JP2008235943A - 電気的なアッセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】回路構成部品を接続する電気導線を付加することなく、加熱の影響のない電気的なアッセンブリを提供する。
【解決手段】回路保護ディバイスにおける層状の電気的なディバイスにおいて、両者間にＰＴＣ素子を備えた２つの層状電極と、ディバイス厚を通過し、２つの電極の一方にしか接触しないクロス導電部材とを設ける。これにより、ディバイスの同じ側からの両電極への接続が可能となる。また、分割を伴い、アッセンブリから相当数のディバイスを作製することを可能となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、電気的なアッセンブリに関する。
多くの電気的なディバイスが、２つの層状電極と、それらの間に挾み込まれた、例として、(例えば、抵抗器又はバリスタ(varistor)内にあるような)抵抗素子がある導体である、もしくは、(例えば、コンデンサー内にあるような)不導体である電気素子とを有している。このタイプの特に有用なディバイスは、２つの層状電極と、上記電極の間に挾み込まれた、ＰＴＣ特性を示す層状抵抗素子とを備えた特定の回路保護ディバイスにおいては、ＰＴＣ(positive temperature coefficient)特性を示す抵抗素子を有する。ＰＴＣ抵抗素子は、導電ポリマー(polymer)又はセラミック、例えば、ドープ(doped)されたバリウムチタネート(barium titanate)から成り得る。ここでは、“導電ポリマー”という用語が、ポリマーと、その中で分散された(さもなければ、分布された)、粒状の導電充填剤とを含有している組成物を表すために用いられている。
米国特許第４２３７４４１号明細書 米国特許第４３１７０２７号明細書 米国特許第４２３８８１２号明細書
そのようなディバイスのほとんどにおいては、そのディバイスが、例えば、回路基板の穴部に配設された他の回路構成部品に接続され得るように、電気導線が、各層状電極に固定される。導線の付加は、付加的な消費であり、また、通常、特に導電ポリマー部材に対して、(しばしば、抵抗の変化により明白になる)ダメージを生じさせ得る(例えば、はんだ付け又は溶接の間の)加熱を必然的に伴う。
後者の問題は、導電ポリマーが再度加熱される場合に、導線が他の回路素子に接続される場合に、特に、導線がはんだ付け工程によってプリント回路基板に接続される場合に、極めて深刻である。そのようなディバイスが、プリント回路基板に取り付けられるものである場合に生じ得る更に別の問題は、それらが、所望されるよりも一層回路基板から突出することである。
本発明に関し、２つの電極間の層状電気素子を有するディバイスにおいて、電気素子を通過し、物理的に且つ電気的に一方の電極(“第１電極”)に接続されるが他方の電極(“第２電極”)に接続されない横方向の導電部材の存在によって重要な有用性が得られることが判った。そのような横方向の導電部材(ここでは、しばしば、クロス導体と呼称される)の存在は、上記ディバイスの反対側からの第１電極への電気的な接続を可能とする。その上、導電部材が、ディバイス周辺を通過するというよりむしろディバイスを貫通するので、そのようなディバイスは、様々な作業ステップが、複数のディバイスに対応し、また、工程の最終ステップとして複数のディバイスに分割されるアッセンブリの上で行なわれるプロセスによって作られ得る。この方法で、ディバイスを作製するための能力は、ディバイスの所望サイズ(つまり、抵抗)が小さくなるにつれて、益々重要になる。従って、この発明は、回路基板上に、また、ディバイスのサイズ及び抵抗がより小さくなればなるほど良好である別の環境に、取り付けられるべきディバイスを作製するのに、特に有用である。例えば、この発明は、約０．０２平方インチ(１３平方ミリメートル)の、あるいは、それより小さい表面領域を有する回路保護ディバイスをつくるのに使用され得る。
好適な態様においては、この発明は、(１)(a)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、(b)第１面及び第２面を有し、(c)第１面と第２面との間に通る開口を規定するＰＴＣ抵抗素子と;(２)(a)ＰＴＣ素子により規定された開口の内部に位置し、(b)ＰＴＣ素子の第１面と第２面との間に通り、(c)ＰＴＣ素子に固定される横方向の導電部材と;(３)(a)上記ＰＴＣ素子の第１面に固定され、(b)横方向の導電部材に物理的に且つ電気的に接続される第１の層状導電部材とを有している新規なアッセンブリを提供する。
この新規なアッセンブリは、(ｉ)接続の準備が整った電気的なディバイス(上記第１層状導電部材が、そのとき第１電極を備えており、ディバイスはまた、クロス導体に電気的に接続されない第２電極を有している)であるか、もしくは(ii)(もし必要ならば、更に別の工程後に)各々が少なくとも１つのクロス導体を有する複数の電気的なディバイスに分割され得る構造物であって構わない。
また別の好適な態様においては、この発明は、(Ａ)面上に第１及び第２の導電トレース(traces)を有するプリント回路基板と、(Ｂ)(１)(a)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、(b)第１面及び第２面を有する層状ＰＴＣ抵抗素子と;(２)ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１の層状電極と;(３)ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２の層状電極と;(４)(a)ＰＴＣ素子の第２面に固定され、(b)第２電極から距離を隔てられた付加的な層状導電部材と;(５)(a)開口の内部に位置し、(b)第１電極及び付加的な導電部材に物理的に且つ電気的に接続される横方向の導電部材とを備えた電気的なディバイスとを有する電気的なアッセンブリを提供する。
上記ＰＴＣ素子,第１電極及び付加的な層状導電部材は、ＰＴＣ素子を通じて、第１電極と付加的な導電部材との間に通る開口を規定している;上記電気的なディバイスは、プリント回路基板上に配設されており、そこで、付加的な導電部材へ物理的に且つ電気的に接続された第１の導電トレース及び第２電極へ物理的に且つ電気的に接続された第２の導電トレースに平行である。
また別の好適な態様において、この発明は、(Ａ)複数の電気的なディバイスに対応し、(１)(ｉ)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、且つ、(ii)第１面及び第２面を有する層状ＰＴＣ抵抗素子と、(２)ＰＴＣ素子の第１面に固定された第１層状導電部材と、(３)ＰＴＣ素子の第２面に固定された第２層状導電部材とを有するアッセンブリを提供することと、(Ｂ)ステップ(Ａ)において提供されたアッセンブリの厚さを通じて、規則的なパターンで配列される複数の開口をつくることと、(Ｃ)ステップ(Ｂ)と同時に、もしくは、ステップ(Ｂ)後に、第１層状導電部材に電気的に接触した状態にして、複数の横方向の導電部材を開口の内部に配置することと;(Ｄ)第１導電部材及び第２導電部材の少なくとも１つの予め決められた部分を取り除くことと;(Ｅ)ステップ(Ａ)から(Ｄ)の後に、上記アッセンブリを複数の電気的なディバイスに分割することとを有する電気的なディバイスを製作する方法を提供する。
上記複数の電気的なディバイスは、それぞれ、(１)ＰＴＣ抵抗素子の一部分と、(２)幾つかのディバイスで第１電極を、その他のディバイスで第２電極を規定している、第１層状導電部材の一部分と、(３)幾つかのディバイスで第２電極を、その他のディバイスで第１電極を規定している、第２層状導電部材の一部分と、(４)第２層状導電部材の残余の部分と、(５)該残余の部分及び第１電極に電気的に接続する、少なくとも１つの横方向の導電部材とを有している。
この方法においては、ステップ(Ｄ)は、ステップ(Ｂ)の前又は後に、もしくは、ステップ(Ｃ)の前又は後に行なわれることができる。
ＰＴＣ材料が導電ポリマーである場合には、この方法は、好ましくは、本発明の部分を構成する新規なアッセンブリ、すなわち、 (１) (ｉ)ＰＴＣ特性を示す導電ポリマーから成り、(ii)第１面及び第２面を有する層状ＰＴＣ抵抗素子と、 (２) ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１層状導電部材と、(３)ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材とを有するアッセンブリを使用する。
上記ＰＴＣ素子と、第１及び第２層状導電部材とは、上記アッセンブリの厚さを通過する複数の開口を規定しており、該開口は規則的なパターンで配列されている。
このアッセンブリにおいては、好ましくは、 (a) 上記開口は、複数の直線状に配列され、(b)第１層状導電部材は、互いに且つ上記開口のラインに平行である複数のストリップの形状をしている。
とりわけ、(a)第１導電部材の各ストリップが２本の隣接した開口のラインを有し、(b)上記第２層状導電部材もまた、互いに且つ開口のラインに平行である複数のストリップの形状をしており、各ストリップは、２本の隣接した開口のラインを有しており、一方の開口のラインは、第１導電部材の第１ストリップの範囲内に下りており、他方の開口のラインは、第１導電部材の第２ストリップ範囲内に下りていることが好ましい。
本発明によれば、回路保護ディバイスにおける層状の電気的なディバイスが、両者間にＰＴＣ素子を備えた２つの層状電極と、ディバイス厚を通過し、２つの電極の一方にしか接触しないクロス導体とを有することで、ディバイスの同じ側からの両電極への接続が可能となる。また、これにより、最終ステップとして分割を伴う、相当数のディバイスの各々に対応するアッセンブリ上のそのようなディバイスを作製するためのステップを行うことが可能となる。
以下、本発明は、主に、ＰＴＣ導電ポリマーから成る層状ＰＴＣ素子、及び、上記ＰＴＣ素子に直接に固定された２つの層状電極とを有する、ＰＴＣ回路保護ディバイス及びそのようなディバイスの製造に関し記述される。しかしながら、そのような記述は、状況が許す限り、ＰＴＣ導電ポリマー部材を有する他の電気的なディバイスについて、ＰＴＣセラミック素子を有する電気的なディバイスについて、また、両者間に層状電気素子を備えた２つの層状電極を有する他の電気的なディバイスについて当てはまる。
以下で記述され且つ請求されるように、また、添付図面において示されるように、本発明は相当数の特別な特徴を用いることができる。そのような特徴が、特定の状況においてあるいは特定の組合せの一部分として開示される場合に、それはまた、例えば、２つ又はそれ以上のそのような特徴の他の組合せを含めて、他の状況において、また、他の組合せにおいて、使用されることが可能である。
ＰＴＣ組成物
本発明において使用されるＰＴＣ組成物は、好ましくは、結晶性ポリマー成分と、上記ポリマー成分中に分散された、例えば、カーボンブラック(carbon black)もしくは金属のような導電充填剤を含む粒状充填剤成分とを含有する導電ポリマーである。上記充填剤成分はまた、不導電充填剤を含有していても構わず、該不導電充填剤は、導電ポリマーの電気的特性だけでなく、その物理的特性をも変化させるものである。上記組成物はまた、１つ又はそれ以上の成分、例えば、酸化防止剤,架橋剤,カップリング剤もしくはエラストマー(elastomer)を含有ずることもできる。回路保護ディバイスの使用のために、上記ＰＴＣ組成物は、好ましくは２３℃において、５０オームセンチメートルより小さな、とりわけ１０オームセンチメートルより小さな、特に５オームセンチメートルより小さな抵抗率を有する。この発明で使用する適切な導電ポリマーは、例えば、米国特許番号４２３７４４１号,４３０４９８７号,４３８８６０７号,４５１４６２０号,４５３４８８９号,４５４５９２６号,４５６０４９８号,４５９１７００号,４７２４４１７号,４７７４０２４号,４９３５１５６号及び５０４９８５０号で開示されている。
上記ＰＴＣ抵抗素子は、好ましくは、層状素子であり、少なくとも１つがＰＴＣ材料から成る、１つ又はそれ以上の導電ポリマー部材から構成され得る。導電ポリマー部材が１つ以上存在ずる場合には、例えば、各組成物が、全ディバイスに広がる層状をしている場合のように、好ましくは、異なる組成物を通じて電流が順次に流れる。単一のＰＴＣ組成物が存在し、そして、ＰＴＣ素子の所望厚さが、ただ一つのステップにおいて便宜的に作製され得るそれよりも大きい場合には、所望厚さのＰＴＣ素子が、ＰＴＣ組成物の２つもしくはそれ以上の層、例えば、溶融押出された層を結合すること、例えば、熱及び圧力によって積層化することにより便宜的に作製され得る。１つ以上のＰＴＣ組成物が存在する場合には、ＰＴＣ素子は、通常、異なる組成物の素子を結合すること、例えば、熱及び圧力によって積層化ずることにより作製され得る。例えば、ＰＴＣ素子は、第１のＰＴＣ組成物から成る２つの層状素子と、それらの間に挾み込まれた、第１のものよりも高い抵抗率を有している第２のＰＴＣ組成物から成る層状素子とを有することが可能である。
ＰＴＣディバイスがトリップ(tripped)される場合には、ディバイスにわたってドロップ(dropped)される電圧のほとんどは、通常、ホットライン(hot line),ホットプレーン(hoto plane)もしくはホットゾーン(hot zone)と呼称される、ディバイスの比較的小さな部分にわたってドロップされる。本発明のディバイスにおいては、ＰＴＣ素子は、通常、両電極から距離を隔てられた所望の位置で、ホットラインが形成することを助ける１つ又はそれ以上の特徴を有することが可能である。本発明の使用に関して、この種の適切な特徴は、例えば、米国特許第４３１７０２７号,４３５２０８３号,４９０７３４０号及び４９２４０７２号に開示されている。
層状電極
本発明の特に有用なディバイスは、２つの金属箔電極と、それらの間に挾み込まれたＰＴＣ導電ポリマー部材とを有しており、特に、そのようなディバイスは、回路保護ディバイスとして使用され、２３℃で、一般に５０オームよりも小さな、好ましくは１５オームよりも小さな、より好ましくは１０オームよりも小さな、とりわけ５オームよりも小さな、特に３オームよりも小さな低い抵抗値を有する。好ましくは、適切な箔電極は、特に、米国特許４６８９４７５号及び４８００２５３号に開示されるように、特に、電着ニッケル箔、及び、ニッケルプレートの電着銅箔電極を含んでいる、微かな粗さを有する金属箔電極である。本発明に関して、変更可能な多様な層状ディバイスが、米国特許第４２３８８１２号,４２５５７９８号,４２７２４７１号,４３１５２３７号,４３１７０２７号,４３３０７０３号,４４２６６３３号,４４７５１３８号,４７２４４１７号,４７８０５９８号,４８４５８３８号,４９０７３４０号及び４９２４０７４号に開示されている。上記電極は、所望の熱効果を生じさせるために変更可能である。
開口及びクロス導体
“開口”という用語は、ここで、(a)閉じた断面、例えば、円形,楕円形もしくは一般に細長い形状の断面を有する、もしくは(b)(ｉ)例えば、４分の１の円又は半円あるいは開ロスロットのような断面の最大幅の少なくとも０．１５倍、好ましくは、少なくとも０．５倍、特に、少なくとも１．２倍の深さを有し、及び／もしくは、(ii)断面の両周縁部が互いに平行である箇所の少なくとも一部分を有する開放された凹角の断面を有する開口部のことを意味するために用いられる。
複数の電気的なディバイスに分割され得る本発明のアッセンブリにおいて、上記開口は、通常は、閉塞した断面のものであろうが、もし、１つ又はそれ以上の分割線が、閉じた断面の開口を通過すれば、そのとき、結果的なディバイスの開口は、開放した断面を有するであろう。いかなるそのような開放した断面も、前述で規定されたように、凹角の断面であることが、ディバイスの据付けあるいは使用の際に、クロス導体が損傷しない又は移動しないということを保証するために重要である。
上記開口は円形の穴であっても構わず、また、多くの目的のために、これは、個々のディバイス及びディバイスのアッセンブリの両方において満足なものである。しかしながら、もし、上記アッセンブリが、少なくとも１本の分割線によって横切られる開口を有するならば、細長い開口が、それらが分割線における正確さをあまり必要としないので好適であるかもしれない。
上記開口が分割線によって横切られない場合には、それは、必要な電流容量を有しているクロス導体にちょうど良い位に小さくても構わない。回路保護ディバイスのために、直径が、０．１から５mmの、好ましくは、０．１５から１．０mmの、例えば、０．２から０．５mmの穴が一般に満足なものである。一般に、反対側のディバイスからの第１電極への電気的接続を為すために必要とされるものは、単一のクロス導体のみである。しかしながら、２つ又はそれ以上のクロス導体が、同様の接続を為すために使用されることは可能である。クロス導体の数及びサイズ、つまり、それらの熱容量は、回路保護ディバイスがトリップする速度に多少影響を及ぼし得る。
上記開口は、クロス導体が所定位置に配置される前に形成され得るか、又は、上記開口の形成とクロス導体の配置が、同時に行われることが可能である。好適な処置は、例えば、ドリルやスライシング(slicing)又はいかなる他の適切な技術によっても開口を形成すること、また、それから、鍍金する、さもなければ、開口の内面を被覆する、もしくは、充填することである。鍍金は、無電解鍍金又bbは電解鍍金、もしくは、両者の組合せによってもたらされることが可能である。鍍金は、ただ一層又は複数の層であり、単一の金属あるいは特にはんだのような合金から成り得る。鍍金はまた、しばしばアッセンブリの他の露出された導電面上に形成されもする。もし、そのような鍍金が必要とされなければ、その場合は、他の露出された導電面が、遮蔽されるか、さもなければ、減感される必要がある。しかしながら、一般に、鍍金は、そのような付加的な鍍金が、不利な影響をもたらさないような工程段階で行われる。本発明は、鍍金が、クロス導体だけでなく、ディバイスにおける層状導電部材の少なくとも一部をもたらすことを可能とする手段を有している。
絶縁回路基板じゅうに導体のバイア(via)を作製するために用いられる鍍金技術が、本発明で利用されることが可能である。しかしながら、この発明において、鍍金されたバイアが、他の構成部品との良好な電気的接触を為す必要があるのに対して、鍍金は、単に、ディバイスを通過する電流を伝達するために役立つものである。結果的には、この発明において必要とされる鍍金の質は、バイアに必要なそれよりも劣っていてもよい。
クロス導体を備えるためのまた別の技術は、予め形成された開口に、成形し得る、あるいは、液体の導電組成物を位置させること、そして、もし、望ましいかあるいは必要であれば、所望の特性のクロス導体をもたらすために、組成物が開口内にある間に、上記組成物を処理することである。必要ならば、上記組成物がアッセンブリに粘着しないように、少なくとも幾らかのアッセンブリを予め処理した後に、上記組成物は、例えば、スクリーン(screen)によって開口へ選択的に、もしくは、アッセンブリのすべてに供給されることが可能である。例えば、もし、必要ならば、波動はんだ付けの技術を利用して、例としてはんだがある溶解した導電組成物は、この方法で使用されることが可能であろう;ＰＴＣセラミック素子の開口は、注入された、さもなければ、その場所に凝固された導電セラミックペーストで充填されることができるであろう。
上記クロス導体はまた、例えば、金属のロッド(rod)又はチューブ、例としてリベット(rivet)がある予め形成された素子によっても提供され得る。そのような予め形成された部材が使用される場合には、それがディバイスにおける所定位置に配置されるときに、開口をもたらすことが可能である。
上記クロス導体は、部分的に又は完全に開口を充填し得る。上記開口が部分的に充填される場合には、それは、特に、はんだ付けの工程によって、ディバイスが他の電気的な構成部品へ接続される工程の間に、(完全に充填されるのも含めて)更に充填され得る。このことは、上記開口内及び周囲に付加的なはんだを提供することにより、特に、上記開口内及び周囲にはんだの鍍金を有することにより促進され得る。通常、クロス導体の少なくとも一部分が、ディバイスが他の電気的な構成部品に接続される前に、所定位置に取り付けられることになる。しかしながら、本発明は、例えば、はんだ付けの工程の間にはんだの毛管作用によって、上記クロス導体が、そのような接続工程の間に形成されることを可能とする手段を有している。
アッセンブリ
簡単に上述したように、本発明のアッセンブリは、他の電気的な構成部品への接続用に用意されたディバイスと、(もし、必要ならば、別の工程の後に)複数の電気的なディバイスに分割され得る構造物との両方を含む。
接続用に用意されたディバイスにおいて、(クロス導体が物理的に且つ電気的に接続される)“第１層状導電部材”は、第１電極を規定し、上記ディバイスはまた、一般に、第１電極又はクロス導体に接続されない、第２電極を規定する第２層状導電部材を有している。上記第１及び第２電極は、一般に、直接に又は間接に、層状ＰＴＣ素子の両面に固定されており、上記ＰＴＣ素子の電流負荷部分は、２つの電極の間にある部分である。好ましくは、上記ディバイスはまた、第３層状導電部材をも有する。第３層状導電部材は、(a)開口領域においてＰＴＣ素子の第２面に固定され、(b)クロス導体へ電気的に接続され、(c)第２電極から距離を隔てられる。その結果、この第３部材は、(クロス導体を介する)第１電極への接続が為され、また、クロス導体のみに対するよりも接続を為すのが容易である、導電パッド(pad)を提供している。この第３部材は、好ましくは、特に、２つの層状導電部材とそれらの間のＰＴＣ素子とを有しているアッセンブリの層状導電部材の１つから、層状導電部材の一部分を取り除くことにより形成される残りの部材である;上記導電部材の他の部分は第２電極を規定している。第３部材の形状、及び、第３部材と第２電極との間のギャップの形状は、ディバイスの所望の特性に適合するために、また、生産の簡易性のために変えられることが可能である。その結果、例えば、図１及び図２に示されるように、第３部材は、便宜的に、角形のディバイスの一端側で小さな長方形をしており、長方形のギャップによって第２電極から距離を隔てられる;しかし、他の配置が可能である。例えば、上記第３部材が、閉塞した断面のギャップによって第２電極から隔離された孤立した部分であっても構わない。もし、並列した２つ又はそれ以上のディバイスが必要ならば、ＰＴＣ素子の第１面上にあり、クロス導体を介して接続が為されている単一の第１電極と共に、ＰＴＣ素子の第１面上の、２つ又はそれ以上の第２電極が存在しても構わない。直列した２つ又はそれ以上のディバイスが必要な場合には、あるディバイスの第３部材は、隣接したディバイスの第２電極へ接続され得る;上記ディバイスは、ＰＴＣ導電ポリマー素子の電流の負荷されない部分によって、さもなければ、別の手段で結合され得る。
最も単純なディバイスには、単一の第１電極,単一のクロス導体,単一の第３部材及び単一の第２電極がある。そのようなディバイスが、図１及び図２に示されている。そうしたディバイスの不利な点は、それが、回路基板に正しく配置されなければならないことである。この不利な点は、２つの第３部材(一つが各電極に連結している)と、２つのクロス導体(一つが各第３部材に連結している)とを有ずるディバイスを作ることにより(付加的な素子及び加工費を費やして)克服できる。そのようなディバイスが、図５及び図６に示されている。
この発明の特に好適な実施態様は、１５オームより小さな、好ましくは１０オームより小さな、とりわけ５オームより小さな、特に１オームより小さな抵抗値を有し、(１)(a)２５℃で５０オームーセンチメートルより小さな、好ましくは１０オームーセンチメートルより小さな、特に５オームーセンチメートルより小さな抵抗率を有し、且つ、ＰＴＣ特性を示し、(b)第１面及び第２面を有する層状ＰＴＣ抵抗素子と;(２)ＰＴＣ素子の第１面に接触する第１金属箔電極と;(３)ＰＴＣ素子の第２面に接触する第２金属箔電極と;(４)ＰＴＣ素子の第２面に接触し、第２電極から距離を隔てられた付加的な金属箔導電部材と;(５)(a)金属から成り、(b)上記開口の内部に位置し、(c)物理的に且つ電気的に、第１電極及び上記付加的な導電部材へ接続されている横方向の導電部材とを有する回路保護ディバイスであり、上記ＰＴＣ素子と第１電極及び付加的な導電部材とは、上記ＰＴＣ素子を通じて第１電極と付加的な導電部材との間に通る開口を規定している。
接続に有用な本発明のディバイスは、適切であれば、いかなる寸法にも対応し得る。しかしながら、非常に小さなディバイスが容易に作製され得るということは、本発明の重要な利点である。本発明の好適なディバイスは、せいぜい１２mm、好ましくはせいぜい７mmの最大寸法、及び／又は、せいぜい３０mm2、好ましくはせいぜい２０mm2、特にせいぜい１５mm2の表面領域を有する。
もし、必要ならば、また別の工程の後に、複数のディバイスに分割され得る本発明のアッセンブリにおいて、(a)上記ＰＴＣ抵抗素子は、ＰＴＣ素子の第１及び第２面の間に通る複数の開口を規定し、(b)複数の横方向の導電部材が存在し、各横方向の部材が上記開口の一つの内部に位置し、(c)上記開口及び横方向の部材が規則的なパターンで配列されている。
通常、上記アッセンブリは更に、(３)(a)ＰＴＣ素子の第１面に固定され、(b)物理的に且つ電気的にすべての横方向の部材に接続された第１層状導電部材と; (４)ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材とを有している。
上記横方向の部材はまた、第２層状導電部材へ物理的に且つ電気的に接続され得る。第１及び／又は第２導電部材は、アッセンブリが分割される前に、また、横方向の部材が所定位置に配置される前もしくは後に、好ましくは、複数のストリップの形状で、上記アッセンブリが、該ストリップに平行な線に沿って、第１及び第２電極と、該第２電極とＰＴＣ素子の同じ面上にあるが、第２電極には接続されない第３部材とを有するディバイスに分割され得るように配置される。
プロセス
本発明のディバイスは、いかなる手段によっても作製され得る。しかしながら、本発明の好適な方法は、あらゆる又はほとんどの工程段階を、大きな積層板上で行い、それから、該積層板を、複数の個々のディバイスへ、もしくは、物理的に接続され且つ電気的に互いに接続され得る、比較的小さなディバイスのグループへ、直列に又は並列にもしくはその両方で、分割することによって、非常に経済的にディバイスを作製することを可能とする。上記積層板の分割は、層状導電部材の１つ又は両方を通過する、もしくは、どちらも通過しない、あるいは、ひとつもクロス導体を通過しない、もしくは、幾らか又はすべてのクロス導体を通過する線に沿って行なわれることができる。分割前の工程のステップは、一般に、便宜的であれば、いかなる順序によっても実行され得る。
本発明は添付図面に示されており、そこでは、開口のサイズ及び構成部品の厚さは、明瞭さのために誇張されている。図１は、本発明の回路保護ディバイスの平面図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。上記ディバイスは、第１層状電極１３が取り付けられる第１面と第２層状電極１５が取り付けられる第２面とを備えている層状ＰＴＣ素子１７を有している。電気的に電極１５には接続されない付加的な層状導電部材４９がまた、第２面に取り付けられている。クロス導体５１が、第１電極１３,ＰＴＣ素子１７及び付加的な素子４９により規定された開口の内部に位置している。上記クロス導体は、また、結果的に鍍金工程の間に露出されたディバイスの表面上に鍍金５２をもたらす鍍金工程によって形成された中空管である。
図３及び図４は、図２に類似しているが、金属ロッド(図３)又はリベット(rivet)(図４)の形状をしたクロス導体を示している。
図５は、回路基板にはんだ付けされた本発明の他の回路保護ディバイスの平面図であり、図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図である。上記ディバイスは、図１及び図２で示されたものに類似しているが、それが、回路基板上にどちら向きでも配置されることが可能なように対称にされたものである。その結果、上記ディバイスは、第２電極１５を第２の付加的な素子３５に接続する第２クロス導体３１を有している。該クロス導体は、その開口(及び他の露出面)を、まず、銅で、その後、はんだで鍍金することにより作られる。上記ディバイスは、絶縁基板９上のトレース４１及び４３にはんだ付けされる。はんだ付け工程の間に、上記ディバイス上のはんだ鍍金が流れて開口を完全に充填する。
図７は、図１及び図２に示されているように、相当数の各ディバイスへ分割され得る本発明のアッセンブリの一部の平面図であり、図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。上記アッセンブリは、第１層状導電部材３が取り付けられた第１面と、第２層状導電部材５が取り付けられた第２面とを有している層状ＰＴＣ素子７を有する。上記導電部材３及び５は連続するものでないが、並列したストリップの形状をしており、該ストリップの形状は、対応する連続的な部材から、電極材料のストリップを取り除くことにより、例えば、エッチングすることにより形成される。その材料は、製品における物理的応力のバランスをとるために、互い違いにされたストリップで、アッセンブリの両側から交互に取り外される。エッヂングのステップの前に、規則的なパターンで配列される複数の穴が、ＰＴＣ素子７と層状部材３及び５とに空けられ、上記アッセンブリは、各開口における管状のクロス導体１(及びアッセンブリの他の露出面上の鍍金２)を備えるために鍍金されている。上記アッセンブリは、それをＣと記された線に沿って分割することにより、複数のディバイスにコンバートされることが可能である。アッセンブリの周縁には、ＰＴＣ素子７と層状部材３及び５とに空けられるべき穴を位置設定する場合に、また、分割線Ｃを位置設定する場合に使用するための位置合せ穴４がある。
本発明は、次の実施態様によって説明される。
実施態様
導電ポリマー組成物は、４８．６％の重量を占める高密度ポリエチレン(ユーエスアイ(ＵＳＩ)から入手可能なペトロセンエルビー８３２(Petrothene ＬＢ ８３２))と、５１．４％の重量を占めるカーボンブラック(コロンビアンケミカル(Columbian Chemicals)から入手可能なレイベン４３０(Raven ４３０)とを予め調合し、その調合物をバンバリーミキサー(Banbury mixer)で混合し、混合した配合物をペレット(pellets)にして押出し、そして、０．２５ミリメートル(０．０１０インチ)厚のシートを作製するために、３．８センチメートル(１．５インチ)の押出機を通じて、そのペレットを押出することによって作製された。その押出されたシートは、０．３１×０．４１メートル(１２×１６インチ)の角片に切断され、各々の角片は、０．０２５ミリメートル(０．００１インチ)厚の(フクダ(Fukuda)から入手可能な)電着ニッケル箔の２枚のシートの間に積み重ねられた。その層は、約０．２５ミリメートル(０．０１０インチ)厚のプラク(plaque)を形成するために、熱及び圧力下で積層化された。各プラクが、１０メガラド(Mrad)まで放射線を照射された。各プラクは、約７０００のディバイスを作製するために使用され、それぞれが、図１及び図２で示された配置を有していた。
直径０．２５ミリメートル(０．０１０インチ)の穴は、各ディバイス用に穴を備えるために、規則的なパターンでプラクの厚みを通じて空けられた。各穴は、ばりを取られ洗浄された。ニッケル箔層及び空けられた穴を取り囲む導電ポリマーの両面は、パラジウム(palladium)／銅の溶液を用いて感光性を与えられた。
約０．０７６ミリメートル(０．００３インチ)厚の銅の層は、その感光性を与えられた表面上に無電解鍍金され、それから、０．０２５ミリメートル(０．００１インチ)厚の錫−鉛のはんだの層は、銅の表面上に無電解鍍金された。パターンは、次の標準的なフォトレジスト(photoresist)の工程を用いて、上記プラク上にエッチングされた。第１に、乾燥したフィルム(マイラー ポリエステル(Ｍylar polyester))のレジスト(resist)が、プラクの両表面上に積層化され、その後、図７及び図８に示されたようなパターンを生成するために紫外線を当てられた。第２に、パターンを化学的にエッチングするために、塩化[第二]鉄の溶液が使用された。このステップの間に、上記プラクの各側面上の交互のセクションは、はんだを露出させて、機械的応力の高まりを軽減するために、エッチングされた。第３に、エッチングされたプラクが濯ぎ洗いされ、塗膜が取り剥がされた。
上記プラクは、別々の角形の電気的なディバイスを作製するために、剪断され、さいの目に切られた。各ディバイスは、４．５７×３．０５×０．５１ミリメートル(０．１８０×０．１２０×０．０２０インチ)の寸法を有した。通し穴は、ディバイスの短い方の周縁部から約３．８１ミリメートル(０．０１５インチ)に位置させられた。０．５１×３．０５ミリメートル(０．０２０×０．１２０インチ)の露出された導電ポリマーのストリップは、上記通し穴から０．３８ミリメートル(０．０１５インチ)、ディバイスの短い方の周縁部から１．０２ミリメートル(０．０４０インチ)に位置していた。各ディバイスは約３００ミリオームの抵抗値を有した。
本発明の回路保護ディバイスの平面図である。 図１のII−II線に沿った断面図である。 金属ロッドの形状をしたクロス導体を示す図である。 リベット(rivet)の形状をしたクロス導体を示す図である。 回路基板にはんだ付けされた本発明の他の回路保護ディバイスの平面図である。 図５のVI−VI線に沿った断面図である。 相当数の各ディバイスへ分割され得る本発明のアッセンブリの一部の平面図である。 図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。
符号の説明
３…第１層状導電部材，５…第２層状導電部材，７，１７…層状ＰＴＣ素子，１３…第１層状電極，１５…第２層状電極，４９…付加的な層状導電部材。

Claims (8)

  1. （１）（ａ）ＰＴＣ特性を示す、ポリマー成分と導電充填剤とを含む導電ポリマーから成る抵抗材料から成り、（ｂ）第１面及び第２面を有し、（ｃ）（ｉ）第１面と第２面との間に通る複数の開口であって、それぞれ上記アッセンブリを平面視した場合に（ｉ）細長く、（ｉｉ）全体として矩形をなし、また、（ｉｉｉ）複数の直線状に配列されている開口を規定するＰＴＣ素子と;
    （２）それぞれ（ａ）上記ＰＴＣ素子により規定された開口の１つの内部に位置し、（ｂ）ＰＴＣ素子の第１面と第２面との間に通り、（ｃ）上記ＰＴＣ素子に固定されるとともに、上記開口と規則的なパターンで複数の直線状に配列される複数のクロス導電部材と;
    （３）（ａ）上記ＰＴＣ素子の第１面に固定され、（ｂ）上記クロス導電部材へ物理的に且つ電気的に接続される第１層状導電部材とを有しており、
    複数の回路保護ディバイスに分割され得る、ことを特徴とする電気的なアッセンブリ。
  2. 回路保護ディバイスであるアッセンブリであって、（ａ）上記ＰＴＣ素子が層状素子であり、（ｂ）上記ディバイスが、
    （４）上記ＰＴＣ素子の第２面に固定されておりクロス導電部材に電気的に接続されていない第２層状導電部材を有することを特徴とする請求項１記載のアッセンブリ。
  3. （５）（ａ）上記開口領域で上記ＰＴＣ素子の第２面に固定され、（ｂ）上記クロス導電部材に電気的に接続され、（ｃ）上記第２層状導電部材から距離を隔てられた第３層状導電部材を有している請求項２記載のアッセンブリ。
  4. 上記クロス導電部材が、
    （ａ）上記開口を規定する上記ＰＴＣ素子の表面上の金属鍍金と、
    （ｂ）はんだと、
    （ｃ）予め成形された金属のロッド又はチューブの内の少なくとも１つを有することを特徴とする上記請求の範囲第１項〜請求の範囲第３項のいずれか一に記載のアッセンブリ。
  5. 上記ＰＴＣ素子が導電ポリマーから成る層状素子であり、上記第１層状導電部材が、（ａ）上記ＰＴＣ素子の第１面に固定され、（ｂ）あらゆるクロス導電部材に物理的に且つ電気的に接続され;上記アッセンブリが、更に、
    （３）上記ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材を有することを特徴とする請求項１記載のアッセンブリ。
  6. 上記第１及び第２層状導電部材の各々が、複数の平行なストリップから成ることを特徴とする請求項５記載のアッセンブリ。
  7. （Ａ）（１）（ｉ）ＰＴＣ特性を示す、ポリマー成分と導電充填剤を含む粒状充填剤成分とを含有している導電ポリマーから成る抵抗材料から成り、（ｉｉ）第１面及び第２面を有する、層状ＰＴＣ素子と、
    （２）上記ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１層状導電部材と、
    （３）上記ＰＴＣ素子の第１面に固定される第２層状導電部材と
    を有するアッセンブリを作製し、
    （Ｂ）ステップ（Ａ）で作製されたアッセンブリの厚さを通じて、上記アッセンブリを平面視した場合に（ｉ）細長く、（ｉｉ）全体として矩形をなし、また、（ｉｉｉ）規則的なパターンで複数の直線状に配列される複数の開口を作り、
    （Ｃ）ステップ（Ｂ）と同時に、又は、ステップ（Ｂ）の後に、上記第１層状導電部材と電気的に接触した状態にして、複数のクロス導電部材を開口の内部に配置し、
    （Ｄ）第１及び第２導電部材の内の予め決められた少なくとも一部分を取り除き、
    （Ｅ）ステップ（Ａ）から（Ｄ）の後に、上記アッセンブリを複数の電気ディバイスに分割するステップを有しており、
    上記各ディバイスが、
    （１）ＰＴＣ素子の一部と、
    （２）幾つかのディバイスで第１電極を、その他のディバイスで第２電極を備える第１層状導電部材の一部と、
    （３）幾つかのディバイスで第２電極を、その他のディバイスで第１電極を備える第２層状導電部材の一部と、
    （４）第２層状導電部材の残余の部分と、
    （５）上記残余の部分と第１電極とに電気的に接続する少なくとも１つのクロス導電部材と、を有していることを特徴とする電気ディバイスを作る方法。
  8. （１）（ｉ）ＰＴＣ特性を示す導電ポリマーから成り、（ｉｉ）第１面及び第２面を有する、層状ＰＴＣ素子と、
    （２）ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１層状導電部材と、
    （３）ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材とを有しており、
    上記ＰＴＣ素子と上記第１及び第２層状導電部材が、アッセンブリ厚を通過する複数の開口を規定し、該開口が、上記アッセンブリを平面視した場合に（ｉ）細長く、（ｉｉ）全体として矩形をなし、また、（ｉｉｉ）規則的なパターンで複数の直線状に配列されていることを特徴とするアッセンブリ。
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