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ヒューズリンク及びヒューズ

国内特許コード P120007417
掲載日 2012年4月27日
出願番号 特願2009-504070
登録番号 特許第5116119号
出願日 平成20年3月12日(2008.3.12)
登録日 平成24年10月26日(2012.10.26)
国際出願番号 JP2008054513
国際公開番号 WO2008111614
国際出願日 平成20年3月12日(2008.3.12)
国際公開日 平成20年9月18日(2008.9.18)
優先権データ
  • 特願2007-063966 (2007.3.13) JP
発明者
  • 小林 信一
  • 廣瀬 健吾
  • 石川 雄三
出願人
  • 国立大学法人埼玉大学
発明の名称 ヒューズリンク及びヒューズ
発明の概要

隣接して並列配置されたm個の楕円の穴(Q,Q,Q,……,Qm-1,Q,(m=P-1))及びこの両側の半楕円部(切り欠き部)により、臼型に括れたP個の遮断部狭小帯を並列配置してn個(n=S)の遮断部(22-1,22-2,22-3,……,22-(n-1),22-n)を構成しているヒューズリンクにおいて、遮断部(22-1,22-2,22-3,……,22-(n-1),22-n)が、直列方向に測った長さが2.5mm以下で、厚さt=80~150μmの連結帯(放熱帯)(21-1,21-2,21-3,……,21-(n-1),21-n)を介してn組直列に並べられている。遮断部(22-1,22-2,22-3,……,22-(n-1),22-n)の厚さt=10~60μmである。
このような構成とすることで、It値の低減、コスト低減と小型化が可能なヒューズリンク及びこのヒューズリンクを用いたヒューズを提供することができる。

従来技術、競合技術の概要


半導体スイッチングデバイスの著しい発達に対し、その半導体装置を保護する保護用ヒューズは常に遅れて発達して来た。半導体装置保護用ヒューズにおいては、その遮断実験のオシログラム波形で読まれる遮断電流Iの二乗値(Idt)を遮断時間0~tで積分したIt値が定義され、同一定格のヒューズと比較して、It値が小さい方が性能が良いとされる。又、単位ヒューズを並列に配列して単位並列部(並列遮断部)を構成し、この並列遮断部をS個直列に接続してヒューズエレメントができる。即ち、並列遮断部を構成する遮断部狭小帯の並列数が「P値」として表され、並列遮断部を直列に並べた直列数が「S値」で表される。ヒューズエレメントの設計に際しては、S値は定格電圧に対応して決定し、P値は定格電流に対応して決定される。これらの値の従来値はS値に対して1~1.25/100V、P値に対し1~10P/cmが20年以上も守られてきた。



半導体装置保護用ヒューズとしては、従来、銀リボンプレス加工型のヒューズエレメントが知られている。例えば、銀(Ag)リボンにプレス金型によって3個の円形の穴を隣接して並列に開口し、更に両側に半円形の窪みを設けることにより、4個の遮断部狭小帯を構成し、これにより単位ヒューズを4個並列に並べた並列遮断部を構成し、更にこの4個並列した並列遮断部を連結帯(放熱帯)を介して5組直列に並べた構造が知られている。この場合は、銀リボンの断面積が狭小にされた遮断部狭小帯が5個直列で4個並列なので、5S4Pと表現される。銀リボンプレス加工型のヒューズエレメントは、ヒューズ筒中に消弧砂に埋められて収納される。通電電流はヒューズエレメントを通常流れているが、事故電流が発生すると、断面積が小さくて抵抗値の高い各遮断部狭小帯が溶断し、アーク電圧が高まって事故電流が速やかに遮断される。銀リボンプレス加工型のヒューズエレメントは、最近では、AC8000V電流3000Aを越えるものも作られているが、大型で価格も1ヶ20万円以上のものまである。しかし、従来のプレス加工型のヒューズエレメントは、板厚150μ線幅150μが限界であり、It値の低減、コスト低減と小型化には、その限界が見えてきたように考えられている。



このため、この様な銀リボンプレス加工型のヒューズエレメントに対し、本発明者は、エッチング・ヒューズエレメントを提案してきた(特許文献1参照。)。エッチング・ヒューズエレメントは、電気的絶縁性を有する長方形の板状をしたセラミック基板の表面に、導電性薄膜が形成されて構成され、銀リボンプレス加工型のヒューズエレメントと同様に、ヒューズ筒中に消弧砂に埋められて収納される。導電性薄膜は銅箔や銀箔等からなり、エッチングにより、遮断部狭小帯のパターンが形成される。例えば、エッチングによるパターニングにより、隣接して並列配置された4個の楕円部及びこの両側の半楕円部(切り欠き部)により、5個の遮断部狭小帯を構成し、これにより単位ヒューズを4個並列に並べた並列遮断部を構成し、更にこの並列遮断部を連結帯(放熱帯)を介して5組直列に並べた構造が知られている。この場合は、上記定義により、5S5Pのパターンとなる。通電電流はヒューズエレメントの導電性薄膜を通常流れているが、事故電流が発生すると、断面積が小さくて抵抗値の高い各遮断部狭小帯が溶断し、アーク電圧が高まって事故電流が速やかに遮断される。このエッチングヒューズも、従来、フイルム厚さ30~60μm線幅100μm程度が限界と考えられていた。特に、並列遮断部を接続する連結帯(放熱帯)の直列方向に測った長さが3mmは必要であろうと考えられており、このためS値の最大は、定格電圧600Vクラスでは、8S程度であろうと考えられ、It値の低減、コスト低減と小型化には、その限界が見えてきた。S値に対して1/100V、P値に対し10P/cmの従来型エッチング・ヒューズエレメントが製品化され、銀リボンプレス加工型のヒューズエレメントに比し、小型高性能であっても、ややコスト高となるので販売の低迷が続いている。EUに於いても基礎研究がありながら実用化しないので同一原因かと思われる。

【特許文献1】特開2006-73331号公報

産業上の利用分野


本発明は、GTOサイリスタやIGBT等の半導体スイッチングデバイスの保護用のヒューズに用いるヒューズリンク及びこのヒューズリンクを用いたヒューズに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】 絶縁性基板と、該絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜のパターンからなるヒューズリンクであって、
前記導電性薄膜のパターンが、複数個の遮断部狭小帯を並列配置した遮断部を、更に直列に連結帯を介して交互に周期的に配列して直列接続したパターンをなし、
前記遮断部の厚さが10~60μmで、前記連結帯の厚さが80~150μmであり、
且つ前記遮断部の直列接続の数が、100V当たり、1.5以上、5.3以下であることを特徴とするヒューズリンク。
【請求項2】 前記遮断部狭小帯の並列数が、前記並列方向に測った前記遮断部の幅1cm当たり12以上、40以下であることを特徴とする請求項1に記載のヒューズリンク。
【請求項3】 ヒューズ筒となる絶縁管と、
該絶縁管の内部に収納され、絶縁性基板と、該絶縁性基板の表面に形成された導電性薄膜のパターンからなるヒューズリンク
とを備えるヒューズであって、
前記導電性薄膜のパターンが、複数個の遮断部狭小帯を並列配置した遮断部を、更に直列に連結帯を介して交互に周期的に配列して直列接続したパターンをなし、
前記遮断部の厚さが10~60μmで、前記連結帯の厚さが80~150μmであり、且つ前記遮断部の直列接続の数が、100V当たり、1.5以上、5.3以下であることを特徴とするヒューズ。
【請求項4】 前記ヒューズリンクの複数枚が、前記絶縁管の内部に並列接続されて収納されていることを特徴とする請求項に記載のヒューズ。
【請求項5】 前記遮断部狭小帯の並列数が、前記並列方向に測った前記遮断部の幅1cm当たり12以上、40以下であることを特徴とする請求項に記載のヒューズ。
産業区分
  • 電子部品
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009504070thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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