JPH09503097A - Ｐｔｃ抵抗素子を有する電気的なアッセンブリ - Google Patents

Ｐｔｃ抵抗素子を有する電気的なアッセンブリ

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Abstract

(57)【要約】 特に、回路保護ディバイス(device)における層状の電気的なディバイスは、両者間にＰＴＣ素子を備えた２つの層状電極と、ディバイス厚を通過し、２つの電極の一方にしか接触しないクロス導体とを有する。このことは、ディバイスの同じ側からの両電極への接続を可能とする。それはまた、最終ステップとして分割を伴う、相当数のディバイスの各々に対応するアッセンブリ上のそのようなディバイスを作製するためのステップを行うことを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】 ＰＴＣ抵抗素子を有する電気的なアッセンブリ この発明は、電気的なディバイス(device)に関する。 多くの電気的なディバイスが、２つの層状電極と、それらの間に挾み込まれた 、例として、(例えば、抵抗器又はバリスタ(varistor)内にあるような)抵抗素子 がある導体である、もしくは、(例えば、コンデンサー内にあるような)不導体で ある電気素子とを有している。このタイプの特に有用なディバイスは、２つの層 状電極と、上記電極の間に挾み込まれた、ＰＴＣ特性を示す層状抵抗素子とを備 えた特定の回路保護ディバイスにおいては、ＰＴＣ(positive temperature co efficient)特性を示す抵抗素子を有する。ＰＴＣ抵抗素子は、導電ポリマー(pol ymer)又はセラミック、例えば、ドープ(doped)されたバリウムチタネート(bariu m titanate)から成り得る。ここでは、”導電ポリマー”という用語が、ポリマ ーと、その中で分散された(さもなければ、分布された)、粒状の導電充填剤とを 含有している組成物を表すために用いられている。 そのようなディバイスのほとんどにおいては、そのディバイスが、例えば、回 路基板の穴部に配設された他の回路構成部品に接続され得るように、電気導線が 、各層状電極に固定される。導線の付加は、付加的な消費であり、また、通常、 特に導電ポリマー部材に対して、(しばしば、抵抗の変化により明白になる)ダメ ージを生じさせ得る(例えば、はんだ付け又は溶接の間の)加熱を必然的に伴う。 後者の問題は、導電ポリマーが再度加熱される場合に、導線が他の回路素子に接 続される場合に、特に、導線がはんだ付け工程によってプリント回路基板に接続 される場合に、極めて深刻である。そのようなディバイスが、プリント回路基板 に取り付けられるものである場合に生じ得る更に別の問題は、それらが、所望さ れるよりも一層回路基板から突出することである。 本発明に関し、２つの電極間の層状電気素子を有するディバイスにおいて、電 気素子を通過し、物理的に且つ電気的に一方の電極("第１電極")に接続されるが 他方の電極("第２電極")に接続されない横方向の導電部材の存在によって重要な 有用性が得られることが判った。そのような横方向の導電部材(ここでは、しば しば、クロス導体と呼称される)の存在は、上記ディバイスの反対側からの第１ 電極への電気的な接続を可能とする。その上、導電部材が、ディバイス周辺を通 過するというよりむしろディバイスを貫通するので、ぞのようなディバイスは、 様々な作業ステップが、複数のディバイスに対応し、また、工程の最終ステップ として複数のディバイスに分割されるアッセンブリの上で行なわれるプロセスに よって作られ得る。この方法で、ディバイスを作製するための能力は、ディバイ スの所望サイズ(つまり、抵抗)が小さくなるにつれて、益々重要になる。従って 、この発明は、回路基板上に、また、ディバイスのサイズ及び抵抗がより小さく なればなるほど良好である別の環境に、取り付けられるべきディバイスを作製す るのに、特に有用である。例えば、この発明は、約０．０２平方インチ(１３平 方ミリメートル)の、あるいは、それより小さい表面領域を有する回路保謹ディ バイスをつくるのに使用され得る。 好適な態様においては、この発明は、 (１) (a)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、(b)第１面及び第２面を有し、( c)第１面と第２面との間に通る開口を規定するＰＴＣ抵抗素子と; (２) (a)ＰＴＣ素子により規定された開口の内部に位置し、(b)ＰＴＣ素子の 第１面と第２面との間に通り、(c)ＰＴＣ素子に固定される横方向の導電部材と; (３) (a)上記ＰＴＣ素子の第１面に固定され、(b)横方向の導電部材に物理的 に且つ電気的に接続される第１の層状導電部材とを有している新規なアッセンブ リを提供する。 この新規なアッセンブリは、 (ｉ) 接続の準備が整った電気的なディバイス(上記第１層状導電部材が、その とき第１電極を備えており、ディバイスはまた、クロス導体に電気的に接続され ない第２電極を有している)であるか、もしくは (ii) (もし必要ならば、更に別の工程後に)各々が少なくとも１つのクロス導 体を有する複数の電気的なディバイスに分割され得る構造物であって構わない。 また別の好適な態様においては、この発明は、 (Ａ) 面上に第１及び第２の導電トレース(traces)を有するプリント回路基板 と、 (Ｂ) (１) (a)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、(b)第１面及び第２面を有 する層状ＰＴＣ抵抗素子と; (２) ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１の層状電極と; (３) ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２の層状電極と; (４) (a)ＰＴＣ素子の第２面に固定され、(b)第２電極から距離を隔てら れた付加的な層状導電部材と; (５) (a)開口の内部に位置し、(b)第１電極及び付加的な導電部材に物理 的に且つ電気的に接続される横方向の導電部材とを備えた電気的なディバイスと を有する電気的なアッセンブリを提供する。 上記ＰＴＣ素子,第１電極及び付加的な層状導電部材は、ＰＴＣ素子を通じて 、第１電極と付加的な導電部材との間に通る開口を規定している; 上記電気的なディバイスは、プリント回路基板上に配設されており、そこで、 付加的な導電部材へ物理的に且つ電気的に接続された第１の導電トレース及び第 ２電極へ物理的に且つ電気的に接続された第２の導電トレースに平行である。 また別の好適な態様において、この発明は、 (Ａ) 複数の電気的なディバイスに対応し、 (１) (ｉ)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、且つ、(ii)第１面及び第 ２面を有する層状ＰＴＣ抵抗素子と、 (２) ＰＴＣ素子の第１面に固定された第１層状導電部材と、 (３) ＰＴＣ素子の第２面に固定された第２層状導電部材とを有するアッ センブリを提供することと、 (Ｂ) ステップ(Ａ)において提供されたアッセンブリの厚さを通じて、規則的 なパターンで配列される複数の開口をつくることと、 (Ｃ) ステップ(Ｂ)と同時に、もしくは、ステップ(Ｂ)後に、第１層状導電部 材に電気的に接触した状態にして、複数の横方向の導電部材を開口の内部に配置 することと; (Ｄ) 第１導電部材及び第２導電部材の少なくとも１つの予め決められた部分 を取り除くことと; (Ｅ) ステップ(Ａ)から(Ｄ)の後に、上記アッセンブリを複数の電気的なディ バイスに分割することとを有する電気的なディバイスを製作する方法を提供する 。 上記複数の電気的なディバイスは、それぞれ、(１)ＰＴＣ抵抗素子の一部分と 、(２)幾つかのディバイスで第１電極を、その他のディバイスで第２電極を規定 している、第１層状導電部材の一部分と、(３)幾つかのディバイスで第２電極を 、その他のディバイスで第１電極を規定している、第２層状導電部材の一部分と 、(４)第２層状導電部材の残余の部分と、(５)該残余の部分及び第１電極に電気 的に接続する、少なくとも１つの横方向の導電部材とを有している。 この方法においては、ステップ(Ｄ)は、ステップ(Ｂ)の前又は後に、もしくは 、ステップ(Ｃ)の前又は後に行なわれることができる。 ＰＴＣ材料が導電ポリマーである場合には、この方法は、好ましくは、本発明 の部分を構成する新規なアッセンブリ、すなわち、 (１) (ｉ)ＰＴＣ特性を示す導電ポリマーから成り、(ii)第１面及び第２面を 有する層状ＰＴＣ抵抗素子と、 (２) ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１層状導電部材と、 (３) ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材とを有するアッセン ブリを使用する。 上記ＰＴＣ素子と、第１及び第２層状導電部材とは、上記アッセンブリの厚さ を通過する複数の開口を規定しており、該開口は規則的なパターンで配列されて いる。 このアッセンブリにおいては、好ましくは、 (a) 上記開口は、複数の直線状に配列され、 (b) 第１層状導電部材は、互いに且つ上記開口のラインに平行である複数のス トリップの形状をしている。 とりわけ、 (a) 第１導電部材の各ストリップが２本の隣接した開口のラインを有し、 (b) 上記第２層状導電部材もまた、互いに且つ開口のラインに平行である複 数のストリップの形状をしており、各ストリップは、２本の隣接した開口のライ ンを有しており、一方の開口のラインは、第１導電部材の第１ストリップの範囲 内に下りており、他方の開口のラインは、第１導電部材の第２ストリップ範囲内 に下りていることが好ましい。 以下、本発明は、主に、ＰＴＣ導電ポリマーから成る層状ＰＴＣ素子、及び、 上記ＰＴＣ素子に直接に固定された２つの層状電極とを有する、ＰＴＣ回路保護 ディバイス及びそのようなディバイスの製造に関し記述される。しかしながら、 そのような記述は、状況が許す限り、ＰＴＣ導電ポリマー部材を有する他の電気 的なディバイスについて、ＰＴＣセラミック素子を有する電気的なディバイスに ついて、また、両者間に層状電気素子を備えた２つの層状電極を有する他の電気 的なディバイスについて当てはまる。 以下で記述され且つ請求されるように、また、添付図面において示されるよう に、本発明は相当数の特別な特徴を用いることができる。そのような特徴が、特 定の状況においてあるいは特定の組合せの一部分として開示される場合に、それ はまた、例えば、２つ又はそれ以上のそのような特徴の他の組合せを含めて、他 の状況において、また、他の組合せにおいて、使用されることが可能である。ＰＴＣ組成物 本発明において使用されるＰＴＣ組成物は、好ましくは、結晶性ポリマー成分 と、上記ポリマー成分中に分散された、例えば、カーボンブラック(carbon bla ck)もしくは金属のような導電充填剤を含む粒状充填剤成分とを含有する導電ポ リマーである。上記充填剤成分はまた、不導電充填剤を含有していても構わず、 該不導電充填剤は、導電ポリマーの電気的特性だけでなく、その物理的特性をも 変化させるものである。上記組成物はまた、１つ又はそれ以上の成分、例えば、 酸化防止剤,架橋剤,カップリング剤もしくはエラストマー(elastomer)を含有ず ることもできる。回路保護ディバイスの使用のために、上記ＰＴＣ組成物は、好 ましくは２３℃において、５０オームセンチメートルより小さな、とりわけ１０ オームセンチメートルより小さな、特に５オームセンチメートルより小さな抵抗 率を有する。この発明で使用する適切な導電ポリマーは、例えば、米国特許番号 ４２３７４４１号,４３０４９８７号,４３８８６０７号,４５１４６２０号,４５ ３４８８９号,４５４５９２６号,４５６０４９８号,４５９１７００号,４７２４ ４１７号,４７７４０２４号,４９３５１５６号及び５０４９８５０号で開示され ている。 上記ＰＴＣ抵抗素子は、好ましくは、層状素子であり、少なくとも１つがＰＴ Ｃ材料から成る、１つ又はそれ以上の導電ポリマー部材から構成され得る。導電 ポリマー部材が１つ以上存在ずる場合には、例えば、各組成物が、全ディバイス に広がる層状をしている場合のように、好ましくは、異なる組成物を通じて電流 が順次に流れる。単一のＰＴＣ組成物が存在し、そして、ＰＴＣ素子の所望厚さ が、ただ一つのステップにおいて便宜的に作製され得るそれよりも大きい場合に は、所望厚さのＰＴＣ素子が、ＰＴＣ組成物の２つもしくはそれ以上の層、例え ば、溶融押出された層を結合すること、例えば、熱及び圧力によって積層化する ことにより便宜的に作製され得る。１つ以上のＰＴＣ組成物が存在する場合には 、ＰＴＣ素子は、通常、異なる組成物の素子を結合すること、例えば、熱及び圧 力によって積層化ずることにより作製され得る。例えば、ＰＴＣ素子は、第１の ＰＴＣ組成物から成る２つの層状素子と、それらの間に挾み込まれた、第１のも のよりも高い抵抗率を有している第２のＰＴＣ組成物から成る層状素子とを有す ることが可能である。 ＰＴＣディバイスがトリップ(tripped)される場合には、ディバイスにわたっ てドロップ(dropped)される電圧のほとんどは、通常、ホットライン(hot line) ,ホットプレーン(hoto plane)もしくはホットゾーン(hot zone)と呼称される 、ディバイスの比較的小さな部分にわたってドロップされる。本発明のディバイ スにおいては、ＰＴＣ素子は、通常、両電極から距離を隔てられた所望の位置で 、ホットラインが形成することを助ける１つ又はそれ以上の特徴を有することが 可能である。本発明の使用に関して、この種の適切な特徴は、例えば、米国特許 ４３１７０２７号,４３５２０８３号,４９０７３４０号及び４９２４０７２号に 開示されている。層状電極 本発明の特に有用なディバイスは、２つの金属箔電極と、それらの間に挾み込 まれたＰＴＣ導電ポリマー部材とを有しており、特に、そのようなディバイスは 、回路保護ディバイスとして使用され、２３℃で、一般に５０オームよりも小さ な、好ましくは１５オームよりも小さな、より好ましくは１０オームよりも小さ な、とりわけ５オームよりも小さな、特に３オームよりも小さな低い抵抗値を有 する。好ましくは、適切な箔電極は、特に、米国特許４６８９４７５号及び４８ ００２５３号に開示されるように、特に、電着ニッケル箔、及び、ニッケルプレ ートの電着銅箔電極を含んでいる、微かな粗さを有する金属箔電極である。本発 明に関して、変更可能な多様な層状ディバイスが、米国特許４２３８８１２号, ４２５５７９８号,４２７２４７１号,４３１５２３７号,４３１７０２７号,４３ ３０７０３号,４４２６６３３号,４４７５１３８号,４７２４４１７号,４７８０ ５９８号,４８４５８３８号,４９０７３４０号及び４９２４０７４号に開示され ている。上記電極は、所望の熱効果を生じさせるために変更可能である。開口及びクロス導体 ”開口”という用語は、ここで、 (a)閉じた断面、例えば、円形,楕円形もしくは一般に細長い形状の断面を有す る、もしくは (b)(ｉ)例えば、４分の１の円又は半円あるいは開ロスロットのような断面の 最大幅の少なくとも０．１５倍、好ましくは、少なくとも０．５倍、特に、少な くとも１．２倍の深さを有し、及び／もしくは、(ii)断面の両周縁部が互いに平 行である箇所の少なくとも一部分を有する開放された凹角の断面を有する開口部 のことを意味するために用いられる。 複数の電気的なディバイスに分割され得る本発明のアッセンブリにおいて、上 記開口は、通常は、閉塞した断面のものであろうが、もし、１つ又はそれ以上の 分割線が、閉じた断面の開口を通過すれば、そのとき、結果的なディバイスの開 口は、開放した断面を有するであろう。いかなるそのような開放した断面も、前 述で規定されたように、凹角の断面であることが、ディバイスの据付けあるいは 使用の際に、クロス導体が損傷しない又は移動しないということを保証するため に重要である。 上記開口は円形の穴であっても構わず、また、多くの目的のために、これは、 個々のディバイス及びディバイスのアッセンブリの両方において満足なものであ る。しかしながら、もし、上記アッセンブリが、少なくとも１本の分割線によっ て横切られる開口を有するならば、細長い開口が、それらが分割線における正確 さをあまり必要としないので好適であるかもしれない。 上記開口が分割線によって横切られない場合には、それは、必要な電流容量を 有しているクロス導体にちょうど良い位に小さくても構わない。回路保護ディバ イスのために、直径が、０．１から５mmの、好ましくは、０．１５から１．０mm の、例えば、０．２から０．５mmの穴が一般に満足なものである。一般に、反対 側のディバイスからの第１電極への電気的接続を為すために必要とされるものは 、単一のクロス導体のみである。しかしながら、２つ又はそれ以上のクロス導体 が、同様の接続を為すために使用されることは可能である。クロス導体の数及び サイズ、つまり、それらの熱容量は、回路保護ディバイスがトリップする速度に 多少影響を及ぼし得る。 上記開口は、クロス導体が所定位置に配置される前に形成され得るか、又は、 上記開口の形成とクロス導体の配置が、同時に行われることが可能である。好適 な処置は、例えば、ドリルやスライシング(slicing)又はいかなる他の適切な技 術によっても開口を形成すること、また、それから、鍍金する、さもなければ、 開口の内面を被覆する、もしくは、充填することである。鍍金は、無電解鍍金又 bbは電解鍍金、もしくは、両者の組合せによってもたらされることが可能である 。鍍金は、ただ一層又は複数の層であり、単一の金属あるいは特にはんだのよう な合金から成り得る。鍍金はまた、しばしばアッセンブリの他の露出された導電 面上に形成されもする。もし、そのような鍍金が必要とされなければ、その場合 は、他の露出された導電面が、遮蔽されるか、さもなければ、減感される必要が ある。しかしながら、一般に、鍍金は、そのような付加的な鍍金が、不利な影響 をもたらさないような工程段階で行われる。本発明は、鍍金が、クロス導体だけ でなく、ディバイスにおける層状導電部材の少なくとも一部をもたらすことを可 能とする 手段を有している。 絶縁回路基板じゅうに導体のバイア(via)を作製するために用いられる鍍金技 術が、本発明で利用されることが可能である。しかしながら、この発明において 、鍍金されたバイアが、他の構成部品との良好な電気的接触を為す必要があるの に対して、鍍金は、単に、ディバイスを通過する電流を伝達するために役立つも のである。結果的には、この発明において必要とされる鍍金の質は、バイアに必 要なそれよりも劣っていてもよい。 クロス導体を備えるためのまた別の技術は、予め形成された開口に、成形し得 る、あるいは、液体の導電組成物を位置させること、そして、もし、望ましいか あるいは必要であれば、所望の特性のクロス導体をもたらすために、組成物が開 口内にある間に、上記組成物を処理することである。必要ならば、上記組成物が アッセンブリに粘着しないように、少なくとも幾らかのアッセンブリを予め処理 した後に、上記組成物は、例えば、スクリーン(screen)によって開口へ選択的に 、もしくは、アッセンブリのすべてに供給されることが可能である。例えば、も し、必要ならば、波動はんだ付けの技術を利用して、例としてはんだがある溶解 した導電組成物は、この方法で使用されることが可能であろう;ＰＴＣセラミッ ク素子の開口は、注入された、さもなければ、その場所に凝固された導電セラミ ックペーストで充填されることができるであろう。 上記クロス導体はまた、例えば、金属のロッド(rod)又はチューブ、例として リベット(rivet)がある予め形成された素子によっても提供され得る。そのよう な予め形成された部材が使用される場合には、それがディバイスにおける所定位 置に配置されるときに、開口をもたらすことが可能である。 上記クロス導体は、部分的に又は完全に開口を充填し得る。上記開口が部分的 に充填される場合には、それは、特に、はんだ付けの工程によって、ディバイス が他の電気的な構成部品へ接続される工程の間に、(完全に充填されるのも含め て)更に充填され得る。このことは、上記開口内及び周囲に付加的なはんだを提 供することにより、特に、上記開口内及び周囲にはんだの鍍金を有することによ り促進され得る。通常、クロス導体の少なくとも一部分が、ディバイスが他の電 気的な構成部品に接続される前に、所定位置に取り付けられることになる。しか しながら、本発明は、例えば、はんだ付けの工程の間にはんだの毛管作用によっ て、上記クロス導体が、そのような接続工程の間に形成されることを可能とする 手段を有している。アッセンブリ 簡単に上述したように、本発明のアッセンブリは、他の電気的な構成部品への 接続用に用意されたディバイスと、(もし、必要ならば、別の工程の後に)複数の 電気的なディバイスに分割され得る構造物との両方を含む。 接続用に用意されたディバイスにおいて、(クロス導体が物理的に且つ電気的 に接続される)"第１層状導電部材"は、第１電極を規定し、上記ディバイスはま た、一般に、第１電極又はクロス導体に接続されない、第２電極を規定する第２ 層状導電部材を有している。上記第１及び第２電極は、一般に、直接に又は間接 に、層状ＰＴＣ素子の両面に固定されており、上記ＰＴＣ素子の電流負荷部分は 、２つの電極の間にある部分である。好ましくは、上記ディバイスはまた、第３ 層状導電部材をも有する。第３層状導電部材は、(a)開口領域においてＰＴＣ素 子の第２面に固定され、(b)クロス導体へ電気的に接続され、(c)第２電極から距 離を隔てられる。その結果、この第３部材は、(クロス導体を介する)第１電極へ の接続が為され、また、クロス導体のみに対するよりも接続を為すのが容易であ る、導電パッド(pad)を提供している。この第３部材は、好ましくは、特に、２ つの層状導電部材とそれらの間のＰＴＣ素子とを有しているアッセンブリの層状 導電部材の１つから、層状導電部材の一部分を取り除くことにより形成される残 りの部材である;上記導電部材の他の部分は第２電極を規定している。第３部材 の形状、及び、第３部材と第２電極との間のギャップの形状は、ディバイスの所 望の特性に適合するために、また、生産の簡易性のために変えられることが可能 である。その結果、例えば、図１及び図２に示されるように、第３部材は、便宜 的に、角形のディバイスの一端側で小さな長方形をしており、長方形のギャップ によって第２電極から距離を隔てられる;しかし、他の配置が可能である。例え ば、上記第３部材が、閉塞した断面のギャップによって第２電極から隔離された 孤立し た部分であっても構わない。もし、並列した２つ又はそれ以上のディバイスが必 要ならば、ＰＴＣ素子の第１面上にあり、クロス導体を介して接続が為されてい る単一の第１電極と共に、ＰＴＣ素子の第１面上の、２つ又はそれ以上の第２電 極が存在しても構わない。直列した２つ又はそれ以上のディバイスが必要な場合 には、あるディバイスの第３部材は、隣接したディバイスの第２電極へ接続され 得る;上記ディバイスは、ＰＴＣ導電ポリマー素子の電流の負荷されない部分に よって、さもなければ、別の手段で結合され得る。 最も単純なディバイスには、単一の第１電極,単一のクロス導体,単一の第３部 材及び単一の第２電極がある。そのようなディバイスが、図１及び図２に示され ている。そうしたディバイスの不利な点は、それが、回路基板に正しく配置され なければならないことである。この不利な点は、２つの第３部材(一つが各電極 に連結している)と、２つのクロス導体(一つが各第３部材に連結している)とを 有ずるディバイスを作ることにより(付加的な素子及び加工費を費やして)克服で きる。そのようなディバイスが、図５及び図６に示されている。 この発明の特に好適な実施態様は、１５オームより小さな、好ましくは１０オ ームより小さな、とりわけ５オームより小さな、特に１オームより小さな抵抗値 を有し、 (１) (a)２５℃で５０オームーセンチメートルより小さな、好ましくは１０オ ームーセンチメートルより小さな、特に５オームーセンチメートルより小さな抵 抗率を有し、且つ、ＰＴＣ特性を示し、 (b)第１面及び第２面を有する層状ＰＴＣ抵抗素子と; (２) ＰＴＣ素子の第１面に接触する第１金属箔電極と; (３) ＰＴＣ素子の第２面に接触する第２金属箔電極と; (４) ＰＴＣ素子の第２面に接触し、第２電極から距離を隔てられた付加的な 金属箔導電部材と; (５) (a)金属から成り、 (b)上記開口の内部に位置し、 (c)物理的に且つ電気的に、第１電極及び上記付加的な導電部材へ接続 されている横方向の導電部材とを有する回路保護ディバイスであり、上記ＰＴＣ 素子と第１電極及び付加的な導電部材とは、上記ＰＴＣ素子を通じて第１電極と 付加的な導電部材との間に通る開口を規定している。 接続に有用な本発明のディバイスは、適切であれば、いかなる寸法にも対応し 得る。しかしながら、非常に小さなディバイスが容易に作製され得るということ は、本発明の重要な利点である。本発明の好適なディバイスは、せいぜい１２mm 、好ましくはせいぜい７mmの最大寸法、及び／又は、せいぜい３０mm2、好まし くはせいぜい２０mm2、特にせいぜい１５mm2の表面領域を有する。 もし、必要ならば、また別の工程の後に、複数のディバイスに分割され得る本 発明のアッセンブリにおいて、 (a)上記ＰＴＣ抵抗素子は、ＰＴＣ素子の第１及び第２面の間に通る複数の開 口を規定し、 (b)複数の横方向の導電部材が存在し、各横方向の部材が上記開口の一つの内 部に位置し、 (c)上記開口及び横方向の部材が規則的なパターンで配列されている。 通常、上記アッセンブリは更に、 (３)(a)ＰＴＣ素子の第１面に固定され、(b)物理的に且つ電気的にすべての横 方向の部材に接続された第１層状導電部材と; (４)ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材とを有している。 上記横方向の部材はまた、第２層状導電部材へ物理的に且つ電気的に接続され 得る。第１及び／又は第２導電部材は、アッセンブリが分割される前に、また、 横方向の部材が所定位置に配置される前もしくは後に、好ましくは、複数のスト リップの形状で、上記アッセンブリが、該ストリップに平行な線に沿って、第１ 及び第２電極と、該第２電極とＰＴＣ素子の同じ面上にあるが、第２電極には接 続されない第３部材とを有するディバイスに分割され得るように配置される。プロセス 本発明のディバイスは、いかなる手段によっても作製され得る。しかしながら 、本発明の好適な方法は、あらゆる又はほとんどの工程段階を、大きな積層板上 で 行い、それから、該積層板を、複数の個々のディバイスへ、もしくは、物理的に 接続され且つ電気的に互いに接続され得る、比較的小さなディバイスのグループ へ、直列に又は並列にもしくはその両方で、分割することによって、非常に経済 的にディバイスを作製することを可能とする。上記積層板の分割は、層状導電部 材の１つ又は両方を通過する、もしくは、どちらも通過しない、あるいは、ひと つもクロス導体を通過しない、もしくは、幾らか又はすべてのクロス導体を通過 する線に沿って行なわれることができる。分割前の工程のステップは、一般に、 便宜的であれば、いかなる順序によっても実行され得る。 本発明は添付図面に示されており、そこでは、開口のサイズ及び構成部品の厚 さは、明瞭さのために誇張されている。図１は、本発明の回路保護ディバイスの 平面図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。上記ディバイス は、第１層状電極１３が取り付けられる第１面と第２層状電極１５が取り付けら れる第２面とを備えている層状ＰＴＣ素子１７を有している。電気的に電極１５ には接続されない付加的な層状導電部材４９がまた、第２面に取り付けられてい る。クロス導体５１が、第１電極１３,ＰＴＣ素子１７及び付加的な素子４９に より規定された開口の内部に位置している。上記クロス導体は、また、結果的に 鍍金工程の間に露出されたディバイスの表面上に鍍金５２をもたらす鍍金工程に よって形成された中空管である。 図３及び図４は、図２に類似しているが、金属ロッド(図３)又はリベット(riv et)(図４)の形状をしたクロス導体を示している。 図５は、回路基板にはんだ付けされた本発明の他の回路保護ディバイスの平面 図であり、図６は、図５のVI−VI線に沿った断面図である。上記ディバイスは、 図１及び図２で示されたものに類似しているが、それが、回路基板上にどちら向 きでも配置されることが可能なように対称にされたものである。その結果、上記 ディバイスは、第２電極１５を第２の付加的な素子３５に接続する第２クロス導 体３１を有している。該クロス導体は、その開口(及び他の露出面)を、まず、銅 で、その後、はんだで鍍金することにより作られる。上記ディバイスは、絶縁基 板９上のトレース４１及び４３にはんだ付けされる。はんだ付け工程の間に、上 記ディバイス上のはんだ鍍金が流れて開口を完全に充填する。 図７は、図１及び図２に示されているように、相当数の各ディバイスへ分割さ れ得る本発明のアッセンブリの一部の平面図であり、図８は、図７のVIII−VIII 線に沿った断面図である。上記アッセンブリは、第１層状導電部材３が取り付け られた第１面と、第２層状導電部材５が取り付けられた第２面とを有している層 状ＰＴＣ素子７を有する。上記導電部材３及び５は連続するものでないが、並列 したストリップの形状をしており、該ストリップの形状は、対応する連続的な部 材から、電極材料のストリップを取り除くことにより、例えば、エッチングする ことにより形成される。その材料は、製品における物理的応力のバランスをとる ために、互い違いにされたストリップで、アッセンブリの両側から交互に取り外 される。エッヂングのステップの前に、規則的なパターンで配列される複数の穴 が、ＰＴＣ素子７と層状部材３及び５とに空けられ、上記アッセンブリは、各開 口における管状のクロス導体１(及びアッセンブリの他の露出面上の鍍金２)を備 えるために鍍金されている。上記アッセンブリは、それをＣと記された線に沿っ て分割することにより、複数のディバイスにコンバートされることが可能である 。アッセンブリの周縁には、ＰＴＣ素子７と層状部材３及び５とに空けられるべ き穴を位置設定する場合に、また、分割線Ｃを位置設定する場合に使用するため の位置合せ穴４がある。 本発明は、次の実施態様によって説明される。実施態様 導電ポリマー組成物は、４８．６％の重量を占める高密度ポリエチレン(ユー エスアイ(ＵＳＩ)から入手可能なペトロセンエルビー８３２(Petrothene ＬＢ ８３２))と、５１．４％の重量を占めるカーボンブラック(コロンビアンケミ カル(Columbian Chemicals)から入手可能なレイベン４３０(Raven ４３０)と を予め調合し、その調合物をバンバリーミキサー(Banbury mixer)で混合し、混 合した配合物をペレット(pellets)にして押出し、そして、０．２５ミリメート ル(０．０１０インチ)厚のシートを作製するために、３．８センチメートル(１ ．５インチ)の押出機を通じて、そのペレットを押出することによって作製され た。その押出されたシートは、０．３１×０．４１メートル(１２×１６インチ) の角片に切断され、各々の角片は、０．０２５ミリメートル(０．００１インチ) 厚の(フクダ(Fukuda)から入手可能な)電着ニッケル箔の２枚のシートの間に積み 重ねられた。その層は、約０．２５ミリメートル(０．０１０インチ)厚のプラク (plaque)を形成するために、熱及び圧力下で積層化された。各プラクが、１０メ ガラド(Mrad)まで放射線を照射された。各プラクは、約７０００のディバイスを 作製するために使用され、それぞれが、図１及び図２で示された配置を有してい た。 直径０．２５ミリメートル(０．０１０インチ)の穴は、各ディバイス用に穴を 備えるために、規則的なパターンでプラクの厚みを通じて空けられた。各穴は、 ばりを取られ洗浄された。ニッケル箔層及び空けられた穴を取り囲む導電ポリマ ーの両面は、パラジウム(palladium)／銅の溶液を用いて感光性を与えられた。 約０．０７６ミリメートル(０．００３インチ)厚の銅の層は、その感光性を与え られた表面上に無電解鍍金され、それから、０．０２５ミリメートル(０．００ １インチ)厚の錫−鉛のはんだの層は、銅の表面上に無電解鍍金された。パター ンは、次の標準的なフォトレジスト(photoresist)の工程を用いて、上記プラク 上にエッチングされた。第１に、乾燥したフィルム(マイラー ポリエステル(Ｍ ylar polyester))のレジスト(resist)が、プラクの両表面上に積層化され、そ の後、図７及び図８に示されたようなパターンを生成するために紫外線を当てら れた。第２に、パターンを化学的にエッチングするために、塩化[第二]鉄の溶液 が使用された。このステップの間に、上記プラクの各側面上の交互のセクション は、はんだを露出させて、機械的応力の高まりを軽減するために、エッチングさ れた。第３に、エッチングされたプラクが濯ぎ洗いされ、塗膜が取り剥がされた 。 上記プラクは、別々の角形の電気的なディバイスを作製するために、剪断され 、さいの目に切られた。各ディバイスは、４．５７×３．０５×０．５１ミリメ ートル(０．１８０×０．１２０×０．０２０インチ)の寸法を有した。通し穴は 、ディバイスの短い方の周縁部から約３．８１ミリメートル(０．０１５インチ) に位置させられた。０．５１×３．０５ミリメートル(０．０２０×０．１２０ イ ンチ)の露出された導電ポリマーのストリップは、上記通し穴から０．３８ミリ メートル(０．０１５インチ)、ディバイスの短い方の周縁部から１．０２ミリメ ートル(０．０４０インチ)に位置していた。各ディバイスは約３００ミリオーム の抵抗値を有した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トンプソン、マーク アメリカ合衆国94070カリフォルニア、サ ン・カルロス、グリーンウッド・ドライブ 2049番 (72)発明者 ツァング、マイケル 香港、コンデュイット・ロード７番、パー ル・ガーデン、サード・フロア、フラッ ト・イー

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １． (１)(a)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、(b)第１面及び第２面を有し 、(c)第１面と第２面との間に通る開口を規定するＰＴＣ抵抗素子と; (２)(a)上記ＰＴＣ素子により規定された開口の内部に位置し、(b)ＰＴＣ 素子の第１面と第２面との間に通り、(c)上記ＰＴＣ素子に固定される横方向の 導電部材と; (３)(a)上記ＰＴＣ素子の第１面に固定され、(b)上記横方向の導電部材へ 物理的に且つ電気的に接続される第１層状導電部材とを有することを特徴とする 電気的なアッセンブリ。 ２． 回路保護ディバイス(device)であるアッセンブリ(assembly)であって、(a )上記ＰＴＣ素子が導電ポリマー(polymer)から成る層状素子であり、(b)上記デ ィバイスが、 (４)上記ＰＴＣ素子の第２面に固定されており横方向の導電部材に電気的 に接続されていない第２層状導電部材を有することを特徴とする上記請求の範囲 第１項記載のアッセンブリ。 ３． (５)(a)上記開口領域で上記ＰＴＣ素子の第２面に固定され、(b)上記横方 向の導電部材に電気的に接続され、(c)上記第２層状導電部材から距離を隔てら れた第３層状導電部材を有している上記請求の範囲第２項記載のアッセンブリ。 ４． 上記横方向の導電部材が、 (a)上記開口を規定する上記ＰＴＣ素子の表面上の金属鍍金と、 (b)はんだと、 (c)予め成形された金属のロッド(rod)又はチューブの内の少なくとも１つ を有することを特徴とする上記請求の範囲第１項〜請求の範囲第３項のいずれか 一に記載のアッセンブリ。 ５． 複数の回路保護ディバイスに分割されることが可能であり、 (a)ＰＴＣ抵抗素子が、上記ＰＴＣ素子の第１及び第２面の間に通る複数 の開口を規定し、 (b)複数の横方向の部材が存在し、各横方向の部材が上記開口の１つの内 部に位置し、 (c)上記開口と横方向の部材とが規則的なパターンで配列されていること を特徴とする請求の範囲第１項記載のアッセンブリ。 ６． 上記ＰＴＣ素子が導電ポリマーから成る層状素子であり、上記第１層状導 電部材が、(a)上記ＰＴＣ素子の第１面に固定され、(b)あらゆる横方向の部材に 物理的に且つ電気的に接続され;上記アッセンブリが、更に、 (３)上記ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材を有すること を特徴とする請求の範囲第５項記載のアッセンブリ。 ７． 上記第１及び第２層状導電部材の各々が、複数の平行なストリップ(strip )から成ることを特徴とする請求の範囲第６項記載のアッセンブリ。 ８． (Ａ)表面上に第１及び第２導電トレース(traces)を有するプリント回路基 板と、 (Ｂ)(１)(a)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、(b)第１面と第２面とを 有する層状ＰＴＣ抵抗素子と; (２)上記ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１層状電極と; (３)上記ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状電極と; (４)(a)上記ＰＴＣ素子の第２面に固定され、(b)第２電極から距離を 隔てられた付加的な層状導電部材と; (４)(a)上記開口の内部に位置し、 (b)上記第１電極及び上記付加的な導電部材へ物理的に且つ電気 的に接続される横方向の部材とを備えた電気ディバイスと を有する電気的なアッセンブリであって、 上記ＰＴＣ素子と第１電極及び付加的な層状導電部材とが、該ＰＴＣ素子を通 じて上記第１電極と上記付加的な層状導電部材との間に通る開口を規定しており 、 上記電気的なディバイスが、プリント回路基板上に取り付けられ、その上で、 上記付加的な導電部材へ物理的に且つ電気的に接続される第１導電トレースと、 上記第２電極へ物理的に且つ電気的に接続される第２導電トレースとに平行であ ることを特徴とする電気的なアッセンブリ。 ９． (Ａ)(１)(ｉ)ＰＴＣ特性を示す抵抗材料から成り、(ii)第１面及び第２面 を有する、層状ＰＴＣ抵抗素子と、 (２)上記ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１層状導電部材と、 (３)上記ＰＴＣ素子の第１面に固定される第２層状導電部材と を有するアッセンブリを作製し、 (Ｂ)ステップ(Ａ)で作製されたアッセンブリの厚さを通じて、規則的なパ ターンで配列される複数の開口を作り、 (Ｃ)ステップ(Ｂ)と同時に、又は、ステップ(Ｂ)の後に、上記第１層状導 電部材と電気的に接触した状態にして、複数の横方向の導電部材を開口の内部に 配置し、 (Ｄ)第１及び第２導電部材の内の予め決められた少なくとも一部分を取り 除き、 (Ｅ)ステップ(Ａ)から(Ｄ)の後に、上記アッセンブリを複数の電気ディバ イスに分割することを有しており、各ディバイスが、 (１)ＰＴＣ抵抗素子の一部と、 (２)幾つかのディバイスで第１電極を、その他のディバイスで第２電極 を備える第１層状導電部材の一部と、 (３)幾つかのディバイスで第２電極を、その他のディバイスで第１電極 を備える第２層状導電部材の一部と、 (４)第２層状導電部材の残余の部分と、 (５)上記残余の部分と第１電極とに電気的に接続する少なくとも１つの 横方向の導電部材と を有していることを特徴とする電気ディバイスを作る方法。 １０． (１)(ｉ)ＰＴＣ特性を示す導電ポリマーから成り、(ii)第１面及び第２ 面を有する、層状ＰＴＣ抵抗素子と、 (２)ＰＴＣ素子の第１面に固定される第１層状導電部材と、 (３)ＰＴＣ素子の第２面に固定される第２層状導電部材とを有しており 、 上記ＰＴＣ素子と上記第１及び第２層状導電部材が、アッセンブリ厚を 通過する複数の開口を規定し、該開口が規則的なパターンで配列されていること を特徴とするアッセンブリ。
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