KR20150087429A - 레이저 공정을 이용한 에스엠디 및 관통-홀 퓨즈의 제조능력 - Google Patents

레이저 공정을 이용한 에스엠디 및 관통-홀 퓨즈의 제조능력 Download PDF

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KR20150087429A
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쿠퍼 테크놀로지스 컴파니
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Abstract

본 발명은 회로보호기를 제조하는 방법 및 회로보호기에 관한 것이다. 본 방법은 대향하는 종단부를 갖는 기판(100)을 제공하는 단계, 상기 기판의 상부 표면(112)에 엘리먼트층(120)을 결합하는 단계, 및 엘리먼트층을 소정 구조로 형성하기 위해 엘리먼트층을 레이저 가공하는 단계를 포함한다. 상기 회로보호기는 대향하는 종단부를 갖는 기판(110), 상기 기판의 대향하는 종단부에서 상부 표면에 결합된 말단 패드, 말단 패드 사이의 공간을 가로질러 배치되고 말단 패드와 전기적으로 연결되며, 가장 좁은 폭이 약 0.025mm 내지 0.050mm 인 소정 구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트(122), 상부 표면과 결합되고, 상기 기판, 상기 퓨즈 엘리먼트(122) 및 상기 말단 패드를 결합하는 커버(130), 및 대향하는 종단부에서 말단 패드와 전기적으로 접촉되는 종단 말단(140,142)을 포함한다.

Description

레이저 공정을 이용한 에스엠디 및 관통-홀 퓨즈의 제조능력{MANUFACTURABILITY OF SMD AND THROUGH-HOLE FUSES USING LASER PROCESS}
본 발명은 일반적으로 회로보호기(circuit protector)에 관한 것으로, 특히 SMD와 관통-홀(through-hole) 퓨즈 및 SMD와 관통-홀 퓨즈의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 1206, 0805, 0603,및 0402 퓨즈로 한정되는 것은 아니지만, 이를 포함하는 관통-홀 퓨즈 및 표면 실장가능 장치(surface mountable devices)의 모든 표준 사이즈 뿐만아니라 모든 비표준 퓨즈 사이즈와 관련하여 사용될 수 있다. 2006년 9월 28일 자로 공개되고, 발명의 명칭이 "와이어 리드(wire leads)를 갖춘 하이브리드 칩 퓨즈 조립체 및 제조방법" 인 미국 공개번호 20060214259, 미국 출원번호 11/091,665 발명은 관통-홀 퓨즈와 관련되어 있고, 본 명세서의 이 부분에서 참조로서 통합된다.
초소형 회로보호기는, 전자회로의 소형화 및 고밀도 패킹을 위해, 예컨대 전자 장비를 위한 회로 기판 상에서, 그 크기 및 공간의 제한이 중요한 애플리케이션들에 있어 유용하다.
세라믹 칩 타입 퓨즈(ceramic chip type fuses)는 전형적으로 세라믹 또는 유리 기판 판상에 엘리먼트층(element layer)을 증착하고, 엘리먼트층을 스크린 프린팅(screen printing)하며, 소정의 저항을 얻기 위해 미리 정해진 두께 및 폭까지 엘리먼트층을 프린팅하고, 엘리먼트층을 덮는 절연 커버를 부착하며, 완성된 구조로부터 개별 퓨즈를 절단(cutting), 또는 다이싱(dicing)함으로써 제조된다. 엘리먼트층은 스크린 프린팅 동작이 수행될 때 선명도(definition)를 잃는다. 스크린 프린팅 동작은 매우 정확하지 않고, 그 결과로 얻어지는 엘리먼트층(element layer)의 엣지(edge)의 예리함은 양호하지 않다. 포토리소그래피 에칭(photolithography etching)은 스크린 프린팅 동작에 대한 대안으로서 이용될 수 있으나, 이 공정은 추가적으로 요구되는 프로세싱 단계(processing step) 및 더 긴 리드 타임(lead times)으로 인해 비교적 고가이다.
간단하고 비교적 비싸지 않은 초소형 회로보호기를 제조하는 방법을 위한 필요성이 있다. 더욱이, 엘리먼트층이 소정 기하구조로 디자인될 수 있고 또한 양호한 엣지 예리함을 갖을 수 있는 초소형 회로보호기를 제조하는 방법을 위한 필요성이 있다.
본 발명은 간단하고 비교적 비싸지 않으며, 양호한 엣지 예리함을 가질 수 있는 초소형 회로보호기를 제작하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 상부 표면에 엘리먼트층을 결합하는 단계; 및 상기 엘리먼트층을 소정의 구조로 형성하기 위해 상기 엘리먼트층을 레이저 가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로보호기 제작방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 소정의 예시적 실시예에 따른 회로보호기의 투시도,
도 2는 본 발명의 소정의 예시적 실시예에 따른 선 2-2에 따라 취해진, 도 1의 회로보호기의 측단면도,
도 3은 회로보호기를 제조하는 예시적 방법을 설명한 플로우차트,
도 4a∼4j는 본 발명의 소정의 예시적 실시예에 따른 제조의 여러 단계 동안의 회로보호기를 나타낸 도면,
도 5는 복수의 회로보호기들을 제조하는 다른 예시적 방법을 설명한 플로우차트,
도 6은 본 발명의 소정의 예시적 실시예에 따라, 복수의 회로보호기가 형성되는 기판에 결합된 엘리먼트층의 복수의 공간지워진, 실질적으로 평행한 열(column)들의 평면도,
도 7a∼7c는 본 발명의 소정의 예시적 실시예에 따라, 다양한 구조의 퓨즈 엘리먼트(fuse element)들을 갖는 예시적 회로보호기의 평면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명에 따른 각 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 회로보호기(100)의 투시도를 도시한다. 도면은 축적화되지 않았고, 여러 구성요소의 두께는 명확성을 위해 과장된 것으로 이해된다.
회로보호기(100)는 전기적 절연 재료의 기판(110), 상기 기판(110)의 상부 표면(112)에 결합된 전기적 도전 재료의 엘리먼트층(120), 상기 엘리먼트층(120)의 적어도 일부분과 결합된 커버(130), 및 상기 기판(110)의 대향하는 종단부(116,117)들과 결합된 전기적으로 도전성을 갖춘 말단 종단(termination end; 140,142)들을 갖추어 이루어진다. 말단 종단(140,142)들은 회로보호기(100)를 통한 회로 경로를 형성하기 위해 엘리먼트층(120)에 전기적으로 결합된다. 더욱이, 마킹(marking;150)은 상기 커버(130)의 표면에 결합될 수 있다. 마킹(150)은 퓨즈의 소정 특성을 식별시키기 위해 심벌(symbol) 또는 색을 포함한다. 이러한 특성들은 퓨즈를 만드는데 이용되는 기술, 퓨즈의 풋프린트(foot print), 퓨즈의 전기적 특성 및 퓨즈의 정격 전류(ampere rating)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다른 실시예에 있어서, 상기 커버(130)는 상기 기판(110)의 적어도 일부분 및 상기 엘리먼트층(120)의 적어도 일부분에 결합될 수 있다.
도 2는 예시적 실시예에 따라 선 2-2를 따라 취해진 도 1의 회로보호기(100)의 측단면도를 도시한다. 회로보호기(100)는 엘리먼트층(120)(예컨대, 상부 표면 상)에 결합된 전기적 말단 패드(termination pad;160,162)들을 더 포함함을 알 수 있다. 말단 종단(140,142)들은 기판(110)의 대향하는 종단부(116,117)들을 덮고, 말단 패드(160,162)들에 전기적으로 결합된다. 이어서 말단 종단(140,142)들은 회로(도시되지 않았음) 내에 회로보호기(100)를 연결하기 위한 외부 전기 터미널(external electrical terminal)을 형성한다.
소정의 실시예에 있어서, 엘리먼트층(120)은 말단 패드(160,162)들 및 말단 패드(160,162)들과 전기적으로 연결되고 말단 패드(160,162)들 사이에 배치된 퓨즈 엘리먼트(122)를 포함한다. 말단 패드(160,162)들과 퓨즈 엘리먼트(122)는 엘리먼트층(120)으로부터 형성된 모놀리식(monolithic) 구조가 될 수 있다. 더욱이, 퓨즈 엘리먼트(122)와 말단 패드(160,162)들은 각각 소정 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 말단 패드(162,162)들의 두께는 적어도 퓨즈 엘리먼트(122)의 두께일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 말단 패드(162,162)들은 엘리먼트층(120)으로부터 분리되어 형성될 수 있고, 엘리먼트층(120)에 전기적으로 결합될 수 있다.
소정의 예시적 실시예에 따른 회로보호기(100)의 구조를 간단하게 설명하였고, 본 발명에 따른 회로보호기를 제조하는 예시적 방법이 도 3 및 도 4a∼4j를 참고하여 설명될 것이다. 도 3은 회로보호기(100)를 제조하는 예시적 방법(300)을 도시한 플로우차트이다. 도 4a∼4j는 도 3을 참조하여 설명된 예시적 방법(300)에 따라서와 같이 제조의 여러 단계 동안 하나의 예시적 회로보호기(100)를 도시한다.
예시적 방법(300)은 단계(301)에서 시작하고 대향하는 종단부(116,117)들을 갖는 기판(110)이 제공되는 단계(310)로 진행한다. 소정의 실시예에 있어서, 제공된 기판(110)은 대략 하나의 회로보호기 크기이다. 하나의 회로보호기(100)를 위한 기초를 형성하는 기판(110)의 평면도 및 측면도는 도 4a 및 도 4b에 각각 도시된다. 기판(110)은 세라믹, 유리, 폴리이미드(polyimide), FR4, 알루미나(alumina), 스테아타이트(steatite), 포스테라이트(forsterite), 또는 그들의 혼합물과 같은 중합체 재료를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 어느 적절한 전기적 절연 재료로 형성될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 기판은 실질적으로 직사각형 단면 형상으로 형성된다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 기판(110)은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 크기 및 형상으로 형성될 수 있다. 기판(110)은 상부 표면(112), 하부 표면(114), 대향하는 종단부(116,117)들, 및 대향하는 측면 엣지(lateral edge)들을 구비한다. 몇몇 실시예에 있어서, 기판(110)의 상부 표면(112)은 실질적으로 평평하다.
그 다음, 단계(320)에서, 엘리먼트층(120)이 본 분야에서 알려진 것과 같이 적절한 수단에 의해 기판(110)의 상부 표면(112)에 결합된다. 기판(110)과 엘리먼트층(120)의 평면도와 측면도는 도 4c 및 도 4d에 각각 도시된다. 엘리먼트층(120)은 은, 금, 팔라듐-은(palladium silver), 구리, 니켈 또는 어느 그들의 합금을 포함할 수 있는, 그러나 이에 한정되지 않는, 임의의 적절한 전기적 도전 재료로 이루어질 수 있다.
소정의 실시예에 있어서, 유리 프릿(glass frit)은 전형적으로 엘리먼트층(120) 내에 포함되고 엘리먼트층(120)을 기판(110)에 결합시키는 접착제로서 사용된다. 이러한 실시예에 있어서, 엘리먼트층(120)은 엘리먼트층(120)의 하부에 대해 유리 프릿 침전을 초래하는 액체 형태로 기판(110)의 상부 표면(112) 위에 적용될 수 있다. 상기한 바와 같이, 말단 패드(160,162)들은 엘리먼트층(120)의 부분으로서 형성될 수 있다. 선택적으로, 말단 패드(160,162)들은 엘리먼트층(120)으로부터 분리되어 형성될 수 있다. 후막 방법(thick film method), 박막 방법(thin film method), 스퍼터링 방법(sputtering method), 및 필름 적층법(laminating film method)을 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 엘리먼트층(120)을 기판(110)에 적용하기 위한 다른 알려진 방법들은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 단계(320)에서 이용될 수 있다.
엘리먼트층(120)의 선택된 두께는 전형적으로 애플리케이션 요구사항에 의해 지시된 회로보호기(100)의 원하는 특성(예컨대, 저항)에 의존하여 크게 변화할 수 있다. 예컨대, 엘리먼트층(120)을 박막으로서 적용할 때, 두께는 약 0.2㎛일 수 있다. 그러나 엘리먼트층(120)을 후막으로서 적용할 때, 두께는 약 12㎛ 내지 15㎛일 수 있다.
단계(330)에서, 엘리먼트층(120)은 소정 구조로 레이저 가공될 수 있다. 이 소정 구조는 최종 퓨즈 엘리먼트(resulting fuse element;122)의 시간 전류 특성을 정의한다. 소정 구조로 레이저 가공되는 엘리먼트층(120)과 기판(110)의 평면도 및 측면도가 도 4e 및 도 4f에 각각 도시된다. 도 4e는 엘리먼트층(120)의 구조가 실질적으로 꾸불꾸불(serpentine)한 것을 도시한다. 말단 패드(160, 162)들은 또한 레이저 가공의 방법에 의해 엘리먼트층(120)으로부터 형성될 수 있다.
레이저 가공은 구조의 측벽을 따라 분명한 직각 또는 곡선(curve)을 허용하고 양호한 엣지 예리함을 유지하는 동안 엘리먼트층(120)이 다양한 복잡함 구조로 형성되는 것을 허용한다. 따라서, 측면은 엘리먼트층(120)이 레이저 가공될 때 90°절단(cut)이 된다. 따라서, 레이저 가공은 종래 기술의 SMD 퓨즈와 비교할 때, 퓨즈 엘리먼트(122)가 폭에서는 더 좁고 두께에서는 더 두꺼운 것을 허용한다. 레이저 가공을 매개로 제조된 퓨즈 엘리먼트는 통상의 제조공정과 비교할 때, 줄어든 핀 홀(pin hole)의 수를 갖는다. 핀 홀은 프린팅 및 가열 공정 동안 잉크 안의 기포로부터 야기된 대략 0.05mm ∼ 0.2mm 직경 홀이다. 이 줄어든 핀 홀의 수는 성가신 퓨즈단선의 감소를 초래한다. 더욱이, 레이저 가공은 기판(110)으로의 방열을 줄이는 퓨즈 엘리먼트(122)의 더 좋은 국소 가열로 인해 회로보호기 성능을 향상시킬 수 있다.
실시예(제한된 방법에 의한 것이 아닌)의 방법에 의해, 레이저 가공 기술은 퓨즈 엘리먼트(122)의 가장 좁은 부분의 넓이가 대략 0.025mm 만큼 작을 수 있고 게다가 양호한 엣지 예리함을 여전히 유지하는 퓨즈 엘리먼트 구조를 만드는데 이용될 수 있다. 더욱이, 퓨즈 엘리먼트(122)의 가장 좁은 부분을 에워싼 가장 좁게 증발된 넓이는 약 0.019mm 만큼 작을 수 있고 여전히 양호한 엣지 예리함을 유지한다. 본 분야의 당업자라면 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서, 레이저 가공이 더 크거나 또는 더 작은 넓이를 갖는 퓨즈 엘리먼트 구조를 만드는데 이용될 수 있고, 퓨즈 엘리먼트 구조의 선택은 전형적으로 회로보호기(100)에 대한 애플리케이션 요구사항에 의존한다는 것을 인정한다.
본 발명의 소정의 실시예에 있어서, IPG Photonics Corporation에서 제조한 YLP 시리즈 레이저(YLP Series Laser)가 레이저 가공을 수행하는 데 이용된다. YLP 시리즈의 하나의 적합한 모델은 YLP-0.5/80/20 모델이다. 파장, 전력, 빔 퀄리티(beam quality) 및 스팟 사이즈(spot size)는 레이저 가공 역학을 정의하는 파라미터들의 일부이다. 이 모델은 동작의 펄스모드를 이용하고 펄스당 0.5mJ을 전달하는 이테르븀 화이버 레이저(ytterbium fiber laser)이다. 펄스의 넓이는 대략 80ns이다. 이 레이저는 가시광선 스펙트럼 내에 있지 않은 고전력의 1060 내지 1070nm 파장 레이저 빔을 유연한 금속-피복 화이버 케이블(metal-sheathed fiber cable)을 매개로 작업사이트(worksite)까지 직접 전달한다. 레이저는 엘리먼트층(120)이 레이저 가공 공정 동안 기판(110)에 대미지를 주지 않고 레이저 가공이 될 수 있도록 낮은 열을 제공한다. 더욱이, 레이저 빔은 조준되어지고 전형적으로 수 미크론(micron) 또는 그 이하의 스팟 사이즈로 초점을 맞춘다. 더욱이, 출력 화이버 전달 길이는 대략 3 ∼ 8m이다. 이 레이저에 대한 펄스 반복률은 20 ∼ 100kHz 범위이다. 더욱이, 이 레이저의 정규 평균 출력 전력은 약 10W이고, 게다가 최대 소비 전력은 약 160W이다.
화이버 레이저(fiber laser)는 넓은 다이나믹 동작 전력 범위 및 빔 포커스(beam focus)를 갖추고, 그 위치는 일정하게 유지되어, 레이저 전력이 변화될 때조차도, 매번 일관된 처리 결과를 가능하게 한다. 넓은 범위의 스팟 사이즈는 또한 광학 구성을 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 특성들은 사용자가 다양한 재료 및 벽 두께를 절단하기 위한 적당한 전력 밀도를 선택할 수 있게 한다.
최적화된 펄스를 갖는 화이버 레이저의 하이 모드 퀄리티(high mode quality)와 작은 스팟 사이즈는 얇은 재료 구조 및 복잡한 기능의 레이저 가공을 용이하게한다. 이 펄스 모드 절단(pulsed mode cutting)은 많은 마이크로-가공 애플리케이션에 매우 결정적인 HAZ 및 최소한의 슬래그(slag)를 초래한다. 높은 전력 밀도는 또한 뛰어난 엣지 퀄리티를 갖으며 고속 절단으로 변환하는 화이버 레이저의 작은 스팟 사이즈와 관련되어 있다.
이러한 화이버 레이저는 엘리먼트층(120)의 원하지 않는 금속화가 증발되어지게(vaporized) 하는 것을 허용하여, 여전히 퓨즈 엘리먼트(122)의 최적 수행을 위해 요구되는 미세 구조를 유지하는 것을 허용한다. 이러한 화이버 레이저가 금에 사용될 때, 그 초점은 약 15㎛이다. 그러나 레이저가 은에 사용될 때, 그 초점은 약 20 ∼ 25㎛이다. 금이 은만큼 반사적이지 않기 때문에 절단하기가 더 쉽다. 엘리먼트층의 특성에 따라, 화이버 레이저는 약 10㎛의 초점을 갖는다. 더 작은 초점은 광 방출 영역을 제한함으로써 달성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 다른 타입의 화이버 레이저 또는 다른 타입의 레이저는 레이저가 기판(110)에 대미지를 주지 않고 엘리먼트층(120) 상에 양호한 해상도를 줄 수 있다면 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 이용될 수 있다.
엘리먼트층(120)이 단계(330)에서 레이저 가공된 후, 커버(130)가 단계(340) 에서 엘리먼트층(120)의 적어도 일부분에 결합된다. 기판(110), 엘리먼트층(120), 및 커버(130)의 평면도 및 측면도는 도 4g 및 도 4h에 각각 도시되어 있다. 커버(130)는 유리 또는 세라믹 또는 다른 전기적 절연되는 적절한 재료로 형성될 수 있다. 커버(130)는 기판(110)의 상부 표면(112)의 적어도 일부분, 퓨즈 엘리먼트(122), 및 말단 패드(160,162)들의 적어도 일부분을 덮고 있고, 그들 사이 및 그들 주위의 모든 보이드(voids)를 채운다. 다른 실시예에 있어서, 커버(130)는 엘리먼트층(120)의 적어도 일부분 및 기판(110)의 적어도 일부분에 결합된다.
소정의 실시예에 있어서, 커버(130)는 프린팅된 유리 또는 (퓨즈 엘리먼트(122) 및 말단 패드(160,162)들을 포함하는)엘리먼트층(120)의 표면 및 기판(110)의 상부 표면(112) 상에 직접 적용된 고온 안정 중합체 재료일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유리는 금속을 함유하지 않고, 후막으로서 적용된다. 유리 필름이 건조되고, 이어 가열되며, 그 후 냉각된다. 선택적으로, 커버(130)는 하부 구성요소(즉, 퓨즈 엘리먼트(122) 및 말단 패드(160,162)들)를 덮을 수 있도록 기판(110)의 상부 표면(112)을 덮어 기계적으로 프레스되는(pressed) 세라믹 재료의 층을 포함할 수 있고, 이어 조립체는 커버(130)를 경화(cure)시키도록 가열된다. 또 다른 실시예에 있어서, 커버(130)는 접착 재료의 층에 의해 조립된 구성요소 상의 상부 표면(112)에 접착되는 전기적 절연 재료의 판(plate)을 포함할 수 있다. 접착 재료는 여기에 설명한 대로 조립된 구성요소 및 상부 표면(112)을 덮을 수 있도록 상부 표면에 적용될 수 있고, 커버(130)는 접착 재료 위에 놓인다. 커버(130)는 아크 소호(arc quenching) 특성을 갖는 패시베이션층(passivation layer)으로서 동작할 수 있다.
그 다음, 단계(350)에서, 회로보호기(100)가 마무리된다. 마무리된 회로보호기(100)의 평면도 및 측면도가 각각 도 4i 및 4j에 도시된다. 말단 종단(140,142)들은 앞서 언급한 커버(130)가 서로 결합된 후에 회로보호기의 종단부들을 감싸는 전기적 도전 재료를 포함할 수 있다. 말단 종단(140,142)들은 이 기술분야에서 알려진 어떤 적당한 방식으로 회로보호기 서브조립체(subassembly) 상에 코팅될 수 있다. 한정되는 것은 아니지만, 실시예에 의해, 말단 종단(140,142)들은 가열한 다음에 적합한 도금조(coating bath)에서 서브조립체의 종단부들을 디핑(dipping)함으로써 적용될 수 있다. 말단 종단(140,142)들은 기판(110)의 종단부(116,117)들에서 말단 패드(160,162)들과 접촉한다. 말단 패드(160, 162)들의 측면 엣지들이 말단 종단(140,142)들에서 적어도 부분적으로 에워싸여지기 위해, 말단 종단(140,142)들은 바람직하게 산업기준에 의해 허용되는 한 기판(110)의 측면 엣지(118,119)들을 따라 연장된다. 또한 말단 종단(140,142)들은 기판(110)의 하부 표면(114) 및 커버(130)의 부분에 걸쳐 대응되게 연장된다. 소정 실시예에 있어서, 말단 종단(140,142)들은 은잉크(silver ink)로 만들어질 수 있고, 은-주석(silver tin)으로 도금될 수 있다. 그 밖의 도전 재료들은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 말단 종단(140,142)들을 위해 사용될 수 있다. 회로보호기(100)의 마무리 후에, 방법(300)은 단계(360)에서 종료된다.
복수의 회로보호기(100)를 제작하기 위한 택일적인 방법이 도 5 및 도 6에 도시되어 있다. 도 5는 복수의 회로보호기(100)를 제작하는 다른 예시적 방법(500)을 보여주는 플로우차트이다. 도 6은 예시적 방법(500)에 따른 복수의 회로보호기(100)가 구성될 수 있는 기판(110)에 결합된 엘리먼트층(120)의 복수의 이격된, 실질적으로 평행한 열의 평면도이다.
도 5의 예시적 방법(500)은 단계(501)에서 시작하고, 엘리먼트층(120)의 복수의 공간지워진, 실질적으로 평행한 열이 기판(110)의 상부 표면(112)에 결합되는 단계(510)로 진행된다. 도 7은 기판(110)의 상부 표면(112)에 결합되는 엘리먼트층(120)의 복수의 공간지워진, 실질적으로 평행한 열을 도시한다. 도시된 기판(110)은 실질적으로 직사각형 단면을 가진다. 실시예의 방법에 의해, 기판(110)은 복수의 회로보호기(100)를 구성하는데 적합할 수 있는 약
Figure pat00001
에서 약 3 인치스퀘어(square)일 수 있다. 회로보호기(100)의 치수에 따라, 약
Figure pat00002
내지 약 3 인치스퀘어의 단일 기판은 대략 798개의 회로보호기들을 수용할 수 있다. 그 밖의 크기 및 기판(110)의 형태가 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고서 택일적으로 이용될 수 있다.
기판(110)에 엘리먼트층(120)의 응용을 위한 예시적 방법은 앞서 설명하였다. 소정의 실시예에 있어서, 엘리먼트층(120)은 영역(172)에 의해 기판(110) 상에서 이격된 금속화라인(170)들을 형성함으로써 기판(110)의 상부 표면(112)에 결합될 수 있다. 엘리먼트층(120)이 적용된 후, 엘리먼트층(120)은 단계(520)에서 소정의 구조로 형성하기 위해 레이저 가공된다. 상기한 바와 같이, 레이저 가공은 엣지의 예리함을 유지하는 동안 다양한 복합 구조로 형성될 수 있도록 허용한다. 복합 구조의 측벽은 90°절단(cut)을 가질 수 있다.
그 다음, 단계(530)에서, 엘리먼트층(120)의 적어도 일부를 덮는 커버(130)가 기판(110)의 상부 표면(112)에 결합된다. 즉, 커버(130)는 기판(110)의 상부 표면(112)의 적어도 일부분, 퓨즈 엘리먼트(122), 및 각 회로보호기(100)의 말단 패드(160,162)들의 적어도 일부분을 덮고, 그들 사이 및 주변의 모든 보이드를 채운다. 다른 실시예에 있어서, 커버(130)는 퓨즈 엘리먼트(122)의 적어도 일부를 덮는다. 커버(130)의 응용을 위한 예시적 방법은 앞서 설명하였다.
단계(540)에서, 기판(110)은 복수의 개별 회로보호기(100)를 형성하기 위해 단수화(singularize)('개별화'라고도 함)되고, 여기서 각 회로보호기(100)는 대향하는 종단부(116,117)들을 갖는 기판(110)을 포함한다. 예컨대, 복수의 회로보호기(100)는 기판(110)으로부터 금속화라인(170)을 가로질러 수직으로, 그리고 영역(172)을 따라 기판(110)을 가로질러 수평으로 다이싱함으로써 개별화될 수 있다. 소정의 실시예에 따르면, 이러한 다이싱은 다이아몬드 다이싱 톱을 통해 수행될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 다른 알려진 방법은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 범위에서 기판(110)으로부터 복수의 회로보호기(100)를 개별화하기 위해 사용될 수 있다.
복수의 회로보호기(100)가 기판(110)으로부터 개별화된 후에, 각 회로보호기(100)의 대향하는 종단부(116,117)들은 단계(550)에서 마무리되었다. 회로보호기(100)를 마무리하기 위한 예시적 방법이 여기에 설명되어 있다. 회로보호기(100)의 마무리 후에, 예시적 방법(500)이 단계(560)에서 종료된다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 소정 예시적 실시예에 따른 다양한 구조의 퓨즈 엘리먼트(122)를 갖는 예시적 회로보호기(100)의 평면도를 도시한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 소정의 회로보호기(100)의 엘리먼트층(120)은 제 1 말단 패드(160)에서 제 2 말단 패드(162)로 뻗어 있는 좁은 직선라인 구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트(122)를 형성하기 위해 레이저 가공되었다. 도 7b에서 도시된 바와 같이, 소정의 회로보호기(100)의 엘리먼트층(120)은 제 1 말단 패드(160)에서 제 2 말단 패드(162)로 뻗어 있는 꾸불꾸불한 구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트(122)를 형성하기 위해 레이저 가공되었다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 소정의 회로보호기(100)의 엘리먼트층(120)은 제 1 말단 패드(160)에서 제 2 말단 패드(162)로 뻗어 있는 상대적으로 좁은 직선라인 결합구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트(122)를 형성하기 위해 레이저 가공되었고, 상대적으로 좁은 직선라인 구조는 여기에 보다 큰 직사각형 영역을 더 포함한다. 따라서, 레이저 가공은 양호한 엣지의 예리함을 유지하는 동안 다양한 복합 구조로 형성되어지는 퓨즈 엘리먼트(122)를 형성할 수 있음을 알 수 있다.
비록 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이러한 설명들은 요지를 한정하는 의미로 해석되는 것을 의미하지 않는다. 본 발명의 택일적 실시예 뿐만아니라, 공개된 실시예의 다양한 변형은 본 발명의 실시에 관련 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명의 개념 및 공개된 특정 실시예는 본 발명의 목적과 동일한 목적을 수행하기 위해 그 밖의 구조체를 디자인하거나 변형하기 위한 기초로 쉽게 이용될 수도 있다는 것은 해당 기술에 숙련된 사람들에 의해서 올바르게 인식될 수 있다. 또한, 이러한 등가의 구조체들은 첨부된 청구항들에 명시된 바와 같은 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는다는 것을 관련 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자가 알 수 있다. 따라서, 청구항들이 본 발명의 범위 안에 있는 어떤 변형이나 실시예를 포함할 것이라는 점이 예상된다.

Claims (31)

  1. 회로보호기를 만드는 방법으로서,
    서로 대향하는 제1 주표면(major surface) 및 제2 주표면들을 갖는 전기적 절연 기판을 제공하는 단계;
    전기적 절연 기판의 제1 주표면에 도전성 엘리먼트층을 직접 결합하는 단계로서, 결합된 도전성 엘리먼트층은 미리 정해진 두께를 가지고 전기적 절연 기판의 제1 주표면에 전체적으로 직접 표면 접촉되며, 결합된 도전성 엘리먼트층의 하부에 전기적 절연 기판이 위치하는 단계;
    도전성 엘리먼트층을 직접 결합한 후에, 전기적 절연 기판에 대미지를 주지 않고 전기적 절연 기판을 손상시키지 않고 남겨두면서 전기적 절연 기판의 제1 주표면으로부터 도전성 엘리먼트층을 증발시키기 위하여, 전기적 절연 기판으로부터 직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공(laser machining)하여 레이저로 증발시키는 단계; 및
    도전성 엘리먼트층의 일부만을 증발시킴으로써 전기적 절연 기판에 직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 나머지 부분만을 남겨두는 단계로서, 도전성 엘리먼트층의 나머지 직접 결합된 부분은 미리 정해진 구조를 가지는 퓨즈 엘리먼트로서 구성되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.

  2. 제 1 항에 있어서,
    도전성 엘리먼트층을 직접 결합하는 단계는 전기적 절연 기판의 제1 주표면에 직접 접촉하는 2 미크론의 두께를 갖는 박막 도전성 엘리먼트를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    도전성 엘리먼트층을 직접 결합하는 단계는 전기적 절연 기판의 제1 주표면에 직접 접촉하는 도전성 엘리먼트를 스크린 프린팅(screen printing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    도전성 엘리먼트층을 직접 결합하는 단계는 전기적 절연 기판의 제1 주표면의 전체를 금속화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 증발시키는 단계 및 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저로 증발시킴으로써 도전성 엘리먼트층의 나머지 부분만을 남겨두는 단계는 직선 라인 구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트를 구성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 레이저로 증발시키는 단계는 동작의 펄스 모드(pulsed mode)를 가지고 화이버 레이저(fiber laser)를 작동시켜, 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부에만 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 레이저로 증발시키는 단계는 직접 결합된 도전성 엘리먼트층에서 퓨즈 엘리먼트의 측벽을 형성하는 단계를 포함하고, 퓨즈 엘리먼트의 측벽은 전기적 절연 기판의 제1 및 제2 주표면들 중의 하나에 수직하게 뻗어 있는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 레이저로 증발시키는 단계는 퓨즈 엘리먼트의 측벽에서 곡선(curve) 및 직각 중 적어도 하나를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 레이저로 증발시키는 단계는 10 내지 25㎛의 초점을 가지고 화이버 레이저를 작동시켜 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 레이저로 증발시키는 단계 및 도전성 엘리먼트층의 일부만을 증발시킴으로써 도전성 엘리먼트층의 나머지 부분만을 남겨두는 단계는 적어도 하나의 말단 패드(termination pad)를 가진 퓨즈 엘리먼트를 구성하도록 수행되고, 상기 방법은 말단 패드에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 말단 종단(termination end)을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 레이저로 증발시키는 단계 및 도전성 엘리먼트층의 일부만을 증발시킴으로써 도전성 엘리먼트층의 나머지 부분만을 남겨두는 단계는 꾸불꾸불한(serpentine) 구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트를 구성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    직접 결합된 도전성 엘리먼트층의 일부만을 레이저 가공하여 레이저로 증발시키는 단계 및 도전성 엘리먼트층의 일부만을 증발시킴으로써 도전성 엘리먼트층의 나머지 부분만을 남겨두는 단계는 직선라인으로부터 뻗어 있는 직사각형 영역을 갖는 직선라인을 포함하는 구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트를 구성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    엘리먼트층의 적어도 일부 위로 커버(cover)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    커버에 마킹(marking)을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    기판의 대향하는 종단부들에 전기 도전성 말단 종단들을 적용함으로써 퓨즈 엘리먼트를 마무리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    전기적 절연 기판을 제공하는 단계는 세라믹 기판, 유리 기판, 폴리머 기판, FR4 기판, 알루미나 기판, 스테아타이트(steatite) 기판, 및 포스테라이트(forsterite) 기판 중의 하나를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.

  17. 제 1 항에 있어서,
    전기적 절연 기판의 제1 및 제2 주표면들 중의 하나에 도전성 엘리먼트층을 직접 결합하는 것은 은, 금, 팔라듐-은(palladium silver), 구리, 니켈, 은합금, 금합금, 팔라듐-은합금, 구리합금, 및 니켈합금 중의 하나를 포함하는 도전성 엘리먼트층을 적용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 회로보호기를 만드는 방법.
  18. 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법으로서,
    상부 표면을 갖는 전기적 절연 기판을 제공하는 단계;
    전기적 절연 기판의 상부 표면에 도전성 엘리먼트층을 직접 결합하는 단계로서, 도전성 엘리먼트층은 전기적 절연 기판의 상부 표면에 전체적으로 직접 표면 접촉하며, 도전성 엘리먼트층은 전기적 도전 재료로 이루어진 이격된 그리고 평행한 복수의 열(column)들을 포함하는 단계;
    하부에 있는 전기적 절연 기판에 대미지를 주지 않고 전기적 절연 기판을 손상시키지 않고 남겨두면서 복수의 열(column)들의 각각의 일부만을 증발시키기 위하여 도전성 엘리먼트층을 레이저 가공하는 단계; 및
    복수의 열(column)들의 각각의 일부를 증발시킴으로써 기판에 결합된 각각의 열(column)의 나머지 부분만을 남겨두는 단계로서, 각각의 열(column)을 미리 정해진 구조를 갖는 퓨즈 엘리먼트로서 구성하고, 각각의 퓨즈 엘리먼트는 상부 표면에 수직하게 뻗어 있는 측벽을 갖는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    엘리먼트층의 적어도 일부로서 전기적 도전 재료의 상부 표면과 각각의 열을 덮는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    복수의 개별 회로보호기들을 형성하기 위해 덮어지는 전기적 절연 기판을 나누는 단계로서, 각각의 개별 보호기는 대향하는 종단부들을 갖는 단계; 및
    대향하는 종단부들의 각각을 마무리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    적어도 하나의 마킹을 각각의 회로보호기들에 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    복수의 열(column)들의 각각의 일부만을 증발시키기 위하여 도전성 엘리먼트층을 레이저 가공하는 단계는 동작의 펄스 모드를 가지고 화이버 레이저를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    화이버 레이저를 작동시키는 것은 10 내지 25㎛의 초점을 가지고 화이버 레이저를 작동시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    도전성 엘리먼트층을 레이저 가공하는 단계 및 복수의 열(column)들의 각각의 일부를 증발시킴으로써 각각의 열(column)의 나머지 부분만을 남겨두는 단계는 구성된 퓨즈 엘리먼트에 연결된 말단 패드들을 남겨 두도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  25. 제 18 항에 있어서,
    복수의 열들의 각각의 일부만을 증발시키기 위하여 도전성 엘리먼트층을 레이저 가공하는 단계 및 복수의 열(column)들의 각각의 일부를 증발시킴으로써 각각의 열(column)의 나머지 부분만을 남겨두는 단계는 꾸불꾸불한 구조를 갖는 퓨즈 연결을 가지는 퓨즈 엘리먼트로서 각각의 열을 구성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  26. 제 18 항에 있어서,
    전기적 절연 기판의 상부 표면에 도전성 엘리먼트층을 결합하는 것은 기판의 상부 표면을 금속화하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상부 표면을 금속화하는 것은 전기적 절연 기판의 상부 표면에 도전성 잉크를 스크린 프린팅하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상부 표면을 금속화하는 것은 은, 금, 팔라듐-은, 구리, 니켈, 은합금, 금합금, 팔라듐-은합금, 구리합금, 및 니켈합금 중의 적어도 하나를 포함하는 도전성 잉크를 가지고 스크린 프린팅하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  29. 제 18 항에 있어서,
    복수의 열들의 각각의 일부만을 증발시키기 위하여 도전성 엘리먼트층을 레이저 가공하는 단계 및 복수의 열의 각각의 일부만을 증발시킴으로써 각각의 열(column)의 나머지 부분만을 남겨두는 단계는 측벽에 곡선 및 직각 중의 적어도 하나를 가진 퓨즈 엘리먼트를 구성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 복수의 회로보호기들을 만들기 위한 방법.
  30. 청구항 제 1 항의 방법에 의해서 만들어진 회로보호기 제품.

  31. 청구항 제 18 항의 방법에 의해서 만들어진 회로보호기 제품.

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