JPH0547293A - 基板上に支持された薄膜可溶体を有するヒユーズ - Google Patents

基板上に支持された薄膜可溶体を有するヒユーズ

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JPH0547293A
JPH0547293A JP3344338A JP34433891A JPH0547293A JP H0547293 A JPH0547293 A JP H0547293A JP 3344338 A JP3344338 A JP 3344338A JP 34433891 A JP34433891 A JP 34433891A JP H0547293 A JPH0547293 A JP H0547293A
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fuse
substrate
resistor
fusible body
fusible
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JP3344338A
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David E Suuronen
イー スーロネン デビツド
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Gould Inc
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    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/041—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges characterised by the type
    • H01H85/046—Fuses formed as printed circuits
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H85/38—Means for extinguishing or suppressing arc
    • H01H2085/385—Impedances connected with the end contacts of the fusible element

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 過電流条件下でのヒューズコンダクタンスの
急激低下を防ぎ、最大遮断電圧を低下させる。 【構成】 絶縁素材で形成された表面を持つ基板１８に
より薄膜可溶体２０を支持する。薄膜可溶体２０は、基
板１８表面の可溶体支持域を覆い、定格電流条件下にお
いて伝導通路となる。基板１８により抵抗体２３を支持
する。抵抗体２３は、基板１８表面の可溶体支持域とは
異なる抵抗体支持域を覆い、過電流条件下で可溶体２０
が溶融している際にシャント経路となる。 【効果】 過電流条件下でのヒューズコンダクタンスの
低下がシャント経路により抑制され、最大遮断電圧が低
下し、応答性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に支持された薄膜
可溶体、およびその電気ヒューズとしての用途に関連し
ている。
【０００２】
【従来の技術】絶縁基板上に支持された導電素材の薄膜
から可溶体を得る方法は既知である。この方法による
と、部材の厚さを打ち抜き加工によるもの（０．００２
インチ）より薄くすることができ、低電流容量が実現
し、また製作が容易になる。種々の蒸着技法によって製
作される、基板上に伝導素材の薄膜を有する可溶体に関
する米国特許としては、以下のものがある。
【０００３】米国特許Ｎｏ．３，２７１，５４４ ４，１４０，９８８ ４，２０８，６４５ ４，３７６，９２７ ４，４９４，１０４ ４，５２０，３３８ ４，７４９，９８０ ４，８７３，５０６ ４，９２６，５４３。
【０００４】
【発明の要約】本発明の主要な特徴は、基板上の、可溶
体の位置とは異なる領域に、可溶体と電気的に並列接続
されたシャント経路(shunt path)となる抵抗部材を配置
することによって、基板上に支持された薄膜可溶体を使
ったヒューズの最大遮断電圧(peak quenching voltage)
を低下させることである。過電流条件下で可溶体が溶融
するときヒューズのコンダクタンスが急激に低下し、電
流がゼロに急激に近づくことによって最大遮断電圧が発
生するが、シャント・パスがあるとヒューズのコンダク
タンスの低下が緩和され最大遮断電圧が小さくなる。
【０００５】推奨する構成としては、抵抗部材を基板上
の大部分の領域を占める抵抗部材素材として提供し、可
溶体を抵抗部材素材の一部に蒸着する。抵抗部材を形成
する抵抗素材の一部は露出している。基板は長く、可溶
体と抵抗部材は共に端から端まで占める。基板はアルミ
ナ製（純度９７％未満のものが望ましい）である。抵抗
部材は金属製で、電流に対する抵抗となり、過電流条件
下における可溶体の溶融の際に最大遮断電圧が低下する
ように、充分な薄さに蒸着させてある。抵抗部材は厚さ
約400 オングストロームのクロム製である。可溶体は銀
あるいは銅製（後者が望ましく、厚さは１，０００マイ
クロインチ未満とする）である。可溶体には長さ方向に
沿って、断面積を小さくしたノッチ部がある。
【０００６】本発明の他の利点および特徴は、本発明の
推奨実施例ならびに請求の範囲に示される。
【０００７】
【実施例】以下に推奨実施例を示す。
【０００８】構造 図１には、ヒューズ１０が示されている。ヒューズ１０
は、円筒形のヒューズケーシング１２及びその両端のエ
ンドキャップターミナル１４及び１６を有している。
【０００９】図２、図３及び図４には、ヒューズケーシ
ング１２の内部構成が示されている。ヒューズケーシン
グ１２の内部には、焼成時純度９６％のＡｌ２Ｏ３から
形成される基板１８が配置されており、この基板１８は
厚さ４００オングストロームでクロムから形成された薄
膜層２１を有している。薄膜層２１の上には、薄膜可溶
体２０が銅蒸着されている。ワンアンプヒューズの場
合、薄膜層２１は約７０マイクロインチ厚である。より
大きい定格電流のヒューズの場合、薄膜層２１はより厚
くし、例えば１０００マイクロインチの銅厚にする。バ
ネ接続用金属裸導体（springly metal connecting meta
l strip ）２２は、金属平板から形成される。金属裸導
体２２は、エンドキャップターミナル１６と可溶体２０
及び層２１双方とを電気的に接続する。この接続は、基
板１８の各端においてハンダ(solder masses) ２４によ
り行う（図２は片側端のみを示している）。金属裸導体
２２は、さらに、フューズケーシング１２の内部におい
て基板１８を機械的に支持し位置決めする機能を有して
いる。ハンダ２６及び２８は、裸導体２２の各端とエン
ドキャップターミナル１６を電気的に接続している。
【００１０】図３には、可溶体２０が複数のノッチ部３
０を有することが示されている。このノッチ部３０は、
可溶体２０の長さ方向に沿って配置されている。
【００１１】図４には、クロム層２１が基板１８の上側
全表面に蒸着されている様子が示されている。この図で
はさらに、銅製の可溶体２０が層２１の頂部に蒸着され
ている様子が示されている。層２１は３つの領域を含ん
でいる。このうち二つは、可溶体２０の左右両側にある
領域である。この領域は、抵抗体２３を構成する。他の
一つは、可溶体２０下側にある第三の領域２５である。
基板１８の上側表面のうち、可溶体２０の下側の領域は
可溶体支持領域であり、抵抗体２３の下側の領域は抵抗
体支持領域である。層２１は、約１０００オームの抵抗
値を有している。
【００１２】製造 製造時には、クロム層２１を基板１８の上側全表面に約
４００オングストローム厚に蒸着する。蒸着は、直流プ
レーナーマグネトロンスパッタリング(DC planar magne
tron sputtering)によって行う。可溶体２０を形成する
工程では、まず、その上に直流プレーナーマグネトロン
スパッタリングによる銅蒸着で付加する。厚みは、７０
マイクロインチとする。さらに、紫外線感光ホトレジス
ト(UV sensitive photoresist)を塗布する。次に、形成
すべき可溶体２０の形状（設計形状；desired shape ）
を有するマイラーマスク(Mylar mask)により基板１８の
上側表面を覆い、紫外線感光ホトレジストが塗布された
基板１８上側表面に紫外線を照射する。すると、マスク
の施されていない部分の銅が除去され、可溶体２０が形
成される。これにより、基板の上側表面全体にクロムが
残り、ある幾何学的形状を有する可溶体２０（銅）がク
ロム上に残る。
【００１３】完成した可溶体コンポネントをヒューズケ
ーシング１２に組み付けるには、まず、裸導体２２をハ
ンダ２４により基板１８の両端にハンダ付けする。次
に、基板１８をヒューズケーシング１２内部に納める。
さらに、ヒューズケーシング１２の一端（エンドキャッ
プターミナル１４側）において、ハンダ２６及び２８
（ペースト）を裸導体２２の端部３２に塗布する。この
後、エンドキャップターミナル１４をヒューズケーシン
グ１２の端に圧着し、ホットプレート上で加熱してハン
ダ２６、２８（ペースト）を溶かす。ここで、次に、ヒ
ューズケーシング１２内を、消弧充填剤(arc-quenching
fill material）４０、例えば、50/70 水晶で充填す
る。図２では、この充填剤の一部のみが示されている。
反対側のエンドキャップターミナル１６も同様に処置
し、これでヒューズ１０の製作が完了する。
【００１４】動作 この様にして製造されるヒューズ１０を実際に使用する
際、次のような動作となる。まず、定格電流条件下で
は、電流は可溶体２０を通過し、層２１によって大きく
影響されることはない。過電流条件下では、ノッチ部３
０の温度が上昇し、溶解し、蒸発する。ノッチ部３０で
は、この結果、初期アークが発生する。零電流状態に至
ると、アーク経路のコンダクタンスが減少し、さらに、
電圧が高まり抵抗体２３の電流が増加し始める。この抵
抗シャントパスは、アークのコンダクタンスを急激に低
下させ、最大遮断電圧を低くするよう作用する。抵抗体
２３は、このようにして、可溶体２０が溶融するのに伴
いヒューズ１２のコンダクタンスを徐々に減少させる。
これにより、最大遮断電圧が制御される。主部材が回路
を断つ時点が近づくと、電流の抵抗体２３への移転が発
生する。抵抗体２３は、線条拡り機構(mechanism of st
riated disintegration)により溶融し始める。可溶体２
２内に至るよう抵抗体２３内に横断して形成される線条
（striae）は、極めて高い抵抗経路となり、従って開路
される。
【００１５】このように、本実施例では、最大遮断電圧
を相当低くすることができる。これは、抵抗シャントパ
スを使用した場合と使用しない場合の比較結果から認め
られる。これにより、極めて反応の速いヒューズが可能
になり、有害な高電圧を保護すべき装置に加え損傷をも
たらす事態が本実施例のヒューズ１０によって防止され
る。
【００１６】その他の実施例 本発明のその他の実施例は、請求の範囲に含まれてい
る。基板、抵抗部材及び可溶体の素材及び形状は、他の
素材であってもよい。例えば可溶体は銀であっても良
い。例えば、９６％のＡｌ２Ｏ３は焼成後の条件で約２
５マイクロインチの表面粗さを有しており、クロムのよ
うないわゆるグルー層を用いることなく基板上に直接銅
層を蒸着し接着状態とすることが可能である。これと比
較すると、しばしば蒸着用基板として使用される９８％
のＡｌ２Ｏ３の表面粗さの典型値は焼成状態でわずか２
マイクロインチであり、このような基板に対しては、銀
あるいは銅をＡｌ２Ｏ３に固着する目的でクロムが使用
されてきた。従って、本発明では、銅のような可溶体を
基板のある領域に直接固着し、抵抗体を他の領域に固着
することも可能である。
【００１７】クロム層の厚さは、任意の抵抗が得られる
ようにコントロールできる。先に説明した推奨実施例で
は、抵抗値は約１０００オームである。クロム層の厚さ
及び抵抗部材の幅、数は選択でき、これにより、様々な
定格電流に対するヒューズとしての用途に応じたシャン
ト抵抗を適宜設定できる。クロム層は、厚くし過ぎた
り、あるいは、変え過ぎて、可溶体に並列でかつ本質的
に導電性の経路を供給する点まで抵抗を小さくしてはい
けない。また、この層は薄くし過ぎて、最大遮断電圧の
コントロールが不可能になるほど、抵抗を大きくしてし
まってもいけない。薄膜可溶体と抵抗体を作り出すのに
は、他の技法を使用することもできる。基板には、アル
ミナの他に、他の絶縁素材、例えば溶融シリカ系ガラス
(fuse silica glass）、その他の低純度ガラス、その他
のセラミックス、ならびにプリント回路基板素材等を使
用することができる。平らな基板の他に、他の形状の基
板、（例えば円筒状の基板）を使用することもできる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板上の可溶体とは異なる領域に可溶体と電気的に並列
接続されたシャント経路を形成し、ヒューズの最大遮断
電圧を低下させるようにしたため、過電流条件下で可溶
体が溶融するときのコンダクタンスの急激低下が防止さ
れ、最大遮断電圧が小さくなる。この結果、極めて反応
の速いヒューズが可能になり、有害な高電圧を有効に遮
断し装置の損傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヒューズの全体図である。
【図２】図１のヒューズの２−２部分縦断面図である。
【図３】図１のヒューズに使用されている薄膜可溶体と
薄膜抵抗部材の平面図である。
【図４】基板とその上に支持される各部材の４−４断面
図（尺度不定）である。
【符号の説明】
１０ ヒューズ １２ ヒューズケーシング １４，１６ エンドキャップターミナル １８ 基板 ２０ 薄膜可溶体 ２１ クロム薄膜層 ２２ 裸導体 ２３ 抵抗体 ２４，２６，２８ ハンダ ３０ ノッチ部

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁素材により形成され基板面を有する
    基板と、 導電薄膜により形成され、基板面上の可溶体支持領域を
    覆うよう基板により支持され、定格電流条件下で導電経
    路となる可溶体と、 抵抗材料により形成され、基板面上において可溶体支持
    領域と異なる抵抗体支持領域を覆うよう基板により支持
    され、過電流条件下で可溶体が溶融する途上においてシ
    ャント経路を構成するよう可溶体と電気的に並列接続さ
    れる抵抗体と、 を備え、 可溶体部品を含むことを特徴とするヒューズ。
  2. 【請求項２】 請求項１のヒューズにおいて、 抵抗体が基板により直接支持されることを特徴とするヒ
    ューズ。
  3. 【請求項３】 請求項２のヒューズにおいて、 抵抗体が、基板上の可溶体支持領域及び抵抗体支持領域
    双方を覆うよう蒸着された抵抗層のうち一部であり、 可溶体が、抵抗層の上に蒸着された層であることを特徴
    とするヒューズ。
  4. 【請求項４】 請求項３のヒューズにおいて、 基板が、２端を有する長手部材であり、 抵抗体及び可溶体が基板長手方向に延設されたことを特
    徴とするヒューズ。
  5. 【請求項５】 請求項４のヒューズにおいて、 抵抗体が、基板上における可溶体の両脇領域に形成され
    たことを特徴とするヒューズ。
  6. 【請求項６】 請求項５のヒューズにおいて、 可溶体が、断面積が可溶体の他の部分より小さいノッチ
    部を有し、 ノッチ部が、可溶体の長さ方向に沿い設けられたことを
    特徴とするヒューズ。
  7. 【請求項７】 請求項１のヒューズにおいて、 基板がアルミナから構成されたことを特徴とするヒュー
    ズ。
  8. 【請求項８】 請求項７のヒューズにおいて、 基板を形成するアルミナが純度９７％未満のアルミナで
    あることを特徴とするヒューズ。
  9. 【請求項９】 請求項１のヒューズにおいて、 抵抗体が、過電流条件下における可溶体の溶融中に、抵
    抗となり最大遮断電圧の減少をもたらすよう、所定の薄
    さに蒸着された金属であることを特徴とするヒューズ。
  10. 【請求項１０】 請求項９のヒューズにおいて、 抵抗体を形成する金属がクロムであることを特徴とする
    ヒューズ。
  11. 【請求項１１】 請求項１０のヒューズにおいて、 抵抗体を形成するクロムが厚さ約４００オングストロー
    ム厚であることを特徴とするヒューズ。
  12. 【請求項１２】 請求項１のヒューズにおいて、 可溶体を形成する導電薄膜が銅薄膜であることを特徴と
    するヒューズ。
  13. 【請求項１３】 請求項１のヒューズにおいて、 可溶体を形成する導電薄膜が銀薄膜であることを特徴と
    するヒューズ。
  14. 【請求項１４】 請求項３のヒューズにおいて、 抵抗体が、過電流条件下における可溶体の溶融中に、抵
    抗となり最大遮断電圧の減少をもたらすよう、所定の薄
    さに蒸着された金属であることを特徴とするヒューズ。
  15. 【請求項１５】 請求項１４のヒューズにおいて、 抵抗体を形成する金属がクロムであることを特徴とする
    ヒューズ。
  16. 【請求項１６】 請求項１５のヒューズにおいて、 抵抗体を形成するクロムが厚さ約４００オングストロー
    ム厚であることを特徴とするヒューズ。
  17. 【請求項１７】 請求項１６のヒューズにおいて、 可溶体を形成する導電薄膜が銅薄膜であることを特徴と
    するヒューズ。
  18. 【請求項１８】 請求項１７のヒューズにおいて、 可溶体を形成する導電薄膜の厚みが１０００マイクロイ
    ンチ未満であることを特徴とするヒューズ。
  19. 【請求項１９】 請求項１のヒューズにおいて、 可溶体を形成する導電薄膜が、直流プレーナーマグネト
    ロンスパッタリングによって蒸着されたことを特徴とす
    るヒューズ。
  20. 【請求項２０】 請求項１９のヒューズにおいて、 抵抗体が、直流プレーナーマグネトロンスパッタリング
    によって蒸着されたことを特徴とするヒューズ。
  21. 【請求項２１】 ヒューズケーシングと、 ヒューズケーシングに取り付けたターミナルと、 絶縁素材により形成され基板面を有しヒューズケーシン
    グ内に配置される基板と、 導電薄膜により形成され、基板面上の可溶体支持領域を
    覆うよう基板により支持され、定格電流条件下で導電経
    路となる可溶体と、 抵抗材料により形成され、基板面上において可溶体支持
    領域と異なる抵抗体支持領域を覆うよう基板により支持
    され、過電流条件下で可溶体が溶融する途上においてシ
    ャント経路を構成するよう可溶体と電気的に並列接続さ
    れる抵抗体と、 を備え、 可溶体部品を含むことを特徴とするヒューズ。
  22. 【請求項２２】 請求項２１のヒューズにおいて、 ヒューズケーシング内に充填される消弧充填素材を含む
    ことを特徴とするヒューズ。
  23. 【請求項２３】 請求項２１のヒューズにおいて、 抵抗体が、基板により直接支持されたことを特徴とする
    ヒューズ。
  24. 【請求項２４】 請求項２３のヒューズにおいて、 抵抗体が、基板上の可溶体支持領域及び抵抗体ｂ支持領
    域双方を覆うよう蒸着された抵抗層のうち一部であり、 可溶体が、抵抗層の上に蒸着された層であることを特徴
    とするヒューズ。
  25. 【請求項２５】 請求項２４のヒューズにおいて、 抵抗体が、過電流条件下における可溶体の溶融中に、抵
    抗となり最大遮断電圧の減少をもたらすよう、所定の薄
    さに蒸着された金属であることを特徴とするヒューズ。
  26. 【請求項２６】 請求項２５のヒューズにおいて、 抵抗体を形成する金属がクロムであることを特徴とする
    ヒューズ。
  27. 【請求項２７】 請求項２６のヒューズにおいて、 抵抗体を形成するクロムが厚さ約４００オングストロー
    ム厚であることを特徴とするヒューズ。
  28. 【請求項２８】 請求項２６のヒューズにおいて、 可溶体を形成する金属が銅であることを特徴とするヒュ
    ーズ。
JP3344338A 1991-01-03 1991-12-26 基板上に支持された薄膜可溶体を有するヒユーズ Withdrawn JPH0547293A (ja)

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US07/637,139 US5148141A (en) 1991-01-03 1991-01-03 Fuse with thin film fusible element supported on a substrate
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