端子部，其特徵在於在基臺的至少表面附近具有每單位面積1～30％的孔隙。而且，本發明表示在電路襯底上安裝緣這樣元件的構成。
附圖簡述

圖1是本發明一實施例的元件透視圖；圖2是本發明一實施例的元件的局部圖；圖3是本發明一實施例的元件的透視圖；圖3(b)是圖3的局部放大圖；圖3(c)是圖3的局部放大圖；圖4A是本發明一實施例的基臺的側視圖；圖4B是本發明一實施例的基臺的側視圖；圖5是表示所謂「曼哈頓現象(マンハツタン)」的側視圖；圖6是用於本發明一實施例的元件的基臺的透視圖；圖7是用於本發明一實施例的元件的基臺的表面粗糙度和剝離發生率的圖表；圖8是本發明一實施例的元件剖面圖；圖8(b)是圖8A的局部放大圖；圖9是本發明一實施例的其他元件的剖面圖；圖10是本發明一實施例的其他元件的剖面圖；圖11是本發明一實施例的其他元件的透視圖；圖12是本發明一實施例的其他元件的透視圖；圖13是設溝寬為48μm時的元件的狹窄部放大部；圖14是設溝寬為16μm時的元件的狹窄部放大部；圖15是表示元件的額定電流為0.5A時的元件電阻值和熔斷時間的關係；圖16是表示元件的額定電流為0.5A時的元件電阻值和熔斷時間的關係；圖17是基臺表面的局部放大圖(孔隙面積為43％)；圖18是基臺表面的局部放大圖(孔隙面積為15％)；圖19是本發明一實施例的元件的透視圖；圖20(a)是本發明一實施例的端子部的剖面圖；圖20(b)是本發明一實施例的其他端子部的剖面圖；圖20(c)是本發明一實施例的其他端子部的剖面圖；
圖21(a)是本發明一實施例的其他元件的透視圖；圖21(b)是本發明一實施例的其他元件的透視圖；圖21(c)是本發明一實施例的其他元件的透視圖；圖21(d)是本發明一實施例的其他元件的透視圖。
具體實施例方式
圖1是本發明一實施例的電路保護元件的透視圖。圖2是在圖1中從Z方向看除去保護物14一部分的元件的圖。
在圖1中，基臺11用衝壓加工，擠壓法等由絕緣材料成形。導電膜12在基臺11上通過印刷法、塗敷法、電鍍法或濺射法等的蒸鍍法等形成。溝13利用在導電膜12上照射雷射光線形成，或在導電膜12上觸磨砥石機械成形。在設置基臺11和導電膜12的溝13的部分上塗敷保護物14。端子11b、11c是分別在基臺11的兩端上形成的端子電極。此外，象這樣，有關設置溝13的狀態，詳細展示在圖3(a)～(c)中。
並且，狹窄部13a是導電膜12的一部分，夾在連續的2條溝13端部附近。本發明元件設定狹窄部13a寬度或導電膜12的膜厚的至少其中，以此，控制狹窄部13a的熔斷電流。在端子部11b、11c之間當流過5A的電流時，為使狹窄部13a熔斷，通過實驗求基臺11的材料、導電膜12的材料、膜厚、及狹窄部13a的寬度條件，來製作元件。其結果，如果一定的電流(例如5A的電流)在兩端子部15和16之間流過，那麼，狹窄部13a熔斷。因此，利用過電流，元件可防止電路襯底等(以下稱為襯底)和電子設備等發生故障。
溝13b、13c被設置在狹窄部13a和端部11b、11c的各自之間。在圖1中，溝13b、13c儘管形成在分別與基臺11周圍(與面100及面100連續的面101及面103)上，但是不管哪個溝都不形成在與基臺11狹窄部13a的某個面相反的面(面102)上。有關設置象這樣的溝13b的狀態，詳細展示在圖3(b)(c)上。通過設置溝13b、13c，在狹窄部13a上流過大於一定電流發熱的情況下，可使熔斷時間等縮短，抑制特性的離散。其原因是，通過設置溝13b、13c，可抑制熱向端部11b、11c方向擴散，用狹窄部13a切斷導電膜12。
此外，根據元件規格和使用的環境等也有不特別設置溝13b、13c的情況。
而且，本實施例的元件的長度L1、寬度L2、高度L3最好在下面的範圍內L1＝0.5～2.2mm(最好是0.8～1.8mm)
L2＝0.2～1.3mm(最好是0.4～0.9mm)L3＝0.2～1.3mm(最好是0.4～0.9mm)如果L1在0.5mm以下，那麼，加工非常困難，無法提高生產率。並且，如果L1超過2.2mm，那麼，元件加大，使襯底難於小型化，不能使裝其襯底的裝置、電子設備等的小型化。
並且，L2、L3如果每個為0.2mm以下，則元件的強度變差，在安裝裝置等中在襯底上安裝情況下，往往使元件折損。而且，如果L2、L3大於1.3mm時，則襯底不能小型化，不能使裝其襯底的裝置、電子設備等的小型化。。
此外，作為與基臺11和端部11b、11c每個臺階部的L4最好是20μm～100μm。如果L4在20μm以下，如果保護物14不減薄，那麼在狹窄部13a上設置熔斷加速劑，在其上可不設置保護物14。其結果，安裝時的衝擊會影響到熔斷加速劑，元件往往不具有充分的熔斷特性。而且，L4如果超過100μm，則基臺11的機械強度減弱，會使元件折損。
關於以上狀態構成的元件，下面對各部分作詳細說明。
首先，用圖3及圖4A、4B說明有關基臺11的形狀。
在圖3中，基臺11的截面為四邊形，在襯底上容易安裝，端部11b、11c的截面也是四邊形。此外，端部11b、11c及中央部11a儘管截面作成四邊形，但是，上述截面也可是五邊形、六邊等的多邊形。
另外，在本實施例中，通過將與基臺11的中央部11a和端部11b、11c每個之間作成臺階狀，在中央部11a上塗敷保護物14，使保護物14和襯底接觸。另外，如果將元件安裝在襯底上，那麼，將基臺11和端部11b、11c的每個的截面作成一樣的形狀也沒關係。使元件的機械強度提高，生產率也提高。
還有，如圖4A所表示的狀態，基臺11的端部11b、11c的每個高度Z1、Z2最好滿足以下條件|Z1-Z2|≤80μm(最好50μm)若Z1和Z2的差別大於80μm，則曼哈頓現象的發生概率非常高。更好是，Z1、Z2的差別在50μm以下。
所謂曼哈頓現象是，在襯底上用襯底上的焊錫把元件安裝在襯底上的情況下，利用熔化的焊錫的表面張力，將元件拉在其一端部上立住。圖5表示該曼哈頓現象。如圖5所示，在襯底200上配置元件，在端部11b、11c和襯底200之間分別設置焊錫201、202。當用回流焊等使焊錫201、202熔化時，元件以其一端部(圖5情況為端子11c)為中心旋轉立起。這是由於根據焊錫201、202的每個塗敷量的差別等，熔化的焊錫201、202的表面張力不同。
該曼哈頓現象尤其發生在使用小型重量輕的晶片型電子部件(包括晶片型電路保護元件)情況下。曼哈頓現象發生的主要一個原因是，端部11b、11c的高度不同，元件傾斜地配置在襯底200上。通過形成基臺11使Z1、Z2的差在80μm以下，可大大抑制在小型重量輕的晶片型電子產品上產生的曼哈頓現象發生。還有，通過使Z1、Z2的高度差在50μm以下，大體可抑制曼哈頓現象的發生。
接著說明有關基臺11的倒角。
圖6是本發明一實施例的元件中使用的基臺的透視圖。在圖6所示的基臺11端部11b、11c每個角部11e、11d上實施倒角。倒角的角部11e、11d的每個的曲率半徑R1，及中央部11a的角部11f的曲率半徑R2最好按照以下條件成形。
0.03＜R1＜0.15(mm)0.01＜R2(mm)在R1為0.03mm以下的情況下，由於角部11e、11d成尖銳形狀，所以，稍微施加衝擊會使角部11e、11d受損，影響元件的特性。由此，在R1為0.15mm以上的情況下，由於角部11e、11d太圓，所以易發生曼哈頓現象。還有，如果R2小於0.01mm，則元件的特性偏差加大。在角部11f上容易產生毛刺，這是由於導電膜12的厚度在角部11f的平整部分有很大的區別。
接著說明有關基臺11的構成材料。基臺11的構成材料最好要滿足下面的物理性質。
體積固有電阻值大於1013Ωm(最好是大於1014Ωm)熱膨脹係數小於5×10-4/℃(最好是小於2×10-5/℃)[20℃～500℃]彎曲強度大於1300kg/cm2(最好是大於2000kg/cm2)密度2～5g/cm3(最好是3～4g/cm3)當元件上流過多餘電流的情況下，如果基臺11的體積固有電阻值小於1013Ωm時，在基臺11上由於流過一定電流，所以起不到作為元件充分的作用。
而且，根據基臺11具有如上述的熱膨脹係數，可大大抑制在基臺11是產生的裂紋等的發生，防止導電膜12的劣變，可防止導電膜12熔斷特性的離散。當基臺11的熱膨脹係數大於5×10-4/℃的情況下，在使用雷射光線和砂輪等形成溝13時，基臺11局部變成高溫，這是由於基臺11上熱衝擊等進入裂紋帝原因。
如果彎曲強度小於1300kg/cm2時，則當在襯底上安裝元件時元件往往容易折損。
如果密度小於2g/cm3時，則基臺11的吸水率加大，基臺11的特性明顯變差，作為元件的特性降低。並且，如果密度大於5g/cm3時，則基臺的重量加重，在安裝性上等易發生問題。如果基臺11的密度設定在上述範圍內，那麼，吸水率也小，幾乎沒有水進入基臺11，並且，重量也輕，用晶片架(チツプマウンタ)等安裝在襯底上時也不會有問題。
如上所述，規定基臺11的體積固有電阻、熱膨脹係數、彎曲強度、密度，可抑制元件的特性離散，可抑制因熱衝擊等在基臺11上產生裂紋等，可降低故障率。而且，得到優異的效果，使基臺11的機械強度提高，由於元件的安裝容易，所以襯底的生產率提高等。
作為用於獲得上述的諸特性的基臺11的材料的一種，可例舉以氧化鋁為主要成分的陶瓷材料。然而，即使使用僅以氧化鋁為主要成分的陶瓷材料，基臺11也不能得到上述諸特性。由於基臺11的上述諸特性因製作基臺11時的衝壓力、燒結溫度、及添加物而不同，所以，必須適當地調整製作條件。具體的製作條件一個例子是，基臺11的加工時的衝壓力為2～5t，燒結溫度為1500～0600℃，燒結時間為1～3小時。
下面說明有關基臺11的表面粗糙度。此外，在本發明中使用的表面粗糙度是指在JISB0601中規定的中心線平均粗糙度。
圖7是下述展示的一例條件製作基臺情況下的實驗結果，是表示在元件中使用的基臺表面粗糙度和導電膜12的剝離發生率之間關係的圖表。
基臺11的材料是氧化鋁，導電膜12的材料是銅。製作改變基臺11的表面粗糙度樣品，以與各表面粗糙度的基臺11同樣的條件形成導電膜12。對各樣品進行超聲波清洗。然後，觀察導電膜12的表面，測定有無導電膜12的剝離。基臺11的表面的粗糙度用表面粗糙度測定器(東京精密サ—フコム社制574A)測定，在測定時，用5μm的探頭測定前端R。
如通過圖7所了解到，如果平均表粗糙度小於0.15μm，那麼，在基臺11上形成的導電膜12的剝離的發生率約為5％，可得到良好的基臺11和導電膜12的接合強度。再有，如果表面粗糙度大於0.2μm，那麼，幾乎不發生導電膜12的剝離，基臺11的表面粗糙度最好是大於0.2μm。導電膜12的剝離的發生率最好小於5％。導電膜12的剝離是元件特性降低、影響產品合格率的主要原因。根據以上結果，基臺11的表面粗糙度應是0.15～1.0μm，最好是0.2～0.8μm。
並且，端部11b、11c和中央部11a的表面粗糙度有最好有差別。並且，端部11b、11c的表面粗糙度在0.15～0.5μm範圍內，最好使得比中央部11a的表面粗糙度小。端部11b、11c通過積層導電膜12按上述狀態構成端子部15、16。端部11b、11c的表面粗糙度規定在上述範圍內，由於使在端部11b、11c上形成的導電膜12的表面粗糙度作小，所以可提高與襯底的貼合性，這是使襯底和元件可靠接合的原因。
中央部11a的表面粗糙度最好比端部11b、11c的表面粗糙度還要大。在中央部11a上積層導電膜12，在用雷射形成溝13時，為了不使導電膜12從基臺11剝落下來，必須提高導電膜12和基臺11的貼合性。尤其在用雷射形成溝13的情況下，照射雷射的部分比其他部分溫度會急劇地升高，通過熱衝擊等使導電膜12剝離下來。
象這樣，利用中央部11a的表面粗糙度與端部11b、11c表面粗糙度的區別，元件和襯底的貼合性及溝13加工時的導電膜12的剝離可防止，元件的熔斷特性得到提高。
此外，在本實施例中，按導電膜12和基臺11的接合強度調整基臺11的表面粗糙度，提高導電膜12和基臺11的接合強度。然而，在基臺11和導電膜12之間，通過設置用Cr單質或Cr與其他金屬的合金的至少其一構成的中間層，不調整表面粗糙度也能提高導電膜12和基臺11的貼合強度。當然，在調整基臺11的表面粗糙度之後，在其基臺11上，通過積層中間層及導電膜12，導電膜12與基臺11的貼合強度變得更強。
而且，基臺11的密度最好其他部分比狹窄部13a的部分要低。基臺11密度低的部分由於可防止熱擴散，所以可防止在狹窄部13a發生的熱的擴散。
接著，說明有關導電膜12。
導電膜12的材料可例舉銅、銀、金、鎳、鋁、銅合金、銀合金、金合金、鎳合金、鋁合金等的導電性金屬材料。在該銅、銀、金、鎳等的金屬材料中也可添加用於為提高耐氣候性等所用的一定的合金元素。而且，也可使金屬材料和其他導電性材料組合。一般，導電膜12材料使用銅及其合金。當作為導電膜12材料使用銅的情況下，首先，在基臺11上進行無電解電鍍形成基膜，在其基膜上通過電解電鍍形成一定的銅膜，構成導電膜12。並且，在用合金形成導電膜12的情況下，最好使用濺射法和蒸鍍法。在導電膜12的材料上使用銅和錫合金的情況下，最好使導電膜12的厚度作成0.4μm～15μm。
導電膜12可以作成積層構成材料不同的導電膜的多層結構。例如，首先在基臺11上形成銅膜，通過在其上積層耐氣候性好的金屬膜(鎳)，可防止對銅的腐蝕，使導電膜12的耐氣候性提高。並且，在基臺11上形成銅或鎳的至少一種，在其上積層銀等，更理想的是也可在其銀等上積層錫。
導電膜12的形成方法可例舉電鍍法(電解電鍍法和無電解電鍍法等)、濺射法、蒸鍍法、塗敷法、印刷法等。即使在該形成方法中，進一步使用生產率高，並且，膜厚偏差小的電鍍法。
導電膜12的表面粗糙度較好是1μm以下，更好是0.2μm以下。如果導電膜12的表面粗糙度超過1μm，那麼在導電膜12的膜厚上產生偏差，對於元件的熔斷特性發生偏差。
此外，在本實施例中所說的導電膜12上還包括氧化釕等的電阻膜。
接著，說明有關保護物14。
作為保護物14，使用耐氣候性優良的有機材料，例如環氧樹脂等的絕緣材料。而且，作為保護物14，最好使用具有溝13的狀態可觀測的透明度的材料。還有，保護物14最好具有透明度，同時能著一定顏色的材料。如果在保護物14上著與導電膜12和端部11b、11c等不同顏色，那麼，那麼可區別元件的各部分，容易作元件各部分的檢查等。並且，例如，將保護物14的顏色變成紅、綠、藍，根據區別元件的大小、特性、件號，可降低把不同特性、和件號等的元件安裝在襯底錯誤部分的差錯。
並且，保護物14最好除敷成如圖8所示大於達到溝13的角部和保護物14表面的長度Z1為5μm。若Z1比5μm小，則放電等容易發生，使元件特性大大降低。尤其是，最後好在溝13角部形成厚度為5μm以上的保護物14。溝13的角部特別容易發生放電等。而且，如果在角部上若不形成大於5μm保護物14，那麼，在形成保護物14之後再進行電鍍形成電鍍膜等時，在保護物14上也形成電鍍層，使元件的特性變差。在溝13設置阻燃性材料等情況下，阻燃性部件等上如果具有充分的耐溼性和強度，則特別可以不設置保護物14。
下面說明有關端子部15、16。
端子部15、16雖然僅導電膜12其功能充分，但是為了順應各種各樣的環境條件，最好規定多層結構。
圖8b是本發明一實施例的元件端子部放大剖視圖。在圖8b中，在基臺11的端子部11b上形成導電膜12，並且，在導電膜12上形成由具有耐氣候性的鎳、鈦等材料組成的保護層300。另外，在保護層300上形成由焊錫、游離鉛焊錫(鉛フリ—半田)等組成的接合層301。保護層300提高接合層和導電膜12的接合前強度，同時，可提高導電膜12的耐氣候性。
在本實施例中，保護物300至少是鎳或鎳合金之一，接合層301的材料是焊錫或游離鉛焊錫。保護層300(鎳)的厚最好是2～7μm，低於2μm時耐氣候性差，高於7μm時保護層300(鎳)的電阻變高，元件特性大大變差。還有，接合層301(焊錫)的厚度最好是5μm～10μm，低於5μm時難於期待元件和襯底的良好接合，高於10μm時容易發生曼哈頓現象，安裝性能變差。
以上狀態構成的元件，特性變差很小，安裝性及生產率很好。
接著說明有關溝13b、13c。
溝13b被設置在狹窄部13a和端子部16之間，溝13c被設置在狹窄部13a和端子部15之間。
溝13b、13c分別不被形成在基臺的全部周圍上，經如圖1所示的面100及與面100相鄰的面101、面103的三面成形。因此，在面100的相反側面的面102上不形成溝13b、13c。即形成在面102上的導電膜12成為狹窄部13a和端部11b、11c的電連接部。
通過設置溝13b、13c，可降低在狹窄部13a產生的熱經過導電膜擴散到端子部15、16。因此，在把電路保護元件安裝到電路襯底上的情況下，藉助降低從端子部15、16到電路襯底等的熱擴散，可縮短熔斷時間。這時，如圖2A所示，在導電膜13上擴散熱。在不設置溝13b、13c的情況下，如圖2B所示，在導電膜13上擴散熱。此外，圖2A、B的箭頭表示熱擴散方向。
而且，導電膜12構成材料的電阻均勻的情況下，夾在溝13b兩端間的導電膜12的寬度及夾在溝13c兩端間的導電膜的寬度較好比狹窄部13a的寬度要寬。所以使狹窄部13a的電阻要比夾在溝13b兩端的導電膜12的寬度的部分的電阻小。在圖1的情況下，在面102上由於不形成溝13b、13c，所以面102的寬度與夾在溝13b前端間的導電膜12的寬度及夾在溝13c前端的導電膜的寬度相當。
而且，在本實施例中，儘管通過各面100、101、103設置溝13b、13c，但是，未必要要形成這種狀態。僅在一個面(例如只是面100)上設置溝13b、13c，或也可在二個面(例如面100和面101)上設置。
尤其最好是如圖1所示，通過設置狹窄部13a的面100和與其面100相鄰的面102、103，設置溝13b、13c。
並且，至少在設置狹窄部13a的面100上形成溝13b、13c。可防止在狹窄部13a中產生的熱的擴散，可使熔斷時間縮短。
如圖3所示，在本實施例中，溝13b、13c的設置達到基臺11。然而，在如圖9的剖視中所示，利用蝕刻等僅選擇性去除導電膜12，也可在基臺11上形成溝13b、13c。或如圖10所示不完全切斷導電膜12，也可將溝13b、13c設置成溝13b、13c的部分膜厚比其他部分的膜厚要薄。在該情況下，最好是使設置狹窄部13a的部分的溝13b、13c的導電膜膜厚成為最小的膜厚。膜厚薄的部分的熱傳導率小，在狹窄部13a產生的熱擴散變低。並且，通過象這樣的構成，經全周(在圖1中，面100、101、102、103)可設置溝13b、13c，可進一步降低熱的擴散。
此外，在本實施例中，雖然設置溝13b、13c的兩個溝部，但是，即便至少溝之一也能使熱的擴散降低。
而且，在本實施例中，在導電膜12上設置溝13b、13c。然而，如圖12所示，在導電膜12上也可設置方形、圓形或橢圓形的導電層非形成部分120。
再有，如圖1所示的狀態，當設狹窄部13a的間隔為W1，溝13和溝13b、13c的間隔為W2情況下，最好規定W2÷W1大於1.15，不使電阻增大，可得到穩定的特性。通常W1為10μm～40μm。
另外，溝13的溝寬度W3較好是規定為6μm＜W3＜45μm(更好是規定為11μm＜W3＜40μm)。為了可靠地熔斷狹窄部13a，最好使溝13溝寬度W3小於45μm。而且，從特性面和生產率的面來看，最好規定W3大於6μm。
即，如實際上試作大量產品等製造，則對於狹窄部13a熔斷時間產生離散。若詳細觀察狹窄部13a，那麼結論是在狹窄部13a上增加熱損。於是，在利用雷射照射形成溝13的情況下，推定其原因是，溝13寬度W3增加給該狹窄部13a的熱損。即如果構成使形成溝13特別狹窄部13a的部分的寬度W3展寬到一定寬度時，隨之，必須使雷射的輸出和焦點等加大，其結果，在形成溝13時產生大的熱量，在狹窄部13a上增加熱損。圖13表示形成溝13的溝寬W3達到48μm時的放大圖。如圖13得出的結論弄清，在溝13夾著的狹窄部13a上，增加熱損，由熱引起色變的部分產生在狹窄部上。
因此，在本實施例中，根據使溝寬W3小於45μm，可減少雷射的輸出，抑制在狹窄部13a上的熱損。即，利用使溝寬W3降到一定幅度以下，在形成溝13時產生的熱量可得到抑制，可減少對狹窄部13a的熱損。
作為形成溝13的雷射，可用YAG雷射、激元雷射、二氧化碳氣體雷射等，利用透鏡等使雷射聚焦，照射在基臺11的中央部11a上。還有，溝13的深度等通過功率調整，溝13的寬度等利用交換雷射聚焦時的透鏡進行。而且，最好根據導電膜12的構成材料等，以雷射的吸收率的差別，雷射種類(雷射的波長)根據導電膜12的材料適當選擇。
此外，在本實施例中，儘管使用在溝加工中大量生產性能良好的雷射，但是，也可使用電子束等的高能束。
還有，在用砂輪、光刻法技術等形成溝13的情況下，由於也產生把砂輪的寬度展寬，摩擦熱等的發生加大的同樣問題，所以規定上述溝13寬度是重要的。
圖14表示以溝13的寬度16μm形成的狀態圖。在該情況下，狹窄部13a上幾乎不發生顏色的改變，大批量生產的特性離散也極小。
下面，圖15和圖16分別表示如圖13所示以48μm形成溝寬W3的情況下，和如圖14所示以16μm形成溝寬W3的情況下，的熔斷時間的離散。圖15和圖16分別表示規定額定電流0.5A時的元件電阻值和熔斷時間關係的圖表。從圖15和圖16可得出結論，溝寬W3為16μm的電阻值及熔斷時間的離散小。還有，根據實驗結果判定，如果溝寬W3為6μm＜W3＜45μm，則可以小的離散狀態大批量生產元件。這樣，通過規定溝寬W3為6μm＜W3＜45μm，可降低元件電阻值的離散，元件熔斷時間的離散。
本發明的元件雖然儘管單是狹窄部13a也具有充分的熔斷特性，但是，為了使可靠地使熔斷時間離散減少，最好將熔斷加速劑設置在狹窄部13a的上面或狹窄部13a的很近處。另外，再有熔斷加速劑僅設置在狹窄部13a部分，或如果以圍繞基臺11的狀態塗敷，那麼即使比起點塗敷其精度還要差，也能在狹窄部13a上可靠地設置熔斷加速劑。並且，熔斷加速劑利用還設置在構成狹窄部13a的溝13中，成為在狹窄部13a上面及側面也能接觸加速劑的構成，這樣能可靠地得到熔斷特性。此外，設置加速劑情況下的膜為如基臺11、導電膜12(狹窄部13a)熔斷加速劑、保護物14的輪換結構。
作為熔斷加速劑，可用例如，加入鉛等的低燃點玻璃等。
接著，說明有關在基臺11的表面上形成的孔隙和元件熔斷特性關係。
在元件製造時，在基臺11的表面形成導電膜12的情況下，必須使導電膜12的缺陷等非常少。即，實際上，如果在導電膜12存在非常多的缺陷，則在導電膜12形成的狹窄部13a上也存在缺陷部分，這是熔斷特性離散的原因。本發明者們了解到，產生優良導電膜12的一種方式是控制在基臺11上形成的每單位面積的孔隙面積。
即，規定沿基臺11表面附近每切割的表面單位面積的孔隙面積為1％～30％(最好8％～23％)，以此，可形成良好的導電膜12。此外，如果考慮成本和大批量生產，那麼使用每單位面積的孔隙佔有面積小於1％的基臺11也無妨。
孔隙存在對於基臺的熱傳導影響大，使該範圍最佳化能進一步提高狹窄部熔斷特性。
孔隙面積的測定沿基臺11的表面附近切片，用顯微鏡觀察其表面，利用圖象處理，算出每單位面積的孔隙面積。
圖17和圖18是表示基臺11表面狀態，在圖17和圖18中，黑色表示的部分是孔隙。
圖17表示的是孔隙數非常多面積大，每單位面積所示的孔隙面積約為43％，如果使用這樣的基臺11，那麼，導電膜12不能很好地形成，熔斷特性離散很大。並且，圖18所示的是孔隙數少，面積小，每單位面積孔隙面積約為15％，如果使用這樣的基臺11，則導電膜12存在的缺陷等非常少，可得到良好的熔斷特性。詳細調查結果，當每單位面積孔隙面積小於30％的情況下，發現元件獲得充分的熔斷特性。
孔隙控制通過適當調整基臺11的成形密度、燒結溫度、材料(例如氧化鋁的含有量)及添加劑等容易實現。圖18所示的基臺11例如包括氧化鋁55％，作為添加物由包括SiO2、Na2O、MgO、CaO、K2O、ZrO2等的至少一種的材料構成。
而且，縱使在孔隙存在多的基臺11中，在基臺11上形成具有絕緣性的膜，通過在其膜上形成導電膜12，使單位面積的孔隙面積減少，並且，由於可抑制熱的流出，所以也能提高熔斷特性。
著膜方法是在基臺11上，熱傳導率在5.0W/(m·K)以下，利用蒸鍍法和濺射法著0.01μm～1.5μm的絕緣膜，在其絕緣膜上形成導電膜12。以此，減少每單位面積的孔隙面積，並且，由於可抑制熱擴散，所以能提高熔斷特性。
作為絕緣膜的具體構成材料，最好至少由滑石、莖群石、鎂橄欖石、SiO2至少一種構成。尤其是，根據由SiO2構成絕緣膜，熱傳導率也非常小，可限制孔隙。
下面說明上述構成的電路保護元件，其製造方法。
首先，燒結利用衝壓成形和擠壓法等形成的產品，製作基臺11。接著在其基臺11整體上通過電鍍法和濺射法等形成導電膜12。此外，在這時的基臺11上按前述狀態，當孔隙非常多的情況下，利用蒸鍍法形成所述絕緣膜。
然後，在導電膜12上在基臺11側面成環繞狀形成螺旋溝13、13b、13c。溝13、13b、13c通過雷射加工和切削加工製作。另外，在該情況下，可以不必按溝13b、13c等方法形成。然而，為了形成狹窄部13a，至少必須形成溝13。雷射加工適合於大批量生產溝的形成。
在該方法中，通過形成溝13製作狹窄部13a。此外，如後面所述，在跨過溝設置導電部件110、111的情況下，在這時，在導電膜12間設置導電部件110、111。
接著，通過使用環境和方法等，塗敷保護物14，再乾燥。在設置熔斷加速劑的情況下，在設置保護物14之前，在狹窄部13a上設置熔斷加速劑。
即使在這時，儘管製品已完成，但尤其在端子部15、16上積層鎳層和焊錫層，還可提高耐氣候性和接合性。鎳層和焊錫層形成利用電鍍法等形成保護物14的半成品。
實施例2利用圖19說明有關本發明第2實施例。
在圖19中，基體411用基臺和設置在基臺上的導電膜412構成。基臺的構成是用衝壓加工、擠壓法等施加絕緣材料，導電膜412用印刷法、塗敷法、電鍍法和濺射法等形成在基臺上。在基體411上設置的溝413通過在基體411的導電膜412上照射雷射形成，或在導電膜412上用砂輪機械形成。而且，溝413不用上述方法切削成形，也可用光刻技術形成。即，溝413也可在基臺的整個面上設置導電膜412之後通過修整形成，或也可在形成導電膜時預先設置不形成導電膜412的部分。在設置基體411的溝413的部分是塗敷保護物414。在端子部415和端子部416之間設置溝413及保護物414。保護物414也可設法不設置。
並且，在溝413之間形成的狹窄部413a是導電膜412的一部分。根據該狹窄部413a的寬度或膜厚的至少其一的設定，控制熔斷電流。即，作為工作，當例如想構成用5A的電流熔斷的情況下，為了預先用5A熔斷狹窄部413a，通過實驗算出導電膜412的材料和膜厚、狹窄部413a的寬度、基臺材料等，以其構成製作電路保護元件。然後，當流過一定的電流(例如5A的電流)時，狹窄部413a熔斷，以防止因過電流產生電路襯底和電子設備的故障。
而且，本實施例的電路保護元件最好與實施例1的電路保護元件的長度L1、寬度L2、高度L3的關係一樣。
本實施例的特徵部分具有在安裝面上不配置側面411a的構成，作為具體結構，端子部415、416形狀不作成截面是正方形的，而作成截面為長方形的。
即，在圖19中，端子部415、416的面415a、415b、416a、416b的寬度(L3)變成比側面415c、415d、416c、416d的寬度(L2)要大。面415a、415b、416a、416b及側面415c、415d、416c、416d的進深在L5大體相同。
在圖19中所示的構成中，在幅度寬的側面411c、411d(彼此相對關係)不設置狹窄部413a，在與幅度窄的側面411或側面411a相向的側面411e上設置狹窄部413a。
接著，說明有關把本發明電路保護元件安裝在襯底上的結構。重要的是，為了使安裝面415a、416a(在圖19中為下面)與電路襯底相向在電路襯底是安裝電路保護元件時，使包括狹窄部413a的熔斷面與電路襯底不相向。根據該構成，在差不多熔斷的情況下，電路保護元件具有大於10kΩ的電阻值。
L2和L3的關係，較好是0.4＜L2÷L3＜0.90(更好是，0.6＜L2÷L3＜0.8)。如果L2÷L3小於0.4，那麼，狹窄部413a難於形成，當L2÷L3大於0.9時，則短邊部分錯誤，存在襯底上安裝的可能性。
此外，在本實施例中，端子部415、416的截面形狀儘管略呈長方形，但是，也可以是如圖20那樣的結構。即如圖20(a)、圖21(a)所示，把安裝面415a、416a、415b、416b作成平整部，在側面415c、416c、415d、416d上形成一個或多個角部，使側面415c、416c、415d、416d形成的結構是，實質上不安裝在電路襯底上。
而且，如圖20(b)、21(b)所示，端子部415、416的截面作成橢圓或大致橢圓狀，沿長軸的安裝面415a、416a、415b、416b可非常穩定地被安裝在電路襯底上，由於沿短軸的側面415c、416c、415d、416d成銳角狀，所以難於被安裝在電路襯底上。
還有，如圖20(c)、21(c)所示，把端子部415、416的截面作成大致成等腰三角形，並且，底邊比其他邊要短，設斜邊為安裝面415a、416a、415b、416b，設頂點或底邊為側面415c、415d、416c、416d，這樣，容易使安裝面415a、416a、415b、416b與電路襯底對置。
從而，在本實施例中，作成象這樣的形狀，端子部415、416的多個側面內，特定側面容易被安裝在電路襯底上，並且，對於其特定側面，是在非平行面(最好是大體成正交面)上設置狹窄部413a的構成。根據這樣的結構，可防止在電路襯底側上配置狹窄部413a，熔斷後的絕緣電阻加大。即，由於狹窄部413a被設置在與電路襯底側不同側，所以，不能用安裝時的助焊劑固定保護物414。因此，熔斷時因熱膨脹產生保護物414容易膨脹，能可靠地使狹窄部413a熔斷。
此外，在本實施例中，將設置溝413的中央部411b作成近似成端子部415、416截面形狀的長方形，儘管在幅度窄的側面上形成狹窄部413a，但是，也可僅將中央部411b作成截面為正方形的。即，在截面為正方形的側面上，就是說規定與電路襯底容易相向或可靠相向的安裝面415a、416a、415b、416b非平行(正交)的側面上如果設置狹窄部，則，與上述具有同樣的效果。
還有，如圖21(d)所示，也可把中央部411b作成截面為圓形的。用這樣的構成，由於可正確形成溝413，所以，可抑制特性的離散。在該情況下，在規定與電路襯底容易相向或可靠相向的安裝面415a、416a、415b、416b非平行的部分上設置狹窄部413a，以此，可得到與上述同樣的效果。
再有，在本實施例中，儘管使用全周通過中央部411b，使與兩端成臺階的陣列狀基體411，但是，也可作成無臺階的光面形狀。在該情況下，由於基體411的形狀特別簡單，所以提高了大批量生產性。例如，也可將構成基體411的基臺作成長方體形的。
此外，在本實施例中，雖然把端子部的YZ截面作成長方形，但是，也可作成多邊形的。
實施例3用圖11說明本發明第3實施例。
在本實施例中，在基臺11的全周形成溝13b、13c。如本實施例，通過全周形成溝13b、13c，如果將導電膜12分離成狹窄部13a側和端子部15、16側，那麼在狹窄部13a最能抑制熱擴散。
該情況下，如圖11所示，通過在各導電部間設置導電部件110、111，使狹窄部13a和端子部15、16間電連接。導電部件110、111使導電糊劑、焊錫、或棒狀、線狀、片狀導電體等。這時，導電部件110、111最好設置在脫離狹窄部13的位置上。在如圖11所示的例子中，在與設置狹窄部13a的面100不同的面102上設置導電部件110、111。採取這樣的結構，通過導電部件110、111，可進一步抑制傳遞的熱。特別是，最好設置在作為設置狹窄部13a的面100相反側的面102上。
此外，在圖11所示的實施例中，為了分離導電膜12，設置溝13b、13c。但是，通過設置溝13b、13c，即使在導電膜12的電阻非常高的情況下，利用設置導電部件110、111也可防止電阻的增加。
此外，在本實施例的構成中，具有這種可能性，在溝13b、13c中進入異物等不能得到一定的特性。其對策是，在溝13b、13c中，最好填入導熱率比導電膜12差的材料。這些材料適合於抗蝕劑和環氧樹脂等的有機材料。
如上所述，通過設置溝13b、13c，由於可抑制從狹窄部13a產生的熱朝端子部15、16方向流動，所以，元件的熔斷時間短。而且，作為其他效果，通過設置溝13b、13c，也可減少沒有其他使上升的元件的電阻的變化。即，在導電膜12中，設置溝13b、13c的部位，通過設置導電部件110、111可取得使元件的電阻值離散變小的效果。此外，即使在本實施例中，也可只形成一條溝。
權利要求
1.一種電路保護元件，具有基臺；在所述基臺周圍形成的導電膜；在所述導電膜的一部分上形成的狹窄部；在所述基臺的兩端部上形成的端子部；其特徵是，在所述基臺的至少表面附近每單位表面積具有1～30％的孔隙；其中，這裡所述每單位表面積孔隙的比率通過研磨該面，每單位面積上所佔的孔隙面積求出。
2.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，把導電膜作成積層結構，以銅或銅合金膜構成最表面。
3.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，所述基臺是多邊形柱狀、橢圓柱狀、圓柱狀之一。
4.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，所述基臺為四邊形柱狀，在包括形成所述狹窄部的面的至少一個面上形成所述溝。
5.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，所述基臺在所述端部和中央部之間，具有所述中央部低的臺階，所述狹窄部形成在所述中央部上。
6.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，在所述基臺的周圍形成環繞狀溝，在所述溝的前端附近形成所述狹窄部。
7.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，所述溝的寬度為6μm～45μm。
8.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，所述狹窄部的寬度為10μm～40μm。
9.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，在所述狹窄部上還設置熔斷加速劑。
10.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，在所述狹窄部上至少具有保護物。
11.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，設置覆蓋所述溝的保護物。
12.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，當規定所述電路保護元件電長度為L1、寬度為L2、高度為L3時，L1、L2、L3應滿足以下條件L1＝0.5～2.2mmL2＝0.2～1.3mmL3＝0.2～1.3mm
13.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，所述基臺表面的粗糙度為0.15μm～0.8μm。
14.一種電路保護元件，所述端子部的截面為多邊形，往所述電路保護元件的安裝襯底的安裝面是包括所述多邊形最短一邊的平面以外的面。
15.根據權利要求14所述的元件，其特徵是，在與所述安裝襯底不相向的部分上形成所述狹窄部。
16.根據權利要求14所述的元件，其特徵是，所述多邊形是長方形，包括所述長方形的長邊的面是所述安裝面。
17.根據權利要求16所述的元件，其特徵是，當規定所述長方形的長邊寬度為L3，所述長方形的短邊寬度為L2的情況下，有0.4＜(L2÷L3)＜0.90。
18.一種電路保護元件，所述端子部的截面為橢圓形，往所述電路保護元件安裝襯底的安裝面是與所述橢圓形長軸平行的面。
19.根據權利要求18所述的元件，其特徵是，在與所述安裝襯底不相向的部分上形成所述狹窄部。
20.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，在所述狹窄部和所述端子部的一個之間的所述導電膜上設置的溝，和在所述狹窄部及所述端子部的其他一個之間的所述導電膜上設置的溝的至少一個被形成在所述基臺的全周上，用導電部件導通所述至少一個溝的一部分。
21.根據權利要求20所述的元件，其特徵是，所述導電部件從導電糊劑、焊錫、棒狀、線狀、或片狀的導體中選擇其一。
22.根據權利要求1所述的元件，其特徵是，在所述狹窄部和所述端子部的一個之間的所述導電膜上設置的溝，和在所述狹窄部及所述端子部的其他一個之間的所述導電膜上設置的溝被形成在所述基臺的全周上，用導電部件導通所述二個溝的一部分。
23.根據權利要求21所述的元件，其特徵是，所述導電部件從導電糊劑、焊錫、棒狀、線狀、或片狀的導體中選擇其一。
24.一種電路保護元件的安裝結構，在往在其一部分上具有熔斷部分的電路保護元件的電路襯底的安裝結構中，以所述熔斷部分不與所述電路襯底相向的狀態，將所述電路保護元件安裝到所述電路襯底上。
25.根據權利要求24所述的安裝結構，其特徵是，所述電路保護元件是這樣的一種電路保護元件，具有基臺；在所述基臺周圍形成的導電膜；在所述導電膜的一部分上形成的狹窄部；在所述基臺的兩端部上形成的端子部。
26.根據權利要求25所述的安裝結構，其特徵是，所述熔斷部對於所述電路襯底大體正交。
27.根據權利要求25所述的安裝結構，其特徵是，把所述端子部的截面形狀作成長方形，把長邊部分作為安裝面，把短邊部分作為側面。
28.根據權利要求25所述的安裝結構，其特徵是，所述電路保護元件在所述狹窄部和所述端子部的一個之間的所述導電膜上設置的溝，和在所述狹窄部及所述端子部的其他一個之間的所述導電膜上設置的溝的至少一個被形成在所述基臺的全周上，用導電部件導通所述至少一個溝的一部分。
全文摘要
本發明的電路保護元件具有基臺、在基臺周圍形成的導電膜、在導電膜的一部分形成的狹窄部、在基臺兩端部形成的端子部,在基臺的至少表面附近具有每單位面積1～30%的孔隙。而且,本發明表示在電路襯底上安裝象這樣元件的構成。
文檔編號F16L25/00GK1365131SQ0114289
公開日2002年8月21日 申請日期2001年12月27日 優先權日2000年12月27日
發明者福岡道生, 長谷川健一, 長友泰樹, 畠中榮造, 戶高秀幸, 巖尾敏之 申請人:松下電器產業株式會社