JP4664905B2 - 回路保護デバイス - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は基板に表面実装するのに適する回路保護デバイス、およびそのようなデバイスのアセンブリに関する。
本発明は基板に表面実装するのに適する回路保護デバイス、およびそのようなデバイスのアセンブリに関する。
発明へのイントロダクション
抵抗に関して正の温度係数（positive temperature coefficient：ＰＴＣ）挙動を示す回路保護デバイスはよく知られている。このＰＴＣ挙動により、所定の温度、即ちスイッチング温度Ｔｓにて、抵抗が異常増加して低抵抗低温状態から高抵抗高温状態となる。通常の動作条件下では、電気回路内に負荷と直列に配置された回路保護デバイスは比較的低い抵抗および低い温度を有する。しかしながら、例えば回路での過度な電流やデバイス内に過度の熱を生じさせる状態などによって故障が起こると、デバイスは「トリップ」、即ち高抵抗高温状態に変わる。これにより、回路内の電流は劇的に減少して、他の部品が保護される。故障状態および電力が除去されると、デバイスはリセットされ、即ち低抵抗低温状態に復帰する。故障状態は他の理由のなかでもとりわけ、回路のショート、回路への追加の電力の付与、電力サージ、または外部熱源によるデバイスの過熱により起こり得る。
抵抗に関して正の温度係数（positive temperature coefficient：ＰＴＣ）挙動を示す回路保護デバイスはよく知られている。このＰＴＣ挙動により、所定の温度、即ちスイッチング温度Ｔｓにて、抵抗が異常増加して低抵抗低温状態から高抵抗高温状態となる。通常の動作条件下では、電気回路内に負荷と直列に配置された回路保護デバイスは比較的低い抵抗および低い温度を有する。しかしながら、例えば回路での過度な電流やデバイス内に過度の熱を生じさせる状態などによって故障が起こると、デバイスは「トリップ」、即ち高抵抗高温状態に変わる。これにより、回路内の電流は劇的に減少して、他の部品が保護される。故障状態および電力が除去されると、デバイスはリセットされ、即ち低抵抗低温状態に復帰する。故障状態は他の理由のなかでもとりわけ、回路のショート、回路への追加の電力の付与、電力サージ、または外部熱源によるデバイスの過熱により起こり得る。
好ましい回路保護デバイスは導電性ポリマー組成物、即ちポリマー成分およびこの成分中に分散した粒状導電性フィラーを含む組成物を含む。好ましくはポリマー成分は結晶性ポリマーを含む。トリップの間、ポリマー中の結晶子が溶融するにつれてデバイスが膨張する。最適性能のためには、ポリマーの膨張は大幅に制限されるべきでなく、さもなくばＰＴＣ異常が損なわれるということが知られている。よって、ＰＴＣ要素への電極、例えば金属箔の取付は注意深く行わなければならない。デバイスをプリント配線板などの基板上に、またはこれに通して実装する場合に余計な制限が加わると、ポリマーが膨張または収縮するときのいずれかで制限（または拘束）力が生じ得る。実質的に制限されるのを回避するため、常套のラジアル・リード付きデバイス（ＰＴＣ要素を挟持する金属箔電極にワイヤリードが取り付けられている）はしばしばリードの一部に「キンク」または他の非剛性部分を備える。このことは、基板に接触しているリードの端部が堅固に拘束され得るとしても、非剛性部分により膨張および収縮できることを意味する。例えば米国特許第４，６８５、０２５号（Carlomagno）を参照のこと。この特許文献の開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
また、表面実装デバイス（または表面実装部品、これは基板の表面に直接取り付けられる）も制限力を受け得る。例えばデバイスがプリント配線板または基板の表面に対して並行に配置され、頂部および／または底部リード（しばしば金属「ストラップ」の形態を有する）を基板にはんだ付けまたは溶接した構成を有する場合、膨張を制限しないようにリードを配置すべきである。このことは上部リードを、あらゆる制限力を最小限にするのに十分に長くまたは柔軟にすることによって実現できる。
デバイスが比較的高い電圧（例えば６０ボルト以上）に曝され、および基板上の占有面積（またはフットプリント）が比較的小さいことが望ましいいくつかの用途に対しては、デバイスを基板に対して垂直な状態で表面実装することが好ましい。このようなデバイスは２つの金属箔電極間に挟持されたＰＴＣ抵抗要素により構成され、そして電極はリードフレームまたはターミナルと接触し、リードフレームまたはターミナル自体は、はんだ付け可能なパッドまたはターミナルからのタブまたは「脚」から伸張した「足」の形態をしばしば有する他の要素を含む実装部材により基板に取り付けられる。リードフレームまたはターミナルがしっかりと実装される場合、ＰＴＣ要素に制限力が伝わって、ポリマーの膨張および／または収縮が制限され得る。このタイプのデバイスは電気通信用途に使用されることが多い。
本発明者らは、金属箔電極の一方または双方に取り付けられたリードフレームまたはターミナルが可撓性（またはフレキシブルな）部分を含むとき、表面実装デバイスに対して高電圧条件下での性能を改善できることを見出した。この可撓性部分（これは抵抗要素の少なくとも一部と重なる）は「脚」の長さに亘って延在することが効果的であり、これによりデバイスの膨張および収縮に応じて自由に曲がったり動いたりできる。
従って、第１の要旨において本発明は基板に表面実装するのに適する回路保護デバイスであって、以下を含む回路保護デバイスを提供する：
（１）次の層状ＰＴＣ抵抗要素
（ａ）導電性ポリマー組成物より構成され、
（ｂ）第１表面積を有する第１主要面と第２表面積を有する第２主要面とを有し、および
（ｃ）周縁部（または周囲）を有する、層状ＰＴＣ抵抗要素；
（２）ＰＴＣ要素の第１面に取り付けられた第１電極；
（３）ＰＴＣ要素の第２面に取り付けられた第２電極；および
（４）次の第１電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第１周縁部および第１表面積を有し、および
（ａ）（ｉ）第１表面積を有する取付面を有し、および（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられる第１取付部分、
（ｂ）（ｉ）第１取付部分と結合し、（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられておらず（または該電極への取付と無関係であり）、（ｉｉｉ）少なくとも一部は抵抗要素の周縁部内に在り、および（ｉｖ）第１表面積を有する第１可撓性部分、および
（ｃ）第１取付部分と第１可撓性部分とを結合する第１結合部分
を含み、第１取付部分が第１可撓性部分および第１結合部分の少なくとも一方と実質的に面一になっている、第１電気ターミナル。
（１）次の層状ＰＴＣ抵抗要素
（ａ）導電性ポリマー組成物より構成され、
（ｂ）第１表面積を有する第１主要面と第２表面積を有する第２主要面とを有し、および
（ｃ）周縁部（または周囲）を有する、層状ＰＴＣ抵抗要素；
（２）ＰＴＣ要素の第１面に取り付けられた第１電極；
（３）ＰＴＣ要素の第２面に取り付けられた第２電極；および
（４）次の第１電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第１周縁部および第１表面積を有し、および
（ａ）（ｉ）第１表面積を有する取付面を有し、および（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられる第１取付部分、
（ｂ）（ｉ）第１取付部分と結合し、（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられておらず（または該電極への取付と無関係であり）、（ｉｉｉ）少なくとも一部は抵抗要素の周縁部内に在り、および（ｉｖ）第１表面積を有する第１可撓性部分、および
（ｃ）第１取付部分と第１可撓性部分とを結合する第１結合部分
を含み、第１取付部分が第１可撓性部分および第１結合部分の少なくとも一方と実質的に面一になっている、第１電気ターミナル。
本発明のデバイスは一般的に基板に実装されてアセンブリを形成する。よって、第２の要旨において本発明は以下を含むアセンブリを提供する：
（Ａ）以下を含む回路保護デバイス
（１）次の層状ＰＴＣ抵抗要素
（ａ）導電性ポリマー組成物より構成され、
（ｂ）第１表面積を有する第１主要面と第２表面積を有する第２主要面とを有し、および
（ｃ）周縁部を有する、層状ＰＴＣ抵抗要素；
（２）ＰＴＣ要素の第１面に取り付けられた第１電極；
（３）ＰＴＣ要素の第２面に取り付けられた第２電極；および
（４）次の第１電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第１周縁部を有し、および
（ａ）（ｉ）第１表面積を有する取付面を有し、および（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられる第１取付部分、
（ｂ）（ｉ）第１取付部分と結合し、（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられておらず（または該電極への取付と無関係であり）、（ｉｉｉ）少なくとも一部は抵抗要素の周縁部内に在り、また、一部は抵抗要素の周縁部を越えて伸張（または延在）し、および（ｉｖ）周縁部を越えて伸張する部分に第１実装部材を含む第１可撓性部分、および
（ｃ）第１取付部分と第１可撓性部分とを結合する第１結合部分
を含み、第１取付部分が第１可撓性部分および第１結合部分の少なくとも一方と実質的に面一になっている、第１電気ターミナル；および
（５）次の第２電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第２周縁部を有し、および
（ａ）第２表面積を有する取付面を有し、少なくとも一部は第２電極に取り付けられる第２取付部分、および
（ｂ）抵抗要素の周縁部を越えて伸張する部分であって、周縁部を越えて伸張する部分に第２実装部材を含む部分
を含む第２電気ターミナル；ならびに
（Ｂ）第１および第２実装部材によりデバイスが実装されているプリント配線板。
（Ａ）以下を含む回路保護デバイス
（１）次の層状ＰＴＣ抵抗要素
（ａ）導電性ポリマー組成物より構成され、
（ｂ）第１表面積を有する第１主要面と第２表面積を有する第２主要面とを有し、および
（ｃ）周縁部を有する、層状ＰＴＣ抵抗要素；
（２）ＰＴＣ要素の第１面に取り付けられた第１電極；
（３）ＰＴＣ要素の第２面に取り付けられた第２電極；および
（４）次の第１電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第１周縁部を有し、および
（ａ）（ｉ）第１表面積を有する取付面を有し、および（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられる第１取付部分、
（ｂ）（ｉ）第１取付部分と結合し、（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられておらず（または該電極への取付と無関係であり）、（ｉｉｉ）少なくとも一部は抵抗要素の周縁部内に在り、また、一部は抵抗要素の周縁部を越えて伸張（または延在）し、および（ｉｖ）周縁部を越えて伸張する部分に第１実装部材を含む第１可撓性部分、および
（ｃ）第１取付部分と第１可撓性部分とを結合する第１結合部分
を含み、第１取付部分が第１可撓性部分および第１結合部分の少なくとも一方と実質的に面一になっている、第１電気ターミナル；および
（５）次の第２電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第２周縁部を有し、および
（ａ）第２表面積を有する取付面を有し、少なくとも一部は第２電極に取り付けられる第２取付部分、および
（ｂ）抵抗要素の周縁部を越えて伸張する部分であって、周縁部を越えて伸張する部分に第２実装部材を含む部分
を含む第２電気ターミナル；ならびに
（Ｂ）第１および第２実装部材によりデバイスが実装されているプリント配線板。
本発明の回路保護デバイスは、ＰＴＣ挙動を示す導電性ポリマー組成物から構成される層状ＰＴＣ抵抗要素を含む。導電性ポリマー組成物はポリマー成分、およびその中に分散した粒状導電性フィラーを含む。ポリマー成分は１種またはそれより多いポリマーを含み、そのうちの１種はフィラーなし（unfilled）の状態にて示差走査熱量計により測定した場合に少なくとも１０％の結晶度を有する結晶性ポリマーであることが好ましい。適切な結晶性ポリマーには次のものが含まれる：１種またはそれより多いオレフィンのポリマー、特にポリエチレン、例えば高密度ポリエチレン；少なくとも１種のオレフィンおよびこれと共重合可能な少なくとも１種のモノマーの共重合体、例えばエチレン／アクリル酸、エチレン／エチルアクリレート、エチレン／ビニルアセテート、およびエチレン／ブチルアクリレート共重合体；溶融成形可能なフルオロポリマー、例えばポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）およびエチレン／テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ、ターポリマーを含む）；およびそのようなポリマーの２種またはそれより多くのブレンド。いくつかの用途に対しては、特定の物理的または熱的性質、例えば柔軟性または最大曝露温度を実現するために、１種の結晶性ポリマーを別のポリマー、例えばエラストマーまたはアモルファス熱可塑性ポリマーとブレンドするのが望ましいことがあり得る。ポリマー成分は一般的に組成物の全体積の４０〜９０体積％、好ましくは４５〜８０体積％、特に５０〜７５体積％を占める。
ポリマー成分中に分散する粒状導電性フィラーは任意の適切な材料であってよく、これにはカーボンブラック、グラファイト、金属、金属酸化物、導電体を被覆したガラスもしくはセラミックビーズ、粒状導電性ポリマー、またはこれらの組合せが含まれる。フィラーは粉末、ビーズ、フレーク、ファイバー、または他の任意の適切な形状の形態であってよい。必要な導電性フィラーの量は、必要とされる組成物の抵抗率および導電性フィラー自体の抵抗率に基づいて決まる。多くの組成物では、導電性フィラーは組成物の全体積の１０〜６０体積％、好ましくは２０〜５５体積％、特に２５〜５０体積％を占める。
導電性ポリマー組成物には追加の成分、例えば酸化防止剤、不活性フィラー、非導電性フィラー、放射線架橋剤（しばしばプロラッドまたは架橋エンハンサ（もしくは促進剤）と呼ばれ、例えばトリアリルイソシアヌレートである）、安定化剤、分散剤、カップリング剤、酸スカベンジャ（例えばＣａＣＯ３）、または他の成分が含まれ得る。これら成分は一般的に組成物全体の２０体積％以下を占める。
導電性ポリマー組成物は正の温度係数（ＰＴＣ）挙動を示し、即ち、これは比較的狭い温度範囲において温度に対し急峻な抵抗率増加を示す。本出願において、用語「ＰＴＣ」は少なくとも２．５のＲ１４値および／または少なくとも１０のＲ１００値を有する組成物を意味するものとして用い、また組成物は少なくとも６のＲ３０値を有すべきことが好ましい。ここで、Ｒ１４とは１４℃の範囲の最後と最初における抵抗率の比であり、Ｒ１００とは１００℃の範囲の最後と最初における抵抗率の比であり、およびＲ３０とは３０℃の範囲の最後と最初における抵抗率の比である。一般的に、本発明のデバイスに使用する組成物はその最小値よりはるかに大きな抵抗率増加を示す。
本発明のデバイスに使用するのに適切な導電性ポリマー組成物は米国特許第４，２３７，４４１号（van Konynenburgら）、同第４，５４５，９２６号（Foutsら）、同第４，７２４，４１７号（Auら）、同第４，７７４，０２４号（Deepら）、同第４，９３５，１５６号（van Konynenburgら）、同第５，０４９，８５０号（Evansら）、同第５，２５０，２２８号（Baigrieら）、同第５，３７８，４０７号（Chandlerら）、同第５，４５１，９１９号（Chuら）、同第５，５８２，７７０号（Chuら）、同第５，７０１，２８５号（Chandlerら）、同第５，７４７，１４７号（Wartenbergら）、同第６，１３０，５９７号（Tothら）、同第６，３５８，４３８号（Isozakiら）、同第６，３６２，７２１号（Chenら）に開示されている。これら特許の各開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。特に好ましいのは、米国特許第４，７２４，４１７号（Auら）、同第４，７７４，０２４号（Deepら）、および同第５，０４９，８５０号（Evansら）に開示されるものを含む、高電圧用途を対象とする組成物である。
導電性ポリマーは、第１および第２の平行な主要面（major surface）を有する層状ＰＴＣ抵抗要素（または素子）の形態を有し、第１主要面は第１表面積を有し、および第２主要面は第２表面積を有する。この要素は第１および第２金属電極間に挟持されることが好ましく、第１電極はＰＴＣ要素の第１面に取り付けられ、また、第２電極は第２主要面に取り付けられる。好ましくは、電極は金属箔の形態を有するが、めっきまたは他の手段により適用された導電性インクまたは金属層を使用できる。特に適切な箔電極は微細な凹凸のある（microrough）金属箔電極であり、これには電着ニッケルおよびニッケル−銅箔、特に米国特許第４，６８９，４７５号（Matthiesen）、同第４，８００，２５３号（Kleinerら）、および同第６，５７０，４８３号（Chandlerら）に開示されるようなものが含まれ、これらの各開示内容は参照することにより本明細書に組み込まれる。
ＰＴＣ要素は第１および第２電極間を測定した場合に概ね１〜２．５ｍｍ（０．０４０〜０．１００インチ）の厚さを有する。これは高電圧（例えば２５０または６００ボルト）の用途に使用するのに特に適する厚さ範囲である。また、この要素は概ね２０〜５０ｍｍ（０．７９〜１．９７インチ）の周縁部（または周囲もしくは周：periphery）を有する。この周縁部（または周囲もしくは周）は電極面に平行な面内で測定したものであり、（１）デバイス廻りの最小の外周（circumference）および（２）第１および第２電極間の中間（または中程）で測定した外周のうち、より小さい方である。周縁部の測定は、視認可能な凹部、クラックまたは含有物を含むものとすることが好ましい。
第１電極に結合しているのは第１電気ターミナルである。第１ターミナルは電気伝導性材料、例えば真鍮、スズメッキした真鍮、ニッケル、銅またはニッケルメッキした銅から構成される。これはデバイスを基板に対して垂直な状態で実装するための手段を提供するように機能し、また、これが導電性ポリマーおよび／または電極と異なる熱的特性を有する場合は電気特性、例えば高抵抗状態にトリップするまでの時間に影響を及ぼし得る。第１ターミナルは第１周縁部および第１表面積を有し、そして、いくつかの態様ではＰＴＣ要素とほぼ同じ形状を有し、実装の際に使用するための伸張部分が付加されている。第１ターミナルは第１表面積を有する取付面を有する第１取付部分を有する。第１取付部分の少なくとも一部は第１電極に物理的および電気的に取り付けられる。加えて、第１ターミナルは第１可撓性部分を有し、第１可撓性部分は第１表面積を有し、および取付部分に結合する。可撓性部分の少なくとも一部、および好ましくは可撓性部分の全ては、第１電極への取付と無関係である（またはフリーである）。このことは、抵抗要素と重なっている、抵抗要素の周縁部を越えて伸張する手前のセクション全体に対してストラップまたはリードが、例えばはんだにより取り付けられている従来のほとんどの表面実装デバイスと対照的である。第１可撓性部分の表面積は、第１ターミナルの具体的形状によって様々ではあるが、第１ターミナルの表面積の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％、特に少なくとも２０％を占める。
第１ターミナルの第１取付部分を第１電極に取付材料、例えばはんだ、はんだペースト、導電性接着剤、導電性エポキシ、または他の適切な材料によって取り付けることができ、あるいはこれを溶接もしくはリベット接合または他の方法で取り付けてよい。第１電極の表面積は取付面の表面積より大きいことが好ましい。
第１取付部分および第１可撓性部分は第１結合部分により互いに結合し、第１結合部分はこれら部分の間の具体的領域または抽象的（または観念的）セグメントであってよい。設置（例えば基板上への）に先立って、取付部分は結合部分とまたは可撓性部分と実質的に面一である。最も簡単なデバイスは、３つの部分の全てが実質的に面一である場合に得られる。しかしながら、結合部分は、例えばＵ字形などに曲がっていても、または取付部分および可撓性部分を実質的に面一としたままで取付部分の面から外れていてもよく、あるいは可撓性部分が取付部分および結合部分の面から幾分外れていてよい。
１つの態様では、結合部分はスロット、例えば略矩形スロットと中実（または中空でないもしくは堅い：solid）部分とを含む。スロットは、取付部分を可撓性部分から分離するようにターミナルに一方の端部から切り込まれる。スロットの端部にある中実部分はヒンジ点として機能し、可撓性部分が自由に動けるようにする。別の態様では、スロットは「Ｕ」の形態であり、「Ｕ」の開口部が取付部分に面する。いずれのタイプのスロットもバリアとして機能することにより、はんだまたは他の取付材料が取付部分から可撓性部分に流れるのを防止できるという利点がある。取付部分および可撓性部分はしばしば具体的な個別のセクションとして構成され、例えば物理的な結合部分によって分離される場合である。しかしながら、上述のように、結合部分は観念的なセグメントであってよく、可撓性部分の一部として元々予定していた領域に取付材料がいくらか接触する場合、実際の可撓性部分は元々のデザインより小さくなり得る。
いくつかの態様では、電極への直接取付により可撓性部分が拘束される可能性を最小限にするため、電極に面する可撓性部分の一部または全部が、取付を困難にする材料、即ち非取付材料を含んでよい。この非取付材料には、はんだと接合しないはんだ付け不能材料、例えばステンレス鋼、または表面の滑りやすさを増大させる塗料、例えばポリテトラフルオロエチレン塗料が含まれる。デバイスを基板に取り付けるのに一般的に使用されるはんだリフロープロセス（または他の取付方法）に支障のないように、実装パッドにはそのような取付を最小限にするセクションおよび非取付材料が存在しないことが重要である。
可撓性部分が抵抗要素の周縁部を越えて伸張すること、および、周縁部を越えて伸張する部分が基板に取り付けできる実装部材を含むことが好ましい。
また、デバイスは第２電気ターミナルを含むことが好ましく、第２電気ターミナルは第１電気ターミナルと形状および組成の点で同じであっても、異なっていてもよい。基板への設置を容易にするため、第１および第２ターミナルは同様であること、即ち、双方が取付部分および可撓性部分を有することが好ましいであろう。しかしながら、用途および実装方法に応じて、可撓性部分を有する１つのターミナルと可撓性部分を有しないターミナルとを使用することにより、ポリマーの膨張および収縮に対する制限に抗する適切な保護を提供し得る。形状に拘わらず、第２電気ターミナルも電気伝導性材料から構成され、これは第２周縁部を有し、およびこれは第２取付部分を含む。上記第２取付部分は第２表面積を有する取付面を有し、および第２取付部分の少なくとも一部は第２電極に取り付けられる。第２ターミナルは第２可撓性部分を更に含んでいてよく、第２可撓性部分は第２表面積を有し、第２結合部分によって第２取付部分に結合し、および第２電極への取付と無関係である。第２可撓性部分の少なくとも一部は抵抗要素の周縁部内にある。第２ターミナルが第２可撓性部分を有するかどうかに拘わらず、抵抗要素の周縁部を越えて伸張し、および実装部材を含む部分を第２ターミナルもまた通常有する。第１および第２電気ターミナルの双方が可撓性部分を含む場合、可撓性部分の形状は同じであっても、異なっていてもよい。
いくつかの態様では、ＰＴＣ要素の周縁部の少なくとも一部に適合する（または沿う：conform）絶縁層が存在し得る。好ましくは、絶縁層はＰＴＣ要素の周縁部の厚さの少なくとも１０％、とりわけ該厚さの少なくとも３０％、特に該厚さの少なくとも５０％、より特に該厚さの少なくとも７０％に適合する。いくつかの態様では、第１絶縁層がＰＴＣ要素の周縁部の厚さの実質的に全部に適合することが好ましく、ここで「実質的に全部」とは少なくとも９０％が第１絶縁層によって覆われることを意味する。いくつかの態様では、第１絶縁層は第１および第２電極との接触と実質的に無関係であり、好ましくは第１および第２電極との接触と全く無関係であり、ここで「実質的に無関係」とは第１および第２電極の全表面積のせいぜい１０％しか第１絶縁層に覆われていないことを意味する。絶縁層は任意の適合可能な（conformable）コーティング材料を含み得るが、好ましくはポリマーである。適切な材料には、ポリエチレン、エチレンコポリマー、フルオロポリマー、ポリエステル、シリコーン、エラストマー、ゴム、ホットメルト接着剤、マスチック（mastic）、およびゲルが含まれる。この層がＰＴＣ要素の導電性ポリマー組成物に適合し、および付着すること、ならびにその適合および付着を動作中に導電性ポリマーが膨張する間に亘って維持することが重要である。第１絶縁層は任意の適切な技術によって適用でき、例えばこれを塗り、もしくは噴霧し、または圧力もしくは融解により適用（または塗布）し、またはディップコーティングにより適用できる。いくつかの態様では、基板への取付が依然として可能であるのに十分なターミナルの面積が覆われずに残っている限り、デバイス全体（ＰＴＣ要素の周縁部および１つまたは双方のターミナルの大部分または全部を含む）を絶縁層で覆うことができる。
露出した導電性ポリマー組成物と接触する絶縁層に加えて、またはこれに代えて、回路保護デバイスは環境的および電気的保護を提供するために外部絶縁、例えばボックスまたは他の筐体を含んでいてもよい。
また、本発明は本発明の回路保護デバイスが基板、例えばプリント配線板に実装されているアセンブリを含む。いくつかの用途については、２つの回路保護デバイスを、基板に実装する前に、１つのパッケージに一緒にパッケージングすることが特に好ましい。これらのデバイスは同じであっても、異なっていてもよく、また、しばしば通信用途において使用され、この場合、一方のデバイスはチップを、他方のデバイスは回路の輪（ring）を保護するために使用される。
本発明を図面により説明する。図１は従来の回路保護デバイス１の斜視図を示し、そして図２ａ〜２ｃはデバイス１を分解図にて示す。ＰＴＣ要素３は第１および第２金属箔電極５、７の間に挟持されてチップを形成している。第１電気ターミナル９がはんだペースト（図示せず）により第１電極５に取り付けられ、また、第２電気ターミナル１１がはんだペーストにより第２電極７に、第２ターミナル１１の表面積の大部分に亘る領域２９にて取り付けられる。第１ターミナル９は基板１９、例えばプリント配線板に第１実装部材１３を用いて取り付けられ、第１実装部材１３はチップの周縁部から伸張した第１伸張部１５およびリフローはんだ付けまたは他の方法で基板１９に取付可能な第１実装パッド１７を含む。第２ターミナル１１は第２実装部材２３を有し、これは第２伸張部２５および第２実装パッド２７を含む。
本発明の実施態様を図３および図４ａ〜４ｃに示し、これらは回路保護デバイス３１の斜視図および分解斜視図である。図４ｂに示すようなＰＴＣチップが、第１取付面３７を有する第１取付部分３５と、結合部分４７により第１取付部分３５から概念上分離される第１可撓性部分３９とを含む第１電気ターミナル３３（図４ａ）に取り付けられる。第１可撓性部分３９の端部から伸張するのは、第１伸張部４３および第１実装パッド４５を含む第１実装部材４１である。第２ターミナル５３（図４ｃ）（本実施態様において第１ターミナル３３と同様である）は、第２取付部分５５および第２取付面（図示せず）を介して第２電極７に取り付けられる。第２可撓性部分５９はその端部から伸張する第２実装部材６１を有し、第２実装部材６１は第２伸張部６３および第２実装パッド６５を含む。
図５および図６ａ〜６ｃ、ならびに図８ａ〜８ｃは、回路保護デバイス３１の２つの更なる実施態様の斜視図および分解斜視図を示す。図７はアセンブリ７３を形成するように基板１９に実装された図８ａ〜８ｃのデバイス３１の斜視図である。図６ａおよび６ｃにおいて、第１結合部分４７は第１スロット４９および第１中実ヒンジ部分５１を含み、他方、第２結合部分６７は第２スロット６９および第２中実ヒンジ部分７１を含む。図７の実施態様において、結合部分はＵ字形スロットを含む。
本実施態様を以下の例により説明し、このうち例１は比較例である。
例１（比較）
３７．１重量％高密度ポリエチレン（ペトロセン（Petrothene）（商標）ＬＢ８３２、エクイスター（Equistar）社から入手可能）、３８重量％カーボンブラック（レイブン（Raven）（商標）４３０、コロンビアンケミカルズ（Columbian Chemicals）社から入手可能）、および２４．９重量％水酸化マグネシウム（キスマ（Kisuma）（商標）５Ａ、キスマ（Kisuma）社から入手可能）を混合してペレットを形成することにより、導電性ポリマー組成物を調製した。この組成物を押出して２．０ｍｍ（０．０８０インチ）厚さのシートとし、これを０．００２５ｃｍ（０．００１インチ）厚さの電着ニッケル／銅箔（フクダ（Fukuda）社から入手可能）の２枚のシートの間に重ねた。このプラック（plaque：シートまたは原板）から８．３×１３．５ｍｍ（０．３２８×０．５３３インチ）の寸法を有するチップを切り出した。チップを熱処理し、および合計１００Ｍｒａｄまで電子ビームで照射した。曝露した導電性ポリマーは、次にチップの端部をポリエステルによりコートした。約８．４×１３．６ｍｍ（０．３３０×０．５３５インチ）の略矩形で、実装用の伸張タブを有する、押してスズメッキされた真鍮ターミナル（図２ａおよび２ｃに示すようなもの）を各デバイスに対して箔電極に、６０：４０のスズ／鉛はんだペーストを用いて取り付けた。得られたデバイスは約３．５オームの平均抵抗を有していた。
３７．１重量％高密度ポリエチレン（ペトロセン（Petrothene）（商標）ＬＢ８３２、エクイスター（Equistar）社から入手可能）、３８重量％カーボンブラック（レイブン（Raven）（商標）４３０、コロンビアンケミカルズ（Columbian Chemicals）社から入手可能）、および２４．９重量％水酸化マグネシウム（キスマ（Kisuma）（商標）５Ａ、キスマ（Kisuma）社から入手可能）を混合してペレットを形成することにより、導電性ポリマー組成物を調製した。この組成物を押出して２．０ｍｍ（０．０８０インチ）厚さのシートとし、これを０．００２５ｃｍ（０．００１インチ）厚さの電着ニッケル／銅箔（フクダ（Fukuda）社から入手可能）の２枚のシートの間に重ねた。このプラック（plaque：シートまたは原板）から８．３×１３．５ｍｍ（０．３２８×０．５３３インチ）の寸法を有するチップを切り出した。チップを熱処理し、および合計１００Ｍｒａｄまで電子ビームで照射した。曝露した導電性ポリマーは、次にチップの端部をポリエステルによりコートした。約８．４×１３．６ｍｍ（０．３３０×０．５３５インチ）の略矩形で、実装用の伸張タブを有する、押してスズメッキされた真鍮ターミナル（図２ａおよび２ｃに示すようなもの）を各デバイスに対して箔電極に、６０：４０のスズ／鉛はんだペーストを用いて取り付けた。得られたデバイスは約３．５オームの平均抵抗を有していた。
その後、９９個のデバイスを、ベルコア／テルコーディア（Bellcore/Telcordia）ＧＲ１０８９−ＣＯＲＥ試験と同様に、次のようにして電源混触試験にて試験した。デバイスをスイッチ、６００ボルト６０ＨｚのＡＣ電源、１．６Ａの線シミュレータヒューズ、および短絡状態にて６０Ａを与える固定抵抗（約１０オーム）と直列にして回路に挿入した。この試験は、スイッチを閉にし、これによりデバイスをトリップさせ、そしてスイッチを５秒間閉じたまま維持することにより行った。その後、スイッチを開にし、デバイスを１２５秒間冷ました。線シミュレータヒューズがオープンにならず（または切れず）、デバイスが引き続き動作可能である場合、そのデバイスは試験をパスしたものと見なした。８９％のデバイスが試験に耐え抜いた（または合格した）。
例２
金属箔電極に取り付けるターミナルを図６ａおよび６ｃに示す形状を有するものとしたこと以外は、例１に従ってデバイスを作製し、試験した。ターミナルに切り込んだスロットは約１．０×５．５４ｍｍ（０．０４０×０．２１８インチ）の寸法を有するものとし、ターミナルの端部から約３．０ｍｍ（０．１１８インチ）の位置に設けた。得られたデバイスは実装部材の近傍に可撓性部分を有していた。デバイスは約３．５オームの平均抵抗を有していた。試験の結果、これらデバイスの９７％が試験に耐え抜き、従来のデバイスより極めて優れた性能を示した。
金属箔電極に取り付けるターミナルを図６ａおよび６ｃに示す形状を有するものとしたこと以外は、例１に従ってデバイスを作製し、試験した。ターミナルに切り込んだスロットは約１．０×５．５４ｍｍ（０．０４０×０．２１８インチ）の寸法を有するものとし、ターミナルの端部から約３．０ｍｍ（０．１１８インチ）の位置に設けた。得られたデバイスは実装部材の近傍に可撓性部分を有していた。デバイスは約３．５オームの平均抵抗を有していた。試験の結果、これらデバイスの９７％が試験に耐え抜き、従来のデバイスより極めて優れた性能を示した。
上述の装置のアレンジメントは本発明の原理の適用の単なる例示に過ぎず、特許請求の範囲に規定するような本発明の概念および範囲から逸脱することなく多くの他の態様および改変が成され得ることが理解されるであろう。
Claims (17)
- 基板に表面実装するのに適する回路保護デバイスであって、以下を含む回路保護デバイス：
（１）次の層状ＰＴＣ抵抗要素
（ａ）導電性ポリマー組成物より構成され、
（ｂ）第１表面積を有する第１主要面と第２表面積を有する第２主要面とを有し、および
（ｃ）周縁部を有する、層状ＰＴＣ抵抗要素；
（２）ＰＴＣ要素の第１面に取り付けられた第１電極；
（３）ＰＴＣ要素の第２面に取り付けられた第２電極；および
（４）次の第１電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第１周縁部および第１表面積を有し、および
（ａ）（ｉ）第１表面積を有する取付面を有し、および（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられる第１取付部分、
（ｂ）（ｉ）第１取付部分と結合し、（ｉｉ）少なくとも一部は第１電極に取り付けられておらず、（ｉｉｉ）少なくとも一部は抵抗要素の周縁部内に在り、および（ｉｖ）第１表面積を有する第１可撓性部分、および
（ｃ）第１取付部分と第１可撓性部分とを結合する第１結合部分
を含み、第１取付部分が第１可撓性部分および第１結合部分の少なくとも一方と実質的に面一になっている、第１電気ターミナル。 - 第１可撓性部分の表面積が第１ターミナルの表面積の少なくとも１０％を占める、請求項１に記載のデバイス。
- 結合部分がスロットおよび中実部分を含む、請求項１に記載のデバイス。
- 第１取付部分の第１電極への取付が取付材料によっている、請求項１に記載のデバイス。
- 第１取付部分の第１電極への取付が溶接による、請求項１に記載のデバイス。
- 第１電極の表面積が取付面の表面積より大きい、請求項１に記載のデバイス。
- 可撓性部分が抵抗要素の周縁部を越えて伸張し、好ましくは可撓性部分は周縁部を越えて伸張する部分に第１実装部材を含む、請求項１に記載のデバイス。
- 可撓性部分が非取付材料を含んで成る、電極に面するセクションを含む、請求項１に記載のデバイス。
- （５）次の第２電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第２周縁部を有し、および第２取付部分を含み、該第２取付部分が（ｉ）第２表面積を有する取付面を有し、および（ｉｉ）少なくとも一部は第２電極に取り付けられる、第２電気ターミナル
を更に含む、請求項１に記載のデバイス。 - 第２ターミナルが第２可撓性部分を更に含み、第２可撓性部分が（ｉ）第２取付部分と結合し、（ｉｉ）少なくとも一部は第２電極に取り付けられておらず、（ｉｉｉ）少なくとも一部は抵抗要素の周縁部内に在り、および（ｉｖ）第２表面積を有する、請求項９に記載のデバイス。
- 第１および第２ターミナルが同様の形状を有する、請求項９に記載のデバイス。
- 第１ターミナルの第１周縁部は抵抗要素の周縁部より大きい、請求項１に記載のデバイス。
- スロットが略矩形形状またはＵ字形状を含む、請求項３に記載のデバイス。
- 取付材料がはんだ、はんだペースト、導電性接着剤、または導電性エポキシを含む、請求項４に記載のデバイス。
- 以下を含むアセンブリ：
（Ａ）請求項１に記載の回路保護デバイスであって、第１電気ターミナルの第１可撓性部分が（ｉ）抵抗要素の周縁部を越えて伸張する部分を有し、および（ｉｉ）周縁部を越えて伸張する部分に第１実装部材を含み、および
（５）次の第２電気ターミナル
電気伝導性材料を含んで成り、第２周縁部を有し、および
（ａ）第２表面積を有する取付面を有し、少なくとも一部は第２電極に取り付けられる第２取付部分、および
（ｂ）抵抗要素の周縁部を越えて伸張する部分であって、周縁部を越えて伸張する部分に第２実装部材を含む部分
を含む第２電気ターミナル
を更に含む回路保護デバイス；および
（Ｂ）第１および第２実装部材によりデバイスが実装されているプリント配線板。 - 第２ターミナルが第２可撓性部分を更に含み、第２可撓性部分が（ｉ）第２結合部分により第２取付部分と結合し、（ｉｉ）少なくとも一部は第２電極に取り付けられておらず、および（ｉｉｉ）抵抗要素の周縁部を越えて伸張する部分であって、第２実装部材を含む部分を含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
- アセンブリが２つの回路保護デバイスを含む、請求項１５に記載のアセンブリ。
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