KR20160026130A - 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판상에 패드의 패턴 형상 및 바리스터층을 형성하고, 복수의 와이어 본딩 기술을 적용하여 높은 서지 전압에 안정적으로 동작되도록 서지 특성을 향상시킴과 아울러 정격 전류를 조절할 수 있도록 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 기판; 각각의 전극을 수용하며 상기 기판 상에 일정 간격으로 마주보게 형성되는 한쌍의 단자 패드; 상기 한쌍의 단자 패드 사이에 각각 인접하게 형성되고, 길이방향으로 돌출되어 서로 접촉하지 않고 일정간격으로 교번 배치된 다수의 교번 전극부를 포함하는 한쌍의 보조 패드; 상기 다수의 교번 전극부 상에 코팅되는 바리스터층; 및 상기 단자 패드와 상기 보조 패드 상부에 그리고, 어느 하나의 상기 보조 패드와 다른 상기 보조 패드를 상부에 각각 와이어 본딩 방식으로 연결하는 복수의 가용체를 포함한다.

Description

서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법{Micro fuse for improving surge characteristics and a method of manufacturing thereof}
본 발명은 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판상에 패드의 패턴 형상 및 바리스터층을 형성하고, 복수의 와이어 본딩(wire bonding) 기술을 적용한 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
마이크로 퓨즈는 전자 회로에서 과전류를 차단하여 각종 전자 소자들을 보호하기 위한 것으로, 모바일 기기나 충전기 등의 전자 기기들에 핵심 부품으로 이용되고 있다. 즉, 퓨즈는 전자 기기에 심각한 손실을 야기하는 잘못된 전류로부터 시스템을 보호하기 위한 안전보호소자로서, 정격전류 이상의 과전류가 흐를 경우 전류에 의해 발생하는 열로 인해 퓨즈 가용체(Element)가 녹아 전류를 흐르지 못하게 하여 화재를 미연에 방지하기 위한 소자이다.
최근에는 모바일 기기나 충전기의 사용이 증가함에 따라 높은 서지(High-Surge)에 안정적인 SMD(surface mount device)형 마이크로 퓨즈가 지속적으로 개발 및 사용되고 있다.
마이크로 퓨즈의 기능도 과전류에 의한 단순한 속단형(Fast Acting Type) 퓨즈에서 In-rush 전류에 대한 내성이나 높은 서지 전압에 대한 내성이 있는 시간 지연(Time Delay) 특성을 갖춘 퓨즈가 설계되고 있다.
시간 지연특성을 갖는 마이크로 퓨즈는 퓨즈선(가용체)의 길이를 늘여 설계하는 방식으로 구현되기도 하였다.
본 출원인이 한국 특허청에 등록한 등록번호 10-1058946호(다층 구조의 몰딩층이 형성된 시간 지연 마이크로퓨즈 및 그 제조방법)에는 퓨즈 기판, 퓨즈 기판의 각 단자들에 연결된 가용체, 내부에 상기의 가용체를 수용하도록 퓨즈 기판의 전면에 몰딩층이 형성된 구조의 마이크로 퓨즈가 제시되었다.
그러나 최근에는 태블릿 이동 통신기기 등 스마트 휴대 전자기기의 발달과 더불어 고용량의 전기 에너지 저장 장치를 필요로 하고 있으며, Li-ion 또는 Li-polymer와 같은 대용량 2차 전지가 개발되고 있는 추세로서, 이에 따라 정격 이상의 과도 전류에 대한 퓨즈 기능 이외에 고온에서 충/방전하는 경우에 발생하는 화재나 폭발의 위험성 때문에 안정적으로 정격 전류를 조절하거나 서지 특성을 향상시킨 퓨즈에 대한 개발이 시급한 설정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1058946호
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 기판상에 패드의 패턴 형상 및 바리스터층을 형성하고, 복수의 와이어 본딩 기술을 적용하여 높은 서지 전압에 안정적으로 동작되도록 서지 특성을 향상시킴과 아울러 정격 전류를 조절할 수 있도록 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈는, 기판; 각각의 전극을 수용하며 상기 기판 상에 일정 간격으로 마주보게 형성되는 한쌍의 단자 패드; 상기 한쌍의 단자 패드 사이에 각각 인접하게 형성되고, 길이방향으로 돌출되어 서로 접촉하지 않고 일정간격으로 교번 배치된 다수의 교번 전극부를 포함하는 한쌍의 보조 패드; 상기 다수의 교번 전극부 상에 코팅되는 바리스터층; 및 상기 단자 패드와 상기 보조 패드 상부에 그리고, 어느 하나의 상기 보조 패드와 다른 상기 보조 패드를 상부에 각각 와이어 본딩 방식으로 연결하는 복수의 가용체;를 포함한다.
상기 단자 패드 및 보조 패드는 전도성 금속인 것이 바람직하다.
상기 마이크로 퓨즈는 SMD(Surface Mount Device) 타입에 적용되는 것이 바람직하다.
상기 보조 패드는 상기 복수의 가용체를 연결하기 위하여 상기 교번 전극부 타측의 상기 단자 패드와 인접한 부분에 특정 면적을 갖는 퓨즈 연결부를 포함할 수 있다.
상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 나란한 수평방향으로 배치될 수 있다.
상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 수직방향으로 배치될 수 있다.
상기 바리스터층은 전도성 실리콘, 탄소복합체, SiC 또는 ZnO중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법은, 기판을 형성하는 단계; 각각의 전극을 수용하며 상기 기판 상에 일정 간격으로 마주보게 한쌍의 단자 패드를 형성하는 단계; 상기 한쌍의 단자 패드 사이에 각각 인접하게 형성되고, 길이방향으로 돌출되어 서로 접촉하지 않고 일정간격으로 교번 배치된 다수의 교번 전극부를 포함하도록 한쌍의 보조 패드를 형성하는 단계; 상기 다수의 교번 전극부 상부에 바리스터층을 코팅하는 단계; 및 상기 단자 패드와 상기 보조 패드 상부에 그리고, 어느 하나의 상기 보조 패드와 다른 상기 보조 패드를 상부에 각각 와이어 본딩 방식으로 복수의 가용체를 연결하는 단계;를 포함한다.
상기 단자 패드 및 보조 패드는 전도성 금속인 것이 바람직하다.
상기 마이크로 퓨즈는 SMD(Surface Mount Device) 타입에 적용될 수 있다.
상기 한쌍의 보조 패드를 형성하는 단계는 상기 복수의 가용체를 연결하기 위하여 상기 교번 전극부 타측의 상기 단자 패드와 인접한 부분에 특정 면적을 갖는 퓨즈 연결부를 포함할 수 있다.
상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 나란한 수평방향으로 배치될 수 있다.
상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 수직방향으로 배치될 수 있다.
상기 바리스터층은 전도성 실리콘, 탄소복합체, SiC 또는 ZnO중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법에 의하면, 기판상에 패드의 패턴 형상 및 바리스터층을 형성하고, 복수의 와이어 본딩 기술을 적용하여 높은 서지 전압에 안정적으로 동작되도록 서지 특성을 향상시킴과 아울러 정격 전류를 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 따른 본 발명의 바리스터층을 개방한 마이크로 퓨즈를 나타낸 사시도.
도 3 및 도 4는 도 1에 따른 본 발명의 교전 전극부의 다양한 구성을 나타낸 평면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 마이크로 퓨즈의 외형을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실험예에 따른 마이크로퓨즈 전류 밀도를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 마이크로퓨즈 전압 분포를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 마이크로퓨즈 온도 분포를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 DFR 공정을 이용한 마이크로 제작 과정을 나타낸 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 DFR 공정을 이용하여 제작된 PCB 기판을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 본 발명의 바리스터층을 개방한 마이크로 퓨즈를 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈는, 기판(10), 단자 패드(20)(30), 전극(21)(31), 보조 패드(40)(50), 교번 전극부(41)(51), 가용체(60) 및 바리스터층(70)을 포함한다.
상기 기판(10)에는 다수의 마이크로 퓨즈들이 가로 및 세로 방향으로 일정간격으로 형성되어, 하나의 기판(10)을 통하여 다수개의 SMD 마이크로 퓨즈를 형성할 수 있다. 퓨즈 기판(10)은 내열성이 강한 FR4 재질의 PCB가 될 수 있다.
한쌍의 단자 패드(20)(30)는 각각의 전극(21)(31)을 수용하며 상기 기판(10) 상에 일정 간격으로 마주보게 형성된다.
즉, 단자 패드(20)(30)의 양단부 즉, 일측 및 타측 일부 영역에는 외부 단자들과 전기적으로 연결될 수 있는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 전극(21,31)이 구성된다.
적어도 하나의 제 1 및 제 2 전극(21, 31)은 퓨즈 기판(10)에 형성된 단자 패드(20)(30)의 일측 및 타측 일부 영역에 부착되거나 감싼 형태로 구성될 수도 있고, 퓨즈 기판(10)을 관통하여 구성될 수도 있다.
또한, 상기 전극(21, 31)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 금(Au) 등으로 패터닝 공정에 의해 형성되거나, 구리(Cu)와 알루미늄(Al) 등의 합금으로 패터닝 공정에 의해 형성될 수 있다.
한쌍의 보조 패드(40)(50)는 상기 한쌍의 단자 패드(20)(30) 사이에 각각 인접하게 형성되고, 길이방향으로 돌출되어 서로 접촉하지 않고 일정간격으로 교번 배치된 다수의 교번 전극부(41)(51)를 포함한다.
또한, 상기 보조 패드(40)(50)는 상기 복수의 가용체(60)를 연결하기 위하여 상기 교번 전극부(41)(51) 타측의 상기 단자 패드(20)(30)와 인접한 부분에 특정 면적을 갖는 퓨즈 연결부(42)(52)를 포함한다.
상기 다수의 교번 전극부(41)(51)는 히팅 전극으로 작용될 수 있는데, 이때 상기 다수의 교번 전극부(41)(51)는 서로 비접촉 상태로 교번 배치되도록 패터닝되어 구성된다.
바리스터층(70)는 상기 보조 패드(40)(50)의 상기 다수의 교번 전극부(41)(51) 상에 코팅된다. 바리스터층(70)은 퓨즈 기판(10)의 전면을 모두 덮지 않고, 상기 다수의 교번 전극부(41)(51) 상부만을 덮도록 구성된다.
즉, 바리스터층(70)은 상기 다수의 교번 전극부(41)(51)를 덮도록 그 상면에 증착 및 경화되어 구성되며, 복수의 가용체(60)는 상기 단자 패드(20)(30)와 상기 보조 패드(40)(50) 및 어느 하나의 상기 보조 패드(40)와 다른 상기 보조 패드(50)를 상부에 각각 와이어 본딩 방식으로 연결한다.
따라서, 복수의 가용체(60), 단자 패드(20)(30), 보조 패드(40)(50) 및 바리스터층(70)이 서로 접촉 및 고정됨으로써 접촉면에 따른 열 전도 효율 및 전류 흐름 제어 효율을 더욱 높일 수 있다.
즉, 보조 패드(40)(50)의 다수의 교번 전극부(41)(51)는 마이크로 퓨즈의 동작시 발생되는 열에 의해 히팅되어 그 저항값을 비롯해 그 부피 및 팽창률이 변하게 되고, 보조 패드(40)(50)와 직접적으로 접속된 복수의 가용체(60) 와 바리스터층(70)은 보조 패드(40)(50)의 발열 정도에 따라 전류 흐름을 제어하게 된다.
본 발명의 일실시예에서 상기 단자 패드(20)(30) 및 보조 패드(40)(50)는 전도성 금속으로 형성된다.
상기 가용체(60)는 금속 산화물을 소결하여 만들며 온도에 따라 저항치가 변하는 특성을 이용한 것으로, 망간, 니켈, 코발트, 철, 동 등의 천이금속 산화물을 2원계 또는 3원계로 소요의 특성에 따라 서로 다른 산화계를 이용한 원료 분말을 혼합시켜 형성할 수 있다.
특히, 은, 구리, 금, 알루미늄 또는 그들의 합금, 또는 그들 중 어느 하나로 도금된 금속 중 어느 하나를 Ball wire bonding방식으로 연결시켜 구성할 수 있다. 이러한 적어도 하나의 가용체(60)는 서로 독립된 구조를 가지는 패턴을 연결시켜주는 역할을 비롯해, 비정상적인 전류가 인입되었을 경우 회로를 안전하게 보호할 수 있는 가용체의 역할을 하도록 구성된다.
상기 본 발명의 마이크로 퓨즈는 SMD(Surface Mount Device) 타입에 적용된다.
상기 바리스터층(70)은 그 성분에 따라 전압에 따라서 전류가 급수적으로 증가하여 큰 전압이 걸릴 경우 그 저항값이 매우 낮아져서 큰 전류가 흐르도록 하여 특정 레벨의 서지 전압 차단이 가능하므로, 특정 레벨의 서지 전압으로부터의 보호가 가능하다.
이를 위하여, 상기 바리스터층(70)는 전도성 실리콘, 탄소복합체, SiC 또는 ZnO중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1에 따른 본 발명의 교번 전극부의 다양한 구성을 나타낸 평면도로서, 도시된 바와 같이, 일 예로서, 상기 교번 전극부(41)(51)는 상기 한쌍의 단자 패드(20)(30)의 길이방향에 대하여 나란한 수평방향으로 배치될 수 있다(도 3 참조).
또한, 다른 예로서, 상기 교번 전극부(41)(51)는 상기 한쌍의 단자 패드(20)(30)의 길이방향에 대하여 수직방향으로 배치될 수 있다(도 4참조).
수직방향으로 배치된 퓨즈는 퓨즈의 크기와 교차 전극부 패턴 형상 제작 공정 그리고 바리스터 스크린 프린팅 공정의 편의성에 따라서 다양한 형태의 패턴이 선택될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법을 순서대로 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 제조된 마이크로 퓨즈의 외형을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법은, DFR 공정을 이용한 구리 도금된 PCB기판에 스크린 프린팅을 이용하여 절연체를 올리고 와이어본딩 기술을 이용하여 구리(Cu) 가용체를 와이어 본딩하여 제작하였다. 6.1mm x 2.5mm 크기내에 SMD형 마이크로 퓨즈를 실현하기 위하여 ANSYS Workbench 프로그램을 사용하여 열적 해석을 수행하였다. 3.0mil 굵기의 구리 도선인 경우 1.96mm길이의 구리 도선이 20A 정격을 나타냄을 확인하였다.
이를 위하여, 먼저 기판을 형성하는 단계(a)에서 베이스 기판(10)을 준비한다. 여기서, 기판(10)에는 다수의 마이크로 퓨즈들이 가로 및 세로 방향으로 일정간격으로 형성되어, 하나의 기판(10)을 통하여 다수개의 SMD 마이크로 퓨즈를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 기판(10)은 FR-4 PCB 기판을 이용하였다.
다음으로, 한쌍의 단자 패드를 형성하는 단계(a)에서는 각각의 전극(21)(31)을 수용하며 상기 기판(10) 상에 일정 간격으로 마주보게 한쌍의 단자 패드(20)(30)를 형성한다. 또한, 다음으로, 상기 한쌍의 단자 패드(20)(30) 사이에 각각 인접하게 형성되고, 길이방향으로 돌출되어 서로 접촉하지 않고 일정간격으로 교번 배치된 다수의 교번 전극부(41)(51)를 포함하도록 한쌍의 보조 패드(40)(50)를 형성한다.
이때, 상기 보조 패드(40)(50)에는, 상기 복수의 가용체(60)를 연결하기 위하여 상기 교번 전극부(41)(51) 타측의 상기 단자 패드(20)(30)와 인접한 부분에 특정 면적을 갖는 퓨즈 연결부(42)(52)를 함께 형성한다.
본 발명의 일실시예에서 상기 단자 패드(20)(30) 및 보조 패드(40)(50)는 전도성 금속으로 형성된다.
다음으로, 바리스터층을 코팅하는 단계(b)에서는 상기 보조 패드(40)(50)의 상기 다수의 교번 전극부(41)(51) 상에 바리스터층(70)을 코팅한다.
상기 바리스터층(70)는 전도성 실리콘, 탄소복합체, SiC 또는 ZnO중 적어도 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
즉, DFR 공정을 이용하여 보조 패드(40)(50)에 미세 전극 패턴을 갖는 다수의 교번 전극부(41)(51)를 형성하였고 그 위에 퓨즈의 특성을 좋게 하게 위한 전도성 실리콘을 코팅하여 상기 바리스터층(70)을 형성하였다.
다음으로, 복수의 가용체를 연결하는 단계(c)에서는 상기 단자 패드(20)(30)와 상기 보조 패드(40)(50) 및 어느 하나의 상기 보조 패드(40)와 다른 상기 보조 패드(50)를 상부에 각각 와이어 본딩 방식으로 복수의 가용체(60)를 연결한다.
다음으로, 가용체를 보호하기 위한 패키지 공정 단계(c)에서는 상기 가용체(60)가 연결된 기판(10) 위에 에폭시를 코팅 및 소결하여 보호층(80)을 형성한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에서는 와이어 본딩 기술을 사용하여 구리선(Cu wire)을 상기 가용체(60)로 사용하였다. 또한, ANSYS Workbench프로그램을 이용하여 모델링하고 가용체(60)의 조건을 변화를 주어 시뮬레이션을 통해 가용체(60)의 온도 특성을 구하고 적절한 가용체의 구조를 설계하였다.
즉, 퓨즈는 가용체(60)에 흐르는 전류 I와 가용체의 저항 R에 의하여 발생한 열이 가용체 물질의 온도를 높여서 그 물질의 녹는점(Melting Point)보다 높게 되면 퓨즈 가용체(60)가 끊어져서 전류를 차단하고 다른 전자 소자에 과전류를 흐르는 것을 막아준다. 퓨즈 가용체(60)는 전기 에너지(E=Pt=I2Rt)를 통해 열이 발생하게 되므로 퓨즈 가용체(60)의 길이에 비례하고 두께와 넓이에 반비례하여 열을 발생하는 방식이다. 퓨즈 가용체(60)의 길이와 면적은 정격전류에 맞게 설계된다. 현재 일반적으로 사용되는 가전제품의 정격전류는 20A 이하이며 정격 전압은 250V로 주어진다.
다음의 표1에 본 발명의 일 실시예에 따른 SMD형 마이크로 퓨즈의 사양을 정리하였다.
Figure pat00001
사용 용도에 따라 빠른 동작형(Fast Acting type)과 시간 지연형(Time Lag type) 퓨즈로 나눌 수 있다. 충방전을 수시로 하는 경우에는 급작스런 전류의 변화가 나타나게 되며 이것은 큰 전압을 유도한다. 그러므로 콘 서지 내성을 갖는 퓨즈가 필요하게 된다. 또한, 퓨즈에서 발생한 열은 가용체(60)의 온도를 올리는 데도 사용되지만 구리 선을 통하여 외부로 열이 전도되거나 FR-4 기판(10)을 통하여 외부로 발산하게 된다.
상기 본 발명의 마이크로 퓨즈는 SMD(Surface Mount Device) 타입에 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법은, DFR 공정을 이용하였다. 이와 같이, DFR을 사용하여 패턴을 형성한 후, 가용체 페이스트(Paste)를 스크린 프린팅하여 형상을 제조하는 방식은 페이스트의 점도로 인한 퍼짐 현상을 줄일 수 있어 저비용으로 정확한 패턴 형상을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 정확한 퓨즈의 열 동작을 예측하기 위해서 수치해석을 수행하였다. ANSYS Workbench 프로그램을 이용하여 SMD형 마이크로 퓨즈의 동작 특성을 모의 실험하였다. 표2에는 모의 실험에 사용된 마이크로 퓨즈 물질의 물성치를 정리하였다.
Figure pat00002
퓨즈의 크기는 6.1㎜×2.5㎜이다. 구리의 비전도율은 17.7×10-9Ωm이며 두께 3.0mil인 구리를 사용하였다. 도 7 내지 도 9에서 ANSYS Workbench 프로그램을 사용했을 때 나타나는 전류 밀도, 전압 분포 및 온도 분포 결과와 가용체의 온도를 나타낸 그림을 보이고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실험예에 따른 마이크로퓨즈 전류 밀도를 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 전극(21)과 전극(31) 사이에 정격 전류(예, 20A)를 흘렸을 경우 전류 밀도를 나타내었고, 도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 마이크로퓨즈 전압 분포를 나타낸 도면으로, 전극(21)과 전극(31) 사이에 정격 전류(예, 20A)를 흘렸을 경우 전압 분포를 나타내었다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 마이크로퓨즈 온도 분포를 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 전극(21)과 전극(31) 사이에 정격 전류(예, 20A)를 흘렸을 경우 온도 분포로서, 가용체인 금속 (구리)의 녹는점보다 높은 온도가 되는 경우에는 퓨즈 작용이 발생하였으며, 모의 실험 결과 적절한 온도에 이르렀음을 알 수 있었다.
특히, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 20A 이상의 대전류를 흘릴 수 있도록 구리는 직경 3mil 굵기의 선을 사용하였다. 길이를 변화시켜가면서 가용체(60)의 최대 온도를 측정한 그래프가 표 3에 보이고 있다.
구리 녹는점 1085℃ 이상의 녹는점은 1.96mm 이상의 길이를 가지면 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 구리 길이를 2.4mm로 놓고 전류를 증가시키면서 구리의 온도를 모의 실험한 결과가 표 4에 보이고 있다. 17.6A이상의 전류에서 구리 녹는점보다 높은 온도가 나타남을 표 4의 그래프에서 알 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 DFR 공정을 이용한 마이크로 제작 과정을 나타낸 도면이다.
초 소형화에 따른 마이크로 퓨즈를 제작하는데 있어서 스크린 프린팅을 이용함에 따라 생산성 향상이 기대되기는 하나 페이스트의 점도로 인해 정밀한 제작이 불가능하다. 정밀한 마이크로 퓨즈를 제작하기 위하여 도 10에 보인 바와 같이 DFR을 이용하여 제작하였다.
먼저 35um 두께로 Cu가 도금된 PCB 기판을 이용하였다. DFR 라미네이션 공정으로 코팅 후 포토리소그래피 공정을 진행하고 1wt% NaCo3 DFR 식각 용액을 이용하여 DFR 패턴을 형성하였다. 클리닝 및 건조 후 스크린 프린팅용 메탈 마스크를 이용하여 전도성 실리콘을 코팅하였다. 150℃, 1시간 소성하여 경화하였으며 15wt% KOH 수용액을 사용하여 DFR을 제거하였다. 이 후 Cu 와이어 본딩을 수행하여 마이크로 퓨즈를 제작하였다.
표 5에서는 DFR 공정 진행중 식각에 따른 선폭의 변화를 구한 그래프를 보이고 있다. 설계된 선폭에 비하여 제작된 평균 선폭은 90um 정도의 줄어든 선폭을 보였다.
Figure pat00005
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 DFR 공정을 이용하여 제작된 PCB 기판을 나타낸다.
도시된 바와 같이 평균 선폭 70um, 금속 사이 간격 평균 90um를 얻었다. 좀 더 좁은 패턴은 과도 식각되어 금속 패턴이 뭉그러지거나 언더 식각되어 금속 패턴 사이에 도통하는 결과를 나타내었다.
와이어 본딩 장비를 사용하여 퓨즈 가용체 형성을 하였다. 3mil 굵기의 구리(Cu) 도선을 사용하여 제작하였다. 와이어의 굵기, 접촉 조건에 따라서 제작할 수 있는 구리 금속의 형태가 결정되었다. 실험에서 필요로 하는 1.96mm 길이의 도선은 도 11에 나타낸 것과 같이 퓨즈 횡단면의 양끝에 본딩하여 이룰 수 있었다.
본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.
10 : 기판 20, 30 : 단자 패드
21, 31 : 전극 40, 50 : 보조 패드
41, 51 : 교번 전극부 60 : 가용체
70 : 바리스터층 80 : 보호층

Claims (14)

  1. 기판;
    각각의 전극을 수용하며 상기 기판 상에 일정 간격으로 마주보게 형성되는 한쌍의 단자 패드;
    상기 한쌍의 단자 패드 사이에 각각 인접하게 형성되고, 길이방향으로 돌출되어 서로 접촉하지 않고 일정간격으로 교번 배치된 다수의 교번 전극부를 포함하는 한쌍의 보조 패드;
    상기 다수의 교번 전극부 상에 코팅되는 바리스터층; 및
    상기 단자 패드와 상기 보조 패드 상부에 그리고, 어느 하나의 상기 보조 패드와 다른 상기 보조 패드를 상부에 각각 와이어 본딩 방식으로 연결하는 복수의 가용체;를 포함하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단자 패드 및 보조 패드는 전도성 금속인 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 퓨즈는 SMD(Surface Mount Device) 타입에 적용되는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 패드는
    상기 복수의 가용체를 연결하기 위하여 상기 교번 전극부 타측의 상기 단자 패드와 인접한 부분에 특정 면적을 갖는 퓨즈 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 나란한 수평방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 수직방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 바리스터층은
    전도성 실리콘, 탄소복합체, SiC 또는 ZnO중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈.
  8. a)기판을 형성하는 단계;
    b)각각의 전극을 수용하며 상기 기판 상에 일정 간격으로 마주보게 한쌍의 단자 패드를 형성하는 단계;
    c)상기 한쌍의 단자 패드 사이에 각각 인접하게 형성되고, 길이방향으로 돌출되어 서로 접촉하지 않고 일정간격으로 교번 배치된 다수의 교번 전극부를 포함하도록 한쌍의 보조 패드를 형성하는 단계;
    d)상기 다수의 교번 전극부 상부에 바리스터층을 코팅하는 단계; 및
    e)상기 단자 패드와 상기 보조 패드 상부에 그리고, 어느 하나의 상기 보조 패드와 다른 상기 보조 패드를 상부에 각각 와이어 본딩 방식으로 복수의 가용체를 연결하는 단계;를 포함하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 단자 패드 및 보조 패드는 전도성 금속인 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 마이크로 퓨즈는 SMD(Surface Mount Device) 타입에 적용되는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 한쌍의 보조 패드를 형성하는 단계(c)는
    상기 복수의 가용체를 연결하기 위하여 상기 교번 전극부 타측의 상기 단자 패드와 인접한 부분에 특정 면적을 갖는 퓨즈 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 나란한 수평방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 교번 전극부는 상기 한쌍의 단자 패드의 길이방향에 대하여 수직방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 바리스터층은
    전도성 실리콘, 탄소복합체, SiC 또는 ZnO중 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 서지특성 향상을 위한 마이크로 퓨즈의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4992060B2 (ja) 2009-02-12 2012-08-08 進吉 楊 ヒューズ装置
KR101409827B1 (ko) 2013-12-17 2014-06-19 주식회사 에스엠하이테크 서지용 에스엠디 퓨즈 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101058946B1 (ko) 2010-09-07 2011-08-26 에스씨테크닉스 주식회사 다층 구조의 몰딩층이 형성된 시간지연 마이크로 퓨즈 및 그 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109669102A (zh) * 2018-12-30 2019-04-23 浙江零跑科技有限公司 一种键合铝丝熔断电流试验装置

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