JP5756466B2 - 金属薄膜表面実装ヒューズ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回路保護装置の技術分野に関する。より詳細には、本発明は、周囲の雰囲気が高温環境にある回路へ過電流保護を供する金属薄膜表面実装ヒューズに関する。

金属薄膜電流保護装置は、基板上の空間が限定されていて貴重である回路部品を保護するために用いられる。典型的には、ある回路に対して必要とされる電流または電圧の容量が大きいほど、ヒューズの寸法が大きくなる。しかしながら、保護されるべき電気回路が実装される回路基板上の領域は非常に限定される。加えて、これらのヒューズは、温度安定性と動作信頼性を必要とする大電流及び高温環境で用いられる。

回路基板上に実装可能な超小型ヒューズが、使用される高電圧および／または大電流から電気回路を保護するために提供されている。例えば、基板上に配置され、積層構造を形成する複数のメタライズされた層を備えた小型ヒューズが採用されている。各層は用途によって、メタライズされた穴やビアを用いて直列または並列に相互接続されている。各層は所定の位置に穴を開けられ、導電ペーストを用いてメタライズされて、相互接続のためのビアが形成される。保護されるべき電気回路への接続を供するために、エンドキャップやパッドがヒューズの端部に形成される。

しかしながら、各層を相互接続するビアの形成及びメタライズは、製造工程や装置の信頼性を確保するために、製造に要する時間やコストの増大を必要とする。従って、製造に要する時間や関連するコストを減少させつつ、高温雰囲気の環境で性能の信頼性を供するように構成されたチップヒューズが提供される必要がある。

本発明の例示的な実施形態は、チップヒューズに関する。例示的な一実施形態において、チップヒューズは、基板と、基板上に配置され、少なくとも一端が、他の層の一端に電気的に接続された複数のヒュージブルリンク層とを含む。複数の絶縁層が、複数のヒュージブルリンク層の間に配置される。複数の絶縁層は、基板上に配置される。

他の例示的な一実施形態において、チップヒューズは、基板と、複数のヒュージブルリンク層と、複数の絶縁層と、カバーとを含む。第一の絶縁層は、基板上に配置される。第一のヒュージブルリンク層は、第一の絶縁層上に配置され、第一の端部と第二の端部とを備える。第一の端部は、電気回路への接続を供する第一の端子部となる。第二の絶縁層は、第一のヒュージブルリンク層の少なくとも一部の上に配置される。第二のヒュージブルリンク層は、第二の絶縁層上に配置される。第二のヒュージブルリンク層は、第一の端部と第二の端部とを備える。第二のヒュージブルリンク層の第一の端部は、第一のヒュージブルリンク層の第二の端部に接続される。第三の絶縁層は、第二のヒュージブルリンク層の少なくとも一部の上に配置される。第三のヒュージブルリンク層は、第三の絶縁層上に配置される。第三のヒュージブルリンク層は、第二のヒュージブルリンク層の第二の端部に接続された第一の端部と、電子回路への接続を供する第二の端子部となる第二の端部とを備える。

本発明の一実施形態によるチップヒューズの断面図を示す。 本発明の一実施形態による図１に示されるチップヒューズとなる複数の層の上面視平面分割図を示す。 本発明の他の一実施形態によるチップヒューズの断面図を示す。

本発明の好ましい実施形態が示された添付された図面を参照して、本発明をより完全に説明する。しかしながら、本発明は、多様な異なる形態として実施することができ、ここに記載された実施形態に限定して解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、開示が徹底かつ完全になされるように提供されたものであり、本開示によれば、本発明の属する技術分野における当業者が発明の範囲を容易に理解できる。図面において、全体を通して、類似した符号は類似した要素を示す。以下の説明および／または特許請求の範囲において、「上に配置された」、及びその派生語が用いられることがある。ある実施形態において、「上に配置された」は二つまたはそれ以上の層が直接物理的におよび／または電気的に互いに接触している状態を指し示すために用いられることがある。しかしながら、「上に配置された」はまた、二つまたはそれ以上の層が互いに直接接触していないが、互いに連携しおよび／または相互作用しうる状態を示すこともある。加えて、「上に配置された」は、ここで用いられるように、複数の層が含まれることもある。

図１は、全て共に積層されたカバーまたは最上層１２と、基板または最下層１５と、複数の中間絶縁層または中間ガラス層２１、２２、２３、２４、２５と、複数の中間ヒュージブルリンク層３１、３２、３３、３４、３５とを備えたチップヒューズ１０の断面図である。カバー１２、ガラス層２１、２２、２３、２４、２５、及びヒュージブルリンク層３１、３２、３３、３４、３５は最下層１５上に成膜され、表面積及びそれに関連する過電流応答特性を向上させるように、好適な曲率半径を有していてもよい。ここには５つの中間ヒュージブルリンク層と、５つのガラス層とが記載されているが、好適な過電流率及び特定の回路用途に応じて、何層の中間層が用いられてもよい。ヒュージブルリンク層３１、３２、３３、３４、３５は金属からなる導体であり、例えば、銀および／または銀合金が成膜された材料からなってもよく、ガラス層２１、２２、２３、２４、２５を間に挟むように蛇行した状態で成膜されてもよい。カバー１２は絶縁性の材料であり、例えば、ガラス材であってよく、ガラス層２１、２２、２３、２４、２５と同一の材料または異なる材料からなってもよい。

第一の絶縁層またはガラス層２１は、セラミックや他の類似した材料からなるような基板１５上に配置され得る。第一のヒュージブルリンク層３１は、第一のガラス層２１を覆って配置される。第二のガラス層２２は、第一のヒュージブルリンク層３１を覆って配置され、第一の端子端部３１Ａが、電気回路への第一の接続を供するようガラス層２２およびカバー１２の覆う範囲を超えて延長される。第二のヒュージブルリンク層３２は第二のガラス層２２を覆って配置され、端部３２Ａにおいて、第一のヒュージブルリンク層３１と接続されおよび／または一体として成膜される。端部３２Ａにおけるヒュージブルリンク層３１、３２のこの相互接続によって、絶縁層を貫通してヒュージブルリンク層を互いに接続するビアを設ける必要がなくなる。すなわち、絶縁層は各ヒュージブルリンク層の間で連続しており、各絶縁層の上下に配置されたヒュージブルリンク層を接続するためのビアを貫通して設ける必要がない。

第三のガラス層２３は、第二のヒュージブルリンク層３２を覆って成膜される。第三のヒュージブルリンク層３３は、第三のガラス層２３を覆って配置され、端部３３Ａにおいて第二のヒュージブルリンク層３２と接続されおよび／または一体として成膜される。第四のガラス層２４は、第三のヒュージブルリンク層３３を覆って成膜される。第四のヒュージブルリンク層３４は、第四のガラス層２４を覆って成膜され、端部３４Ａにおいて第三のヒュージブルリンク層３３と接続されおよび／または一体として成膜される。第五のガラス層２５は、第四のヒュージブルリンク層３４を覆って成膜される。第五のヒュージブルリンク層３５は、第五のガラス層２５を覆って成膜され、端部３５Ａにおいて第四のヒュージブルリンク層３４と接続されおよび／または一体として成膜される。第二の端子端部３５Ｂは電気回路への第二の接続を供するようにカバー１２の覆う範囲を超えて第五のヒュージブルリンク層３５を延長して形成される。端部３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ、３５Ａはそれぞれ、埋め込みビアが不要になるように、信頼性のある相互接続を供するようにテーパー状に形成される。このようにして、ヒュージブルリンク層３１、３２、３３、３４、３５によって形成された複数の物理的に平行な導電経路は電気的に直列に接続され、ヒュージブルリンク層間の相互接続のためのビアを形成することなく、より高い過渡電流パルス容量を供するように構成される。

図２は、基板１５上に成膜されたガラス層２１、２２、２３、２４、２５及びヒュージブルリンク層３１、３２、３３、３４、３５のそれぞれを示す上面視平面分割図である。特に、第一のヒュージブルリンク層３１は、第一のガラス層２１上に成膜される。第二のガラス層２２は第一のヒュージブルリンク層３１を覆って成膜され、第一の端部３１Ａがガラス層２２の成膜された領域から外部に延長され、ヒューズによって保護されるべき電気回路への接続点または接続パッドを形成する。第二のヒュージブルリンク層３２は、第二のガラス層２２を覆って成膜され、３２Ａの部分において、第一のヒュージブルリンク層３１と接続される。図に示すように、第二のガラス層２２は第一のヒュージブルリンク層３１と第二のヒュージブルリンク層３２の間に、接続部３２Ａを除いて絶縁するように配置される。

第三のガラス層２３は、第二のヒュージブルリンク層３２を覆って成膜され、第二のヒュージブルリンク層３２と第三のヒュージブルリンク層３３との間の絶縁層となる。第三のヒュージブルリンク層３３は、第三のガラス層２３を覆って成膜され、部分３３Ａで第二のヒュージブルリンク層３２と接続される。第四のガラス層２４は、第三のヒュージブルリンク層３３を覆って成膜され、第三のヒュージブルリンク層３３と第四のヒュージブルリンク層３４との間の絶縁層となる。第四のヒュージブルリンク層３４は第四のガラス層２４を覆って成膜され、部分３４Ａで第三のヒュージブルリンク層３３と接続される。第五のガラス層２５は、第四のヒュージブルリンク層３４を覆って成膜され、第四のヒュージブルリンク層３４と第五のヒュージブルリンク層３５との間の絶縁層となる。第五のヒュージブルリンク層３５は、第五のガラス層２５を覆って成膜され、部分３５Ａで第四のヒュージブルリンク層３４と接続される。図示されないカバー１２は、第五のヒュージブルリンク層３５を覆って成膜され、ヒューズによって保護されるべき電気回路への接続点または接続パッドを形成するように、部分３５Ｂが露出される。

図３は、全て共に積層されたカバーまたは最上層１１２と、基板または最下層１１５と、複数の中間絶縁層またはガラス層１２１、１２２、１２３、１２４、１２５と、複数の中間ヒュージブルリンク層１３１、１３２、１３３、１３４、１３５とを備える他の実施形態のチップヒューズ１００を示す断面図である。カバー１１２、ガラス層１２１、１２２、１２３、１２４、１２５及びヒュージブルリンク層１３１、１３２、１３３、１３４、１３５は最下層１１５上に成膜され、ほぼ平面の形状を備えていてもよい。ここでは５層の中間ヒュージブルリンク層と５層のガラス層とが記載されているが、好適な過電流率や所定の回路用途に応じて、用いられる中間層は何層であってもよい。加えて、説明の簡単化のために、チップヒューズ１００の第一の端部はＡとして表し、チップヒューズ１００の第二の端部はＢとして表す。ヒュージブルリンク層１３１、１３２、１３３、１３４、１３５は、金属導体であって、例えば、ガラス層１２１、１２２、１２３、１２４、１２５の間に挟まれるように構成され、蛇行した状態で成膜された銀であってもよい。第一の絶縁層またはガラス層１２１は、セラミックや他の類似した材料からなるような基板１１５上に成膜される。第一のヒュージブルリンク層１３１は、第一のガラス層１２１上に成膜される。第二のガラス層１２２は、電気回路への第一の接続を供するように、カバー１１２、ガラス層１２２及びガラス層１２４の覆う範囲からヒュージブルリンク層１３１が延長されてなる第一の端子１３１Ａが形成されるように、第一のヒュージブルリンク層１３１上に成膜される。第二のヒュージブルリンク層１３２は、第二のガラス層１２２上に成膜され、端部Ａの近傍で第一のヒュージブルリンク層１３１と接続されおよび／または一体として成膜される。

ヒュージブルリンク層間をそれぞれ相互に接続することにより、ヒュージブルリンク層それぞれを接続するためにガラス層を貫通して形成されるビアの必要がなくなる。第三のガラス層１２３は、第二のヒュージブルリンク層１３２上に成膜され、端部Ｂの近傍で第一のガラス層１２１と接続される。第三のヒュージブルリンク層１３３は、第三のガラス層１２３上に成膜され、端部Ａの近傍で第二のヒュージブルリンク層１３２と接続されおよび／または一体として成膜される。第四のガラス層１２４は、第三のヒュージブルリンク層１３３上に成膜され、端部Ａの近傍で第二のガラス層１２２と接続される。第四のヒュージブルリンク層１３４は、第四のガラス層１２４上に成膜され、端部Ｂの近傍で第三のヒュージブルリンク層１３３と接続されおよび／または一体として成膜される。第五のガラス層１２５は第四のヒュージブルリンク層１３４上に成膜され、端部Ｂの近傍で第三のガラス層１２３に接続される。第五のヒュージブルリンク層１３５は、第五のガラス層１２５を覆って成膜され、端部Ａの近傍で第四のヒュージブルリンク層１３４に接続されおよび／または一体として成膜される。第二の端子１３５Ｂは、電子回路への第二の接続を供するように、第５のヒュージブルリンク層１３５をカバー１１２の覆う範囲から延長して形成される。

本発明はこれらの実施形態を参照して開示されたが、特許請求の範囲で規定される本発明の範囲を逸脱しなければ、説明された実施形態に種々の改良や要素の代替、変更を行うことが可能である。従って、本発明は説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された内容及びその同等物によって規定された範囲全体である。

１０ チップヒューズ
１２ カバー
１５ 基板
２１、２２、２３、２４、２５ 絶縁層
３１、３２、３３、３４、３５ ヒュージブルリンク層
３１Ａ、３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ、３５Ａ 端部
１００ チップヒューズ
１１２ カバー
１１５ 基板
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５ 絶縁層
１２１、１３２、１３３、１３４、１３５ ヒュージブルリンク層

Claims (18)

1. 基板と、
   前記基板上に配置され、第一及び第二の端部をそれぞれ備えた複数のヒュージブルリンク層と、
   前記複数のヒュージブルリンク層の間であって前記基板上に配置された複数の絶縁層と、を備え、
   前記複数のヒュージブルリンク層のそれぞれの前記第一の端部及び前記複数のヒュージブルリンク層の他方の前記第二の端部が、その間に配置された前記複数の絶縁層の１つを超えて延設し、互いに直接接触する、チップヒューズ。
2. 前記複数のヒュージブルリンク層及び前記複数の絶縁層上に配置された絶縁カバーをさらに備える、請求項１に記載のチップヒューズ。
3. 前記複数のヒュージブルリンク層のうち少なくとも一つが端子部となる端部を備える、請求項２に記載のチップヒューズ。
4. 前記端子部が第一の端子部であり、前記複数のヒュージブルリンク層のうち最後の層の端部で規定される第二の端子部をさらに備え、前記絶縁カバーが前記第一の端子部及び前記第二の端子部を露出させるように構成され、前記第一の端子部及び前記第二の端子部が電気回路への接続点となる、請求項３に記載のチップヒューズ。
5. 前記複数のヒュージブルリンク層、前記複数の絶縁層、前記絶縁カバーおよび前記基板が全て共に積層されている、請求項２に記載のチップヒューズ。
6. 前記複数のヒュージブルリンク層の少なくとも一つが、前記少なくとも一つの前記複数のヒュージブルリンク層の表面積が過電流応答特性に対応するように、前記基板に対して曲率半径を有する、請求項１に記載のチップヒューズ。
7. 前記複数のヒュージブルリンク層のそれぞれが、前記複数のヒュージブルリンク層の表面積が過電流応答特性に対応するように、前記基板に応じた曲率半径を有する、請求項１に記載のチップヒューズ。
8. 前記複数のヒュージブルリンク層及び前記複数の絶縁層を覆って配置され、前記複数のヒュージブルリンク層の曲率半径に対応した曲率半径を有する絶縁カバーをさらに備える、請求項７に記載のチップヒューズ。
9. 前記複数のヒュージブルリンク層のそれぞれの前記端部が、それぞれの間に信頼性のある電気的接続を供するためにテーパー状とされた、請求項１に記載のチップヒューズ。
10. 前記複数のヒュージブルリンク層が、前記基板上に、互いに物理的に平行に配置された、請求項１に記載のチップヒューズ。
11. 前記複数の絶縁層が、前記基板上に、互いに物理的に平行に配置された、請求項１に記載のチップヒューズ。
12. 前記第一の端子部が、前記電気回路への第一の接続のためのパッドとなる、請求項４に記載のチップヒューズ。
13. 前記第二の端子部が、前記電気回路への第二の接続のためのパッドとなる、請求項４に記載のチップヒューズ。
14. 前記複数の絶縁層のうち第一の層が、前記基板の上面と前記複数のヒュージブルリンク層のうち第一の層との間に配置された、請求項１に記載のチップヒューズ。
15. 前記複数の絶縁層及び前記複数のヒュージブルリンク層が、前記基板に対して実質的に平面状である、請求項１に記載のチップヒューズ。
16. 基板と、
    前記基板上に配置された第一の絶縁層と、
    前記第一の絶縁層上に配置された第一のヒュージブルリンク層であって、前記第一のヒュージブルリンク層が第一の端部と第二の端部とを備え、前記第一の端部が電気回路への接続のための第一の端子部となる第一のヒュージブルリンク層と、
    前記第一のヒュージブルリンク層の少なくとも一部の上に配置された第二の絶縁層と、
    前記第二の絶縁層上に配置され、第一の端部と第二の端部とを備えた第二のヒュージブルリンク層であって、前記第二のヒュージブルリンク層の前記第一の端部及び前記第一のヒュージブルリンク層の前記第二の端部が前記第二の絶縁層を超えて延設し、互いに直接接触している、第二のヒュージブルリンク層と、
    前記第二のヒュージブルリンク層の少なくとも一部の上に配置された第三の絶縁層と、
    前記第三の絶縁層上に配置された第三のヒュージブルリンク層であって、前記第三のヒュージブルリンク層が第一の端部及び第二の端部を備え、前記第三のヒュージブルリンク層の前記第一の端部および前記第二のヒュージブルリンク層の前記第二の端部が前記第三の絶縁層を超えて延設し、互いに直接接触し、前記第三のヒュージブルリンク層の前記第二の端部が、電気回路への接続のための第二の端子部になる、第三のヒュージブルリンク層と、を備えるチップヒューズ。
17. 前記第一のヒュージブルリンク層、前記第二のヒュージブルリンク層及び前記第三のヒュージブルリンク層が、前記第一の端子部から前記第二の端子部まで連続した導電経路を形成する、請求項１６に記載のチップヒューズ。
18. 前記第一のヒュージブルリンク層、前記第二のヒュージブルリンク層、前記第三のヒュージブルリンク層、前記第一の絶縁層、前記第二の絶縁層及び前記第三の絶縁層上に配置され、前記第一の端子部及び前記第二の端子部を露出させるように構成された絶縁性のカバーをさらに備える、請求項１６に記載のチップヒューズ。

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