JP2008505466A

JP2008505466A - チップ用ヒューズ

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Publication number: JP2008505466A
Application number: JP2007519668A
Authority: JP
Inventors: ブラム，ヴェルネル; フリードリッヒ，ライネル; ヴェルネル，ヴォルフガンク; ヒンリッヒス，ライメル
Original assignee: フィシャイベーツェーコムポネンツベイシュラグゲーエムベーハー
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2008-02-21
Also published as: CN101010768B; KR101128250B1; TWI413146B; US20080303626A1; US20160372293A1; EP1766648A1; DE502005009279D1; DE102004033251B3; EP1766648B1; ATE462194T1; WO2006005435A1; US10354826B2; CN101010768A; TW200612453A; KR20070038143A; US9368308B2

Abstract

【課題】費用的に有利で十分な精度で製造され、融解が正確に限定され得るヒューズとその製造方法を提供すること。
【解決手段】高熱伝導率を有するＡｌ₂Ｏ₃セラミック製のキャリア基盤（１０）に付設され、溶融可能な金属導体（１３）と金属導体（１３）の融点を確実に限定する被覆層（１４）とを備えており、費用的に有利なチップ用ヒューズ（１００）を製造するために、低熱伝導率を有していて前記キャリア基盤（１０）と前記金属導体（１３）との間に、低融点無機ガラスペーストにより形成されスクリーン印刷製法が適用される中間層（１１）又は有機材料からなりアイランドプリントが適用される中間層（１１）が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜技術を用いて付設されて構成される、融解可能な金属導体を有する、Ａｌ₂Ｏ₃セラミック製のキャリア基盤へ付設され、被覆層が備えられている、チップ用のヒューズ及びそのチップを製造するための費用的に有利な製造方法に関するものである。

チップヒューズは、フォトリソグラフィー等の、それらの技術の分野で熟練した既知の製法を採用してセラミック母材上に付設される。ＦＲ−４エポキシド又はポリイミド等の、その他のキャリア素材もまた知られている。通常チップヒューズは６３Ｖまでの電圧のために設計される。

過電圧又は過電流による、電源の機能不全に起因する他の電気部品へのダメージを回避するため、ヒューズを電源に備えることが知られている。そのヒューズは本来キャリア素材と、例えば、銅製、アルミニウム製、又は銀製の金属導体とからなる。融解することなくこの導体に流れ得る電流の強さの最大許容量は、導体の構造と断面により決定される。もしこの限界値を超えると、その電気導体は電気抵抗に起因する熱により融解され下流の電気部品に過大な負荷を与える又は損傷が生じる前に電力の供給が中断される。

厚膜技術を用いたチップヒューズの製造方法において、融解可能な成分からなる接点層はスクリーン印刷に用いるペーストとして低熱伝導率を有する基盤の基部上に付設され、その融解可能な成分からなる層の構造の十分な精度はスクリーン印刷法のみにより不十分に実現される。厚い層状ヒューズのためにはそれゆえ融解可能な成分及び／又は融解可能な金属導体に追加的にレーザー切断を行う工程が必要となる。

一般的には、全面を覆われた、Ａｌ₂Ｏ₃を高い比率で含むセラミック基盤、又は酸化アルミニウムの少ない、低熱伝導率を有する、セラミック基盤が、基盤基部として選択される。いずれのタイプの基盤も、例えば、受動部品の生産に用いられるような、厚膜質の９６％Ａｌ₂Ｏ₃製の一般的なセラミック基盤より非常に高価である。

薄膜技術によるヒューズの製造方法において、融解可能な金属導体は電気化学的な方法又はスパッターにより付着させられる。スパッターされた層のフォトリソグラフィー構成によりこの場合には特に切断及び／又は融解特性が非常に高い精度で達成され、基盤としては酸化アルミニウムが少なく低熱伝導率を有する基材が用いられる。

特許文献１には、薄膜技術によるチップヒューズのための製造方法が開示されており、基盤１１上にヒューズ１４と被覆層１５が配置されている。そのヒューズ１４はフォトリソグラフィーを用いて付設されている。電気導体１４を流れる電流による電気導体１４における熱を浪費しないため基盤１１は低熱伝導率を有しており、それゆえ電気導体１４は好ましく融解する。その電気導体１４は基盤１１と直接接触している。

特許文献２に開示されている銀製の金属導体１４を有するヒューズもまた、低熱伝導率を有する基盤１１上に直接配置されており、金属導体１４は電気メッキ又は厚層として実現される。

特許文献３には低熱伝導率を有するガラスセラミック基板１１と厚膜技術による金属導体１４とを有するヒューズが開示されている。

特許文献４にもまた導体１５の融解領域１７が複雑なレーザー工法により製造されるチップ用ヒューズが開示されている。これにはさらなる時間の浪費と高価な工程手順が要求される

特許文献５には、基盤１０上に抵抗器３０を有するヒューズ抵抗器が開示されており、その抵抗器３０とその基盤１０との間にはさらに抵抗器３０の発熱を蓄積するために蓄熱層４２が配置されている。その融解領域もまたレーザー工法により製造される。

特許文献６には低熱伝導率を有するガラス被覆層２を有する薄膜技術によるヒューズ１０が開示されており、そのガラス層２はセラミック基板１上に配置され、ヒューズ３はガラス層２に付設されている。

特許文献７には複合層の構成を有する薄膜技術によるさらなるヒューズが開示されており、さらに弾性シリコン層６が導体３とガラス層５の上に与えられている

特許文献８には厚膜技術による融解可能な導体とキャリアを有する電気的なヒューズ素子が開示されており、そのキャリアは、特にガラスセラミックといった、乏しい熱伝導率を有する材料からなっている。

特許文献９には表面に装着されたヒューズ装置が開示されており、薄膜状の融解可能な導体が基盤上に配置されており、その基盤は好ましくはＦＲ−４エポキシド又はポリアミドである。

このように、特別なセラミックス又はＡｌ₂Ｏ₃セラミックス及び断熱的な中間層をも用いる薄膜技術によるチップヒューズの製造方法は知られており、特別なセラミックス又は特別なキャリア素材を用いる薄膜技術によるチップヒューズもまた知られている。

ＪＰ２００３／１７３７２８ＡＪＰ２００２／１４０９７５ＡＪＰ２００３／１５１４２５ＡＪＰ２００２／２７９８８３ＡＪＰ２００３／２３４０５７ＡＪＰ０８／１０２２４４ＡＪＰ１０／０５０１９８ＡＤＥ１９７０４０９７Ａ１ＤＥ６９５１２５１９Ｔ２

それゆえ本発明の目的は、費用的に有利で十分な精度で製造され、その融解が正確に限定され得る種類のヒューズを提供することである。さらに、そのヒューズの製造方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明のチップ用ヒューズは、薄膜技術を用いて形成され付設させる融解可能な金属導体（１３）を有するセラミック製のキャリア基盤（１０）上に被覆層（１４）と共に備えられているチップ用ヒューズにおいて、前記キャリア基盤（１０）は高熱伝導率を有するＡｌ₂Ｏ₃セラミックであり、前記中間層（１１）は低熱伝導率を有していて前記キャリア基盤（１０）と前記金属導体（１３）との間に配置されており、該中間層（１１）は低融点無機ガラスペーストであり、好ましくはスクリーン印刷製法が適用され、又は該中間層（１１）は有機材料であり、好ましくはアイランドプリントが適用され、融解可能な前記金属導体（１３）はスパッター又は気相成長法が適用され、リソグラフィー技術を用いて形成されることを特徴としている。

また、前記キャリア基盤（１０）が厚膜質又は薄膜質の酸化アルミニウムセラミックであることが好ましい。

また、前記中間層（１１）上に接着層（１２）が配置されていることが好ましい。

また、前記金属導体（１３）は低抵抗の金属層により形成されていることが好ましい。

また、前記金属導体（１３）は低抵抗のＣｕ，Ａｕ，Ａｇ若しくはＳｎ、又は、Ｃｕ−，Ａｕ−，Ａｇ−若しくはＳｎ−合金により形成されていることが好ましい。

また、前記金属層は真空蒸着法、気相成長法、並びにその他物理的又は化学的な蒸着によりスパッターされることが好ましい。

また、前記金属導体（１３）はポジ型又はネガ型リソグラフィー製法を用いて構成されていることが好ましい。

また、前記被覆層（１４）は前記金属層（１３）上に無機及び／又は有機、特にポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はエポキシドにより形成され、特に複層化可能なことが好ましい。

また、無機障壁層が前記被覆層（１４）と前記金属導体（１３）との間に形成されていることが好ましい。

また、前記ヒューズ（１００）の端部接点（１５）が、特に銅、ニッケル、スズ、又はスズ合金の埋設又は好ましくは電着により形成されていることが好ましい。

また、上記目的を達成するために、本発明のヒューズ用チップの製造方法は、ヒューズ用チップ（１００）の製造方法において、低熱伝導率を有する中間層（１１）はＡｌ₂Ｏ₃セラミック製であり高熱伝導率を有するキャリア基盤（１０）に付設され、前記中間層（１１）はスクリーン印刷製法が適用される低融点無機ガラスペーストにより形成され又は有機材料からなる前記中間層（１１）はアイランドプリントが適用され、金属導体（１３）は前記中間層（１１）に付設され、被覆層（１４）は前記金属導体（１３）に付設されることを特徴とする。

また、前記キャリア基盤（１０）として厚膜質又は薄膜質の酸化アルミニウムセラミックが用いられていることが好ましい。

また、接着層（１２）は前記中間層（１１）に付設されていることが好ましい。

また、前記金属層は好ましくは真空蒸着、気相成長法、並びにその他物理的又は化学的な蒸着によりスパッターされることが好ましい。

前記金属導体（１３）は低抵抗のＣｕ，Ａｕ，Ａｇ若しくはＳｎ、又は、Ｃｕ−，Ａｕ−，Ａｇ−若しくはＳｎ−合金により形成されていることが好ましい。

前記金属導体（１３）はポジ型又はネガ型リソグラフィー法により形成されていることが好ましい。

前記被覆層（１４）は無機及び／又は有機、特にポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はエポキシドにより形成され、また複層化可能なことが好ましい。

また、前記ヒューズ（１００）の端部接点（１５）は、特に銅、ニッケル、スズ、又はスズ合金の埋設又は好ましくは電気メッキにより形成されていることが好ましい。

本発明によれば、費用的に有利で十分な精度で製造され得るものであり、融解が正確に限定され得るヒューズを提供することができる。さらに、そのヒューズの製造方法を提供することができる。

実施例の説明に先立ち本発明の要部について説明する。本発明の要部は、受動部品のための費用的に有利な製造法の長所と薄膜技術及び精確なフォトリソグラフィーの構成の長所とを組み合わせたものであり、Ａｌ₂Ｏ₃セラミック上に薄膜技術及びフォトリソグラフィーの構成を組み合わせ断熱性の中間層を用いることにより実現される。

それゆえ本発明の要部は、いずれも費用的に有利な製法により形成される、高熱伝導率を有するキャリアとして費用的に有利なセラミック基盤と実際に融解可能な金属導体との間に、好ましくはアイランドプリント法が適用される無機ガラスペースト又はアイランドプリントが適用される有機材料からなる中間層を配置することを含む。この中間層の低熱伝導率のため、金属導体に電流が流れることに起因する発熱は、特有の高熱伝導率を有する下方のキャリア基盤を通して浪費されないので、電流の強さが定められた値に達したとき導体は好適に融解する。この中間層は断熱材として用いられる。低融点無機ガラスペーストが好ましくはその中間層として用いられ、その中間層は特にスクリーン印刷法によりキャリア基盤へ付設される。これは低熱伝導率を有する他の基盤に対して重大な利点を提供する。何故ならば、上記の他の基盤は実際には特別な製品としてのみ供給され及び／又は製造され得るのに対して、断熱中間層としてのガラスアイランドの応用により、使用可能な安価な表面構成（厚膜質）のみのものでさえも、今では費用的に有利な標準のセラミックスを使用できるからである。他の実施形態においては、その中間層は、特にアイランドプリントが適用された後、キャリア基盤における熱の効果により当業者に知られた方法により焼き固められて硬化させられるか又は単に硬化させられる有機材料からなる中間層である。この場合、実行が簡単なアイランドプリントにより中間層を任意の形状することができ、Ａｌ₂Ｏ₃セラミックスをキャリア素材として用いることができる。

本発明の利点は、費用的に有利な標準のセラミックと、スクリーン印刷法により費用的に有利に製造され得る断熱性の中間層と、薄膜技術の有する利点と、フォトリソグラフィー式の構成方法とを組み合わせ得ることである。この方法により、不正な電流から電気的な組み立て部品を保護するための高精度で費用的に有利なヒューズを小型化された形態で製造し得る。
本発明の実施形態の利点は、特許請求の範囲に記載した請求項２乃至１０及び請求項１２乃至２０において特徴付けられている。

ヒューズのキャリア基盤として有利に用いられる酸化アルミニウム基盤は、このタイプのセラミック基盤の事実上全ての製造業者から費用的に有利にどのような任意の形状やサイズのものでも得ることができ、例えば、抵抗器製造業者の大量生産において用いられている。このタイプの酸化アルミニウムセラミック基盤は、製造業者により基盤から後に製造されるべきチップの形状に事前に刻み目をいれて予め供給され得る。上記実施形態のいずれにおいても、例えば、後の分離工程中の破断工程において中間層を損傷させることなく既知の方法によりキャリア基盤を分離させるために、製造業者により事前に定められた刻み目の領域に中間層は付設される。

金属導体の中間層への付設を改善するため、無機又は有機の接着用助触媒をスプレー又はスパッターにより中間層に直接付着させ得る。
この有利な実施の形態において、金属導体は精確に融解の生じる融点を定めることのできるように低抵抗の金属層により形成される。

第一の実施形態において、この金属層は中間層及び／又は接着用助触媒層にスパッターにより付設される。そのスパッターされた金属層はキャリア基盤の全面を覆うように付設されると、接着が弱まることになるため、破断により分離工程を行う間に予め付設される領域において金属層の剥離が生じる。低熱伝導率を有する中間層の形をとった断熱性の島に金属層が接触することにより、その接触領域において荒い酸化セラミックへの金属層の良好な接着が確実になされ、これらのガラスの島によりヒューズの領域に滑らかな表面が形成されるため、ヒューズのフォトリソグラフィーの構成を極めて正確に行うことができるが、これと比較して、乏しい熱伝導率を有するセラミック製のキャリア基盤の上面は荒く、正確なフォトリソグラフィーの構成には好ましくない。

所望のヒューズの形状に金属導体を構成するため、ポジ型又はネガ型リソグラフィーによりこれが行われることが提案される。ポジ型リソグラフィー法においては、銅等の金属層は、その層の下に位置する層の全域を覆うように設置され、次に、所望の構成は、例えば、フォトリソグラフィーのようにその層内にエッチングされる。ネガ型リソグラフィー法においては、まずフォトレジストが、下に横たわる層、すなわち、中間層又は接着層の上に、例えば、スプレーされて形成され、その後に所望の方法によりフォトリソグラフィー式に構成される。次に、スパッターされた銅フィルムの如き金属層が、その上に形成され、金属膜をその上に有する残りのフォトレジスト領域が取り除かれる。

ヒューズを防護するため、特に、無機材料からなる障壁層により形成されている、一つ又はそれ以上の被覆層が、金属導体即ち好ましくはヒューズ全域を覆うように付設されている。有機材料からなる被覆層は特にポリアミド、ポリイミド、又はエポキシドであり、また複層化されても良い。

ヒューズの接点として、金属導体の端部接点は、代表的にはニッケル製の金属障壁層と、代表的にはスズまたはスズ合金製のはんだ付け又は接着され得る最終層との電極位置に形成される。

以下に、図面に基づき、本発明を詳細に説明する。

図１は、ヒューズの製造方法の６つの手順を示す図である。

図１に示すヒューズ１００の製造方法において、まず、断熱性の中間層１１は、好ましくは酸化アルミニウムセラミック製のキャリア基盤１０上（手順ａ））に島のような形で形成される（手順ｂ））。金属導体１３の基部への接着を改善するための接着層１２は、この中間層１１とその周囲のキャリア基盤１０に接している（手順ｃ））。次に、所望の方法によりスパッターされフォトリソグラフィー式に刑成された銅層の如き金属導体１３が接着層１２に付設される（手順ｄ））。

この方法によれば、金属導体１３の中央領域におけるウェブの厚さと幅により、最大電流強度が予め定められ、最大電流強度を超えたときにこのウェブが融解し、その他の電気部品は損傷から防護される。また、断熱性の中間層１１により、キャリア基盤１０への熱伝導は強く抑制されるため、ヒューズ１００の融点は正確に限定され得る。

次に、ヒューズ１００を損傷から防護するため、ヒューズ１００及び又は金属導体１３の中央領域は、ポリアミドやエポキシドなどの、有機材料からなる被覆層１４によりコーティングされる（手順ｅ））。そして、接点として、例えば、ニッケルやスズを用いて、金属導体１３の端部接点１５が電気メッキされる（手順ｆ））。

ヒューズの製造方法の６つの手順を示す図である。

符号の説明

１００ヒューズ
１０キャリア基盤
１１中間層
１２接着層
１３金属導体
１４被覆層
１５端部接点

Claims

薄膜技術を用いて形成され付設させられる融解可能な金属導体（１３）を有するセラミック製のキャリア基盤（１０）上に被覆層（１４）と共に備えられているチップ用ヒューズ（１００）において、
前記キャリア基盤（１０）は高熱伝導率を有するＡｌ₂Ｏ₃セラミックであり、低熱伝導率を有している中間層（１１）は前記キャリア基盤（１０）と前記金属導体（１３）との間に配置されており、該中間層（１１）は低融点無機ガラスペーストであり、好ましくはスクリーン印刷製法が適用され、又は該中間層（１１）は有機材料であり、好ましくはアイランドプリントが適用され、融解可能な前記金属導体（１３）はスパッター又は気相成長法が適用され、リソグラフィー技術を用いて形成されることを特徴とするチップ用ヒューズ。
前記キャリア基盤（１０）が厚膜質又は薄膜質の酸化アルミニウムセラミックであることを特徴とする請求項１に記載のチップ用ヒューズ。
前記中間層（１１）上に接着層（１２）が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のチップ用ヒューズ。
前記金属導体（１３）が低抵抗の金属層により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載のチップ用ヒューズ。
前記金属導体（１３）が低抵抗のＣｕ，Ａｕ，Ａｇ若しくはＳｎ、又は、Ｃｕ−，Ａｕ−，Ａｇ−若しくはＳｎ−合金により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズ。
前記金属層が真空蒸着法、気相成長法、並びにその他物理的又は化学的な蒸着によりスパッターされることを特徴とする請求項４に記載のチップ用ヒューズ。
前記金属導体（１３）がポジ型又はネガ型リソグラフィー製法を用いて形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズ。
前記被覆層（１４）は前記金属層（１３）上に無機及び／又は有機、特にポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はエポキシドにより形成され、特に複層化可能なことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズ。
無機障壁層が前記被覆層（１４）と前記金属導体（１３）との間に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズ。
前記ヒューズ（１００）の端部接点（１５）が、特に銅、ニッケル、スズ、又はスズ合金の埋設又は好ましくは電着により形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズ。
チップ用ヒューズ（１００）の製造方法において、
低熱伝導率を有する中間層（１１）は高熱伝導率を有するＡｌ₂Ｏ₃セラミック製のキャリア基盤（１０）に付設され、
前記中間層（１１）はスクリーン印刷製法が適用される低融点無機ガラスペーストにより形成され又は有機材料からなる前記中間層（１１）はアイランドプリントが適用され、
金属導体（１３）は前記中間層（１１）に付設され、
被覆層（１４）は前記金属導体（１３）に付設されることを特徴とするチップ用ヒューズの製造方法。
前記キャリア基盤（１０）として厚膜質又は薄膜質の酸化アルミニウムセラミックが用いられていることを特徴とする請求項１１に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
接着層（１２）が前記中間層（１１）に付設されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
前記金属導体（１３）が低抵抗の金属層により形成されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
前記金属層が好ましくは真空蒸着、気相成長法、並びにその他物理的又は化学的な蒸着によりスパッターされることを特徴とする請求項１４に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
前記金属導体（１３）が低抵抗のＣｕ，Ａｕ，Ａｇ若しくはＳｎ、又は、Ｃｕ−，Ａｕ−，Ａｇ−若しくはＳｎ−合金により形成されていることを特徴とする請求項１４に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
前記金属導体（１３）がポジ型又はネガ型リソグラフィー法により形成されていることことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
前記被覆層（１４）が無機及び／又は有機、特にポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はエポキシドにより形成され、また複層化可能なことを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
無機障壁層が前記被覆層（１４）と前記金属導体（１３）との間に形成されていることを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズの製造方法。
前記ヒューズ（１００）の端部接点（１５）が、特に銅、ニッケル、スズ、又はスズ合金の埋設又は好ましくは電気メッキにより形成されていることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載のチップ用ヒューズの製造方法。