(57)【要約】      （修正有）【課題】高い温度で及び／又は大きな電流で動作することが可能で、かつ所望の時間−電流特性を維持するヒューズを提供する。【解決手段】ヒューズ１００は、ヒューズエレメント１１０と、バリア層１２０と、拡散層１３０とを積層してで構成され、メットカーフ効果を利用する。ヒューズエレメント１１０は第１の融点を有し、拡散層１３０は第１の融点より低い第３の融点を有する導電材料で構成される。バリア層１２０は、前記第１の融点および第３の融点より高い第２の融点を有する導電材料で構成される。したがって、バリア層１２０は、ヒューズエレメント１１０の通常動作の間、拡散層１３０の早期の拡散を鈍化させ、及び／又は妨げるように動作する。その結果、ヒューズ１００は、他のあり得る環境より周囲温度が高い及び／又は大きな電流が流れる環境で動作し得る。【選択図】図１Ａ
2015076405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電材料から形成されたヒューズエレメントと、
前記ヒューズエレメントの表面に配置され、前記第１の導電材料とは異なる第２の導電材料から形成されたバリア層と、
前記バリア層の表面に配置され、前記第２の導電材料及び前記第１の導電材料とは異なる第３の導電材料から形成された拡散層と、を備えるヒューズ。
【請求項２】
前記バリア層は、ギャップにより分離された第１のバリア層の部分と第２のバリア層の部分とを含み、前記拡散層は、さらに前記ギャップの中で、前記第１のバリア層の部分と前記第２のバリア層の部分の間で前記ヒューズエレメントの前記表面に配置されている、請求項１に記載のヒューズ。
【請求項３】
前記ギャップは、１．５ミル乃至２０ミルの幅を有する、請求項２に記載のヒューズ。
【請求項４】
前記バリア層は、５乃至５００マイクロインチの厚さを有する、請求項１に記載のヒューズ。
【請求項５】
前記第２の導電材料は、ニッケルを含む、請求項１に記載のヒューズ。
【請求項６】
前記第２の導電材料は、前記第１の導電材料よりも高い融点を有する、請求項１に記載のヒューズ。
【請求項７】
前記第３の導電材料は、前記第２の導電材料よりも低い融点を有する、請求項６に記載のヒューズ。
【請求項８】
さらに基板を備え、前記ヒューズエレメントは、前記基板に配置されている、請求項１に記載のヒューズ。
【請求項９】
さらに、第１の端子と、第２の端子とを備え、前記第１の端子と前記第２の端子は、前記ヒューズを保護すべき回路と電源とに接続するように構成される、請求項８に記載のヒューズ。
【請求項１０】
第１の導電材料から形成されたヒューズエレメントと、
前記ヒューズエレメントの表面に配置されたバリア層であって、ギャップにより分離された第１の部分と第２の部分とを含み、前記第１の導電材料とは異なる第２の導電材料から形成されている、前記バリア層と、
前記ギャップの中で前記ヒューズエレメントの前記表面に配置され、前記第２の導電材料及び前記第１の導電材料と異なる第３の導電材料から形成された拡散層と、を備えるヒューズ。
【請求項１１】
前記バリア層は、電流過負荷状態となる場合を除き、高い周囲温度の環境において前記ヒューズの動作の間、前記拡散層の前記ヒューズエレメントへの拡散を遅延させる、請求項１０に記載のヒューズ。
【請求項１２】
前記ギャップは、１．５ミル乃至２０ミルの幅を有する、請求項１０に記載のヒューズ。
【請求項１３】
前記バリア層は、５乃至５００マイクロインチの厚さを有する、請求項１０に記載のヒューズ。
【請求項１４】
前記第２の導電材料は、ニッケルを含む、請求項１０に記載のヒューズ。
【請求項１５】
前記第２の導電材料は、前記第１の導電材料よりも高い融点を有する、請求項１０に記載のヒューズ。
【請求項１６】
前記第３の導電材料は、前記第２の導電材料よりも低い融点を有する、請求項１５に記載のヒューズ。
【請求項１７】
さらに基板を備え、前記ヒューズエレメントは、前記基板に配置されている、請求項１０に記載のヒューズ。
【請求項１８】
さらに、第１の端子と、第２の端子とを備え、前記第１の端子と前記第２の端子は、前記ヒューズを保護すべき回路と電源とに接続するように構成される、請求項１７に記載のヒューズ。
【請求項１９】
第１の導電材料から形成されたヒューズエレメントを基板に形成するステップと、
前記ヒューズエレメントの表面に第１のバリア層の部分と第２のバリア層の部分を形成するステップであって、前記第１のバリア層の部分と前記第２のバリア層の部分は、ギャップにより分離され前記第１の導電材料とは異なる第２の導電材料から形成される、前記第１のバリア層の部分と第２のバリア層の部分を形成するステップと、
前記ギャップの中で前記ヒューズエレメントの前記表面に拡散層を形成するステップとを備え、前記拡散層は前記第２の導電材料及び前記第１の導電材料と異なる第３の導電材料から形成される、ヒューズを形成する方法。
【請求項２０】
前記ギャップは、１．５ミル乃至２０ミルの幅を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のバリア層の部分及び第２のバリア層の部分は、５乃至５００マイクロインチの厚さを有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２の導電材料は、ニッケルを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して回路保護装置の分野に関し、特にメットカーフ効果を利用する回路保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メットカーフ効果（Ｍｅｔｃａｌｆ  ｅｆｆｅｃｔ）は、Ｍ効果といわれることもあり、ヒュージブルリンクの容量（例えば、融点温度、通電容量、等）を減少させるのに使用される技術である。このメットカーフ効果は、拡散の原理で動作し、電流過負荷状態となっている間、低融点金属が溶融し、高融点金属により形成されたヒュージブルリンクに拡散し、これによりヒュージブルリンクの通電容量を減少させる。例えば、低融点金属（例えば、スズ）が、高融点金属（例えば、銅）から作られるヒュージブルリンク上に配置されると、電流過負荷状態の間、スズは、溶融し急速に銅のヒュージブルリンクへ拡散し、これにより銅のヒュージブルリンクの溶融温度と通電容量を純粋な銅のこれらよりも減少させる。
【０００３】
メットカーフ効果は、単一の材料から形成されるヒュージブルリンクにより実現することができない初動時間対電流特性を有するヒュージブルリンクを作成するのに利用されることが多い。後に説明するように、低融点金属の高融点金属への拡散は、温度と時間に依存する。固体状態の低融点金属の高融点ヒュージブルリンクへの拡散は、低融点金属の融点より低い温度でさえ起こる。この固体状態の拡散は、金属の種類、それらの粒状構造、温度及び時間に依存する。したがって、固体状態の拡散がヒューズの動作寿命に不利な影響を与えないことを確実にするために、このようなヒューズは、通常、周囲温度が比較的低く、かつ電流が比較的小さい環境で動作させなければならない。言い換えれば、周囲の動作温度が高いことは、低融点金属が早期に高融点金属に拡散する原因となり得るため、この結果ヒューズの設定時間及び／又は電流保護特性を変化させることになる。さらに、低融点金属が高融点金属に早期に拡散することはヒューズの予期しない障害の原因となり得る。
【０００４】
このことは、特に遅延型ヒューズの場合、問題が生じる。電流過負荷状態の間、低融点金属がまず高融点金属に拡散し、ヒューズが「溶断する」原因となる。低融点金属が無ければ、ヒューズは、リンクがその溶融温度（例えば、銅の場合１０８５°Ｃ）に達するまで、溶断しない。短絡回路の大電流障害時に、この現象が非常に急速に起こるが、小電流での過負荷障害では、溶融温度に達するのに要する時間が長すぎて、その結果、関係する回路や装置に損傷が起こり得る。しかし、もし低融点金属が高融点金属にすでに拡散しているなら（例えば、周囲動作温度が高く、及び／又は動作時間が長いために）、ヒューズは、予期したより小さい電流で溶断し得る。したがって、より高い温度で及び／又は大きな電流で動作することが可能でそれでもなお所望の時間−電流特性を維持する、メットカーフ効果を利用するヒューズの必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００５】
本願の開示によれば、メットカーフ効果を利用するヒューズが提供される。特に、ヒューズエレメント又は拡散層材料とは異なる第３の導電材料から形成されるバリア層が提供される。このバリア層は、通常動作の間、拡散材料がヒューズエレメントに早期に拡散することを遅延させ及び／又は防止するように振る舞う。この結果、ヒューズは、他のあり得る環境より周囲温度が高い及び／又は電流が大きい及び／又は長い時間の環境において動作し得る。
【０００６】
いくつかの実施形態では、ヒューズが提供される。ヒューズは、第１の導電材料から形成されるヒューズエレメントと、前記ヒューズエレメントの表面に配置され、前記第１の導電材料とは異なる第２の導電材料から形成されるバリア層と、前記バリア層の表面に配置され、前記第２の導電材料及び前記第１の導電材料とは異なる第３の導電材料から形成される拡散層と、を含んでもよい。
【０００７】
いくつかの実施形態では、遅延型ヒューズが提供される。遅延型ヒューズは、第１の導電材料から形成されるヒューズエレメントと、前記ヒューズエレメントの表面に配置され、ギャップにより分離された第１の部分と第２の部分とを含み、前記第１の導電材料とは異なる第２の導電材料から形成されるバリア層と、前記ギャップの中で前記ヒューズエレメントの前記表面に配置され、前記第２の導電材料及び前記第１の導電材料とは異なる第３の導電材料から形成される拡散層とを含んでもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態では、ヒューズを形成する方法が提供される。この方法は、第１の導電材料から形成されるヒューズエレメントを基板に形成するステップと、ギャップにより分離され、前記第１の導電材料とは異なる第２の導電材料から形成される第１のバリア層の部分と第２のバリア層の部分を前記ヒューズエレメントの表面に形成するステップと、前記ギャップの中で前記ヒューズエレメントの前記表面に拡散層を形成するステップとを含んでもよく、前記拡散層は、前記第２の導電材料及び前記第１の導電材料とは異なる第３の導電材料から形成される。
【０００９】
一例として、開示されたデバイスの特定の実施形態は、添付図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ−Ｄ】図１Ａ−１Ｄは、ヒューズのブロック図である。
【図２Ａ−２Ｄ】図２Ａ−２Ｄは、ヒューズのブロック図である。
【図３Ａ−３Ｄ】図３Ａ−３Ｄは、ヒューズのブロック図である。
【図４】図４は、ヒューズの例のブロック図の平面図である。
【図５】図５は、ヒューズの例のブロック図の平面図である。
【図６】図６は、本開示の少なくともいくつかの実施形態にしたがって全て配置され、メットカーフ効果により形成された金属間層の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１Ａは、メットカーフ効果に基づいて動作するヒューズ１００のブロック図の側面図である。上記に説明したように、メットカーフ効果は、第１の導電材料が溶融して第２の導電材料に拡散する現象が起き、これにより第２の導電材料の容量（例えば、融点温度、通電容量、又は同様のもの）を減少させる。ヒューズ１００は、メットカーフ効果に基づいてヒュージブルリンク（例えば、以下に説明するヒューズエレメント１１０）を開放することにより回路を保護するのに使用され得る。より具体的には、ヒューズエレメントは、保護すべき回路を電流源に接続するために使用され得る。電流過負荷状態の間、拡散層（例えば、以下に説明する拡散層１３０）は、溶融しヒューズエレメントに拡散し、それによりヒューズエレメントの容量を減少させ、そのためヒューズエレメントの減少した新たな容量を超えて電流過負荷状態となることによりヒューズエレメントを開放する。結果として、保護すべき回路と電流源との間の回路を開放する。
【００１２】
バリア層（例えば、以下に説明するバリア層１２０）は、拡散層のヒューズエレメントへの早過ぎる拡散を減速させ又は防止するように動作する。この早すぎる拡散は結果的に早期故障及び／又はヒューズの早すぎる溶断をもたらすかも知れない。このため、ヒューズ１００は、このようにしないと不可能と思われるレベルの高い周囲温度及び／又は電流レベルの環境でも動作し得る。より具体的には、ヒューズ１００は、ある環境（例えば、高い周囲温度で、及び／又はより大きな電流で、及び／又はより長い期間）で、早期に拡散層が溶融してヒューズエレメントへ拡散する原因とならないで、動作し得る。いくつかの例では、高い周囲温度は、６０℃より高い温度であってもよい。
【００１３】
説明するように、ヒューズ１００は、ヒューズエレメント１１０と、バリア層１２０と、拡散層１３０とを含む。バリア層１２０は、ヒューズエレメント１１０（表面１１２に示されるように）の表面に配置され、拡散層１３０は、バリア層１２０（表面１２２に示されるように）の表面に配置される。いくつかの実施形態ではでは、拡散層１３０は、バリア層１２０の部分の上に（例えば、図１Ａに示されるように）形成されてもよい。いくつかの実施形態ではでは、拡散層１３０は、バリア層１２０全体を覆って形成されてもよい（図示せず）。例えば、拡散層１３０は、バリア層１２０の端部に形成されてもよい。
【００１４】
ヒューズエレメント１１０は、第１の融点を有する導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態ではでは、ヒューズエレメント１１０は、銅、銀、アルミニウム、及び／又は望ましいヒューズエレメント特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成される。拡散層１３０は、第２の融点を有する導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、拡散層１３０は、スズ、鉛、亜鉛、及び／又は望ましい拡散特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成される。より具体的には、拡散層１３０は、ヒューズエレメント１１０に拡散するときにヒューズエレメント１１０の容量を減少させる望ましい金属間層を作り出す材料から形成されてもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第１の融点が第２の融点よりも高い温度値をもつことに注意することが重要である。言い換えれば、拡散層１３０が形成される導電材料は、ヒューズエレメント１１０が形成される導電材料が溶融する温度よりも低い温度で溶融する。
【００１６】
ヒューズエレメント１１０と拡散層１３０の間に配置されるバリア層１２０は、第３の融点を有する導電材料から形成され得る。ある実施形態では、バリア層１２０は、ニッケル、及び／又は望ましい拡散障壁又は拡散減速特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成され得る。いくつかの実施形態においては、第３の融点は、第１の融点及び第２の融点よりも高い温度であり得る。言い換えれば、バリア層１２０が形成される導電材料は、拡散層が形成される導電材料よりも高い温度で溶融し、ヒューズエレメントが形成される導電材料よりも高い温度で溶融する。したがって、ヒューズ１００が高い周囲温度又は動作電流の環境で動作する時に、拡散層１３０は、早期には（例えば、電流過負荷状態又は同等の状態になる前に）ヒューズエレメント１１０に拡散しない。
【００１７】
いくつかの実施形態では、バリア層１２０の厚さ（厚さ１５２と表記される）は、所望の抵抗及び／又は電流保護が実現できるように選択されてもよい。言い換えれば、バリア層１２０の厚さ１５２は、通常の動作状態の間、ヒューズエレメント１１０の所望の抵抗を実現するように選択され得る。さらに、厚さ１５２は、拡散層１３０のヒューズエレメント１１０への拡散が、高い周囲温度の環境でヒューズの通常動作の間、所望の時間だけ遅くなるように選択されてもよい。さらに、厚さ１５２は、ヒューズエレメントが所望の通電容量又はアンペア定格（例えば、０．１２５アンペア、０．２５アンペア、０．５アンペア、１アンペア、５アンペア、１０アンペア、２０アンペア、又は同様の値）を有するように選択されてもよい。いくつかの例では、厚さ１５２は、５乃至５００マイクロインチであってもよい。
【００１８】
図１Ｂは、本開示のいくつかの実施形態におけるヒューズ１０１の側面図である。ヒューズ１０１は、上述のように基板１４０と同様、ヒューズエレメント１１０と、バリア層１２０と、拡散層１３０とを含む。説明するように、ヒューズ１０１は、基板１４０の表面（表面１４２で表記されている）に取り付けられ又は形成されるヒューズエレメント１１０を含む。バリア層１２０は、ヒューズエレメント１１０の表面に配置され、拡散層１３０は、バリア層１２０の表面に配置される。いくつかの実施形態では、基板１４０は、ＦＲ４材料等の任意の種類の適切な非導電基板材料でよい。基板１４０は、製造、輸送、設置、及び／又は使用の間、ヒューズエレメント１１０を支持するために使用し得る。
【００１９】
図１Ｃは、本開示のいくつかの実施形態におけるヒューズ１０２の側面図である。ヒューズ１０２は、ヒューズエレメント１１０と、バリア層１２０と、拡散層１３０と、基板１４０とを含む。ヒューズ１０２は、さらにヒューズ端子１６２、１６４を含み、これらは基板１４０の側面（表面１４４、１４６のようにそれぞれ表記される）及び基板１４０（表面１４８と表示される）の底部表面に配置される。いくつかの実施形態では、ヒューズエレメント１１０は、ヒューズ端子１６２及びヒューズ端子１６４を形成するために基板１４０の側面および底部表面に延在してもよい。いくつかの実施形態では、ヒューズ端子１６２、１６４がヒューズエレメント１１０と電気的に導通するようにヒューズ端子１６２、１６４は、基板１４０の側面及び底部表面上に導電材料により形成されてもよい（例えば、めっき又は同様の方法で）。図１Ｃに説明される構成は、表面実装または同様の用途に適し得る。
【００２０】
図１Ｄは、図１Ｂで説明したヒューズ１０１の平面図である。説明したように、ヒューズエレメント１１０は、基板１４０の表面１４２の部分に配置されている。さらに、バリア層１２０はヒューズエレメント１１０に配置されるように描かれ、拡散層１３０はバリア層１２０に配置されるように描かれている。基板１４０上に複数の層を形成することは、本開示の範囲を超えている。しかし、基板１４０上にヒューズエレメント１１０、バリア層１２０、及び拡散層１３０を形成する様々な技術は、知られている。様々なこれらの技術（例えば、フォトリソグラフィー、エッチング、めっき、又は同様のもの）のどれもがここで説明されるヒューズ配置を形成するのに使用されてもよいことは理解できるだろう。
【００２１】
図２Ａ−２Ｄ及び図３Ａ−３Ｄは、本開示の実施形態を示す。これらの実施形態は、メットカーフ効果により動作するヒューズを説明する。図解されたヒューズは、図１Ａ-１Ｄに関して上に説明したヒューズと動作が類似しており、類似する部品間の参照を容易にするためこれらの図には同様の要素には同じ参照記号を使用する。
【００２２】
図２Ａを参照すると、ヒューズ２００のブロック図の側面図が示されている。説明したように、ヒューズ２００は、ヒューズエレメント２１０（表面２１２と表記されている）の表面に形成されたヒューズエレメント２１０及びバリア層２２０を含む。説明したように、バリア層２２０は、第１の部分２２０−１と第２の部分２２０−２とを含み、両者の間に幅２５４のギャップ２２４を有する。拡散層２３０は、ギャップ２２４の中に、及び部分的にバリア層の部分２２０−１とバリア層の部分２２０−２に配置されている。より具体的には、拡散層２３０は、ヒューズエレメント２１０の表面２１２上に、及びバリア層の部分２２０−１及び部分２２０−２の表面（表面２２２と表記されている）のそれぞれの部分に配置されている。
【００２３】
ヒューズエレメント２１０は、第１の融点を有する導電材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、ヒューズエレメント２１０は、銅、銀、アルミニウム、及び／又は望ましいヒューズエレメント特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成される。拡散層２３０は、第２の融点を有する導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、拡散層２３０は、スズ、鉛、亜鉛、及び／又は望ましい拡散特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成される。より具体的には、拡散層２３０は、ヒューズエレメント２１０に拡散するときにヒューズエレメント２１０の容量を減少させる望ましい金属間層を作り出す材料として形成されてもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態では、第１の融点が、第２の融点よりも高い温度値を有することに注目することが重要である。言い換えれば、拡散層２３０を形成する導電材料は、ヒューズエレメント２１０を形成する導電材料が溶融する温度よりも低い温度で溶融する。
【００２５】
ヒューズエレメント２１０と拡散層２３０との間に配置されるバリア層２２０は、第３の融点を有する導電材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、バリア層２２０は、ニッケル、及び／又は望ましい拡散障壁又は拡散減速特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第３の融点は、第１の融点及び第２の融点よりも高い温度値を有してもよい。言い換えれば、バリア層２２０を形成する導電材料は、拡散層を形成する導電材料よりも高い温度で、かつヒューズエレメントを形成する導電材料が溶融する温度より高い温度で溶融する。したがって、ヒューズ２００が周囲温度が高い又は動作電流がより大きい環境で動作する時、拡散層２３０は早期に（例えば、電流過負荷状態又は同様の状態になる前に）ヒューズエレメント２１０へ拡散しない。
【００２６】
いくつかの実施形態では、バリア層２２０の厚さ（厚さ２５２で表記されている）は、所望の抵抗及び／又は電流保護が実現できるように選択されてもよい。言い換えれば、バリア層２２０の厚さ２５２は、ヒューズエレメント２１０が通常の動作状態において所望の抵抗を実現するように選択されてもよい。さらに、厚さ２５２は、拡散層２３０のヒューズエレメント２１０への拡散が、高い周囲温度及び／又は大きな動作電流の環境でヒューズの通常動作の間所望の時間だけ遅延するように選択されてもよい。さらに、厚さ２５２は、ヒューズエレメントが所望の通電容量又はアンペア定格（例えば、０．１２５アンペア、０．２５アンペア、０．５アンペア、１アンペア、５アンペア、１０アンペア、２０アンペア、又は同様の値）を有するように選択されてもよい。いくつかの例では、厚さ２５２は５マイクロインチと５００マイクロインチの間であってもよい。
【００２７】
電流過負荷状態の間、拡散層２３０は、溶融してヒューズエレメント２１０に拡散してもよく、これにより、ヒューズエレメント２１０の金属間特性を変化させ、電流過負荷状態であるためにヒューズエレメント２１０が開放する原因となる。非電流過負荷状態では、バリア層の部分２２０−１及び部分２２０−２は、たとえ高い周囲温度の環境で動作する時でも拡散層２３０が早期にヒューズエレメント２１０に拡散することを防止し得る。ギャップ２２４（幅２５４で表記される）の幅は、拡散層２３０のヒューズエレメント２１０への拡散が適度に遅延するように選択されてもよい。言い換えれば、拡散層２３０が早期にヒューズエレメント２１０に拡散すること無く、所望の周囲温度範囲及び／又は大きな動作電流を伴う環境でヒューズ２００が動作してもよいように幅２５４が選択されてもよい。いくつかの例では、幅２５４は、１．５ミルと２０ミルとの間であってもよい。
【００２８】
図２Ｂは、本開示のいくつかの実施形態におけるヒューズ２０１の側面図である。ヒューズ２０１は、上述のヒューズエレメント２１０と、バリア層の部分２２０−１及び部分２２０−２と、拡散層２３０と、に加え基板２４０も同様に含む。説明したように、ヒューズ２０１は、基板２４０（表面２４２と表記される）の表面に取り付けられ又は形成されるヒューズエレメント２１０を含む。バリア層の部分２２０−１と部分２２０−２は、ヒューズエレメント２１０の表面２１２に配置され、拡散層２３０は、ギャップ２２４の中でヒューズエレメント２１０の表面２１２と、及びバリア層の部分２２０−１と部分２２０−２の部分とに配置されている。
バリア層は、ギャップ２２４の中でヒューズエレメント２１０の表面２１２上に、及び、バリア層の部分２２０−１と部分２２０−２の上に配置される。いくつかの実施形態では、基板２４０はＦＲ４材料等の任意の種類の適切な非導電基板材料であってもよい。基板２４０は、製造、輸送、設置、及び／又は使用の間、ヒューズエレメント２１０を支持するのに使用されてもよい。
【００２９】
図２Ｃは、本開示のいくつかの実施形態におけるヒューズ２０２の側面図である。ヒューズ２０２は、ヒューズエレメント２１０と、バリア層２２０と、拡散層２３０と、基板２４０とを含む。ヒューズ２０２は、ヒューズ端子２６２、２６４をさらに含み、これらは基板２４０の側面（表面２４４、２４６とそれぞれ表記される）に、及び基板２４０の底部表面（表面２４８と表記される）に配置される。いくつかの実施形態では、ヒューズエレメント２１０は、ヒューズ端子２６２、２６４を形成するために基板２４０の側面及び底部表面にまで延在してもよい。いくつかの実施形態では、ヒューズ端子２６２、２６４は、それらがヒューズエレメント２１０と電気的に導通するように、基板２４０の側面及び底部表面に形成された（例えば、めっき又は同様の手段により）導電材料であってもよい。図２Ｃに示される構成は、表面実装の用途又は同様の用途に適し得る。
【００３０】
図２Ｄは、図２Ｂで示したヒューズ２０１のブロック図の平面図である。説明したように、ヒューズエレメント２１０は、基板２４０の表面２４２の部分に配置される。さらに、バリア層の部分２２０−１、２２０−２は、ヒューズエレメント２１０に配置されるように示されており、拡散層２３０は、バリア層の部分２２０−１とバリア層の部分２２０−２の間のギャップ内に、及び、部分的にバリア層の部分に配置されるように示されている。
【００３１】
図３Ａを参照すると、ヒューズ３００のブロック図の側面図が示されている。説明したように、ヒューズ３００は、ヒューズエレメント３１０と、ヒューズエレメント３１０の表面（表面３１２と表記される）に形成されるバリア層３２０とを含む。説明したように、バリア層３２０は、第１の部分３２０−１と第２の部分３２０−２とを含み、それらの間に幅３５４のギャップ３２４を有する。拡散層３３０は、ギャップ３２４の中に配置される。より具体的には、拡散層３３０はギャップ３２４の中でヒューズエレメント３１０の表面３１２に配置される。
【００３２】
ヒューズエレメント３１０は、第１の融点を有する導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、ヒューズエレメント３１０は、銅、銀、アルミニウム、及び／又は望ましいヒューズエレメント特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成される。拡散層３３０は、第２の融点を有する導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、拡散層３３０は、スズ、鉛、亜鉛、及び／又は望ましい拡散特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成される。より具体的には、拡散層３３０は、ヒューズエレメント３１０に拡散するときにヒューズエレメント３１０の容量を減少させる望ましい金属間層を作り出す材料で形成されてもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、第１の融点が第２の融点よりもより高い温度であることに注意することが重要である。言い換えれば、拡散層３３０が形成される導電材料は、ヒューズエレメント３１０が形成される導電材料が溶融する温度よりも低い温度で溶融する。
【００３４】
ヒューズエレメント３１０と拡散層３３０の間に配置されたバリア層３２０は、第３の融点を有する導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、バリア層３２０は、ニッケル、及び／又は望ましい拡散障壁又は拡散減速特性を有する他の導電材料を含む導電材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第３の融点は、第１の融点より高い温度値であってかつ第２の融点より高い温度値であってもよい。言い換えれば、バリア層３２０が形成される導電材料は、拡散層が形成される導電材料より高い温度で、かつ、ヒューズエレメントが形成される導電材料より高い温度で溶融する。したがって、ヒューズ３００が高い周囲温度及び／又はより大きな動作電流レベルの環境で動作するときに、拡散層３３０は、早期に（例えば、電流過負荷状態、又は同様の状態になる前に）ヒューズエレメント３１０に拡散しないことがあり得る。
【００３５】
いくつかの実施形態では、バリア層３２０の厚さ（厚さ３５２で表記される）は、所望の抵抗及び／又は電流保護が実現するように選択されてもよい。言い換えれば、バリア層３２０の厚さ３５２は、通常の動作状態の間、ヒューズエレメント３１０の所望の抵抗を実現するように選択されてもよい。さらに、厚さ３５２は、高い周囲温度及び／又は大きな動作電流の環境でヒューズの通常動作の間、拡散層３３０のヒューズエレメント３１０への拡散を所望の時間だけ遅らせるように、選択されてもよい。さらに、厚さ３５２は、ヒューズエレメントが所望の通電容量又はアンペア定格（例えば、０．１２５アンペア、０．２５アンペア、０．５アンペア、１アンペア５、アンペア、１０アンペア、２０アンペア、又は同様の値）を有するように選択されてもよい。いくつかの例では、厚さ３５２は、５乃至５００マイクロインチであってもよい。
【００３６】
電流過負荷状態の間、拡散層３３０は、溶融してヒューズエレメント３１０に拡散してもよく、従ってヒューズエレメント３１０の金属間特性を変化させ、電流過負荷状態のためにヒューズエレメント３１０を開放させる原因となり得る。非電流過負荷状態では、バリア層の部分３２０−１、３２０−２は、高い周囲温度及び／又は大きな動作電流レベルの環境で動作するときでも、拡散層３３０のヒューズエレメント３１０への早期の拡散を防止し得る。ギャップ３２４の幅（幅３５４と表記される）は、拡散層３３０のヒューズエレメント３１０への拡散が適度に遅延するように選択されてもよい。言い換えれば、幅３５４は、拡散層３３０が早期にヒューズエレメント３１０に拡散すること無く、ヒューズ３００が所望の周囲温度範囲の環境で動作し得るように選択されてもよい。いくつかの例では、幅３５４は、１．５ミル乃至２０ミルの間であってもよい。
【００３７】
図３Ｂは、本開示のいくつかの実施形態におけるヒューズ３０１の側面図である。ヒューズ３０１は、ヒューズエレメント３１０と、バリア層の部分３２０−１、３２０−２と、上述の拡散層３３０と、基板３４０とを含む。説明したように、ヒューズ３０１は、基板３４０の表面（表面３４２と表記される）に取り付けられ又は形成されるヒューズエレメント３１０を含む。バリア層の部分３２０−１、３２０−２は、ヒューズエレメント３１０の表面３１２に配置され、拡散層３３０は、ギャップ３２４の中でヒューズエレメント３１０の表面３１２に配置される。いくつかの実施形態では、基板３４０はＦＲ４材料等の任意の種類の適切な非導電基板材料であってもよい。基板３４０は、製造、輸送、設置、及び／又は使用の間にヒューズエレメント３１０を支持するのに使用してもよい。
【００３８】
図３Ｃは、本開示のいくつかの実施形態におけるヒューズ３０２の側面図である。ヒューズ３０２は、ヒューズエレメント３１０と、バリア層３２０と、拡散層３３０、と、基板３４０とを含む。ヒューズ３０２は、さらに、ヒューズ端子３６２、３６４を含み、これらは基板３４０の側面（側面３４４、３４６とそれぞれ表記される）、及び基板３４０の底部表面（表面３４８と表記される）に配置されている。いくつかの実施形態では、ヒューズエレメント３１０は、ヒューズ端子３６２、３６４を形成するために基板３４０の側面及び底部表面にまで延在してもよい。いくつかの実施形態では、ヒューズ端子３６２、３６４は、それらがヒューズエレメント３１０と電気的に導通するように、基板３４０の側面及び底部表面に形成された（例えば、めっき又は同様の手段により）導電材料であってもよい。図３Ｃで示された構成は、表面実装の用途又は同様の用途に適し得る。
【００３９】
図３Ｄは、図３Ｂで示されたヒューズ３０１のブロック図の平面図である。説明したように、ヒューズエレメント３１０は、基板３４０の表面３４２の部分に配置される。さらに、バリア層の部分３２０−１及び３２０−２は、ヒューズエレメント３１０に配置されるように示されており、拡散層３３０は、バリア層の部分３２０−１と部分３２０−２の間のギャップの中に配置されるように示されている。
【００４０】
図３Ａ−３Ｄで示されるヒューズ３００、３０１、３０２は、拡散層３３０がめっき技術を用いて形成される実施形態を実施する間に、バリア層の部分３２０−１、３２０−１にパッシベーションを浅く施してもよい。より具体的には、拡散層３３０がギャップ３２４内に堆積されるときに、バリア層の部分がめっきプロセスの間に露出しないようにかつパッシベーションが浅くなるようにバリア層の部分を完全に覆ってもよい（例えば、マスク・オフ）。
【００４１】
図４は、ヒューズ４００のブロック図の平面図である。図に示すように、ヒューズ４００は、基板４４０の表面４４２に配置されたヒューズエレメント４１０を有している。バリア層の部分４２０−１、４２０−２は、ヒューズエレメント４１０に接して配置されており、拡散層４３０は、バリア層の部分の間のギャップ４２４内にある。しかし、拡散層４３０は、領域４６０から分かるようにギャップ４２４からずれた位置にある（ｏｆｆｓｅｔ  ｆｒｏｍ）。図にこの例が示してあるが、例えば、バリア層の部分におけるギャップ４２４に関して如何に様々なプロセス技術を使用したとしても、結果として拡散層４３０の堆積には僅かなオフセットが生じ得る。しかし、拡散層４３０がバリア層の部分４２０−１、４２０−２と重なり合うことにより、僅かなずれは、ヒューズ４００の性能と機能に関し問題とはならないと思われる。
【００４２】
図５は、ヒューズ５００のブロック図の平面図である。図に示すように、ヒューズ５００は、基板５５０の表面５４２に配置されるヒューズエレメント５１０を有する。バリア層の部分５２０−１、５２０−２は、ヒューズエレメント５１０上に配置される。しかし、バリア層の部分５２０−１、５２０−２は、一方向においてヒューズエレメント５１０よりも大きい。したがって、バリア層の部分は、基板５４０の表面５４２と同様、ヒューズエレメント５１０の部分に配置されている。いくつかの例では、より大きなバリア層の部分は、ヒューズ５００における熱放散を容易にし得るので、ヒューズ５００がより高い周囲温度及び／又はより高い動作電流レベルの環境で動作することが可能となる。
【００４３】
図６は、メットカーフ効果により形成される金属間層の断面図を示す。より具体的には、第１の導電材料を備えるヒューズエレメント層６１０が示される。さらに、第２の導電材料を備える拡散層６３０が示される。説明したように、拡散層６３０は、６３０−１、６３０−２で示す、２つの主要な材料を含む合金である。しかし、他の材料も、たとえ単一の導電材料でも拡散層に使用することができ、またここで説明される金属間の構成も同様であり得ることが認識される。金属間層６７２、６７４が図示されている。金属間層６７２、６７４は、ヒューズエレメント層６１０の抵抗が増加しヒューズエレメントのジュール自己発熱を増加させる原因となる。さらに、金属間層６７２、６７４は、ヒューズエレメント６１０よりもかなり低い融点を有する。増加したジュール熱および低下した融点の組み合わせは、ヒューズエレメント６１０及び上を覆う材料が「溶断」又は開放する原因となる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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