JPH0714491A - 表面実装型高電圧積層薄膜ヒューズ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高電圧定格及び優れた機械的特性及び熱特性
を有するアルミナ−ガラス−ヒューズ−ガラス−アルミ
ナの積層構造を備える表面実装型ヒューズデバイスを提
供する。 【構成】 薄いガラスプレート基板１２の上部平坦面１
６をアルミニウム等の金属薄膜によりコーティングし、
１個以上のヒューズ素子１８を形成する。薄膜のヒュー
ズ素子１８及びその周囲の上部平坦面１６をシリカパッ
シベーション層２４により保護する。ガラスカバー２６
を、エポキシ層３０によりパッシベーション層２４に接
着する。アルミナカバー３４をエポキシ層３２によりガ
ラス基板１２の下面１４に接着する。アルミナカバー３
６をエポキシ層３８によりガラスカバー２６の上面に接
着する。 【効果】 薄いアルミナ層をガラス−ヒューズ−ガラス
構造の上下に接着することによりヒューズが強化され、
溶融速度を変えないで高電圧定格が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般的には電気ヒュ
ーズに関し、詳細には、薄膜技術を利用した表面実装型
ヒューズに関する。この発明は更に、そのようなヒュー
ズの製造方法に関する。

【０００２】

【関連出願の相互参照】この出願は、米国出願番号０７
／９２０，１１３（１９９２年７月２４日出願）“Meth
od of Making Thin Film Surface Mount Fuses”を一部
継続出願し、さらに当該一部継続出願を基礎として優先
権主張した出願である。なお、米国出願番号０７／９２
０，１１３は、米国出願番号０７／８４６，２６４（１
９９２年２月２８日出願）“Thin Film Surface Mount
Fuses ”の分割出願である。米国出願番号０７／８４
６，２６４はすでに特許されている（米国特許第５，１
６６，６５６号、１９９２年１１月２４日付発行）米国
出願番号０７／８４６，２６４に関連する出願として、
日本を指定国とするＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９３／０１
９１５がある。

【０００３】

【従来の技術】表面実装技術は、回路基板アセンブリに
頻繁に用いられる技術である。この技術の適用の対象
は、理論的には全ての電子部品であるため、現在では、
殆ど全てのタイプの電子部品が表面実装型（ノンリード
タイプ）に設計し直しされているか、もしくは設計し直
しされつつある。全ての電子部品を表面実装化する上
で、表面実装型（ＳＭＤ）ヒューズが要求されている。

【０００４】ヒューズは、本質的な回路機能の一つであ
る。例えば全体の回路のある部分やある特定の部品にヒ
ューズを設けることにより、１個の局所的部品の故障に
よってシステム全体が破損されるのを防止することがで
きる。例えば、タンタルコンデンサが故障するのみでメ
インフレームコンピュータも焼損するし、１枚の回線カ
ードの短絡により電話交換器全体の機能も麻痺する。

【０００５】回路基板ヒューズに要求される特徴は、小
形、低コスト、正確な電流検知、非常に速い反応若しく
は非常に短いブロータイム(blow time) 、そしてタイム
ラグヒューズの場合はサージ抵抗を与える能力である。

【０００６】従来のチューブタイプ又はリードタイプヒ
ューズは、ＳＭＤアセンブリ用に設計された回路基板上
で大きなスペースを取り過ぎ、製造コストがかなり上昇
する。ＳＭＤアセンブリ技術とコンパチブルなヒューズ
の必要性を認識したメーカ数社は、標準ＳＭＤアセンブ
リ用のリードレスモールドヒューズを提供している。し
かしながら、この方法によるデバイスはまだかさばり
（例えばパッケージのサイズは約７×４×３ｍｍ）、高
価で、性能の範囲が限られている。最も重要なことは、
ヒューズ特性を製造段階で正確に制御できないことであ
る。

【０００７】先に掲げた米国特許及び出願は、薄膜技術
を用いることによってヒューズの全パラメータを正確に
制御でき、従って広い要求に応じた広範囲のヒューズ
を、経済的に、かつ標準ヒューズ又は特注ヒューズとし
て、設計可能であることを示している。このように、薄
膜技術は、その電気特性及び物理特性を厳密に制御する
ことのできるヒューズの開発を可能にする。この技術の
利点は、特に物理設計分野、ヒューズ特性の再現性及び
Ｉ² ｔレットスルー（let-through ）で明らかである。
さらに、この技術では、１μｍ未満のラインレソルーシ
ョンや、層の厚さの１００オングストロームまでの制御
が可能であるため、極小ＳＭＤヒューズを、標準（例え
ば１．６×０．８ｍｍ）に従い、あるいは非標準で製造
できる。

【０００８】前述の米国特許及び出願は、表面実装型薄
膜電気ヒューズの製造方法も開示している。この方法で
は、まず、ガラス等の絶縁基板の表面に、スパッタリン
グ等の方法により均一厚のアルミニウム薄膜を蒸着させ
る。膜厚は、ヒューズ定格等により異なる。次に、金属
の薄膜の選択された部分が、フォトキソグラフィ技術に
ょり除去され、同形状のヒューズ素子を複数個繰り返す
繰返しパタンガ形成される。各ヒューズ素子は、溶断リ
ンクで相互接続された一組の接触部を備えており、溶断
リンクの幅は、接触部の幅より狭い。さらに、上記繰返
しパタンに係る構造をパッシベートさせ、ガラスから形
成された絶縁カバープレートをパッシベーション層の上
にエポキシにより接着する。得られたアセンブリは、次
に、基板表面に垂直な端面に沿って、ヒューズ素子が横
一列に並んだストリップ状に切断される。この切断によ
り、各ヒューズ素子の接触部の端面が、ストリップの端
面に沿って露出する。導電端子層をこの端面上に蒸着す
ると、この端子層が接触部の露出した端と電気的に接続
する。最後に、ストリップが切断され個々のヒューズと
なる。

【０００９】フォトリソグラフィ技術を用いることによ
り、様々な設計のヒューズ素子と基板のタイプを組み合
わせて様々なヒューズチップを製造可能になる。さら
に、溶断速度等の重要なパラメータは、使用者の要求を
最適に満足させるようにプログラムすることが可能であ
る。そして、ガラスのシーリングカバープレートによっ
てハーメッチック構造とすれば、薄膜ヒューズの環境信
頼性が大変高くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述の特許出願で説明
されているガラス−ヒューズ−ガラス層構造には、いく
つかの問題がある。ガラスは、“クイック”定格の薄膜
ヒューズが必要とする好ましい熱特性を持っている反面
壊れやすく、ヒューズの電圧定格が例えば３２ボルトに
制限される。なぜなら、高電圧が印加されると、ヒュー
ズ本体がひび割れるからである。ガラス−ヒューズ−ガ
ラス構造の機械的曲げ強さは、その構造の熱サイクル特
性が制約を受けるのと同様に、ガラスの易損性によって
制約を受ける。

【００１１】この発明の全体的な目的は、従来可能であ
った電圧定格より高い電圧定格を有しながら“クイッ
ク”定格を可能にする表面実装型薄膜ヒューズを提供す
ることである。

【００１２】この発明のもう１つの目的は、機械的強度
と信頼性、熱サイクル特性を向上させた表面実装型薄膜
ヒューズ構造を提供することである。

【００１３】この発明のさらにもう１つの目的は、その
ような改善された表面実装型薄膜ヒューズの製造方法を
提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の表面実装型薄膜
ヒューズは、上部平坦面、これに垂直な相対向する複数
の端面及び下部平坦面を有し、ほぼ方形の絶縁性の基板
と、それぞれ基板の端面と同一高さに露出された外側エ
ッジを有する１対の接触部と、これら接触部の間を接続
し接触部より幅が狭く所定電流の通電により溶断する最
低１個の溶断リンクと、を有するヒューズ素子を形成す
るよう、基板の上部平坦面上に蒸着により形成された導
電性の薄膜と、複数の端面及び上部平坦面を有し、基板
と共に広がり、基板の上部平坦面に接着され、かつ当該
複数の端面が基板の端面及び薄膜の外側エッジ共に表面
実装型ヒューズの相対向する複数の端面を形成する絶縁
カバーと、上面を有し、基板及び絶縁カバーより大きな
機械的強度を有し、絶縁カバーと共に広がり、かつ絶縁
カバーの上部平坦面に接着された第１のカバー層と、下
面を有し、基板及び絶縁カバーより大きな機械的強度を
有し、基板と共に広がり、かつ基板の下部平坦面に接着
された第２のカバー層と、上記表面実装型ヒューズの相
対向する複数の端面を被覆し、導電性を有し、ヒューズ
素子の外側エッジのうち１個と電気的に接続され、かつ
第１カバー層の上面の一部に沿って延びた脚及び第２カ
バー層の下面の一部に沿って延びた脚を有する端子部材
と、を備えることを特徴とする。

【００１５】本発明の表面実装型電気ヒューズの製造方
法は、上下両面を有する絶縁性の基板の上面に金属薄膜
を取り付けるステップと、１対の接触部及びこれら接触
部間を接続する当該接触部より幅が狭い最低１個の溶断
リンクを有するヒューズ素子が形成されるよう、金属薄
膜を部分的かつ選択的に除去するステップと、上面を有
する絶縁カバーを上記ステップにより得られる構造上に
接着するステップと、基板の下面に第１のカバー層を接
着するステップと、絶縁カバーの上面に第２のカバー層
を接着するステップと、を有し、第２のカバー層が、基
板及び絶縁カバーより大きな機械的強度を有する材料か
ら形成されることを特徴とする。

【００１６】本発明は、基板及び絶縁カバーがガラスか
ら、カバー層がアルミナから形成されることを特徴とす
る。

【００１７】本発明は、金属薄膜及びこれに隣接する基
板の上面をパッシベートすることを特徴とする。

【００１８】

【作用】この発明の好適な一例によると、薄いガラス基
板上にヒューズ素子を蒸着することにより薄膜ヒューズ
が形成される。さらに、薄いアルミナのカバーをガラス
の基板の背面又は底面に接着する。薄いガラスのカバー
をヒューズ層の上に接着し、次に、薄いアルミナのカバ
ーを薄いガラスのカバーの上面に接着する。この結果得
られるアルミナ−ガラス−ヒューズ−ガラス−アルミナ
の積層構造には、従来のガラス−ヒューズ−ガラス構造
のヒューズと同様の利点を有しており、同時にその欠点
を最小限にしている。また、形状ファクタであるパッケ
ージ寸法は同等以上である。“クイック”定格溶断能力
はガラスの熱特性により維持され、同時に、一番上と一
番下に薄いアルミナの層を使用することにより、ヒュー
ズ速度を変えることなく、ヒューズをかなり強化する。
さらに、電圧定格が、例えば３２ボルトから６３ボル
ト、さらにそれ以上というように、かなり大きくなる。
そして、機械的曲げ強さと熱サイクル特性が向上する。
新しいヒューズ構造は機械的強度が大きいため、プラス
チック又はセラミック基板上に形成された回路を保護す
るために使用できる。これは従来不可能であった。

【００１９】

【実施例】図１及び図２には、この発明の好適な実施例
に係る積層薄膜ＳＭＤヒューズ１０が示されている。な
お、この図に現れる各層の厚さは、わりやすさのために
誇張されており、実際の寸法には一般に比例していな
い。

【００２０】ヒューズ１０は、厚さが好ましくは約０．
３０ｍｍの薄いガラスプレートである基板１２を有して
いる。基板１２は、下面１４を有する他、アルミニウム
等の金属薄膜によりコーティングされた上部平坦面１６
を有している。この薄膜は、１個以上のヒューズ素子１
８を形成するように配置されている。金属薄膜の厚さ
は、例えば、０．６μｍ以下から４．５μｍ以上の範囲
であることができる。ヒューズ素子１８は、溶断リンク
２２で相互接続された１組の接触部２０を備えている。
溶断リンク２２の幅は、接触部２０の幅よりかなり狭
い。例えば、０．２ａｍｐ定格のヒューズ素子は、全長
１１６ｍｉｌｓ、幅５１ｍｉｌｓであることができ、長
さ１０ｍｉｌｓ、幅１ｍｉｌの溶断リンクを持つことが
できる。そのようなヒューズの薄膜の厚さは０．６μｍ
であることができる。

【００２１】薄膜のヒューズ素子１８及びその周囲の上
部平坦面１６を保護するのは、シリカパッシベーション
層２４である。薄いガラスカバー２６は基板１２と同じ
広がりを有し、かつ上面２８を有している。ガラスカバ
ー２６は、エポキシ層３０を介してパッシベーション層
２４に接着している。エポキシ層３０は、ヒューズ素子
１８を封止する役目も果たしている。ガラスカバー２６
は、ガラス基板１２と同様、約０．３０μｍ厚とするこ
とができる。

【００２２】ガラス基板１２の下面１４にエポキシ層３
２によって接着しているのは、薄いアルミナカバー３４
である。アルミナカバー３４は約０．２５ｍｍ厚とする
ことができる。一番上のアルミナカバー３６も、同様に
約０．２５ｍｍ厚としてもよく、またこのアルミナカバ
ー３６はエポキシ層３８によりガラスカバー２６の上面
に接着している。ここに、アルミナはヒューズ層とは直
接接触するように配置できないことに注意すべきであ
る。なぜなら、アルミナが高い熱伝達特性を有している
ため、電力損失が大きい速すぎるヒューズができるから
である。しかしながら、薄いアルミナ層を、基本的なガ
ラス−ヒューズ−ガラスのヒューズ構造の一番上と一番
下の面に接着させることによって、ヒューズはかなり強
化され、ヒューズ速度を変えないで高電圧定格が可能に
なる。この発明では、ヒューズの電圧定格を、６３Ｖ、
１２５Ｖといった高電圧にできる。曲げ強さが大きくな
るため、許容たわみが僅か１ｍｍではなく３ｍｍにな
る。本発明の新しいヒューズは、僅か５熱サイクルの代
わりに、例えば１４０熱サイクル（−５５°Ｃから＋１
２５°Ｃの速い温度サイクル）の特性を有する。この強
度及び熱サイクル特性の向上により、この発明のヒュー
ズは、ガラスエポキシ基板上だけではなく、プラスチッ
ク及びセラミック基板上に形成された回路を保護するた
めにも使用可能である。

【００２３】以上説明したように、アルミナは引張り強
度、曲げ強さ等において優れた機械的特性を持っている
ため、最終的なヒューズ構造をかなり強化する。これら
の特性は、ガラスのものよりかなり優れている。アルミ
ナの代替品として他の強度の優れた絶縁材、例えばサフ
ァイアの使用が当業者には考えられるであろう。しか
し、アルミナには低コストという利点がある。

【００２４】前述のアルミナ−ガラス−ヒューズ−ガラ
ス−アルミナの積層ヒューズアセンブリは、長方形プリ
ズムの形状であることが望ましい。この長方形は、平行
な複数の端面４０及びこの端面４０に接続された複数の
コーナ４２を有している。ヒューズ素子の接触部２０の
端面４４は、端面４０の中にある。

【００２５】端面４０を覆っているのは、導電端子４６
である。各導電端子４６は、ニッケル、クロム等の材質
を有する内部層４８及び外部半田被覆５０から形成され
ている。各内部層４８は、接触部２０のうちの１個の端
面４４と接触し、導電端子４６とヒューズ素子１８の対
向する端面を電気的に接続している。

【００２６】導電端子４６は、コーナ４２の回りと、一
番下のアルミナカバー３４の下面、一番上のアルミナカ
バー３６の上面に沿って延びているランド５２を含を有
している。

【００２７】この発明の薄膜ヒューズは信頼性が高い。
保護カバープレートは温度的に安定しており、ハーメチ
ックであるため、ヒューズが高温、高湿の環境に置かれ
ている時にヒューズ素子１８を保護できる。保護カバー
も、ヒューズが動作する時の極端な条件においても電気
的に安定している。回路電圧が１２５ボルト（最大遮断
電流５０Ａ）であっても、ヒューズ動作後に高い絶縁抵
抗（＞１ＭΩ）が一貫して維持される。

【００２８】前記特許及び出願は、ガラス−ヒューズ−
ガラスのヒューズ構造の製造工程を説明したものであ
り、その工程は、この発明のヒューズ構造の製造に完全
に適用できる。前記特許及び出願の前記工程に関連する
内容は、本願明細書及び図面において引用乃至記載され
ている。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、ヒューズ素子の幅、
長さ、厚さ、導電率を非常に正確に限定又はプログラム
することができるため、ヒューズ特性のバラツキを最低
限に抑えられる。さらに、色々な種類のヒューズ素子の
設計、基板タイプを組み合わせて、ある範囲の速度特性
を有するヒューズを作ることができる。例えば、高速ヒ
ューズは、導電性の基板上に低い質量のヒューズ素子を
使用して製造できる。低速ヒューズ特性は、高い質量の
ヒューズ素子と断熱基板を組み合わせることによって得
ることができる。この発明による、独特の５積層ヒュー
ズコンポーネント構造はさらに、優れた機械的特性及び
熱特性を持つため、より大きい電圧定格、より広範囲の
回路基板環境で使用できる“クイック”ヒューズを提供
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヒューズ断面の立面図である。

【図２】図１のヒューズの線２−２断面図である。

【符号の説明】

１０ ヒューズ １２ 基板 １４ 下面 １６ 上部平坦面 １８ ヒューズ素子 ２０ 接触部 ２２ 溶断リンク ２４ シリカパッシベーション層 ２６ ガラスカバー ２８ 上面 ３０、３２，３８ エポキシ層 ３４，３６ アルミナカバー ４０，４４ 端面 ４２ コーナ ４６ 導電端子 ４８ 内部層 ５０ 外部半田被覆 ５２ ランド

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【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【関連出願の相互参照】この出願は、米国出願番号０７
／９２０，１１３（１９９２年７月２４日出願）“Meth
od of Making Thin Film Surface Mount Fuses”を一部
継続出願し、さらに当該一部継続出願を基礎として優先
権主張した出願である。なお、米国出願番号０７／９２
０，１１３は、米国出願番号０７／８４６，２６４（１
９９２年２月２８日出願）“Thin Film Surface Mount
Fuses ”の分割出願である。米国出願番号０７／８４
６，２６４はすでに特許されている（米国特許第５，１
６６，６５６号、１９９２年１１月２４日付発行）。米
国出願番号０７／８４６，２６４に関連する出願とし
て、日本を指定国とするＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９３／
０１９１５がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イリナ デイノフ イスラエル国 ジバット ツェーフ レチ ョフ キルヤット ヤーリム 54

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下両面を有する絶縁性の基板の上面に
   金属薄膜を取り付けるステップと、 １対の接触部及びこれら接触部間を接続する当該接触部
   より幅が狭い最低１個の溶断リンクを有するヒューズ素
   子が形成されるよう、金属薄膜を部分的かつ選択的に除
   去するステップと、 上面を有する絶縁カバーを上記ステップにより得られる
   構造上に接着するステップと、 基板の下面に第１のカバー層を接着するステップと、 絶縁カバーの上面に第２のカバー層を接着するステップ
   と、 を有し、 第２のカバー層が、基板及び絶縁カバーより大きな機械
   的強度を有する材料から形成されることを特徴とする表
   面実装型電気ヒューズの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１の方法において、 基板及び絶縁カバーがガラスから、カバー層がアルミナ
   から形成されることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項１の方法において、 金属薄膜及びこれに隣接する基板の上面をパッシベート
   するステップを含むことを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 上部平坦面、これに垂直な相対向する複
   数の端面及び下部平坦面を有し、ほぼ方形の絶縁性の基
   板と、 それぞれ基板の端面と同一高さに露出された外側エッジ
   を有する１対の接触部と、これら接触部の間を接続し接
   触部より幅が狭く所定電流の通電により溶断する最低１
   個の溶断リンクと、を有するヒューズ素子を形成するよ
   う、基板の上部平坦面上に蒸着により形成された導電性
   の薄膜と、 複数の端面及び上部平坦面を有し、基板と共に広がり、
   基板の上部平坦面に接着され、かつ当該複数の端面が基
   板の端面及び薄膜の外側エッジ共に表面実装型ヒューズ
   の相対向する複数の端面を形成する絶縁カバーと、 上面を有し、基板及び絶縁カバーより大きな機械的強度
   を有し、絶縁カバーと共に広がり、かつ絶縁カバーの上
   部平坦面に接着された第１のカバー層と、 下面を有し、基板及び絶縁カバーより大きな機械的強度
   を有し、基板と共に広がり、かつ基板の下部平坦面に接
   着された第２のカバー層と、 上記表面実装型ヒューズの相対向する複数の端面を被覆
   し、導電性を有し、ヒューズ素子の外側エッジのうち１
   個と電気的に接続され、かつ第１カバー層の上面の一部
   に沿って延びた脚及び第２カバー層の下面の一部に沿っ
   て延びた脚を有する端子部材と、 を備えることを特徴とする表面実装型薄膜ヒューズ。
5. 【請求項５】 請求項４のヒューズにおいて、 薄膜により形成されるヒューズ素子を覆うパッシベーシ
   ョン層を有することを特徴とするヒューズ。
6. 【請求項６】 請求項４のヒューズにおいて、 絶縁基板及び絶縁カバーがガラス層を含み、カバー層が
   アルミナを含むことを特徴とするヒューズ。