JPH07504296A - 薄膜表面実装ヒューズ - 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】 薄膜表面実装ヒユーズ 発明の分野 本発明は、広く電気ヒユーズに関し、特に、薄膜技術を用いた表面実装ヒユーズ に関する。

発明の背景 回路基板を組み立てる技術として表面実装が発達し、この表面実装に適用させる ため、事実上すべての電気部品がリードレスに設計し直されたり、直されつつあ る。表面実装デバイス（ＳＭＤ）があらゆる種類の電気回路に急速に採用された 結果、ＳＭＤヒユーズが要求されるようになった。

ヒユーズは、多くの回路基板で不可欠な機能を果たす。下位の回路や個々の部品 を電気的に遮断することによって、局所的な部品の故障が回路系全体に損傷を及 ぼすことを防止できる。このようなケースとして、例えば、タンタルコンデンサ の故障による中央処理装置の火災損傷や、単一回線接続用基板（ａ　ｓｉｎｇｌ ｅ　ｆｉｎｅ　ｃａｒｄ）の短絡による電話交換機全体の損傷がある。

回路基板ヒユーズには、小型で、低価格で、正確に電流を検出でき、反応すなわ ち溶断が迅速で、タイムラグヒユーズの場合には波動抵抗を示すといった特質が 要求される。

既存の管理リード付ヒユーズは、ＳＭＤ組立用に設計された回路基板上では大き な空間を占めてしまい、製造コストも大幅にかさんでしまう。製造業者は、ＳＭ Ｄ組立の技術にも適合可能なヒユーズの必要性を認識し、標準ＳＭＤ組立体のた めにリードレス成形ヒユーズを提供するようになった。しかし、こうして提供さ れたデバイスでも、例えばパッケージサイズが約７Ｘ４Ｘ３ｍｍといった具合に 未だ嵩が大きく、高価であり、性能も限定されている。何よりも問題なのは、従 来技術ではヒユーズの特性を製造中に正確に管理できないことである。

発明の要旨 薄膜技術を用いれば、ヒユーズの全ての要素を精密に制御し、様々な要求に応え られる標準ヒユーズおよびカスタムヒユーズを経済的に設計できることが明らか になった。すなわち、薄膜技術は、電気的特性および物理的特性を共に厳密に管 理することができるヒユーズの開発を可能にしたのである。特に、デザイン、ヒ ユーズ特性の再現性や、１２Ｔ特性（ｌｅｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ　）といった領域 で、薄膜技術の利点が明らかとなっている。しかも、この薄膜技術は、１μｍ以 下の線幅分解能、１．００人単位までの層厚さの管理を実現するので、例えば１ ．　６Ｘ０．８ｍｍの標準パッケージサイズや、非標準パッケージサイズである 真に小型のＳＭＤヒユーズが製作可能になった。

本発明の一形態によれば、薄膜表面実装ヒユーズの製造方法が提供される。この 製造方法では、第１に、スパッタリングなどによって絶縁基板の表面に均一なア ルミニウムの金属薄膜を蒸着する。薄膜の厚さは、特に、ヒユーズ定格によって 決まる。次に、フォトリゾグラフィ技術によって金属薄膜の所定の部分を除去し 、特定のヒユーズ素子を複数含む反復パターンを形成する。各ヒユーズ素子は、 一対の接点部と、これら接点部より幅狭であって接点部間を連結する可融性のリ ンクとを備える。次いで、この構成物を不活性化し、エポキシによって不活性化 層上にガラス製絶縁被覆板を接着する。次に、以上の工程によって形成された組 立体を、基板表面に垂直な端面に沿って小板片状に切断する。各小板片は一連の 並列に配置されたヒユーズを含む。この切断工程により、小板片の端面に沿った 各ヒユーズ素子の接点部の縁を露出する。導電性の終端層を平坦な端面上に蒸着 し、これによって終端を接点部の露出縁へ電気的に接続する。最後に、小板片を 横方向に切断し、個々のヒユーズを得る。

フォトリゾグラフィによる製造方法を利用すると、多種多様なヒユーズ素子のデ ザインと、多種類の基板とを組み合わせて、広い範囲のヒユーズチップを創作す ることができる。その上、使用上の要件を最適に満足するよう溶断速度などの重 要な特性を設定することができる。最後に、封着用ガラス製被覆板によって密封 された薄膜ヒユーズの密封構造は、環境変化に対する優れた信頼性をもたらす。

本発明の別の側面によれば、不活性化層は、化学的蒸着シリカやプリントガラス の厚い層で形成することができる。プリントガラスを使用すれば、収率を向上し 、コストを低減することができる。終端は、ヒユーズの端面を区切る縁回りで広 がってランド部を形成する、はんだで被覆された金属層を含むことが好ましい。

また、各終端は、銀や銅といった高導電性金属層上に低融点金属または低融点合 金の被膜を含んだものでもよい。ヒユーズの温度が所定の水準を越えると、導電 層が低融点金属または低融点合金に溶ける。溶融層はガラスを濡らさないので、 層が不連続となり、そのために終端およびヒユーズ素子間の電気的接続が遮断さ れる。このようにして、電気および温度の両面からヒユーズ機構が付与される。

図面の簡単な説明 本発明のその他の目的、特徴および利点は、添ト１図面を参照した後述の好適な 実施例の詳細な説明から明らかとなろう。

図１は、本発明によるヒユーズの断面側面図である。

図２は、図１の２−２線に沿った断面図である。

図３と図４は、本発明によるヒユーズの製造段階を示し、処理済み基板の平面図 である。

図５は、ヒユーズ製造における他の段階を示し、多層ヒユーズを含んだ複合多層 小板片の斜視図である。

図６は、図５の小板片の斜視図であり、はんだ被覆を含む終端層の形成後を示す 。

図７は、他の製造方法における製造段階を示す処理済み基板の平面図である。

好適な実施例の詳細な説明 図１および図２は本発明の好適な実施例に係る薄膜ＳＭＤヒユーズ１．０を示す （図中、構成物における種々の層の厚さは、分かりやすくするために、非常に誇 張して示しである）。

このヒユーズ１０は基板１２を備える。基板１２には、例えば、はぼ２０〜３０ ミルの厚さのガラス板が好ましい。基板は下側表面１４と平坦な上側表面１６と を有する。上側表面１６は、１以上のヒユーズ素子１８を形成するようアルミニ ウムなどの金属の薄膜で被覆される。金属膜の厚さは、例えば、０．６μｍ以下 から４．５μｍ以上までの範囲にするとよい。ヒユーズ素子１８は一対の接点部 ２０を含み、これら接点部間は、接点部２０よりも相当幅狭の可融性のリンク２ ２によって連結される。例えば、定格Ｑ、２ａｍｐのヒユーズ素子の全長は１１ ６ミル、幅は５１ミルであり、可融性のリンクの長さは１０ミル、幅は１ミルで ある。このようなヒユーズの場合、薄膜の厚さは０．６μｍとなる。

シリカ不活性化層２４は、基板１２上側表面１６の薄膜ヒユーズ素子１８および その周囲の部分を保護する。この不活性化層２４には、基板１２と同一の広がり を持つとともに上面２８を有するガラス製被覆２６がエポキシ層３０によって結 合される。エポキシ層はヒユーズ素子を密封するのにも役立つ。

以上詳述されたヒユーズ組立体は方形柱状であって、平行した端面３２と、端面 を区切る末端角３４とを有することが好ましい。ヒユーズ素子の接点部２０の終 縁３６は端面３２上にある。

導電性の終端３８は平坦な端面３２を被覆する。導電性の各終端は、ニッケル、 クロムなどの内層４０と、外層のはんだ被覆４２とより構成される。内層は、一 方の接点部２０の終縁３６と接触し、終端３８とヒユーズ素子１８の対向面とを 電気的に接続する。

終端３８はランド部４４を備え、このランド部４４は、角３４回りで折れ、ガラ ス製被８ｆ２８の上面および基板１４の下面に部分的に広がる。

シリカ不活性化層２４の代わりに、例えば、０．５〜４ミルといったプリントガ ラスの厚い層を使用してもよい。プリントガラスを使用すると、例えば、化学蒸 着よりも費用がかからず、収率も相当に改善され、製造コストが安くなる。その 上、プリントガラスはヒユーズの電圧特性を顕著に向上させる。例えば、シリカ 不活性化ヒユーズが定格２０ボルトである一方で、プリントガラス不活性化ヒユ ーズは定格３２ボルト以上を達成することができる。

以上詳述された構成物の他、温度ヒユーズ機構を提供する構成物では、各終端３ ８の内層４０は銅や銀または同等の高導電性金属の薄い蒸着物で構成される。

蒸着物はスパッタリング蒸発などの公知技術によって形成される。このような金 属は、一般にガラスを濡らさないので、溶融金属中にガラスを浸して形成するこ とはできない。したがって、かかる他の構成物に関しては、銅または銀の蒸着物 ４０を覆う外層被８！４２は、銅または銀の蒸着物よりやや厚い、すずやすず／ 鉛のような低融点金属または低融点合金で構成される。すす、すず／鉛層は、銅 や銀は濡らすが、ガラスは濡らさない。ヒユーズの温度が低融点層４２の融点、 たとえば、３００℃まで上がると、銅や銀は溶脱される、つまり、溶融層４２に 溶解する。溶融層４２はガラスを濡らさないので、ガラスと緊密な接触を保てな くなり、液状金属の球を形成する。特に、角３４のような鋭い角の部分で層が不 連続となる。こうしてランド部４４およびヒユーズ素子１８間の電気的連続性が 断たれる。この代案によれば、ヒユーズは、電気および温度の２つのヒユーズ機 構を有し、薄膜ヒユーズ素子１８が電気的保護、溶脱可能な終端３８が温度保護 に与る。

本発明の薄膜ヒユーズは信頼性が高い。保護被覆板は、温度に対して安定的であ って密封されているので、ヒユーズが高温、高湿の環境にさらされた場合でもヒ ユーズ素子１８は保護される。保護被覆２６は、ヒユーズの作動中に発生する極 端な条件下でも電気的に安定である。絶縁抵抗が高＜　ＤＩＭΩ）、この値はヒ ユーズの動作後も、回路電圧１２５Ｖ（最大遮断電流５０Ａ）においてさえ、− 貫して維持される。

図３〜６を参照すると、本発明に係るＳＭＤヒユーズの好適な製造方法における いくつかの段階が示される。基板５０は、例えば、４インチ×４インチの正方形 の厚さ約２０ミルのガラス板を含み、上側表面５２と下側表面５４を有する。

導電性素材が、例えば、スパッタリングによって上側表面５２上に蒸着され、前 述のように、０．６μｍ未満から４．５μｍ以上までの範囲の厚さの均一な薄膜 を形成する。この厚さはヒユーズの定格やその他の要因によって決定される。導 電性素材としてはアルミニウムが好ましい。

導電層は、標準フォトレジスト上薬を用いてパターン作られ、フォトエツチング によって幅の広い部分５８と狭い部分６０が交互に連続して配置された、平行な 列５６−１．５６−２、・・・、５６−Ｎが形成される。この幅の広い部分と狭 い部分は、最終製品でそれぞれヒユーズの接点部とそれらを連結する可融性のリ ンクとなる。たった一つの基板上にこの図形が何千も繰り返されているが、その ごく一部分のみが図示されている。

パターン形成された導電性薄膜とその周囲の基板の上側表面５２とを覆うように 、不活性化層６２が化学蒸着シリカまたはプリントガラスで形成される。次に、 基板と同一の広がりを持つガラス製被覆６４が、不活性化層にエポキシなどの接 着・封着剤の被覆６６によって固定される。

こうして形成された複合多層ヒユーズ組立体は、ダイヤモンド刃などを用いて、 平行面６８−１．６８−２、・・・、６８−Ｎ　（図４）に沿って切断される。

平行面は、組立体の層およびヒユーズ素子列に直交し、薄膜のパターンの幅の広 い部分５８を部分するように配置されている。その結果、一連の小板片が形成さ れる。

図５にその一例７０を示す。切断操作によって、隣接したヒユーズの接点部の終 縁３６が平らな端面７２に沿って露出することが分かる。

図６を参照し、電気終端７３が、小板片７０にニッケルまたは銅の層７４を蒸着 またはスパッタリングして形成される。この電気終端７３は、対向する小板片の 平らな端面７２を完全に被覆する。小板片にはヒユーズ素子の終縁３６が含まれ ていて、その結果、ヒユーズの接点部とニッケルまたは銅の終端層７４との電気 的連続性を確立する。すでに言及したように、導電層は、小板片の角７６回りに 折れ、小板片の上面および下面に沿って部分的に広がり、ランド部７８が形成さ れる。層７４は、はんだ層８０で被覆される。

最後に、小板片７０が、平行面８２−１．８２−２．８２−３、・・・・・・に 沿って横方向に切断されて、図１と図２に示すような個々のヒユーズとなる。

本発明に係るヒユーズの他の製作方法を図７に示す。本実施例では、図３の連結 されたヒユーズ素子の連続した列の代わりに、接点部分９２が空所９４て分離さ れている個々のヒユーズ素子９０がフォトレジスト法によって形成される。個々 のヒユーズ素子を分離している空所９４の幅は、この組立体を切断して小板片を 作るときに使用する切断刃の厚さＴよりも小さい。したがって、切断刃が接点部 ９２のマージンを切り落とし、接点部の端縁が切断面に沿って確実に露出する。

この製作方法における他の工程は、すでに述べたとおりである。

本発明によると、ヒユーズ素子の幅、長さ、厚さ、および導電性を非常に正確に 形成またはプログラムする能力があるので、ヒユーズ特性の変動が最小限に抑え られる。その上、種々のヒユーズ素子のデザインと、種々の基板の種類とが組み 合わされ、広い範囲の速度特性を有するヒユーズを創作することができる。例え ば、高速ヒユーズは、熱的に絶縁された基板上に小さなヒユーズ素子を用いて生 産するこξができる一方、より低速のヒユーズ特性は、大きなヒユーズ素子と熱 伝導性基板の組み合わせによって得られる。

ＦｆＧ、２

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁基板の表面に金属薄膜を形成する工程と；金属薄膜を部分的に除去し、 一対の接点部と、これら接点部より幅狭であって接点部間を連結する少なくとも １つの可融性リンクとを備えた特定ヒューズ素子の連続した列からなる反復パタ ーンを形成する工程と；金属薄膜とそれに隣接した基板表面を不活性化する工程 と；以上の工程によって形成された不活性化層に絶縁被覆を接着する工程と；以 上の工程によって形成された組立体を基板表面に垂直な面に沿って小板片に切断 し、各小板片に、切断操作によって形成された対向する平坦な端面と端面間に延 びる一連の並んでいるヒューズ群とを形成し、各ヒューズ素子の一方の接点部の 縁を前記各端面で露出させる工程と；各端面上に導電性終端を形成し、各終端と 端面に暴露する接点部の縁を電気的に連結する工程と； 前記小板片を個々のヒューズへ切断する工程と；を有する表面実装ヒューズめ製 造方法。
2. ２．請求項１に記載の表面実装ヒューズの製造方法において、前記終端を形成す る工程は、 各端面に導電層を形成する工程と； 導電層をはんだで被覆する工程と； を有する表面実装ヒューズの製造方法。
3. ３．請求項１に記載の表面実装ヒューズの製造方法において、小板片は端面を区 切る角を含み、この角の回りに広がるように終端を形成する工程を有する表面実 装ヒューズの製造方法。
4. ４．請求項３に記載の表面実装ヒューズの製造方法において、基板と被覆がガラ スであって、前記終端を形成する工程は、各端面上に高導電性金属層を蒸着する 工程と；前記層上に、高率電性金属層を濡らすが前記ガラス層を濡らさない低融 点金属層を蒸着する工程と；を有し、 使用中にヒューズ温度が低融点金属の融点まで上がると、高導電性金属層が低融 点金属に溶解し、終端において電気的不連続を生じさせるヒューズを得る表面実 装ヒューズの製造方法。
5. ５．導電薄膜を絶縁性基板の表面上に蒸着する工程と；前記薄膜を部分的に除去 し、一対の接点部と、これら接点部より幅狭であって接点部間を連結する少なく とも１つの可融性リンクとを備えた複数のヒューズ素子からなる列を、列の中で ヒューズ間に間隔をおいて、列同士を平行に形成する工程と； 薄膜とその周囲の基板表面に不活性化層を作成する工程と；不活性化層に絶縁被 覆を接着剤で結合する工程と；以上の工程によって形成された層状の組立体を前 記列の方向と薄膜とに対してともに垂直な平行面に沿って切断し、隣接したヒュ ーズの接点部を横切る平坦面を形成することによって、接点部の縁を露出させる とともに並列に配置されたヒューズの小板片を形成する工程と； 以上の工程によって形成された各平坦面上に導電層を蒸着することによって、露 出した接点部の縁を終端層に電気的に接続する工程と；ヒューズの小板片を個々 のヒューズに切断する工程と；を有する表面実装ヒューズの製造方法。
6. ６．平坦な上側表面と、この上側表面に垂直な端面を有するほぼ方形の絶縁基板 と； 基板の上側表面上に蒸着され、基板の端面と面一に外縁を露出する一対の接点部 と、これら接点部より幅狭であって接点部間を連結し、所定の通過電流に応じて 溶断する少なくとも１つのリンクとを備えたヒューズ素子を形成する導電薄膜と ； 薄膜素子を被覆する不活性化層と； 基板と同一の広がりと端面とを有し、密封層がエポキシ層によって不活性化層に 結合され、前記基板との端面および薄膜素子の外縁とともに表面実装ヒューズの 対向する端面を形成する絶縁被覆と；ヒューズの各端面を覆い、ヒューズ素子の 一方の接点部の外縁と電気的に接触するとともに、基板の底面の一部に沿って延 びる脚部と被覆の上面の一部に沿って延びる脚部とを有する導電性終端と；を備 える薄膜表面実装ヒューズ。
7. ７．請求項６に記載のヒューズにおいて、不活性化層が化学蒸着シリカを含むヒ ューズ。
8. ８．請求項６に記載のヒューズにおいて、不活性化層がプリントガラスの厚い層 を含むヒューズ。
9. ９．請求項６に記載のヒューズにおいて、各終端がはんだで被覆された金属層を 含むヒューズ。
10. １０．請求項６に記載のヒューズにおいて、被覆がガラス層を含むヒューズ。
11. １１．請求項６に記載のヒューズにおいて、各終端は、ヒューズの対応する端面 と接触する導電層と、この導電層上に配置された低融点金層層とを含み、ヒュー ズの温度が所定の水準を超えたとき導電層が低融点層に溶け込み終端およびヒュ ーズ素子間の電気的接触が遮断されるヒューズ。