JPH02503969A - 金属有機物膜からなる少量アンペア用ヒューズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 金属有機物膜からなる少量アンペア用ヒユーズ本発明は、ヒユーズリンクとして 金属有機物の薄膜を使用する少量及び低アンペア用ヒユーズ及びそれらのヒユー ズを製造する方法に関する。

マイクロヒユーズは、本来的に印刷回路に使用され、物理的に小さいことを要求 される。ヒユーズはしばしば、サージ電流を非常な短時間でかつ非常に小さい電 流において遮断するために−ｊり要である。例えば、半導体装置に損害を与える サージを潜在的に制限するために、低アンペア用ヒユーズがしばしば必要であり 、このヒユーズは１０倍の定格電流のとき０．００１秒以下の時間で遮断を生じ て、ヒユーズに接続された構成部品にエネルギーが分配されるのを制限する。

従来、この範囲で作動するヒユーズを提供する試みとして、約２５．４ミクロン （ｌ鳳ｉｆ）以下の直径の細いワイヤを使用するものがあった。ヒユーズ要素と して小さい直径のワイヤを使用することは、現在の製造技術から見て多くの問題 がある。そのような一つの問題は細いワイヤのマイクロヒユーズは製造コストが 高いということである。、辷ユーズの溶融要素はそのように小直径ゆえリードワ イヤ又は端部キャッゾに対し手作業により取付けなければならない。

もし半田及び７ラツクスが溶融ワイヤ要素を取付けるためｌ；使用されると、そ のような小さな装置においては、製造工程中にワイヤ端部を取付けるのに使用さ れた半田がワイヤの下方へ拡散し移動するのを防ぐのは困難である。この半田の 移動はヒユーズの定格に変化を引き起こす。更に、外部リードが印刷回路板上に 半田付けされるときその工程により発生した熱がヒユーズ内部の半田を溶融させ て逆流させるゆえ、ヒユーズの定格が変化する可能性がある。これもまた、ヒユ ーズの定格を変化させる。

マイクロヒユーズを製造する際の他の問題は、米国特許第４，６１２，５２９号 に記載されている如く、ヒユーズを包装するとき小直径ワイヤを被覆することで あるがこれは困難であるため、セラミックス充填体の如きアーク焼き入れ材料に よりワイヤを囲んでいる。

溶融可能なリンクとしてワイヤを用いないでヒユーズを製造する方法が知られて いる。例えばマクガリアードに付与されＩ；米国特許第４，１９６，３９８号で は、耐腐食写真感光技術（ｅＬｃｂ−ｒｓｓｉｓｔａｎｔ　ｐｈｏｔｏｇｒｓｐ ｂｙ）、シルクスクリーニング（ｓｉｌｋ　ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）、打ち抜き（ ｓｔａｍｐｔｎｇ）又ｊ才接合（ｂｏＩｌｄｉｕ）ｊこより複数のヒユーズ要素 を形成することを述べている。この技術は厚膜印刷として知られており、典を的 には約１２．７〜２５．４ミクロン（０ｎｅＴｈａＩｆ　ｔｏ　ｏｎｅ　ａｉｌ ）の厚さの金属層を形成するが、幾つかの欠点を有している。例えば、焼成の前 に厚膜を乾燥させるために時間を要するゆえコストが増大する。更に、低アンペ アの定格を達成するに要する溶融可能な要素の幅寸法を、一定の作業期間中に基 板を介して熱を適切に放散させ得る程度！こし得ないことである。典型的な厚膜 は約１２．７ミクロン（０，５ｍ１ｄ）の厚さを限界としており、これは例えば 米国特許第３　、４　（１１、４５２号を参照されたい。厚膜印刷により約７６ ．２ミクロン（３ｗｆｔ）の幅のラインを作ることができる。かくして、厚膜印 刷によってはその厚さ及び幅寸法の限界に起因して少量アンペア用ヒユーズを製 造することは不可能である。即ち、厚膜の断面積は約９６８平方ミクロン（！、 ５５Ｈｘｒｅａｉｌｓ）までであり、１アンペア又はそれ以下では溶融しない。

他のヒユーズを製造する方法は、ｒｌＥＥＥ　ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎＯｎ　Ｐ ａｒｌｓ　Ｕｙｂｒｉｄ　ａｎｄ　ＰｊｅｋｉＢ　（ＰＵＰ−１３第４巻、１９ ７７年１２月）」のホリグチ等による記事に述べられている。そのヒユーズは二 層からなり、第１の層は有機物層であり、第２の層はニッケルークロム層である 。これは有機物層及び金属層の両方を堆積させるために空気排出が必要であって 複雑な製造工程となり、製造コストが高くなりでしまう。このヒユーズ構造によ れば、有機物膜が溶けて導体層を損傷し、ヒユーズを開状態にしてしまう。

発明の要約 本発明は、有機物薄膜技術を利用して、新規な少量アンペアヒユーズ及び低アン ペアヒユーズを製造する方法を提供する。ガラス、セラミックス又は他の適当な 材料からなる研磨された絶縁基板の端部が金属化される。溶融可能な要素が、ス クリーン印刷工８Ｉこより、有機物インキを使用して、金属化された端部を連結 しかつこれら／：ｆｉねられて、基板上Ｊ二印刷される。基板は１分Ｉこっき約 ２〜１５’ｃの割合で加熱され、約１時間の間５００〜９００”Ｃの温度に保た れる。ヒユーズはセラミックス粘着剤又は他の適当な包装材料により被覆される 。

図面の簡単な説明 第１図は、マイクロヒユーズ基板を製造するために使用される絶縁基板のセグメ ント（一部）を示す斜視図、第２図は、切れ目を入れたマイクロヒユーズ基板を 製造するために使用される板の斜視図、 第３図は、印刷及び切れ目刻入の後の第２図に示した一部の拡大斜視図、 Ｍ４図は、リードワイヤを取付けられた一列のマイクロヒユーズを設けた基板を 示す斜視図、第５図は、本発明になる軸方向マイクロヒユーズの断面図、 第６図は、本発明マイクロヒユーズの包装以前の状態を示斜視図、 第７ｒ５は、半径方向ｌこ取付けられたリードを有するヒユーズ要素のサブアセ ンブリの平面図、 第８図は表面取付けに適した方法で取付けられたリードを有する本発明によるヒ ユーズを示す断面図である。

図面ｆ二ついての詳細な説明 ・　　本発明によるヒユーズを製造するには、まず第１図および第２図Ｉこ示す ような絶縁材料でできた板、基板あるいは他の支持手段を用意する。本発明にお いてはセラミックスが好ましい材料である。しかしながら、これらの低アンペア 数のマイクロヒユーズでは高いアーク温度が問題となることもないであろうし、 加熱処理製造も比較的低温状態で行われるので、セラミックスのような耐熱絶縁 材料を使用することが必要なわけではない。重要なことは、絶縁材料がヒユーズ の作用する温度で度化しないことである。炭化は電気伝導を助けることになるか らである。他の適当な板材料としては、ホウケイ酸ガラスのようなガラスを含む もの、また、アルミナ、ベリリア、マグネシア、ジルコニア、ホルステライトの ようなセラミックスを含むものがある。

望ましくは絶縁材料は、約２．０〜３．０ミクロン（８０１ｏ　ＮＯｍ１ｃｒｏ 　１ｎｃｈｅｓ）以上の精度で仕上げられた研磨面を有するものとする。仕上げ られたヒユーズリンクの厚さは約０．０２５〜２．５ミクロン（１−１００腸１ ｃｒｏ　ｉｍｃｂｃｓ）のオーダーなので、ヒユーズ要素の厚さを同じにし、出 来上がった製品の特性を反復可能性のあるものにするには、基板の表面が研磨さ れていることが必要である。上薬をかけて（オーバーダレイジング）滑らかな仕 上げ面となるようにしてもよい。

板３０に求められるもう一つの重要な性質は、ヒユーズが切れているときに板３ ０を通していかなる導電も起こらないよう、良好な絶縁耐力を有することである 。上述したようなセラミック多結晶体材料は、熱絶縁性に加えて絶縁耐力におい ても良好である。

板３０は、工業界で周知のように、厚膜用インキを用いてスクリーン印刷処理あ るいはこれと同様の処理方法で印刷される。この処理において、所望のパターン に対応する開口を有するスクリーンが板３０の上に置かれる。

インキは開口から板の上に押し出されて金属化領域すなわちパッド１４のパター ンをつくる。パッド１４は後でリードワイヤおよび溶融要素の取り付けに供され る。パッド１４を形成するのに用いられるインキは、銀をベースにした成分にな っている。一つの実施例においては、銀の厚膜用インキが使用される。金属化領 域のための他の適当な材料としては、銅、ニッケル、金、アルミニウム、パラジ ウム、プラチナ、あるいはこれらの組み合わせ、または他の導電材料をベースに した厚膜用インキなどがある。

パッド１４は、印刷以外の他の方法で板３０の上に配置するようにしてもよい。

例えば、ラミネート処理によって金属化バッドを板３０に付けるようにしてもよ い。もう一つの別の態様としては、スパッタリング、熱蒸発まｌ；は電子ビーム 蒸発を利用した技術を用いた蒸気蒸着によって、板３０の上にパッドをつくるも のがある。このような技術は当業界で周知である。

金属化インキによる矩形のパターンすなわちパッドが板３０の上に印刷された後 、板は乾燥され焼かれる。典梨的な乾燥および焼成処理は、コンベアベルト上の 板３０を乾燥炉を通して移動させ、そこで約１５０℃で乾燥させ、約８５０℃で 焼くというものである。乾燥処理により有機物が除かれ、焼成処理によりパッド を焼結させて板３０に接着させる。

印刷処理Ｃ；より板３０上へ据え付けられたパッドは、焼成後には約１２．７ミ クロン（０，０００５つの厚さになる。金属化パッドの導電性やパッドの幅およ び長さといっ用いられる。

薄膜のヒユーズリンク１６が、二つの金属化領域１４に重なってこれらを互いに 連結する。ようにして、板３０上にプリントされる。薄膜のヒユーズリンク１６ は、上述したようなスクリーン印刷、またはベインティング、スプレイング、ブ ラッシングあるいは他の方法により板３０の上に配置してもよい。これらの手法 は当業界において周知である。上述した順序は、最初にパッドを印刷し、それか ら溶融要素１６を印刷するというものであったが、この順序は逆にしてもよいし 、また、パッドと溶融要素とを同時に印刷してもよい。

薄膜用インキとは異なり、このインキは、金属粉と有機材料との混合物ではなく 、化学的にリンクされた金属と樹脂であり、通常は、炭素および金属原子に結合 された酸素、硫黄、窒素またはリン原子からなっている。これらのインキは部域 に手に入り、製造会社は加熱速度や温度を金属有機物（ｍｅｌａｌｌｏ−ｏｒＨ ｎｉｃｓ）のインキの組成によって特定する。

金属有機物蒸着は、金属まＩ；はこれらの化合物の薄膜を金属有機物の熱分解に よって基板上に蒸着する処理である。化学的な蒸気蒸着ｔ；おいて使用される有 機金属と金属有機物とは顕著な相異がある。有機金属の場合、金属原子が一つま たはそれ以上の炭素原子と直接結合しているが、金属有機物では、金属原子は、 一つまたはそれ以上の炭素原子と結合した酸素、硫黄、窒素またはリン原子にリ ンクしているのである。したがって、主な這いは、有機金属は金属原子が炭素原 子に直接結合してなるのに対して、金属有機物では、金属原子が、炭素と直接結 合するかわりに、Ｏ，、Ｎ、Ｐなどの他の原子を”＄１用して炭素とリンクして いるということである。一般的に、金属有機物は有機金属よりも多くの炭素を含 む。

金属有機物を用いることの主な利点は、次のようである。まず、真空蒸着方法と 比べて設備が安く、処理に熟練者を必要としない。金属有機物は、光重合体と混 合してもよく、２ないし３ミクロンもの狭い幅の所望のパターンをフォトグラフ ィックな手法で作り出すこともできる。同じ分量に対して大きく広げることがで きるので、金属有機物の膜は、従来の厚膜用ペーストから作られｌ；膜よりも非 常に安くつく。そして、金属有機物組成の膜は、通常は残留炭素を１％以下しか 含んでいないので、ヒユーズに適用して差し支えない。

板３０が再び焼かれる。焼かれたことによって生ずる金属有機物の膜の厚さは約 ０．０２５〜２．５ミクロン（１−１００ｍ１ｃｒｏ　１ｎｃｂｅｓ）の値であ る。金、銀、パラジウム、ニッケルのごとき材料が金属有機物のインキに有効で ある。他の伝導性の金属有機物のインキも適当である。

金属有機物のインキは約６４５平方ミクロン（ｌ　５Ｈｉｒｅ１１）当たり１０ ０ないし１０００ミリオームの面積抵抗を形成するように選択され得る。

焼かれた要素のおおよその組成は、９８％が純粋金属であって、炭素は１％以下 である。印刷によって作られ得る溶融要素１６の幅は約７６．２ミクロン（３ｎ １ｌ）である。ホトリソグラフィおよびエツチングによれば約２゜０〜３．０ミ クロン（０，０８−０，Ｎ　ａｉｌｓ）もの狭い線を作ることができる。

好ましい実施例における板３０は、１６．１ｃｍ’Ｃ２Ｉ／ｌ”　５Ｈｘｒｅ） の面積と約０．３８ｍｍ乃至０　、６３５　ｍｍ　（０，０１５”ｔｏ　０．２ ５”）の厚さとを有する。

この板は、焼いｔ；後、第２図および第３図に示すように、縦方向３２および横 方向３４に切れ目を設けることによってチップすなわち基板に分割される。こう して生じたチップの数はチップの寸法によって変わる。・これら切れ目は、ダイ ヤモンド工具で線引きするか、ダイヤモンド入り刃または適当な研磨剤で刻み目 を設けるか、レーザーで線引きするか又は高圧のウォータージェットで切るごと く、当業界で公知の任意の適当な手段によって形成される。

これら切れ目は、板３０の全厚に及ぶものではなく、板３０が力を加えて折られ ることによって列３５に分割され、その後、個々のチップ１２に分割できるよう な折れ線を設ければ足りる。好ましい実７ｆ例においては、ダイヤモンド入り刃 による切れ目が用いられる。

別の実施例では、板は切れ目を予め形成することによって構成される。セラミッ ク基板の場合、セラミックスはその表面に交差する溝を有する縁の状態に形成さ れ、次いで焼かれる。

チップの列３５は第４図に示すように、力を加えて切り離される。次いで、この チップの列は、軸方向形態で配置された七ユーズワイヤとともＩニリードワイヤ が抵抗溶接によってチップ１２の各端部に取り付けられる。この抵抗溶接は、リ ードワイヤをパッド１４に結合させるｊ；めにワイヤを加熱する電流をリードワ イヤ２４に流すことによって行われる。この壓式の平行なギャップ抵抗溶接機は 当業界で周知であり且つゼネラルモーターズの子会社であるヒユーズ・エアクラ フト等の会社から入手可能である。リードワイヤ２４は、このリードワイヤとパ ッド１４との間に大きな接触面積を得る！こめに平坦部分２５を有する。このリ ードワイヤ２４の端部には基板またはヒユーズ要素をヒユーズボディに適切に中 心位置決めするために段部が形成されている。

チップ１２、パッド１４、溶融要素およびリードワイヤ２４を備える各ヒユーズ アセンブリは、一つが列３５から一回で切り離されてセラミック粘着剤１８のご ときアーク消去材料または絶縁材料によって被覆される。これは、浸漬、スプレ ー、塗布等によって達成される。他の適当な被覆が含まれ、しかも、他の高温セ ラミックスまたはガラス被覆も用いることができる。この絶縁被覆は回路の干渉 によって生ずるプラズマを吸収し且つ温度を下げる。セラミック被覆は溶融伝導 体の気化によって生ずる溝を最小体積に制限する。この体積が小さいので、この 小さな体積は高圧を受けることになる。この圧力は、ヒユーズの性能を、アーク を消去するのに必要な時間を短くすることによって改良する。また、セラミック 被覆は、アーク冷却を増大することによってヒユーズ性能を改良する。

好ましい実施例では、ヒユーズアセンブリが一側が被覆され、この被覆材料は溶 融要素１６、パッド１４、チップ１２の一側及びリード２４の取り付は端部を完 全に被覆する。しかし、本発明では、このヒューズアセンブリの一部をセラミッ ク粘着剤１８で被覆することによって行われる。このヒユーズアセンブリの一部 を被覆することは、一つまたは幾つかの部品の僅かな表面積を被覆したり又はこ れら部品の表面積を全部被覆したり適宜に変更し得る。例えば、溶融要素１６は 被覆されるが、パッド１４またはり−ド２４は被覆されない。

この被覆されたヒユーズアセンブリは、次いで、モールドの中に挿入されてプラ スチック、例えばエポキシ又は他の適当な材料でインジェクションモールド工程 または他の周知の工程を通して被覆される。プラスチックボディ２０は、例えば フィリップスケミカル会社のレイトンＲ−１０のごとき幾つかのモールド材料か ら作ることができる。

第５図は、モールドプラスチックボディの中に封入された後の軸方向配置のマイ クロヒユーズの横断面を示す。

第６図は、ヒユーズ要素のサブアセンブリ８が基板１２、溶融要素１６および金 属バッド１４から成る他の実施例を示す。この簡単なアセンブリにおいて、ヒユ ーズサブアセンブリ８は回路が構成されるときに他の種々の製品に他の作業者に よって直接に組み込まれる。次いで、リードが他の作業者によって適当に取り付 けられ、セラミック被覆を必要に応じて設けて全体の回路が構成される。このヒ ユーズ要素サブアセンブリ８は所望の特性に応じて並列ｌ；または直列に接続さ れる。

第７図および第８図はり一部２４をサブアセンブリ８に取り付ける他の方法を示 す。第７図において、これらリードはラジアルヒユーズとして知られた形状に取 り付（プられ、第８図においては、これらリードは表面取す付はヒユーズとして 用いるのに適当な態様で取り付けられている。本発明の軸方向配置の実施例につ いて上述された製造段階は、基本的には、異なる手順で行われる幾つかの段階を 用いてラジアルおよび表面取り付はヒユーズを作るのと同じである。リードワイ ヤの形状および配置、プラスチックボディの形状および寸法は、基本的な製造条 件または作業および本発明の利点Ｉ；影響を与えることなく異なる封入条件に合 致するように変えることができる。

ｋｒ−１ 国際調査報告

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．ヒューズ要素サプアセンブリの製造方法にして、絶縁材料から成る支持手段 を用意するステップ、該支持手段が少なくとも２個の分離された金属化領域を有 するように該支持手段に金属化領域を設けるステップ、及び該金属化領域を電気 的に接続するように該支持手段上に薄膜ヒューズ要素を設けるステップから成る ことを特徴とする製造方法。
2. ２．ヒューズ要素サプアセンブリの製造方法にして、耐縁材料から成る支持手段 を用意するステップ、及び該支持手段に薄膜ヒューズ要素を設けるステップから 成ることを特徴とする製造方法。
3. ３．請求項１に記載のヒューズ要素サブアセンブリの製造方法にして、 薄膜ヒューズ要素が金属有機物材料から作られることを特徴とする製造方法。
4. ４．請求項１に記載のヒューズ要素サプアセンブリの製造方法にして、 該支持手段が、セラミックス、ガラス、アルミナ、及びホルステライトを含むグ ループから選定されることを特徴とする製造方法。
5. ５．請求項１に記載のヒューズ要素サブアセンブリの製造方法にして、 該支持手段が、該薄膜ヒューズ要素を焼くために必要な温度に耐えることができ ることを特徴とする製造方法。
6. ６．請求項１に記載のヒューズ要素サプアセンブリの製造方法にして、 該支持手段が研磨されたセラミックスであることを特徴とする製造方法。
7. ７．請求項１に記載のヒューズ要素サブアセンブリの製造方法にして、 該支持手段が研磨面を有することを特徴とする製造方法。
8. ８．請求項１に記載のヒューズ要素サプアセンブリの製造方法にして、 該支持手段が上薬をかけられたセラミックス研磨面を有することを特徴とする製 造方法。
9. ９．ヒューズ要素サプアセンブリにして、絶縁材料から成る支持手段、該支持手 段上の少なくとも２つの金属化領域、及び該金属化領域に電気的に接続される該 支持手段上の薄膜ヒューズ要素を含むことを特徴とするヒューズ要素サブアセン ブリ。
10. １０．ヒューズ要素サブアセンブリにして、絶縁材料から成る支持手段、及び該 支持手段上の薄膜ヒューズ要素を含むことを特徴とするヒューズ要素サブアセン ブリ。
11. １１．請求項１０又は９に記載のヒューズ要素サプアセンブリにして、 該ヒューズ要素の厚さが該支持手段の面の不規則性に対して逆比例して変化する ことを特徴とするヒューズ要素サブアセンブリ。
12. １２．請求項１０又は９に記載のヒューズ要素サブアセンブリにして、 該ヒューズ要素が該支持手段に強固に粘着することを特徴とするヒューズ要素サ プアセンブリ。
13. １３．請求項１０又は９に記載のヒューズ要素サプアセンブリにして、 該ヒューズ要素が金属有機物であることを特徴とするヒューズ要素サプアセンブ リ。
14. １４．請求項１０又は９に記載のヒユーズ要素サブアセンブリにして、 該支持手段がセラミックス、ガラス、アルミナ、及びホルステライトを含むグル ープから選定されることを特徴とするヒューズ要素サブアセンブリ。
15. １５．請求項１０又は９に記載のヒューズ要素サプアセンブリにして、 該支持手段が約０．０５０８〜０．０７６２ミクロンより平滑に仕上げられた面 を有することを特徴とするヒューズ要素サプアセンブリ。
16. １６．請求項１０又は９に記載のヒューズ要素サブアセンブリにして、 該支持手段が熱伝導性のコーティングを有することを特徴とするヒューズ要素サ プアセンブリ。
17. １７．請求項１０又は９に記載のヒューズ要素サプアセンブリにして、 該支持手段が上薬をかけられたセラミックスであることを特徴とするヒューズ要 素サブアセンブリ。
18. １８．請求項１０又は９に記載のヒューズ要素サプアセンブリにして、 該ヒューズ要素が約２．５４ミクロンより薄いことを特徴とするヒューズ要素サ ブアセンブリ。
19. １９．薄膜インキの溶融要素から成るヒューズ。
20. ２０．請求項１７に記載のヒューズにして、該博膜インキが金属有機物インキで あることを特徴とするヒューズ。
21. ２１．請求項１７に記載のヒューズにして、該溶融要素が約２．５４ミクロンよ り薄いことを特徴とするヒューズ。
22. ２２．請求項１３に記載のヒューズにして、該溶融要素が約６．４５ｃｍ２当た り１００乃至１０００マイクロオームのシート抵抗を有することを特徴とするヒ ューズ。