JP3073003U - 表面実装型電気装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 部品の寸法安定性を大幅に増大させ、熱拡散
が配線幅や周辺状況によって影響されやすいという従来
の表面実装型抵抗装置の欠点を解消する。 【解決手段】 本考案は正温度係数装置等従来の感熱性
抵抗装置の上下両面に平板状の電極膜を配置して外側電
極層とカスケード接続する正温度係数装置や負温度係数
装置等の新規な感熱性抵抗装置に関する。複数の配線間
通路１３，１５がどの平面にも接続するよう導電性材料
２０，２２で電気めっきされている。これにより、本考
案の装置をプリント回路基板に有利に表面実装すること
ができる。
が配線幅や周辺状況によって影響されやすいという従来
の表面実装型抵抗装置の欠点を解消する。 【解決手段】 本考案は正温度係数装置等従来の感熱性
抵抗装置の上下両面に平板状の電極膜を配置して外側電
極層とカスケード接続する正温度係数装置や負温度係数
装置等の新規な感熱性抵抗装置に関する。複数の配線間
通路１３，１５がどの平面にも接続するよう導電性材料
２０，２２で電気めっきされている。これにより、本考
案の装置をプリント回路基板に有利に表面実装すること
ができる。
Description
【０００１】
本考案は、主としてプリント回路基板に利用され過負荷電流や温度の異常変動 を検知してプリント回路基板上の素子を保護する、正温度係数素子、負温度係数 素子などの表面実装型感熱性抵抗装置に関する。
【０００２】
ポリエチレンなどの有機重合体とカーボンブラック、金属粒子、金属粉などの 導電性材料とからなる導電性合成材料には多くの用途がある。その中で最も傑出 した用途は非線形正温度係数装置の抵抗値を変動させることである。正温度係数 装置の特性は回路を過熱や閾値を越える電流による損傷から保護するよう電子部 品や電気装置を設計するために利用することができる。
【０００３】 すなわち、正温度係数材料の抵抗値は、常温では非常に低いが、温度が閾値を 越えたり大きなサージ電流が流されたりすると直ちに３桁以上も上昇する。この 抵抗変動特性は過電流を効果的に抑制または低下させて回路を焼損から保護する 。正温度係数装置のもう１つの利点は、温度が常温に復帰したときあるいは過電 流がなくなったときに抵抗値が再び元の作動状態まで低下することである。一度 しか作動できず作動後に交換する必要がある普通のフューズとは異なり、正温度 係数装置は何度も作動し簡単にリセットさせることができる。このリセット可能 な特徴のゆえに、正温度係数装置は高集積電子回路内で大いに使用されている。
【０００４】 それにもかかわらず、最近の高集積回路設計は、回路基板上の全ての要素を小 型・薄肉・軽量化して回路基板に対して表面実装可能にすることを要求する傾向 にある。したがって、一対の導電性金属箔電極を備えた導電性高分子材料製正温 度係数装置が表面実装型部品として多数設計されている。例えば、米国特許5089 801号には、正温度係数装置とその上下両面の電極に接着された一対の導電性金 属端子とが開示されている。この従来の正温度係数装置を製造する場合、その大 きな短所は導電性金属端子と正温度係数装置の上下両面の平板状電極との間の接 着安定性にある。すなわち、上記従来の装置の短所は、正温度係数装置と一対の 導電性金属端子との接続がリフロー処理に耐え得るほど堅固ではなく常に断路が 発生するという点である。
【０００５】 米国特許5864281号には、正温度係数層が出現するまで設計パターンに基づい て正温度係数装置両面の導電性金属箔からなる電極をエッチングする方法が開示 されている。正温度係数装置は、その後、エッチング溝に沿って外力によって粉 砕されることにより抵抗体を形成する。この米国特許では、正温度係数装置が上 記粉砕処理によって形成されることが強調されている。したがって、正温度係数 装置には破断された端縁が残ることになる。しかしながら、この特許は、正温度 係数装置の構造を変えることによって熱伝導の問題を解決する方法を教示してい ない。
【０００６】 米国特許5831510号および5852397号は上記と異なる構成の正温度係数装置を開 示している。すなわち、その一対の電極の構成が上部電極を導電性材料による電 気めっきを介して下部電極に接続した従来のプリント回路基板の構成と同じにな っている。これら米国特許の構成は、一対の平板状導電性金属端子をなくすこと によって上記米国特許5089801号の短所を克服することができる。
【０００７】
しかしながら、上記プリント回路基板と同じ電極構成の従来の正温度係数装置 には以下の克服すべき問題があった。
【０００８】 （１） 上記装置は高い熱伝達率を示し、したがって、装置の抵抗値がプリン ト回路基板の配線幅、配線厚、配線位置など周囲の状況に強く影響される。その ため、常態（未作動状態）から作動状態への抵抗値変動の大きさが予測不可能に なり制御することが困難であった。
【０００９】 （２） 金属電極と導電性有機重合体材料との間で熱膨張係数が異なるため、 正温度係数装置内部の応力が不均一である。その結果、金属電極は使用中に剥離 を起こしやすく、その電気的な機能を失ってしまっていた。
【００１０】 （３） 装置上下両端の表面の各電極箔を各表面ごとにエッチングにより２つ の部分に分離形成する必要があるので、有効面積が少なくなっていた。
【００１１】 したがって、本考案の目的は上記従来技術の欠点を解消して表面実装用の新規 な感熱性抵抗装置を提供することである。
【００１２】
上記の目的を達成するため、本考案は新規な構成と方法を導入した。本考案は 、正温度係数装置等通常の感熱性抵抗装置の両平面側の電極膜を外側電極層とカ スケード接続するよう配置する表面実装用電気装置を提案するものであり、導電 性材料で電気めっきされた複数の配線間通路がどの平面にも接続するように使用 されている。それにより、本考案にかかる装置はプリント回路板に有利に実装す ることができる。
【００１３】 具体的に、本考案にかかる表面実装型電気装置は主として 導電性粒子が分散された高分子材料からなり、正温度係数特性または負温度係 数特性を有するとともに、互いに対向する第１面及び第２面とそれぞれ該第１面 から第２面に延び互いに対向する第１端面及び第２端面とを備えた薄板状抵抗体 と、 上記薄板状抵抗体の第１面に設けられ上記第１端面に延びる第１導電体と、 上記薄板状抵抗体の第２面に設けられ上記第２端面に延びる第２導電体と、 上記第１導電体上に設けられ上記薄板状抵抗体の第２端面に延びる第１絶縁膜 と、 上記第２導電体上に設けられ上記薄板状抵抗体の第１端面に延びる第２絶縁膜 と、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第２絶縁膜上に配置され た一対の金属箔を有しており、上記配線間通路が上記第１端面に沿って上記一対 の金属箔と第１導電体とに接続された導電膜を有している第１電極と、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第２絶縁膜上に配置され た一対の金属箔を有しており、上記配線間通路が上記第２端面に沿って上記一対 の金属箔と第２導電体とに接続された導電膜を有している第２電極とを備えてい る。
【００１４】 さらに、上記第１及び第２絶縁膜上には、上記第１及び第２絶縁膜上にそれぞ れ配置されて上記第１電極と第２電極とを絶縁するはんだマスク等の一対の絶縁 体を設けることもできる。
【００１５】 また、本考案に係る表面実装型電気装置は、少なくとも２層の導電性抵抗装置 を組み合わせた多層抵抗装置であって、 導電性粒子が分散された高分子材料からなり、正温度係数特性または負温度係 数特性を有するとともに、互いに対向する第１面及び第２面とそれぞれ該第１面 から第２面に延び互いに対向する第１端面及び第２端面とを備えた薄板状抵抗体 と、上記薄板状抵抗体の第１面に設けられ上記第１端面に延びる第１導電体と、 上記薄板状抵抗体の第２面に設けられ上記第２端面に延びる第２導電体と、上記 第１導電体上に設けられ上記薄板状抵抗体の第２端面に延びる第１絶縁膜と、上 記第２導電体上に設けられ上記薄板状抵抗体の第１端面に延びる第２絶縁膜とを 備えた第１抵抗アセンブリーと、 上記第１抵抗アセンブリーと同じ構成を有し該第１抵抗アセンブリーに積み重 ねられた少なくとももうひとつの第２抵抗アセンブリーと、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第２抵抗アセンブリー上 に配置された一対の金属箔を有しており、上記配線間通路が上記第１端面に沿っ て上記一対の金属箔と第１導電体とに接続された導電膜を有している第１電極と 、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第２抵抗アセンブリー上 に配置された一対の金属箔を有しており、上記配線間通路が上記第２端面に沿っ て上記一対の金属箔と第２導電体とに接続された導電膜を有している第２電極と を備えている。
【００１６】 さらに、上記第１及び第２抵抗アセンブリー上には、上記第１及び第２抵抗ア センブリー上にそれぞれ配置されて上記第１電極と第２電極とを絶縁するはんだ マスク等の一対の絶縁体を設けることもできる。
【００１７】
従来技術と異なり、本考案は、接着によって少なくとも１個の２層構成の抵抗 装置を構成し、表面実装用抵抗の熱拡散が回路基板の配線幅や周辺の状況に敏感 であるという従来構成の欠点をなくす新規な方法を教示している。応力の不均一 、正温度係数抵抗アセンブリーの曲がりやすさ、金属箔電極と導電性高分子材料 との間の熱膨張係数の差による抵抗値の変動などの他の欠点は、X−Y軸の寸法安 定性が良い本考案にかかる設計用装置によって克服することができる。米国特許 5831510号および5852397号等の従来の構成では、電極の各辺がエッチング線を有 することになり、その結果、有効面積の減少を招いていた。しかしながら、本考 案は抵抗体の第２及び第１端面をそれぞれ取り囲む第１及び第２導電体の小さな 領域をエッチングするのみである。この構成によれば、有効面積を増大させて素 子のインピーダンスを低下させることができる。多数の層を並列接続して多層構 成の装置を形成すれば、その最終抵抗値を低減させることができる。この最終抵 抗値は、１番目の抵抗アセンブリー層ないしｎ番目の抵抗アセンブリー層の抵抗 値をそれぞれR1ないしRnで表すとき、１/R1、１/R2、１/R3、…、１/Rnの総和の 逆数に等しい。
【００１８】
本考案の好ましい実施の形態にかかる表面実装型感熱性抵抗装置を図１ないし 図３に示す。図１は本考案の一実施形態にかかる電気装置の側面図であり、図１ の電気装置は主として、薄板状の抵抗体１０と、第１及び第２絶縁膜１４ａ，１ ４ｂと、第１及び第２導電体１２ａ，１２ｂと、導電膜２０，２２にそれぞれ結 合された外側電極１６，１８とを備えている。
【００１９】 抵抗体１０は、導電性粒子が分散され正温度係数特性または負温度係数特性を 有する高分子材料からなる。本考案の抵抗体に適する高分子材料としては、ポリ エチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニル、およびこれら材料の化合物や共 重合体がある。上記導電性粒子としては、金属粒子、炭素粒子、金属酸化物、金 属カーバイド、およびこれら材料の化合物がある。
【００２０】 抵抗体１０の上面及び底面には、それぞれ第１及び第２導電体１２ａ，１２ｂ が設けられ、各導電体は両側部のどちらか対応する側に延びている。図２（ａ） 及び２（ｂ）に示すように、第１及び第２導電体１２ａ，１２ｂにはそれぞれ左 右非対称に切込みが形成されており、一方の切込みは第１導電体１２ａの左側部 分及び第２導電体１２ｂの右側部分で金属膜を引き剥がすことによって生じ、他 方の切込みは第１導電体１２ａの右側部分及び第２導電体１２ｂの左側部分で平 らな金属膜に対して（レーザトリミング、化学エッチング、機械的方法などの） 通常のエッチングを行うことにより形成されている。導電体の材料は、ニッケル 、銅、亜鉛、銀、金、すず、鉛やこれらの材料からなる合金または積層材であっ てもよい。さらに、この実施形態では、一方の切込みの形状は長方形であるが、 半円や三角形などの他の形状も本考案で使用可能である。実験によれば、切込み の面積は導電体の一方の表面の面積の２５％より小さいことが好ましい。
【００２１】 導電性金属膜（銅膜）の引き剥がしによって切込みの形が形成されると、いろ んな種類の優れた接着フィルム１４ａ，１４ｂ（例えば、エポキシ樹脂とガラス 繊維からなる接着剤、あるいはさらにポリイミド樹脂フィルム、フェノール樹脂 フィルム、ポリエステルフィルムなどを含む接着剤）が抵抗体とその上下面の銅 膜との間を加熱及び加圧することにより接着される。その後、左右両端に対称形 状の電極１６，１８が被覆され、両銅膜の中心領域をエッチングすることにより 形成される。
【００２２】 上記左右両端の電極１６，１８はそれぞれエッチング切断端面(cross section al end surfaces)に導電性材料を電気めっきすることにより配線間通路１３，１ ５を介して場合に応じて上下電極間で電気接続される。その後、電極１６，１８ 間の中間領域がはんだマスク２４ａ，２４ｂで被覆されて絶縁効果を発生させる 。
【００２３】 図１に示すように、配線間通路１３の内側の導電膜２０が２枚の金属箔１６と 第１導電体１２ａとに結合されており、配線間通路１５の内側の導電膜２２が２ 枚の金属箔１８と第２導電体１２ｂとに結合されている。配線間通路の壁面は無 電解めっき法や電気めっき法により導電性金属（例えば、銅、金、すず、すず鉛 合金等）の層でめっきが施されることにより上部電極と下部電極を接続すること ができる。配線間通路の断面形状は、円形、半円、４分の１円、円弧状、三角形 、矩形、斜方形、あるいは多角形である。この実施形態では、半円形状が使用さ れている。
【００２４】 図３（ａ）に示すように、抵抗体の数は２またはそれ以上である。図３（ａ） において、ＡおよびＢはそれぞれ抵抗体を示す。抵抗体Ａは抵抗体Ｂ上に積み重 ねられており、これら抵抗体は並列に電気接続されている。全ての導電性電極要 素が導電膜２０，２２で被覆された配線間通路を介して他の電極要素と電気接続 されている。本考案にかかる表面実装型正温度係数装置は４．５ｍｍの長さと３ ．１ｍｍの幅と１．１ｍｍの厚さとを有している。また、２個の正温度係数装置 は並列接続されており、この並列接続された正温度係数装置の等価回路を図３（ ｂ）に示す。このような２層構成の正温度係数装置の電気特性の一例を以下の表 １に列挙する。
【００２５】
【表１】
【００２６】 上記本考案の実施形態は例示的な説明に過ぎず、この分野の技術者がさまざま な他の実施形態を本考案の実用新案登録請求の範囲から逸脱することなく考え得 ることは言うまでもない。
【図１】本考案の一実施形態にかかる電気装置の側面
図。
図。
【図２】図２（ａ）は上記電気装置の薄板状抵抗体と導
電体を示す平面図、図２（ｂ）は同底面図である。
電体を示す平面図、図２（ｂ）は同底面図である。
【図３】図３（ａ）は本考案の別の実施形態にかかる多
層（２層）構成からなる電気装置の側面図、図３（ｂ）
はその等価電気回路を示す概略図である。
層（２層）構成からなる電気装置の側面図、図３（ｂ）
はその等価電気回路を示す概略図である。
【符号の説明】 １０ 抵抗体 １２ａ 第１導電体 １２ｂ 第２導電体 １３，１５ 配線間通路 １４ａ 第１絶縁膜 １４ｂ 第２絶縁膜 １６，１８ 外側電極 ２０，２２ 導電膜 ２４ａ，２４ｂ はんだマスク（絶縁体）
Claims (20)
- 【請求項１】 導電性粒子が分散された高分子材料から
なり、正温度係数特性または負温度係数特性を有すると
ともに、互いに対向する第１面及び第２面とそれぞれ該
第１面から第２面に延び互いに対向する第１端面及び第
２端面とを備えた薄板状抵抗体と、 上記薄板状抵抗体の第１面に設けられ上記第１端面に延
びる第１導電体と、 上記薄板状抵抗体の第２面に設けられ上記第２端面に延
びる第２導電体と、 上記第１導電体上に設けられ上記薄板状抵抗体の第２端
面に延びる第１絶縁膜と、 上記第２導電体上に設けられ上記薄板状抵抗体の第１端
面に延びる第２絶縁膜と、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第
２絶縁膜上に配置された一対の金属箔を有しており、上
記配線間通路が上記第１端面に沿って上記一対の金属箔
と第１導電体とに接続された導電膜を有している第１電
極と、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第
２絶縁膜上に配置された一対の金属箔を有しており、上
記配線間通路が上記第２端面に沿って上記一対の金属箔
と第２導電体とに接続された導電膜を有している第２電
極とを備えている表面実装型電気装置。 - 【請求項２】 上記高分子材料がポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリフッ化ビニル、並びにこれら材料の混合
物および共重合体の中から選択されたものである請求項
１記載の電気装置。 - 【請求項３】 上記導電性粒子が金属粒子、炭素粒子、
金属酸化物、金属カーバイド、およびこれら材料の混合
物の中から選択されたものである請求項１記載の電気装
置。 - 【請求項４】 上記導電体がニッケル、銅、亜鉛、銀、
金、並びにこれらの材料からなる合金および積層材の中
から選択されたものである請求項１記載の電気装置。 - 【請求項５】 上記絶縁膜が接着剤である請求項１記載
の電気装置。 - 【請求項６】 上記絶縁膜がエポキシ樹脂とガラス繊維
からなる接着剤である請求項１記載の電気装置。 - 【請求項７】 上記金属箔が銅箔である請求項１記載の
電気装置。 - 【請求項８】 上記導電膜が無電解めっき法または電気
めっき法により銅または金でめっきされたものである請
求項１記載の電気装置。 - 【請求項９】 上記第１及び第２絶縁膜上にそれぞれ設
けられ上記第１電極と第２電極とを絶縁する一対の絶縁
体をさらに備えている請求項１記載の電気装置。 - 【請求項１０】 上記絶縁体がはんだマスクである請求
項９記載の電気装置。 - 【請求項１１】 導電性粒子が分散された高分子材料か
らなり、正温度係数特性または負温度係数特性を有する
とともに、互いに対向する第１面及び第２面とそれぞれ
該第１面から第２面に延び互いに対向する第１端面及び
第２端面とを備えた薄板状抵抗体と、上記薄板状抵抗体
の第１面に設けられ上記第１端面に延びる第１導電体
と、上記薄板状抵抗体の第２面に設けられ上記第２端面
に延びる第２導電体と、上記第１導電体上に設けられ上
記薄板状抵抗体の第２端面に延びる第１絶縁膜と、上記
第２導電体上に設けられ上記薄板状抵抗体の第１端面に
延びる第２絶縁膜とを備えた第１抵抗アセンブリーと、 上記第１抵抗アセンブリーと同じ構成を有し該第１抵抗
アセンブリーに積み重ねられた少なくとももうひとつの
第２抵抗アセンブリーと、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第
２抵抗アセンブリー上に配置された一対の金属箔を有し
ており、上記配線間通路が上記第１端面に沿って上記一
対の金属箔と第１導電体とに接続された導電膜を有して
いる第１電極と、 本体と配線間通路とを備え、上記本体が上記第１及び第
２抵抗アセンブリー上に配置された一対の金属箔を有し
ており、上記配線間通路が上記第２端面に沿って上記一
対の金属箔と第２導電体とに接続された導電膜を有して
いる第２電極とを備えている表面実装型電気装置。 - 【請求項１２】 上記高分子材料がポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリフッ化ビニル、並びにこれら材料の混
合物および共重合体の中から選択されたものである請求
項１１記載の電気装置。 - 【請求項１３】 上記導電性粒子が金属粒子、炭素粒
子、金属酸化物、金属カーバイド、およびこれら材料の
混合物の中から選択されたものである請求項１１記載の
電気装置。 - 【請求項１４】 上記導電体がニッケル、銅、亜鉛、
銀、金、並びにこれらの材料からなる合金および積層材
の中から選択されたものである請求項１１記載の電気装
置。 - 【請求項１５】 上記絶縁膜が接着剤である請求項１１
記載の電気装置。 - 【請求項１６】 上記絶縁膜がエポキシ樹脂とガラス繊
維からなる接着剤である請求項１１記載の電気装置。 - 【請求項１７】 上記金属箔が銅箔である請求項１１記
載の電気装置。 - 【請求項１８】 上記導電膜が無電解めっき法または電
気めっき法により銅、金、すずまたはすずと鉛の合金で
めっきされたものである請求項１１記載の電気装置。 - 【請求項１９】 上記第１及び第２抵抗アセンブリー上
にそれぞれ設けられ上記第１電極と第２電極とを絶縁す
る一対の絶縁体をさらに備えている請求項１１記載の電
気装置。 - 【請求項２０】 上記絶縁体がはんだマスクである請求
項１９記載の電気装置。
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