TWI842884B

TWI842884B - 可表面黏著薄膜保險絲組件及其形成方法

Info

Publication number: TWI842884B
Application number: TW109114441A
Authority: TW
Inventors: 丹羅茲布羅依; 葉胡達席德曼; 艾利諾爾歐尼爾
Original assignee: 美商京瓷Ａｖｘ元件公司
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2024-05-21

Abstract

本發明揭示一種可表面黏著薄膜保險絲組件，其可包含具有一頂部表面、一第一端及在一縱向方向上與該第一端隔開之一第二端之一基板。該薄膜組件可包含形成於該基板之該頂部表面上方之一保險絲層。該保險絲層可包含一薄膜保險絲軌道。一外部端子可沿該基板之該第一端安置且與該薄膜保險絲軌道電連接。該外部端子可包含一順應層，該順應層包括一導電聚合組合物。

Description

可表面黏著薄膜保險絲組件及其形成方法

本標的大體上係關於表面黏著薄膜組件且特定言之，本標的係關於一種具有順應端子之表面黏著薄膜保險絲。

表面黏著已成為電路板總成之一較佳技術。因此，實際上，所有類型之電子組件已或正對於表面黏著(即無引線)實施例或應用重新設計。表面黏著裝置(SMD)快速併入所有類型之電子電路已產生對SMD保險絲之一對應需要。

保險絲充當許多電路板上之一基本功能。藉由熔斷一電路、選定子電路及/或甚至特定個別組件，可能防止否則可源自一單一局部組件之故障之對一整個系統之損壞。

表面黏著保險絲通常經歷間歇性電流突波，此可產生大量熱。因此，保險絲可經歷熱循環及熱應力。熱應力可非所要地引起剛性終端自表面黏著保險絲黏著至其之表面脫離。

根據本發明之一實施例，一種可表面黏著薄膜保險絲組件可包含具有一頂部表面、一第一端及在一縱向方向上與該第一端隔開之一第二端之一基板。該薄膜組件可包含形成於該基板之該頂部表面上方之一保險絲層。該保險絲層可包含一薄膜保險絲軌道。一外部端子可沿該基板之該第一端安置且與該薄膜保險絲軌道電連接。該外部端子可包含一順應層，該順應層包括一導電聚合組合物。

根據本發明之一實施例，揭示一種用於形成一可表面黏著薄膜保險絲組件之方法。該方法可包含提供具有一第一端及在一縱向方向上與該第一端隔開之一第二端之一基板。該方法可包含沈積形成於該基板之該頂部表面上方之一保險絲層。該保險絲層可包含一薄膜保險絲軌道。該方法可包含形成沿該基板之該第一端且與該保險絲層連接之一外部端子。該外部端子可包含一順應層，該順應層包含一導電聚合組合物。

100:可表面黏著薄膜保險絲組件

102:基板

104:頂部表面

106:第一端

108:第二端

110:縱向方向

112:保險絲層

113:厚度

114:薄膜保險絲軌道

115:Z方向

116:第一接觸墊

118:第二接觸墊

120:橫向中心線

122:第一鈍化層/第一保護層

124:第二鈍化層/第二保護層

140:第一外部端子

142:第二外部端子

146:第一基底層

148:第二基底層

150:第一順應層

152:第二順應層

153:最大厚度

154:第一電鍍層

155:最大厚度

156:第一電鍍層

157:底部表面

158:第二電鍍層

160:第二電鍍層

200:可表面黏著薄膜保險絲組件

202:基板層/基板

204:保險絲層/保險絲軌道

206:第一接觸墊

208:第一鈍化層

210:第二鈍化層

212:玻璃蓋

216:第一黏著層

226:導電層

236:第二黏著層

242:第一外部端子/末端終端

244:第二外部端子/末端終端

246:電極材料

250:第一端

252:第二端

254:第二接觸墊

400:方法

402:提供具有一第一端及在一縱向方向上與該第一端隔開之一第二端之一基板

404:沈積形成於該基板之該頂部表面上方之一保險絲層

406:形成沿該基板之該第一端且與該保險絲層連接之一外部端子

在本說明書中闡述係關於一般技術者之本揭示標的(包含其最佳模式)之一完全及賦能描述，其參考附圖，其中：圖1繪示根據本發明之態樣之一可表面黏著薄膜保險絲組件之一實施例之一剖視圖；圖2繪示根據本發明之態樣之圖1之可表面黏著保險絲組件之實施例之一側視圖；圖3A繪示根據本發明之態樣之一可表面黏著薄膜保險絲組件之另一實施例之一透視圖；圖3B繪示圖3A之可表面黏著薄膜保險絲組件之實施例之一部分之一透視圖；圖4係根據本發明之態樣之用於形成一可表面黏著薄膜保險絲組件之一方法之一流程圖。

在本說明書及附圖通篇重複使用元件符號意欲表示本技術之相同或類似特徵、步驟或其他元件。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張具有2019年5月2日之一申請日期之美國臨時專利申請案第62/841,917號之申請權利，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。

熟習技術者應理解本發明僅係例示性實施例之一描述，且不意欲限制本標的之更寬泛態樣，該等更寬泛態樣體現在例示性構造中。

通常，本發明係關於一種可表面黏著(SMD)保險絲，其包含具有一順應層之至少一外部端子。薄膜保險絲通常經歷由電流突波引起之熱循環。在此熱循環期間，順應層可防止來自外部端子附接至其之一黏著表面之終端之斷裂或脫離。

薄膜保險絲組件可包含具有一第一端及在一縱向方向上與該第一端隔開之一第二端之一基板。包含一薄膜保險絲軌道之一保險絲層可形成於該基板之該頂部表面上方。一第一外部端子可沿該基板之該第一端安置且與該薄膜保險絲軌道連接。一第二外部端子可沿該基板之該第二端安置且與該薄膜保險絲軌道連接。

如本文所使用，「形成於...上方」可係指與另一層直接接觸之一層。然而，中間層亦可形成於其間。另外，當用於參考一底部表面時，「形成於...上方」可相對於組件之一外表面使用。因此，「形成於一底部表面上方」之一層可比該層形成於其上方之層更靠近組件之外部。

外部端子之一或多者可包含一順應層，該順應層包含一導電聚合組合物。導電聚合組合物可包含一或多個適合聚合物材料。作為一實例，順應層可包含一環氧樹脂、聚醯亞胺、醯胺、酚醛樹脂及/或矽氧烷環氧樹脂。聚合物可包含一熱固性或熱塑性樹脂。

導電聚合組合物可包含導電粒子，其等可分散於聚合物內(例如作為一聚合物基質)且可改良順應層之導電性。導電粒子可為或包含一金屬，諸如銀、金、銅等。例如，導電粒子可為或包含銀、銅、金、鎳、錫、鈦或其他導電金屬。因此，在一些實施例中，順應層可包含一填充銀聚合物、填充鎳聚合物、填充銅聚合物等等。

在一些實施例中，導電粒子之一或多者可包含形成於一基底材料上方之一層導電材料。例如，導電粒子之一或多者可具有一基底金屬(例如銅)上方之一層貴金屬(例如銀、金等等)。

順應層可具有小於約20GPa之一楊氏模數(如在約23℃及20%相對濕度下根據ASTM D638-14所測試)，在一些實施例中小於約10GPa，在一些實施例中小於約5GPa且在一些實施例中小於約3GPa。

順應層可展現低電阻。例如，順應層可展現根據ASTM B193-16測試之小於約0.01歐姆-cm之一體積電阻率，在一些實施例中小於約0.001歐姆-cm且在一些實施例中約0.0001歐姆-cm或更小。

外部終端之順應層可藉由將單片體浸入一導電聚合組合物溶液中以形成導電聚合組合物之一薄膜層而形成。

可包含薄膜元件之保險絲層可使用多種適合技術形成。可採用之技術之實例包含化學沈積(例如化學氣相沈積)、物理沈積(例如濺鍍)或用於形成薄膜元件之任何其他適合沈積技術。額外實例包含任何適合圖案化技術(例如光微影)、蝕刻及用於形成薄膜元件之任何其他適合減成技術。

可包含一薄膜元件之保險絲層可為或包含多種適合材料。例如，可使用多種金屬，包含具有高傳導性及延性之銅。在一些實施例中，薄膜元件可為或包含鎳(Ni)。

保險絲層之厚度可變動。例如，在一些實施例中，保險絲層之厚度可在自約0.05微米至約40微米，在一些實施例中自約0.1微米至約30微米，在一些實施例中自約0.5微米至約10微米之範圍內。

在一些實施例中，保險絲軌道可為大體上筆直的。亦應瞭解(例如)其中需要或期望額外長度之其他組態係可行的。作為實例，在一些實施例中，保險絲軌道可為彎曲、可為鋸齒形或可具有一正弦形狀。

保險絲軌道可經組態以當大於一最大電流之一電流在一指定時間內流動通過保險絲軌道時「斷開」或「燒斷」(例如停止將端子電連接在一起)。最大電流可與保險絲組件之額定電流有關。例如，臨限電流可為額定電流之250%以使保險絲在5秒內燒斷。

在其他實施例中，保險絲可具有在自約0.1安培至約4安培或更多之範圍內且在一些實施例中自約0.25安培至約2安培之一最大電流。然而，在其他實施例中，保險絲可經組態為一超低電流保險絲。在此等實施例中，保險絲之最大電流可在自約5毫安(mA)至約100mA、在一些實施例中自約10mA至約75mA且在一些實施例中自約20mA至約50mA之範圍內。

薄膜保險絲組件可包含至少一端子。在一些實施例中，組件可包含一對端子。然而，在其他實施例中，組件可包含兩個以上端子。例如，在一些實施例中，端子之數目可在自2至12或更多，在一些實施例中自2至10，且在一些實施例中自2至8之範圍內。端子可圍繞一縱向中心線、一橫向中心線或兩者對稱配置。例如，組件可在各側上包含2個端子、在各側上包含3個端子、在各側上包含4個端子或更多。

該(等)端子可包含多個層。層可使用多種技術形成，諸如浸鍍、網版印刷、電鍍、化學沈積(例如化學氣相沈積)、物理沈積(例如濺鍍)或任何其他適合技術。

在一些實施例中，端子可包含形成於基板之第一端上方且與薄膜保險絲軌道電接觸之一第一層。導電材料之第一層可為或包含銅(例如使用一導電膏之浸鍍或印刷形成)。在其他實施例中，導電材料之第一層可為或包含多種其他適合材料，諸如金、銀、鉑、鎳、銅、鋼或其等之組合。順應層可形成於第一層上方。然而，應理解多個層可形成於順應層與基板之間。

在一些實施例中，端子可包含形成於順應層上方之一或多個額外導電層，該順應層可形成於第一層上方。例如，一第二層可形成於順應層上方。因此，順應層可形成於第一層與第二層之間。在一些實施例中，一第三層可形成於第二層上方。第二層及/或第三層可包括一可焊接導電材料。例如，第二層可為或包含鎳。第三層可為或包含錫。應理解第二層及/或第三層替代地可為或包含錫、鎳、鉛或其等之混合物。

端子之第一層之一厚度可在自約10微米至約200微米，在一些實施例中自約15微米至約100微米，在一些實施例中自約15微米至約80微米且在一些實施例中自約20微米至約60微米之範圍內。

端子之順應層之一最大厚度可在自約10微米至約200微米，在一些實施例中自約15微米至約100微米，在一些實施例中自約15微米至約80微米且在一些實施例中自約20微米至約60微米之範圍內。

順應層之最大厚度與保險絲層之厚度之一比率可在自約0.25至約100，在一些實施例中自約0.3至約50，在一些實施例中自約0.5至約30，在一些實施例中自約1至約20，在一些實施例中自約2至約10且在一些實施例中自約3至約8之範圍內。例如，具有相對小接觸區域之保險絲(與薄保險絲層相對應)可獲益於相對較厚順應層以減輕保險絲層與外部端子之間的接觸區域處之熱應力。因此，所描述之以上比率可在保險絲層與外部端子之間提供一更穩固及可靠連接，藉此使保險絲更穩固及可靠。

端子之第二層之一厚度可在自約1微米至約30微米，在一些實施例中自約2微米至約20微米，在一些實施例中自約3微米至約15微米，在一些實施例中自約4微米至約10微米之範圍內(例如約7微米)。

端子之一總厚度(例如包含第一層及任何後續層(若存在)兩者)可較佳地在自約15微米至約60微米且在一些實施例中自約20微米至約40微米之範圍內。

保險絲層可包含與薄膜保險絲軌道連接之一或多個接觸墊。一第一接觸墊可與薄膜元件電連接，接觸墊延伸至基板之第一端或第二端之一者且在第一端處與外部端子之一者電連接。

在一些實施例中，組件可包含形成於保險絲層上方及/或下面之至少一黏著層。黏著層可為或包含適合於改良保險絲層與相鄰層之間的黏著性之多種材料。例如，黏著層可包含Ta、Cr、TaN、TiW、Ti或TiN之至少一者。例如，在一些實施例中，黏著層可為或包含鉭(Ta)(例如鉭或其氧化物或氮化物)且可形成於保險絲層與基板之間以改良黏著性。作為另一實例，在一些實施例中，黏著層可形成於保險絲層上方及下文更詳細描述之一鈍化層下面。不受限於理論，可選擇黏著層之材料以克服諸如晶格失配及殘留應力之現象。

該(等)黏著層可具有多種適合厚度。例如，在一些實施例中，一黏著層之厚度可在自約100埃至約2000埃，在一些實施例中自約200埃至約800埃，在一些實施例中自約400埃至約600埃之範圍內。

在替代實施例中，薄膜保險絲組件可包含形成於保險絲層之至少一部分上方之一或多個鈍化層。鈍化層可施敷於保險絲層上方。鈍化層可覆蓋薄膜保險絲及保護薄膜保險絲免於用於形成端子之沈積程序(例如電鍍)。鈍化層可由多種適合材料形成，包含聚合物材料。例如，在一些實施例中，鈍化層可為或包含聚醯亞胺。在一些實施例中，該(等)鈍化層可包含氮氧化矽、Al₂O₃、SiO₂、Si₃N₄、苯并環丁烯或玻璃之至少一者。

在一些實施例中，一保護層可施敷於鈍化層(若存在)上方或直接施敷於保險絲層上方。保護層可具有在自約3微米至約25微米，在一些實施例中自約5微米至約20微米且在一些實施例中自約7微米至約15微米之範圍內之一厚度。在一些實施例中，可採用多個保護層。

基板、鈍化層及/或保護層可由多種無機材料(諸如玻璃、陶瓷或一玻璃-陶瓷混合物)形成。基板通常可具有一低導熱性，諸如小於約10W/(m˙K)，在一些實施例中小於約5W/(m˙K)，在一些實施例中小於約3W/(m˙K)，在一些實施例中小於約2W/(m˙K)且在一些實施例中小於約1W/(m˙K)且在一些實施例中，大於約0.1W/(m˙K)。然而，在其他實施例中，基板可具有大於10W/(m˙K)之一導熱性及/例如，基板可包含氮氧化矽、氧化矽、矽、氧化鋁、藍寶石及/或另一適合材料。

在一些實施例中，鈍化層及/或保護層可藉由沈積一膏(例如一玻璃膏、玻璃-陶瓷膏等等)其後接著一燒製步驟形成。然而，任何適合程序可用於形成鈍化層及/或保護層。

圖1係根據本發明之態樣之一可表面黏著薄膜保險絲組件100之一實施例之一透視圖。圖2係繪示包含順應層之外部端子之圖1之可表面黏著薄膜保險絲組件100之一側視圖。參考圖1及圖2，可表面黏著薄膜保險絲組件100可包含一基板102。基板102可具有一頂部表面104、一第一端106及在一縱向方向110上與第一端106隔開之一第二端108(圖1)。

一保險絲層112可形成於基板102之頂部表面104上方。保險絲層112可包含一薄膜保險絲軌道114。保險絲層112在一Z方向115上可具有小於約40微米之一厚度113。保險絲軌道114可為大體上筆直的，例如如圖1中所展示。亦應瞭解(例如)其中需要或期望額外長度之其他組態係可行的。作為實例，在一些實施例中，保險絲軌道114可為彎曲、可為鋸齒形或可具有一正弦形狀。

保險絲軌道114可經組態以當大於一最大電流之一電流在一指定時間(例如5秒)內流動通過保險絲軌道114時「斷開」或「燒斷」(例如停止將端子電連接在一起)。最大電流可與保險絲組件之額定電流有關。例如，臨限電流可為額定電流之250%以使保險絲在5秒內燒斷。

保險絲層112可包含延伸至基板102之第一端106之一第一接觸墊116及延伸至基板102之第二端108之一第二接觸墊118(圖2)。在形成保險絲層112期間，接觸墊116、118可與保險絲軌道114一體地形成。第二接觸墊118可大體上類似於第一接觸墊116。例如，接觸墊116、118可相對於一橫向中心線120(圖2)對稱。然而，應理解接觸墊116、118可具有任何適合形狀，包含矩形、方形、三角形、圓形等等。

可表面黏著薄膜保險絲組件100可包含形成於薄膜保險絲層112上方之一或多個鈍化層。例如，一第一鈍化層122或一第一保護層122可形成於薄膜保險絲層112上方。一第二鈍化層124或一第二保護層124可形成於第一鈍化層122或第一保護層122上方。

可表面黏著薄膜保險絲組件100可包含沿基板102之第一端106安置且與保險絲層112之第一接觸墊116連接之一第一外部端子140。可表面黏著薄膜保險絲組件100可包含沿基板102之第二端108安置且與第二接觸墊118連接之一第二外部端子142。

例如，第一外部端子140可包含形成於基板102之第一端106上方且與第一接觸墊116電連接之一第一基底層146。第二外部端子142可包含形成於基板102之第二端108上方且與第二接觸墊118電連接之一第二基底層148。基底層146、148可藉由浸鍍基板102之端106、108以形成一導電材料(諸如銅、銀、金等等)之薄膜層而形成。然而，在其他實施例中，基底層146、148可使用其他適合技術形成，諸如電鍍(例如電解或無電鍍或其等之組合)。

第一外部端子140可包含形成於第一基底層146上方之一第一順應層150。第二外部端子142可包含形成於第二基底層148上方之一第二順應層152。順應層150、152可包含一導電聚合組合物。例如，導電聚合組合物可包含一聚合物材料(例如一環氧樹脂)及導電粒子，例如如上文所描述。

順應層150、152在縱向方向110上可具有各自最大厚度153、155。順應層150、152之最大厚度153、155與保險絲層112之厚度113之一比率可在自約0.25至約4之範圍內。

外部端子140、142可包含形成於順應層150、152上方之一或多個電鍍層。例如，第一外部端子140可包含形成於第一順應層150上方之一第一電鍍層154。第二外部端子142可包含形成於第二順應層152上方之一第一電鍍層156。在一些實施例中，各自第二電鍍層158、160可視情況形成於第一電鍍層154、156上方。

電鍍層154、156、158、160可由多種適合金屬形成。在一實施例中，第一電鍍層154、156可包含鎳。第二電鍍層158、160可包含錫。然而，導電材料之任何適合組合可用於第一電鍍層154、156及/或第二電鍍層158、160。然而，在其他實施例中，端子140、142可具有一不同電鍍組態(例如無第一電鍍層154、156及/或第二電鍍層158、160之一或多者)。

在一些實施例中，一可表面黏著薄膜保險絲組件100之一外部曝露(例如施敷於(若干)鈍化層122、124及/或基板102之一底部表面157上)。保護層可具有在自約5微米至約25微米之範圍內之厚度。作為實例，(若干)保護層可包含玻璃、陶瓷或一玻璃-陶瓷混合物。

作為一實例，(若干)鈍化層122、124可為或包含玻璃或一玻璃-陶瓷混合物。(若干)保護層可形成於第二鈍化層124上方且可為或包含玻璃或一玻璃-陶瓷混合物。

圖3A繪示根據本發明之態樣之一可表面黏著薄膜保險絲組件200之另一實施例之一透視圖。圖3B繪示圖3A之可表面黏著薄膜保險絲組件200之一部分之一透視圖。可表面黏著薄膜保險絲組件200可依實質上相同於先前參考圖1所描述之方式構建為包含若干層，以一玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷基板層202開始。一保險絲層204可包含在其各端處具有整合接觸墊206之一保險絲軌道204，例如如上文參考圖1所描述。保險絲層204可藉由濺鍍導電材料至基板202上且接著藉由圖案化保險絲軌道204及接觸墊206而形成。保險絲層204可包含銅或鎳。一或多個黏著層可形成於保險絲層204下方及/或保險絲層204上方以改良保險絲層與相鄰層(例如基板202及/或一第一鈍化層208)之間的黏著性。

可表面黏著薄膜保險絲組件200可包含沿基板202之一第一端250安置且與保險絲層204之第一接觸墊206連接之一第一外部端子242。可表面黏著薄膜保險絲組件200可包含沿基板202之第二端252安置且與一第二接觸墊254連接之一第二外部端子244。

更具體而言，參考圖3B，可表面黏著薄膜保險絲組件200可包含覆蓋接觸墊206之一導電層226(例如鎳)之一第一黏著層216。可表面黏著薄膜保險絲組件200可包含形成於接觸墊206之導電層226上方之一第二黏著層236。在此實例中，導電層226及黏著層216、236(若存在)可具有在自約0.1微米至約10微米厚之範圍內之一總厚度。黏著層216、236及導電層226可連續濺鍍於基板202上方(圖3A)。在替代實施例中，可採用磁性金屬(諸如Ni、Co、Fe或其等之合金)或具有適當電阻/熔點之其他金屬(諸如銅)。如上文所討論，亦可採用其他材料及組態。

在一些實施例中，一電極材料246可設置於導電層226上方且與導電層226接觸(例如包含鎳或銅)。電極材料246可延伸至基板202之一邊緣(圖3A)，使得電極材料246接觸第一外部端子242(圖3A)。因此，電極材料246可增加保險絲層204與第一外部端子242之間的一接觸區域以在其間形成一更穩固連接。因此，保險絲可更能抵抗熱循環及熱應力。

在一例示性組態中，電極材料246可為銅(Cu)且可電鍍於第一鈍化層208上方。亦可採用用於沈積電極材料246之其他方法，如將由一般技術者所認知。亦應瞭解電極材料246可由除銅之外的導電材料製造。另外，應理解在一些實施例中，可表面黏著薄膜保險絲組件200可無此額外電極材料246。

再次參考圖3A，在放置電極材料246之後，可使氮氧化矽(SiNO)之一第一鈍化層208形成於保險絲層204上方。可使一第二鈍化層210(或保護性密封層)形成於鈍化層208上方。最終，可施敷一玻璃蓋212或替代地，其他絕緣材料。末端終端242、244可包含順應層且通常可如上文參考圖2所描述來組態。

圖4係根據本發明之態樣之用於形成一可表面黏著薄膜保險絲組件之一方法400之一流程圖。一般而言，將在本文參考上文參考圖1至圖3B所描述之可表面黏著薄膜保險絲組件100、200描述方法400。然而，應瞭解所揭示之方法400可使用任何適合薄膜保險絲實施。另外，儘管圖4為了說明及討論之目的描繪以一特定順序執行之步驟，但本文所討論之方法不受限於任何特定順序或配置。使用本文所提供之本發明之熟習此項技術者將瞭解本文所揭示之方法之各種步驟可在不偏離本發明之範疇之情況下以各種方式省略、重新配置、組合及/或調適。

方法400可包含在(402)處，提供具有一第一端及在一縱向方向上與該第一端隔開之一第二端之一基板，例如如上文參考圖1至圖3B所描述。

方法400可包含在(404)處，沈積形成於該基板之該頂部表面上方之一保險絲層。保險絲層可包含一薄膜保險絲軌道，例如如上文參考圖1至圖3B所描述。

方法400可包含在(406)處，形成沿該基板之該第一端且與該保險絲層連接之一外部端子，例如如上文參考圖1至圖3B所描述。該外部端子可包含一順應層，該順應層可包含一導電聚合組合物。

儘管本標的已相對於其特定實施例詳細描述，但應瞭解熟習此項技術者在獲得前述內容之一理解之後可易於產生此等實施例之替代、變動及等效物。因此，本發明之範疇係以實例而非限制之方式，且本發明不排除包含對本發明之此等修改、變動及/或添加，如一般技術者將易於明白。