KR101811084B1 - 저전류 퓨즈 - Google Patents

Abstract

퓨즈이며, 각각의 상부면, 하부면, 측면 및 단부면을 갖는 기판, 상기 기판의 상부면 위에 형성된 신장된 퓨즈 소자, 상기 퓨즈 소자의 서로 마주하는 단부에 일체형으로 형성된 한 쌍의 접촉 패드, 상기 접촉 패드들의 적어도 한 부분 및 상기 퓨즈 소자를 덮는 하나 이상의 패시베이션층, 상기 한 쌍의 접촉 패드 각각의 상부면에 개별적으로 결합된 제1 및 제2 도전성 전극 및 상기 전극들 각각을 위한 하나 이상의 도전성 종단층을 포함하여 구성되고, 일반적으로 0.025 내지 0.125암페어의 정격 전류를 갖는 퓨즈.

Description

저전류 퓨즈 {LOW CURRENT FUSE}

본 출원은 본 출원의 선출원으로서 발명의 명칭이 "LOW CURRENT FUSE"이고, 2010년 10월 14일에 제출된 미국 특허 가출원 USSN 제61/393,149호와 2011년 10월 11일 제출된 미국 특허 출원 제13/270,855호의 우선권을 향유하고, 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조된다.

본 발명은 일반적으로 전기 퓨즈 및 특히 박막 기술을 채용하는 표면 실장(SMD) 밀리-전류 퓨즈와 랜드 그리드 어레이(LGA)에 관련된다. 본 기술은 더욱 상기 퓨즈의 제조를 위한 방법에 관련된다.

표면 실장(surface mounting)은 회로 기판 조립을 위해 선호되는 기술이 되어왔다. 결과적으로, 거의 모든 유형의 전자 부품들은 표면 실장된(즉, 리드리스) 실시 또는 적용을 위해 재설계되어 왔고, 재설계되고 있다. 표면 실장 소자(SMD)가 모든 유형의 전자 회로 안으로 급속히 포함됨으로써 SMD 퓨즈는 그에 상응하도록 필요해졌다.

퓨즈는 많은 회로기판 위에서 핵심적인 기능을 한다. 회로, 선택된 서브회로 및/또는 특정한 개별적 부품에, 퓨즈를 장착함으로써, 단일, 부분 부품의 파손으로부터 야기될 수 있는 전체 시스템의 손상을 막는 것이 가능하다.

소정의 작동을 용이하게 하는 전기부품의 다양한 성능 특성이 존재한다. 소정의 퓨즈 태양을 다루고 있는 종래 기술의 예시가 파커(Parker) 등에게 허여된 미국 특허 제7,570,148호에 개시되어 있다. 상기 파커 등에게 허여된 특허는 저저항 퓨즈에 관한 것이고, 이는 퓨즈 소자층 및 퓨즈 소자층의 대향 측면에서 연장되고 그들과 결합된 제1 및 제2 중간 절연층을 포함한다. 퓨즈 소자층은 제1 중간 절연층 위에 적층되고 제2 절연층은 퓨즈 소자층 위에 적층된다. 다른 예시는 미국 특허 제5,296,833호(브린(Breen) 등)이다. 상기 브린 등에게 허여된 특허는 알루미나-유리-퓨즈-유리-알루미나로 적층된 구조를 포함하는 표면 실장 퓨즈 소자에 관한 것이다.

퓨즈 설계 태양의 예시적인 기술을 개시하는 추가적인 참조는 모두 바디히(Badihi) 등에게 허여된 미국 특허 제5,228,188호 및 제5,166,656호를 포함한다. 상기 바디히 등에게 허여된 특허는 일반적으로 동일한 것을 만들기 위한 표면 실장 퓨즈 및 방법들에 관한 것이다.

앞서 말한 모든 미국 특허 문서들의 개시 내용은 모든 목적으로 참조를 위해 본 명세서에서 전부 병합된다. 어떠한 종래의 공지 기술도 약 50밀리암페어의 밀리암페어 단위 정격 전류를 갖는 표면 실장 가능한 퓨즈 제공의 필요성을 해결하지 않았음을 알 수 있다. 양호한 실시예가 80mil×50mil(약 2mm×1.5mm), 및 때로는 40mil×20mil(약 1mm×0.5mm)만큼 작은 패키지에서의 이러한 필요성을 해결한다.

본 발명은 상기 설명된 바와 같은 다양한 설계 태양과 퓨즈의 임의의 태양들 및 관련 전자 기술에 관한 다른 부분들을 인식하고 해결하고 있다. 이에 따라 폭넓게 말하면, 현재 개시된 기술의 하나의 주목적은 개선된 퓨즈 장치를 제공하는 것이다. 더욱 특히, 현재의 기재 내용은 저전류 퓨즈 장치를 기술하며, 상기 장치는 표면 실장(SMD) 구조 또는 랜드 그리드 어레이(LGA) 구조에 구성될 수 있다.

본 발명은 일반적으로 멀티 레이어 퓨즈 장치, 그리고 특히 신장된 퓨즈 소자 및 한 쌍의 일체형 접촉 패드를 구비한 기판을 포함하는 멀티 레이어 퓨즈 장치에 더 관련되며, 신장된 퓨즈 소자 및 한 쌍의 일체형 접촉 패드는 퓨즈 소자의 서로 마주하는 종방향 단부에서 그와 함께 형성되고, 기판의 일면 위에 형성된다. 특정 실시예에서, 한 쌍의 패시베이션층(passivation layer)들이 구비되고, 접촉 패드들과 퓨즈를 덮고 있으며, 한 쌍의 창(windows)들이 접촉 패드들 모두의 위로 패시베이션층들 모두를 통하여 열려있고, 그로 인해 창을 통하여 전기 도금된 도전성 전극 물질을 수용할 수 있다. 도금된 물질은 패시베이션층들의 상부면 위로 연장될 수 있고 도전성 남땜 재료로 코팅될 수 있다.

0.025 내지 0.125암페어의 정격 전류를 갖는 저전류용 표면 실장 퓨즈를 위한 특정한 요구가 존재한다.

주(note) : 퓨즈의 정격은 정해진 전류에 해당한다. 퓨즈들은 일반적으로 정격 전류의 약 250%의 전류가 통할 때 퓨즈가 단선되도록 설계된다.

본 발명의 제1 실시예는 약 0.06 내지 0.5암페어 범위의 최대 전류에 노출되면 퓨즈가 단선되는 표면 실장 퓨즈를 제공한다.

상기 표면 실장 퓨즈는 적절한 금속의 박막을 이용하여 얻어질 수 있다.

전형적으로는, 표면 실장 가능한 퓨즈는 0.2 내지 2미크론(micron) 두께와 3 내지 20미크론(micron)의 폭을 갖는 니켈 또는 구리의 트랙을 포함한다.

전형적으로, 표면 실장 가능한 퓨즈는 세라믹, 유리 또는 유리 세라믹(glass ceramic)을 포함하는 유전성 기판을 더 포함한다.

가장 양호하게는, 상기 유전성 기판은 유리를 포함한다.

전형적으로, 니켈의 트랙을 포함하는 표면 실장 퓨즈가 있는 곳에, 기판과 금속 사이의 접착성을 증대시키기 위해 퓨즈 금속 아래 탄탈(tantalum)의 얇은 층을 더 포함한다.

일반적으로, 탄탈의 얇은 층은 수백 옹스트롬(angstrom)의 두께를 가진다.

일반적으로, 표면 실장 가능한 퓨즈는 퓨즈 금속을 보호하는 패시베이션층을 더 포함한다.

일 실시예에서, 패시베이션층은 실리콘 옥시니트라이드(silicon oxynitride)를 포함한다.

선택적으로, 탄탈층은 퓨즈 금속에 대한 패시베이션층의 접착성을 증대시키기 위해서 패시베이션층 아래 그리고 퓨즈 금속 위에 구비된다.

선택적으로, 패시베이션층은 1 내지 6미크론 두께가 된다.

일반적으로, 표면 실장 가능한 퓨즈는 폴리이미드(polyimide)의 캡슐화층(encapsulation layer)을 더 포함한다.

일반적으로, 표면 실장 가능한 퓨즈는 랜드 그리드 어레이(LGA) 또는 표면 실장(SMD) 용도로 구성된다.

가장 일반적으로 표면 실장 가능한 퓨즈는 종단부(terminations)들을 더 포함한다.

일 실시예에서, 종단부들은 패시베이션층에서 창 개구부(window opening)를 통하여 접근 가능한 접촉 패드들을 포함한다.

일반적으로, 표면 실장 가능한 퓨즈는 일반적으로 패시베이션층에 형성된 창개구부들과 대응되는 창 개구부들을 포함하는 폴리이미드 물질의 캡슐화층을 더 포함한다.

추가적으로, 표면 실장 가능한 퓨즈는 벤조시클로부텐(BCB) 또는 에폭시의 보호피막을 더 포함한다.

선택적으로, 표면 실장 가능한 퓨즈는 접촉 패드들 위의 창 개구부를 통하여 전기도금된 구리(Cu) 전극들을 더 포함하며, 그로 인해 상기 전극들은 패시베이션층 위로 확장된다.

일반적으로, Cu 전극(112)의 노출된 부분은 니켈 및 주석(Ni/Sn)층들로 종단된다.

대안으로서, Cu 전극의 노출된 부분은 볼 그리드 어레이(BGA) 기술을 사용하여 종단된다.

예시적인 일 실시예에서, 현재 개시된 본 발명은 퓨즈에 관한 것으로서, 상기 퓨즈는 대응되는 상부면, 하부면, 측면 및 단부면을 포함하는 기판과, 상기 기판의 상부면에 형성된 신장된 퓨즈 소자, 상기 퓨즈 소자의 서로 마주하는 단부들에 일체형으로 형성된 한 쌍의 접촉 패드들, 상기 접촉 패드들의 최소한 일부와 상기 퓨즈 소자를 덮는 하나 이상의 패시베이션층, 상기 한 쌍의 접촉 패드들 각각의 상부면에 각각 결합된 제1 및 제2 도전성 전극 및 각각의 상기 전극을 위한 하나 이상의 도전성 종단층을 포함한다.

몇 가지 실시예에서는, 상기 제1 및 제2 도전성 전극들은 각각 하나의 전극 단부에서 한 쌍의 접촉 패드들 각각의 하나와 결합된다. 다른 경우에서는, 제1 및 제2 도전성 전극 각각은 하나 이상의 패시베이션층을 통하여 연장된 전극의 제2 단부를 갖는다. 다른 실시예에서, 상기 하나 이상의 도전성 종단층은 제1 및 제2 도전성 전극의 제2 단부의 코팅을 포함한다.

다른 현재의 대안들에서, 상기 제1 및 제2 도전성 전극은 전극의 한 모서리를 따라 기판의 각각의 모서리 부분까지 연장된다. 다른 실시예에서는, 하나 이상의 도전성 종단층이 제1 및 제2 도전성 전극 각각과 전기적으로 결합된 각각의 종단 단부들(end terminations)을 포함한다. 다른 실시예에서는, 제1 및 제2 도전성 전극은 전극의 하나의 측면을 따라 한 쌍의 접촉 패드의 각각의 하나에 결합된다. 다른 실시예에서는, 하나 이상의 도전선 종단층은 제1 및 제2 도전성 전극 각각과 함께 전기적으로 결합된 각각의 종단 단부를 포함한다. 그것의 대안들에서, 상기 종단층은 기판의 각각의 단부와 인접한 기판의 측면 일부를 덮게 된다.

현재 개시된 다른 실시예에서, 퓨즈의 예시적인 실시예는 퓨즈 소자와 접촉 패드들을 덮는 한 쌍 이상의 패시베이션층을 포함한다. 또한, 종단층은 최소한 패시베이션층 상부면의 일부를 덮고, 기판의 각각의 단부 근처의 기판의 모든 단부면 및 하부면의 일부를 덮으며, 그로 인해 상기 종단층은 퓨즈의 표면 실장을 가능하게 한다. 또한, 종단층은 기판의 각각의 단부와 인접한 기판의 측면 일부를 덮게 된다.

현재 개시된 다른 실시예에서, 퓨즈는 한 쌍의 패시베이션층들을 통하여 접촉 패드들 각각 위에 형성된 창을 더 포함하고, 제1 및 제2 도전성 전극은 접촉 패드들 위의 패시베이션층의 상부면 위에서 연장되고, 종단층은 최소한 패시베이션층의 상부면 위로 연장된 도전성 전극의 일부를 덮고, 최소한 기판의 하면 일부를 덮으며, 그로 인해 종단층은 퓨즈의 표면 실장을 가능하게 한다. 게다가, 몇 가지 경우에 종단층은 기판의 각각의 단부와 인접한 기판의 측면의 일부를 덮는다.

다른 실시예에 있어서, 퓨즈는 패시베이션층들을 덮는 유리층을 더 포함하고, 제1 및 제2 전극은 기판의 단부들에 노출되고, 그를 향하여 연장되며, 종단층은 최소한 유리층의 상부면 일부를 덮고, 기판의 각각의 단부와 인접한 기판의 하부면 및 단부를 덮게 된다. 몇 가지 대안에 있어서, 패시베이션층은 폴리머(polymer) 물질을 포함한다. 다른 경우에, 패시베이션층은 하나 또는 그 이상의 SiNO, Al₂O₃, SiO₂, Si₃N₄, 폴리이미드, 벤조시클로부텐 및 유리를 포함한다.

현재 개시된 다른 실시예에서, 퓨즈는 하나 이상의 패시베이션층을 관통하여 접촉 패드들 각각의 위에 형성된 창을 더 포함하고, 제1 및 제2 도전성 전극은 접촉 패드들의 위로 하나 이상의 패시베이션층의 상부면 위에 연장되며, 종단층은 하나 이상의 패시베이션층의 상부면 위로 연장하는 도전성 전극의 최소한 일부를 덮고, 그로 인해 종단층은 퓨즈의 그리드 어레이 마운팅을 가능하게 한다.

다른 현재의 대안들에서 퓨즈 소자 및 접촉 패드들은 도전성 및 접착성 물질의 일체형 복합층으로 형성된다. 게다가, 제1 및 제2 도전성 전극은 전극의 하나의 단부에서 한 쌍의 접촉 패드 각각의 하나의 니켈층과 결합된다. 게다가, 퓨즈 소자 및 접촉 패드들은 구리, 니켈, 코발트 및 철 또는 그들의 합금 중 하나 이상의 일체형 층으로 형성된다. 또한, 특정한 대안에서는, 제1 및 제2 도전성 전극은 도전성 금속을 포함한다. 게다가, 제1 및 제2 도전성 전극은 구리 전극을 포함한다. 다른 구성에서, 기판은 유리, 유리 세라믹, 세라믹, 실리콘 및 중합체 재료 중의 하나를 포함한다. 나아가, 도전성 종단층은 종단 금속을 포함한다. 또한, 종단부 금속은 니켈과 주석의 층들을 포함한다.

본 발명의 추가적인 목적들과 장점들이 설명되어 있고, 또한 이는 본 명세서의 상세한 설명으로부터 당해 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 자명할 것이다. 또한, 여기에 구체적으로 도시되고, 참고되며, 논의된 특징들 및 단계들의 수정예들 및 변경예들이, 그에 대한 인용문헌의 도움으로 본 발명의 사상과 범주에서 벗어나지 않는 다양한 실시예 및 이용으로 실시된다는 점이 당해 분야의 통상의 기술을 가진 자로부터 자명할 것이다. 상기 변경들은 다양한 부품, 형상, 단계 등의 기능상의, 작동상의 또는 위치상의 그리고 도시되고, 참조되며 또는, 논의된 전환에 의한 균등한 방법 및 형상 물질들 또는 단계들의 치환을 포함할 수 있고, 그것으로 인해 제한되지 않는다.

더욱, 현재의 양호한 다른 실시예 뿐만 아니라, 개시된 기술의 다른 실시예는 현재의 개시된 형상, 요소들 또는, (발명의 상세한 설명에서 또는 도면에서 명시적으로 설명 내지 도시되지 않은 그들의 구조들 또는 형상의 조합들을 포함하는)그들의 균등물들의 다양한 조합 또는 구조가 포함되는 것이 자명하다.

당해 분야의 통상의 기술을 가진 자는 현재의 개시된 본 발명의 형상들 및 태양들을 명세서의 나머지 부분들의 검토를 통해 알 수 있을 것이다.

본 발명의 최적의 실시예를 포함하여, 본 명세서에 개시된 본 발명의 충분하고 그리고 실시 가능한 설명이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 제시되었고, 본 명세서에 설명되었으며, 이는 첨부된 도면을 참조한다.
도 1은 본 발명에 따른 저전류 퓨즈의 예시적인 제1 실시예의 부분 절취도이다.
도 2는 도 1의 예시적인 퓨즈 실시예의 조립 사시도이다.
도 3은 도 1의 예시적인 퓨즈 실시예의 분해도이다.
도 4a는 표면 실장 용도로 구성된 본 발명에 따른 저전류 퓨즈의 예시적인 제2 실시예의 부분 절취도이다.
도 4b는 도 4a 실시예의 접촉 패드 부분의 확대도이다.
도 5는 도 4a의 예시적인 퓨즈 실시예의 조립 사시도이다.
도 6은 표면 실장 용도로 구성된 본 발명에 따른 저전류 퓨즈의 예시적인 제3 실시예의 부분 절취도이다.
도 7은 대체의 종단부를 도시한 도 6의 예시적인 퓨즈 실시예의 조립 사시도이다.
도 8은 도 6의 예시적인 퓨즈 실시예의 조립 사시도이다.
본 명세서 및 첨부된 도면 전반에 걸친 참조 기호(reference characters)의 반복 사용은 같거나 유사한 특성들, 단계들, 또는 현재 기술의 다른 요소들을 대표하도록 정해졌다.

본 발명의 요약에서 참조된 바와 같이, 본 발명의 태양은 개선된 저전류 퓨즈 장치를 위한 것이다.

도면들을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 일반적으로 저전류 퓨즈(100)의 예시적인 제1 실시예의 절취도이다. 저전류 퓨즈(100)는 기판(102)에 대응되는 유리 세라믹층으로 시작하는 다수의 층들 위에 적층된다. 유리 기판이 선호되지만 어떠한 세라믹, 예를 들어 알루미나 또는 다른 세라믹, 실리콘(Si), 적합한 열적 물성을 가진 폴리머의 기판(적절한 패시베이션층을 포함하거나 포함하지 않는) 또는 유리 세라믹 물질도 채용될 수 있다.

퓨즈 소자(104) 각각의 단부에 형성된 접착층(105) 및 일체형 접촉 패드들(106)을 구비한 퓨즈 소자(104)(도 1에는 단 하나만 도시됨)는 기판(102) 위에 스퍼터링 하거나 또는, 다른 물리 증착 기술을 이용하고 나서 퓨즈 금속의 층들을 패터닝(patterning)함으로써 생산된다. 높은 도전성 및 연성을 갖는 구리를 포함하여 다양한 금속들이 퓨즈로 사용될 수 있다. 니켈(Ni)이 특히 매우 낮은 저전류 퓨즈에 좋은 후보라는 사실이 알려져있고, 니켈은 온도에 따른 전기 비저항의 가파른 증가를 보인다. 어떠한 특정 이론으로 한정하지 않고, 이것은 강자성 특성에 기인한다고 볼 수 있다. 다른 자성 물질들로서, 코발트 및 니켈 및 코발트 기반의 합금 등이 유리할 것으로 기대된다. 그에 따라 대안의 실시예에서, 다른 자성 금속들(Ni, Co, Fe 또는 그들의 합금들)이 사용될 수 있다.

이러한 금속들은 상대적으로 낮은 줄열(joule heating), 전기 이동(electro-migration) 및 기타 확산 및 열적으로 활성화된 열화 과정들에 대한 높은 저항성을 보인다. 니켈 및 코발트는 또한 높은 연성 및 공기, 물 그리고 염화물에서의 부식 대한 저항성을 가지며, 이는 심지어 습하거나 약간의 부식성 환경에서도 신뢰성 있는 작동을 제공한다.

그러나 적절한 저항/용융점을 가진 다른 금속들 또한 예시로서 채용된다.

퓨즈 소자(102)의 두께는, 예를 들어, 0.2 내지 2미크론(㎛)에서 변할 수 있다. 상기 두께들은 허용 오차까지 상대적으로 쉽게 증착될 수 있다. Ta, Cr, TaN, TiW, Ti, TiN을 포함하고, 이것들로 제한되지는 않는 접착층들 또한, 퓨즈 물질의 위 및/또는 아래에, 채용될 수 있다. 양호하게는 탄탈(Ta)의 얇은 접착층이 기판에 대한 접착성을 증대시키기 위해 사용될 수 있다.

이러한 접착층들(103)의 두께는, 예를 들어, 100 내지 1000 옹스트롬(Å)에서 변할 수 있다. 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 퓨즈 소자(104)가 직선의 소자로 도시되었을 지라도, 예를 들어, 추가적인 길이가 필요하거나 또는 요구되는 곳에 다른 구성이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 특정한 예에서, 일반적으로 만곡되거나 사인곡선 모양의 소자가 구비될 수 있다.

접촉 패드들(106) 위로 창 개구부를 포함하는 실리콘 옥시니트라이드(SiNO)의 패시베이션층(108)은 소자(104) 및 접촉 패드들(106) 위에 위치한다. 예시적인 구성에서, 패시베이션층(108)은 약 1 내지 6미크론(㎛) 두께일 수 있고 또한 창 개구부를 가지며, 창 개구부는 패시베이션층(108)의 리소그래피 적용 또는 패시베이션 물질의 커버층 위로 에칭을 통해 구비된다. 대체의 실시예에서, 패시베이션층(108)은 Al₂O₃, SiO₂ 및 Si₃N₄를 포함하고, 이로써 제한되지 않는 어떠한 무기질 비활성화 물질로부터 형성될 수 있다.

패시베이션층과 그 아래의 퓨즈 금속의 접착성을 증대시키기 위해, 일반적으로 탄탈, 다만 선택적으로 Ta, Cr, TaN, TiW, Ti, TiN과 같은 물질의 얇은 층이 추가된다. 적절한 접착성 층의 선택은 퓨즈 금속, 패시베이션층 및 증착 기술에 따라 달라지고, 특정 기술로 한정되는 것을 원하지 않는다면, 잔류응력(residual stresses) 및 격자 불일치(lattice mismatch)와 같은 현상을 극복하도록 설계된다.

제2 패시베이션층 또는 보호 밀봉층(110)은 패시베이션층(108) 위에 도포될 수 있다. 빠른 증착을 위해, 제2 패시베이션층(110)은, 예를 들어, 약 5 내지 25미크론의, 폴리이미드 물질과 같은 폴리머일 수 있고, 그리고 예를 들어 일반적으로 본 발명의 범위 내에서 패시베이션층(108)에 형성된 창 개구부에 대응되는 창 개구부가 형성될 수 있다. 추가적이고 선택적인 실시예들에서, 제2 패시베이션층(110)은 또한 벤조시클로부텐(BCB), 에폭시 또는 다른 보호피막과 같은 보호피막을 공급받는다.

그 다음, 전극(112)은 접촉 패드들(106) 상의 창 개구부를 통해 도금되고, 그로 인해 전극(112)은 패시베이션층(110)을 통해 연장된다. 퓨즈 금속이 구리인 경우, 그리고 예를 들어, 제작의 용이성을 위해, 심지어 니켈과 같은 다른 물질이 있는 경우 전극들(112)은 일반적으로 구리(Cu)로 된다.

일반적으로 니켈 및 주석(Ni/Sn)층들(114)의 코팅에 의해 구리 전극(112)의 노출된 부분은 종단된다. 다른 금속들이 사용될 수 있으며, 특정한 종단 조건에 특히 더 적합할 수 있다. 다른 구성에서, 볼 그리드 어레이(BGA) 기술이 채용되며, 구리 스터드 범핑(copper stud bumping) 기술을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 예시적인 퓨즈(200)의 조립 사시도가 도시되어 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 퓨즈(200)는 기판(202), 패시베이션층들(208, 210) 및 구리 전극들(도시되지 않음) 위로 노출된 Ni/Sn 코팅(214)을 포함한다.

도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에서 보여진 예시적인 실시예에 대응되는 예시적인 퓨즈(300)의 분해도가 도시되어 있다. 퓨즈(300)는, 분해도에서, 기판(302)을 도시하며, 또한 퓨즈 소자(304)와 결합되고, 그리고 퓨즈 소자의 길이방향 양단부 각각에 위치한 한 쌍의 접촉 패드들(306, 306')을 보다 명확하게 도시한다. 게다가, 패시베이션층들(308, 310)의 개방부(318, 318', 320, 320') 각각은, 더 완전히 도시되었다. 개방부(318, 320)는 실질적으로 동일한 영역에 있고, 그리고 접촉 패드(306) 위에 균일하게 정렬된다는 것이 이해될 수 있다. 개방부들(318', 320')(패시베이션층들(308, 310)의 서로 마주하는 단부면 위에)은 접촉 패드(306')와의 관계에서 유사하게 위치한다.

도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 일반적인 저전류 퓨즈(400)의 예시적인 제2 실시예의 절취도를 도시하고 있다. 저전류 퓨즈(400)는 도 1에 따라 이전에 도시된 방법과 실질적으로 똑같이 다수의 층들 위에 적층되며, 이는 유리, 세라믹 또는 유리 세라믹 기판층(402)으로 시작된다.

퓨즈 소자(404)는 각각의 단부에서 일체형 접촉 패드들(406)을 구비하고, 기판(402) 위에 스퍼터링에 의해 형성되며, 그리고 나서 구리 또는 니켈의 층과 같은, 퓨즈 금속 트랙을 패터닝하게 되며, 그 아래와 위에 탄탈(Ta)의 접착층이 구비된다. 당해 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 자명한 것처럼, 접착층들(도 1 및 3과 관련하여 층들(103, 105)로 대표되나 현재 표시되지는 않은) 또한 도 4a의 현재 실시예와 관련하여 개시된 본 발명 각각에 대하여 실시될 수 있다. 도 4b에서 도시된 확장된 접촉 패드 영역에서 잘 보이는 것처럼, 예시적인 구성에서,제1 Ta층(416)은 그 뒤를 이어 니켈층(426) 및 제2 Ta층(436)이 같이 결합되어 약 0.1 내지 10미크론 두께가 되고, 유리 기판(402) 위로 스퍼터링된다. 도 1의 퓨즈(102)에서, 대체의 실시예에서, Ni, Co, Fe 또는 그들의 합금과 같은 자성 금속, 또는 적절한 저항/용융점을 갖는 구리와 같은 다른 금속이 채용될 수 있다. 유사하게 도 1에 대해서도, 퓨즈 물질 아래 및/또는 위의 다른 접착층들 또한 채용될 수 있다.

여기의 제2 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 3과 관련하여 이전에 도시된 것에 비해 전극 구조를 변경한 표면 실장 소자(SMD)가 제공된다. 제2 실시예에 따르면, 전극 물질(446)은 퓨즈 금속층(일반적으로, 니켈 또는 구리층)(426)과 접촉한 상태로 그 위에 제공되고, 기판(402)의 모서리 부분(450)을 향해 연장되고 니켈층(406)을 실질적으로 덮도록 위치한다. 예시적인 구성에서, 전극 물질(446)은 구리(Cu)가 될 수 있고, 또한 니켈층(416) 위로 도금될 수 있다. 구리(Cu)층(446)을 제공하는 다른 방법들이 채용될 수 있고, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있다. 전극들은 구리 외의 도전성 물질들로 제조될 수 있다는 사실이 이해될 수 있다. 추가로, 패드 영역을 형성하는 물질 및 퓨즈가 자체적으로 도전성이 있기 때문에 추가적인 전극 물질은 필수적이지 않다.

전극 물질(446)이 배치된 다음, 실리콘 옥시니트라이드(SiNO)의 제1 패시베이션층(408)이 배치되고, 그 다음 제1 패시베이션층(408) 위에 도포되는 제2 패시베이션층 또는 보호 밀봉층(410)이 배치된다. 최종적으로 유리 커버(412), 또는 대안으로서, 다른 절연 물질이, 도포될 수 있다. 본 실시예에서, 창 개구부는(제1 실시예에서 도시된 것 처럼) 필요하지 않으나, 전극을 수용하기 위해 창들이 형성될 수 있고, 이는 도 6에서 도시된 실시예에 대하여 추후에 기술될 것이다. 완성된 장치의 표면 실장을 가능하게 하기 위한 종단 단부들(442, 444)은 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 기술을 사용하여 적용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 예시적인 퓨즈(400)의 조립된 사시도가 도시되어 있다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 퓨즈(400)는 기판(402), 패시베이션층들(408, 410) 및 유리 커버(412)를 포함한다. 종단 단부들(442, 444)은 장치(400)의 각 단부들(452, 454)에 공급되고, 도 5에서 도시된 것처럼 상부면(454)과 하부면(458) 양측 모두의 일부분을 덮는다. 종단 단부 물질은 도 8에 도시된 것처럼 선택적으로 측면에 적용될 수 있다. 종단 단부들(442, 444)은 Cu 종단부에 대응되고, 또한 Ni/Sn 또는 다른 납땜 물질의 조합들과 같은 물질의 코팅(별도로 도시되지 않음)을 포함하며, 이는 예를 들어, 알려진 남땝 또는 다른 고정 기술을 사용하여 회로 기판에 완성된 장치를 고정하는데 도움을 주기 위함이다.

도 6을 참조하면 본 발명에 따라 일반적으로 저전류 퓨즈(600)의 예시적인 제3 실시예의 절취도가 도시되어 있다. 저전류 퓨즈(600)는 앞서 도 1 및 도 3에서 도시된 것과 실질적으로 같은 방법으로 다수의 층들 위에 적층되고, 이는 기판(602)에 대응되는 유리, 세라믹 또는 유리 세라믹과 같은 유전층으로부터 시작된다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면, 표면 실장 소자(SMD)는 앞서 도 4 내지 도 5와 관련하여 도시된 것과 비교하여 전극 구조를 달리하여 제공된다. 제3 실시예에 따르면, 전극 물질(646)은 금속성 층(606)과 접촉된 상태로 그 위에 제공되고, 금속성 층(606)의 부분을 덮도록 위치될 수 있다. 절취부(646')에서 도시한 것과 같이, 전극 물질(646)은 최소한 상부 패시베이션층(610)의 면까지 연장되기 위해 가능하게는 패시베이션층들(608, 610)의 창을 통하여 위로 연장될 수 있다. 완성된 장치의 표면 실장을 가능하게 하는 종단부들(644, 644)은 앞서 도 4a 및 도 5에 도시된 것처럼, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 기술을 사용하여 적용될 수 있다.

도 6 및 8에 도시된 실시예에서, 종단 물질(644, 842, 644, 844, 852)은 완성된 장치의 단부면, 상부면 및 하부면 뿐만 아니라, 도 8에서 도면부호 862, 864로 도시된 측면을 따라 연장될 수 있다.

도 7을 참조하면, 종단 물질(744, 752, 744)이 완성된 장치의 단부면, 상부면 및 하부면으로 제한되는 곳에 대체의 종단부를 제공하는, 본 발명에 따른 예시적인 퓨즈(700)의 조립 사시도가 도시되어 있다.

적절한 치수(퓨즈로 제공되는 금속의 스트립을 위한 두께, 길이 및 폭)를 계산하기 위한 이론 및 얻어진 방정식들은 잘 이해될 수 있다.

예시

도 1을 참조하면, 이하의 양호한 실시예는 최대 전류가 0.1 에서 0.5암페어 사이를 초과하는 전류에 노출된 때 단선되는 정격의 저전류 퓨즈(100)를 제공한다.

치수들은 정확하게 재현 가능하도록 요구되며, 또한 퓨즈들은 전기 이동에 대한 높은 저항성을 갖도록 요구된다. 이러한 유형의 정확한 저전류 퓨즈들은 0.2 내지 2미크론(㎛) 범위에서 미리 정해진 두께를 갖고 폭이 3 내지 20미크론(㎛)인 니켈 또는 구리 트랙으로 구성된 퓨즈 소자(104)를 증착시킴으로써 얻어지고, 양호하게는 일체형 패드들(106)을 갖는다.

양호하게는 탄탈의 얇은 층(103)이 니켈 퓨즈 소자(104)와 기판(102) 사이의 상호작용을 방지하고, 또한 좋은 접착성을 얻기 위해 먼저 증착된다.

기판(102)은 유리로 선택되었다. 다양한 유리, 세라믹 및 유리 세라믹이 사용될 수 있음을 알 수 있다.

탄탈의 얇은 층(103)은 일반적으로 수 백의 옹스트롬 두께의 물리 증착법(PVD)으로 증착될 수 있다.

취성의 퓨즈에 대해 폴리이미드에 의한 캡슐화가 적절하다는 사실이 알려져 있다.

실리콘 옥시니트라이드의 보호층은 비활성화를 위해 니켈 퓨즈 소자(104) 위에 화학 증착법으로 먼저 증착될 수 있고, 또한 그리고 나서 폴리이미드의 제2층(110)이 패시베이션층(108) 위에 적용될 수 있다.

양호하게는 이는 패시베이션층의 좋은 접착성을 얻고, 패시베이션층과 퓨즈 소자(104) 사이의 상호작용을 방지하기 위해 제2 탄탈층이 패시베이션층 아래 및 퓨즈 금속의 위에 증착된다.

본 장치의 전체적인 크기는, 패키지 된 때 2mm×3mm보다 작고 또한 1mm×0.5mm 만큼 작게 되어 작은 장치에서 표면 실장 될 수 있다.

본 발명은 그에 대한 구체적인 실시예들에 의해 상세하게 기술되었고, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 자명하며, 그로써 전술된 사항에 대한 이해의 달성으로 상기 실시예의 균등물들, 변경들, 대체사항들을 쉽게 생산할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 제한이 아닌 예시로서 개시되었고, 또한 본 발명의 공개는 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 이미 자명한 본 발명에 대한 수정들, 변경들 및/또는 추가사항의 포함을 막기 위한 것이 아니다.

Claims (24)

1. 퓨즈이며,
   각각의 상부면, 하부면, 측면 및 단부면을 갖는 기판,
   상기 기판의 상부면 위에 형성된 신장된 퓨즈 소자,
   상기 퓨즈 소자의 서로 마주하는 단부에 일체형으로 형성된 한 쌍의 접촉 패드,
   상기 접촉 패드들의 적어도 한 부분을 덮고, 상기 퓨즈 소자를 덮으며 접촉하는 하나 이상의 무기질 패시베이션층,
   상기 퓨즈 소자와 상기 패시베이션층의 사이에 증착되는 접착층,
   상기 한 쌍의 접촉 패드 각각의 상부면에 개별적으로 결합된 제1 및 제2 도전성 전극 및
   상기 전극들 각각을 위한 하나 이상의 도전성 종단층을 포함하고,
   상기 퓨즈 소자는 3 내지 20 미크론의 폭과 0.2 내지 2 미크론의 두께, 0.025 내지 0.125 암페어 범위의 정격 전류를 갖고, 상기 기판 및 상기 패시베이션층 사이에 있으며, 향상된 지지를 유지하면서 주변 환경으로부터 보호되는 금속의 트랙을 포함하는, 퓨즈.
2. 제1항에 있어서, 상기 퓨즈 소자는 니켈의 트랙을 포함하는, 퓨즈.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 세라믹, 유리 및 유리 세라믹을 포함하는 군으로부터 선택된 물질로 형성된 유전성 기판을 포함하는, 퓨즈.
4. 제1항에 있어서, 상기 퓨즈는 랜드 그리드 어레이(LGA) 또는 표면 실장(SMD) 용도에 사용되도록 구성된, 퓨즈.
5. 제1항에 있어서, 상기 전극들과의 개별적인 결합을 위해 상기 접촉 패드에 접근하기 위한 상기 패시베이션층에 형성된 창 개구부를 더 포함하는, 퓨즈.
6. 제1항에 있어서, 상기 전극들은 구리를 포함하고, 상기 종단층은 니켈 및 주석 층들을 포함하는, 퓨즈.
7. 제1항에 있어서, 상기 패시베이션층은 실리콘 옥시니트라이드를 포함하는, 퓨즈.
8. 제7항에 있어서, 상기 패시베이션층은 두께가 1 내지 6 미크론인, 퓨즈.
9. 제1항에 있어서, 상기 접착층은 탄탈(tantalum)을 포함하는, 퓨즈.
10. 제7항에 있어서, 폴리이미드의 보호 밀봉층을 더 포함하는, 퓨즈
11. 제5항에 있어서, 상기 패시베이션층에 형성된 상기 창 개구부에 일반적으로 대응되는 추가적인 창 개구부를 구비한 폴리이미드 물질의 보호 밀봉층을 더 포함하는, 퓨즈.
12. 제1항에 있어서, 전체 크기가 3mm×2mm 이하인 부품으로 제조되는, 퓨즈.
13. 제1항에 있어서, 전체 크기가 1mm×0.5mm 이하인 부품으로 제조되는, 퓨즈.
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