TWI274363B - Low resistance polymer matrix fuse apparatus and method - Google Patents

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1274363 Ο) 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容 技術領域 相關申請案之交互參考 本申請案主張於2002年1月1〇曰所申 案號60/348, 098之優先權。 先前技術 本發明一般而言關於溶絲，更特定而 片溶絲元件之炫絲。 炫絲已廣泛用於過電流保護裝置來防 昂責的損害。基本上，熔絲終端或接點 組件之間形成一電連接，或是配置在_ 之組合。一或多個可熔的鏈結或元件， 合係連接在該熔絲終端或接點之間，所 笔子電流超過一預定的限定值時，該可 潰、切斷、或另外開啟結合於該熔絲的 件的損壞。 近年來大量使用電子裝置已經造成對 升高的需求。舉例而言，一習用的熔絲 (或另為一壓印及/或成型的金屬熔絲元 璃圓柱或管子中，並在該管子内懸浮在 件延伸在附著於該管子的導電端蓋之間 子電路。但是，當使用在電子應用中的 溶絲基本上必須相當地小，使得這些種 安裝時較為困難，而增加了具有熔絲產 、實施方式及圖式簡單說明) 請的美國臨時申請 言，係關於使用薄 止對於電子電路之 在一電源及一電子 電子電路中的組件 或是一溶絲元件組 以當通過該溶絲的 熔元件即熔解、崩 電路來防止電子組 於溶絲技術有逐漸 包含一線溶絲元件 件）’其包覆在一玻 空氣中。該熔絲元 ，用於連接到一電 印刷電路板時，該 類的熔絲在製造及 品的製造及組裝成 -6 -

1274363 (2) 〇 其它類型的 屬化（如F R - 4 ’ 電子應用中的 印刷、電鍍、 元件幾何可由 形成該溶絲元 熔絲會將熱量 熔絲的電流率 壓電子電路造 元件非常靠近 跡將不允許該 的電路。 仍有其它種 厚膜導電材料 元件及導電墊 度及幾何時的 受的變化。同 溫下共燒，所 在一過電流狀 帶走，並會增 在許多電路 不利的影響， 效應會使蒋主 煖絲包含在一高溫有機介電基板上沉積的金 .鼢、或其它聚合物為主的材料），用以形成 烙絲元件。該熔絲元件可為氣相沉積、網版 戒使用已知的技術來施加於該基板，而熔絲 化學蝕刻或雷射切割該金屬化層來改變，以 件。但是，在一過電流狀況下，這些種類的 由該熔絲元件傳導到該基板，因而增加了該 ，但亦增加了該熔絲的電阻，其會對於低電 成不想要的影響。此外，碳尋跡會在當熔絲 或直接沉積在一介電基板上時而發生。碳尋 熔絲完全清潔，或達到使用該熔絲所要開啟 類的熔絲使用一陶瓷基板，其具有一印刷的 例如一導電墨水，其形成一有形狀的熔絲 "連接到一電子電路。但是，在控制印刷厚 不穩定性會造成具有該熔絲的裝置有不能接 時，形成該熔絲元件的導電材料基本上在高 、*、、須使用一尚溫陶变基板。但是這些基板 下係做為一散熱器，將熱量由該熔絲元件 加該熔絲的電阻。 呵溶絲電阻對於主動電路組件的功能有 且在某些應用中，由於溶絲電阻造成的電壓 動電路組件不能運作。

1274363 (4) 該第一中 中間絕緣 中至少一 間絕緣層 在又另 含一薄片 中之1微与 一及第二 延伸在該 間絕緣層 間絕緣層 聚醯胺材 層，及一 每個該等 該第二中 一外部絕 有一聚醯 實施方式 圖1所f 1 0的透視 習用熔絲 言，熔絲 及在該溶 之達成至 間絕緣層上，而一第二外部絕緣層延伸在該第二 層上，且該第一外部絕緣層與該第二外部絕緣層 外部絕緣層包覆了該第一中間絕緣層與該第二中 中至少一中間絕緣層的該開口。 一方面，本發明提供一種低電阻溶絲。該溶絲包 熔絲元件層，其包含一形成到第一及第二接觸墊 5到2 0微米電沉積的金屬薄片，以及一延伸在該第 接觸墊之間的可熔鏈結。第，及第二中間絕緣層 炼絲元件層的相對侧上，且每個該第一及第二中 包含一開口，其穿過該可炫键結附近。該第一中 與該第二中間絕緣層中至少一中間絕緣層含有一 料、一第一外部絕緣層延伸在該第一中間絕緣 延伸在該第二中間絕緣層上的第二外部絕緣層。 第一及第二外部絕緣層包覆該第一中間絕緣層與 間絕緣層中至少一中間絕緣層的該開口，及該第 緣層與該第二外部絕緣層中至少一外部絕緣層含 胺材料。 t為根據本發明之範例性具體實施例的薄片熔絲 圖。對於下述的理由’熔絲10被認為可以用低於 之成本來製造，並提供顯著的效能好處。舉例而 1 0被認為相對於同等的熔絲具有較低的電阻，以 絲已經運作之後具有較高的絕緣電阻。這些好處 少部份透過使用薄的金屬片#料來形成一可溶鍵 (5) Ϊ274363

結及接觸終端來安裝到聚合物 的目的，薄金屬片材料之厚度 更明確的說在約1到約2 0微米， 約3到約1 2微米。 薄膜上。為了達到此處說明 乾圍視作約1到約1 Q 〇微米， 也在特殊的具體實施例中為 田根據本發明之至少一個熔絲在以薄金屬片材料製造時 已發現到會具有特別的好處，其可想到其它的金屬化技術 亦會有好處。|例而言，對於較低的溶絲等級，其需要小 於3到5微米的金屬化來形成該熔絲元件，根據在本技藝中 已知的技術可使用薄膜材料，其包含但不限於喷濺的金屬 薄膜。其進一步可瞭解到本發明的各方面亦可應用到無電 金屬鍍層、、Ό構，以及厚膜平版印刷結構。炫絲1 〇因此僅做 為說明的目的’且此處關於溶絲的說明並不限制本發明 的各方面到熔絲1 〇的特定方面。 溶絲1 0為一疊層的結構，其詳細說明如下，其亦包含一 薄片溶絲元件（未示於圖1)，其電氣延伸於焊料接點12之 間’並與其成導電關係（有時候稱之為焊料凸塊焊料接 點1 2在使用上係耦合於終端、接觸墊或一印刷電路板的電 路終端（未示出），以透過熔絲1〇來建立一電子電路，或更 特定而言係透過該熔絲元件。當流過熔絲1 〇的電流到達不 可接受的限度時，根據該熔絲元件及製造熔絲10所使用的 特殊材料的特性，該熔絲元件會熔解、蒸發或透過該熔絲 而使該電子電路開路，並防止與熔絲1〇相結合的電路中的 電子組件有代價很高的損壞。 在一說明性具體實施例中，熔絲10的形狀通常為長方 -10- 1274363

(6) 开/ 且具有適合於將溶絲1 0表面焊接到一印刷電路板時的 寬度W、長度L及高度Η，並佔據一小的空間。舉例而言，在 一特定具體實施例中，L大約為0.060英吋，w大約為〇 030 英对’而Η明顯地小於L或W來維持熔絲1 〇為較低的輪廓。由 以下的說明可知道，Η大約等於用來製造熔絲10之不同層的 結合厚度。但是應瞭解到，該熔絲1 〇的實際尺寸會與此處 所示的說明性尺寸較小或較大，可包含超過1英叶的差距， 其皆不背離本發明的範圍。 其亦可瞭解到，本發明的至少一些好處可由使用除了所 示的焊料接點1 2之外的其它嫁絲終端來連接熔絲1 〇到一電 子電路來達成。因此，例如可使用接點引線（即導線終端）、 繞線終端、沉浸金屬化終端、電鍍終端、城堡型終端及其 匕已知的連接方式來做為所需要或所指定之焊料接點12的 另一種選擇。 圖2所示為在製造熔絲1〇所使用的不同疊層之熔絲1〇的 爆炸透視圖。明確的說，在一範例性具體實施例中，熔絲 10基本上係由5個疊層所構成，其包含一薄片溶絲元件層 2〇 ’其夾在上方及下方中間絕緣層22, 24之間，其依此夾在 上方及下方外部絕緣層26, 28之間。 在一具體實施例中，薄片熔絲元件層2〇為電氣沉積形 成，根據已知的技術來施加3 - 5微米厚的銅箔到下方中間層 24。在一範例性具體實施例中，該薄片為〇lin公司所製造 的Copper Bond⑧Extra Thin Foil，而薄熔絲元件層20形成 為一大寫的1的形狀，其具有一變窄的可熔鏈結30而延伸在 -11 - !274363

⑺ 長方形接觸塾32, 34之間。可熔鏈結30之尺寸係在當流過可 您鍵結3 0之電流到達一指定的位準時即開路。舉例而言， 在一範例性具體實施例中，可熔鏈結3 〇約為〇 · 〇 〇 3英吋寬， 所以該熔絲可在小於丨安培下運作。但是要瞭解到，在另一 具體實施例中，該可熔鏈結皆可使用不同尺寸，且該薄熔 、、糸元件層20可由其它金屬薄片來形成，其包含但不限於 鐵、鋅、錫、銘、銀、其合金（如銅/錫、銀/錫、及銅/銀 ^金）’以及替代銅箔的其它導電薄片材料。在替代具體貪 施例中，可使用9微米或1 2微米厚的薄膜材料，並經過化學 钱刻來降低該可熔鏈結的厚度。此外，在替代具體實施例 中可使用一已知的Μ效應熔解技術，以增進該可熔鏈結的運 作。 由本技藝可瞭解到，該可熔鏈結的效能（如短路效能及中 斷電壓能力）係根據及主要由所使用的材料之熔解溫度及 該可溶鏈結的幾何所決定，並透過其變化，可得到實際上 不限數目之不同效能特性的可熔鏈結。此外，可平行地延 伸超過一個可熔鏈結，來進一步改變熔絲效能。在這種具 體實施例中，在一單一熔絲元件層中的接觸墊之間可平行 地延伸多個可熔鏈結，或可使用多熔絲元件層，其在一垂 直堆疊的架構中包含彼此平行延伸的可熔鏈結。 為了選擇材料來製造具有所想要的溶絲元件等級的溶絲 元件層20’或要決定由所選擇的材料製造的一溶絲元件， 其已經決定出溶解效能主要疋根據三個參數，其包含溶絲 元件幾何、環繞該熔絲元件的材料熱導性、及該熔解金屬 -12- 1274363 m 1 1 1 的熔解溫度。其已經決定出每一個這些參數在當熔絲運作 時係正比於電弧時間，並結合每一個這些參數來決定時間 與該熔絲之電流特性之關係。因此，透過小心地選擇該熔 絲元件層的材料，環繞該熔絲元件層的材料，及該熔絲元 件層的幾何，即可得到可接受的低電阻熔絲。 首先考慮熔絲元件20的幾何，，為了說明起見，將分析一 範例性熔絲元件層的特性。舉例而言，圖6所示為一相當簡 單的包含範例性尺寸的熔絲元件幾何之平面圖。 請參考圖6，一通用形狀為大寫I的熔絲元件層形成在一 絕緣層上。該熔絲元件層的熔解特性係由用來形成熔絲元 件層的金屬之導電度（p )、該熔絲元件層的尺寸性質（即熔 絲元件的長度及寬度）、及該熔絲元件層的厚度所控制。在 一說明性具體實施例中，該熔絲元件層20係由一 3微米厚的 銅箔所形成，其已知具有片電阻（對於1微米厚度來量測） 為l/p*cm、或約0.16779Ω/Π，其中□為所考慮的該溶絲 元件部份之尺寸比例，其表示成「平方」。 舉例而言，考慮圖6所示的熔絲元件，該熔絲元件包含三 個不同的段落，對應於第一段落為尺寸1及、、對應於第二 段落為尺寸12及1、對應於第三段落為尺寸13及^。藉由加 總各段落的平方值，該熔絲元件層的電阻大約可以用一種 相當直接的方式來決定。因此，對於圖6所示的熔絲元件： 平方值的數目=(l2/w2 + l2/w2 + l3/w3) (1) =(10/20 + 30/4 + 10/20) = 8.5 □ ’ s -13- (9) 1274363

現 來決 熔 其 等式 熔 當然 方式 現 藝中 係由 其中 二子 選擇 測的 量測 等 的熱 材料 係在 熔絲 以大 在該熔絲元件層的電氣電阻（R)可根據以下的關係式 定： (2) 絲元件R =(片電阻）木（□的數目）/ τ 用 中，T為該熔絲元件層的厚度。繼續先前的範例並應 (2 )，其可看出： 絲元件電阻=(〇β16779 Ω/ϋΐχι5 口）/3 =〇·0475 Ω 一種更加複雜的幾何之熔絲元件電阻有可能用類似的 來決定。 在考慮環繞該熔絲元件層的材料之熱傳導率，由本技 的那些可瞭解到在相異材料之子體積之間的熱流（η) 以下的關係式決定： ，一 (3) 為材料的第一子體積:熱傳導率；Κβ+ΐ η為材料的第 體積的熱傳導率；ζ為所考慮之材料的 的參考點之子體積一度心為由該參考=量 該第=子體積的第一座標位置，而、為由該參考點所 的第一座標位置，而At為有興趣的時間點。 式（3)可更詳細地研究來精確地決定一疊声 流特性，此處主要是呈現出在該熔絲内的;流係與該 的熱傳導率成正比。一些範例性已知的材料之熱導性 下表中提出，其可看出藉由降低在環繞該熔絲元件的 =所使用的絕緣層之熱傳導率，在該熔絲内的熱流可 幅降低。特別要注意的是，聚醯胺（p〇lyiinide)有明顯 -14- 1274363

(10) 較低的傳導率’其在範例性具體實施例中係做為在該溶絲 元件層之上及之下的絕緣材料。 基板熱傳導率（W/mK) 化銘（Alumina (A1203)) 氧 19 錢橄欖石（Forsteri te (2Mg〇-Si02)) 7 堇青石（Cordieri te (2Mg0 —2A 1 203 —5Si02jj

FR-4環氡樹脂/破璃纖維層i 293

Ej)〇xy Resin/Fiberglass Laminate) 現在考慮在製造該熔絲元件層中所使甩之熔解材料的操 作溫度，在本技藝中那些可瞭解為在一給定的時間點下， 該熔絲το件層的操作溫度0 t係由以下的關係式所決定： 分= 沾)汾 (4) 其中，m為該熔絲元件層的質量，8為形成該熔絲元件層的 材料之比# ’ 該炫絲元件層在週遭溫度為θ時的電 :雷1為Γ過該溶絲元件層的電流，而α為該m件材料 綠到L :皿度係數。#然’該熔絲元件層之功能在於當該熔 :’該熔絲元件材料的熔解溫度時即完成一電路。常用 :炼絲元件材料之範例性…可見 層由：鋼的明顯較高㈣解溫度而允 乂回的電流率而特別適用於本發明。 解溫度(°c )

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00 鋅（Ζη ) -—--- 419 鋁（Α1 ) -^-——_ 660 銅 /錫（20Cu/80Sii) --- 530 銀/錫（40Ag/60Sn) 450 銅 /銀（30Cu/70Ag) -^---_-_ 788 . ^----- 現在可明顯看出’若考慮到熔絲元件層之材料的熔解溫 度之結合效應、環繞該熔絲元件層的材料之暮勒 τ热年、及該 熔絲元件層的電阻，可接受的低電阻熔絲可製作出具有多 種效能特性。 請回頭參考圖2，上方中間絕緣層22覆蓋於薄片熔絲元件 層20，並包含長方形終端開口 36, 38，或延伸通過其中的窗 口，以便於電連接到薄片熔絲元件層20的個別接觸墊32, 3 4。一圓形的可熔鏈結開口 4 〇延伸在終端開口 3 6，3 8之間， 並覆蓋薄片熔絲元件層20之可熔鏈結30。 下方中間絕緣層2 4位在薄片熔絲元件層2 〇之下，並包含 位在薄片熔絲元件層20的可熔鏈結30之下的一圓形的熔絲 鏈結開口 42。因此，可熔鏈結3〇延伸跨過在上方及下方中 間絕緣層22, 24中的個別熔絲鏈結開口 4〇, 42，使得可熔鏈 結3〇皆不會接觸到中間絕緣層22, 24的表面，因為可熔鏈結 伸在薄片溶絲元件2〇的接觸塾32，34之間。換言之，當 溶絲10製作完成時，可熔鏈結3〇藉由在個別中間絕緣層22, 24中的炼絲鏈結開口 4〇, 42而可有效地懸掛在一空氣袋中。 因此，溶絲鏈結開口 40,42可防止熱量傳遞到中間絕緣層 22, 24,其在習用的熔絲中會有助於增加該熔絲的電阻。因 • 16 - 1274363

(13) 及上方中間絕緣層2 2中的終端開口 3 6，3 8在薄熔絲元件接 觸墊32, 34之上形成個別的孔穴。當開口 36, 38, 46, 48填入 焊料（未不於圖2)、焊料接觸墊12(圖1所示）即形成與熔絲 元件接觸塾32, 34的導電關係，用於在例如一印刷電路板上 連接到一外部電路。一連續表面5 〇延伸在上方外部絕緣層 26的終端開口 46, 48之間，其覆蓋上方中間絕緣層22可熔鏈 結開口 40，藉此包覆及適當地絕緣可溶鏈結 在進一步的具體實施例中，上方外部絕緣層26及/或下方 外部絕緣層28係由半透明或透明材料製作，其便於在可溶 鏈結開口 40, 42内可以看到一開路熔絲的狀況。 下方外部絕緣層28位在下方中間絕緣層24之下，並為固 體’即不具有開口。因此該下方外部絕緣層2 4的連續固體 表面可適當地絕緣在下方中間絕緣層28的可熔鏈結開口 42 之下的可熔鏈結30。 在一說明性具體實施例中，每個上方及下方外部絕緣層 係由一介電膜製成’例如〇·〇〇5英吋厚的聚醯胺膜，其係為 美國 Delaware州 Wilmington的 Ε· I· du P〇nt de Nemours 公司製造販售，其商標為KAPTON®。然而要瞭解到，在替代 具體實施例中’可使用其它適當的電絕緣材料，例如 CIRLEX®的非黏性聚醯胺層壓材料、Pyr〇lux、聚乙婦奈二 甲酸酯，及類似者。 為了說明用來製造熔絲1 0之範例性製造程序，該烙絲i 〇 的疊層係根據下表3 L表不· 處理層 圖2的層 ----— 圖2的參照 -18- (14) 1274363 1 上 方 外 部 絕 緣層 26 2 上 方 中 間 絕 緣層 22 3 薄 片 熔 絲 元 件層 20 4 下 方 中 間 絕 緣層 24 5 下 方 外 部 絕 緣層 28 使用這些標示，圖3為製造熔絲10的一範例性方法6〇之流 程圖（示於圖1及圖2)。薄片熔絲元件層2〇(層3)係根據已知 的層壓技術來層壓62到下方中間層24(層4)。然後薄片溶絲 元件層20(層3)即使用已知的技術而被蝕刻64成為在下方 中間絕緣層24 (層4)上的所想要的形狀，其包含但不限於使 用一氣化三鐵溶液。在一範例性具體實施例中，薄片溶絲 元件層20(層3)之形成使得該大寫I的形狀之薄片溶絲元件 可根據已知的蝕刻處理來維持上述圖2之關係。在替代具體 實施例中，可使用晶粒切割作業來替代蝕刻作業，以形成 該可熔鏈結30及接觸墊32,34。 在由下方中間絕緣層（層4)形成64薄片熔絲元件層（層3 ) 已經完成之後，上方中間絕緣層2 2 (層2 )即根據已知的層壓 技術來層壓66在步驟62預先層壓薄片熔絲元件層20(層3) 及下方中間絕緣層（層4)。藉由形成一三層層壓，將薄片溶 絲元件層20 (層3)夾在中間絕緣層22, 24(層2及4)之間。 終端開口 36, 38及可熔鏈結開口 40(皆示於圖2)，接著根 據已知的蝕刻、穿孔或鑽孔處理來形成68在上方中間絕緣 層22(層2)中。可熔鏈結開口 42(示於圖2)亦根據一已知的 處理來形成68在下方中間絕緣層28中，其包含但不限於餘 -19- 1274363 (15) 刻、穿孔及鑽孔。因此熔絲元件層接觸墊32，34(示於圖2) 即經由終端開口 3 6，3 8暴露在上方中間絕緣層2 2 (層2 )中。 可溶鏈結3 0 (示於圖2)即暴露在個別的中間絕緣層2 2， 24(層2及4)之可溶鏈結開口 40,42内。在替代具體實施例 中’可使用晶粒切割作業、鑽孔及穿孔作業、及類似者來 取代姓刻作業，以形成該可熔鏈結開口 4 〇及終端開口 3 6， 38 ° 在形成68該開口或窗口到中間絕緣層22, 24(層2及4)之 後’外部絕緣層26,28(層1及5)即由步驟66及68來堆疊70 到該二層組合（層2，3及4 )。外部絕緣層2 6，2 8 (層1及5 )即使 用在本技藝中已知的處理及技術來堆疊到該三層組合。 在堆®70外部絕緣層26,28(層1及5)來形成一 5層組合之 後’根據已知的方法及技術來形成72終端開口 46, 48(示於 圖2 )到上方外部絕緣層2 6 (層1 )，使得熔絲元件接觸墊3 2， 34(不於圖2)即經由上方外部絕緣層26(層d暴露，及經由 個別的終端開口 36， 38及46, 48來暴露上方中間絕緣層 22(層2)。然後下方外部絕緣層28(層5)即利用關於熔絲“ 的操作特性（示於圖1及2)的指標來做標示74，例如電壓或 > 溶絲分類碼等。標記74可根據已知的處理來執 行例如像疋雷射標記、化學蝕刻或電漿蝕刻。其可瞭解 =在替代具體實施例中，可使用其它已知的導電墊來取代 焊料接點12’其包含但不限於鎳/金及鍍錫墊。 然後即施加76焊料來完成焊料接點12(示於圖1)來導電 連接於熔絲元件接觸墊32, 34 (示於圖2)。因此，當焊料接 -20- 1274363 (16)

點12耦合於一充能電路的線及負載電連接時，電連接可經 由可溶鏈結30(示於圖2)來建立。 當熔絲10可根據前述的方法來單獨製造時，在一說明性 具體實施例中，熔絲1 0可用片形式共同製造，然後分離或 切割7 8成個別的溶絲1 0。當在一批次處理中形成時，可溶 鏈結30之不同的形狀及尺寸可在同時間利用蝕刻及晶粒切 割處理的精度控制來形成。此外，可在一連續製造處理中 使用捲動層壓處理來在最短時間内製造大量的熔絲。 再者，包含額外疊層的熔絲可在不背離上述的基本方法 之下來製造。因此，可利用多重熔絲元件層，及/或額外的 絕緣層來製造出具有不同效能特性及多種包裝尺寸的溶 絲。 因此溶絲可有效率地在一批次處理中使用便宜的已知技 術及處理而採用低價且廣泛使用的材料來形成。光化學钱 刻處理允許相當精密地形成薄溶絲元件層2〇之可溶鏈結3〇 及接觸墊32, 34，即使對於非常小的熔絲，而具有均勻的厚 度及導電性來最小化熔絲1 〇之最終效能的變化。再者，使 用薄金屬片材料來形成熔絲元件層2〇使其可能建構出非常 低電阻的熔絲，而相關於已知的類似炫絲。 圖4所示為一薄片熔絲90的第二具體實施例之爆炸透視 圖，其實質上類似於熔絲1〇(如上述關於圖卜3)，除了下方 中間絕緣層24的構造。要注意地是，在下方中間絕緣層24 中的可熔鏈結開口 42(示於圖2)並不存在於熔絲9〇,而可熔 鏈結30直接延伸通過下方中間絕緣層24的表面。此特殊的 -21 - 1274363

構造在該可熔鏈結開口 4 0之中間溫度下可滿足熔絲作業， 其將抑制或至少降低由可熔鏈結3〇到中間絕緣層22, 24之 熱量轉移。熔絲9 0的電阻因此在熔絲作業期間可降低，且 在上方中間絕緣層40中的可熔鏈結開口 40抑制電弧尋跡， 並便於經由該熔絲來完全清除該電路。 熔絲90實質上根據方法6〇(以上關於圖3所述）所建構，當 然除了並未形成在下方中間絕緣層2 4中的可熔鏈結開口 42(圖2所示）。 圖5所示為一薄片溶絲iqq之第三具體實施例的爆炸透視 圖’其實質上類似於熔絲9〇(以上關於圖4所述），除了該上 方中間絕緣層2 2的結構。要注意地是，在上方中間絕緣層 22中的可溶鏈結開口 40(圖2所示）並未出現於熔絲1〇〇，而 可熔鏈結30直接延伸通過上方及下方中間絕緣層22, 24之 表面。

40及42(圖2所示）。

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鏈結來達到特定的效能目的。 上迷的餘刻及晶粒切割處理 多不同形狀的金屬薄片熔絲 舉例而言，圖6-10說明複數 -22- 1274363

種熔絲元件幾何，以及範例性的尺寸，其可使用在熔絲 10(圖1及2所示）、熔絲90(圖4所示）、及熔絲1〇〇(圖5所 示）。但是其要瞭解到，此處所顯示及說明的熔絲鏈結幾何 係做為說明的目的，其並非要限制本發明之應用到任何特 殊的薄片形狀或可熔鏈結組態。 圖11所示為一熔絲i 2〇的第四具體實施例的爆炸透視 圖。類似於上述的熔絲，熔絲120提供了圖u所示之疊層架 構的低電阻熔絲。明確的說是在一範例性具體實施例中， 溶絲120基本上係由5層所建構，其包含夾在上方及下方中 間絕緣層22, 24之間的薄片熔絲元件層2〇，其依序夾在上方 及下方外部絕緣層1 22, 1 24之間。 根據上述的具體實施例，溶絲元件2〇為一電沉積、3〜$ 微米厚的厚鋼箔’其根據已知的技術來施加到下方中間声 24。薄熔絲元件層20係形成為大寫！的形狀，其具有變窄的 可熔鏈結30，其延伸在長方形接觸墊32, 34之間，並在當流 過可溶鏈結30之電流小於約7安培時，其尺寸即可開路。但 是其考慮到，該可熔鏈結可使用多種尺寸，且該薄熔絲元 件層20可由多種金屬片材料及合金形成，其可替代銅羯。 上方中間絕緣層2 2覆蓋薄片炼絲元件層2 〇，並包含一圓 形的可溶鏈結開口 40延伸通過其中，並覆蓋薄片熔絲元件 層20的可熔鏈結30。相對於上述的熔絲1〇, 90及1〇〇，在炼 絲120中的上方中間絕緣層22並不包含終端開口 36,38(圖 2 - 5所示），而是除了可溶鏈結開口 4〇之外皆為固體。 下方中間絕緣層2 4位於薄片熔絲元件層2 〇之下，並包含 -23- 1274363

一圓开>的熔絲鏈結開口 42，其位在薄片炼絲元件層20的可 炼鏈結30之下。因此，可熔鏈結3〇延伸通過上方及下方中 間、％緣層2 2，2 4中的個別溶絲鏈結開口 4 〇，4 2，使得可溶鏈 結30不會接觸到中間絕緣層22, 24的表面，因為可熔鏈結3〇 延伸在薄片熔絲元件2〇的接觸墊32, 34之間。換言之，當熔 絲10完全製作出來之後，可熔鏈結3〇可有效地藉由熔絲鏈 結開口 4 0，4 2懸掛在個別中間絕緣層2 2，2 4中的空氣袋中。 因此’熔絲鏈結開口 4 〇，4 2可防止熱量轉移到中間絕緣層 22, 24’其在習用的溶絲中會貢獻於該溶絲之增加的電阻。 因此熔絲120會比已知的熔絲運作在一較低的電阻，且造成 比已知的類似熔絲具有較小的電路擾動。此外，不像是已 知的溶絲’由可熔鏈結開口 4〇, 42所產生的該空氣袋可抑制 電弧尋跡，並便於經由可熔鏈結3〇來完全地清除電路。再 者’該空氣袋在當該可熔鏈結運作及減輕不想要的氣體累 積及該溶絲内部的壓力時，可以用來抽出其中的氣體。 如上所述’每個上方及下方中間絕緣層在一說明性具體 實施例中係由一介電膜所製造，例如一 0.002英吋厚的聚醯 胺膜’其係由美國Del aware 州 Wilmington 的 Ε· I· du Pont de Nemours公司所提供及銷售，其商標為ΚΑρτ〇Ν®。在替代 具體實施例中，可使用其它適當的電絕緣材料，例如 CIRLEX®非黏性聚醯胺層壓材料，Pyr〇lux，聚乙烯奈二曱酸 醋（有時候稱之為PEN)，Zyvrex液晶聚合物材料，其由 Rogers公司提供，以及其它類似者。 上方外部絕緣層26覆蓋上方中間層22，並包含延伸在上 -24- 1274363 (20)

方外部絕緣層2 6上的一連續表面5 0，並覆蓋上方中間絕緣 層22的可熔鏈結開口 40，藉此包覆及適當地絕緣可溶鏈結 30。要注意地是，如圖11所示，上方中間層122並不包含終 端開口 46,48(如圖2-5所示）。 在另一具體實施例中，上方外部絕緣層122及/或下方外 部絕緣層124係由半透明或透明材料所製造，其便於在可溶 鏈結開口 40, 42中視覺地表示一開路的熔絲。 下方外部絕緣層124覆蓋下方中間絕緣層24，且為固體’ 即不具有開口。因此該下方外部絕緣層24的連續固體表面 可適當地絕緣在下方中間絕緣層28的可熔鏈結開口 42之下 的可炼鏈結3 0。 在一說明性具體實施例中，上方及下方外部絕緣層皆由 一介電膜製造，例如一 0.005英吋厚的聚醯胺膜，其係由美 國 Delaware州 Wilmington的 Ε· I· du Pont de Nemours公 司所提供及銷售，其商標為KAPTON⑧。但是其可瞭解到，在 替代具體實施例中，可使用其它適當的電絕緣材料，例如 CIRLEX非黏性5^酿胺層壓材料，pyr〇iux，聚乙稀奈二甲酸 酯類似者。 不像是先前在圖2-5中所示的熔絲之具體實施例，其包含 有焊料凸塊終端、上方外部絕緣層122及下方外部絕緣層 124，其每個包含加長的終端溝槽126，128,其形成到其中 的每個橫向側面，並延伸到熔絲鏈結接觸墊32,34之上I之 下。當組合該熔絲的疊層時，有溝槽1 26, 1 28即金屬化在其 垂直表面上，以在熔絲120的每個橫向端點上形成一接觸終 - 25- (21) 1274363 端亚具有上方中間絕緣層及下方中間絕緣層22,24之金屬 化的垂直橫向表面uo’us，以及分別延伸在上方及下方外 部絕緣層122，124之外部表面上之金屬化的條134，136。溶 絲1 2 0因此可以在建立雷逵垃而丨# k ,, 电連接到該熔絲元件接觸墊32, 34時 表面安裝到一印刷電路板上。 為了說明用於製造熔絲12〇之範例性製程的目的，該熔絲 處理層 圖11的層 圖11的參照 1 一^土方外部絕緣層 122 2 絕緣層 22 3 薄片熔絲元件層 20 4 絕緣層 24 5 —絕緣層 124 使用這些標記’圖12所示為製造熔絲12〇(圖1〇所示）之範 例性方法150的流程圖。薄片熔絲元件層2〇(層3)係根據一 已知的層壓技術來層壓152到下方中間層24(層4)，以形成 一金屬化的結構。然後薄片熔絲元件層2 〇 (層3 )即使用已知 的技術來形成1 5 4到一所要形狀在下方中間絕緣層2 4 (層4 ) 之上，其包含但不限於使用一氣化三鐵蝕刻處理。在一範 例性具體實施例中’薄片熔絲元件層20 (層3)之形成使得大 寫I的形狀薄片熔絲元件維持上述的關係。在一範例性具體 實施例中，可使用晶粒切割作業來取代蝕刻作業，以形成 該可熔鏈結30接觸墊32, 34。其可瞭解到在本發明的進一步 及/或替代具體實施例中可使用不同形狀的可熔元件，其包 -26- 1274363 (22)

含但不限於圖6-10中所示的那些。其進一步可暸解到，在 進一步及/或替代具體實施例中，該熔絲元件層可使用喷濺 處理、電鍍處理、網版印刷處理及類似者來金屬化及形成， 如在本技藝_將可瞭解到。 在已經完成由下方中間絕緣層（層4)形成154薄片熔絲元 件層（層3)之後，在步驟152中，根據已知的層壓技術，上 方中間絕緣層22(層2)係層壓156到預先層壓的薄片熔絲元 件層薄片熔絲元件層20(層3)及下方中間絕緣層24(層4)。 藉此一三層的疊層即由薄片熔絲元件層20(層3)形成，其夾 在中間絕緣層22,24(層2及4)之間。 然後可熔鏈結開台4 0 (圖11所示）即形成1 5 8在上方中間 絕緣層22 (層2)，而可熔鏈結開口 42(圖1 1所示）即形成158 在下方中間絕緣層28中。可熔鏈結30(圖1 1所示）即暴露在 個別中間絕緣層22, 24(層2及4)之可熔鏈結開口 40, 42。在 範例性具體實施例中，開口 4 0係根據已知的蝕刻、穿孔、 鑽孔及晶粒切割作業來形成可熔鏈結開口 4 〇及4 2。 在蝕刻158該開口到中間絕緣層22, 24 (層2及4)之後，外 部絕緣層122, 124(層1及5)由步驟156及158層壓160到該三 層組合（層2, 3及4)。外部絕緣層1 22, 1 24(層1及5)係使用在 本技藝中已知的處理及技術來堆疊16〇到該三層組合。 對於本發明的目的特別有利的一種層壓係使用非流動預 浸材料，例如由美國Del aware州Bear的Ar Ion電子材料公司 提供者。這種材料之延展特性低於丙烯酸黏結劑，其可降 低通孔失效的機率，以及可比其它層壓鍵結劑可較佳地承 -27- 1274363

(23) 受熱循環’而不會脫開。但是其可暸解到，鍵結劑的需求 可根據所製造的熔絲之特性而改變，因此該層壓鍵結劑可 能不適用於在其它類型的熔絲或熔絲等級所可接受的一種 熔絲或溶絲等級。 不像是外部絕緣材料26, 28(如圖2-5所示），外部絕緣層 1 2 2，1 2 4係利用一銅箔金屬化在其外部表面上，而相對於該 中間絕緣層。在一說明性具體實施例中，此可由CIRLEX® 1酿胺技術來達成，其包含層壓有一銅箔的一聚醯胺板， 其不具有可危害到該熔絲之適當作業的黏結劑。其可考慮 到’可使用其它的導電材料及合金來取代為此目的之銅 箔，再者，外部絕緣層1 22, 1 24在替代具體實施例中可由其 它處理及技術來金屬化，以取代CirlEX®材料。 在堆疊160外部絕緣層26, 28(層1及5)而形成一 5層組合 之後，加長通過對應於溝槽126，128之孔即形成164通過在 步驟160中所形成的該5層組合。在不同的具體實施例中， 溝槽126, 128在其形成164時可為雷射加工、化學蝕刻、電 漿蝕刻、穿孔或鑽孔。然後溝槽終端條134，126(圖n所示） 即經由一蝕刻處理來形成在該外部絕緣層122，124的金 屬化外部表面上，而熔絲元件層2〇即蝕刻166來暴露熔絲元 件層接觸墊32,34(圖11所示）在終端溝槽126，128之内。在 蝕刻166該疊層的組合來形成終端條134，136，及蝕刻熔絲 元件層20來暴露熔絲元件層接觸墊32, 34之後，該終端溝槽 126, 128根據一電鍍處理來金屬化168，以完成在溝槽126, 128中的金屬化接觸終端。 -28- 1274363

(24) 在另具體實加例中，包含圓柱形通孔的城堡型接觸終 端可用來取代上述在溝槽1 26, 1 28中的通孔金屬化。 一旦完成溝槽1 26, 1 28中的接觸終端，下方外部絕緣層 124(層5)即以關於熔絲12〇(圖12所示）之操作特性來標記 170，例如電壓或電流率、一熔絲分類碼等。標記17〇可根 據已知的處理來執行，例如像是雷射標記、化學蝕刻、或 電衆#刻。 當溶絲120可根據前述方法來單獨製造時，在一說明性具 體實施例中’溶絲1 2 0可共同製造成一板形成，然後分離或 獨立172成為個別的熔絲120。當在一批次處理中形成時， 可熔鏈結30 (圖11所示）的不同形狀及尺寸可在精密控制蝕 刻及晶粒切割處理之下來同時形成。此外，在一連續製造 處理中可使用捲動層壓處理來在最短時間内製造大量的溶 絲。其可使用其匕額外的熔絲元件層及/或絕緣層來提供增 加了熔絲等級及實體大小之溶絲。 一旦完成製造之後，當該接觸終端耦合到一充能電路的 線及負載電連接時，電連接可透過可熔鏈結3〇來建立（如圖 1 1所示）。 其可暸解到，熔絲120可依照以上在圖4及5中所述來進一 步修正，其藉由在中間絕緣層22, 24中消除一個或兩個可熔 鏈結開口 40, 42。該熔絲12〇的電阻依此可對於熔絲ι2〇的不 同應用及不同操作溫度來變化。 在進一步具體實施例中，一個或兩個外部絕緣層122， 124可由一半透明材料製成，以提供通過該外部絕緣層122, -29- (25) 1274363 124之局部熔絲狀態表示。因此，當可熔鏈結3〇運作時，熔 絲120可容易地辨識來更換，其在當於一電子系統中使用大 量的熔絲時會特別地有用。 根據上述的方法，熔絲因此可在一批次處理中，使用便 宜的已知技術及處理並使用低成本且廣泛使用的材料來有 效率地形成。光化學蝕刻處理允許更為精確地形成薄溶絲 元件層20之可熔鏈結30及接觸墊32, 34，即使是對於非常小 的溶絲’其具有均句的厚度及導電性來最小化在熔絲1〇之 最終效能的變化。再者，使用薄金屬片材料來形成熔絲元 件層20使其有可能來建構非常低電阻之熔絲，相較於已知 •的類似熔絲。 當本發明已使用不同的特定具體實施例來說明時，本技 藝的那些專業人士將可瞭解到本發明可在申請專利範圍的 精神及,範圍之下進行修正。 圖式簡單說明 / 圖1所示為一薄片熔絲的透視圖； 圖2所示為圖1所示之熔絲的爆炸透視圖； 圖3所示為製造圖1及2所示之熔絲的方法之程序流程圖； 圖4所示為一薄片熔絲的第二具體實施例之爆炸透視圖； 圖5所示為一薄片熔絲的第三具體實施例之爆炸透視圖； 圖6-10所示為圖i_5所示之熔絲的熔絲元件幾何的上視 圖； 圖10所示為一熔絲的第四具體實施例之爆炸透視圖； 圖12所不為製造圖11所示之溶絲的方法之程序流程圖。 -3〇 -

Claims (1)

1. I274S6$100511號專利申請案 一一π 中文申請專利範圍替換本(％年9月）口年(月修阁正替換頁 ...... ^]'iU Liim 拾、申請專利範圍 1. 一種低電阻熔絲，包含： 一熔絲元件層；及 第一及第二中間絕緣層，其延伸在該熔絲元件層的相 對側面上耦合至該熔絲元件層，該熔絲元件層形成在該 第一中間絕緣層上，且該第二中間絕緣層層壓到該熔絲 元件層。 2. 如申請專利範圍第1項之低電阻熔絲，其中該熔絲元件 層包含一可熔鏈結，該第一中間層與該第二中間層中至 少一中間層包含一覆蓋於該可熔鏈結之開口。 3. 如申請專利範圍第1項之低電阻熔絲，其中該熔絲元件 層包含一薄膜片。 4. 如申請專利範圍第3項之低電阻熔絲，其中該熔絲元件 層之厚度為約1到約2 0微米之間。 5. 如申請專利範圍第4項之低電阻熔絲，其中該熔絲元件 層之厚度為約3到約9微米之間。 6. 如申請專利範圍第1項之低電阻熔絲，進一步包含第一 及第二外部絕緣層，其層壓到個別的該第一及第二中間 絕緣層。 7. 如申請專利範圍第6項之低電阻熔絲，其中該第一外部 絕緣層與該第二外部絕緣層中至少一外部絕緣層，及該 第一中間絕緣層與該第二中間絕緣層中至少一中間絕 緣層包含一液晶聚合物或一聚醯胺材料。 8. —種製造低電阻熔絲之方法，該方法包含： 1274363

   提供一第一中間絕緣層； 利用一熔絲元件層來金屬化該第一中間絕緣層； 由該熔絲元件層形成一延伸在第一及第二接觸墊之 間的可溶鏈結；及 耦合一第二中間絕緣層到該熔絲元件層之上的該第 一中間絕緣層。

   9 ·如申請專利範圍第8項之方法，進一步包含該第一中間 絕緣層與該第二中間絕緣層中至少一中間絕緣層中形 成一開口。 10.如申請專利範圍第9項之方法，進一步包含層壓第一及 第二外部絕緣層到個別的第一及第二中間絕緣層，該第 一外部絕緣層與該第二外部絕緣層中至少一外部絕緣 層包含一聚醢胺材料或一液晶聚合物。

   1 1.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中金屬化該第一中間 層包含下列至少一項：電沉積一銅箔中以形成該熔絲元 件層、喷濺一金屬片以形成該熔絲元件層、電鍍該第一 中間層或網版印刷該第一中間層。 1 2.如申請專利範圍第1 0項之方法，其中該層壓一熔絲元件 層到一第一中間絕緣層，其包含層壓一 1微米到2 0微米 薄片熔絲元件層到該第一中間絕緣層。 >ρ翊修衡正替换頁 1274^¾¾2100511號專利申請案 中文說明書替換頁(95年9月） 陸、（一）、本案指定代表圖為:第2 圖 (二）、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 10 熔絲 20 薄片熔絲元件層 22 上方中間絕緣層 24 下方中間絕緣層 26 上方外部絕緣層 28 下方外部絕緣層 30 可溶鏈結 32, 34 接觸墊 36, 38, 46, 48 終端開口 40,42 可熔鏈結開口 50 連續表面

   柒、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的 化學式：

   -4-