(57)【要約】【課題】  高い電気定格を有する電気回路保護装置を提供すること。【解決手段】  第１表面上に電極が配置されている第１支持基材と；  第１表面上に電極が配置されている第２支持基材と；  導電性粒子を分散させたポリマーからなるＰＴＣ素子であって、前記第１支持基材と前記第２支持基材の間に位置していて前記電極に電気的に接続されているＰＴＣ素子と；  前記ＰＴＣ素子の第１端部を包み込んでおり、かつ、前記第１基材上に配置された電極に電気的に接触している第１の導電性終端部と；  前記ＰＴＣ素子の第２端部を包み込んでおり、かつ、前記第２基材上に配置された電極に電気的に接触している第２の導電性終端部と；を含む表面実装可能な電気回路保護装置。【選択図】      図１
2004193626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面上に電極が配置されている第１支持基材と；
第１表面上に電極が配置されている第２支持基材と；
導電性粒子を分散させたポリマーからなるＰＴＣ素子であって、前記第１支持基材と前記第２支持基材の間に位置していて前記電極に電気的に接続されているＰＴＣ素子と；
前記ＰＴＣ素子の第１端部を包み込んでおり、かつ、前記第１基材上に配置されている前記電極に電気的に接触している第１導電性終端部と；
前記ＰＴＣ素子の第２端部を包み込んでおり、かつ、前記第２基材上に配置されている前記電極に電気的に接触している第２導電性終端部と；
を含む表面実装可能な電気回路保護装置。
【請求項２】
第１導電性終端部が第１及び第２支持基材上並びにＰＴＣ素子の第１端部に配置されている請求項１記載の装置。
【請求項３】
第２導電性終端部が第１及び第２支持基材上並びにＰＴＣ素子の第２端部に配置されている請求項１記載の装置。
【請求項４】
第１基材上に配置されている電極が第１終端部に直接接触している請求項１記載の装置。
【請求項５】
第２基材上に配置されている電極が第２終端部に直接接触している請求項１記載の装置。
【請求項６】
第１及び第２支持基材が電気絶縁性である請求項１記載の装置。
【請求項７】
第１表面上に電極が配置されている第１及び第２支持基材が銅クラッドＰＣボードを含む請求項１記載の装置。
【請求項８】
第１及び第２支持基材がセラミック、ガラス、ＦＲ−４エポキシ及びメラミンからなる群から選ばれる材料から形成されたものである請求項１記載の装置。
【請求項９】
第１電気絶縁性基材が第１端部及び第２端部を有し、第１支持基材の第１表面上に配置されている電極がその基材の第１又は第２端部の１つに延びているがその基材のもう一方の端部には延びていない請求項１記載の装置。
【請求項１０】
第１支持基材の第１表面上に配置されている電極が第１又は第２導電性終端部の１つに直接接触しているが第１又は第２導電性終端部のもう一方には直接接触していない請求項９記載の装置。
【請求項１１】
第１表面上に電極が配置されている第３支持基材と；
第２表面上に第２電極が配置されている第２支持基材と；
導電性粒子を分散させたポリマーからなる第２ＰＴＣ素子であって、第３支持基材の第１表面上に配置されている電極と第２支持基材の第２表面上に配置されている第２電極との間に位置する第２ＰＴＣ素子と；
をさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項１２】
第１ＰＴＣ素子と第２ＰＴＣ素子とが並列に電気的に接続されている請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
電流が流れている電気回路に電気的に接続した場合に、電流が第１導電性終端部から第１支持基材の第１表面上に配置されている電極に流れ、ＰＴＣ素子を通じて第２支持基材の第１表面上に配置されている電極に流れ、第２導電性終端部に流れる請求項１記載の装置。
【請求項１４】
第１及び第２導電性終端部が複数の導電性層からなる請求項１記載の装置。
【請求項１５】
電極が金属箔からなる請求項１記載の装置。
【請求項１６】
表面実装可能な電気回路保護装置であって、
第１表面上に電極が配置されている第１基材と；
第１表面上に第１電極が配置されており、かつ、第２表面上に第２電極が配置されている第２基材と；
第１表面上に第１電極が配置されている第３基材と；
導電性粒子を分散させたポリマーからなる第１ＰＴＣ素子であって、第１基材と第２基材の間に配置されていて第１基材上に配置されている第１電極を第２基材上に配置されている第１電極に電気的に接続している第１ＰＴＣ素子と；
導電性粒子を分散させたポリマーからなる第２ＰＴＣ素子であって、第２基材と第３基材の間に配置されていて第２基材上に配置されている第２電極を第３基材上に配置されている第１電極に電気的に接続している第２ＰＴＣ素子と；
前記装置の第１端部を包み込んでいる第１導電性終端部と；
前記装置の第２端部を包み込んでいる第２導電性終端部と；
を含む電気回路保護装置。
【請求項１７】
第１、第２及び第３基材が電気的に絶縁されている請求項１６記載の電気装置。
【請求項１８】
第１及び第２基材がセラミック、ＦＲ−４エポキシ、ガラス及びメラミンからなる群から選ばれる材料から形成されたものである請求項１６記載の電気装置。
【請求項１９】
第１及び第２ＰＴＣ素子が並列に電気的に接続されている請求項１６記載の電気装置。
【請求項２０】
第１及び第２終端部が第１及び第２導電性層からなる請求項１６記載の電気装置。
【請求項２１】
第１及び第２終端部の第１導電性層が銅からなる請求項２０記載の電気装置。
【請求項２２】
第１及び第２終端部の第２導電性層が錫からなる請求項２０記載の電気装置。
【請求項２３】
第１導電性終端部が第３基材上に配置されている第１電極及び第２基材上に配置されている第１電極に直接接触している請求項１６記載の電気装置。
【請求項２４】
第２導電性終端部が第２基材上に配置されている第２電極及び第１基材上に配置されている第１電極に直接接触している請求項２３記載の電気装置。
【請求項２５】
電流を装置に流した場合に、電流が第１導電性終端部から第３基材上に配置されている第１電極及び第２基材上に配置されている第１電極に流れ、第１及び第２ＰＴＣ素子を通じて第２基材上に配置されている第２電極及び第１基材上に配置されている第１電極に流れ、第２導電性終端部に流れる請求項２４記載の電気装置。
【請求項２６】
表面実装可能な電気回路保護装置であって、
第１表面上に電極が配置されている第１電気絶縁性基材と；
第１表面上に第１電極が配置されており、かつ、第２表面上に第２電極が配置されている第２電気絶縁性基材と；
第１表面上に第１電極が配置されており、かつ、第２表面上に第２電極が配置されている第３電気絶縁性基材と；
第１表面上に第１電極が配置されている第４電気絶縁性基材と；
導電性粒子を分散させたポリマーからなる第１層状ＰＴＣ素子であって、前記第１電気絶縁性基材と前記第２電気絶縁性基材の間に配置されていて前記第１電気絶縁性基材上に配置されている第１電極と前記第２電気絶縁性基材上に配置されている第１電極とを電気的に接続している第１層状ＰＴＣ素子と；
導電性粒子を分散させたポリマーからなる第２層状ＰＴＣ素子であって、前記第２電気絶縁性基材と前記第３電気絶縁性基材の間に配置されていて前記第２電気絶縁性基材上に配置されている第２電極と前記第３電気絶縁性基材上に配置されている第１電極とを電気的に接続している第２層状ＰＴＣ素子と；
導電性粒子を分散させたポリマーからなる第３層状ＰＴＣ素子であって、前記第３電気絶縁性基材と前記第４電気絶縁性基材の間に配置されていて前記第３電気絶縁性基材上に配置されている第２電極と前記第４電気絶縁性基材上に配置されている第１電極とを電気的に接続している第３層状ＰＴＣ素子と；
前記装置の第１端部を包み込んでおり、かつ、前記第４電気絶縁性基材上に配置されている第１電極と、前記第３電気絶縁性基材上に配置されている第１電極と、前記第２基材上に配置されている第１電極とを電気的に接続している第１導電性終端部と；
前記装置の第２端部を包み込んでおり、かつ、前記第３電気絶縁性基材上に配置されている第２電極と、前記第２電気絶縁性基材上に配置されている第２電極と、前記第１電気絶縁性基材上に配置されている第１電極とを電気的に接続している第２導電性終端部と；
を含む電気回路保護装置。
【請求項２７】
第１終端部が装置の一方の端部近傍の第１及び第４電気絶縁性基材上に配置されている請求項２６記載の回路保護装置。
【請求項２８】
第２終端部が装置の第２端部近傍の第１及び第４電気絶縁性基材上に配置されている請求項２６記載の回路保護装置。
【請求項２９】
第１電気絶縁性基材が第１端部及び第２端部を有し、第１電気絶縁性基材の第１表面上に配置されている第１電極が第１電気絶縁性基材の第２端部まで延びているが第１端部には延びていない請求項２６記載の回路保護装置。
【請求項３０】
第２電気絶縁性基材が第１端部及び第２端部を有し、第２電気絶縁性基材の第１表面上に配置されている第１電極が第２電気絶縁性基材の第１端部まで延びているが第２端部には延びておらず、第２電気絶縁性基材の第２表面上に配置された第２電極が第２電気絶縁性基材の第２端部まで延びているが第１端部には延びていない請求項２６記載の回路保護装置。
【請求項３１】
第３電気絶縁性基材が第１端部及び第２端部を有し、第３電気絶縁性基材の第１表面上に配置されている第１電極が第３電気絶縁性基材の第１端部まで延びているが第２端部には延びておらず、第３電気絶縁性基材の第２表面上に配置された第２電極が第３電気絶縁性基材の第２端部まで延びているが第１端部には延びていない請求項２６記載の回路保護装置。
【請求項３２】
第４電気絶縁性基材が第１端部及び第２端部を有し、第４電気絶縁性基材の第１表面上に配置されている第１電極が第４電気絶縁性基材の第１端部まで延びているが第２端部には延びていない請求項２６記載の回路保護装置。
【請求項３３】
第１基材及び第２基材を提供する工程；
第１基材の第１表面上に第１電極を形成する工程；
第２基材の第１表面上に第１電極を形成する工程；
第１ＰＴＣ素子を提供する工程；
第１基材上に形成された第１電極と第２基材上に形成された第１電極の間に第１ＰＴＣ素子を積層して積層体を形成する工程；
前記積層体の第１端部を包み込んで第１基材上の第１電極に電気的に接触する第１終端部を形成する工程；並びに
前記積層体の第２端部を包み込んで第２基材上の第１電極に電気的に接触する第２終端部を形成する工程；
を含む電気回路保護装置の製造方法。
【請求項３４】
積層工程が加熱されたプレス内で行われる請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
第１基材及び第２基材が、銅クラッドＦＲ−４エポキシを含んで成り、電極が銅クラッドの一部をエッチングにより除去することによって形成される請求項３３記載の方法。
【請求項３６】
積層体に導電性層をめっきし、導電性層の一部を除去することにより第１及び第２終端部が形成される請求項３３記載の方法。
【請求項３７】
第１基材、第２基材及び第３基材を提供する工程；
第１基材の第１表面上に複数の第１電極を形成する工程；
第２基材の第１表面上に複数の第１電極を形成する工程；
第２基材の第２表面上に複数の第２電極を形成する工程；
第３基材の第１表面上に複数の第１電極を形成する工程；
第１及び第２ＰＴＣ素子を提供する工程；
第１基材上に形成された複数の第１電極と第２基材上に形成された複数の第１電極の間に第１ＰＴＣ素子を積層する工程；
第２基材上に形成された複数の第２電極と第３基材上に形成された複数の第１電極の間に第２ＰＴＣ素子を積層して多層ＰＴＣシートを形成する工程；
シート内に複数の開口部を形成して多層（すなわち、基材、電極及びＰＴＣ素子）の一部を露出させる工程；
多層ＰＴＣシート及び多層ＰＴＣシートの露出部分に第１導電性層を適用する工程；
第１導電性層に第２導電性層を適用する工程；
前記第１及び第２導電性層の一部をエッチングにより除去して複数の第１及び第２終端部を生じさせる工程であって、前記第１終端部の各々が第３基材上に形成された複数の第１電極のうちの１つ及び第２基材上に形成された複数の第１電極のうちの１つと接触しており、前記第２終端部の各々が第１基材上の複数の第１電極のうちの１つ及び第２基材上に形成された複数の第２電極のうちの１つと接触しているものである工程；
前記シートを、各装置が複数の第１及び第２終端部のうちの１つを有する複数の電気回路保護装置に成形する工程；
を含む電気回路保護装置の大量生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する交互参照
本願は、１９９９年２月２２日に出願された米国仮出願第６０／１２１，０４３号に関わる利益を要求する。
【０００２】
本発明は、概して、表面実装可能な電気回路保護装置、特に高定格装置のための多層ＰＴＣ構成に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの導電性材料の抵抗率が温度によって変化することは良く知られている。正温度係数材料（ＰＴＣ材料）の抵抗率は、その材料の温度が上昇するにつれて増加する。導電性充填材を分散させることにより導電性に作られた多くの結晶性ポリマーはこのＰＴＣ効果を示す。これらのポリマーとしては、概して、例えばポリエチレン、ポリプロピレン及びエチレン／プロピレンコポリマー等のポリオレフィンが挙げられる。例えばチタン酸バリウム等の特定のドープトセラミック（ｄｏｐｅｄ  ｃｅｒａｍｉｃ）もＰＴＣ挙動を示す。
【０００４】
特定の値、すなわち臨界又はスイッチング温度を下回る温度では、ＰＴＣ材料は比較的小さい一定の抵抗率を示す。しかしながら、この温度よりも高い温度でＰＴＣ材料の温度が上昇すると、わずかな温度上昇でも抵抗率は急激に増加する。
【０００５】
ＰＴＣ特性を示すポリマー及びセラミック材料を使用する電気装置が、電気回路を過電流から保護するのに使用されている。電気回路が正常な動作条件にある時、負荷及びＰＴＣ装置の抵抗は、比較的小さい電流がＰＴＣ装置を流れるようなものである。従って、Ｉ2 Ｒ加熱に起因する装置温度は、ＰＴＣ装置の臨界又はスイッチング温度未満に保たれる。この場合、装置は平衡状態にあると言われる（すなわち、Ｉ2 Ｒ加熱による発熱速度が、装置周囲への装置の放熱速度に等しい）。
負荷が短絡したり、回路に電力サージが加わると、ＰＴＣ装置を流れる電流が増大し、（Ｉ2 Ｒ加熱に起因して）ＰＴＣ装置の温度はその臨界温度まで急激に上昇する。この臨界点に達すると、大量の電力がＰＴＣ装置内に散逸してＰＴＣ装置が不安定になる（すなわち、装置の発熱速度が、装置周囲への装置の放熱速度を超える）。この電力散逸はほんの短い時間（すなわち、数分の一秒）にわたって起こるが、増大する電力散逸は、回路内の電流が比較的小さい値に制限されるほどＰＴＣ装置の抵抗率が大きくなるまでＰＴＣ装置の温度を上昇させる。この新たな電流値は、新たな高温／高抵抗平衡点にＰＴＣ装置を保つのに十分なものであり、電気回路部品に損傷を与えるものではない。従って、ＰＴＣ装置はある種のヒューズとして作用し、ＰＴＣ装置がその臨界温度範囲まで熱くなった場合に、短絡負荷を流れる電流を安全な比較的低い値まで減少させる。回路内の電流が遮断されるか又は短絡（電力サージ）の原因となる条件が排除されると、ＰＴＣ装置は、その臨界温度未満の正常動作時の低抵抗状態まで冷える。すなわち、リセット可能な電気回路保護装置が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
概して、装置の電気定格を増加させるには、ＰＴＣ素子の領域を増加させなくてはならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、装置のフートプリント、すなわち長さ及び幅を保ちつつＰＴＣ素子の能動領域を増加させることにより高い電気定格を有する電気回路保護装置を提供する。装置の全寸法を大きくするというよりはむしろ、本発明は支持基材の間に挟まれた多層ＰＴＣ素子を使用する。第１及び第２終端部が能動ＰＴＣ領域を増加させるように並列にＰＴＣ素子を電気的に接続する。その結果、フートプリントが同じであるが電気定格が増した装置が得られる。
【０００８】
第１態様において、第１、第２及び第３基材を含む表面実装可能な電気回路保護装置が提供される。第１基材は、その第１表面上に配置された第１電極を有する。第２基材は、その第１表面上に配置された第１電極とその第２表面上に配置された第２電極を有する。第３基材は、その第１表面上に配置された電極を有する。第１ＰＴＣ素子は第１基材と第２基材の間に挟まれていて、第１基材の第１電極と第２基材の第１電極とを電気的に接続する。第２ＰＴＣ素子は、第２基材と第３基材の間に挟まれていて、第２基材上に配置されている第２電極と第３基材上に形成された第１電極とを電気的に接続する。第１及び第２終端部は装置の対向する端部を包み込んで（ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ）いるとともに並列に存在するＰＴＣ素子を電気的に接続している。第１終端部は、第２及び第３基材上に配置されている第１電極に直接接触している。第２終端部は、第１基材上の第１電極及び第２基材上の第２電極に直接接触している。
【０００９】
装置の全定格をさらに増加させるように、本発明の第２態様において、４つの基材の間に挟まれた３つのＰＴＣ素子を含む装置が提供される。第１及び第４基材はそれらの各１つの表面（すなわち、基材の内側表面）のみの上に形成された電極を有する。第２及び第３基材は上面と下面の両方の上に形成された電極を有する。第１ＰＴＣ素子は、第１基材と第２基材の間に挟まれていて、第１基材の第１電極と第２基材の第１電極とを電気的に接続する。第２ＰＴＣ素子は、第２基材と第３基材の間に挟まれていて、第２基材上の第２電極と第３基材上の第１電極とを電気的に接続する。第３ＰＴＣ素子は、第３基材と第４基材の間に挟まれていて、第３基材上の第２電極と第４基材上の第１電極とを電気的に接続する。第１態様と同様に、第１及び第２終端部は装置の対向する端部を包み込んでいて、ＰＴＣ素子を並列に電気的に接続する。第１終端部は第２、第３及び第４基材上に配置された第１電極に直接接触する。第２終端部は、第１基材上の第１電極並びに第２及び第３基材上の第２電極と直接接触する。
【００１０】
第３態様において、多層ＰＴＣ電気回路保護装置の製造方法が提供される。まず、第１、第２及び第３基材上に電極構成を形成する。第１基材の第１表面上に第１電極を形成する。第２基材の第１及び第２表面上に第１及び第２電極を形成する。第３基材の第１表面上に第１電極を形成する。
【００１１】
次に、ＰＴＣ素子を基材の間に積層する。第１ＰＴＣ素子を、第１基材と第２基材の間に積層し、第１基材の第１電極と第２基材の第１電極とを電気的に接続する。第２ＰＴＣ素子を、第２基材と第３基材の間に積層し、第２基材上の第２電極と第３基材上の第１電極とを電気的に接続する。この結果、多層ＰＴＣ積層体が得られる。
【００１２】
第１包み込み終端部（ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ  ｅｎｄ  ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）は、この積層体の一端に形成されており、第２基材上の第１電極及び第３基材上の第１電極に電気的に接触する。第２包み込み終端部は、この積層体の反対側の端部に形成されており、第１基材上の第１電極及び第２基材上の第２電極に直接接触する。このように、第１及び第２終端部はＰＴＣ素子を並列に電気的に接続している。
【００１３】
第４態様において、電気回路保護装置の大量生産方法が提供される。第１工程において、第１、第２及び第３基材上に電極構成を形成する。複数の第１電極を第１基材の第１表面上に形成する。複数の第１電極を第２基材の第１表面上に形成し、そして複数の第２電極を第２基材の第２表面上に形成する。複数の第１電極を第３基材の第１表面上に形成する。
【００１４】
次に、薄いＰＴＣ材料層を基材の間に積層する。第１ＰＴＣ層を、第１基材上に形成された複数の第１電極と第２基材上に形成された複数の第１電極との間に積層する。第２ＰＴＣ層を、第２基材上に形成された複数の第２電極と第３基材上に形成された複数の第１電極の間に積層して多層ＰＴＣシートを形成する。シート内に複数の開口部を形成し、多層（すなわち、基材、電極及びＰＴＣ層）の対向する端部を露出させる。第１導電性層を、シートと、開口部により生じた露出面に適用する。第１導電性層の一部を除去して複数の第１及び第２終端部を生じさせる。複数の終端部のそれぞれが第２及び第３基材上に形成された第１電極のうちの１つと直接接触しており、そして複数の第２終端部のそれぞれが第１基材上の第１電極のうちの１つ及び第２基材上に形成された第２電極のうちの１つと直接接触している。最終工程において、切断又は開口部を通じてのダイシング（dicing）によりシートを複数の電気回路保護装置に成形する。各装置は、ＰＴＣ素子を並列に電気的に接続する第１及び第２終端部を具備する。
【００１５】
好ましい態様において及びより高い電流容量を持つように終端部を作り上げるために、層の一部を除去するのに先立って第２導電性層を積層体に適用する。さらに、この装置が印刷回路板上に実装（すなわち、はんだ付け）しやすいものとなるように、非導電ギャップを第１及び第２導電性層内に生じさせることにより終端部を形成した後に、第３導電性層（例えば、錫）を第２導電性層に適用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は多くの異なる形態にある態様をとり、また本発明の好ましい態様が図面に示されており、さらに以下で本発明の態様を詳細に説明するが、本明細書の開示が本発明の原理を例示するものであると解釈されるべきである。
【００１７】
図１は、本発明に係る電気装置１０の第１態様を示すものである。装置１０は、第１終端部４０と第２終端部５０の間に並列に電気的に接続された第１ＰＴＣ素子２０及び第２ＰＴＣ素子３０を具備する。第１ＰＴＣ素子２０及び第２ＰＴＣ素子３０は、第１基材６０、第２基材７０及び第３基材８０の間に配置されている。
【００１８】
概して、ＰＴＣ素子２０，３０は、ポリマー成分と導電性充填材成分を含んでなるＰＴＣ組成物から構成される。前記ポリマー成分は、結晶度が少なくとも４０％であるポリオレフィンを含んでいて良い。適切なポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリエチレンアクリレート、エチレン−アクリル酸コポリマー、及びエチレン−プロピレンコポリマーが挙げられる。好ましい態様において、前記ポリマー成分はポリエチレンと無水マレイン酸を含み、例えばDuPontにより製造販売されているFusabond（商標）ブランドである。前記導電性充填材は、組成物がＰＴＣ特性を示すのに十分な量でポリマー成分中に分散される。代わりに、導電性充填材をポリマー成分にグラフト化してもよい。
【００１９】
概して、前記導電性充填材成分は、およそ２５〜７５質量％の量でＰＴＣ組成物中に存在する。本発明において使用するのに適切な導電性充填材としては、次に示す金属の粉末、フレーク又は球体が挙げられる：ニッケル、銀、金、銅、銀メッキ銅、又は合金。導電性充填材は、カーボンブラック、カーボンフレーク又はカーボン球体、又はグラファイトを含んでいても良い。特に有用なＰＴＣ組成物は２５℃で５Ωｃｍ未満、特に３Ωｃｍ未満、好ましくは１Ωｃｍ未満、例えば０．５〜０．１Ωｃｍの抵抗率を有する。本発明での使用に適切なＰＴＣ組成物は米国特許出願第０８／６１４，０３８号及び米国特許第４，２３７，４４１号、第４，３０４，９８７号、第４，８４９，１３３号、第４，８８０，５７７号、第４，９１０，３８９号及び第５，１９０，６９７号に開示されている。
【００２０】
基材６０，７０，８０は好ましく電気絶縁性であり、装置１０のための支持体を提供する。本発明において基材として使用するのに適切な材料としては、セラミック、ＦＲ−４エポキシ、ガラス及びメラミンが挙げられる。第１基材６０はその第１表面（下面）上に形成された第１電極９０を有する。第２基材７０は１つの表面（上面）上に形成された第１電極１００ともう１つの表面（下面）上に形成された第２電極１１０を有する。第３基材８０は、その第１表面（上面）上に形成された第１電極１２０を有する。概して、電極は任意の導電性金属、例えば銀、銅、亜鉛、ニッケル、金及びそれらの合金から形成することができ、任意の慣用的な堆積方法、例えば、蒸着、スパッタリング、めっき等により基材上に堆積させることができる。
【００２１】
好ましい態様において、基材６０，７０，８０は、銅クラッドＦＲ−４エポキシからなる。電極構成は、慣用的なマスキング及びエッチング法、又は米国特許第５，６９９，６０７号に開示されているフォトリソグラフィー法を使用して形成される。この開示は、引用により本明細書に完全に含まれていることにする。図１に示されているように、第１基材６０上に形成されている第１電極９０は、基材６０の一方の端部６１に延びているがもう一方の端部６２には延びていない。第２基材７０上に形成された電極１００，１１０は基材の対向する端部に延びている。すなわち、第１電極１００は端部７２に延びているが端部７１には延びておらず、一方、第２電極１１０は端部７１に延びているが端部７２に延びていない。第３基材８０上に形成された電極１２０も基材８０の一方の端部８２に延びているがもう一方の端部８１には延びていない。電極のこのオフセット構成は、第１及び第２終端部４０，５０との適切な電気的接続を作りだすために重要である。
【００２２】
いったん電極構成を基材上に形成し、ＰＴＣ素子を備え付けたら（ＰＴＣ材料を押し出して薄いシートにすることによるのが好ましい）、素子を取付具内で整列させ（図３参照）、加熱されたプレス内で熱及び圧力を加えて多層積層体を形成する。第１ＰＴＣ素子２０は第１基材６０と第２基材７０の間に挟まれており、電極９０，１００と直接的及び電気的に接触している。熱及び圧力によって、ＰＴＣ素子２０は、基材６０，７０の表面の一部だけをそれぞれ覆っている電極９０，１００により生成したボイド又は不均一表面を埋める。同様に、第２ＰＴＣ素子３０は、第２基材７０と第３基材８０の間に挟まれており、電極１１０，１２０と直接的及び電気的に接触している。熱及び圧力によって、ＰＴＣ素子３０は、基材７０，８０の表面の一部だけをそれぞれ覆っている電極１１０，１２０により生成したボイド又は不均一表面を埋める。銅クラッドＦＲ−４エポキシ基材及び電極を使用した場合に、３７５〜４２５ｐｓｉの範囲内の圧力及び２００〜２５０℃の範囲内の温度を使用して優れた積層体が形成された。
【００２３】
図４〜６を参照すると、導電性層１３０を多層積層体に堆積することにより第１及び第２終端部４０，５０が形成される。第２導電性層１４０が第１導電性層１３０に適用される。第１及び第２導電性層１３０，１４０は好ましくは銅、ニッケル、銀、金、錫及び亜鉛からなる群から選ばれる金属である。前述の任意の慣用的な金属堆積法を使用して層１３０，１４０を堆積させることができる。特に好ましい態様において、第１導電性層１３０は銅からなるもので、電解めっきにより堆積され、そして第２導電性層１４０は銅からなるもので、電解めっきにより堆積される。第１及び第２端部導電性層の一部をエッチングにより除去して層内に非導電ギャップを生じさせ、終端部４０，５０を形成させる。第１工程において、好ましくは錫である第３導電性層１５０を第２導電性層１４０に適用して第１及び第２終端部４０，５０の形成を完了する。錫層１５０を、第１及び第３基材６０，８０の露出している部分ではなく銅の電着層１４０に電解めっきにより直接適用することができる。
【００２４】
電極９０，１００，１１０，１２０のオフセット構成のために、第１終端部４０は電極１００，１２０に直接接触しているが、電極９０，１１０に直接接触していない。一方、第２終端部５０は電極９０，１１０に直接接触しているが、電極１００，１２０に直接接触していない。その結果、ＰＴＣ素子２０，３０は終端部の間に並列に電気的に接続されるため、大きな能動ＰＴＣ領域が得られるとともにより高い定格の電気装置が得られる。
【００２５】
ここで図２を参照すると、第２態様において、装置１０は、４つの基材６０，７０，７５，８０の間に挟まれた３つのＰＴＣ素子２０，３０，３５を含んでなる。参照番号７５により図２に示されている追加の基材は、基材７０と同様なオフセット電極構成を有する。すなわち、第１電極１１２が第１表面（上面）に形成されていて基材７５の一方の端部まで延びているが基材７５のもう一方の端部まで延びておらず、そして第２電極１１４が第２表面（下面）に形成されていて基材７５の反対側の端部まで電極１１２のように延びている。図２に示されている態様において、第１終端部４０は電極１００，１１２，１２０に直接接触しているが電極９０，１１０，１１４には直接接触しておらず、一方、第２終端部５０は電極９０，１１０，１１４に直接接触しているが電極１００，１１２，１２０には直接接触していない。このように、ＰＴＣ素子２０，３０，３５は包み込み終端部４０及び５０の間に並列に電気的に接続されており、同じ長さ及び幅の装置において得られるものよりも高い電気定格を有する装置１０を提供する。
【００２６】
図７〜８を参照すると、１つの多層ＰＴＣシート１８０から本発明に係る複数の電気装置１０を容易に製造することができる。例示の目的で、図１に示す態様を参照することにより多層ＰＴＣシート１８０及び装置の大量生産方法を説明する。しかしながら、以下で説明する方法は、さらなるＰＴＣ層を有する装置に対しても行うことができる。
【００２７】
多層ＰＴＣシート１８０は、例えば４インチ×８インチの大きさを有し、絶縁性基材６０，７０，８０の間に挟まれた２つのＰＴＣ層２０，３０を含んでなる。
【００２８】
複数の第１電極９０，９０’，９０”等を第１基材６０上に形成する。複数の第１１００，１００’，１００”等及び第２電極１１０，１１０’，１１０”等を第２基材７０上に形成する。複数の第１電極１２０，１２０’，１２０”を第３基材８０上に形成する。
【００２９】
第１ＰＴＣ素子２０（薄層状であることが好ましい）は第１基材６０と第２基材７０の間に挟まれている。第２ＰＴＣ素子３０（これも薄層状であることが好ましい）は第２基材７０と第３基材８０の間に挟まれている。次の構成要素：第３基材８０、第２ＰＴＣ素子３０、第２基材７０、第１ＰＴＣ素子２０及び第１基材６０を取付具内で整列させ、そして加熱されたプレス内に入れる。構成要素を積層して多層ＰＴＣシート１８０を形成させる。
【００３０】
シート１８０内に複数の開口部１９０が形成される。開口部１９０は、多層が露出する限り、（例示されているように）円形であってもよいし長いスロットの形状をしていてもよい。次に、第１導電性層１３０をシート１８０に適用する。好ましい態様において、層１３０は銅からなり、慣用的な無電解めっき法により堆積される。第１基材６０及び第３基材８０の外面並びにシート１８０内の開口部１９０により生じた露出面に銅を無電解めっきする。
【００３１】
次に、第２導電性層１４０を第１導電性層１３０に適用する。第２導電性層１４０、好ましくは銅を慣用的な電解めっき法により堆積させる。より大きな電流容量を処理することができるように終端部４０，５０を形成する導電性層の厚みを増大させるには第２導電性層１４０が必要であろう。
【００３２】
前述の慣用的なマスキング／エッチング又はフォトリソグラフィー法を使用して第１端部導電性層１３０及び第２端部導電性層１４０の一部を除去し、層内に非導電ギャップを生じさせ、終端部４０，５０を形成する。好ましくは錫である第３導電性層１５０を第２導電性層１４０に適用して第１終端部４０及び第２終端部５０の形成を完了する。錫層１５０を、第１基材６０及び第３基材８０の露出している部分ではなく銅の電着層１４０に電解めっきにより直接適用することができる。最終工程において、シートを切断又は開口部を通じてダイシング（dicing）し（図７に示されている点線に沿って）、図１に示されているような電気装置１０を複数形成する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
詳細な説明及び添付の図面を参照することにより本発明をより深く理解できるでろう。図面に示されている種々の要素の大きさ及び厚さは、本発明の電気装置がより分かりやすく示されるように誇張されている。
【図１】図１は、本発明の第１態様に係る電気装置の正面図である。
【図２】図２は、本発明の第２態様に係る電気装置の正面図である。
【図３】図３は、図１に示されている装置の製造方法において積層させる構成要素の部分分解図である。
【図４】図４は、第１導電性層が適用された図３の積層体を示すものである。
【図５】図５は、第１及び第２導電性層が適用された図３の積層体を示すものである。
【図６】図６は、第１及び第２導電性層の一部をエッチングにより除去することにより第１及び第２終端部を生じさせる方法を示すものである。
【図７】図７は、本発明の１つの態様に係る装置の大量生産に使用される多層ＰＴＣシートを示すものである。
【図８】図８は、図７に示されている多層ＰＴＣシートの部分正面図を示すものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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