JPH0821301B2 - 表面実装型薄膜ヒューズおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広く電気ヒューズに関
し、特に、薄膜技術を利用した表面実装型ヒューズおよ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【関連出願の相互参照】この出願は、１９９２年７月２
４日に出願された米国出願第９２０１１３号“Method o
f Making Thin Film Surface Mount Fuses”を一部継続
出願し、さらに当該一部継続出願を基礎として優先権主
張した出願である。なお、米国出願第９２０１１３号
は、１９９２年２月２８日に出願された米国出願第８４
６２６４号“Thin Film Surface Mount Fuses ”の分割
出願である。米国出願第８４６２６４号は特許され、米
国特許第５１６６６５６号として１９９２年１１月２４
日に特許証が発行されている。米国出願第８４６２６４
に関連する出願として、日本を指定国とするＰＣＴ出願
ＰＣＴ／ＵＳ９３／０１９１５がある。

【０００３】

【従来の技術】回路基板を組み立てる技術として表面実
装技術は広く用いられている。この表面実装に適用させ
るため、事実上すべての電子部品がリードレスに設計し
直しされたり、直されつつある。表面実装デバイス（Ｓ
ＭＤ）があらゆる種類の電子回路に急速に採用された結
果、表面実装型（ＳＭＤ）ヒューズが要求されるように
なった。

【０００４】ヒューズは、多くの回路基板で不可欠な機
能を果たす。部分的な回路や特定の部品にヒューズを設
けることにより、局所的な部品の故障がシステム全体に
損傷を及ぼすことを防止することができる。このような
損傷のケースとして、例えば、タンタルコンデンサが故
障によるメインフレームコンピュータの焼損や、１枚の
回線カードの短絡による電話交換器全体の損傷がある。

【０００５】回路基板ヒューズには、小型で、低価格
で、正確に電流を検知でき、素早い反応つまりブロータ
イム（blow time ）、タイムラグヒューズの場合はサー
ジ抵抗を示す能力といった特徴が要求される。

【０００６】従来のチューブタイプやリードタイプヒュ
ーズは、ＳＭＤアセンブリ用に設計された回路基板上で
は大きな空間を占めてしまい、製造コストも大幅に嵩ん
でしまう。製造業者は、ＳＭＤアセンブリ技術にも適用
可能なヒューズの必要性を認識し、標準ＳＭＤアセンブ
リ用のリードレスモールドヒューズを提供するようにな
った。しかし、こうして提供されたデバイスでも、例え
ばパッケージサイズが約７×４×３ｍｍといった具合に
未だ嵩が大きく、高価であり、性能も限定されている。
最も重要なことは、従来技術ではヒューズ特性を製造段
階で正確に管理できないことである。

【０００７】例えば、前述の米国特許および出願に示さ
れる薄膜技術を用いれば、ヒューズの全ての要素を正確
に制御でき、様々な要求に応じられる標準ヒューズや特
注ヒューズを経済的に設計できることが明らかになっ
た。すなわち、薄膜技術は、電気特性および物理特性を
厳密に制御することのできるヒューズの開発を可能にし
たのである。特に、デザイン、ヒューズ特性の再現性
や、Ｉ² ｔレットスルー（let-through ）といった領域
で薄膜技術の利点が明らかとなっている。しかも、この
薄膜技術では、１μｍ未満のラインレソルーションや、
１００オングストローム単位までの層厚さの管理を実現
するので、例えば１．６×０．８ｍｍの標準パッケージ
サイズや、非標準パッケージサイズである小型のＳＭＤ
ヒューズが製作可能となった。

【０００８】また、前述の米国特許および出願が示す表
面実装型薄膜電気ヒューズの製造方法では、まず、スパ
ッタリングなどによってガラス等の絶縁基板の表面に均
一厚なアルミニウムの金属薄膜を蒸着させる。その膜厚
は、特に、ヒューズ定格によって決められる。次に、フ
ォトリソグラフィ技術によって金属薄膜の所定の部分を
除去し、特定のヒューズ素子を複数含む反復パターンを
形成する。各ヒューズ素子は、１対の接点部と、これら
接点部より幅狭であって接点部間を連結する溶断リンク
とを備える。次いで、この構成物をパッシベートし、エ
ポキシによってパッシベーション層上にガラス製絶縁被
覆層を接着する。次に、以上の工程によって形成された
アセンブリを基板表面に垂直な端面に沿ってストリップ
片に切断する。各ストリップ片は、横一列に並んだヒュ
ーズ素子を含む。この切断工程により、ストリップ片の
端面に沿った各接点部の縁を露出する。導電端子層を端
面上に蒸着すると、この端子層が接触部の露出した端と
電気的に接続される。最後に、ストリップ片を横方向に
切断し、個々のヒューズを得る。

【０００９】フォトリソグラフィによる製造方法を利用
すると、様々なヒューズ素子のデザインと、多種類の基
板とを組み合わせて、様々なヒューズチップを製造する
ことができる。その上、使用上の要件を最適に満足する
ように溶断速度等の重要な特性を設定することができ
る。最後に、封着用ガラス製被覆板によって密封された
薄膜ヒューズの密封構造は、環境変化に対する優れた信
頼性をもたらす。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述の特許出願で説明
されているガラス／ヒューズ／ガラス層構造にはいくつ
かの問題がある。ガラスは、「クイック」定格の薄膜ヒ
ューズが必要とする好ましい熱特性を持っている反面壊
れやすく、ヒューズの電圧定格が例えば３２ボルトに制
限される。なぜなら、高電圧が印加されると、ヒューズ
本体がひび割れるからである。ガラス／ヒューズ／ガラ
ス層構造の機械的曲げ強さはガラスの脆さによって制約
を受け、同様に、構造の熱サイクル特性も制約を受け
る。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、「クイック」定格を維持しながらも従来より高い電
圧定格を達成することができる表面実装型薄膜ヒューズ
を提供することを目的とする。

【００１２】また、本発明は、機械的強度と信頼性、熱
サイクル特性を向上させた表面実装型薄膜ヒューズ構造
を提供することを目的とする。

【００１３】さらに、本発明は、こうして改善された表
面実装型薄膜ヒューズの製造方法を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明によれば、絶縁基板の表面に金属薄膜を取
り付けるステップと、金属薄膜の特定部分を除去して、
１対の接点部と、これら接点部より幅狭であって接点部
間を連結する少なくとも１つの溶断リンクとを備えるヒ
ューズ素子を形成するステップと、以上のステップによ
って得られる構造に絶縁被覆を接着するステップと、絶
縁基板の裏面に、絶縁基板および絶縁被覆より機械的強
度が大きい材料からなる第１被覆層を接着するステップ
と、絶縁被覆の表面に、絶縁基板および絶縁被覆より機
械的強度が大きい材料からなる第２被覆層を接着するス
テップとを含むことを特徴とする表面実装型電気ヒュー
ズの製造方法が提供される。

【００１５】また、第２発明によれば、平坦な表面、こ
の表面に直交する端面および平坦な裏面を有するほぼ方
形の絶縁基板と、蒸着によって絶縁基板の表面上に形成
され、絶縁基板の端面と面一に外縁を露出させる１対の
接点部と、これら接点部より幅狭であって接点部間を連
結する少なくとも１つの溶断リンクとを備えるヒューズ
素子を形成する導電薄膜と、絶縁基板と同様な広がりを
持って絶縁基板表面に接着され、絶縁基板の端面および
ヒューズ素子の外縁と協働して表面実装型ヒューズの相
対向する端面を形成する絶縁被覆と、絶縁基板および絶
縁被覆より大きな機械的強度を有し、絶縁被覆と同様な
広がりを持って絶縁被覆の表面に接着された第１被覆層
と、絶縁基板および絶縁被覆より大きな機械的強度を有
し、絶縁基板と同様な広がりを持って絶縁基板の裏面に
接着された第２被覆層と、表面実装型ヒューズの相対向
する端面を被覆し、ヒューズ素子の外縁のうち１つと電
気的に接続される導電性端子とを備え、各導電性端子
は、第１被覆層の表面に部分的に沿って延びる脚と、第
２被覆層の裏面に部分的に沿って延びる脚とを備えるこ
とを特徴とする表面実装型薄膜ヒューズが提供される。

【００１６】

【作用】本発明の好適な一例によると、薄いガラス基板
上にヒューズ素子を蒸着して製造された表面実装型薄膜
ヒューズが提供される。ガラス基板の背面すなわち下面
には薄いアルミナ被膜が接着される。ヒューズ素子層に
は薄いガラス被膜が接着され、そのガラス被膜の上面に
薄いアルミナ被膜が接着される。こうして得られたアル
ミナ／ガラス／ヒューズ／ガラス／アルミナ層構造によ
れば、従来のガラス／ヒューズ／ガラス層のヒューズ構
造による利点を備えるだけでなく、かかる構造の不利点
を縮小させ、パッケージサイズを維持することができ
る。ガラスの温度特性によってもたらされる「クイッ
ク」定格のヒューズ特性は維持され、薄い上下のアルミ
ナ層がヒューズの強度を著しく高める。その際、ヒュー
ズ速度に変化はない。しかも、電圧定格が実質的に向上
し、例えば３２ボルトから６３ボルト、さらにそれ以上
というように、かなり大きくなる。したがって、機械的
曲げ強さと熱サイクル特性が向上する。新しいヒューズ
構造は機械的強度が大きいため、プラスチック又はセラ
ミック基板上に形成された回路を保護するために使用で
きる。これは従来不可能であった。

【００１７】

【実施例】図１および図２は本発明の好適な実施例に係
る積層薄膜ＳＭＤヒューズ１０を示す。ただし、図に示
される各層の厚さは、わりやすさのために誇張されてお
り、実際の寸法には一般に比例していない。

【００１８】ヒューズ１０は絶縁基板１２を備える。こ
の絶縁基板１２としては、例えば、０．３０ｍｍの厚さ
を持った薄いガラス板がある基板１２が好ましい。絶縁
基板１２は、裏面１４と、アルミニウム等の金属薄膜に
よりコーティングされた平坦な表面１６とを有してい
る。金属薄膜は１個以上のヒューズ素子１８を形成する
ように配置される。金属薄膜の厚さは、例えば、０．６
μｍから４．５μｍ程度がよい。ヒューズ素子１８は、
１対の接点部と、これらの接点部２０よりかなり幅狭で
あって接点部間を連結する溶断リンク２２とを備える。
例えば、０．２ａｍｐ定格のヒューズ素子の場合、全長
は１１６ｍｉｌｓ、幅は５１ｍｉｌｓであり、溶断リン
クの長さは１０ｍｉｌｓ、その幅は１ｍｉｌ程度とな
る。そのようなヒューズの金属薄膜の厚さは０．６μｍ
程度である。

【００１９】シリカパッシベーション層２４は、薄膜の
ヒューズ素子１８およびその周囲の表面１６を保護す
る。絶縁基板１２と同様な広がりを持った絶縁被覆とし
ての薄いガラス被覆２６は表面２８を有する。このガラ
ス被覆２６は、エポキシ層３０によってパッシベーショ
ン層２４に接着される。エポキシ層３０はヒューズ素子
１８を封止する役目も果たしている。ガラス被覆２６の
厚さは、絶縁基板１２と同様、０．３０μｍ程度であ
る。

【００２０】絶縁基板１２の裏面１４には、エポキシ層
３２によって薄いアルミナ被覆３４が接着される。アル
ミナ被覆３４の厚さは０．２５ｍｍ程度に設定される。
グラス被覆２６の表面にも、同様に、０．２５ｍｍ程度
の厚さを持ったアルミナ被覆３６がエポキシ層３８によ
り接着される。ここで、アルミナとヒューズ層とを直接
接触させることはできない点に注意すべきである。なぜ
なら、アルミナが高い熱伝達特性を有しているため、ヒ
ューズの速度が速くなりすぎて電力損失が大きくなるか
らである。しかし、基本となるガラス／ヒューズ／ガラ
ス構造の上下面に薄いアルミナ層を接着させることによ
って、ヒューズの強度は著しく向上し、ヒューズ速度を
変えないで高電圧定格を実現することができる。本発明
に係るヒューズは、例えば、６３Ｖや１２５Ｖといった
高い定格電圧を持つことができる。また、曲げ強さが大
きくなるため、許容たわみが従来の僅か１ｍｍから３ｍ
ｍに向上する。本発明の新しいヒューズは、従来の僅か
５熱サイクルの代わりに、例えば１４０熱サイクル（−
５５°Ｃから＋１２５°Ｃの速い温度サイクル）の特性
を有する。この強度および熱サイクル特性の向上によ
り、この発明のヒューズは、ガラスエポキシ基板上だけ
ではなく、プラスチックおよびセラミック基板上に形成
された回路を保護するためにも使用可能である。

【００２１】以上説明したように、アルミナは引張り強
度、曲げ強さ等において優れた機械的特性を持っている
ため、最終的なヒューズ構造をかなり強化する。これら
の特性は、ガラスのものよりかなり優れている。アルミ
ナの代替品として他の強度の優れた絶縁材、例えばサフ
ァイアの使用が当業者には考えられるであろう。しか
し、アルミナには低コストという利点がある。

【００２２】前述のアルミナ／ガラス／ヒューズ／ガラ
ス／アルミナ積層ヒューズアセンブリは直方体であるこ
とが望ましい。直方体は、互いに平行な２つの端面４０
と、端面４０に接続された複数の隅部４２を有してい
る。ヒューズ素子の接触部２０の縁４４は端面４０の中
にある。

【００２３】端面４０は導電端子４６によって覆われ
る。各導電端子４６は、ニッケル、クロム等の材質を有
する内部層４８および外部半田被覆５０から形成され
る。各内部層４８は、一方の接触部２０の縁４４と接触
し、導電端子４６とこれに対向するヒューズ素子１８の
面を電気的に接続している。

【００２４】導電端子４６は、隅部４２に沿って曲が
り、アルミナ被覆３４の裏面とアルミナ被覆３６に沿っ
て部分的に延びるランド５２を有している。

【００２５】この発明の薄膜ヒューズは信頼性が高い。
保護被覆板は温度的に安定しており、ヒューズを密閉し
ているため、ヒューズが高温、高湿の環境に置かれてい
る時にヒューズ素子１８を保護できる。保護被覆も、ヒ
ューズが動作する時の極端な条件においても電気的に安
定している。回路電圧が１２５ボルト（最大遮断電流５
０Ａ）であっても、ヒューズ動作後に高い絶縁抵抗（＞
１ＭΩ）が一貫して維持される。

【００２６】前記特許および出願は、ガラス／ヒューズ
／ガラスのヒューズ構造の製造工程を説明したものであ
り、その工程は、この発明のヒューズ構造の製造に完全
に適用できる。前記特許および出願の前記工程に関連す
る内容は、本願明細書および図面において引用乃至記載
されている。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、ヒューズ素子の幅、
長さ、厚さ、導電率を非常に正確に限定又はプログラム
することができるため、ヒューズ特性のバラツキを最低
限に抑えられる。さらに、色々な種類のヒューズ素子の
設計、基板タイプを組み合わせて、ある範囲の速度特性
を有するヒューズを作ることができる。例えば、高速ヒ
ューズは、導電性の基板上に低い質量のヒューズ素子を
使用して製造できる。低速ヒューズ特性は、高い質量の
ヒューズ素子と断熱基板を組み合わせることによって得
ることができる。この発明による、独特の５積層ヒュー
ズコンポーネント構造はさらに、優れた機械的特性およ
び熱特性を持つため、より大きい電圧定格、より広範囲
の回路基板環境で使用できる「クイック」ヒューズを提
供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るヒューズ断面の正面図である。

【図２】 図１のヒューズの２−２線に沿った断面図で
ある。

【符号の説明】

１０ ヒューズ、１２ 絶縁基板、１４ 裏面、１６
表面、１８ ヒューズ素子、２０ 接点部、２２ 溶断
リンク、２４ シリカパッシベーション層、２６ ガラ
ス被覆、２８ 表面、３０，３２，３８ エポキシ層、
３４，３６ アルミナ被覆、４０ 端面、４４ 縁、４
２ 隅部、４６ 導電端子、４８ 内部層、５０ 外部
半田被覆、５２ ランド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−170826（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503969（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板の表面に金属薄膜を取り付け
   るステップと、 金属薄膜の特定部分を除去して、１対の接点部と、これ
   ら接点部より幅狭であって接点部間を連結する少なくと
   も１つの溶断リンクとを備えるヒューズ素子を形成する
   ステップと、 金属薄膜とともにガラス基板の表面にガラス被覆を接着
   するステップと、 ガラス基板の裏面に、ガラス基板およびガラス被覆より
   機械的強度が大きいアルミナからなる第１被覆層を接着
   するステップと、 ガラス被覆の表面に、ガラス基板およびガラス被覆より
   機械的強度が大きいアルミナからなる第２被覆層を接着
   するステップとを含むことを特徴とする表面実装型薄膜
   ヒューズの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の表面実装型薄膜ヒューズ
   の製造方法において、 金属薄膜およびこれに隣接するガラス基板の表面をパッ
   シベートするステップを含むことを特徴とする表面実装
   型薄膜ヒューズの製造方法。
3. 【請求項３】 平坦な表面、この表面に直交する端面お
   よび平坦な裏面を有するほぼ方形のガラス基板と、 蒸着によってガラス基板の表面上に形成され、ガラス基
   板の端面と面一に外縁を露出させる１対の接点部と、こ
   れら接点部より幅狭であって接点部間を連結する少なく
   とも１つの溶断リンクとを備えるヒューズ素子を形成す
   る導電薄膜と、 ガラス基板と同様な広がりを持ってガラス基板表面に接
   着され、ガラス基板の端面およびヒューズ素子の外縁と
   協働して表面実装型ヒューズの相対向する端面を形成す
   るガラス被覆と、 ガラス基板およびガラス被覆より大きな機械的強度を有
   し、ガラス被覆と同様な広がりを持ってガラス被覆の表
   面に接着された第１アルミナ被覆層と、 ガラス基板およびガラス被覆より大きな機械的強度を有
   し、ガラス基板と同様な広がりを持ってガラス基板の裏
   面に接着された第２アルミナ被覆層と、 表面実装型ヒューズの相対向する端面を被覆し、ヒュー
   ズ素子の外縁のうち１つと電気的に接続される導電性端
   子とを備え、 各導電性端子は、第１アルミナ被覆層の表面に部分的に
   沿って延びる脚と、第２アルミナ被覆層の裏面に部分的
   に沿って延びる脚とを備えることを特徴とする表面実装
   型薄膜ヒューズ。
4. 【請求項４】 請求項４記載の表面実装型薄膜ヒューズ
   において、 薄膜により形成されるヒューズ素子を覆うパッシベーシ
   ョン層を有することを特徴とする表面実装型薄膜ヒュー
   ズ。