JP3778268B2 - 過電流遮断構造の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、負荷に継がる通電経路に過電流が流れる状態になったとき、その通電経路を応答性よく確実に遮断することができる過電流遮断構造の製造方法に係り、特に、金,銅,アルミニウム等の良導体を相対的に高抵抗のものとして取り扱えるようにした例えば微細な金線,銅線,アルミ線等の線材を、過電流で発熱する導電線材として用い、この導電線材の周囲を樹脂で覆った構成において、過電流が流れる通電経路を完全に遮断することができるようにした過電流遮断構造の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来は、負荷に継がる通電経路にヒューズを挿入配置することで、過電流が流れる状態になったとき、ヒューズの溶断で通電経路を遮断している。このヒューズは、よく知られているように、ヒューズ線材を保護するため、例えば、事故電流が大きい負荷電源ラインでは、図16に示されるような筒形ヒューズ101の構成を採り、また、事故電流が小さい電子機器等の保護用には図17に示されるような管形ヒューズ102の構成を採る。しかし、これらのヒューズには、次のような問題点がある。
(1)筒形ヒューズ101は、構造複雑で製造難易度が高く高価なものであるため、負荷電源ラインにおける過負荷保護において、大きなコストアップとなる。
(2)筒形ヒューズ101及び管形ヒューズ102は、共にヒューズホルダーを使用することになるため機器に内蔵する場合、専有スペースが大きくなる。
【0003】
そこで、このような問題点を抱えるヒューズに代わる過電流遮断構造についての検討及び実験を繰り返し実施し、新たな過電流遮断構造を提案するに至った。この新たな過電流遮断構造は、金,銅,アルミニウム等の良導体を相対的に高抵抗のものとして取り扱えるようにした例えば微細な金線,銅線等の如く過電流で発熱する導電線材を芯材として用い、この導電線材の周囲を樹脂で覆う構成としたものである。このため、通電経路の容量確保(経路周辺への放熱)と、導電線材により接続される一対の導電体(例えば端子)の固定とを達成できる。加えて、取扱易さ、耐環境性、周辺部品との絶縁性の観点で有利となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成とした場合においては、導電線材が過電流で溶断状態に至る過程で導電線材周りの樹脂の炭化が進行し、この炭化部分がバイパス電流経路(炭化経路)となることに留意しなければならない。つまり、導電線材が過電流で溶断しても、炭化部分のバイパス電流経路が残存し、負荷へと過電流を供給しつづけることになる。このため、従来は、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成とした場合、実用性に欠けるという問題があった。
【0005】
本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成において、過電流が流れる通電経路を応答性よく確実に遮断できる実用的な過電流遮断構造の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明の過電流遮断構造の製造方法は、通電経路上の過電流遮断予定位置に間隙を挟んで一対の電極片を有するリードフレームを用意する電極片形成工程と、リードフレーム上の間隙を挟んで存在する一対の電極片間に線径の細い導体ワイヤをワイアボンディング法にて接続するワイアボンディング工程と、ワイアボンディングされた導体ワイアの周囲を樹脂封止すると共に、同時に、成形技術により導体ワイアの経路付近の樹脂層を窪ませて薄肉被覆層を成形する樹脂モールド工程と、を有することを特徴とする。
【0007】
このような方法により製造された電流遮断構造は、一対の導電体間に接続した導電ワイヤが過電流により発熱して温度上昇し、同時に樹脂層も発熱して温度上昇する際、樹脂層の温度上昇が薄肉被覆層の形成部分に集中する。このため、樹脂層の厚肉のままの部分よりも薄肉被覆層の形成部分において、樹脂の炭化過程で多量のガスが発生する。換言すれば、樹脂層の厚肉のままの部分でのガスの圧力上昇よりも薄肉被覆層の形成部分でのガスの圧力上昇が急峻となる。
【0008】
よって、導電線材に過電流が流れることに起因して導電線材周りに樹脂の炭化による炭化経路が形成される過程において、樹脂層の厚肉のままの部分では、ガス圧がガス破裂の限界圧になるにはほど遠い状態にあるとき、薄肉被覆層の形成部分では、ガス破裂の限界圧に到達し、小規模にガス破裂する。これにより、薄肉被覆層の形成部分では、導電線材が過電流で溶断するか否かに拘らず、瞬時に炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。その結果、一対の導電体間の通電経路を流れる負荷電流等が過電流になったとき、樹脂層の厚肉のままの部分の非破壊状態で薄肉被覆層の形成部分の通電経路を応答性よく確実に遮断できよう。加えて、薄肉被覆層の厚み調整を行なうことにより、通電経路の遮断時期を微調整すための設計自由度が得られよう。さらに、この製造方法によれば、一般の半導体パッケージ製造工程をそのまま流用できるので、格別のコストアップを来さない。
【0009】
好ましい実施の形態では、樹脂モールド工程は、トランスファーモールド技術を使用して行われる。このような構成によれば、導電体間に接続した導電線材を成形金型を用いるトランスファーモールドで形成するため、生産工程が簡略される。
【0010】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面に基づいて詳細に説明する。
【0011】
図1の模式的斜視図に、本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成を示す。同図において、1,2は各々一対の導電体をなす端子構造の各電極片、3は例えば金,銅,アルミニウム等のように導電率の高い金属からなる微細な線径の導体ワイヤであり、相対的に高抵抗にされて過電流で発熱するようにしたものである。なお、本実施形態では、金線とした場合は50ミクロン、アルミ線とした場合は300ミクロンの線径のものを適用した。また、4は樹脂層、5は薄肉被覆層である。
【0012】
この実施形態の過電流遮断構造は、一対の電極片1,2間に、過電流で発熱する導体ワイヤ3をワイヤボンディングで接続し、次に、成形金型を用いるトランスファモールドで導体ワイヤ3の周囲を例えばエポキシ樹脂等の成形樹脂で封止された状態に覆うことにより樹脂層4を形成する。そして、樹脂層4を形成する際、同時に導体ワイヤ3の経路付近を円形に窪ませて薄肉被覆層5を形成したものである。なお、薄肉被覆層5を形成するための窪み深さは、導体ワイヤ3が露出しない深さで、具体的には、薄肉被覆層5の表面から導体ワイヤ3の頂部までの寸法が0.5mm程度の肉厚となるように定める。
【0013】
また、一対の電極片1,2としては、材質や質量の大きさを選んで、導体抵抗を下げ、かつ熱容量を上げたものを用い、一対の電極片1,2間に過電流が流れたときに導体ワイヤ3に発熱が集中するようにしているので、そのときに導体ワイヤ3が応答性よく発熱されるものとなる。
【0014】
このように過電流が流れたときに発熱が集中する導体ワイヤ3の経路付近を円形に窪ませて薄肉被覆層5を形成した構成を採ることにより、一対の電極端子片1,2間に接続した導体ワイヤ3が過電流により発熱して温度上昇する際、この温度上昇による樹脂層4の発熱が薄肉被覆層5に集中する。このとき、樹脂層4のうち特に薄肉被覆層5の形成部分に樹脂の炭化過程で多量のガスが発生する。
【0015】
よって、導体ワイヤ3に過電流が流れることに起因して導体ワイヤ3周りに樹脂の炭化による炭化経路が形成される過程において、樹脂層4の厚肉のままの部分では、ガス圧がガス破裂の限界圧になるにはほど遠い状態にあるとき、薄肉被覆層5の形成部分では、ガス破裂の限界圧に到達し、小規模にガス破裂する。これにより、薄肉被覆層5の形成部分では、導電線材が過電流で溶断するか否かに拘らず、瞬時に炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。その結果、一対の導電体間の通電経路を流れる負荷電流等が過電流になったとき、樹脂層4の厚肉のままの部分の非破壊状態で薄肉被覆層5の形成部分の通電経路を応答性よく確実に遮断できる。加えて、以下列挙するような利点が生じる。
(1)薄肉被覆層5の厚み調整を行なうことにより、通電経路の遮断時期を微調整するための設計自由度が得られる。
(2)過電流で発熱する導電線材を接続配置するための設計自由度が得られる。
(3)取扱易さ、耐環境性、周辺部品との絶縁性の観点で有利となる。
(4)薄肉被覆層5を含む樹脂層4は、導電体間に接続した導電線材を成形金型を用いるトランスファモールドで形成するため、生産工程が簡略され、また、一般的な半導体パッケージ品生産ラインを流用して製造できるため、過電流遮断構造を作製する生産能力の向上及びコスト低減を図れる。
【0016】
また、本実施形態の構成において、薄肉被覆層5の形状を図2〜図7に示される各実施例のように種々工夫すると、過電流による導体ワイヤ3の発熱で薄肉被覆層5の形成部分が破壊する応答性が促進される。
【0017】
図2(a)の上面図及び同図(b)の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ3のボンディング形状に沿わせて外面を湾曲させた薄肉被覆層5aが樹脂層4に形成されている。この場合、過電流通電時に導体ワイヤ3に交差する方向に亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層5aの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【0018】
図3の断面図に示される実施例は、図2に示される実施例の変形例であり、薄肉被覆層5aが形成された位置の底面に導体ワイヤ3の樹脂被覆の厚みを薄くする凹部6が形成されている。この場合、過電流通電時に導体ワイヤ3に交差する方向に更に亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層5aの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【0019】
図4(a)の上面図及び同図(b)の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ3の線上に沿った方向の溝7と、これに交差する方向の溝8とを各々有する外面形状の溝薄肉被覆層5bが樹脂層4に形成されている。この場合、過電流通電時に溝7,8が構造上の弱点となって亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層5bの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【0020】
図5(a)の上面図及び同図(b)の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ3の線上の中央点を中心として円形に加工された溝9を有する外面形状の溝薄肉被覆層5cが樹脂層4に形成されている。この場合、過電流通電時に溝9が構造上の弱点となって亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層5bの形成部分が破壊する応答性が促進される。
【0021】
図6(a)の上面図及び同図(b)の断面図に示される実施例は、導体ワイヤ3の線上の中央点を交差する方向に加工された溝10を有する外面形状の薄肉被覆層5dが樹脂層4に形成されている。この場合、過電流通電時に溝10が構造上の弱点となって亀裂が走りやすくなり、薄肉被覆層5dの形成部分が破壊する応答性が促進される。なお、図7の上面図に示されるように、導体ワイヤ3の線上に沿う方向に加工された溝11を形成し、薄肉被覆層5eの破壊が促進されるようにしてもよい。
【0022】
図8の模式的斜視図に、本発明にかかる過電流遮断構造の第2の実施形態の構成を示す。この実施形態では、同図に示されるように、一対の導電体としてSMD仕様の各電極片1A,2Aを用い、この一対の電極片1A,2A間に導体ワイヤ3をワイヤボンディングで接続後、樹脂封止することにより前記第1の実施形態に準じて機能される過電流遮断構造を構成している。
【0023】
この実施形態の過電流遮断構造であっても、樹脂層4を形成する際、同時に導体ワイヤ3の経路付近に薄肉被覆層5を形成したものであるので、一対の電極端子片1A,2A間に接続した導体ワイヤ3が過電流で溶断するか否かに拘らず、導体ワイヤ3に過電流が流れることに起因して多量に発生するガスにより、瞬時に薄肉被覆層5の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。よって、前記第1の実施形態同様の効果が得られる。加えて、表面実装技術を利用して導体パターン上に、容易に実装することできる。
【0024】
なお、この実施形態の過電流遮断構造を製造する場合、図9に示されるように、リードフレーム12を対象にして、製造ラインの上流側からその下流側へと並べて設置された電極片形成工程(1)、ワイヤボンディング工程(2)、樹脂モールド工程(3)を順次実施し、樹脂モールド工程(3)の終了後、フレームカットを実施して図8の過電流遮断構造を得る。
【0025】
図10の斜視図に、本発明にかかる過電流遮断構造の第3の実施形態の構成を示す。この実施形態では、同図に示されるように、一対の導電体として、一方が適宜選定した長さ分だけ導電体を引出した端子構造の電極片1Bで、他方が端子なしの電極片2Bである各電極片1B,2Bを用い、この一対の電極片1B,2B間に導体ワイヤ3をワイヤボンディングで接続後、樹脂封止することにより前記第1の実施形態に準じて機能される過電流遮断構造を構成している。
【0026】
この実施形態の過電流遮断構造であっても、樹脂層4を形成する際、同時に導体ワイヤ3の経路付近に薄肉被覆層5を形成したものであるので、一対の電極片1B,2B間に接続した導体ワイヤ3が過電流で溶断するか否かに拘らず、導体ワイヤ3に過電流が流れることに起因して多量に発生されるガスにより瞬時に薄肉被覆層5の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。よって、前記第1の実施形態同様の効果が得られる。
【0027】
なお、この実施形態の過電流遮断構造を製造する場合、図11に示されるように、リードフレーム13を対象にして、製造ラインの上流側からその下流側へと並べて設置された電極片形成工程(1)、端子構造加工工程(2)、ワイヤボンディング工程(3)、樹脂モールド工程(4)を順次実施し、樹脂モールド工程(4)の終了後、フレームカットを実施して図10の過電流遮断構造を得る。
【0028】
前述した各実施形態の過電流遮断構造は、導電体間をワイヤボンディング特有の曲線を描く導体ワイヤ3で接続したが、図12(a)の上面図及び同図(b)の断面図に示される第4の実施形態の過電流遮断構造では、一対の電極片1,2間を直線的形状の導電線材3Aで接続後、樹脂封止することにより前記第1の実施形態に準じた過電流遮断構造を構成している。なお、導電線材3Aには、前記導体ワイヤ3と同様の線材や、導体箔等を適用できる。
【0029】
この実施形態の過電流遮断構造であっても、樹脂層4を形成する際、同時に導電線材3Aの経路付近に薄肉被覆層5を形成したものであるので、一対の電極片1,2間に接続した導電線材3Aが過電流で溶断するか否かに拘らず、導電線材3Aに過電流が流れることに起因して多量に発生されるガスにより、瞬時に薄肉被覆層5の形成部分が炭化経路もろとも断層に亀裂が生じるように破壊されることになる。よって、前記第1の実施形態同様の効果が得られる。加えて、直線的形状の導電線材3Aを利用するため、構造全体を更にコンパクトにすることが可能となる。
【0030】
また、図13に示される第5の実施形態の過電流遮断構造のように、一対の電極片1,2間に複数本の導体ワイヤ3a〜3cを接続することにより、過電流が通電されたときに生じる熱源を拡大させ、破壊開始点を拡大させることもできる。なお、この場合は、導体ワイヤの線径を接続本数分に反比例させて細くすることで対処できる。
【0031】
また、図14に示される第6の実施形態の過電流遮断構造のように、薄肉被覆層5の外面に、サーマルテープ等の温度感熱物質14を貼着した構成にすることができる。この構成では、薄肉被覆層5の形成部分の発熱破壊を外側から視覚では識別できない場合に、温度感熱物質14の温度感知による色調等の変化で、その破壊が生じたことを知らせることができる。なお、温度感熱物質を埋め込み構成にすることもできる。
【0032】
また、図15に示される第7の実施形態の過電流遮断構造のように、薄肉被覆層5の外面に、物理力感応紙等の物理力感知物質15を貼着した構成にすることができる。この構成では、薄肉被覆層5の形成部分の発熱破壊を外側から視覚では識別できない場合に、物理力感知物質15の物理力感知による色調等の変化で、その破壊が生じたことを知らせることができる。なお、物理力感知物質を埋め込み構成にすることもできる。
【0033】
本発明にかかる過電流遮断構造は、以上説明したような各実施形態の構成のもであるから、回路部品として使用できるとともに、本発明にかかる過電流遮断構造が挿入接続された通電経路に過電流が流れたとき、その通電経路を応答性よく確実に遮断できる。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から明かなように、本発明によれば、導電線材の周囲を樹脂で覆う構成において、過電流が流れる通電経路を応答性よく確実に遮断できる実用的な過電流遮断構造の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図2】 本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成に工夫を加えた第1の実施例の構成説明図である。
【図3】 本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成に工夫を加えた第1の実施例の変形例の構成説明図である。
【図4】 本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成に工夫を加えた第2の実施例の構成説明図である。
【図5】 本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成に工夫を加えた第3の実施例の構成説明図である。
【図6】 本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成に工夫を加えた第4の実施例の構成説明図である。
【図7】 本発明にかかる過電流遮断構造の第1の実施形態の構成に工夫を加えた第4の実施例の変形例の構成説明図である。
【図8】 本発明にかかる過電流遮断構造の第2の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図9】 本発明にかかる過電流遮断構造の第2の実施形態の構成を得る製造工程説明図である。
【図10】 本発明にかかる過電流遮断構造の第3の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図11】 本発明にかかる過電流遮断構造の第3の実施形態の構成を得る製造工程説明図である。
【図12】 本発明にかかる過電流遮断構造の第4の実施形態の構成説明図である。
【図13】 本発明にかかる過電流遮断構造の第5の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図14】 本発明にかかる過電流遮断構造の第6の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図15】 本発明にかかる過電流遮断構造の第7の実施形態の構成を示す模式的斜視図である。
【図16】 従来の筒形ヒューズの一例を示す斜視図である。
【図17】 従来の管形ヒューズの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1,1A,1B 電極片
2,2A,2B 電極片
3 導体ワイヤ
3a〜3c 導体ワイヤ
3A 導電線材
4 樹脂層
5 薄肉被覆層
5a〜5e 薄肉被覆層
6 凹部
7〜11 溝
12,13 リードフレーム
14 温度感熱物質
15 物理力感知物質
Claims (2)
- 通電経路上の過電流遮断予定位置に間隔を挟んで一対の電極を有するリードフレームを用意する電極片形成工程と、
リードフレーム上の間隔を挟んで存在する一対の電極片間に線径の細い導体ワイヤをワイヤボンディング法にて接続するワイヤボンディング工程と、
ワイヤボンディングされた導体ワイヤの上部の樹脂層を窪ませて薄肉被覆層を形成する樹脂モールド工程と、
を有することを特徴とする過電流遮断構造の製造方法。 - 樹脂モールド工程は、トランスファーモールド技術を使用して行われる、請求項1に記載の過電流遮断構造の製造方法。
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