JP2003520420A

JP2003520420A - 電気デバイス

Info

Publication number: JP2003520420A
Application number: JP2001552405A
Authority: JP
Inventors: セシリア・エイ・ウォルシュ; ロドリゴ・ルビアノ; アルバート・アール・マーティン
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2003-07-02
Also published as: CN1401123A; EP1247282A1; WO2001052275A1; TW516047B; US6922131B2; US20020089408A1; CN1319079C; US20040136136A1

Abstract

(57)【要約】デジタル電気通信用途で使用するのに適した電気デバイス（１）が提供され、当該デバイスは、２つの金属箔電極（５，７）で挟まれた導電性ポリマー組成物から成る積層ＰＴＣ要素（３）を含む。電気絶縁性の可撓性物質から成る第１絶縁層（９）がＰＴＣ要素の周囲長さの少なくとも一部に一致している。デバイスは低い抵抗、低いキャパシタンス、小さい寸法、および安定な抵抗を有し、また、パワー・クロス試験要求を満たし得る。さらに、電気デバイスのアセンブリ（２１，３５）が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の背景発明の分野本発明は、電気デバイス、特にデジタル電気通信用途で使用されるデバイス、
および電気デバイスのアセンブリに関する。

【０００２】発明の導入回路保護デバイスは周知である。幾つかの用途、例えば電気通信回路を保護す
るのに特に有用である、それらの回路保護デバイスは、抵抗の正の温度係数（Ｐ
ＴＣ）挙動を示す、即ち、特定の温度、即ちスイッチ温度Ｔ_ｓにて、抵抗が低抵
抗・低温度状態から高抵抗・高温度状態に変則的に増加する。通常の操作条件の
下では、電気回路において負荷と直列に配置された回路保護デバイスは、比較的
低い抵抗および低い温度を有する。しかしながら、例えば、回路中の過剰な電流
、またはデバイス内で過剰な熱の発生を生じさせる状態に起因して、異常（また
は故障）が発生した場合、デバイスは「トリップ」する、即ち、その高抵抗・高
温状態に転換される。その結果、回路における電流は著しく減少し、他のコンポ
ーネントが保護される。異常状態および電力が除かれると、デバイスはリセット
される、即ち、その低抵抗・低温度状態に戻る。異常な状態は、とりわけ、短絡
、回路への追加の電力の導入、電力サージ、または外部熱源によるデバイスの過
熱の結果として生じ得る。デバイスが導電性ポリマー組成物を含むと、トリッピ
ング発生の間、ポリマーが溶融するために、デバイスが膨張する。

【０００３】電気通信回路および装置の保護において使用することを意図したデバイスは、
特別な要求を有する。例えば、デバイスは、送電線、即ち高電圧（例えば２５０
〜６００ボルト）を伝える電気ケーブルが電話線と接触したときに発生する、異
常な状態によって、トリップさせられることが重要である。これらの異常な状態
は、しばしば「パワー・クロス」と称される。そのような保護をもたらすデバイ
スに関して認められている試験は、安全性確認基準（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒ’
ｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙＳｔａｎｄａｒｄ）１９５０年第３版で説明されて
いる。この試験において、デバイスは、デバイスと直列に接続された配線シミュ
レータを用いて、６００ボルトのＡＣおよび４０Ａ（短絡）条件から成る電気サ
イクルに付される。そのような試験条件の下では、高い電力レベルに起因して、
デバイスは、端部にて一方の電極から他方の電極に向かってアークをなす、また
はフラッシュオーバーすることが可能である。同時に、デバイスは、異常な状態
に関連するエネルギーを吸収するために、急速に膨張する。

【０００４】電話ネットワーク回路で使用される装置のような、ある種の用途に関しては、
装置で使用されるコンポーネントは、更なる要求を満たす必要がある。例えば、
デバイスは、電磁適合性および電気安全に関するベルコア（Ｂｅｌｌｃｏｒｅ）
ＧＲ−１０８９規格で説明されている、適用試験に適合することが必要とされる
。ベルコアＧＲ−１０８９の１つの要旨は、コンポーネントは、高い電圧、高い
過渡電流に曝された後でも、なお機能しなければならないことであり、落雷の擬
似実験をすることになっている。

【０００５】電話技術システムは、デジタル信号の形態である大量のデータを高速送信する
ことに対する需要が高まっているために、急速に進化している。デジタル電気通
信回路で使用されるデバイスは、アナログおよび音声システムが要求する、従来
必要とされていた要求とは異なる要求に直面している。現在、２０オームよりも
大きい抵抗を有するＰＴＣデバイスは、多様な電気通信システムで使用されてい
る。例えば、レイケム・ポリスイッチ（ＲａｙｃｈｅｍＰｏｌｙＳｗｉｔｃｈ
；登録商標）ＴＲ６００−１５０デバイスは、電気通信用途で使用され、２２オ
ームほどの高い据付け抵抗を有し得る（レイケム・サーキット・プロテクション
・データブック（ＲａｙｃｈｅｍＣｉｒｃｕｉｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＤ
ａｔａｂｏｏｋ）、１９９８年１０月参照）。しかしながら、デジタル回路に関
しては、デバイスの抵抗は、回路で信号の損失および信号の歪みを最小限にする
ために、実質的に２０オームより低くなければならない。一般的な用途は、１つ
のＰＴＣデバイスを電気通信回路のチップ・セクションにおいて使用し、第２の
ＰＴＣデバイスをリング・セクションで使用することを必要とするであろう。こ
れらの２つのデバイスの相対抵抗は、最適な信号対雑音比を達成するために、安
定でなければならない。デバイスのキャパシタンスは、デジタル情報ストリーム
に特有な高い帯域幅の信号を歪み無く送信することを許容するために、低くなけ
ればならない。デジタル・デバイスの小型化は、コンポーネントの寸法、特に「
設置面積（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）」（即ち、回路基板でそれらが必要とする面積
）、および基板からのそれらの高さ（即ち、存在するいずれの絶縁層をも含む、
デバイスの頂部から基板までの距離）もまた小さくすることを要求し、その結果
、回路はより高い密度で装置に取り付けられ得る。これらの寸法、抵抗、および
キャパシタンスに関する要求にもかかわらず、デバイスは、上記で説明したよう
な適正試験、例えば、ＵＬ１９５０で述べられているようなパワー・クロス試験
要求、およびベルコア１０８９で述べられているような雷サージ要求に適合しな
ければならない。

【０００６】回路保護デバイスを囲む電気絶縁コーティングまたはハウジングおよび他の電
気コンポーネントは公知である。例えば、米国特許第４，２３３，１７７号（ナ
カムラ）、４，３１５，２３７号（ミドルマン（Ｍｉｄｄｌｅｍａｎ）ら）、４
，４８１，４９８号（マックタビッシュ（ＭｃＴａｖｉｓｈ）ら）、４，８７３
，５０７号（アントナス（Ａｎｔｏｎａｓ））および５，２１０，５１７号（ア
ベ）を参照されたい。そのようなコーティングは、電気的な絶縁および機械的な
保護を提供し、一方の電極から他方の電極へのアーク放電が生じる高電圧条件に
曝されるデバイスについて使用する場合には、特に重要である。しかしながら、
幾つかの常套的なコーティング、例えばエポキシは、ＰＴＣの膨張を制限し、デ
バイスが作動しなくなるようにし得る。可撓性または適合性を有する、他の常套
的なコーティングは、トリップの間の膨張の結果として、クラックを生じ、或い
はデバイスから引き剥がされ、デバイスのエッジを更なるアーク放電に曝す或い
は付す場合がある。更に、表面実装デバイスの場合、基板に取り付けられた後、
１つの電極から別の電極へのアーク放電を防止するために、コーティングはずっ
と損傷されることなく、その機能性を保持する必要がある。基板への取り付けは
、一般にリフロー操作を伴い、その操作においては、はんだがその融点以上に加
熱される。

【０００７】高電圧デジタル用途用の既存の回路保護デバイスは、比較的大きい設置面積を
有する。例えば、タイコ・エレクトロニクス（ＴｙｃｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ）社の事業部である、レイケム・サーキット・プロテクション（Ｒａｙｃｈｅ
ｍＣｉｒｃｕｉｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）からポリスイッチ（ＰｏｌｙＳｗ
ｉｔｃｈ）ＴＲ６００−１６０の商標で販売されているデバイスは、上記で説明
したような、ＵＬ１９５０６００ＶＡＣ、４０Ａパワー・クロス試験の要求を
満たし、約６ｍｍの幅のラジアルリード・デバイスである。ポリスイッチ（登録
商標）ＴＳ６００−２００デバイスは、表面実装可能であり、８ｍｍを越える幅
である。ラインカードのような電気通信装置は、一般的に複数のラインを組み込
み、各ラインは通常それ自身の独立した回路保護要素によって保護されているた
めに、回路基板は、可能な限り近づけて一緒に実装された、８または１６のその
ようなデバイスをしばしば有する。したがって、個々のデバイスについて設置面
積を減少させることは、回路基板に関して複数の利点をもたらす。設置面積の更
なる減少は、複数のデバイスを１つのアセンブリに一緒にパッケージングするこ
とにより達成され得る。

【０００８】デジタル電気通信回路の場合、直列回路保護要素の抵抗は、種々の電気的な異
常に対する保護という意図された機能をなお果たしつつ、可能な限り低い値に減
じることが重要である。たいていの音声エネルギーは、３５００Ｈｚ未満の周波
数域であるように決定されてきた。電話ネットワークで一般に使用されている標
準の「４ｋＨｚ」音声チャネルは、３００〜３４００Ｈｚ域の周波数を通過させ
るように設計されている。モデムのようなアナログ装置は、種々の技術（例えば
変調）を使用して、データをこのチャネル幅に適合させて、電話チャネルの帯域
幅の制限を克服しなければならない。しかしながら、デジタル・サービスは、よ
り高い帯域幅を提供し得る。デジタル・システムには、１．５Ｍｂ／ｓ（メガバ
イト／秒）までの速度にて作動するＨＤＳＬ（高速デジタル加入者回線）、６Ｍ
ｂ／ｓまでのダウンロード速度で作動するＡＤＳＬ（非同期デジタル加入者回線
）、および５２Ｍｂ／ｓまでにて作動するＶＤＳＬ（超高速デジタル加入者回線
）が含まれる。より高い速度のシステムが、ある種の用途に関して同様に存在す
る。銅線は、一定量の抵抗／長さを有し、信号は距離に比例して変動する（また
は弱くなる）。増幅を用いて、信号はある程度まで再生され得る。しかしながら
、信号の増幅それぞれに関して、より大きいノイズが生成され、そのために、あ
る点をすぎると、増幅を使用して質の良い信号を送ることが制限される。不必要
な抵抗はいずれも、信号が送られ得る範囲を減らし、信号の質を減じる。回路の
インピーダンスは、高速デジタル送信のための、大きい帯域幅の要求に関して、
特に重要である。インピーダンスのミスマッチは、回路において望ましくない反
射、および雑音の他の供給源を生じさせ得る。したがって、システムが現場で作
製され且つ操作されるように、回路全体を通じてインピーダンスのバランスを注
意深く設計し、保持することが重要である。ライン間のクロストークは、さらに
性能を制限する。種々のデジタル・アーキテクチャの範囲を決定する上で、信号
対雑音が制限因子となるために、これらのファクターの全ては、デジタルシステ
ムを設計し最適化する上で極めて重要である。

【０００９】ＰＴＣデバイスの抵抗を減少させる１つの方法は、デバイスをより大きくする
ことである。しかしながら、このアプローチは、２つの有害な影響を生成し得る
。第１の影響は、デバイスを可能な限り小さくするという要求に明らかに反する
ことである。例えば、１つのピースの装置において基板−基板の距離は、１２．
７ｍｍ（０．５インチ）であり得、したがって、この距離を越えて延びるデバイ
スはいずれも使用され得ない。第２の影響は、デバイスが、はんだ付けを困難に
し得る望ましくない大きな熱量を有し、また試験要求を満たさないということで
ある。高電圧・高電流のパワー・クロス異常に加えて、回路保護デバイスは、高
電圧・低電流の異常からも装置を保護する必要がある。デバイスの熱量が大きす
ぎる場合、それは、これらの条件（異常電流が０．５Ａほど低い条件）の下でト
リップせず、その結果、より長い期間のより低いエネルギーの異常状態によって
、装置を破壊に至らせる。

【００１０】セラミックＰＴＣデバイスが、電気通信用途において回路保護要素として使用
されてきた。しかしながら、セラミック材料の抵抗率が比較的高いために、低抵
抗のデバイスは不適切に大きくなるであろう。更に、無機セラミックデバイスの
キャパシタンスは、１ｎＦのオーダーで高くなり得、それは、高速デジタル用途
には望ましくない。ヒューズは、幾つかの用途に関しては、依然として過電流保
護のためのオプションである。しかしながら、それらはリセット不可能であり、
そのことは、複数の又は離れた場所にしばしば配置される装置の望ましくない修
理または取り替えを、製造者の費用で必要とし得る。

【００１１】発明の概要我々は今や、デジタル電気通信装置の保護のための、小さい寸法、実質的に類
似するデバイスに関して安定である抵抗、および低いキャパシタンスを有する回
路保護デバイスに対する要求の組合せを満たし得る、ＰＴＣ電気デバイスを作製
することが可能であることを見出した。更に、デバイスは、その機能性を、プリ
ント回路基板のような基板へのはんだ付け−リフローの後も保持し得る。したが
って、第１の要旨において、本発明は、デジタル電気通信回路で使用するのに適
した電気デバイスであって、当該デバイスは多くても１５０ｐＦのキャパシタン
スを有し、当該デバイスは：（１）（ａ）ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物を含み、（ｂ）第１および
第２主表面を有し、（ｃ）多くても２．５ｍｍの厚さｔｍｍを有し、（ｄ）多く
ても５０ｍｍである周囲長さｐｍｍを有する、積層ＰＴＣ要素；（２）ＰＴＣ要素の第１表面に取り付けられた、第１金属箔電極；（３）ＰＴＣ要素の第２表面に取り付けられた、第２金属箔電極；ならびに（４）ＰＴＣ要素の外辺部（または側周）の少なくとも一部に一致する（または
合致する、若しくは沿っている）電気絶縁材料を含む、第１絶縁層を含み、（ａ）２０℃にて多くても６オームの初期抵抗を有し、（ｂ）ＵＬ１９５０パワー・コンタクト（ｐｏｗｅｒｃｏｔａｃｔ）試験Ｍ−
１の要求を満たし、且つ（ｃ）２５０ＶＡＣ／３Ａ試験に１５分間付した後、少なくとも１時間電力をデ
バイスに適用しない（または作用させない）ときに、同じ電気試験に付した実質
的に類似するデバイスとは、多くても１．５オームだけ異なる抵抗を有するデバイスを提供する。

【００１２】第２の要旨において、本発明は、電気アセンブリであって：（Ａ）第１および第２電気デバイスであって、各デバイスが、（１）（ａ）ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物を含み、（ｂ）第１お
よび第２主表面を有し、（ｃ）多くても２．５ｍｍの厚さｔｍｍを有し、（ｄ）
多くても５０ｍｍである周囲長さｐｍｍを有する、積層ＰＴＣ要素；（２）ＰＴＣ要素の第１表面に取り付けられた、第１金属箔電極；（３）ＰＴＣ要素の第２表面に取り付けられた、第２金属箔電極；ならびに（４）ＰＴＣ要素の外辺部（または側周）の少なくとも一部に一致する（ま
たは合致する、若しくは沿っている）電気絶縁材料を含む、第１絶縁層を含み、デバイスの各々が、（ａ）２０℃にて多くても６オームの初期抵抗を有し、（ｂ）多くても１５０ｐＦのキャパシタンスを有し、且つ（ｃ）ＵＬ１９５０パワー・コンタクト（ｐｏｗｅｒｃｏｔａｃｔ）試験
Ｍ−１の要求を満たす、第１および第２電気デバイス、ならびに（Ｂ）第１および第２デバイスを取り囲む別の絶縁層を含む、アセンブリであって、前記第１デバイスが、２５０ＶＡＣ／３Ａ試験に１５分間付した後、少なくと
も１時間電力をデバイスに適用しない（または作用させない）ときに、同じ電気
試験に付した第２デバイスとは、多くても１．５オームだけ異なる抵抗を有する
アセンブリを提供する。

【００１３】第３の要旨において、本発明は、電気的に並列に接続された、２つの積層ＰＴ
Ｃデバイスを含む電気アセンブリであって、各デバイスが、（１）（ａ）ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物から成り、（ｂ）第１およ
び第２主表面を有し、（ｃ）ｔｍｍの厚さを有し、且つ（ｄ）ｐｍｍの周囲長さ
を有する、積層ＰＴＣ要素を含み、（２）第１表面に取り付けられた第１金属電極を有し、（３）第２表面に取り付けられた第２金属電極を有し、（４）ＰＴＣ要素の外辺部（または側周）の少なくとも一部に一致する（または
合致する、若しくは沿っている）電気絶縁材料を含む、第１絶縁層を有しアセンブリが、（Ａ）多くても３００ｐＦであるキャパシタンスを有し、（Ｂ）２０℃にて多くても６オームである初期抵抗を有し、且つ（Ｃ）ＵＬ１９５０パワー・コンタクト試験Ｍ−１の要求を満たすアセンブリを提供する。

【００１４】第４の要旨において、本発明は、デジタル信号のための電気通信回路（または
電気的な遠隔通信回路）であって、チップおよびリング・セクションを有し、（１）電力供給源；（２）負荷；（３）前記電力供給源および負荷と電気的に直列である、本発明の第１の要旨の
電気デバイスを含む回路を提供する。を提供する。

【００１５】発明の詳細な説明本発明の電気デバイスは、ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物から成る積
層ＰＴＣ要素を含む。導電性ポリマー組成物は、ポリマー成分から成り、粒状の
導電性フィラーがそれに分散している。ポリマー成分は、１または複数のポリマ
ーを含み、それらのうちの１つは好ましくは、充填されていない状態で示差走査
熱量計により測定した結晶度が少なくとも１０％である結晶性ポリマーである。
適当な結晶性ポリマーには、１または複数のオレフィンのポリマー、特に高密度
ポリエチレンのようなポリエチレン；少なくとも１つのオレフィンおよびそれと
共重合し得る少なくとも１つのモノマーのコポリマー、例えばエチレン／アクリ
ル酸、エチレン／エチルアクリレート、エチレン／ビニルアセテート、およびエ
チレン／ブチルアクリレート共重合体；溶融成形可能な（ｍｅｌｔ−ｓｈａｐｅ
ａｂｌｅ）フルオロポリマー、例えばポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）
、およびエチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ、ターポリマー
を含む）；ならびに２またはそれよりも多いそのようなポリマーのブレンドが含
まれる。幾つかの用途については、特定の物理的または熱的特性、例えば可撓性
または最大暴露温度を達成するために、１つの結晶性ポリマーを別のポリマー、
例えば、エラストマーまたはアモルファスの熱可塑性ポリマーとブレンドするこ
とが望ましい場合がある。ポリマー成分は、組成物の全体積の一般に４０〜９０
体積％を占め、好ましくは４５〜８０体積％を占め、特に５０〜７５体積％を占
める。

【００１６】ポリマー成分中に分散される粒状の導電性フィラーは、いずれの適切な物質で
あってよく、カーボン・ブラック、グラファイト、金属、金属酸化物、導電被膜
を有するガラスもしくはセラミック・ビーズ、粒状の導電性ポリマー、またはこ
れらの組合せを含む。フィラーは、粉体、ビーズ、フレーク、繊維または他のい
ずれの適当な形状の形態であってよい。必要とされる導電性フィラーの量は、組
成物の所要抵抗率および導電性フィラー自体の抵抗率に基づく。多くの組成物に
ついて、導電性フィラーは、組成物の全体積の１０〜６０体積％、好ましくは２
０〜５５体積％、特に２５〜５０体積％を占める。

【００１７】導電性ポリマー組成物は、抗酸化剤、不活性フィラー、非導電性フィラー、放
射線架橋剤（しばしばプロラドまたは架橋促進剤と称され、例えば、トリアリル
イソシアヌレート）、安定剤、分散剤、カップリング剤、酸掃去剤（例えばＣａ
ＣＯ_３）または他の成分のような、追加の成分を含んでよい。これらの成分は、
一般に、多くて全組成物の２０体積％を占める。

【００１８】導電性ポリマー組成物は、正温度係数（ＰＴＣ）挙動を示す、即ち、比較的小
さい温度範囲にわたって、温度に比例した抵抗の急激な上昇を示す。この用途に
おいて、「ＰＴＣ」という用語は、少なくとも２．５のＲ_１４値および／または
少なくとも１０のＲ_１００値を有する組成物を意味するために使用され、組成物
は少なくとも６のＲ_３０値を有するべきであることが好ましい。ここで、Ｒ_１４は、１４℃の範囲の終わりと始まりの抵抗率の比であり、Ｒ_１００は、１００℃
の終わりと始まりの抵抗率の比であり、Ｒ_３０は３０℃の範囲の終わりと始まり
の抵抗率の比である。一般に、本発明のデバイスで使用される組成物は、それら
の最小値よりもずっと大きい抵抗率の増加を示す。

【００１９】本発明のデバイスで使用するのに適した導電性ポリマー組成物は、米国特許第
４，２３７，４４１号（ファン・コニネンブルグ（ｖａｎＫｏｎｙｎｅｎｂｕ
ｒｇ）ら）、第４，５４５，９２６号（フォウツ（Ｆｏｕｔｓ）ら）、第４，７
２４，４１７号（オウ（Ａｕ）ら）、第４，７７４，０２４号（ディープ（Ｄｅ
ｅｐ）ら）、第４，９３５，１５６号（ファン・コニネンブルグ（ｖａｎＫｏ
ｎｙｎｅｎｂｕｒｇ）ら）、５，０４９，８５０号（エバンス（Ｅｖａｎｓ）ら
）、第５，２５０，２２８号（バイグリエ（Ｂａｉｇｒｉｅ）ら）、第５，３７
８，４０７号（チャンドラー（Ｃｈａｎｄｌｅｒ）ら）、第５，４５１，９１９
号（チュウ（Ｃｈｕ）ら）、第５，５８２，７７０号（チュウ（Ｃｈｕ）ら）、
第５，７０１，２８５号（チャンドラー（Ｃｈａｎｄｌｅｒ）ら）、第５，７４
７，１４７号（バーテンベルグ（Ｗａｒｔｅｎｂｅｒｇ）ら）および第６，１３
０，５９７号（トート（Ｔｏｔｈ）ら）に開示されている。

【００２０】導電性ポリマーは、第１および第２の一般には平行である主表面を有する、層
状の要素の形態である。要素は、第１および第２金属電極の間に挟まれ、第１電
極は、ＰＴＣ要素の第１表面に取り付けられ、第２電極は第２主表面に取り付け
られる。好ましくは、電極は金属箔の形態であるが、導電性インク、またはめっ
きもしくは他の手段によって付けられた金属層を使用することができる。特に適
当な箔電極は、特に米国特許第４，６８９，４７５号（マティーエセン（Ｍａｔ
ｔｈｉｅｓｅｎ））および第４，８００，２５３号（クライナー（Ｋｌｅｉｎｅ
ｒ）ら）および国際公開ＷＯ９５／３４０８１号（レイケム・コーポレーション
（ＲａｙｃｈｅｍＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）に開示されているような、ミクロ
ラフな（または微細な凹凸を有する）金属箔電極であり、電着されたニッケル箔
電極、およびニッケルめっきした電着銅箔電極を含む。

【００２１】ＰＴＣ要素は、第１および第２電極の間で測定される、大きくても２．５ｍｍ
（０．１００インチ）、好ましくは大きくても２．０ｍｍ（０．０８０インチ）
であり、一般には１〜２．５ｍｍ（０．０４０〜０．１００インチ）であるｔｍ
ｍの厚さを有する。これは、高電圧、例えば２５０または６００ボルトの用途で
使用するのに特に適した厚さの範囲である。要素はまた、多くても５０ｍｍ（１
．９７インチ）の周囲長さｐｍｍを有し、一般には２０〜５０ｍｍ（０．７９〜
１．９７インチ）である。この周囲長さは、（１）デバイスの周囲の最も短い周
線、および（２）第１および第２電極の間の中間の距離にて測定される周線のう
ち、より短い方である。周辺長さの測定値には、好ましくは、顕著なくぼみ、ク
ラック、または封入体（もしくは異物）のいずれをも含む。

【００２２】層状の要素には、ＰＴＣ要素の外辺部（または周もしくは側周）の少なくとも
一部に一致する（または適合する）電気絶縁材料を含む、第１絶縁層が取り付け
られている。好ましくは、第１絶縁層は、ＰＴＣ要素の周を取り巻いて、少なく
とも１０％の厚さに一致し、特に３０％の厚さに一致し、特別には少なくとも５
０％の厚さに一致し、より特別には少なくとも７０％の厚さに一致している。幾
つかの態様において、第１絶縁層は、ＰＴＣ要素の周を取り巻いて、実質的に全
ての厚さに一致していることが好ましい。ここで、「実質的に全て」とは、第１
絶縁層によって少なくとも９０％が被覆されていることを意味する。幾つかの態
様において、第１絶縁層は、実質的に第１および第２電極との接触が実質的に無
く、好ましくは第１および第２電極との接触が全く無い。ここで「実質的に無い
」とは、第１および第２電極の全表面積の多くとも１０％だけが第１絶縁層によ
って被覆されていることを意味する。

【００２３】第１絶縁層は、いずれの適合し得るコーティング材料から成るものであってよ
いが、好ましくは重合体である。適当な材料には、ポリエチレン、エチレンコポ
リマー、フルオロポリマー、シリコーン、エラストマー、ゴム、ホットメルト接
着剤、マスチック、およびゲルが含まれる。層は、ＰＴＣ要素の導電性ポリマー
組成物に適合（または順応）し、かつ接着すること、ならびに、動作中に導電性
ポリマーが膨張している間にその適合（または順応）および接着を維持すること
が重要である。したがって、材料は、ＰＴＣ要素の熱膨張特性に類似する熱膨張
特性を有することが好ましい。高電圧条件下でその性能を向上させるために、絶
縁層は、消弧物質、ストレス・グレーディング（もしくは応力勾配緩和）物質、
難燃性物質、または抗トラッキング性物質である、１または複数のフィラーを含
んでいてよい。

【００２４】第１絶縁層は、いずれの適当な技術によって適用して（または付着させて）よ
く、例えば、それは塗布またはスプレーされ、あるいは圧力または溶融によって
適用され、あるいはディップ・コーティングによって適用される。１つの特に好
ましい技術は、ＰＴＣ要素に取り付ける前に好ましくは自己支持コンポーネント
であるリングを、適用することである。リングは、熱回復性物品、例えば、熱回
復性チューブ、またはリングに形成された熱回復性ストリップで作製してよい。
熱回復性物品は、物品を熱処理に付すことによって物品の寸法の構成が変化し得
る物品である。それらのもっとも一般的な形態において、そのような物品は、例
えば米国特許第２，０２７，９６２号（キュリー（Ｃｕｒｒｉｅ））、第３，０
８６，２４２号（クック（Ｃｏｏｋ）ら）および第３，５９７，３７２号（クッ
ク（Ｃｏｏｋ））で説明されているような、弾性または塑性復元の性質を示す、
高分子材料から成る熱収縮性スリーブまたはチューブを含む。高分子材料は、所
望の寸法回復を高めるために、製造プロセスの間に架橋された。熱回復性物品を
製造する１つの方法は、ポリマー材料を所望の熱安定的な形状に形成し、続いて
ポリマー材料を架橋し、物品を結晶融点（または、アモルファス物質に関しては
ポリマーの軟化点）よりも高い温度に加熱し、物品を変形させ、物品を変形した
状態にある間に冷却して、物品の変形した状態が保持されるようにすることを含
む。物品の変形した状態は熱不安定であるために、使用中、熱を加えることは、
物品がもとの熱安定的な形状をとることを招くであろう。熱回復性物品は、回復
してＰＴＣ要素に接触して、第１絶縁層として作用し得る。別法として、熱回復
性物品の内側表面は、物品が加熱されて回復したときに、溶融し及び／または流
れてＰＴＣ要素と接触し、相似被覆をもたらし、且つ要素の外辺部の小さな孔ま
たは凹凸を充填する、ホットメルト接着剤またはマスチックで被覆してよい。こ
の形状構成において、熱回復性物品は、支持部材（一般に外層）および内側接着
部材から成ってよい。支持部材は、取り付け後、残存させてよく、あるいは取り
除いてよい。接着剤またはマスチックは、高電圧性能を向上させるために、それ
自体上述した種類のフィラーを含んでよい。熱回復性物品が使用される場合、完
全に回復した物品の内周は（ＰＴＣ要素が存在しない状態で）、ＰＴＣ要素の周
囲長さよりも幾分小さいことが好ましい。これは、回復した物品が、デバイスの
高温状態へのトリッピングに由来する膨張の後でさえも、ＰＴＣ要素との良好な
接触を維持することを許容する。好ましくは、熱回復性物品の内周は、ＰＴＣ要
素の周囲長さの多くて９０％、特には多くて８５％、特別には多くて８０％であ
る。リングまたは熱回復性物品のリングの外辺部は、好ましくはＰＴＣ要素と同
じ形状である。

【００２５】本発明のデバイスは、小さい寸法だけでなく、低いデバイス抵抗および低いキ
ャパシタンスを有するように設計される。デジタル電気通信システムに関する抵
抗の制限のために、これらのデバイスは２０℃にて大きくて６オーム、好ましく
は大きくて５オーム、特には大きくて４．０オーム、特別には大きくて３．０オ
ームである抵抗を有するように設計されてきた。ヒューレット・パッカード４１
９１Ａおよび４１９２ＡＬＣＲ測定器を使用して、０．００１ＭＨｚ〜１００
ＭＨｚの範囲の周波数に関して、バイアス電圧無しで、室温で測定される場合、
デバイスのキャパシタンスは、大きくて１５０ｐＦ、好ましくは大きくて５０ｐ
Ｆ、特には大きくて２０ｐＦである。デバイスが基板で必要とする設置面積を最
小にするために、デバイスは、厚さが大きくて２．５ｍｍ（０．１００インチ）
であるＰＴＣ要素で形成されるであろう。回路基板の装置中への高密度パッキン
グに適応させるために、デバイスは、回路基板のような基板に取り付けられる（
または実装される）場合、最大１０．２ｍｍ（０．４０インチ）の高さを有する
ように設計され得る。最大高さは、デバイスの頂部（存在し得る絶縁層のいずれ
をも含む）から、それが取り付けられている基板の表面までの距離である。さら
に抵抗を減少させるために、本発明は、後の図３に示すような、並列に接続され
たＰＴＣデバイスのアセンブリを含む。

【００２６】本発明の回路保護デバイスは、特に、安全性確認基準（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅ
ｒ’ｓＬａｂｏｒａｔｏｒｙＳｔａｎｄａｒｄ）１９５０年第３版で説明さ
れている、適用されるパワー・クロス試験に合格させるのに適している。そこで
説明されている試験Ｍ−１において、回路保護デバイスは、１．６Ａスローブロ
ー型（ｓｌｏ−ｂｌｏ）ヒューズのような配線シミュレータと直列に配置され、
６００ボルトＡＣおよび４０アンペア（短絡）の電気サージに１．５秒間付され
る。この要求を満たすために、デバイスは配線シミュレータ（それは電気的にス
トレスを受けていない必要があり、例えば配線シミュレーションがヒューズであ
る場合、それはとばされてはならない）を保護しなければならず、また、デバイ
スはデバイスを囲むチーズクロス・インジケータを炭にしてはならない。

【００２７】更に、本発明の回路保護デバイスはまた、ベルコア規格ＧＲ−１０８９で説明
されている試験にも合格し得る。特に、本発明のデバイスは、レベル１サージ３
（Ｌｅｖｅｌ１Ｓｕｒｇｅ３）落雷試験に合格するのに特に適している。
この試験において、デバイスは、下記の波形を有する、繰り返しの電気パルスに
付される。電気パルスは、電圧がそのピーク値の１０％からそのピーク値の９０
％にまで上昇するのにかかる時間として規定される、最大の立ち上がり時間が１
０マイクロ秒でなければならず、パルスは１ミリ秒の最小減衰時間を有しなけれ
ばならず、減衰時間は電圧が指数関数的にそのピーク値の５０％に減衰するのに
かかる時間として定義され、ピーク電圧は少なくとも１ｋＶでなければならず、
ピーク電流は少なくとも１００Ａでなければならない。２５パルスの規定された
電気的過渡現象の交互の極性の後、デバイスの抵抗は１オームよりも大きく変化
してはならない。過去においては、このレベル１サージ３試験に合格させるため
に、デバイスと直列である追加の抵抗体を使用することが推奨されていた（レイ
ケム・サーキット・プロテクション・データブック（ＲａｙｃｈｅｍＣｉｒｃ
ｕｉｔＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄａｔａｂｏｏｋ）、１９９８年１０月、８４
頁参照）。この発明のデバイスは、追加の直列抵抗なしで、この要求を満たすよ
うに設計され得る。

【００２８】本発明のデバイスは、実質的に類似するデバイスに関して、抵抗が安定である
ように設計された。実質的に類似するデバイスは、同じ形状および寸法であって
、同じＰＴＣ材料組成物で作製され、同じ材料および寸法の電極およびリードを
有し、２０℃にて測定したときに多くても０．５オームだけ異なる抵抗を有する
デバイスとして定義される。電気通信回路は、望ましくない雑音および信号損失
を避けるために、注意深くインピーダンスのバランスをとったものでなければな
らず、また、（図４に示すように）２つのＰＴＣデバイスがしばしば回路で使用
され、実質的に類似するデバイスを回路で使用することがしばしば望まれる。さ
らに、デバイスは電気異常の後も、依然として、可能な限り十分に同等のもので
あることが望まれる。そうでなければ、電気的異常の後で、大きなインピーダン
スのミスマッチが生じて信号および／または信号の質の損失をもたらす場合に、
リセット可能なデバイスを使用することの利点は最小にされる。したがって、本
発明のデバイスは、長期の電気異常の後でも、実質的に類似であるデバイスに関
して抵抗が安定であるように設計された。電気試験は、２つの実質的に類似であ
るデバイスをそれぞれ２５０ＶＡＣ、３Ａに１５分間付し、その後、いずれのデ
バイスにも電力を加えないで周囲条件下に放置した後、２０℃にてそれらの抵抗
を再度測定して実施する。この試験後、デバイスの抵抗は、多くても１．５オー
ムだけ、好ましくは１．０オームだけ互いに異なるであろう。ある用途およびあ
る回路レイアウトに関しては、図２に示すように、１つのアセンブリに実質的に
類似するデバイスを一緒にパッケージすることが望ましい場合がある。２つのデ
バイスに関して小さい設置面積は、２つのデバイスを一緒にパッケージングする
ことによって達成され得る。それは、コンパクトなリード・デザインによるもの
であり、また、ボード・レイアウトに関して必要とされるデバイス間のスペーシ
ング（それは特に高電圧デバイスに関しては大きくなり得る）が除去されるため
である。

【００２９】本発明は、図面によって示され、図面において図１は本発明の第１の要旨のデ
バイス１の平面図である。ＰＴＣ抵抗要素３は、第１および第２金属箔電極５，
７の間に挟まれ、それらは第１および第２はんだ層１１，１３でそれぞれ被覆さ
れている。第１絶縁層９は、ＰＴＣ要素３の外辺部（または側周）を囲み、ＰＴ
Ｃ要素の形状に一致している。

【００３０】図２は、本発明の第２の要旨のアセンブリ２１の拡大図である。第１電気デバ
イス２３は、ＰＴＣ要素２６を囲む絶縁層２７を有し、第２電気デバイス２５は
ＰＴＣ要素２８を囲む絶縁層２９を有する。リード３１および３１’は両方のデ
バイスに関して設けられる。追加の絶縁層３３は、箱の形態であり、両方のデバ
イスを囲む。

【００３１】図３は、本発明の第３の要旨のアセンブリ３５の拡大図である。ＰＴＣ要素３
６を含む第１電気デバイス３７は、絶縁層４１を有し、ＰＴＣ要素３８を含む第
２電気デバイス３９は、絶縁層４３を有する。リード４９は両方のデバイスの内
側電極に電気的に取り付けられている。クリップ５０は、リード４５からリード
４７に延び、両方のデバイスの外側電極を電気的に接続している。リード４９お
よびクリップ５０により形成される電気的な接続は、２つのデバイスを並列に接
続する。別法として、クリップ５０を除去することができ、デバイスは、回路基
板上でアセンブリのためのコンタクト・パッドを介して、リードへのコネクショ
ンによって並列に接続される。

【００３２】図４は、本発明の第４の要旨の回路である。２つのＰＴＣ電気デバイス５３，
５５が、保護されるべき装置である要素６５と直列に設けられる。更に、回路は
過電圧保護要素５７および５９、ならびにライン抵抗６１および６３を含む。

【００３３】本発明の上述の詳細な説明は、本発明の特定のパーツおよび側面に、主として
又は排他的に関連している記述を含む。これは明瞭さと便宜のためであること、
特定の特徴はそれが開示されている記述だけよりも多くにおいて関連すること、
ならびにここでの開示は種々の記述で見られる情報の適当な組合せをすべて含む
ことが理解されるべきである。同様に、種々の図面およびそれの説明は、本発明
の特定の態様に関するものであるが、特定の図に関連して特定の特徴が開示され
ている場合、その特徴はまた、適当な程度まで、別の図の関連において、他の特
徴との組合せにおいて、または一般的に本発明において使用され得ることが理解
されるべきである。

【００３４】上述の装置の配置およびそれからの方法は、原理またはこの発明の適用の例示
にすぎず、多くの他の態様および変形例が、請求の範囲によって規定される本発
明の精神および範囲から逸脱しないで、為してよいことが理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の要旨のデバイスの平面図である。

【図２】図２は、本発明の第２の要旨の組立分解図である。

【図３】図３は、本発明の第３の要旨の組立分解図である。

【図４】図４は、本発明の第４の要旨の回路である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロドリゴ・ルビアノアメリカ合衆国94062カリフォルニア州レッドウッド・シティ、マートル・ストリート178番 (72)発明者アルバート・アール・マーティンアメリカ合衆国94611−1135カリフォルニア州オークランド、マンザニタ・ドライブ 2221番Ｆターム(参考） 5E034 AA07 AB01 AC09 DA07 DB03 DC05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デジタル電気通信回路で使用するのに適した電気デバイスで
あって、当該デバイスは多くても１５０ｐＦのキャパシタンスを有し、当該デバ
イスは：（１）（ａ）ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物を含み、（ｂ）第１および
第２主表面を有し、（ｃ）多くても２．５ｍｍの厚さｔｍｍを有し、（ｄ）多く
ても５０ｍｍである周囲長さｐｍｍを有する、積層ＰＴＣ要素；（２）ＰＴＣ要素の第１表面に取り付けられた、第１金属箔電極；（３）ＰＴＣ要素の第２表面に取り付けられた、第２金属箔電極；ならびに（４）ＰＴＣ要素の外辺部の少なくとも一部に一致する電気絶縁材料を含む、第
１絶縁層を含み、当該デバイスは、（ａ）２０℃にて多くても６オームの初期抵抗を有し、（ｂ）ＵＬ１９５０パワー・コンタクト試験Ｍ−１の要求を満たし、且つ（ｃ）２５０ＶＡＣ／３Ａ試験に１５分間付した後、少なくとも１時間電力をデ
バイスに適用しないときに、同じ電気試験に付した実質的に類似するデバイスと
は、多くても１．５オームだけ異なる抵抗を有するデバイス。
【請求項２】デバイスの第１絶縁層が、実質的に第１および第２電極と接
しておらず、好ましくは第１および第２電極と全く接していない、請求項１に記
載の電気デバイス。
【請求項３】（ａ）１０マイクロ秒の最大立上り時間、（ｂ）１ミリ秒の
最小減衰時間、（ｃ）１０００Ｖの最小ピーク電圧、および（ｄ）１００Ａの最
小ピーク電流によって特徴付けられる波形を有する電気的なパルスに付してから
、電力をデバイスに適用しない少なくとも１時間の休止時間の後において、デバ
イスの抵抗が多くても２．０オームだけ変化する、請求項１または請求項２に記
載の電気デバイス。
【請求項４】デバイスが基板に取り付けられたときに１０ｍｍの最大高さ
を有する、請求項１、２または３に記載の電気デバイス。
【請求項５】デバイスの第１絶縁層が、消弧物質、ストレス・グレーディ
ング物質、難燃物質、または抗トラッキング性物質であるフィラーを含む、請求
項１〜４のいずれか１項に記載の電気デバイス。
【請求項６】デバイスの第１絶縁層がリングの形態である、請求項１〜５
のいずれか１項に記載の電気デバイス。
【請求項７】デバイスを取り囲み、好ましくは自己支持形の箱を含む第２
絶縁層をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気デバイス。
【請求項８】電気アセンブリであって：（Ａ）第１および第２電気デバイスであって、各デバイスが、（１）（ａ）ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物を含み、（ｂ）第１お
よび第２主表面を有し、（ｃ）多くても２．５ｍｍの厚さｔｍｍを有し、（ｄ）
多くても５０ｍｍである周囲長さｐｍｍを有する、積層ＰＴＣ要素；（２）ＰＴＣ要素の第１表面に取り付けられた、第１金属箔電極；（３）ＰＴＣ要素の第２表面に取り付けられた、第２金属箔電極；ならびに（４）ＰＴＣ要素の外辺部の少なくとも一部に一致する電気絶縁材料を含む
、第１絶縁層を含み、デバイスの各々が、（ａ）２０℃にて多くても６オームの初期抵抗を有し、（ｂ）多くても１５０ｐＦのキャパシタンスを有し、且つ（ｃ）ＵＬ１９５０パワー・コンタクト試験Ｍ−１の要求を満たす、第１お
よび第２電気デバイス、ならびに（Ｂ）第１および第２デバイスを取り囲む別の絶縁層を含む、アセンブリであって、前記第１デバイスが、２５０ＶＡＣ／３Ａ試験に１５分間付した後、少なくと
も１時間電力をデバイスに適用しないときに、同じ電気試験に付した第２デバイ
スとは、多くても１．５オームだけ異なる抵抗を有するアセンブリ。
【請求項９】電気的に並列に接続された、２つの積層ＰＴＣデバイスを含
む電気アセンブリであって、各デバイスが、（１）（ａ）ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物から成り、（ｂ）第１およ
び第２主表面を有し、（ｃ）ｔｍｍの厚さを有し、且つ（ｄ）ｐｍｍの周囲長さ
を有する、積層ＰＴＣ要素を含み、（２）第１表面に取り付けられた第１金属電極を有し（３）第２表面に取り付けられた第２金属電極を有し、且つ（４）ＰＴＣ要素の外辺部の少なくとも一部に一致する電気絶縁材料を含む、第
１絶縁層を有し、アセンブリが、（Ａ）多くても３００ｐＦであるキャパシタンスを有し、（Ｂ）２０℃にて多くても６オームである初期抵抗を有し、且つ（Ｃ）ＵＬ１９５０パワー・コンタクト試験Ｍ−１の要求を満たすアセンブリ。
【請求項１０】デバイスを取り囲み、好ましくは自己支持形の箱を含む別
の絶縁層を更に含む、請求項８または請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】デジタル信号のための電気通信回路であって、チップおよ
びリング・セクションを有し、（１）電力供給源；（２）負荷；ならびに（３）前記電力供給源および負荷と電気的に直列である、請求項１に記載の電気
デバイスを含む回路。