JPH1050191A - チップヒューズ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒューズ導体薄膜と端子電極との導通が良好
で、素子間の特性バラツキの小さいチップヒューズ素子
の製造方法を提供するものである。 【解決手段】ヒューズ導体薄膜３上に低融点ガラス膜５
を形成した後、ヒューズ導体薄膜３の両端部を酸によっ
て酸化膜の除去、両端部に金属メッキ層３ａ、３ｂを形
成した後、端子電極２ａ、２ｂを導電性樹脂の塗布・熱
硬化によって形成するチップチップヒューズ素子の製造
方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、所定回路の異常電
流に対して回路を保護するためのチップヒューズ素子の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チップヒューズ素子は、図５の断面図に
示すように、絶縁基板１の主面にグレーズ層を形成し、
さらにヒューズ導体薄膜３を形成していた。そして、ヒ
ューズ導体薄膜３の端部と接続するように、絶縁基板１
の対向する両端部に端子電極２ａ、２ｂを形成し、さら
に、ガラス膜５を形成し、オーバーコート樹脂６を被覆
していた。

【０００３】このようなチップヒューズ素子は、端子電
極２ａ、２ｂ間に印加される異常電流によって、ヒュー
ズ導体薄膜３の溶断部分が発熱する。この時、グレーズ
層は、発熱された熱が過度に絶縁基板側に逃げないよう
に、熱伝導率が適宜設定されている。そして、この発熱
によって、ヒューズ導体薄膜３が溶断し、ヒューズとし
ての作用をする。さらに、溶断した部分に軟化したガラ
ス膜５が充填され、溶断後の高い絶縁性を維持してい
た。

【０００４】このような溶断特性は、ヒューズ導体薄膜
３となる金属の融点、導電率、形状などによって大きく
変化することになる。

【０００５】このようなことを考慮した場合には、ヒュ
ーズ導体薄膜３の材料としては、一般にＡｌ薄膜で形成
してフォトリソグラフィー技術を用いて、特性に応じた
所定パターンに形成していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、チップヒュー
ズ素子のヒューズ導体薄膜３にＡｌ薄膜を用いた場合、
Ａｌ表面が酸化されやすいという問題点があった。しか
も、ヒューズ導体薄膜３上のガラス膜５を形成する場合
には、ガラス膜５は、低融点ガラスペーストを印刷し、
焼成（５００℃以上）するため、ヒューズ導体薄膜３の
露出部分表面に酸化膜が形成されてしまう。この酸化膜
の厚みは数１０〜１００Å程度である。

【０００７】端子電極２ａ、２ｂが接続するヒューズ導
体薄膜３の露出端部に、酸化膜が形成された状態で、端
子電極２ａ、２ｂを形成すると、端子電極２ａ、２ｂと
ヒューズ導体薄膜３との間の電気的な導通が不良となっ
てしまう。

【０００８】例えば、ヒューズ導体薄膜３の露出端部に
直接、端子電極２ａを形成すると、約５０ＫΩ程度の抵
抗が存在してしまうことになる。これでは、端子電極２
ａ、２ｂに印加される異常電流に対するヒューズ導体薄
膜３の溶断特性が大きく変化してしまう。

【０００９】また、端子電極２ａ、２ｂを形成した後、
端子電極２ａ、２ｂの表面から鋭い押圧部材、例えば針
などによって押圧し、ヒューズ導体薄膜３と端子電極２
ａ、２ｂとの間の酸化膜を機械的に破壊して、互いの導
通をとるようにしても、２５０ｍΩ程度に改善できるも
のの、そのばらつきは１８０〜３１５ｍΩ程度であり、
各素子間で特性がばらついてしまう。

【００１０】本発明は、上述の課題を解決するために案
出されたものであり、その目的は、ヒューズ導体薄膜を
形成し、ガラス膜を形成した後に、端子電極を形成して
も、この端子電極とヒューズ導体薄膜との電気的な接続
が良好で、且つ安定したチップヒューズ素子を製造する
方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、四角形
状の絶縁基板にアルミニウムから成るヒューズ導体薄膜
を形成する工程と、前記ヒューズ導体薄膜上に、その両
端部を露出させて、ガラスペーストの焼き付けによりガ
ラス膜を形成する工程と、前記ヒューズ導体薄膜の露出
する両端部の表面を、酸による表面エッチング処理を施
すとともに、ヒューズ導体薄膜よりも金属イオン化傾向
の小さい金属でメッキ層を被着させる工程と、前記メッ
キ層表面及び絶縁基板の両端部に、導電性樹脂ペースト
の塗布・硬化によって端子電極を形成する工程とからな
るチップヒューズ素子の製造方法である。

【００１２】尚、メッキ層とは、金属のイオン化傾向の
大小の違いによって、母材の金属（ヒューズ導体薄膜の
アルミニウム）とメッキ液中の金属とが置換析出する
「置換メッキ」によって形成されるものであり、例え
ば、亜鉛やＮｉメッキなどである。

【００１３】

【作用】本発明のチップヒューズ素子では、ヒューズ導
体薄膜に両端部を露出するように、ガラス膜を焼きつけ
処理した後、その露出部分を酸による表面エッチング処
理を施している。これによって、ヒューズ導体薄膜の露
出端部の酸化膜が除去されることになる。

【００１４】その後、金属メッキ層が形成される。金属
メッキ層の形成においては、高い温度を与えることがな
いため、酸化膜を除去したヒューズ導体薄膜の露出部
に、再度酸化膜が形成されることを抑えられ、金属メッ
キ層が安定的に被着形成することができる。

【００１５】その後、端子電極が金属メッキ層上に形成
されるが、端子電極が導電性樹脂を用いて比較的低温
（約２００℃）で熱硬化されて形成されるため、金属メ
ッキ層、ヒューズ導体薄膜と安定して接続され、同時
に、ヒューズ導体薄膜に熱履歴が与えられる回数を極小
化されるため、ヒューズ導体薄膜が熱履歴による剥離な
どを抑えることができ、特性も安定化する。

【００１６】従って、端子電極とヒューズ導体薄膜との
接続状態が非常に安定し、その間の抵抗値を小さくで
き、しかも、抵抗ばらつきを抑えることができるため、
素子間での特性のばらつきが非常に小さくすることがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の態様】以下、本発明のチップヒューズ素
子の製造方法を図面に基づいて説明する。

【００１８】図１は、本発明に係るチップヒューズ素子
の平面図であり、図２は長手方向の断面構造図であり、
図３は、ヒューズ導体薄膜と端子電極との接続部分の概
略図である。

【００１９】図において、１は絶縁基板、２ａ、２ｂは
端子電極、３はヒューズ導体薄膜、４ａ、４ｂは端面電
極、５は低融点ガラス膜、６オーバーコート樹脂であ
る。

【００２０】絶縁基板１は、例えばアルミナセラミック
などからなり、その形状は例えば１．６ｍｍ×３．２ｍ
ｍの矩形状となっている。この絶縁基板１の表面にグレ
ーズガラス層１１が形成されている。グレーズガラス層
１１は、通常、１０〜２０μｍであるが、回路の開閉時
の突入電流に対して感度を鈍くするために、例えば４０
μｍなどの厚みとしてもよい。

【００２１】ヒューズ導体薄膜３は、Ａｌなどの金属薄
膜からなり、絶縁基板１の長手方向に延び、その中央部
が極細状の溶断部となっている。そして、ヒューズ導体
薄膜３の両端部には、金属メッキ層（以下、亜鉛メッキ
層という）３ａ、３ｂを介して端子電極２ａ、２ｂが重
畳接続している。この端子電極２ａ、２ｂは、Ａｇ系粉
末などを含む導電性樹脂からなり、その表面の一部分に
必要に応じてＮｉメッキ、半田や錫メッキが施されてい
る。

【００２２】また、ヒューズ導体薄膜３の溶断部分上に
は、低融点ガラス膜５が形成され、さらに、低融点ガラ
ス膜５を含むヒューズ導体薄膜３上には、オーバーコー
ト樹脂６が被覆される。

【００２３】低融点ガラス膜５は、ホウ珪酸鉛系ガラス
からなり、ヒューズ導体薄膜３の溶断によって形成され
た溶断溝内に、軟化して充填されるものであり、これに
よって、溶断後に高い絶縁性を維持するものである。

【００２４】オーバーコート樹脂６は、例えばエポキシ
樹脂などから成り、主に、耐湿信頼性の向上のために形
成されている。

【００２５】また、低融点ガラス膜５とオーバーコート
樹脂６との間には、必要に応じて、過度の異常電流によ
って、ヒューズ導体薄膜３が破裂し、低融点ガラス膜５
が吹き飛んでしまうことを防止するためのシリコンなど
の弾性を有する弾性体層７が配置されている。

【００２６】また、絶縁基板１の長手方向の一対の対向
する端面部分には、端子電極２ａ、２ｂと接続する端面
電極４ａ、４ｂが形成されている。この端面電極４ａ、
４ｂは、例えば、Ａｇなどの導電性金属粉末を含む導電
性樹脂を硬化して形成される。そして、端面電極４ａ、
４ｂの表面には必要に応じてＮｉメッキ層、錫や半田メ
ッキ層が形成される。

【００２７】次に、上述のチップヒューズ素子の製造方
法を図４の工程図に沿って説明する。

【００２８】まず、複数のチップヒューズ素子となる領
域を区画する分割溝が形成された大型基板を用意する。
尚、分割性を向上させるために、大型基板の両主面に、
第１の分割溝、第２の分割溝を形成することが望まし
い。また、２つの第１の分割溝、２つの第２の分割溝で
形成された領域を素子領域という。

【００２９】次に、大型基板の各素子領域の表面に、ガ
ラスグレーズ層１１を被着形成する。具体的には、ホウ
珪酸鉛系ガラスペーストを印刷し、焼成することによっ
て形成される。

【００３０】次に、大型基板の各素子領域の表面に、Ａ
ｌのヒューズ導体薄膜３を形成する。具体的には、Ａｌ
薄膜の被着、フォトレジスト膜の塗布、選択的な露光、
フォトレジスト膜の選択的な現像、Ａｌ薄膜の選択的な
エッチング、フォトレジスト膜の剥離によるフォトリソ
グラフィー技術によって所定パターンに形成する。

【００３１】次に、大型基板の各素子領域のヒューズ導
体薄膜３の溶断部を覆うように、低融点ガラス膜５を形
成する。具体的にはヒューズ導体薄膜３を覆うように、
低融点ガラスペーストの印刷・焼成によって形成する。
その材料は、ホウ珪酸鉛系ガラス成分であり、その膜厚
は、１０〜２０μｍである。

【００３２】この工程によって、ヒューズ導体薄膜３の
両端部、即ち、端子電極２ａ、２ｂが重畳接続する部分
が露出した状態で、大気雰囲気中に焼成されるために、
酸化膜が形成されてしまうことになる。

【００３３】次に、大型基板の各素子領域のヒューズ導
体薄膜３の両端を残して、オーバーコート樹脂６を形成
する。オーバーコート樹脂６は、例えばエポキシ系樹脂
などの熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂などが例示でき、
例えば熱処理や紫外線照射などによって硬化形成する。
この厚みは、例えば２０〜５０μｍの厚みである。

【００３４】尚、オーバーコート樹脂層６とヒューズ導
体薄膜３またはガラス膜５との間に弾性体層７を配置す
る場合には、その形成は、オーバーコート樹脂６の形成
する前に行う。尚、弾性体層７は、例えばシンエツ社製
＃８１３０のシリコンペーストを塗布し、１２０℃１時
間の熱処理によって硬化されて形成される。

【００３５】次に、大型基板の各素子領域のヒューズ導
体薄膜３の両端部に、端子電極２ａ、２ｂを形成するた
めに、亜鉛メッキ層３ａ、３ｂを形成する。

【００３６】亜鉛メッキ層３ａ、３ｂを形成する前の前
処理として、ヒューズ導体薄膜３の両端部の酸化膜を除
去して、メッキ被着面を清浄化する。

【００３７】具体的には、濃度５０％の硝酸の酸性液体
に、１分間浸漬処理する。これによって、ヒューズ導体
薄膜３の露出部の酸化アルミニウムの酸化膜が除去され
ることにある。尚、硝酸以外に、リン酸を用いることも
できる。

【００３８】続いて、亜鉛メッキ処理を行う。具体的に
は、亜鉛メッキ液に約１０分間浸漬して、置換メッキ処
理を施す。この置換メッキ処理は、金属のイオン化傾向
の大小によって、母材の金属（ヒューズ導体薄膜３のＡ
ｌ）と液中の金属とか置換析出するものである。尚、実
施例では、亜鉛をメッキしているが、金属のイオン化の
大小の違いにより置換析出させるため、母材の金属であ
るヒューズ導体薄膜３のアルミニウムによりも、イオン
化傾向の小さい金属であれば、亜鉛に限らずその他の金
属を用いてもよい。例えばＮｉなどが挙げられる。

【００３９】この亜鉛メッキ層３ａ、３ｂは置換メッキ
法によって形成されるため、ヒューズ導体薄膜３の端部
の露出表面に、亜鉛メッキ層３ａ、３ｂが被着した時点
で反応が停止することになるため、露出表面を完全にメ
ッキ処理でき、しかも、ヒューズ導体薄膜３のＡｌを大
きく損ねることがなく、さらに、メッキ処理の管理が比
較的簡単に行える。

【００４０】この前処理である酸化膜の除去から亜鉛メ
ッキ層３ａ、３ｂの被着の間には、ヒューズ導体薄膜３
の端部が若干大気にふれる程度であり、熱が印加される
ことがないため、酸化膜を除去した後に、再度酸化膜が
形成されることは殆どない。

【００４１】次に、大型基板の各素子領域のヒューズ導
体薄膜３の両端部の亜鉛メッキ層３ａ、３ｂに重畳する
端子電極２ａ、２ｂを形成する。具体的には、ヒューズ
導体薄膜３の端部の亜鉛メッキ層３ａ、３ｂに重畳し、
且つ第１の分割溝にまで到達する形状である。また、こ
の端子電極２ａ、２ｂは、Ａｇなどの金属粉末を混合し
たエポキシ系樹脂の導電性樹脂を塗布して、２００℃で
熱硬化する。

【００４２】尚、各素子領域の裏面側の長手方向の両端
部にも、同様に導体膜を形成してもよい。

【００４３】次に、大型基板の各素子領域を区画する第
１の分割溝に沿って１次分割処理を行う。これによっ
て、大型基板は短冊状の基板となり、端面電極４ａ、４
ｂを形成する面が分割によって現れることになる。

【００４４】次に、短冊状の基板の各素子領域の分割面
に、端面電極４ａ、４ｂを形成する。これによって、各
素子領域の端子電極２ａと端面電極４ａ、端子電極２ｂ
と端面電極４ｂとが互いに接続する。この端面電極４
ａ、４ｂは、端子電極２ａ、２ｂと同様にＡｇなどの金
属粉末を混合したエポキシ系樹脂の導電性樹脂を用い、
この導電性樹脂を浸漬や印刷などにより塗布して、２０
０℃で熱硬化する。

【００４５】次に、短冊状の基板の各素子領域を区画す
る他方向に延びる第２の分割溝に沿って、２次分割処理
を行う。これによって、各素子領域は、完全に個々に分
割されることになる。

【００４６】最後に、必要に応じて、端子電極２ａ、２
ｂの露出部分、及び端面電極４ａ、４ｂの表面に、Ｎｉ
メッキ、錫または半田メッキ処理を施す。

【００４７】上述の製造方法によれば、薄膜技法による
ヒューズ導体薄膜３を形成した後には、ガラス膜５の形
成工程で比較的高い焼成処理（約５００℃程度）が行う
われるだけである。しかも、この焼成処理によってヒュ
ーズ導体薄膜３の露出表面に形成される酸化膜は、亜鉛
メッキ層３ａ、３ｂの被着前に行われる酸による表面エ
ッチングに除去されることになるため、ヒューズ導体薄
膜３と亜鉛メッキ層３ａ、３ｂとの電気的な導通が非常
に良好となる。この亜鉛メッキ層３ａ、３ｂ上には、さ
らに、端子電極２ａ、２ｂが重畳して形成される、結
局、端子電極２ａ、２ｂとヒューズ導体薄膜３との電気
的な接続が安定且つ確実に行うことができる。

【００４８】また、端子電極２ａ、２ｂ、端面電極４
ａ、４ｂが、導電性樹脂の塗布及びその熱硬化（約２０
０℃）で形成されるため、ヒューズ導体薄膜３の酸化膜
の形成の進行や新たな酸化膜を形成することが一切な
く、製造工程からもヒューズ導体薄膜３と端子電極２
ａ、２ｂとの電気的な接続を確実なものとすることがで
きる。

【００４９】さらに、ヒューズ導体薄膜３の形成後、比
較的高い温度で焼成する膜は、ガラス膜５のみであるた
め、ヒューズ導体薄膜３に与えられる熱履歴の回数が非
常に少ないため、ヒューズ導体薄膜３の剥離などが一切
なく、これによっても安定した特性を導出することがで
きる。

【００５０】

【実験例】本発明者は、本発明品の作用・効果を明確に
するため、本発明品と、従来の製造工程、即ち、ヒュー
ズ導体薄膜３と端子電極２ａ、２ｂとの接続部分に酸性
液体による酸化膜除去及び亜鉛メッキ層の被着を施して
いないチップヒューズ素子（従来品）とを夫々２０ケ作
成した。そして、各素子において、ヒューズ導体薄膜３
と端子電極２ａ、２ｂとの間の平均抵抗値を測定した。

【００５１】その結果、本発明品では、平均抵抗値は５
０ｍΩであったのに対して、平均抵抗値は５０ＫΩであ
った。

【００５２】また、この従来品に端子電極２ａ、２ｂを
形成した後に、ヒューズ導体薄膜３との接続重畳部分の
端子電極２ａ、２ｂの表面を、針状の鋭い先端の押圧部
材により押圧して、端子電極２ａ、２ｂとヒューズ導体
薄膜３３との間の酸化膜を機械的に破壊して導通を達成
させたもの（比較品）を作成し、夫々のヒューズ導体薄
膜３と端子電極２ａ、２ｂとの間の平均抵抗値及び、そ
の抵抗値の最大値、最低値、さらに、バラツキ度合い
（３σ）を測定した。

【００５３】その結果、本発明品では、平均抵抗値は５
０ｍΩ、最大値５２ｍΩ、最低値４８ｍΩであり、バラ
ツキ度合いは４であったのに対して、比較品では、平均
抵抗値は２５０ｍΩ、最大値３１８ｍΩ、最低値１８０
ｍΩであり、バラツキ度合いは１３２であった。

【００５４】即ち、本発明の製造方法によるチップヒュ
ーズ素子では、抵抗値を極めて小さく良好にすることが
でき、しかも、素子間のばらつきを非常に小さくするこ
とができることを確認した。

【００５５】尚、本発明の製造方法では、オーバーコー
ト樹脂６を形成した後に、メッキ処理のため酸性液体に
よる浸漬処理と亜鉛メッキ層３ａ、３ｂの形成を行って
いるが、この場合のオーバーコート樹脂６は、耐メッキ
性に優れた樹脂を用いる必要がある。また、上述のメッ
キ処理のため酸性液体による浸漬処理と亜鉛メッキ層３
ａ、３ｂの形成を、ガラス被覆層５を形成した直後に行
い、その後に、オーバーコート樹脂６を形成しても構わ
ない。

【００５６】また、酸化膜の除去、露出表面の亜鉛メッ
キ層３ａ、３ｂを形成した後、１次分割、２次分割を行
い個々の素子の形状した後、素子の端部を導電性樹脂槽
に浸漬して、熱硬化によって、端子電極２ａ、２ｂと端
面電極４ａ、４ｂ、さらに、基板裏面側の導体を同時に
形成しても構わない。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明のチップヒューズ
素子の製造方法によれば、ヒューズ導体薄膜と端子電極
との界面にメッキ層が形成され、このメッキ層の形成前
に、ヒューズ導体薄膜の露出表面を酸による表面処理を
行っているため、ヒューズ導体薄膜の露出表面に酸化膜
が除去されるため、結果として、ヒューズ導体薄膜と端
子電極との接続状態が極めて良好となる。また、ヒュー
ズ導体薄膜を形成した後の焼成工程が非常に少ないの
で、これによっても特性が安定化し、所定パターンとし
たヒューズ導体薄膜の特性を忠実にチップヒューズ素子
の特性に反映することができ、素子間の特性バラツキを
防止することができる製造方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るチップヒューズ素子の平面図であ
る。

【図２】本発明に係るチップヒューズ素子の断面図であ
る。

【図３】本発明に係るヒューズ導体薄膜と端子電極との
接続部分の拡大断面図である。

【図４】本発明の製造方法の工程を示す工程図である。

【図５】従来のチップヒューズ素子の平面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・絶縁基板 １１・・・・・・グレーズ層 ２ａ、２ｂ・・・端子電極 ３・・・・・・・ヒューズ導体薄膜 ４ａ、４ｂ・・・端面電極 ５・・・・・・・低融点ガラス膜 ６・・・・・・・オーバーコート樹脂被膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 四角形状の絶縁基板にアルミニウムから
   成るヒューズ導体薄膜を形成する工程と、 前記ヒューズ導体薄膜上に、その両端部を露出させて、
   ガラスペーストの焼き付けによりガラス膜を形成する工
   程と、 前記ヒューズ導体薄膜の露出する両端部の表面を、酸に
   よる表面エッチング処理を施すとともに、ヒューズ導体
   薄膜よりも金属イオン化傾向の小さい金属でメッキ層を
   被着させる工程と、 前記メッキ層表面及び絶縁基板の両端部に、導電性樹脂
   ペーストの塗布・硬化によって端子電極を形成する工程
   とからなるチップヒューズ素子の製造方法。