JP4408003B2 - 電気アッセンブリおよびデバイス - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、電気アッセンブリおよびデバイスに関し、さらに詳しくは、正の温度係数挙動を示す素子を含んでなる電気アッセンブリおよびデバイスに関する。
本発明の電気アッセンブリおよびデバイスは、正温度係数素子を含んでいるので、従来の正温度係数素子を有するアッセンブリおよびデバイスが使用されている用途、例えば、電気回路に組み込まれて、異常な電流が回路に流れた場合に、回路を遮断する回路保護デバイスとして用いることができる。あるいは、抵抗が増加した場合に負荷に対して直列に組み込まれたリレースイッチを開くように回路に組み込むことができる。
従来の技術
正の温度係数（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）挙動を示す素子（以下、「正温度係数素子」または「ＰＴＣ素子」という。）は、一般に比較的狭い温度範囲において、温度上昇に応答してその抵抗率が増す、という特性を有しており、回路遮断用素子などとして利用することができる。
ＰＴＣ素子を用いたデバイスは、機械的要素を含まず、しかも、異常な電流が回路に流れた場合に、その抵抗が増し、回路を遮断するので、回路保護デバイスとして利用されている。
回路保護デバイスの場合、保持特性（デバイスが作動する最小電流値）を大きくするために、デバイスの抵抗を可能な限り小さくするのが望ましい。抵抗を小さくするには、ＰＴＣ素子の厚みを小さくするか、またはＰＴＣ素子の面積を大きくすることが考えられる。
ＰＴＣ素子の厚みを小さくするには限界があり、現在集積回路などの回路の保護に用いられているデバイスでは、限界に近い厚みのＰＴＣ素子が用いられている。一方、ＰＴＣ素子の面積を大きくすると、必然的にデバイスの面積も大きくなるが、集積回路の集積度が大きくなるにつれ、各素子の大きさを小さくすることが要求されるため、一定以上にデバイスの面積を大きくすることはできない。
発明の概要
本発明の１つの目的は、全体としての投影面積を増すことなく、ＰＴＣ素子の面積が増大された、ＰＴＣ素子を含んだ電気アッセンブリおよびデバイスを提供することである。
本発明の別の目的は、そのような電気アッセンブリおよびデバイスの簡便で経済的な製造方法を提供することである。
本発明は、以下の電気アッセンブリ、電気デバイス、およびその製造方法を提供する：
［Ｉ］（１）（ａ）電気絶縁性物質から形成され、（ｂ）２またはそれ以上の空洞を含む本体、
（２）各空洞には少なくとも２つ存在する、隔てられた導電性接点部材、
（３）各電気素子は、空洞の１つの中に配置され、各空洞は、その中に配置された少なくとも１つの該電気素子を有し、各電気素子は、その電気素子が配置されている空洞内で導電性接点部材に物理的および電気的に接触している隔てられた導電性端子を含んでなり、電気素子の少なくとも１つは、正温度係数素子（バイメタルスイッチを含む）である、複数の電気素子、
（４）本体に固定された複数の導電性接続部材であって、上記各接点部材が、少なくとも１つの導電性接続部材に物理的および電気的に接触している、導電性接続部材、
および
（５）各導電性端子部材は、（ａ）本体に固定され、（ｂ）少なくとも１つの導電性接続部材に物理的および電気的に接触している、アッセンブリを回路に電気的に接続できる導電性端子部材
を含んでなり、該導電性端子部材が回路に接続された場合に該電気素子の少なくとも２つは並列に接続されるように、該接続部材が電気的に相互に接続されている、電気アッセンブリ；
［ＩＩ］一対の電極（端子部材）；少なくとも３枚の基板（本体を構成）；および基板間（本体の空洞）に挿入され、両面に金属層（端子）を有する正温度係数素子を有してなる電気デバイスであって、
最外側の２枚の基板は、それぞれの内面に金属層（導電性接点部材）を有し、両方の金属層（導電性接点部材）は、該金属層に面している正温度係数素子の金属層（端子）と電気的に接しており、
他の基板は、その両面に金属層（導電性接点部材）を有しており、それら金属層（導電性接点部材）は、該金属層（導電性接点部材）に面している正温度係数素子の金属層（端子）と電気的に接しており、
すべての正温度係数素子は、電極（端子部材）に対して並列に接続されている電気デバイス；
［ＩＩＩ］基板の数は３枚であり、
外側の基板は、それぞれの内面に金属層（導電性接点部材）を有し、両方の金属層（導電性接点部材）は、一対の電極（端子部材）の一方に電気的に接続され、かつ該金属層（導電性接点部材）に面している正温度係数素子の金属層（端子）と電気的に接しており、
中央の基板は、その両面に金属層（導電性接点部材）を有しており、それら金属層（導電性部材）は、一対の電極（端子部材）の他方に電気的に接続され、かつ該金属層（導電性部材）に面している正温度係数素子の金属層（端子）と電気的に接している
前記［ＩＩ］に記載の電気デバイス；
［ＩＶ］３枚の基板は背面板の一方の面と接合一体化されており、
２枚の外側基板の内面上にある金属層（導電性接点部材）は、それら基板および背面板の外面に形成された電極（導電性接続部材）により電気的に接続されており、
中央の基板の両面に形成された金属層（導電性接点部材）は、少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面に形成された電極（導電性接続部材）により電気的に接続されている
前記［ＩＩＩ］に記載の電気デバイス；
［Ｖ］３枚の基板は背面板の一方の面と接合一体化されており、
外側基板の一方の内面上にある金属層は、該基板および背面板の外面上に形成された電極に接続されており、
両側の基板の内面上にある金属層同士は、背面板の内面上に形成された金属帯により電気的に接続されており、
中央の基板の両面に形成された金属層は、少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面に形成された電極により電気的に接続されている
前記［ＩＩＩ］に記載の電気デバイス；
［ＶＩ］背面板と３枚の基板とを樹脂から一体に成形し、
外側基板の内面上と中央基板の両面上とに金属層を形成し、かつ、外側基板の内面上の両金属層に接続される第１電極を外側基板の外面および背面板の外面上に形成し、中央基板の両面上の金属層に接続される第２電極を少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面上に形成し、
基板の間に、両面に金属層を有する正温度係数素子を挿入する
工程を含んでなる、
前記［ＩＶ］に記載の電気デバイスの製造方法；
［ＶＩＩ］前記［Ｖ］に記載の電気デバイス２個を同時に製造する方法であって、
背面板と、５枚の基板とを一体に成形し、
最外側基板の内面上と他の３枚の基板の両面上とに金属層を形成し、
最外側基板の内面上の金属層それぞれに接続される第１電極を最外側基板の外面上と背面板の外面上に形成し、最外側基板と中央基板とに挟まれた中間基板それぞれの両面上の金属層に接続される第２電極を少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面上に形成し、
かつ最外側基板の内面上の金属層それぞれと中央基板の一方の面上の金属層とを電気的に接続する金属帯を背面板の内面上に形成し、
基板の間に、両面に金属層を有する正温度係数素子を挿入し、
中央基板を、その厚さ方向に対して垂直に切断する
工程を含んでなる方法。
発明の詳細な説明
本発明の電気アッセンブリの好ましい態様において、電気素子の少なくとも１つは、第１および第２平面電極、並びに電極間に正温度係数素子を含んでなる。別の好ましい態様において、各電気素子は、第１および第２平面電極、並びに正温度係数素子を含んでなり、端子部材を回路に接続した場合、全ての電気素子が相互に並列に接続される。
本発明の電気アッセンブリにおいて、端子部材は本体の平面表面上にあると、アッセンブリをプリント回路基板の表面に取り付けることができる。
他の好ましい態様においては、導電性接続部材は、本体を貫通するメッキされたホールを含む。
さらに好ましい態様では、本体は、一体のポリマー本体であり、各空洞は、開放されている。
以下、本発明の電気アッセンブリまたはデバイスを、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の形態の電気デバイスを構成する基板と背面板の一例の正面図である。３枚の基板１１、１２および１３は、背面板２０と一体に成形されており、基板の間には、ＰＴＣ素子（正温度係数素子）の厚みに対応した間隙がある。
図２は、基板の平面図である。図２に示されているように、両側の基板１１および１３の内面、すなわち中央の基板１２に向かい合っている面上には、それぞれ金属層３１および３２が形成されている。さらに、中央の基板１２の両面には、金属層３３および３３’が形成されている。
基板１１と１３の外面と上端面および背面板２０には、図３（基板１３側の側面図）と図２および図４（底面図）に示すように、１つの電極４１が形成され、電極４１は、基板１１と１３の内面に形成された金属層３１および３２と電気的に接続されている。
一方、図３および図４に示すように、別の電極４２が、基板１１と１３の外面および背面板２０に形成され、電極４２は、スルーホール５０を介して、中央基板１２の両面に形成された金属層３３および３３’と電気的に接続されている。
基板間に、両面に金属層を有するＰＴＣ素子（図示せず）を挿入すると、２つのＰＴＣ素子の金属層は、金属層３１と３３、および金属層３２と３３’にそれぞれ接触し、本発明の電気デバイスが完成する。
このような構成の電気デバイスでは、２枚のＰＴＣ素子が電極に対して並列に接続されているので、ＰＴＣ素子面積が２倍になり、電気デバイス全体の抵抗は１／２になる。その結果、保持特性は約１．４倍に増大する。
本発明の電気デバイスの第２の形態では、両側の基板の一方の内面上にある金属層は、基板の外面および背面板の外面上に形成された電極に接続され、両側の基板の内面上にある金属層同士は、背面板の内面上に形成された電極により電気的に接続されている。この形態を、図面を参照して説明する。
図５は、第２の形態の基板および背面板の平面図である。
中央の基板１２の一部は除去され、それに対応する背面板の内面に溝６０が形成され、この溝６０に金属帯６１が設けられ、基板１１および１３の内面に形成された金属層３１および３２を電気的に接続している。
この第２の形態では、第１の形態で基板１１および１３の外面および上端面に設けられていた電極４１並びに電極４２は、一方の基板（図５では基板１１）で側では不要となるが、他方の基板の外側と上端面に設けられた電極４１および背面板上の電極４２は、回路との電気的接続のために必要である。従って、この形態の電気デバイスの底面図は、図４と実質的に同じである。
次に、本発明の電気デバイスを製造する方法を説明する。
本発明の電気デバイスは、好ましくはＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）法により製造する。ＭＩＤ法は、射出成型などにより成形した樹脂基材にメッキにより直接回路および／または電極を形成する、成形加工技術であり、例えば、以下のような工程で実施される：
成形した基材表面をエッチング処理し、触媒処理した後、全面に無電解銅メッキする。
次いで所定の箇所をレジストでマスキングし、電気メッキした後、レジストを剥離し、銅エッチングする。
本発明の電気デバイスの基板および背面板は、エンジニアリングプラスチック、好ましくは液晶ポリマーから、一体成形する。
図１〜４に示す電気デバイスの場合、金属層および電極は次のように形成する。
外側基板１１および１３の内面上と中央基板１２の両面上とに金属層３１、３２、３３および３３’をメッキにより形成し、かつ、外側基板の内面上の両金属層３１および３２に接続される第１電極４１を外側基板１１および１２の外面および背面板２０の外面上に形成し、中央基板１２の両面上の金属層３３および３３’に接続される第２電極４２を少なくとも背面板２０の外面上、好ましくは背面板２０の外面上および外側基板１１および１３の外面上にメッキにより形成する。第２電極４２は、好ましくは背面板１１に設けたスルーホール５０を介して、金属層３３および３３’と電気的に接続される。
次いで、基板の間それぞれに、両面に金属層を有するＰＴＣ素子（図示せず）を挿入する。
金属層および電極の厚さは、十分な導電性が得られる限り、制限されないが、通常１５〜４５μｍ、このましくは２５〜３５μｍである。
より好ましい形態では、図５に示すような構造を有する電気デバイスを対にして製造する。
すなわち、背面板２０と、基板１１の２倍の厚さを有する中央基板、その外側の２枚の中間基板１２および２枚の最外側基板１３の合計５枚の基板とを一体に成形する。中間基板１２のそれぞれは、適宜の箇所で切り欠かかれている（図５参照）。
最外側基板１３の内面上と他の３枚の基板の両面上とに金属層をメッキにより形成する。
最外側基板１３の内面上の金属層３２それぞれに接続される第１電極４１を最外側基板１３の外面上と背面板２０の外面上に形成し、最外側基板１３と中央基板とに挟まれた中間基板１２それぞれの両面上の金属層３３および３３’に接続される第２電極４２を背面板２０の外面上と最外側基板１３の外面上にメッキにより形成する。この形態でも、第２電極４２は、好ましくは背面板１１に設けたスルーホール５０を介して、金属層３３および３３’と電気的に接続される。
同時に、最外側基板１３の内面上の金属層３２それぞれと中央基板の一方の面上の金属層３１とを電気的に接続する金属帯６１を背面板の内面に形成された溝６０内にメッキにより形成する。
基板の間に、両面に金属層を有するＰＴＣ素子を挿入し、最後に中央基板１１を、その厚さ方向に対して垂直に切断して、本発明の電気デバイスを完成する。
中央基板の厚さは、完成した電気デバイスの基板１１の厚さの少なくとも２倍であればよい。
これまで、本発明の電気デバイスを、２枚のＰＴＣ素子を有する場合について説明したが、必要に応じてＰＴＣ素子の数を３枚またはそれ以上にすることも可能であり、それに応じて基板の数を増し、全てのＰＴＣ素子が並列に接続されるように電極の設計を変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
図１ 本発明の電気デバイスの第１の形態の正面図。
図２ 本発明の電気デバイスの第１の形態の平面図。
図３ 本発明の電気デバイスの第１の形態の側面図。
図４ 本発明の電気デバイスの第１の形態の底面図。
図５ 本発明の電気デバイスの第２の形態の平面図。

Claims (10)

1. 一対の電極；３枚の基板；および基板間に挿入され、両面に金属層を有する正温度係数素子を有してなる電気デバイスであって、
   ３枚の基板は背面板の一方の面と接合一体化されており、
   最外側の２枚の基板はそれぞれの内面に金属層を有し、この金属層は、それら基板および背面板の外面に形成された電極により電気的に接続されており、かつ該金属層に面している正温度係数素子の金属層と電気的に接しており、
   中央の基板は、その両面に金属層を有しており、それら金属層は、少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面に形成された電極により電気的に接続されており、かつ該金属層に面している正温度係数素子の金属層と電気的に接しており、
   すべての正温度係数素子は、電極に対して並列に接続されている電気デバイス。
2. スルーホールに形成された電極はメッキされている、請求項１に記載の電気デバイス。
3. 背面板と３枚の基板とを樹脂から一体に成形し、
   外側基板の内面上と中央基板の両面上とに金属層を形成し、かつ、外側基板の内面上の両金属層に接続される第１電極を外側基板の外面および背面板の外面上に形成し、中央基板の両面上の金属層に接続される第２電極を少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面上に形成し、
   基板の間に、両面に金属層を有する正温度係数素子を挿入する工程、
   を含んでなる、
   請求項１または２に記載の電気デバイスの製造方法。
4. 背面板と３枚の基板とを樹脂から一体に成形し、
   外側基板の内面上と中央基板の両面上とに金属層を形成し、かつ、外側基板の内面上の両金属層に接続される第１電極を外側基板の外面および背面板の外面上に形成し、中央基板の両面上の金属層に接続される第２電極を少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面上に形成する工程は、
   ＭＩＤ法による、請求項３に記載の製造方法。
5. 一対の電極；３枚の基板；および基板間に挿入され、両面に金属層を有する正温度係数素子を有してなる電気デバイスであって、
   ３枚の基板は背面板の一方の面に接続一体化されており、
   最外側の２枚の基板はそれぞれの内面に金属層を有し、この金属層同士は、背面板の内面上に形成された金属帯により電気的に接続され、かつ該金属層に面している正温度係数素子の金属層と電気的に接しており、
   中央の基板は、その両面に金属層を有しており、それら金属層は、少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面に形成された電極により電気的に接続され、かつ該金属層に面している正温度係数素子の金属層と電気的に接しており、
   すべての正温度係数素子は、電極に対して並列に接続されている電気デバイス。
6. スルーホールに形成された電極はメッキされている、請求項５に記載の電気デバイス。
7. 請求項５または６に記載の電気デバイス２個を同時に製造する方法であって、
   背面板と、５枚の基板とを一体に成形し、
   最外側基板の内面上と他の３枚の基板の両面上とに金属層を形成し、
   最外側基板の内面上の金属層それぞれに接続される第１電極を最外側基板の外面上と背面板の外面上に形成し、最外側基板と中央基板とに挟まれた中間基板それぞれの両面上の金属層に接続される第２電極を少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面上に形成し、
   かつ最外側基板の内面上の金属層それぞれと中央基板の一方の面上の金属層とを電気的に接続する金属帯を背面板の内面上に形成し、
   基板の間に、両面に金属層を有する正温度係数素子を挿入し、
   中央基板を、その厚さ方向に対して垂直に切断する
   工程を含んでなる方法。
8. 背面板と、５枚の基板とを一体に成形し、
   最外側基板の内面上と他の３枚の基板の両面上とに金属層を形成し、
   最外側基板の内面上の金属層それぞれに接続される第１電極を最外側基板の外面上と背面板の外面上に形成し、最外側基板と中央基板とに挟まれた中間基板それぞれの両面上の金属層に接続される第２電極を少なくとも背面板に設けたスルーホールおよび背面板の外面上に形成し、
   かつ最外側基板の内面上の金属層それぞれと中央基板の一方の面上の金属層とを電気的に接続する金属帯を背面板の内面上に形成する工程は、
   ＭＩＤ法による、請求項７に記載の方法。
9. 中央基板の厚さが、他の基板の厚さの少なくとも２倍である請求項７または８に記載の方法。
10. 背面板の内面上の金属帯を、該内面に形成された溝の中に形成する請求項７〜９のいずれか１つに記載の方法。

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