DE102011054485A1 - Multilayer surface-mountable low-current fuse for printed circuit board assembly in e.g. surface mount application, has fuse element made of nickel or copper sheet, and passivation film with silicon oxynitride to protect nickel or copper - Google Patents

Multilayer surface-mountable low-current fuse for printed circuit board assembly in e.g. surface mount application, has fuse element made of nickel or copper sheet, and passivation film with silicon oxynitride to protect nickel or copper Download PDF

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Alona Goldstein
Irina Daynov
Herzl Ovadia
Elinor O'Neill
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Abstract

The fuse (100) has a fuse element (104) made from nickel sheet or copper sheet with width in a range between 3 and 20 micrometer and thickness in a range between 0.2 and 2 micrometer. The fuse is worked with maximum current in a range between 0.06 and 0.5 A. A dielectric substrate (102) is made from a group of material consisting ceramic, glasses and glass ceramic for carrying the fuse element. A passivation film (108) is provided with silicon oxynitride for protection of nickel or copper. An adhesive layer (105) with tantalum is applied between a fuse metal and the passivation film.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Der vorliegende Gegenstand betrifft allgemein elektrische Sicherungen und im Besonderen Land-Grid-Array(LGA)- und Oberflächenmontage(SMD)-Milli-Strom-Sicherungen unter Verwendung der Dünnfilm-Technologie. Die vorliegende Technik betrifft weiter Verfahren zum Herstellen solcher Sicherungen.The present subject relates generally to electrical fuses, and more particularly to land grid array (LGA) and surface mount (SMD) micro-current fuses using thin film technology. The present technique further relates to methods of making such fuses.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Oberflächenmontage ist zu einer bevorzugten Technik für die Leiterplattenmontage geworden. Als Folge wurden oder werden praktisch alle Arten von elektronischen Bauelementen für Oberflächenmontage- (d. h. unbedrahtete) Ausführungsformen oder Anwendungen umkonstruiert. Die schnelle Aufnahme von Oberflächenmontage-Bauteilen (SMD) in alle Arten von elektronischen Schaltkreisen hat einen entsprechenden Bedarf an SMD-Sicherungen erzeugt.Surface mounting has become a preferred technique for PCB mounting. As a result, virtually all types of electronic components have been or are being redesigned for surface mount (i.e., non-wired) embodiments or applications. The rapid adoption of surface mount devices (SMD) into all types of electronic circuits has created a corresponding need for SMD fuses.

Sicherungen erfüllen eine wesentliche Funktion auf vielen Leiterplatten. Durch Absichern eines Schaltkreises, ausgewählter Unter-Schaltkreise und/oder bestimmter einzelner Bauelemente ist es möglich, Schäden an einem ganzen System zu verhindern, die sich sonst aus dem Ausfall eines einzelnen, örtlichen Bauelements ergeben können.Fuses perform an essential function on many circuit boards. By securing a circuit, selected sub-circuits, and / or certain individual components, it is possible to prevent damage to a whole system that might otherwise result from the failure of a single, local device.

Es gibt viele verschiedene Leistungseigenschaften elektrischer Bauelemente, für die eine Verbesserung gesucht werden kann, um die gewünschte Funktionsweise zu erleichtern. Ein früheres Beispiel einer Technik, die bestimmte Aspekte von Sicherungen angeht, ist im US-Patent 7,570,148 an Parker et al. offenbart. Das Patent an Parker et al. betrifft eine Sicherung niedrigen Widerstands, die eine Sicherungselement-Schicht und eine erste und eine zweite Isolations-Zwischenschicht enthält, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Sicherungselement-Schicht erstrecken und damit gekoppelt sind. Die Sicherungselement-Schicht ist auf der ersten Isolations-Zwischenschicht ausgebildet, und die zweite Isolations-Zwischenschicht ist auf die Sicherungselement-Schicht laminiert. Ein weiteres Beispiel ist das US-Patent Nr. 5,296,833 (Breen et al.). Breen et al. betrifft ein Oberflächenmontage-Sicherungsbauteil, das einen laminierten Aufbau aus Aluminiumoxid – Glas – Sicherung – Glas – Aluminiumoxid enthält.There are many different performance characteristics of electrical components for which an improvement can be sought to facilitate the desired operation. An earlier example of a technique that addresses certain aspects of backups is in the U.S. Patent 7,570,148 to Parker et al. disclosed. The patent to Parker et al. relates to a low-resistance fuse including a fuse element layer and first and second insulating interlayers extending on opposite sides of the fuse element layer and coupled thereto. The fuse element layer is formed on the first insulating interlayer, and the second insulating interlayer is laminated on the fuse element layer. Another example is this U.S. Patent No. 5,296,833 (Breen et al.). Breen et al. relates to a surface-mount fuse component that includes a laminated structure of alumina-glass-fuse-glass-alumina.

Zu zusätzlichen Referenzen, die eine beispielhafte Technik mit Aspekten von Sicherungsentwicklung offenbaren, gehören die US-Patent-Nrn. 5,228,188 und 5,166,656 , beide an Badihi et al. Diese Referenzen an Badihi et al. betreffen allgemein Oberflächenmontage-Sicherungen und Verfahren zu ihrer Herstellung.Additional references that disclose an example technique with aspects of securing development include the US Patent Nos. 5,228,188 and 5,166,656 both at Badihi et al. These references to Badihi et al. generally relate to surface mount fuses and methods of making same.

Die Offenbarungen aller vorstehenden US-Patentdokumente sind hier vollständig für alle Zwecke als Referenz für diese aufgenommen.The disclosures of all the above US patent documents are hereby incorporated by reference in their entirety for all purposes.

Es ist anzumerken, dass keine der Veröffentlichungen nach dem Stand der Technik den Bedarf angeht, oberflächenmontierbare Sicherungen mit Nennwerten für Milli-Ströme von ungefähr 50 Milliampere vorzusehen. Bevorzugte Ausführungsformen gehen diesen Bedarf in Gehäusen an, die kleiner sind als 80 mil × 50 mil (ungefähr 2 mm × 1,5 mm), und manchmal sogar herunter bis zu 40 mil × 20 mil (ungefähr 1 mm × 0,5 mm).It should be noted that none of the prior art publications address the need to provide surface mount fuses with milli-amp ratings of approximately 50 milliamps. Preferred embodiments address this need in housings that are smaller than 80 mil x 50 mils (about 2 mm x 1.5 mm), and sometimes even down to 40 mil x 20 mils (about 1 mm x 0.5 mm). ,

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der vorliegende Gegenstand erkennt und spricht verschiedene Entwurfsaspekte an, wie sie zuvor besprochen wurden, sowie andere, die bestimmte Aspekte der Technik von Sicherungen und zugehöriger Elektronik betreffen. Somit ist es in großen Zügen ein Hauptziel der vorliegend offenbarten Technik, ein verbessertes Sicherungsbauteil vorzusehen. Genauer beschreibt die vorliegende Offenbarung ein Niedrigstrom-Sicherungsbauteil, das entweder in einer Land-Grid-Array-(LGA-)Anordnung oder einer Oberflächenmontage-(SMD-)Anordnung eingerichtet sein kann.The present subject recognizes and addresses various design aspects discussed above, as well as others relating to certain aspects of fuses and related electronics. Thus, it is broadly a major objective of the presently disclosed technique to provide an improved fuse component. More particularly, the present disclosure describes a low current fuse component that may be configured in either a land grid array (LGA) arrangement or a surface mount (SMD) arrangement.

Der vorliegende Gegenstand betrifft weiter allgemein ein Vielschicht-Sicherungsbauteil und genauer ein solches Vielschicht-Sicherungsbauteil, das ein Substrat mit einem länglichen, auf einer Fläche des Substrats ausgebildeten Sicherungselement und einem Paar von einstückig damit an seinen entgegengesetzten Längsenden ausgebildeten Kontaktflächen. In besonderen Ausführungsformen kann ein Paar von Passivierungsschichten vorgesehen sein, welche die Sicherung und die Kontaktflächen bedecken, und ein Paar von Fenstern ist durch die beiden Passivierungsschichten oberhalb beider der Kontaktflächen geöffnet, um leitfähiges Elektrodenmaterial aufzunehmen, das dort hindurch aufgalvanisiert wird. Das aufgalvanisierte Material kann sich über eine obere Fläche der Passivierungsschichten erstrecken und mit lötbarem leitfähigem Material beschichtet sein.The present subject matter further generally relates to a multilayer fuse component and, more particularly, to such a multilayer fuse component comprising a substrate having an elongated fuse element formed on a surface of the substrate and a pair of contact pads formed integrally therewith at its opposite longitudinal ends. In particular embodiments, a pair of passivation layers covering the fuse and the pads may be provided, and a pair of windows are opened through the two passivation layers above both of the pads to receive conductive electrode material that is electroplated therethrough. The electrodeposited material may extend over an upper surface of the passivation layers and be coated with solderable conductive material.

Es besteht besonderer Bedarf an Niedrigstrom-Oberflächenmontage-Sicherungen mit Nennwerten von 0,025 bis 0,125 Ampere.There is a particular need for low-current surface-mount fuses rated at 0.025 to 0.125 amps.

Hinweis: Der Nennwert einer Sicherung ist der Strom, für den sie gedacht ist. Sicherungen sind im Allgemeinen konzipiert, bei einem Strom von ungefähr 250% des Nennstroms auszulösen.Note: The nominal value of a fuse is the current for which it is intended. Fuses are generally designed to trip at a current of approximately 250% of the rated current.

Ein erster Aspekt der Erfindung richtet sich darauf, eine oberflächenmontierbare Sicherung vorzusehen, die ausgelegt ist, auszulösen, wenn sie einem maximalen Strom im Bereich von ungefähr 0,06 bis 0,5 Ampere ausgesetzt ist. A first aspect of the invention is directed to providing a surface mount fuse designed to trip when exposed to a maximum current in the range of about 0.06 to 0.5 amperes.

Eine solche oberflächenmontierbare Sicherung kann unter Verwendung eines Dünnfilms aus geeignetem Material erhalten werden.Such a surface mount fuse can be obtained by using a thin film of suitable material.

Typischerweise umfasst die oberflächenmontierbare Sicherung eine Bahn aus Nickel oder Kupfer, die 3 bis 20 μm breit und 0,2 bis 2 μm dick ist.Typically, the surface mount fuse comprises a sheet of nickel or copper that is 3 to 20 μm wide and 0.2 to 2 μm thick.

Typischerweise umfasst die oberflächenmontierbare Sicherung weiter ein dielektrisches Substrat, das Keramik, Glas oder Glaskeramik umfasst.Typically, the surface mount fuse further comprises a dielectric substrate comprising ceramic, glass, or glass-ceramic.

Ganz besonders bevorzugt umfasst das dielektrische Substrat Glas.Most preferably, the dielectric substrate comprises glass.

Wo die oberflächenmontierbare Sicherung eine Bahn aus Nickel umfasst, umfasst sie typischerweise weiter eine dünne Schicht aus Tantal unter dem Sicherungsmetall, um die Haftung zwischen Substrat und Metall zu begünstigen.Where the surface mount fuse comprises a nickel track, it typically further includes a thin layer of tantalum under the fuse metal to promote adhesion between the substrate and metal.

Typischerweise weist die dünne Tantalschicht eine Dicke von mehreren Hundert Ångström auf.Typically, the thin tantalum layer has a thickness of several hundred angstroms.

Typischerweise umfasst die oberflächenmontierbare Sicherung weiter eine Passivierungsschicht, die das Sicherungsmetall schützt.Typically, the surface mount fuse further includes a passivation layer that protects the fuse metal.

In einer Ausführungsform umfasst die Passivierungsschicht Siliziumoxinitrid.In one embodiment, the passivation layer comprises silicon oxynitride.

Wahlweise ist eine Tantalschicht über dem Sicherungsmetall und unter der Passivierungsschicht vorgesehen, um die Haftung der Passivierungsschicht am Sicherungsmetall zu begünstigen.Optionally, a tantalum layer is provided over the fuse metal and under the passivation layer to promote adhesion of the passivation layer to the fuse metal.

Wahlweise ist die Passivierungsschicht 1 bis 6 μm dick.Optionally, the passivation layer is 1 to 6 μm thick.

Typischerweise umfasst die oberflächenmontierbare Sicherung weiter eine Verkapselungsschicht aus Polyimid.Typically, the surface mount fuse further comprises a polyimide encapsulant layer.

Typischerweise ist die oberflächenmontierbare Sicherung zur Verwendung in einer Land-Grid-Array(LGA)- oder in einer Oberflächenmontage-(SMD)-Anwendung eingerichtet.Typically, the surface mount fuse is designed for use in a Land Grid Array (LGA) or surface mount (SMD) application.

Besonders typisch umfasst die oberflächenmontierbare Sicherung weiter Anschlüsse.Most typically, the surface mount fuse further includes terminals.

In einer Ausführungsform umfassen die Anschlüsse Kontaktflächen, die durch Fensteröffnungen in der Passivierungsschicht zugänglich sind.In one embodiment, the terminals include contact surfaces that are accessible through window openings in the passivation layer.

Typischerweise umfasst die oberflächenmontierbare Sicherung weiter eine Verkapselungsschicht aus einem Polyimidmaterial mit Fensteröffnungen, die allgemein denjenigen entsprechen, die in der Passivierungsschicht ausgebildet sind.Typically, the surface mount fuse further comprises an encapsulant layer of a polyimide material having window openings generally corresponding to those formed in the passivation layer.

Außerdem kann die oberflächenmontierbare Sicherung eine Schutzbeschichtung aus Benzocyclobuten (BCB) oder Epoxid umfassen.In addition, the surface mount fuse may include a protective coating of benzocyclobutene (BCB) or epoxy.

Wahlweise umfasst die oberflächenmontierbare Sicherung weiter Kupfer-(Cu-)Elektroden, die durch die Fensteröffnungen oberhalb der Kontaktflächen hindurch aufgalvanisiert sind, sodass sich die Elektroden über die Passivierungsschicht erstrecken.Optionally, the surface mount fuse further comprises copper (Cu) electrodes plated through the window openings above the contact surfaces so that the electrodes extend over the passivation layer.

Typischerweise sind die freiliegenden Teile der Cu-Elektroden 112 mit Anschlüssen mit Nickel- und Zinn(Ni/Sn)-Schichten versehen.Typically, the exposed parts are the Cu electrodes 112 provided with terminals with nickel and tin (Ni / Sn) layers.

Alternativ sind die freiliegenden Teile der Cu-Elektroden unter Verwendung einer Ball-Grid-Array(BGA)-Technik mit Anschlüssen versehen.Alternatively, the exposed portions of the Cu electrodes are provided with terminals using a Ball Grid Array (BGA) technique.

In einer beispielhaften Ausführungsform betrifft der vorliegend offenbarte Gegenstand eine Sicherung, die umfasst: ein Substrat mit jeweiligen oberen, unteren, Seiten- und Endflächen; ein längliches Sicherungselement, das auf der oberen Fläche des Substrats ausgebildet ist; ein Paar von Kontaktflächen, die an entgegengesetzten Enden des Sicherungselements einstückig mit diesem ausgebildet sind; mindestens eine Passivierungsschicht, die das Sicherungselement und mindestens einen Teil der Kontaktflächen bedeckt; eine erste und eine zweite leitfähige Elektrode, die jeweils mit einer oberen Fläche jeder des Paars von Kontaktflächen gekoppelt ist; und mindestens eine leitfähige Anschlussschicht für jede der Elektroden.In an exemplary embodiment, the presently disclosed subject matter relates to a fuse comprising: a substrate having respective top, bottom, side, and end surfaces; an elongate securing element formed on the upper surface of the substrate; a pair of contact surfaces formed integrally therewith at opposite ends of the fuse element; at least one passivation layer covering the fuse element and at least a portion of the pads; first and second conductive electrodes each coupled to an upper surface of each of the pair of pads; and at least one conductive connection layer for each of the electrodes.

In einigen Ausführungsformen können die erste und zweite leitfähige Elektrode an ihrem einen Ende jeweils mit einer aus dem Paar von Kontaktflächen gekoppelt sein. In anderen können die erste und zweite leitfähige Elektrode jeweils ein zweites Ende davon aufweisen, das sich durch die mindestens eine Passivierungsschicht erstreckt. In noch anderen kann die mindestens eine leitfähige Anschlussschicht eine Beschichtung des zweiten Endes jeder aus der ersten und zweiten leitfähigen Elektrode umfassen.In some embodiments, the first and second conductive electrodes may each be coupled at one end thereof to one of the pair of contact pads. In others, the first and second conductive electrodes may each have a second end thereof extending through the at least one passivation layer. In yet other embodiments, the at least one conductive termination layer may include a second end coating of each of the first and second conductive electrodes.

In anderen vorliegenden Alternativen können sich die erste und zweite leitfähige Elektrode entlang einer Kante davon zu jeweiligen Kantenbereichen des Substrats erstrecken. In anderen kann die mindestens eine leitfähige Anschlussschicht jeweilige Endanschlüsse umfassen, die jeweils mit jeder aus der ersten und zweiten leitfähigen Elektrode verbunden sind. In noch anderen können die erste und zweite leitfähige Elektrode entlang einer Seite davon jeweils mit einer aus dem Paar von Kontaktflächen gekoppelt sein. In einigen der anderen kann die mindestens eine leitfähige Anschlussschicht jeweilige Endanschlüsse umfassen, die jeweils mit jeder aus der ersten und zweiten leitfähigen Elektrode verbunden sind. In Alternativen davon kann die Anschlussschicht einen Teil der Seiten des Substrats an jedem seiner Enden bedecken.In other present alternatives, the first and second conductive electrodes may extend along an edge thereof to respective edge regions of the substrate. In others, the at least one conductive connection layer include respective end terminals respectively connected to each of the first and second conductive electrodes. In still others, the first and second conductive electrodes may be coupled along one side thereof to one of the pair of contact pads, respectively. In some of the others, the at least one conductive terminal layer may include respective end terminals respectively connected to each of the first and second conductive electrodes. In alternatives, the terminal layer may cover part of the sides of the substrate at each of its ends.

In anderen vorliegend offenbarten Abwandlungen kann eine solche beispielhafte Ausführungsform einer Sicherung mindestens ein Paar der Passivierungsschichten umfassen, die das Sicherungselement und die Kontaktflächen bedecken. Weiter kann die Anschlussschicht mindestens einen Teil der oberen Fläche der Passivierungsschichten bedecken und kann einen Teil der unteren Fläche und alle Endflächen des Substrats nahe jedem seiner Enden bedecken, wodurch die Anschlussschicht eine Oberflächenmontage der Sicherung ermöglicht. Noch weiter kann die Anschlussschicht einen Teil der Seiten des Substrats an jedem seiner Enden bedecken.In other modifications disclosed herein, such an exemplary embodiment of a fuse may include at least a pair of passivation layers covering the fuse element and the pads. Further, the terminal layer may cover at least a part of the upper surface of the passivation layers, and may cover a part of the lower surface and all end surfaces of the substrate near each of its ends, whereby the terminal layer enables surface mounting of the fuse. Still further, the terminal layer may cover a portion of the sides of the substrate at each of its ends.

In anderen vorliegend offenbarten Abwandlungen kann eine solche Sicherung weiter ein über jeder der Kontaktflächen durch das Paar von Passivierungsschichten hindurch ausgebildetes Fenster umfassen; wobei sich die erste und zweite leitfähige Elektrode über eine obere Fläche der Passivierungsschichten über den Kontaktflächen erstrecken können; und die Anschlussschicht mindestens einen Teil der leitfähigen Elektroden bedecken kann, der sich über die obere Fläche der Passivierungsschichten erstreckt und mindestens einen Teil der unteren Fläche des Substrats bedeckt, wodurch die Anschlussschicht die Oberflächenmontage der Sicherung ermöglicht. Noch weiter kann in einigen Fällen die Anschlussschicht einen Teil der Seiten des Substrats an jedem seiner Enden bedecken.In other modifications disclosed herein, such a fuse may further comprise a window formed over each of the pads through the pair of passivation layers; wherein the first and second conductive electrodes may extend over an upper surface of the passivation layers over the contact surfaces; and the terminal layer may cover at least a portion of the conductive electrodes extending over the top surface of the passivation layers and covering at least a portion of the bottom surface of the substrate, whereby the terminal layer enables surface mounting of the fuse. Still further, in some cases, the terminal layer may cover a portion of the sides of the substrate at each of its ends.

In noch weiteren Abwandlungen kann eine solche Sicherung weiter eine Glasschicht umfassen, welche die Passivierungsschichten bedeckt; wobei sich die erste und zweite Elektrode in Richtung der Enden des Substrats erstrecken können und dort freiliegen; und die Anschlussschicht zumindest einen Teil der oberen Fläche der Glasschicht bedecken kann und die End- und Unterflächen des Substrats nahe an jedem seiner Enden bedecken können. In einigen Alternativen können die Passivierungsschichten Polymermaterialien umfassen. In anderen können die Passivierungsschichten eins oder mehrere aus SiNO, Al2O3, SiO2, Si3N4, einem Polyimid, Benzocyclobuten und Glas umfassen.In still other variations, such a fuse may further comprise a glass layer covering the passivation layers; wherein the first and second electrodes may extend toward and be exposed to the ends of the substrate; and the terminal layer may cover at least a portion of the upper surface of the glass layer and may cover the end and bottom surfaces of the substrate near each of its ends. In some alternatives, the passivation layers may include polymeric materials. In others, the passivation layers may include one or more of SiNO, Al 2 O 3 , SiO 2 , Si 3 N 4 , a polyimide, benzocyclobutene, and glass.

In anderen vorliegend offenbarten Abwandlungen kann eine solche Sicherung weiter ein über jeder der Kontaktflächen durch die mindestens eine Passivierungsschicht ausgebildetes Fenster umfassen; wobei sich die erste und zweite leitfähige Elektrode über eine obere Fläche der mindestens einen Passivierungsschicht über den Kontaktflächen erstrecken können; und die Anschlussschicht mindestens einen Teil der leitfähigen Elektroden bedecken kann, der sich über die obere Fläche der mindestens einen Passivierungsschicht erstreckt, wodurch die Anschlussschicht die Grid-Array-Montage der Sicherung ermöglicht.In other modifications disclosed herein, such a fuse may further comprise a window formed over each of the pads through the at least one passivation layer; wherein the first and second conductive electrodes may extend over an upper surface of the at least one passivation layer over the contact surfaces; and the attachment layer may cover at least a portion of the conductive electrodes extending over the top surface of the at least one passivation layer, whereby the attachment layer enables grid array mounting of the fuse.

In anderen vorliegenden Alternativen können das Sicherungselement und die Kontaktflächen als einstückige mehrfache Schichten von Klebstoff- und leitfähigen Materialien ausgebildet sein. Weiter können die erste und zweite leitfähige Elektrode an ihrem einen Ende mit der Nickelschicht jeweils einer aus dem Paar von Kontaktflächen gekoppelt sein. Noch weiter können das Sicherungselement und die Kontaktflächen als einstückige Schicht aus mindestens einem aus Kupfer, Nickel, Kobalt und Eisen oder Legierungen davon ausgebildet sein. Auch können in einigen Alternativen die erste und zweite leitfähige Elektrode leitfähiges Metall umfassen. Noch weiter können die erste und zweite leitfähige Elektrode Kupferelektroden umfassen. In anderen Anordnungen kann das Substrat eins aus Glas, Glaskeramik, Keramik, Silizium und Polymermaterial umfassen. Weiter kann die leitfähige Anschlussschicht ein Anschlussmetall umfassen. Auch kann das Anschlussmetall Schichten aus Nickel und Zinn umfassen.In other present alternatives, the fuse element and contact pads may be formed as one-piece multiple layers of adhesive and conductive materials. Further, the first and second conductive electrodes may be coupled at one end thereof to the nickel layer of one of the pair of contact surfaces, respectively. Still further, the fuse element and the contact surfaces may be formed as a one-piece layer of at least one of copper, nickel, cobalt and iron or alloys thereof. Also, in some alternatives, the first and second conductive electrodes may comprise conductive metal. Still further, the first and second conductive electrodes may comprise copper electrodes. In other arrangements, the substrate may comprise one of glass, glass ceramic, ceramic, silicon, and polymeric material. Furthermore, the conductive connection layer may comprise a connection metal. Also, the terminal metal may include layers of nickel and tin.

Zusätzliche Ziele und Vorteile des vorliegenden Gegenstands werden hierin in der detaillierten Beschreibung dargelegt oder sind jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen daraus ersichtlich. Auch ist weiterhin durch jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen zu beachten, dass Änderungen und Abwandlungen an dessen spezifisch dargestellten, herangezogenen und diskutierten Merkmalen und Schritten in verschiedenen Ausführungsformen und Anwendungen dieses Gegenstands mit Bezug darauf praktiziert werden können, ohne von deren Sinn und Umfang abzuweichen. Zu solchen Abwandlungen können Ersetzen der gezeigten, bezogenen oder diskutierten Mittel und Merkmale, Materialien oder Schritte durch äquivalente sowie die funktionelle, einsatzmäßige Umkehr oder die der Position von verschiedenen Teilen, Merkmalen, Schritten oder Ähnlichem gehören, sind jedoch nicht beschränkt darauf.Additional objects and advantages of the present subject matter will be set forth in the detailed description herein or may be apparent to those of ordinary skill in the art. It will also be appreciated by those of ordinary skill in the art that changes and modifications to the specific illustrated, referenced and discussed features and steps in various embodiments and applications of this subject matter may be practiced with respect thereto without departing from the spirit and scope thereof. Such modifications may include, but are not limited to, replacement of the shown, referenced or discussed means and features, materials or steps by equivalent and functional, operational reversal or location of various parts, features, steps or the like.

Noch weiter versteht sich, dass verschiedene Ausführungsformen, ebenso wie verschiedene im Vorliegenden bevorzugte Ausführungsformen der offenbarten Technik verschiedene Kombinationen oder Ausführungen vorliegend dargelegter Merkmale oder Elemente oder ihrer Äquivalente enthalten können (einschließlich Kombinationen von Merkmalen oder Ausführungen davon, die nicht ausdrücklich in den Figuren gezeigt oder in der detaillierten Beschreibung angegeben wurden).Still further, it is to be understood that various embodiments, as well as various preferred embodiments of the disclosed technique herein, will employ various combinations or embodiments of the features set forth herein Elements or their equivalents (including combinations of features or embodiments thereof not expressly shown in the figures or detailed in the description).

Jemand mit gewöhnlichem Fachwissen wird die Merkmale und Aspekte des vorliegend offenbarten Gegenstands nach Durchsicht der übrigen Beschreibung besser verstehen.One having ordinary skill in the art will better understand the features and aspects of the subject matter disclosed herein after reviewing the remaining description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Eine vollständige und erhellende Beschreibung des vorliegend offenbarten Gegenstands einschließlich dessen bester Form, die sich an jemanden mit gewöhnlichem Fachwissen richtet, ist in der Spezifikation gegeben, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht, in denen:A full and enlightening description of the presently-disclosed subject matter, including the best mode thereof, which is directed to one of ordinary skill in the art, is provided in the specification which refers to the accompanying drawings, in which:

1 eine teilweise Schnittansicht einer beispielhaften ersten Ausführungsform einer Niedrigstrom-Sicherung gemäß der vorliegenden Technik darstellt; 1 FIG. 4 is a partial sectional view of an exemplary first embodiment of a low current fuse according to the present technique; FIG.

2 eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten beispielhaften Sicherungs-Ausführungsform von 1 darstellt; 2 a perspective view of the assembled exemplary fuse embodiment of 1 represents;

3 eine Explosionsansicht der beispielhaften Sicherungs-Ausführungsform von 1 darstellt; 3 an exploded view of the exemplary fuse embodiment of 1 represents;

4A eine teilweise Schnittansicht einer beispielhaften zweiten Ausführungsform einer Niedrigstrom-Sicherung gemäß der vorliegenden Technik darstellt, die zur Verwendung bei der Oberflächenmontage eingerichtet ist; 4A Fig. 10 is a partial sectional view of an exemplary second embodiment of a low current fuse according to the present technique configured for use in surface mounting;

4B einen vergrößerten Teil des Kontaktflächenbereichs der Ausführungsform von 4A darstellt; 4B an enlarged portion of the contact surface area of the embodiment of 4A represents;

5 eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten beispielhaften Sicherungs-Ausführungsform von 4A darstellt; 5 a perspective view of the assembled exemplary fuse embodiment of 4A represents;

6 eine teilweise Schnittansicht einer beispielhaften dritten Ausführungsform einer Niedrigstrom-Sicherung gemäß der vorliegenden Technik darstellt, die zur Verwendung bei der Oberflächenmontage eingerichtet ist; 6 Fig. 10 is a partial sectional view of an exemplary third embodiment of a low current fuse according to the present technique configured for use in surface mounting;

7 eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten beispielhaften Sicherungs-Ausführungsform von 6 darstellt, die eine alternative Anschlussausbildung zeigt; und 7 a perspective view of the assembled exemplary fuse embodiment of 6 showing an alternative connection training; and

8 eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten beispielhaften Sicherungs-Ausführungsform von 6 darstellt. 8th a perspective view of the assembled exemplary fuse embodiment of 6 represents.

Wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der gesamten vorliegenden Beschreibung und den angefügten Zeichnungen soll dieselben oder analoge Merkmale, Schritte oder andere Elemente der vorliegenden Technik repräsentieren.Repeated use of reference numbers throughout the present specification and the attached drawings is intended to represent the same or analogous features, steps, or other elements of the present technique.

Genaue Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed Description of the Preferred Embodiments

Wie in der Zusammenfassung der Erfindung angegeben, richten sich Aspekte des vorliegenden Gegenstands auf ein verbessertes Niedrigstrom-Sicherungsbauteil.As indicated in the summary of the invention, aspects of the present subject matter are directed to an improved low current fuse component.

Nun stellt mit Bezug auf die Zeichnung 1 eine Schnittansicht einer beispielhaften ersten Ausführungsform einer Niedrigstrom-Sicherung, allgemein 100, gemäß der vorliegenden Technik dar. Die Niedrigstrom-Sicherung 100 ist aus einer Anzahl von Schichten aufgebaut, beginnend mit einer Glaskeramikschicht, die dem Substrat 102 entspricht. Ein Glassubstrat ist bevorzugt, aber eine beliebige Keramik, wie etwa Aluminiumoxid- oder andere Keramik, Silizium (Si), ein Polymersubstrat mit geeigneten thermischen Eigenschaften (mit oder ohne geeignete Passivierungsschichten) oder Glaskeramikmaterial können verwendet werden.Now notes with reference to the drawing 1 a sectional view of an exemplary first embodiment of a low-current fuse, in general 100 , in accordance with the present technique. The low current fuse 100 is made up of a number of layers, starting with a glass-ceramic layer facing the substrate 102 equivalent. A glass substrate is preferred, but any ceramic such as alumina or other ceramic, silicon (Si), a polymer substrate having suitable thermal properties (with or without suitable passivation layers), or glass-ceramic material may be used.

Das Sicherungselement 104 mit der Klebstoffschicht 105 und einstückig mit ihm verbundenen Kontaktflächen 106 (nur eine in 1 sichtbar), die an jedem seiner Enden ausgebildet sind, wird durch Sputtern auf das Substrat 102 oder andere physikalische Gasphasenabscheidungstechnik und dann durch Strukturieren von Schichten von Sicherungsmetall hergestellt. Verschiedene Metalle können für die Sicherung verwendet werden, einschließlich Kupfer, das hohe Leitfähigkeit und Duktilität aufweist. Nickel (Ni) hat sich als guter Kandidat herausgestellt, insbesondere für Sicherungen für sehr niedrige Ströme, wobei anzumerken ist, dass Nickel einen steilen Anstieg des spezifischen Widerstands mit der Temperatur zeigt. Ohne an irgendeine besondere Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass dies auf seine ferromagnetischen Eigenschaften zurückzuführen ist. Von anderen magnetischen Materialien, wie etwa Kobalt und einigen Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis, wird angenommen, dass sie vorteilhaft sind. Somit können in alternativen Ausführungsformen andere magnetische Metalle (Ni, Ca, Fe oder ihre Legierungen) verwendet werden.The fuse element 104 with the adhesive layer 105 and integral with it contact surfaces 106 (only one in 1 visible) formed at each of its ends is sputtered onto the substrate 102 or other physical vapor deposition technique and then fabricated by patterning layers of fuse metal. Various metals can be used for the fuse, including copper, which has high conductivity and ductility. Nickel (Ni) has proven to be a good candidate, especially for very low current fuses, although it should be noted that nickel shows a steep rise in resistivity with temperature. Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that this is due to its ferromagnetic properties. Other magnetic materials, such as cobalt and some nickel and cobalt based alloys, are believed to be advantageous. Thus, in alternative embodiments, other magnetic metals (Ni, Ca, Fe or their alloys) may be used.

Diese Metalle weisen relativ niedrige ohmsche Erwärmung und hohe Beständigkeit gegen Elektromigration und andere Diffusion und thermisch aktivierte Degradierungsvorgänge auf. Nickel und Kobalt weisen auch hohe Duktilität und Korrosionsbeständigkeit in Luft, Wasser und Chloriden auf, was zuverlässigen Betrieb sogar in feuchten, gemäßigt korrosiven Umgebungen vorsieht.These metals have relatively low ohmic heating and high resistance to electromigration and other diffusion and thermally activated degradation processes. Nickel and cobalt also exhibit high ductility and corrosion resistance in air, water and chlorides, providing reliable operation even in humid, moderately corrosive environments.

Es ist jedoch anzumerken, dass zum Beispiel auch andere Metalle mit geeigneten Widerständen/Schmelzpunkten verwendet werden können. It should be noted, however, that, for example, other metals with suitable resistances / melting points can be used.

Die Dicke des Sicherungselements 104 kann variieren, zum Beispiel von 0,2–2 μm. Diese Dicken können relativ leicht mit akzeptablen Toleranzen aufgebracht werden. Haftschichten, darunter, jedoch nicht darauf beschränkt, Ta, Cr, TaN, TiW, Ti, TiN, oberhalb und/oder unterhalb des Sicherungsmaterials können auch verwendet werden. Vorzugsweise kann eine dünne Haftschicht aus Tantal (Ta) verwendet werden, um die Haftung am Substrat zu begünstigen.The thickness of the fuse element 104 may vary, for example from 0.2-2 μm. These thicknesses can be applied relatively easily with acceptable tolerances. Adhesive layers including, but not limited to, Ta, Cr, TaN, TiW, Ti, TiN, above and / or below the fuse material may also be used. Preferably, a thin adhesive layer of tantalum (Ta) can be used to promote adhesion to the substrate.

Dicken für die Haftschichten 103 können zum Beispiel von 100–1000 Å variieren. Es sollte für Fachleute auch einzusehen sein, dass, während das Sicherungselement 104 als ein Element in einer geraden Linie dargestellt ist, andere Gestaltungen möglich sind, in denen zum Beispiel eine zusätzliche Länge gefordert oder wünschenswert ist. In bestimmten solcher Fälle kann ein allgemein gekrümmtes oder sinusförmiges Element vorgesehen sein.Thicknesses for the adhesive layers 103 For example, they can vary from 100-1000 Å. It should also be appreciated by those skilled in the art that while the fuse element 104 is shown as an element in a straight line, other configurations are possible in which, for example, an additional length is required or desirable. In certain such cases, a generally curved or sinusoidal element may be provided.

Eine Passivierungsschicht 108 aus Siliziumoxinitrid (SiNO) mit Fensteröffnungen über Kontaktflächen 106 ist über das Element 104 und die Kontaktflächen 106 gelegt. In einer beispielhaften Anordnung kann die Passivierungsschicht 108 ungefähr 1–6 μm dick sein und weist Fensteröffnungen auf, die entweder aus einer lithografischen Aufbringung der Passivierungsschicht 108 oder über Ätzen über eine Deckschicht des Passivierungsmaterials vorgesehen ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 108 aus einem beliebigen anorganischen Passivierungsmaterial ausgebildet sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Al2O3, SiO2 und Si3N4.A passivation layer 108 made of silicon oxynitride (SiNO) with window openings over contact surfaces 106 is about the element 104 and the contact surfaces 106 placed. In an exemplary arrangement, the passivation layer 108 about 1-6 microns thick and has window openings, either from a lithographic application of the passivation layer 108 or via etching over a cover layer of the passivation material. In alternative embodiments, the passivation layer 108 be formed of any inorganic passivating material, including but not limited to Al 2 O 3 , SiO 2 and Si 3 N 4 .

Um die Haftung der Passivierungsschicht an dem Sicherungsmetall darunter zu unterstützen, ist eine dünne Materialschicht hinzugefügt, typischerweise Tantal, aber wahlweise Ta, Cr, TaN, TiW, Ti, TiN. Die Wahl der geeigneten Haftschicht hängt vom Sicherungsmetall, der Passivierungsschicht und den Abscheidungstechniken ab, und ist, ohne an eine bestimmte Technologie gebunden sein zu wollen, konzipiert, Phänomene, wie etwa Gitterfehlanpassung und Restspannungen zu überwinden.To aid in the adhesion of the passivation layer to the fuse metal underneath, a thin layer of material is added, typically tantalum, but optionally Ta, Cr, TaN, TiW, Ti, TiN. The choice of suitable adhesive layer depends on the fuse metal, the passivation layer, and the deposition techniques, and without intending to be bound by any particular technology, is designed to overcome phenomena such as lattice mismatch and residual stresses.

Eine zweite Passivierungsschicht oder Schutzabdichtungsschicht 110 kann über der Passivierungsschicht 108 aufgebracht sein. Zur schnellen Abscheidung kann die zweite Passivierungsschicht 110 ein Polymer, wie etwa ein Polyimidmaterial, von beispielsweise ungefähr 5–25 μm sein und kann zum Beispiel auch mit Fensteröffnungen ausgebildet sein, die allgemein in der Abgrenzung denjenigen entsprechen, die in der Passivierungsschicht 108 ausgebildet sind. In weiteren, optionalen Ausführungsformen kann die zweite Passivierungsschicht 110 auch mit einer Schutzbeschichtung aus Benzocyclobuten (BCB), Epoxid oder einer anderen Schutzbeschichtung versehen sein.A second passivation layer or protective sealant layer 110 can over the passivation layer 108 be upset. For rapid deposition, the second passivation layer 110 For example, a polymer such as a polyimide material may be, for example, about 5-25 μm, and may be formed, for example, with window openings which generally have the same delineation as those in the passivation layer 108 are formed. In further optional embodiments, the second passivation layer 110 also be provided with a protective coating of benzocyclobutene (BCB), epoxy or other protective coating.

Die Elektroden 112 werden dann durch die Fensteröffnungen über die Kontaktflächen 106 aufgalvanisiert, sodass sich die Elektroden 112 über die Passivierungsschicht 110 erstrecken. Wo das Sicherungsmetall Kupfer ist, und sogar wo es ein anderes Material ist, wie etwa zum Beispiel Nickel, sind die Elektroden 112 zur leichteren Fertigung typischerweise aus Kupfer (Cu).The electrodes 112 are then through the window openings on the contact surfaces 106 galvanized, so that the electrodes 112 over the passivation layer 110 extend. Where the fuse metal is copper, and even where it is another material, such as nickel, for example, are the electrodes 112 for ease of fabrication typically made of copper (Cu).

Die freiliegenden Teile der Cu-Elektroden 112 werden dann mit Anschlüssen versehen, typischerweise durch Beschichten mit Nickel- und Zinn(Ni/Sn)-Schichten 114. Andere Metalle können verwendet werden und können für speziellere Anschlussanforderungen besonders geeignet sein. In alternativen Anordnungen kann die Ball-Grid-Array-(BGA-)Technik mit oder ohne Kupfer-Stud-Bumping-Technik verwendet werden.The exposed parts of the Cu electrodes 112 are then terminated, typically by coating with nickel and tin (Ni / Sn) layers 114 , Other metals may be used and may be particularly suitable for more specialized connection requirements. In alternative arrangements, the Ball Grid Array (BGA) technique may be used with or without the copper stud bumping technique.

Mit Bezug auf 2 ist eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten beispielhaften Sicherung 200 dargestellt, die gemäß der vorliegenden Technik konstruiert ist. Wie aus 2 zu ersehen, enthält die Sicherung 200 ein Substrat 202, Passivierungsschichten 208 und 210 und freiliegende Ni/Sn-Beschichtungen 214 über den Kupferelektroden (nicht gezeigt).Regarding 2 FIG. 14 is a perspective view of the assembled exemplary fuse. FIG 200 shown constructed in accordance with the present technique. How out 2 to see contains the fuse 200 a substrate 202 , Passivation layers 208 and 210 and exposed Ni / Sn coatings 214 over the copper electrodes (not shown).

Mit Bezug auf 3 ist eine Explosionsansicht einer beispielhaften Sicherung 300 dargestellt, die der beispielhaften, in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform entspricht. Die Sicherung 300 zeigt in der Explosionsansicht das Substrat 302 und stellt deutlicher das Paar von Kontaktflächen 306, 306' dar, das mit dem Sicherungselement 304 verbunden ist und an jeweiligen entgegengesetzten Längsenden davon positioniert ist. Weiter sind die Öffnungen 318, 318' und 320, 320 in den Passivierungsschichten 308 bzw. 310 vollständiger veranschaulicht. Es ist einzusehen, dass die Öffnungen 318 und 320 im Wesentlichen flächengleich und gleichförmig über der Kontaktfläche 306 ausgerichtet sind. Die Öffnungen 318' und 320' (an den entgegengesetzten Enden der Passivierungsschichten 308, 310) liegen ähnlich bezüglich der Kontaktfläche 306.Regarding 3 is an exploded view of an exemplary fuse 300 represented, the exemplary, in the 1 and 2 shown embodiment corresponds. The fuse 300 shows in the exploded view the substrate 302 and more clearly represents the pair of contact surfaces 306 . 306 ' that is with the fuse element 304 is connected and positioned at respective opposite longitudinal ends thereof. Next are the openings 318 . 318 ' and 320 . 320 in the passivation layers 308 respectively. 310 more fully illustrated. It can be seen that the openings 318 and 320 substantially coextensive and uniform over the contact surface 306 are aligned. The openings 318 ' and 320 ' (at the opposite ends of the passivation layers 308 . 310 ) are similar with respect to the contact surface 306 ,

Nun ist mit Bezug auf 4A eine Schnittansicht einer beispielhaften zweiten Ausführungsform einer Niedrigstrom-Sicherung, allgemein 400, gemäß der vorliegenden Technik dargestellt. Die Niedrigstrom-Sicherung 400 ist aus einer Anzahl von Schichten im Wesentlichen in derselben Weise aufgebaut wie zuvor bezüglich 1 dargestellt, beginnend mit einer Glas-, Keramik- oder Glaskeramik-Substratschicht 402.Now, with respect to 4A a sectional view of an exemplary second embodiment of a low-current fuse, in general 400 , shown in accordance with the present technique. The low-current fuse 400 is composed of a number of layers in substantially the same manner as previously 1 shown, starting with a glass, ceramic or glass ceramic substrate layer 402 ,

Das Sicherungselement 404 und die einstückig damit verbundenen Kontaktflächen 406 an jedem seiner Enden sind durch Sputtern auf das Substrat 402 und dann durch Strukturieren einer Sicherungsmetall-Bahn, wie etwa einer Schicht aus Kupfer oder Nickel, mit Haftschichten aus Tantal (Ta) darunter und darüber ausgebildet. Wie Fachleute verstehen werden, können die Haftschichten (vorliegend nicht gekennzeichnet, aber wie diejenigen, die durch die Schichten 103 und 105 in Verbindung mit den 1 und 3 repräsentiert sind) nach dem vorliegend offenbarten Gegenstand auch in Verbindung mit der Ausführungsform der vorliegenden 4A ausgeführt sein. Wie besser bei dem vergrößerten, in 4B dargestellten Kontaktflächenbereich zu sehen, sind in einer beispielhaften Anordnung eine erste Ta-Schicht 416, gefolgt von einer Ni-Schicht 426 und einer zweiten Ta-Schicht 436, die sich miteinander zu einer Dicke von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 μm kombinieren können, über ein Glassubstrat 402 gesputtert. Wie bei der Sicherung 100 von 1 können in alternativen Ausführungsformen magnetische Metalle, wie etwa Ni, Co, Fe oder ihre Legierungen oder andere Metalle, wie etwa Kupfer, mit geeigneten Widerständen/Schmelzpunkten verwendet werden. Ähnlich können, ebenfalls mit Bezug auf 1, auch andere Haftschichten oberhalb und/oder unterhalb des Sicherungsmaterials verwendet werden.The fuse element 404 and the integrally connected contact surfaces 406 at each of its ends are by sputtering on the substrate 402 and then formed by patterning a security metal trace, such as a layer of copper or nickel, with tantalum (Ta) tie layers below and above. As will be understood by those skilled in the art, the subbing layers (not marked herein, but such as those passing through the layers 103 and 105 in conjunction with the 1 and 3 in the presently disclosed subject matter also in connection with the embodiment of the present invention 4A be executed. How better at the enlarged, in 4B seen contact surface area are, in an exemplary arrangement, a first Ta layer 416 followed by a Ni layer 426 and a second Ta layer 436 , which can combine with each other to a thickness of about 0.1 to about 10 microns, over a glass substrate 402 sputtered. As with the fuse 100 from 1 For example, in alternative embodiments, magnetic metals, such as Ni, Co, Fe or their alloys, or other metals, such as copper, having suitable resistances / melting points may be used. Similarly, with reference also to 1 , other adhesive layers above and / or below the fuse material may also be used.

Gemäß dieser zweiten Ausführungsform ist ein Oberflächenmontage-Bauteil (SMD) durch Variieren des Elektrodenaufbaus gegenüber dem zuvor in Verbindung mit den 1–3 dargestellten vorgesehen. Gemäß der zweiten Ausführungsform kann das Elektrodenmaterial 446 oberhalb der Sicherungsmetallschicht 426 (typischerweise Nickel oder Kupfer) und in Kontakt damit vorgesehen und so positioniert sein, dass es im Wesentlichen die Ni-Schicht 406 bedeckt und sich zu einem Kantenbereich 450 des Substrats 402 erstreckt. In einer beispielhaften Anordnung kann das Elektrodenmaterial 446 Kupfer (Cu) sein und über die Ni-Schicht 416 galvanisiert sein. Andere Verfahren zum Vorsehen der Cu-Schicht 446 können auch verwendet werden, wie Fachleute einsehen würden. Es sollte auch einzusehen sein, dass die Elektroden aus anderen leitfähigen Materialien als Kupfer hergestellt sein können. Außerdem ist anzumerken, dass dieses zusätzliche Elektrodenmaterial nicht wesentlich ist, da die Materialien, aus denen die Kontaktflächen und die Sicherung ausgebildet sind, selber leitend sind.According to this second embodiment, a surface mount device (SMD) is made by varying the electrode structure from that previously described in connection with FIGS 1 - 3 provided provided. According to the second embodiment, the electrode material 446 above the backup metal layer 426 (typically nickel or copper) and in contact therewith and positioned so as to be substantially the Ni layer 406 covered and become an edge area 450 of the substrate 402 extends. In an exemplary arrangement, the electrode material 446 Copper (Cu) and over the Ni layer 416 be galvanized. Other methods of providing the Cu layer 446 can also be used, as professionals would see. It should also be understood that the electrodes may be made of conductive materials other than copper. In addition, it should be noted that this additional electrode material is not essential, since the materials of which the contact surfaces and the fuse are formed are themselves conductive.

Nach dem Aufbringen des Elektrodenmaterials 446 wird eine erste Passivierungsschicht 408 aus Siliziumoxinitrid (SiNO), gefolgt von einer zweiten Passivierungsschicht oder Schutzabdichtungsschicht 410 über der Passivierungsschicht 408 aufgebracht. Schließlich kann eine Glasabdeckung 412 oder alternativ ein anderes isolierendes Material aufgebracht werden. In dieser Ausführungsform sind keine Fensteröffnungen (wie bezüglich der ersten Ausführungsform dargestellt) erforderlich; jedoch können Fenster ausgebildet sein, um eine Elektrode aufzunehmen, wie später bezüglich der in 6 dargestellten Ausführungsformen beschrieben wird. Endanschlüsse 442, 444 zum Ermöglichen der Oberflächenmontage des fertiggestellten Bauteils können dann unter Verwendung von Techniken aufgebracht werden, die Fachleuten wohl bekannt sind.After application of the electrode material 446 becomes a first passivation layer 408 silicon oxynitride (SiNO) followed by a second passivation layer or protective sealant layer 410 above the passivation layer 408 applied. Finally, a glass cover 412 or alternatively another insulating material may be applied. In this embodiment, no window openings (as shown with respect to the first embodiment) are required; however, windows may be formed to receive an electrode as discussed later in relation to FIGS 6 illustrated embodiments will be described. End Connections 442 . 444 to enable surface assembly of the finished component can then be applied using techniques well known to those skilled in the art.

Mit Bezug auf 5 ist eine perspektivische Ansicht einer zusammengebauten beispielhaften Sicherung 400 dargestellt, die gemäß der vorliegenden Technik konstruiert ist. Wie aus 5 zu ersehen, enthält die Sicherung 400 ein Substrat 402, Passivierungsschichten 408 und 410 und eine Glasabdeckung 412. Endanschlüsse 442, 444 werden an jeweiligen Enden 452, 454 des Bauteils 400 angebracht und bedecken, wie in 5 dargestellt, Teile sowohl der oberen Fläche 456 als auch der unteren Fläche 458. Endanschlussmaterial kann wahlweise auf den Seitenflächen aufgebracht werden, wie in 8 dargestellt. Die Endanschlüsse 442, 444 können Cu-Anschlüssen entsprechen und können Beschichtungen (nicht getrennt dargestellt) aus Material wie etwa Ni/Sn oder anderen Lötmaterialkombinationen enthalten, um das Befestigen des fertiggestellten Bauteils auf einer Leiterplatte zu unterstützen, zum Beispiel unter Verwendung bekannter Löt- oder anderer Befestigungstechniken.Regarding 5 FIG. 13 is a perspective view of an assembled exemplary fuse. FIG 400 shown constructed in accordance with the present technique. How out 5 to see contains the fuse 400 a substrate 402 , Passivation layers 408 and 410 and a glass cover 412 , End Connections 442 . 444 be at respective ends 452 . 454 of the component 400 appropriate and cover as in 5 shown, parts of both the upper surface 456 as well as the lower surface 458 , End connection material can optionally be applied to the side surfaces, as in 8th shown. The end connections 442 . 444 may correspond to Cu terminals and may include coatings (not shown separately) of material such as Ni / Sn or other combinations of solder material to assist in securing the finished component to a printed circuit board using, for example, known soldering or other fastening techniques.

Nun ist mit Bezug auf 6 eine Schnittansicht einer beispielhaften dritten Ausführungsform einer Niedrigstrom-Sicherung, allgemein 600, gemäß der vorliegenden Technik dargestellt. Die Niedrigstrom-Sicherung 600 ist aus einer Anzahl von Schichten im Wesentlichen in derselben Weise aufgebaut wie zuvor bezüglich der 1 und 3 dargestellt, beginnend mit einer dielektrischen Schicht, wie etwa Glas, Keramik oder Glaskeramik, die dem Substrat 602 entspricht.Now, with respect to 6 a sectional view of an exemplary third embodiment of a low-current fuse, in general 600 , shown in accordance with the present technique. The low-current fuse 600 is composed of a number of layers in substantially the same way as previously with respect to FIG 1 and 3 shown starting with a dielectric layer, such as glass, ceramic or glass-ceramic, which is the substrate 602 equivalent.

Gemäß dieser dritten Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands ist ein Oberflächenmontage-Bauteil (SMD) durch Variieren des Elektrodenaufbaus gegenüber dem zuvor in Verbindung mit den 4–5 dargestellten vorgesehen. Gemäß der dritten Ausführungsform kann das Elektrodenmaterial 646 oberhalb der metallischen Schicht 606 und in Kontakt damit vorgesehen und so positioniert sein, dass es einen Teil der metallischen Schicht 606 bedeckt. Das Elektrodenmaterial 646 erstreckt sich nach oben, wie im Schnittbereich 646' dargestellt, möglicherweise durch Fenster in den Passivierungsschichten 608, 610, um sich zumindest zur Fläche der oberen Passivierungsschicht 610 zu erstrecken. Endanschlüsse 642, 644 zum Ermöglichen der Oberflächenmontage des fertiggestellten Bauteils können dann unter Verwendung von Techniken aufgebracht werden, die Fachleuten wohl bekannt sind, wie zuvor bezüglich der 4A und 5 beschrieben.According to this third embodiment of the present invention, a surface mount device (SMD) is made by varying the electrode structure from that previously described in connection with FIGS 4 - 5 provided provided. According to the third embodiment, the electrode material 646 above the metallic layer 606 and be provided in contact therewith and positioned so that it forms part of the metallic layer 606 covered. The electrode material 646 extends upwards, as in the cutting area 646 ' possibly through windows in the passivation layers 608 . 610 at least to the surface of the upper passivation layer 610 to extend. End Connections 642 . 644 to enable the Surface assembly of the finished component may then be applied using techniques well known to those skilled in the art, as previously described with respect to U.S. Pat 4A and 5 described.

In der in den 6 und 8 dargestellten Ausführungsform kann sich das Anschlussmaterial 642, 842, 644, 844, 852 nicht nur entlang den Enden, oberen und unteren Flächen des fertiggestellten Bauteils erstrecken, sondern auch entlang den Seiten, wie in 8 bei 862, 864 dargestellt.In the in the 6 and 8th illustrated embodiment, the connection material 642 . 842 . 644 . 844 . 852 not only along the ends, upper and lower surfaces of the finished component, but also along the sides, as in FIG 8th at 862 . 864 shown.

Mit Bezug auf 7 ist eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten beispielhaften Sicherung 700 dargestellt, die gemäß der vorliegenden Technik konstruiert ist und eine alternative Anschlussausbildung vorsieht, bei der das Anschlussmaterial 742, 752, 744 auf die Enden und die obere und die untere Fläche des fertiggestellten Bauteils beschränkt ist.Regarding 7 FIG. 14 is a perspective view of the assembled exemplary fuse. FIG 700 shown constructed in accordance with the present technique and provides an alternative connection training, in which the connection material 742 . 752 . 744 is limited to the ends and the upper and lower surfaces of the finished component.

Die Theorie und die sich ergebenden Gleichungen zum Berechnen geeigneter Maße (Dicke, Länge und Breite für den Metallstreifen, der als Sicherung dienen soll) sind wohl verstanden.The theory and resulting equations for calculating appropriate dimensions (thickness, length and width for the metal strip to serve as a backup) are well understood.

BeispieleExamples

Mit Bezug auf 1 richten sich die folgenden bevorzugten Ausführungsformen auf das Vorsehen von Niedrigstrom-Sicherungen 100, die ausgelegt sind, auszulösen, wenn sie Strömen ausgesetzt sind, die einen Maximalstrom von zwischen 0,1 und 0,5 Ampere überschreiten.Regarding 1 The following preferred embodiments are directed to the provision of low current fuses 100 which are designed to trip when exposed to currents exceeding a maximum current of between 0.1 and 0.5 amperes.

Die Maße müssen genau reproduzierbar sein, und die Sicherungen müssen eine hohe Beständigkeit gegen Elektromigration aufweisen. Genaue Niedrigstrom-Sicherungen dieses Typs sind erzielbar durch Aufbringen eines Sicherungselements 104, das aus einer 3 bis 20 μm (Mikron, Mikrometer) breiten Bahn aus Nickel oder Kupfer mit einer vorgegebenen Dicke im Bereich von 0,2 bis 2 μm besteht und vorzugsweise einstückig damit ausgebildete Kontaktflächen 106 aufweist.The dimensions must be exactly reproducible and the fuses must have high resistance to electromigration. Accurate low-current fuses of this type can be achieved by applying a fuse element 104 which consists of a 3 to 20 microns (microns, microns) wide sheet of nickel or copper having a predetermined thickness in the range of 0.2 to 2 microns and preferably integrally formed therewith contact surfaces 106 having.

Vorzugsweise wird zuerst eine dünne Schicht 103 aus Tantal aufgebracht, um eine gute Haftung zu erhalten und Wechselwirkung zwischen Substrat 102 und Nickel-Sicherungselement 104 zu verhindern.Preferably, first a thin layer 103 made of tantalum to obtain good adhesion and interaction between substrate 102 and nickel fuse element 104 to prevent.

Das gewählte Substrat 102 war Glas. Es ist anzumerken, dass eine Vielfalt von Gläsern, Keramiken oder Glaskeramiken verwendet werden kann.The chosen substrate 102 was glass. It should be noted that a variety of glasses, ceramics or glass ceramics can be used.

Die dünne Tantalschicht 103 kann durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht werden und typischerweise eine Dicke von mehreren Hundert Ångström aufweisen.The thin tantalum layer 103 can be applied by physical vapor deposition (PVD) and typically have a thickness of several hundred angstroms.

Es hat sich herausgestellt, dass für solche fragilen Sicherungen eine Verkapselung mit Polyimid geeignet ist.It has been found that encapsulation with polyimide is suitable for such fragile fuses.

Eine Schutzschicht aus Siliziumoxinitrid kann zuerst durch chemische Gasphasenabscheidung über dem Nickel-Sicherungselement 104 zum Passivieren aufgebracht werden, und dann kann eine zweite Schicht 110 aus Polyimid über der Passivierungsschicht 108 aufgebracht werden.A protective layer of silicon oxynitride may first be deposited by chemical vapor deposition over the nickel fuse element 104 can be applied to passivate, and then a second layer 110 of polyimide over the passivation layer 108 be applied.

Vorzugsweise wird eine zweite Tantalschicht über dem Sicherungsmetall und unter der Passivierungsschicht aufgebracht, um gute Haftung der Passivierungsschicht zu erhalten und Wechselwirkung zwischen dem Sicherungselement 104 und der Passivierungsschicht zu verhindern.Preferably, a second tantalum layer is applied over the fuse metal and under the passivation layer to obtain good adhesion of the passivation layer and interaction between the fuse element 104 and to prevent the passivation layer.

Die Gesamtmaße dieser Bauteile nach dem Packaging können weniger als 2 mm × 3 mm und bis hinunter zu 1 mm × 0,5 mm betragen, was ermöglicht, dass sie in kleinen Vorrichtungen oberflächenmontiert werden können.The overall dimensions of these components after packaging may be less than 2mm x 3mm and down to 1mm x 0.5mm, allowing them to be surface mounted in small devices.

Während der vorliegende Gegenstand mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen davon genau beschrieben wurde, ist zu beachten, dass ein Fachmann, nachdem er das oben Gesagte verstanden hat, leicht Änderungen, Abwandlungen und Äquivalente dieser Ausführungsformen herstellen kann. Dementsprechend besteht der Umfang dieser Offenbarung eher als Beispiel denn als Einschränkung, und der Gegenstand der Offenbarung schließt nicht die Einbeziehung solcher Änderungen, Abwandlungen und/oder Ergänzungen zum vorliegenden Gegenstand aus, die jemandem mit gewöhnlichem Fachwissen offensichtlich wären.While the present subject matter has been described in detail with respect to specific embodiments thereof, it should be understood that one skilled in the art, after understanding the above, can readily make changes, modifications and equivalents to these embodiments. Accordingly, the scope of this disclosure is intended to be exemplary rather than limiting, and the subject matter of the disclosure does not preclude the inclusion of such changes, modifications and / or additions to the present subject matter that would be obvious to those of ordinary skill in the art.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (24)

Oberflächenmontierbare Sicherung, ausgelegt für 0,025 bis 0,125 Ampere.Surface mount fuse designed for 0.025 to 0.125 amps. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 1, ausgelegt, auszulösen, wenn sie einem maximalen Strom im Bereich von ungefähr 0,06 bis 0,5 Ampere ausgesetzt ist.A surface mount fuse according to claim 1 adapted to trip when exposed to a maximum current in the range of about 0.06 to 0.5 amperes. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 1, umfassend ein Sicherungselement, das aus einer Bahn aus Nickel oder Kupfer im Bereich von 3 bis 20 μm Breite und 0,2 bis 2 μm Dicke besteht.A surface mount fuse according to claim 1, comprising a fuse element made of a sheet of nickel or copper in the range of 3 to 20 μm in width and 0.2 to 2 μm in thickness. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 3, weiter umfassend ein dielektrisches Substrat, welches das Sicherungselement trägt, wobei das dielektrische Substrat ein Material umfasst, das aus der Gruppe, die Keramik, Glas und Glaskeramik umfasst, gewähltist.The surface mount fuse of claim 3, further comprising a dielectric substrate supporting the fuse element, wherein the dielectric substrate comprises a material selected from the group consisting of ceramic, glass, and glass-ceramic. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 4, wobei das dielektrische Substrat Glas umfasst.The surface mount fuse of claim 4, wherein the dielectric substrate comprises glass. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 3, weiter umfassend eine dünne Schicht aus Tantal unterhalb des Sicherungsmetalls.The surface mount fuse of claim 3, further comprising a thin layer of tantalum below the fuse metal. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 6, wobei die dünne Tantalschicht eine Dicke von einigen Hundert Ångström aufweist.The surface mount fuse of claim 6, wherein the thin tantalum layer has a thickness of a few hundred angstroms. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 3, weiter umfassend eine Passivierungsschicht zum Schutz des Nickels oder Kupfers.The surface mount fuse of claim 3, further comprising a passivation layer for protecting the nickel or copper. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 8, wobei die Passivierungsschicht Siliziumoxinitrid umfasst.The surface mount fuse of claim 8, wherein the passivation layer comprises silicon oxynitride. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 9, wobei die Passivierungsschicht 1 bis 6 μm dick ist.A surface mount fuse according to claim 9, wherein said passivation layer is 1 to 6 μm thick. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 9, wobei eine haftende Schicht zwischen dem Sicherungsmetall und der Passivierungsschicht aufgebracht ist.The surface mount fuse of claim 9, wherein an adhesive layer is deposited between the fuse metal and the passivation layer. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 11, wobei die haftende Schicht Tantal umfasst.The surface mount fuse of claim 11, wherein the adhesive layer comprises tantalum. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 9, weiter umfassend eine Verkapselungsschicht aus Polyimid.The surface mount fuse of claim 9 further comprising a polyimide encapsulant layer. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 1, gestaltet zur Verwendung in einer Land-Grid-Array-(LGA-) oder in einer Oberflächenmontage-(SMD-)Anwendung.The surface mount fuse of claim 1 designed for use in a land grid array (LGA) or surface mount (SMD) application. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 3, weiter Anschlüsse umfassend.A surface mount fuse according to claim 3 further comprising terminals. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 15, wobei die Anschlüsse Kontaktflächen an jedem Ende des Sicherungselements umfassen, die durch Fensteröffnungen in der Passivierungsschicht zugänglich sind.The surface mount fuse of claim 15, wherein the terminals include contact surfaces at each end of the fuse element that are accessible through window openings in the passivation layer. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 16, weiter umfassend eine Verkapselungsschicht aus einem Polyimidmaterial mit zusätzlichen Fensteröffnungen, die allgemein den Fensteröffnungen entsprechen, die in der Passivierungsschicht ausgebildet sind.The surface mount fuse of claim 16, further comprising an encapsulant layer of a polyimide material having additional window openings generally corresponding to the window openings formed in the passivation layer. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 16, weiter umfassend eine Schutzbeschichtung aus Benzocyclobuten (BCB) oder Epoxid.The surface mount fuse of claim 16, further comprising a protective coating of benzocyclobutene (BCB) or epoxy. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 16, weiter umfassend Kupfer(Cu)-Elektroden, die durch die Fensteröffnungen oberhalb der Kontaktflächen hindurch so aufgalvanisiert sind, dass sich die Elektroden über die Passivierungsschicht erstrecken.The surface mount fuse of claim 16, further comprising copper (Cu) electrodes plated through the window openings above the contact surfaces such that the electrodes extend over the passivation layer. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 19, wobei die freiliegenden Teile der Cu-Elektroden 112 mit Anschlüssen mit Nickel- und Zinn-(Ni/Sn-)Schichten versehen sind.A surface mount fuse according to claim 19, wherein the exposed portions of the Cu electrodes 112 are provided with terminals with nickel and tin (Ni / Sn) layers. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 19, wobei die freiliegenden Teile der Cu-Elektroden unter Verwendung einer Ball-Grid-Array(BGA)-Technik mit Anschlüssen versehen sind.A surface-mountable fuse according to claim 19, wherein the exposed portions of the Cu electrodes are provided with terminals using a Ball Grid Array (BGA) technique. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 16, hergestellt aus ein Bauelement mit Gesamtmaßen von nicht mehr als 3 mm × 2 mm.A surface mount fuse according to claim 16, made of a device having overall dimensions of not more than 3 mm × 2 mm. Oberflächenmontierbare Sicherung nach Anspruch 16, hergestellt als ein Bauelement mit Gesamtmaßen von nicht mehr als 1 mm × 0,5 mm.A surface mount fuse according to claim 16, fabricated as a device having overall dimensions of not more than 1mm x 0.5mm. Sicherung, umfassend: ein Substrat mit jeweiligen oberen, unteren, Seiten- und Endflächen; ein längliches Sicherungselement, das auf der besagten oberen Fläche des besagten Substrats ausgebildet ist; ein Paar von Kontaktflächen, die an entgegengesetzten Enden des besagten Sicherungselements einstückig mit diesem ausgebildet sind; mindestens eine Passivierungsschicht, die das besagte Sicherungselement und mindestens einen Teil der besagten Kontaktflächen bedeckt; eine erste und eine zweite leitfähige Elektrode, die jeweils mit einer oberen Flache jeder des besagten Paars von Kontaktflächen gekoppelt ist; und mindestens eine leitfähige Anschlussschicht für jede der besagten Elektroden.A fuse comprising: a substrate having respective top, bottom, side and end surfaces; an elongate securing element formed on said upper surface of said substrate; a pair of contact surfaces formed integrally therewith at opposite ends of said fuse element; at least one passivation layer covering said fuse element and at least a portion of said contact pads; a first and a second conductive electrode each coupled to an upper surface of each of said pair of pads; and at least one conductive connection layer for each of said electrodes.
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