JP2007288225A - 表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造およびその製造方法 - Google Patents

表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを効率的かつ経済的に製造する。
【解決手段】本発明の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの端子電極の構造は、2つの端部を有する原料基板であって、両表面の各々の上に、パターニングされた金属ホイルが形成される、原料基板と、原料基板を囲む絶縁層であって、原料基板の2つの端部上のパターニングされた金属ホイルの切断部位が露出する、絶縁層と、原料基板の両端部上に構成された2つの端子電極であって、2つの端子電極はそれぞれ、絶縁層と原料基板の2つの端部上に露出したパターニングされた導電性の金属ホイルの切断部位とを囲み、かつ、露出したパターニングされた導電性の金属ホイルに電気的に接続するための5つの導電面を有する端子電極とを備える。
【選択図】なし

Description

本発明は、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造と、その製造方法とに関し、特に、貫通穴および電気めっきプロセスを用いずに形成され、5つの導電面の端子電極を有する、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスと、その製造方法とに関する。
異常な状態によって生じる過電流損傷から電子システムを保護するために、より多くの電子システムに過電流保護デバイスが設けられるようになってきている。過電流保護デバイスを設けると、過電流の問題が電子システム内に発生した場合に、損傷を過電流保護デバイス内に限定することができる。過電流保護デバイスに関するさらなる構想は、過電流が発生したときに保護デバイスに保護機能を行なわせることができ、その後保護デバイスを通常の状態に戻すことができれば、販売後のサービスおよびメンテナンスにかかるコストが大幅に低減するというものである。これらの理由のため、可溶性の過電流保護デバイスの代わりに、正の温度係数の(PPTC)ポリマー材料をベースとして用いたリセット可能な過電流保護デバイスが徐々に用いられてきており、様々な電子システムにおいて広範囲に用いられている。電子システムを高密度に集積化させる場合、リセット可能な過電流保護デバイスを、DIP型および表面実装型に分けることが可能である。どちらの型もパッケージングにおいて用いられるが、表面実装型に必要な成長速度は、DIP型の成長速度よりも高い。
リセット可能な過電流保護デバイスの1つの特徴として、正の温度係数のポリマー材料を通過する電流が上限を越えた場合、デバイスの温度が上昇し、その結果、もともとの最低抵抗が急速に増加して、電流の流れを限定する。もっとも簡単な構造の正の温度係数のポリマー材料は、正の温度係数のポリマー材料を用いており、従来の2面型のプリント回路基板(PCB)と同様に、ポリマー材料の対向する両側面の各々に、導電性の金属ホイルを設けている。そのため、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの開発は、基板の貫通穴を電気めっきすることによって電極を形成するプリント回路基板プロセスに基づいたものである。
図1〜図7は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造のフローチャートを示す。先ず図1を参照して、正の温度係数のポリマー材料層を有する原料基板100が設けられる。基板100の2枚の対向する側面の各々の上に、導電性の金属ホイル102を形成する。
次いで、図2および図3を参照して、自動穴あけ機を用いて貫通穴104を形成し、次いで、これらの貫通穴の内壁を電気めっきして導電性層106を形成し、これにより、原料基板100の両側面上に導電性の金属ホイル102を接続する。
図4および図5を参照して、フォトリソグラフィーと、プリント回路基板プロセスにおけるエッチングとを用いて、導電性の金属ホイル102上に複数のトレンチ107を形成し、これにより、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの本体を形成する。その後、主要構造の両側の上に絶縁半田マスク108を形成する。
最後に、図6および図7を参照して、切断線に沿って基板100全体を複数の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスに切断する。
従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの端子電極は、貫通穴プロセスおよび電気めっきプロセスによって主に形成される。基本的には、基板の両面上の導電性の金属ホイルは、貫通穴の内壁上に形成された導電性層を介して相互接続される。電極のサイズに限界があるため、貫通穴の直径も限定され、その結果、端子電極の抵抗性能に影響が出る。
従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを形成するプロセスにおいて、正の温度係数のポリマー原料基板の領域は特定のレベルまでにしか拡大することができず、実際のプリント回路基板プロセスにおいて用いられる基板と比較して、未だに領域に大きな差がある。そのため、プリント回路基板プロセスを完全に用いて表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する際、プロセスを調節し、コストを考慮することが必要となっている。
その上、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの端子電極を形成する際に自動穴あけ装置と貫通穴を電気めっきする装置とが必要になるため、これらの装置にさらにコストが必要となる。一方、新規のプロセスを用いる場合、再学習が必要となる。
上記を鑑みて、本発明の目的は、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造と、その製造方法とを提供することである。本デバイスの端子電極は、貫通穴プロセスおよび電気めっきプロセスを用いずに形成することが可能である。本デバイスは、既に大量生産において用いられている受動型抵抗器の端子電極の構造の製造プロセスを用いて、効率的かつ経済的に製造することが可能である。
本発明の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの端子電極の構造は、2つの端部を有する原料基板であって、両表面の各々の上に、パターニングされた金属ホイルが形成される、原料基板と、原料基板を囲む絶縁層であって、原料基板の2つの端部上のパターニングされた金属ホイルの切断部位が露出する、絶縁層と、原料基板の両端部上に構成された2つの端子電極であって、2つの端子電極はそれぞれ、絶縁層と原料基板の2つの端部上に露出したパターニングされた導電性の金属ホイルの切断部位とを囲み、かつ、露出したパターニングされた導電性の金属ホイルに電気的に接続するための5つの導電面を有する、端子電極と、を備え、それにより上記目的が達成される。
原料基板は、少なくとも正の温度係数のポリマー材料層を有してもよい。
原料基板は、正の温度係数のポリマー層と、互いに積み重ねられた複数の導電性の金属ホイル層とを押圧することによって形成されてもよい。
原料基板は、3つの正の温度係数のポリマー層と、互いに積み重ねられた4つの導電性の金属ホイル層とを押圧することによって形成されてもよい。
パターニングされた導電性の金属ホイルは、原料基板の部分を覆い、原料基板の端部は露出してもよい。
原料基板の端部を覆う絶縁層を用いて、パターニングされた導電性の金属ホイル層を端子電極から電気的に絶縁させてもよい。
各端子電極は、原料基板の1つの端部上に配置され、パターニングされた導電性の金属ホイルの露出した切断部位に電気的に接続された導電性ペーストと、ニッケル層およびスズ/鉛合金層を含み、導電性ペースト上に配置されかつ導電性ペーストに電気的に接続される半田層と、をさらに備えてもよい。
本発明の方法は、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法であって、2つの端部を有する原料基板を提供する工程であって、原料基板の2つの端部の各々の上に、パターニングされた金属ホイルが設けられる、工程と、原料基板を切断して、複数のストリップ形状の構造部分を有する格子形状の基板を形成する工程と、絶縁層を形成する工程であって、絶縁層は、格子形状の基板を囲み、ストリップ形状の構造部分の両端部に近接したパターニングされた金属ホイルの部分を露出させる、工程と、格子形状の基板のストリップ形状の構造部分を切断して複数のチップにする工程であって、チップはそれぞれ2つの切断部位を有する、工程と、2つの切断部位のそれぞれの上に2つの端子電極を形成する工程であって、2つの端子電極は、絶縁層と、パターニングされた導電性の金属ホイルの部分を露出させる2つの切断部位とを覆い、2つの端子電極は、パターニングされた導電性の金属ホイルの部分を露出させる2つの切断部位に電気的に接続される、工程と、を包含し、そのことにより上記目的が達成される。
原料基板は、少なくとも正の温度係数のポリマー材料層を備えてもよい。
原料基板は、正の温度係数のポリマー材料層と、互いに交互に積み重ねられた複数の導電性の金属ホイル層とを押圧することにより形成されてもよい。
原料基板は、3つの正の温度係数のポリマー材料層と、互いに交互に積み重ねられた4つの導電性の金属ホイル層とを押圧することにより形成されてもよい。
パターニングされた導電性の金属ホイルは、パターニングされた導電性の金属ホイルを複数の領域に分割させる複数のトレンチを有してもよい。
絶縁層をトレンチに追加して、端子電極をパターニングされた導電性の金属ホイルから電気的に絶縁させてもよい。
絶縁層は、浸漬プロセスまたは印刷プロセスによって形成されてもよい。
原料基板の2つの端部上に導電性ペーストをコーティングする工程であって、導電性ペーストは、パターニングされた導電性の金属ホイルの部分を露出させる1つの切断部位に電気的に接続される、工程と、導電性ペースト上に半田層を形成し、半田層を導電性ペーストに電気的に接続させる工程であって、半田層は、ニッケル層およびスズ/鉛合金層を含む、工程と、をさらに包含してもよい。
半田層は電気めっきによって形成されてもよい。
上記の目的を達成するために、本発明は、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造およびその製造方法において、原料基板(母材基板)を提供する。原料基板の2つの側面それぞれの上に、パターニングされた導電性の金属ホイルを形成する。次いで、原料基板を切断して、複数のストリップ形状の構造部分を有する格子形状の基板を形成する。絶縁層を形成して、格子形状の基板全体を封入し、これにより、ストリップ形状の構造部分の端子上のパターニングされた金属ホイル層の部分を露出させる。次いで、格子形状の基板のストリップ形状の構造部分を複数のチップに切断して、各チップが2つの切断部位を有するようにする。最後に、各チップの両方の切断部位上に2つの端子電極を形成する。各端子電極は、導電性ペーストおよび半田層を含む。この半田層は、ニッケル層およびスズ/鉛の合金の層を含む。導電性ペーストは、導電性の金属ホイルの部分を露出させる切断部位に電気的に接続される。次いで、半田層を導電性ペーストに電気的に接続させる。各端子電極は、5つの導電面を有する。
本発明において、各チップの2つの切断部位に複数の改変を行うことが可能である。例えば、切断部位に近接するチップの端部上の絶縁層部分を除去して、パターニングされた導電性の金属ホイルの部分を露出させる。端子電極を後で形成すると、露出した導電性の金属ホイルと端子電極との間の接触領域が増加する。その結果、デバイスの抵抗性および密着性の性能が大幅に向上する。
さらに、本発明の5つの接触表面をそれぞれ有する端子電極は、従来技術の端子電極と全く異なる。本発明の端子電極の構造を用いると端子電極の接触領域が大幅に増加するため、デバイスの電気的および密着性の性能が効率的に向上する。
本発明は、以下に述べる説明および添付の図面から、より深く理解される。これらの説明および図面は、ひとえに好適な実施形態を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
主な構成要素の参照符号のリストを以下に示す。
100 原材料基板
102 導電性金属ホイル
104 貫通穴
106 接続導体
108 絶縁半田マスク
110 切断線
200 原材料基板
202 導電性金属ホイル
204 トレンチ構造
206a 切断線
206b 切断線
206c 切断線
210 格子形状の基板
212 絶縁層
214 切断線
216 チップ
218 端子電極
図8〜図11、図12Aおよび図13Aは、本発明の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示し、図8〜図11、図l2Bおよび図13Bは、本発明の別の好適な実施形態による、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す。先ず、図8を参照して、原料基板200(例えば、正の温度係数のポリマー材料層(polymer positive temperature coefficient
material layer))を提供する。原料基板200の対向する両面のそれぞれの上に、導電性の金属ホイル202(例えば、銅ホイルまたはニッケルホイル)を形成する。
次いで図9を参照して、原料基板200の両面上の導電性の金属ホイル202をパターニングして、フォトリソグラフィープロセスおよびエッチングプロセスまたは通常の切断プロセスなどを用いて金属ホイル202の内部に複数のトレンチ204を形成し、これにより、プリント回路基板の製造において、導電性の金属ホイル202のうち不要な部分を除去する。その後の大量生産および切断を容易にするために、(例えば、切断線206a、206bおよび206cに沿って)原料基板200の両面上の複数のトレンチ204のアライメントを乱す。
ここで図10を参照して、複数のトレンチ204を有する原料基板200に切断または打抜を行って、複数のストリップ形状の構造部分208を有する格子形状の基板210を形成する。打抜によって形成される格子形状の基板210の数は、原料基板200の領域によって異なる。例えば、2つの格子形状の基板210が形成される。
次いで、図11、図12Aおよび図l2Bを同時に参照して、格子形状の基板210の複数のストリップ形状の構造部分208を、絶縁層212によって封入する。パターニングされた導電性の金属ホイル202および原料基板200の部分を、ストリップ形状の構造部分208の2つの端部上のみにおいて露出させる。絶縁212の形成は、例えば、浸漬プロセスまたは印刷プロセスによって行なわれる。その後、格子形状の基板210のストリップ形状の構造部分208を切断して、切断線214に沿った複数のチップ216を得る。
各チップ216は、2つの切断端部を有する。図l2Aおよび図l2Bに示すように、2つのチップ216の端部構造を用いて、それぞれが5つの導電面を有する2つの端子電極218の処理(図12Aおよび図12Bでは図示せず)を容易化する。図12Aは、図12Bのチップ216の別の構造を示し、1つの切断部位に近接する絶縁層212の部分を除去して、パターニングされた導電性金属ホイル202の部分を露出させる。その結果、その後に形成された端子電極218(図示せず)とパターニングされた導電性の金属ホイル202との間の接触領域が増加して、これにより、デバイスの電気的性能が向上する。
次いで、図l3Aおよび図13Bを参照して、図12Aおよび図12Bの各チップ216の両端部上に端子電極218を形成する。各端子電極218の構造は、例えば、導電性ペーストおよび半田層を含む。導電性ペーストは、例えば、チップ216の一方の端部と、チップ216の端部に隣接する絶縁層212の一部との上に配置され、露出した導電性の金属ホイル202に電気的に接続される。半田層は、例えば、同じ配置で導電性ペースト上に形成される。すなわち、半田層は、導電性ペーストと同様に配置され、導電性ペーストに導電する。導電性ペーストおよび半田層として形成された端子電極218は、例えば、5つの導電面の構造を有する。図13Aおよび図13Bにおいて、チップ216がそれぞれ、2つの5導電面端子電極218を有している様子が図示されている。それぞれわずか3つの導電面を有する従来の端子電極と比較して、2つの端子電極218はそれぞれ、5つの導電面の構造を有し、これは、接触領域を大幅に増加させる。従って、端子電極218は、抵抗および密着性において優れた性能を有する。
最後に、図14および図15を参照して、原料基板が2つの正の温度係数のポリマー材料層と3つの導電性の金属ホイル層とによって構築されている様子と、本発明の別の好適な実施形態によって、原料基板が3つの正の温度係数のポリマー材料層と4つの導電性の金属ホイル層とによって構築される様子とが図示されている。図9の原料基板200の代わりに、複数の正の温度係数のポリマー材料層200と、複数の導電性の金属ホイル202とによって構築された原料基板を用いる。複数の層の構造を用いると、デバイスの抵抗が低減し、有効接触領域が増加することにより、抵抗および密着性の性能が向上する。
複数の正の温度係数のポリマー材料層200および複数の導電性の金属ホイル202によって構築された原料基板を、押圧によって形成する。さらに、この方法によってプロセスの複雑性が低減し、その結果、コスト要件が満たされる。
要約すると、本発明による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造およびその製造方法は、以下の利点を有する。
1.本発明の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造において、デバイスの両端部上に端子電極を形成し、それと同時に、貫通穴中に形成された導体を用いて、従来のデバイスにおける端子電極として機能させる。さらに、本デバイスを包囲する絶縁層を本発明のデバイスに設けて、デバイスの信頼性を向上させる。一方、本発明において、5つの導電面の構造をそれぞれ有する端子電極をデバイスの両端部上に形成するため、有効接触領域が大幅に増加することにより、端子電極の抵抗が低減し、端子電極の密着性が増加する。
2.本発明の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造において、端子電極の形成を、従来の貫通穴プロセスおよび電気めっきプロセスの代わりに、大量製造される受動型抵抗器端子電極構造プロセスを用いて行う。その結果、従来のプロセスが適切かつ経済的に向上する。
3.本発明の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造において、2つまたは3つの正の温度係数のポリマー材料層と、互いに積み重ねられた3つのまたは4つの導電性の金属ホイル層とを用いて原料基板を形成することが可能であるため、形成されたデバイスは、より高い性能を有する。
4.本発明の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造は、従来のデバイスの構造と異なる。本発明と従来技術とは構造が異なるため、本発明と従来技術とはプロセスにおいても大きく異なる。言い換えると、本発明のプロセスは、簡単かつ実行可能である。
本発明は、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造と、その製造方法とに関する。先ず、2つの端部を有する原料基板を提供する。上記原料基板の2つの端部のそれぞれの上に、パターニングされた導電性の金属ホイルを形成する。次いで、上記原料基板を切断して、複数のストリップ形状の構造部分を有する格子形状の基板を形成する。上記格子形状の基板全体を封入する絶縁層を形成して、上記ストリップ形状の構造部分の端部上のパターニングされた金属ホイル層の部分を露出させる。次いで、上記格子形状の基板のストリップ形状の構造部分を切断して、複数のチップにする。各チップは、2つの切断部位を有する。最後に、各チップの切断部位の両方の上に2つの端子電極を形成する。
本発明によれば、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの構造およびその製造方法が提供される。本発明のデバイスの端子電極は、貫通穴プロセスおよび電気めっきプロセスを用いずに形成することが可能である。本デバイスは、既に大量生産において用いられている受動型抵抗器の端子電極の構造の製造プロセスを用いて、効率的かつ経済的に製造することが可能である。
本発明を好適な実施形態を用いて説明してきたが、本開示は、本発明を限定することを意図したものではない。当業者であれば、上述の特許請求の範囲によって決定される本発明の範囲および趣旨の範囲内で、本発明の改変物を作成することができる。
図1は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造工程のフローチャートを示す。 図2は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造工程のフローチャートを示す。 図3は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造工程のフローチャートを示す。 図4は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造工程のフローチャートを示す。 図5は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造工程のフローチャートを示す。 図6は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造工程のフローチャートを示す。 図7は、従来の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスの製造工程のフローチャートを示す。 図8は、本発明の好適な実施形態および本発明の別の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図9は、本発明の好適な実施形態および本発明の別の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図10は、本発明の好適な実施形態および本発明の別の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図11は、本発明の好適な実施形態および本発明の別の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図12Aは、本発明の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図l2Bは、本発明の別の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図13Aは、本発明の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図13Bは、本発明の別の好適な実施形態による表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイスを製造する方法を示す模式図である。 図14は、本発明の好適な実施形態による、2つの正の温度係数のポリマー材料層と、互いに積み重ねられた3つの導電性金属ホイル層とによって構成された原料基板を示す。 図15は、本発明の別の好適な実施形態による、3つの正の温度係数のポリマー材料層と、互いに積み重ねられた4つの導電性金属ホイル層とによって構成された原料基板を示す。
符号の説明
100 原材料基板
102 導電性金属ホイル
104 貫通穴
106 接続導体
108 絶縁半田マスク
110 切断線
200 原材料基板
202 導電性金属ホイル
204 トレンチ構造
206a 切断線
206b 切断線
206c 切断線
210 格子形状の基板
212 絶縁層
214 切断線
216 チップ
218 端子電極

Claims (5)

  1. 2つの端部を有する原料基板を提供する工程であって、該原料基板の2つの端部の各々の上に、ずらして配置された導電性の金属ホイルが設けられ、ずらして配置される、工程と、
    該原料基板を切断して、複数のストリップ形状の構造部分を有する格子形状の基板を形成する工程と、
    絶縁層を形成する工程であって、該絶縁層は、該格子形状の基板を囲み、該ストリップ形状の構造部分の両端部に隣接した該ずらして配置された金属ホイルの一部が露出されることを可能にする、工程と、
    該格子形状の基板のストリップ形状の構造部分を切断して複数のチップにする工程であって、該複数のチップのそれぞれは、2つの切断部位を有する、工程と、
    該2つの切断部位の上に2つの端子電極をそれぞれ形成する工程であって、該2つの端子電極は、該絶縁層と、該ずらして配置された導電性の金属ホイルの一部を露出させる該2つの切断部位とを覆い、該2つの端子電極は、該ずらして配置された導電性の金属ホイルの一部を露出させる該2つの切断部位に電気的に接続される、工程と
    によって製造される、表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイス。
  2. 前記原料基板は、正の温度係数のポリマー材料層を少なくとも有する、請求項1に記載の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイス。
  3. 前記ずらして配置された導電性の金属ホイルが前記原料基板の一部を覆い、前記原料基板の前記2つの端部が露出される、請求項1に記載の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイス。
  4. 前記絶縁層が前記原料基板の端部を覆い、前記絶縁層が前記ずらして配置された導電性の金属ホイル層を前記端子電極から絶縁するために用いられる、請求項1に記載の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイス。
  5. 各端子電極は、
    前記原料基板の一方の端部に配置され、前記ずらして配置された導電性の金属ホイルの露出された切断部位に電気的に接続された導電性ペーストと、
    ニッケル層およびスズ/鉛合金層を含む半田層であって、該導電性ペースト上に配置され、該導電性ペーストに電気的に接続された半田層と
    をさらに備えている、請求項1に記載の表面実装型のリセット可能な過電流保護デバイス。
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