JP5287154B2 - 回路保護素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子およびその製造方法に関するものである。

従来のこの種の回路保護素子は、図９に示すように、絶縁基板１と、この絶縁基板１の上面の両端部に設けられた一対の上面電極２と、前記絶縁基板１の上面に形成されたエポキシ樹脂からなる下地層３と、この下地層３の上面において前記一対の上面電極２と電気的に接続されたエレメント部４と、このエレメント部４を覆うように設けられた絶縁層５と、前記絶縁基板１の両端面に形成された一対の端面電極層６とを備えた構成としていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平５−２２５８９２号公報

上記した従来の回路保護素子の構成では、下地層３が耐熱性の低いエポキシ樹脂で形成されているため、レーザでエレメント部４にトリミング溝を形成しようとすると、レーザの熱で下地層３の形状が不安定となり、これにより、エレメント部４の形状も安定しない場合があるため、溶断特性がばらつくという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、溶断特性を安定化させることができる回路保護素子を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板と、この絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、この一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、このエレメント部と前記絶縁基板との間に設けられた下地層と、前記エレメント部を覆うように設けられた絶縁層とを備え、前記下地層を珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成したもので、この構成によれば、下地層を構成する珪藻土およびシリコン樹脂が耐熱性に優れているため、レーザでエレメント部にトリミング溝を形成してもレーザの熱で下地層の形状が不安定になるということはなく、これにより、エレメント部の形状が安定するため、溶断特性を安定化させることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、下地層を構成する珪藻土とシリコン樹脂の混合物における珪藻土の混合割合を５０〜９０体積％としたもので、この構成によれば、珪藻土の混合割合を５０〜９０体積％としているため、下地層の絶縁基板との接着強度を強いものとすることができるとともに、歩留まりを向上させることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、下地層を構成するシリコン樹脂に着色を施したもので、この構成によれば、エレメント部の形成不良があっても、目視や自動外観での形成不良が容易に認識、選別できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、絶縁基板にアルミナを含有させ、かつ下地層をシリコン樹脂にアルミナ粉末、シリカ粉末のうち少なくとも一方を混合させたもので構成したもので、この構成によれば、下地層を構成するシリコン樹脂とアルミナ粉末、シリカ粉末が耐熱性に優れ、かつアルミナを含有する絶縁基板との密着性も良いため、レーザでエレメント部にトリミング溝を形成してもレーザの熱で下地層の形状が不安定になるということはなく、これにより、エレメント部の形状が安定するため、溶断特性を安定化させることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、エレメント部の側部を下地層より外側にはみ出さないようにしたもので、この構成によれば、エレメント部が絶縁基板に接触するのを防止できるため、エレメント部の熱が絶縁基板内へ拡散するのを抑制することができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項６に記載の発明は、特に、絶縁層の少なくとも一部を下地層より外側にはみ出すようにしたもので、この構成によれば、絶縁層を絶縁基板に接触させることができるため、絶縁層の密着性を向上させることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項７に記載の発明は、特に、エレメント部に複数のトリミング溝を形成することによって、前記エレメント部に溶断部を設けるようにしたもので、この構成によれば、過電流が印加されたときに溶断部の電流密度が高くなるため、溶断部におけるエレメント部を早く溶融させることができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項８に記載の発明は、特に、エレメント部の融点より低い融点の低融点金属を、少なくとも溶断部を覆うように形成したもので、この構成によれば、過電流が印加されたとき低融点金属を先に溶融させることができるため、溶断部におけるエレメント部を早く溶融させることができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項９に記載の発明は、絶縁基板の上面の両端部に一対の上面電極を形成する工程と、前記絶縁基板の上面に珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成した下地層を、前記上面電極の少なくとも一部が露出するように形成する工程と、前記下地層の上面において前記一対の上面電極を橋絡し、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されるエレメント部を形成する工程と、このエレメント部にレーザによって一対の溶断部形成用トリミング溝および複数の抵抗値調整用トリミング溝を形成して前記エレメント部を蛇行状にする工程と、前記エレメント部を覆うように絶縁層を形成する工程とを備え、前記溶断部形成用トリミング溝を形成した後に抵抗値調整用トリミング溝を形成するようにしたもので、この製造方法によれば、溶断部形成用トリミング溝を形成した後に抵抗値調整用トリミング溝を形成するようにしているため、エレメント部の抵抗値を調整する前に規定の溶断特性に合うように溶断部形成用トリミング溝を形成することができ、これにより、溶断特性を安定化させることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１０に記載の発明は、特に、一対の溶断部形成用トリミング溝間の距離を、隣り合う抵抗値調整用トリミング溝間の距離および前記溶断部形成用トリミング溝と抵抗値調整用トリミング溝との間の距離と略同一にするか、もしくは短くするようにしたもので、この製造方法によれば、一対の溶断部形成用トリミング溝間で確実に溶断させることができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１１に記載の発明は、特に、溶断部形成用トリミング溝を形成する前のエレメント部の抵抗値を測定し、規定の抵抗値の範囲内の場合のみ溶断部形成用トリミング溝を形成するようにしたもので、この製造方法によれば、規定の溶断特性に合うような溶断部形成用トリミング溝を形成できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１２に記載の発明は、特に、溶断部形成用トリミング溝を形成した後のエレメント部の抵抗値を測定し、規定の抵抗値の範囲内の場合のみ抵抗値調整用トリミング溝を形成するようにしたもので、この製造方法によれば、エレメント部の膜厚が薄くて溶断特性が悪いものを排除できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１３に記載の発明は、特に、規定の抵抗値の範囲外の場合に、エレメント部にオープンカット溝を形成するようにしたもので、この製造方法によれば、溶断部が形成されていないにもかかわらず良品と判断されるのを防止できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１４に記載の発明は、絶縁基板の上面の両端部に一対の上面電極を形成する工程と、前記絶縁基板の上面に珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成した下地層を、前記上面電極の少なくとも一部が露出するように形成する工程と、前記下地層の上面において前記一対の上面電極を橋絡し、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されるエレメント部を形成する工程とを備え、前記エレメント部を、スパッタリング工法により第１のエレメント部を形成する工程と、めっき工法により第１のエレメント部の上面に第２のエレメント部を形成する工程とによって設けるようにしたもので、この製造方法によれば、第１のエレメント部をめっきの核として使用できるため、第２のエレメント部を容易に形成できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１５に記載の発明は、複数の縦方向および横方向の分割溝を有するシート状絶縁基板において、前記横方向の分割溝を跨ぐように上面電極を複数形成する工程と、前記シート状絶縁基板の上面に珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成した下地層を、前記上面電極の少なくとも一部が露出するように形成する工程と、前記一対の上面電極を橋絡する第１のエレメント部を複数形成する工程とを備え、前記上面電極、第１のエレメント部が形成された領域を囲むように連続したロ字状のダミー電極を形成し、このダミー電極は一対の横方向ダミー部と一対の縦方向ダミー部とからなり、前記一対の横方向ダミー部を前記複数の上面電極と接続し、前記ダミー電極のいずれか一箇所を給電部に接続して前記第１のエレメント部の上面に第２のエレメント部を電気めっき工法により形成したもので、この製造方法によれば、第２のエレメント部を容易に形成できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１６に記載の発明は、特に、一対の横方向ダミー部と複数の上面電極との間が導通しないようにした後、一対の電極間の抵抗値を測定し、トリミング溝をエレメント部に形成するようにしたもので、この製造方法によれば、抵抗値を測定する一対の電極以外の電極には抵抗値測定時の電流が流れないため、確実に抵抗値を測定できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１７に記載の発明は、特に、第２のエレメント部を無電解めっき工法により形成したもので、この製造方法によれば、同時に大量の個片状回路保護素子に第２のエレメント部を形成することができるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１８に記載の発明は、特に、絶縁基板の下地層側から加熱しながら第１のエレメント部を複数形成するようにしたもので、この製造方法によれば、加熱による熱が下地層に蓄熱されるため、第１のエレメント部がスパッタリングされる下地層の温度を高温に保つことができ、これにより、第１のエレメント部を早く形成できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項１９に記載の発明は、特に、第２のエレメント部を形成する前に、絶縁基板の裏面にめっきの付着を防止するめっき付着防止シートを貼付するようにしたもので、この製造方法によれば、絶縁基板の裏面で導通するのを防止できるという作用効果が得られるものである。

本発明の請求項２０に記載の発明は、特に、めっき液の温度を利用してめっき付着防止シートを貼付するようにしたもので、この製造方法によれば、工数を増やすことなくめっき付着防止シートの密着性を向上させることができるという作用効果が得られるものである。

以上のように本発明の回路保護素子は、下地層を耐熱性に優れている珪藻土とシリコン樹脂を混合させた混合物で構成しているため、レーザでエレメント部にトリミング溝を形成してもレーザの熱で下地層の形状が不安定になるということはなく、これにより、エレメント部の形状が安定するため、溶断特性を安定化させることができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における回路保護素子について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図、図２は同回路保護素子の主要部の上面図である。

本発明の一実施の形態における回路保護素子は、図１、図２に示すように、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の上面の両端部に設けられた一対の上面電極１２と、この一対の上面電極１２を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極１２と電気的に接続されたエレメント部１３と、このエレメント部１３と前記絶縁基板１１との間に設けられた下地層１４と、前記エレメント部１３を覆うように設けられた絶縁層１５とを備えた構成としており、そして前記下地層１４を珪藻土とシリコン樹脂を混合させたもので構成しているものである。

また、前記エレメント部１３には、トリミング溝１７が形成されるもので、これにより、エレメント部１３は蛇行状となっている。

上記構成において、前記絶縁基板１１は、その形状が方形状で、かつＡｌ₂Ｏ₃を５５％〜９６％含有するもので構成され、また、前記一対の上面電極１２は、絶縁基板１１の上面の両端部に設けられ、かつＡｇ等を印刷することによって形成されているものであり、そしてまた、前記エレメント部１３は、絶縁基板１１の全面を覆うように下地層１４および一対の上面電極１２の上面に位置して設けられ、かつ第１のエレメント部１３ａ（薄膜層）と第２のエレメント部１３ｂ（めっき層）とにより構成されているものである。

さらに、前記第１のエレメント部１３ａは、ＴｉやＣｕ、あるいはＣｒ、Ｃｕ、Ｎｉを順番にスパッタすることにより形成され、かつ第２のエレメント部１３ｂは第１のエレメント部１３ａの上面に位置して設けられ、かつ前記第１のエレメント部１３ａをめっき核としてＮｉ、Ｃｕ、Ａｇをそれぞれ順番に電解めっきまたは無電解めっきすることにより形成されている。

さらにまた、前記絶縁基板１１の両端部には前記エレメント部１３の一部に重なるように銀系の材料からなる端面電極層１６が形成されており、かつこの端面電極層１６の表面にはめっき膜（図示せず）が形成されるものである。

また、前記エレメント部１３の中心部には、レーザによってトリミング溝１７が２ヶ所、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かって形成されているもので、そしてこの一対のトリミング溝１７で囲まれた領域が、過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部１８となっているものである。このように溶断部１８を形成することによって、溶断部１８の電流密度を高くすることができるため、溶断部１８におけるエレメント部１３を早く溶融させることができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができる。また、トリミング溝１７を形成することによって抵抗値を調整することもできる。

さらに、図２に示すように、エレメント部１３はその側部が下地層１４より外側にはみ出さないように形成され、この構成により、エレメント部１３が絶縁基板１１に接触するのを防止できるため、エレメント部１３の熱が絶縁基板１１内へ拡散するのを抑制することができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができる。

なお、エレメント部１３の融点より低い融点のＳｎ、Ｚｎ、Ａｌ等の低融点金属を、少なくとも溶断部１８を覆うように形成してもよい。この構成によれば、過電流が印加されたとき低融点金属を先に溶融させることができるため、溶断部１８におけるエレメント部１３を早期に溶融させることができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができる。

そしてまた、前記下地層１４は絶縁基板１１の中央部に設けられており、かつその両端部が一対の上面電極１２の上面と重なるように、絶縁基板１１の上面のほぼ全面に形成する。このとき、上面電極１２の少なくとも一部を露出するようにする。なお、下地層１４は必ずしも上面電極１２の上面に重ねる必要はないが、エレメント部１３が絶縁基板１１に接しないようにする必要がある。すなわち、この下地層１４は前記一対の上面電極１２間に位置するエレメント部１３と絶縁基板１１との間に設けられている。

さらに、この下地層１４は、珪藻土とシリコン樹脂を混合させた混合物で構成しているもので、この珪藻土およびシリコン樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下となっているため、エレメント部１３の熱が絶縁基板１１内へ拡散するのを抑制することができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができる。また、この下地層１４は、珪藻土の混合割合を５０〜９０体積％としている。なお、珪藻土の混合割合を特に５５〜７０体積％とするのが好ましい。

そして、この珪藻土は、壁材や断熱レンガ等の原料となるもので、耐火性があり超多孔・超微細構造を持つ軽い土である。珪藻土に耐火性があるため、過電流が流れるとエレメント部１３が高温となっても溶断特性を安定化させることができる。さらに、過電流が流れるとエレメント部１３が高温となることから珪藻土に混合させる樹脂にも耐火性が必要であるため、シリコン樹脂が最適であり、耐火性の劣るエポキシ樹脂等は適切ではない。そしてまた、珪藻土、シリコン樹脂ともに安価で大量に入手することができるため、生産性を向上させることができる。

さらにまた、下地層１４を構成するシリコン樹脂には、青色や赤色等の白色以外の顔料を約１重量％混合させて着色を施しているものである。一般に、アルミナを含有する絶縁基板は白色であるため、エレメント部１３に印刷かすれ、欠損不良等の形成不良が発生しても、このままでは認識できないが、上記したように本発明の一実施の形態においては、シリコン樹脂に着色を施しているため、目視や自動外観での形成不良が容易に認識、選別できるものである。

なお、前記下地層１４は絶縁基板１１の中央部だけでなく、絶縁基板１１の上面のほぼ全面に形成し、そしてこの下地層１４の両端部に一対の上面電極１２を形成するようにしてもよい。

前記絶縁層１５は、エレメント部１３を覆うように設けられているもので、溶断部１８を覆うシリコン等の樹脂からなる第１の絶縁層１５ａと、この第１の絶縁層１５ａの上面に設けられたエポキシ等の樹脂からなる第２の絶縁層１５ｂとにより構成されているものである。

さらに、絶縁層１５の一部（絶縁層１５の側部）は、図２に示すように、下地層１４、エレメント部１３より外側にはみ出すように形成されている。すなわち、絶縁層１５の中央部の下方には、エレメント部１３、下地層１４が形成されているのに対し、絶縁層１５の側部の下方にはエレメント部１３、下地層１４が形成されていない。この構成により、絶縁層１５の一部が絶縁基板１１と直接接することになるため、絶縁層１５の密着性を向上させることができる。

なお、下地層１４は、シリコン樹脂にアルミナ粉末を混合させたもので構成してもよく、この構成によれば、このシリコン樹脂の熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下となっているため、エレメント部１３の熱が絶縁基板１１内へ拡散するのを抑制することができ、これにより、応答性に優れた回路保護素子を得ることができる。

このとき、この下地層１４におけるアルミナ粉末の混合割合は５０〜８０体積％としている。そして、このアルミナ粉末は、加熱することにより、絶縁基板１１中のアルミナやシリカと強く結び付くことができ、さらに、シリコン樹脂と絶縁基板１１を構成するアルミナとの接着強度も強いことから、下地層１４の絶縁基板１１との密着性が向上する。

そしてまた、アルミナ粉末の混合割合が８０体積％より大きい場合は、アルミナ粉末によって下地層１４の熱伝導率が大きくなるため、エレメント部１３に過電流が流れてもエレメント部１３の温度が高くなりにくく、これにより、溶断特性が悪化し、さらに、下地層１４のチクソ性が劣化するため、作業性の点から好ましくない。一方、５０体積％未満の場合は、下地層１４における樹脂の割合が高くなるため、スパッタで第１のエレメント部１３ａを形成する際の熱や応力で下地層１４の位置が変動することになり、これにより、第１のエレメント部１３ａにクラックが生じるため、好ましくない。

なお、前記下地層１４を構成するシリコン樹脂に混合させるものは、アルミナ粉末以外のシリカ粉末でもよく、また、アルミナ粉末とシリカ粉末の両方であってもよい。

次に、本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法について説明する。

図３（ａ）において、まず、Ａｌ₂Ｏ₃を５５％〜９６％含有するアルミナで方形状に構成されたシート状絶縁基板２１を用意する。このシート状絶縁基板２１の上面には、複数の縦方向の分割溝２２ａおよび複数の横方向の分割溝２２ｂを有している。この縦方向の分割溝２２ａと横方向の分割溝２２ｂとで囲まれた部分が個片状の回路保護素子となる。なお、図３（ａ）においては、説明を簡単にするために、それぞれ５本の縦方向の分割溝２２ａ、複数の横方向の分割溝２２ｂを形成したが、他の本数でもよい。

次に、横方向の分割溝２２ｂを跨ぐように銀ペーストまたは銀を主成分とする銀パラジウム合金導体ペーストを印刷して焼成することにより上面電極１２を複数形成する。これにより、個片状の回路保護素子において、絶縁基板１１の上面の両端部に一対の上面電極１２が形成される。

また、上面電極１２が形成された領域を囲むように連続したロ字状のダミー電極２３を形成する。このダミー電極２３は、上面電極１２と同じ材料で上面電極１２と同時に印刷により形成する。そして、このダミー電極２３は一対の横方向ダミー部２３ａと一対の縦方向ダミー部２３ｂとからなり、一対の横方向ダミー部２３ａは複数の上面電極１２と接続されている。なお、ダミー電極２３は、上面電極１２の形成の前または後に形成してもよい。

次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁基板１１の中央部に、有機溶剤と、珪藻土を５０〜９０体積％混合させた珪藻土、およびシリコン樹脂の混合物とからなるペーストを印刷し、その後、１５０℃〜２００℃程度で硬化させて有機溶剤を蒸発させることにより下地層１４を形成する。このとき、上面電極１２の少なくとも一部が露出するようにする。

そしてまた、珪藻土を５０〜９０体積％混合させているため、スパッタすることにより形成されるエレメント部１３の第１のエレメント部１３ａ（薄膜層）と下地層１４との熱収縮率の違いは少なくなり、この結果、スパッタ時の発熱によって、第１のエレメント部１３ａにクラックが生じたりすることもなくなる。この結果、エレメント部１３や下地層１４の位置が安定するため、レーザでトリミング溝１７を形成した場合、トリミング溝１７の形成位置を安定させることができる。

また、前記シリコン樹脂を青色等に着色すれば、エレメント部１３の形成不良があっても、目視や自動外観装置での形成不良が容易に認識したり、選別したりできる。

さらに、実装時の安定性を確保するために、シート状絶縁基板２１の裏面における前記上面電極１２と対向する位置に、銀ペーストまたは銀を主成分とする銀パラジウム合金導体ペーストを印刷して焼成することにより裏面電極（図示せず）を形成する。

次に、図４（ａ）に示すように、下地層１４および一対の上面電極１２の上面にエレメント部１３を形成する。なお、このエレメント部１３は一対の上面電極１２間を橋絡して一対の上面電極１２と電気的に接続されるように構成する。

そして、このエレメント部１３は、図１において、まず、Ｔｉ、Ｃｕ、あるいはＣｒ、ＣｕＮｉを順番にスパッタすることにより第１のエレメント部１３ａを設け、その後、この第１のエレメント部１３ａをめっき核として第１のエレメント部１３ａの上面にＮｉ、Ｃｕ、Ａｇを順番に無電解めっきまたは電解めっきして第２のエレメント部１３ｂを設けることにより形成されるものである。

なお、第１のエレメント部１３ａは、絶縁基板１１（シート状絶縁基板２１）の下地層１４側から加熱しながらスパッタリングするようにする。これにより、加熱による熱が下地層１４に蓄熱されるため、第１のエレメント部１３ａがスパッタリングされる下地層１４の温度を高温に保つことができ、これにより、早く第１のエレメント部１３ａを形成できる。また、第２のエレメント部１３ｂを電解めっきして形成する場合は、ダミー電極２３のいずれか一箇所を給電部に接続して行う。これにより、容易に第２のエレメント部１３ｂを形成できる。さらに、第２のエレメント部１３ｂを無電解めっきして形成すれば、同時に大量の個片状回路保護素子に第２のエレメント部１３ｂを形成することができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、一対の横方向ダミー部２３ａと複数の上面電極１２との間の部分２４を切削し、一対の横方向ダミー部２３ａと複数の上面電極１２とが導通しないようにする。その後、一対の電極１２間の抵抗値を測定し、トリミング溝１７をエレメント部１３に形成するようにする。この結果、抵抗値を測定する一対の電極１２以外の電極には抵抗値測定時の電流が流れないため、確実に抵抗値を測定できる。このとき、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かってレーザを照射し、切削してトリミング溝１７を２ヶ所形成する。これにより、この２つのトリミング溝１７で囲まれた領域に過電流が印加されたときに溶融して断線する溶断部１８を構成できる。

このとき、トリミング溝１７として、図５、図６に示すように、溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂ、抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆをエレメント部１３に形成するようにしてもよい。

以下、溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂ、抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆを形成する場合のトリミング溝１７の形成方法について説明する。

まず、一対の上面電極１２間のエレメント部１３の抵抗値を測定し、この抵抗値が規定の抵抗値範囲内である場合は、図７（ａ）に示すように、エレメント部１３の中心部の２ヶ所を、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削して一対の溶断部形成用トリミング溝（第１、第２の溶断部形成用トリミング溝）２５ａ、２５ｂを形成し、これにより、この２つの第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂで囲まれた領域に、過電流が印加されたときに溶融して遮断する溶断部１８を設ける。

また、この第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂは互いにオーバーラップするように形成する。この場合、このオーバーラップした距離と第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａと第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂとの間隔、すなわち溶断部１８の面積（体積）によって溶断特性が決まるため、先に第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成しておけば、溶断特性がばらつく可能性は少なくなる。そして、抵抗値の調整は後工程で行う第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆを形成することにより行えば問題ない。

なお、先にエレメント部１３の抵抗値を測定し、この抵抗値が規定の抵抗値の範囲内である場合のみ、第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成するのは、回路保護素子は角チップ抵抗器のように単に抵抗値を調整すればよいのではないからである。すなわち、回路保護素子の場合は、要望される溶断特性、定格電流に応じて溶断部１８の面積が決まるため、第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成する箇所も自動的に決まり、かつ溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂの形成後のエレメント部１３の抵抗値も自動的に決まる（抵抗値を確認しながら第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成するのではない）。この結果、初期のエレメント部１３の抵抗値が規定の抵抗値の範囲外の場合は、所定の位置に第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成することができず、これにより、要望される溶断特性、定格電流を満たすことができないからである。

そして、規定の抵抗値の範囲外の場合、図７（ｂ）に示すように、エレメント部１３の幅方向に対して略平行にエレメント部１３を切り込むようにしてオープンカット溝２７を形成し、エレメント部１３をオープン状態にする。これは、規定の抵抗値の範囲外で第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成しない場合のエレメント部１３の抵抗値が、完成品としての規定された抵抗値と近いときに、溶断部１８が形成されていないにもかかわらず良品と判断されるのを防止するためである。

次に、溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成した後のエレメント部１３の抵抗値を測定し、この抵抗値が規定の抵抗値の範囲内の場合のみ、図８（ａ）に示すように、第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂの両側のエレメント部１３に、互いに対向するエレメント部１３の側面からエレメント部１３の中心方向に向かってレーザで切削して、第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆを順番に形成する。そして、第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂと第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆによってエレメント部１３を蛇行状に形成する。

この場合、第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａが形成された同じエレメント部１３の側面から第１、第３、第５の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ、２６ｃ、２６ｅが形成され、かつ第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂが形成された同じエレメント部１３の側面から第２、第４、第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ｂ、２６ｄ、２６ｆが形成されるもので、すなわち、第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａの左側に、第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａから近い順に、第２、第３、第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ｂ、２６ｃ、２６ｆの３本を形成し、そして、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂの右側に、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂから近い順に、第１、第４、第５の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ、２６ｄ、２６ｅの３本を形成する。

なお、先に溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成した後のエレメント部１３の抵抗値を測定し、この抵抗値が規定の抵抗値の範囲内である場合のみ、第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆを形成するのは、規定の抵抗値の範囲より高い抵抗値のときは、エレメント部１３の厚みが薄くなっているため、所定の溶断特性が得られなくなり、これにより、このようなエレメント部１３の厚みが薄くて溶断特性が悪いものを排除する必要があるからである。また、溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成した後のエレメント部１３の抵抗値が、第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆで抵抗値調整できる範囲を超えているときは、第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆを形成する必要がないからでもある。

また、溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成した後のエレメント部１３の抵抗値が規定の抵抗値の範囲外のときは、図８（ｂ）に示すように、オープンカット溝２７を形成してもよい。

ここで、長手方向の第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａと第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂとの間の距離ｔ１は、第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆの先端部と対向するエレメント部１３の側面との距離ｔ２より短くする。さらに、隣り合う第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆのそれぞれの間の距離、第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａと第２の抵抗値調整用トリミング溝２６ｂとの距離、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂと第１の抵抗値調整用トリミング溝２６ａとの距離をｔ３としたとき、前記距離ｔ１はｔ３と略同一にするか、もしくは短くする。

上記のようなｔ１、ｔ２、ｔ３の関係とすることにより、第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａと第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂとの間の溶断部１８で確実に溶断させることができるものである。

なお、図８（ａ）においては、第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆの先端部を、エレメント部１３の短手方向の中央部（図５のＡ−Ａ線）より対向するエレメント部１３の側面の側に設けているが、必ずしもその必要はない。また、第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆの長さは略同一となっているが、それぞれの長さは違っていてもよい。

上記したようにトリミング溝１７（溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂ、抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆ）を形成した後、シリコン等の樹脂を少なくとも溶断部１８を覆うように形成して第１の絶縁層１５ａを設ける。その後、この第１の絶縁層１５ａの上面にエポキシ等の樹脂を形成して第２の絶縁層１５ｂを設けることにより、２層からなる絶縁層１５を形成する。

次に、絶縁基板１１の両端部においてエレメント部１３の一部と重なるように樹脂銀ペーストを塗布して硬化させることにより端面電極層１６を形成する。なお、この端面電極層１６はスパッタ等の薄膜プロセスによって形成してもよい。

最後に、前記端面電極層１６の表面に、ニッケルと錫の２層構造からなるめっき膜（図示せず）を形成して、本発明の一実施の形態における回路保護素子を製造するものである。

なお、第２のエレメント部１３ｂを形成する前に、絶縁基板１１（シート状絶縁基板２１）の裏面、特に裏面電極にめっきの付着を防止するめっき付着防止シート（図示せず）を貼付するようにしてもよい。これにより、絶縁基板１１（シート状絶縁基板２１）の裏面で導通するのを防止できる。このとき、めっき液の温度を利用してめっき付着防止シートを貼付するようにすれば、工数を増やすことなくめっき付着防止シートの密着性を向上させることができる。

このめっき付着防止シートとしては、ポリ塩化ビニルフィルム等の支持体に粘着剤を形成したものを使用でき、絶縁基板１１に密着し、かつ剥離作業が容易なものが好ましい。

上記した本発明の一実施の形態においては、下地層１４を耐熱性に優れている珪藻土とシリコン樹脂を混合させた混合物で構成しているため、レーザでエレメント部１３にトリミング溝１７を形成してもレーザの熱で下地層１４の形状が不安定になるということはなく、これにより、エレメント部１３の形状が安定するため、溶断特性を安定化させることができるという効果を有するものである。

また、珪藻土の粒子間にシリコン樹脂が入り込むことができるため、下地層１４を強固に固定でき、さらに、下地層１４に大気中の水分やめっき液が浸入することもなくなるため、耐湿性を向上させることができるものである。

そしてまた、前記下地層１４は、珪藻土を５０〜９０体積％（シリコン樹脂が５０〜１０体積％）混合させた珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成しているため、下地層１４の絶縁基板１１との接着強度を強いものとすることができるとともに、歩留まりを向上させることができる。

ここで、珪藻土の混合体積比率と、下地層１４の絶縁基板１１との接着強度、および第１のエレメント部１３ａのクラックの有無について確認した。まず、下地層１４の絶縁基板１１との接着強度は、印刷、硬化させた後の下地層１４の上にセロハンテープを一旦貼り、その後セロハンテープを剥がしたときに下地層１４がセロハンテープと一緒に剥がれてしまうかどうかを確認し、その結果、下地層１４が剥がれなかった場合を下地層１４の絶縁基板１１との接着強度を高いものと判断した。さらに、下地層１４の上にＴｉおよびＣｕをスパッタして第１のエレメント部１３ａを形成し、そして、この第１のエレメント部１３ａにクラックが生じているかどうかを観察した。

この結果、下地層１４を構成する珪藻土とシリコン樹脂の混合物における珪藻土の混合割合が９０体積％以下の場合は、下地層１４が絶縁基板１１から剥がれることはなかったが、９０体積％より大きい場合は、下地層１４が絶縁基板１１から剥がれてしまうものがあった。

また、珪藻土の混合割合が５０体積％以上の場合は、第１のエレメント部１３ａにクラックが生ずるものはなかったが、５０体積％未満の場合は、第１のエレメント部１３ａにクラックが生じたものがあった。

すなわち、下地層１４を構成する珪藻土とシリコン樹脂の混合物におけるシリコン樹脂の混合割合を高くすると、シリコン樹脂と絶縁基板１１を構成するアルミナとの接着強度が強いことから、下地層１４の絶縁基板１１との接着強度を高くすることができる。なお、このことから、下地層１４を１０００℃以上の高温で焼成しなくても下地層１４と絶縁基板１１とを接着させることができるものである。

そしてまた、下地層１４を構成する珪藻土とシリコン樹脂の混合物における珪藻土の混合割合を高くすると、スパッタすることにより形成される第１のエレメント部１３ａと下地層１４との熱収縮率の違いが少なくなるため、スパッタ時の発熱により、第１のエレメント部１３ａと下地層１４との熱収縮率の違いによって第１のエレメント部１３ａにクラックが生じたりすることもなく、これにより、歩留まりを向上させることができるものである。

さらに、下地層１４を耐熱性に優れ、かつアルミナを含有する絶縁基板１１との密着性も良いシリコン樹脂とアルミナ粉末、シリカ粉末で構成すれば、レーザでエレメント部１３にトリミング溝１７を形成してもレーザの熱で下地層１４の形状が不安定になるということはなく、これにより、エレメント部１３の形状が安定するため、溶断特性を安定化させることができるという効果を有するものである。

また、アルミナ粉末、シリカ粉末の粒子間にシリコン樹脂が入り込むことができるため、下地層１４を強固に固定でき、さらに、下地層１４に大気中の水分やめっき液が浸入することもなくなるため、耐湿性を向上させることができる。

そしてまた、下地層１４は絶縁基板１１との接着強度が良いため、下地層１４を１０００℃以上の高温で焼成しなくても下地層１４と絶縁基板１１とを接着させることができるため、生産性の点で有利となるものである。

そして本発明の一実施の形態においては、さらに、第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成した後に第１〜第６の抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆを形成するようにしているため、エレメント部１３の抵抗値を調整する前に規定の溶断特性に合うように第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂを形成することができ、これにより、溶断特性を安定化させることができるという効果が得られるものである。

また、エレメント部１３が金属で構成されているため、第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂをレーザで形成した場合、その際の熱により、溶断特性において重要となる第１、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ａ、２５ｂ間の溶断部１８の抵抗値が理論値より高くなってしまうが、本発明の一実施の形態のように、後で抵抗値調整用トリミング溝２６ａ〜２６ｆを形成して抵抗値調整をすれば、時間の経過に伴って熱が下がり溶断部１８の抵抗値が理論値に近づくため、溶断特性を安定化させることができるものである。

そしてまた、抵抗値は複数のトリミング溝２５ａ、２５ｂ、２６ａ〜２６ｆで調整しているため、抵抗値を安定させることができる。

なお、上記した本発明の一実施の形態における回路保護素子の製造方法においては、第１の溶断部形成用トリミング溝２５ａの左側と、第２の溶断部形成用トリミング溝２５ｂの右側に、それぞれ抵抗値調整用トリミング溝を３本形成しているが、必ずしも３本である必要はない。また、必ずしも左右に同数形成する必要はないが、同数の場合は、溶断部１８における温度を高くすることができるため、好ましい。

本発明に係る回路保護素子およびその製造方法は、溶断特性を安定化させることができるという効果を有するものであり、特に過電流が流れると溶断して各種電子機器を保護する回路保護素子等において有用となるものである。

本発明の一実施の形態における回路保護素子の断面図 同回路保護素子の主要部の上面図 （ａ）（ｂ）同回路保護素子の製造方法の一部を示す上面図 （ａ）（ｂ）同回路保護素子の製造方法の一部を示す上面図 同回路保護素子の他の例を示す一部切欠上面図 図５のＡ−Ａ線断面図 （ａ）（ｂ）同回路保護素子の製造方法の一部を示す一部切欠上面図 （ａ）（ｂ）同回路保護素子の製造方法の一部を示す一部切欠上面図 従来の回路保護素子の断面図

符号の説明

１１ 絶縁基板
１２ 上面電極
１３ エレメント部
１３ａ 第１のエレメント部
１３ｂ 第２のエレメント部
１４ 下地層
１５ 絶縁層
１７ トリミング溝
１８ 溶断部
２１ シート状絶縁基板
２２ａ 縦方向の分割溝
２２ｂ 横方向の分割溝
２３ ダミー電極
２３ａ 横方向ダミー部
２３ｂ 縦方向ダミー部
２５ａ、２５ｂ 溶断部形成用トリミング溝
２６ａ〜２６ｆ 抵抗値調整用トリミング溝
２７ オープンカット溝

Claims (20)

1. 絶縁基板と、この絶縁基板の両端部に設けられた一対の上面電極と、この一対の上面電極を橋絡するように形成され、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されたエレメント部と、このエレメント部と前記絶縁基板との間に設けられた下地層と、前記エレメント部を覆うように設けられた絶縁層とを備え、前記下地層を珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成した回路保護素子。
2. 下地層を構成する珪藻土とシリコン樹脂の混合物における珪藻土の混合割合を５０〜９０体積％とした請求項１記載の回路保護素子。
3. 下地層を構成するシリコン樹脂に着色を施した請求項１記載の回路保護素子。
4. 絶縁基板にアルミナを含有させ、かつ下地層をシリコン樹脂にアルミナ粉末、シリカ粉末のうち少なくとも一方を混合させたもので構成した請求項１記載の回路保護素子。
5. エレメント部の側部を下地層より外側にはみ出さないようにした請求項１記載の回路保護素子。
6. 絶縁層の少なくとも一部を下地層より外側にはみ出すようにした請求項１記載の回路保護素子。
7. エレメント部に複数のトリミング溝を形成することによって、前記エレメント部に溶断部を設けるようにした請求項１記載の回路保護素子。
8. エレメント部の融点より低い融点の低融点金属を、少なくとも溶断部を覆うように形成した請求項７記載の回路保護素子。
9. 絶縁基板の上面の両端部に一対の上面電極を形成する工程と、前記絶縁基板の上面に珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成した下地層を、前記上面電極の少なくとも一部が露出するように形成する工程と、前記下地層の上面において前記一対の上面電極を橋絡し、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されるエレメント部を形成する工程と、このエレメント部にレーザによって一対の溶断部形成用トリミング溝および複数の抵抗値調整用トリミング溝を形成して前記エレメント部を蛇行状にする工程と、前記エレメント部を覆うように絶縁層を形成する工程とを備え、前記溶断部形成用トリミング溝を形成した後に抵抗値調整用トリミング溝を形成するようにした回路保護素子の製造方法。
10. 一対の溶断部形成用トリミング溝間の距離を、隣り合う抵抗値調整用トリミング溝間の距離および前記溶断部形成用トリミング溝と抵抗値調整用トリミング溝との間の距離と略同一にするか、もしくは短くするようにした請求項９記載の回路保護素子の製造方法。
11. 溶断部形成用トリミング溝を形成する前のエレメント部の抵抗値を測定し、規定の抵抗値の範囲内の場合のみ溶断部形成用トリミング溝を形成するようにした請求項９記載の回路保護素子の製造方法。
12. 溶断部形成用トリミング溝を形成した後のエレメント部の抵抗値を測定し、規定の抵抗値の範囲内の場合のみ抵抗値調整用トリミング溝を形成するようにした請求項９記載の回路保護素子の製造方法。
13. 規定の抵抗値の範囲外の場合に、エレメント部にオープンカット溝を形成するようにした請求項１１記載の回路保護素子の製造方法。
14. 絶縁基板の上面の両端部に一対の上面電極を形成する工程と、前記絶縁基板の上面に珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成した下地層を、前記上面電極の少なくとも一部が露出するように形成する工程と、前記下地層の上面において前記一対の上面電極を橋絡し、かつ前記一対の上面電極と電気的に接続されるエレメント部を形成する工程とを備え、前記エレメント部を、スパッタリング工法により第１のエレメント部を形成する工程と、めっき工法により第１のエレメント部の上面に第２のエレメント部を形成する工程とによって設けるようにした回路保護素子の製造方法。
15. 複数の縦方向および横方向の分割溝を有するシート状絶縁基板において、前記横方向の分割溝を跨ぐように上面電極を複数形成する工程と、前記シート状絶縁基板の上面に珪藻土とシリコン樹脂の混合物で構成した下地層を、前記上面電極の少なくとも一部が露出するように形成する工程と、前記一対の上面電極を橋絡する第１のエレメント部を複数形成する工程とを備え、前記上面電極、第１のエレメント部が形成された領域を囲むように連続したロ字状のダミー電極を形成し、このダミー電極は一対の横方向ダミー部と一対の縦方向ダミー部とからなり、前記一対の横方向ダミー部を前記複数の上面電極と接続し、前記ダミー電極のいずれか一箇所を給電部に接続して前記第１のエレメント部の上面に第２のエレメント部を電気めっき工法により形成した回路保護素子の製造方法。
16. 一対の横方向ダミー部と複数の上面電極との間が導通しないようにした後、一対の電極間の抵抗値を測定し、トリミング溝をエレメント部に形成するようにした請求項１５記載の回路保護素子の製造方法。
17. 第２のエレメント部を無電解めっき工法により形成した請求項１４記載の回路保護素子の製造方法。
18. 絶縁基板の下地層側から加熱しながら第１のエレメント部を複数形成するようにした請求項１４記載の回路保護素子の製造方法。
19. 第２のエレメント部を形成する前に、絶縁基板の裏面にめっきの付着を防止するめっき付着防止シートを貼付するようにした請求項１４記載の回路保護素子の製造方法。
20. めっき液の温度を利用してめっき付着防止シートを貼付するようにした請求項１９記載の回路保護素子の製造方法。

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