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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft elektrische Bauelemente und Baugruppen
sowie Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen und Baugruppen.
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EINFÜHRUNG IN DIE ERFINDUNG
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Schaltungsschutzbauelemente,
die eine leitende Polymerzusammensetzung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
(PTC) umfassen, sind gut bekannt. Solche Bauelemente, die für eine Oberflächenmontage
auf einem Substrat, z. B. einer Leiterplatte, ausgelegt sind, sind
in den
US-Patenten Nr. 5831510 (Zhang
et al.),
5852397 (Chan
et al.) und
5864281 (Zhang
et al.) sowie in den
internationalen Publikationen
Nr. 94/01876 (Raychem Corporation) und
95/08176 (Raychem Corporation) offenbart.
Solche Schaltungsschutzbauelemente umfassen im Allgemeinen eine
erste und eine zweite laminare Elektrode; ein laminares PTC-Widerstandselement,
das sandwichartig zwischen den Elektroden eingeschlossen ist; ein
drittes laminares Leitungselement (Rest), das an derselben Fläche des
PTC-Elementes befestigt
ist wie die zweite Elektrode, davon aber getrennt ist; und einen
Querleiter, der durch eine Öffnung
im PTC-Element passiert und das dritte leitende Element und die
erste Elektrode miteinander verbindet. Dies erlaubt eine Verbindung
mit beiden Elektroden von derselben Seite des Bauelementes, so dass
das Bauelement flach auf einer Leiterplatte angeschlossen werden
kann, mit der ersten Elektrode oben, ohne Notwendigkeit für Leitungen.
Das Widerstandselement umfasst vorzugsweise ein laminares Element,
das aus einem leitenden PTC-Polymer besteht. Das Bauelement umfasst
vorzugsweise ein zusätzliches
leitendes Element und einen zusätzlichen Querleiter,
so dass das Bauelement symmetrisch ist und in beiden Ausrichtungen
auf einer Leiterplatte platziert werden kann.
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Wenn
zwei dieser Bauelemente physisch aufeinander gestapelt aneinander
befestigt werden, kann ein Verbundbauelement erhalten werden. Solche
Verbundbauelemente haben dieselbe kleine „Montagefläche" auf der Leiterplatte, d. h. sie nehmen
als einzelnes Bauelement nur einen kleinen Bereich ein, aber sie
haben einen geringeren Widerstand als der, der herkömmlicherweise
mit einem einzigen Bauelement erzielt werden kann. Zudem unterscheidet
sich die Verlustleistung eines solchen Verbundbauelementes nicht
erheblich von der Verlustleistung eines der Bauelemente allein.
Folglich hat das Verbundbauelement einen geringeren Widerstand für einen
gegebenen Haltestrom, wobei „Haltestrom" der größte Strom
ist, der durch ein Bauelement fließen kann, ohne seine Auslösung zu
verursachen.
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Die
US 5488348 offenbart einen
PTC-Thermistor und spezieller einen PTC-Thermistor, der in einem
Gleichstrommotor oder dergleichen enthalten ist und beispielsweise
zum Verhindern eines Überstroms
verwendet wird.
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Die
WO99/45551 offenbart ein
mehrschichtiges leitendes Polymerbauelement und ein Verfahren zu
dessen Herstellung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Wie
in der internationalen Patentveröffentlichung
Nr.
WO99/53505 (Raychem
Corporation, veröffentlicht
am 21. Oktober 1999) beschrieben, werden Verbundbauelemente durch
Sortieren einzelner Bauelemente und anschließendes Zusammenfügen der
sortierten Bauelemente zu Verbundbauelementen hergestellt. Ein solcher
Prozess kann langwierig sein, da er es erfordern kann, dass der
Widerstand jedes einzelnen Bauelementes gelesen wird. Wir haben
nun gemäß der vorliegenden
Erfindung gefunden, dass es möglich
ist, eine mehrschichtige Baugruppe herzustellen, von der individuelle
Verbundbauelemente abgeteilt werden können. Eine solche Baugruppe
erlaubt die gleichzeitige Herstellung einer großen Zahl von Verbundbauelementen.
Ferner kann, da das hierin beschriebene Verfahren die Strukturierung
einzelner Schichten der Baugruppe vor oder nach der Fertigung zu
einer Baugruppe erlaubt, eine Reihe verschiedener Bauelemente von denselben
Anfangsschichten hergestellt werden. Zusätzlich kann die Zusammensetzung
der Schichten leicht variiert werden, so dass der einfache Aufbau von
Bauelementen mit kombinierter Funktionalität möglich wird. Es können leicht
verschiedene Verbindungsansätze
zwischen Schichten implementiert werden, und es können Bauelemente
mit mehreren elektrischen Außenkontakten
hergestellt werden, ohne den Grundherstellungsprozess zu ändern. All dies
trägt zu
der breiten Palette an unterschiedlichen Bauelementen bei, die mit
den hierin offenbarten Verfahren zu geringen Kosten in Masse produziert
werden können.
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Die
vorliegende Erfindung stellt Methoden und Verfahren bereit, für die verschiedene
operative Schritte an einer Baugruppe ausgeführt werden können, so
dass mehrere Bauelemente erhalten werden, wenn sie zu Verbundbauelementen
unterteilt werden, indem sie in der x- und der y-Richtung (wobei
x und y den Richtungen in der Ebene der laminaren PTC-Elemente entsprechen)
unterteilt werden. Die Möglichkeit,
Bauelemente auf diese Weise herzustellen, ist eine erhebliche Verbesserung
gegenüber
anderen Methoden, beispielsweise denen, die in der internationalen
Patentveröffentlichung
Nr.
WO99/53505 beschrieben
sind, weil für
die vorliegende Erfindung keine einzelnen Bauelemente individuell
zusammengefügt
zu werden brauchen, was die Effizienz erhöht und daher die Kosten des
Herstellungsprozesses senkt. Schließlich erlaubt die Methode des
Kombinieren von Schichten von Materialien zum Bilden der hierin
offenbarten Verbundbauelemente die Ausführung einer äußerst einfachen
und doch anpassungsfähigen
Methode zum Bilden einer Reihe verschiedener Bauelemente, ohne dass
der Grundherstellungsprozess geändert
werden müsste.
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In
einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines polymeren Schaltungsschutz-Verbundbauelementes
bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet:
- (1) Erzeugen einer polymeren Baugruppe, das Folgendes
beinhaltet:
(a) Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Laminats
(7, 8), die jeweils ein laminares Polymerelement
mit zwei leitenden Flachen umfassen;
(b) Erzeugen einer Struktur
aus leitendem Material auf wenigstens einer der leitenden Flächen auf einem
Laminat;
(c) Befestigen der Laminate aneinander mittels einer
Klebstoffschicht in einem Stapel (1) in einer gewünschten
Konfiguration, wobei eine leitende Fläche jeweils des ersten und
des zweiten Laminats eine leitende Außenfläche (3, 3') des Stapels umfasst,
und
(d) Herstellen mehrerer elektrischer Verbindungen (31, 51)
zwischen einer leitenden Flache des ersten Laminats und einer leitenden
Fläche
des zweiten Laminats; und
- (2) Unterteilen des Stapels in einzelne Bauelemente, die jeweils
wenigstens eine elektrische Verbindung aufweisen.
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In
einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine polymere
Baugruppe bereit, die Folgendes umfasst:
- (a)
ein erstes Laminat (7), das ein laminares Polymerelement
mit zwei leitenden Flächen
umfasst, von denen wenigstens eine eine Struktur hat;
- (b) ein zweites Laminat (8), das ein laminares Polymerelement
mit zwei leitenden Flächen
umfasst, von denen wenigstens eine eine Struktur hat, wobei das
zweite Laminat mit einer Klebstoffschicht an dem ersten Laminat
in einem Stapel befestigt wird, so dass der Stapel eine erste und
eine zweite leitende Außenfläche sowie
eine dritte und eine vierte leitende Innenfläche hat; und
- (c) mehrere transversale leitende Elemente (11), die
durch das erste und das zweite Laminat zwischen der ersten und der
zweiten leitenden Außenfläche verlaufen,
wobei der Stapel zum Unterteilen in individuelle Bauelemente geeignet
ist, die jeweils wenigstens eine elektrische Verbindung aufweisen,
die ein transversales leitendes Element umfasst.
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Mittels
des Verfahrens oder der Baugruppe der Erfindung können Bauelemente
durch Erzeugen von Elektrodenvorläufern in Form von leitenden
Flächen
von geeigneten Gestalten auf Widerstandselementen, die größer sind
als die gewünschte
Endform, Ausbilden eines Stapels von mehreren Widerstandselementen,
die ebenfalls größer sind
als die gewünschte
Endform, und dann Unterteilen des Stapels in einzelne Bauelemente
hergestellt werden. Elektroden geeigneter Formen können durch
Entfernen von unerwünschten
Abschnitten einer beliebigen, oder beliebigen Kombination, der leitenden
Flächen
gefertigt werden. Das Entfernen kann beispielsweise durch Fräsen, Stanzen
oder Ätzen
erfolgen. Alternativ können
die Elektrodenvorläufer
durch Strukturieren von leitendem Material auf eine oder eine beliebige
Kombination der PTC-Widerstandselementflächen durch chemische Aufdampfung,
galvanische Abscheidung, Sputtern usw. ausgebildet werden. Leitendes
Material kann auch mit Hilfe eines Klebstoffs oder einer Bindeschicht
auf die Flächen
der PTC-Widerstandselemente aufgebracht werden. Eine elektrische
Verbindung zwischen einer gewünschten
Kombination der leitenden Flächen
der mehreren Widerstandselemente kann erfolgen, bevor der Stapel
zu individuellen Bauelementen unterteilt wurde. Alternativ können einige
oder alle der elektrischen Verbindungen zwischen gewünschten
Elektroden oder Kontaktstellen erfolgen, nachdem der Stapel zu Verbundbauelementen
unterteilt wurde. Die elektrische Verbindung kann so ausgelegt werden,
dass die Verbindung zwischen einigen der leitenden Flächen des Stapels
oder Elektroden des Bauelementes, aber nicht allen erfolgt.
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So
stellt die vorliegende Erfindung in einem dritten Aspekt ein polymeres
Schaltungsschutz-Verbundbauelement
bereit, welches zum Beispiel durch Anwendung des Verfahrens des
ersten Aspekts der Erfindung oder der Baugruppe des zweiten Aspekts hergestellt
wird, umfassend:
- (1) eine erste und eine zweite
laminare Außenelektrode,
- (2) eine erste und eine zweite laminare Innenelektrode,
- (3) ein erstes und ein zweites laminares PTC-Widerstandselement,
die jeweils (i) PTC-Verhalten aufweisen und (ii) ein laminares Element
bestehend aus einem leitenden PTC-Polymer umfassen,
wobei das
erste Widerstandselement eine erste Fläche hat, an der die erste Außenelektrode
befestigt ist, und eine gegenüberliegende
zweite Fläche,
an der die erste Innenelektrode befestigt ist, und wobei das zweite
Widerstandselement eine erste Fläche
hat, an der die zweite Außenelektrode
befestigt ist, und eine gegenüberliegende zweite
Fläche,
an der die zweite Innenelektrode befestigt ist,
- (4) eine Klebstoffschicht, die (i) ein isolierendes Polymer
umfasst, (ii) zwischen dem ersten und dem zweiten laminaren PTC-Widerstandselement eingefügt ist und
(iii) das erste laminare PTC-Element an dem zweiten PTC-Element
befestigt,
- (5) ein erstes laminares leitendes Außenelement, das (i) an der
ersten Fläche
des ersten PTC-Widerstandselementes
befestigt und (ii) von der ersten Außenelektrode beabstandet ist,
- (6) ein zweites laminares leitendes Außenelement, das (i) an der
ersten Fläche
des zweiten PTC-Widerstandselementes
befestigt und (ii) von der zweiten Außenelektrode beabstandet ist,
- (7) ein erstes laminares leitendes Innenelement, das (i) an
der zweiten Fläche
des ersten PTC-Widerstandselementes
befestigt und (ii) von der dritten Innenelektrode beabstandet ist,
- (8) ein zweites laminares leitendes Innenelement, das (i) an
der ersten Fläche
des zweiten PTC-Widerstandselementes
befestigt und (ii) von der vierten Innenelektrode beabstandet ist,
- (9) eine erste Öffnung,
die zwischen der ersten Außenelektrode
des ersten laminaren PTC-Elementes
und der zweiten Außenelektrode
des zweiten laminaren PTC-Elementes verläuft,
- (10) eine zweite Öffnung,
die zwischen dem ersten laminaren leitenden Außenelement des ersten laminaren
PTC-Elementes und dem zweiten laminaren leitenden Außenelement
des zweiten laminaren PTC-Elementes verläuft,
- (11) ein erstes transversales leitendes Element, das
(a)
in der ersten Öffnung
liegt,
(b) zwischen der ersten Außenelektrode des ersten laminaren
PTC-Elementes und der zweiten Außenelektrode des zweiten laminaren
PTC-Elementes verläuft,
(c)
an dem ersten PTC-Element, dem zweiten PTC-Element und dem dritten
laminaren Element befestigt ist, und
(d) physisch und elektrisch
mit der ersten laminaren Außenelektrode,
dem ersten laminaren leitenden Innenelement, dem zweiten laminaren
leitenden Innenelement und der zweiten laminaren Außenelektrode
verbunden, aber mit der ersten oder der zweiten Innenelektrode nicht
verbunden ist, und
- (12) ein zweites transversales leitendes Element, das
(a)
in der zweiten Öffnung
liegt,
(b) zwischen dem ersten laminaren leitenden Außenelement
und dem zweiten laminaren leitenden Außenelement verläuft,
(c)
an dem ersten PTC-Element, dem zweiten PTC-Element und dem dritten
laminaren Element befestigt ist, und
(d) physisch und elektrisch
mit dem ersten laminaren leitenden Außenelement, der ersten Innenelektrode,
der zweiten Innenelektrode und dem zweiten laminaren leitenden Außenelement
verbunden, aber mit der ersten oder der zweiten Außenelektrode
nicht verbunden ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung ist in den Begleitzeichnungen illustriert, in denen
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1 eine
Perspektivansicht eines Abschnitts eines im ersten Aspekt der Erfindung
gebildeten Stapels zeigt, der zu mehreren individuellen Verbundbauelementen
unterteilt werden kann;
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2 ist
eine auseinander gezogene Ansicht eines Stapels, der auf den leitenden
Innenflächen
strukturiert wurde;
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3 ist
ein Grundriss der Oberseite einer Sektion eines Stapels;
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer Sektion eines Stapels entlang der
Linie IV-IV in 3;
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5 ist
eine Perspektivansicht eines Verbundbauelementes der Erfindung;
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Verbundbauelementes, das auf einer
Leiterplatte parallel zu der Platte montiert ist;
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7 ist
eine Draufsicht auf Verbundbauelemente, die in den 8, 9, 10, 11, 14 und 21 näher illustriert
sind;
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8, 9 und 10 sind
Querschnittsansichten entlang der Linie VIII-VIII in 7 von
Verbundbauelementen mit zwei parallel geschalteten Elementen;
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11 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 7 eines
Verbundbauelementes mit drei parallel geschalteten Elementen;
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12 ist
ein Grundriss eines weiteren Verbundbauelementes mit zwei parallel
geschalteten Elementen, aber ohne leitende Elementreste, wie in 13 illustriert;
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13 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12;
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14 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII von 7 eines
weiteren Verbundbauelementes mit zwei parallel geschalteten Elementen;
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15 ist
eine Querschnittsansicht eines Verbundbauelementes mit zwei in Reihe
geschalteten Elementen;
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16 ist
ein Grundriss eines Verbundbauelementes mit mehr als zwei äußeren elektrischen
Anschlusspunkten;
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17 ist
ein Schaltschema des Verbindungsansatzes der einzelnen miteinander
verbundenen Bauelemente zur Bildung der Verbundbauelemente der 16 sowie 18 bis 20;
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18, 19 und 20 sind
Querschnittsansichten jeweils entlang den Linien XVIII-XVIII, XIX-XIX
und XX-XX in 16;
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21 ist
eine Querschnittsansicht eines Verbundbauelementes mit zwei Außenelektroden und
einer Innenelektrode;
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22 ist
ein Grundriss eines Verbundbauelementes mit mehreren elektrischen
Anschlüssen zwischen
Schichten eines Verbundbauelementes;
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23 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXIII-XXIII in 22;
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24 und 26 sind
auseinander gezogene Ansichten von Stapeln der Erfindung, die eine Baugruppe
bilden und zu mehreren individuellen Verbundbauelementen unterteilt
werden können;
und
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25 und 27 sind
jeweils Perspektivansichten von Bauelementen der Erfindung, die
jeweils aus den Stapeln der 24 und 26 hergestellt
wurden.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie
nachfolgend beschrieben und beansprucht und in den Figuren illustriert,
hat die vorliegende Erfindung eine Reihe von Merkmalen. Wo ein solches
Merkmal in einem bestimmten Kontext oder als Teil einer bestimmten
Kombination offenbart ist, da kann es auch in anderen Kontexten
und anderen Kombinationen verwendet werden, inklusive Kombinationen
einer beliebigen Zahl solcher Merkmale.
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PTC- UND WIDERSTANDSELEMENTE
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Baugruppen
und Bauelemente der Erfindung umfassen im Allgemeinen wenigstens
ein laminares polymeres Element oder Widerstandselement, das eine
PTC-Zusammensetzung hat, die ein PTC-(positiver Temperaturkoeffizient)-Verhalten
zeigt, d. h. deren spezifischer Widerstand mit der Temperatur über einen
relativ kleinen Temperaturbereich steil ansteigt. Der Begriff „PTC" bedeutet eine Zusammensetzung oder
ein Bauelement, das einen R14-Wert von wenigstens
2,5 und/oder einen R100-Wert von wenigstens
10 hat, und es wird bevorzugt, dass die Zusammensetzung oder das
Bauelement einen R30-Wert von wenigstens
6 hat, wobei R14 das Verhältnis der spezifischen
Widerstände
am Ende und am Anfang eines 14°C-Bereichs,
R100 das Verhältnis der spezifischen Widerstände am Ende
und am Anfang eines 100°C-Bereiches
und R30 das Verhältnis der spezifischen Widerstände am Ende
und am Anfang eines 30°C-Bereichs
sind.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten PTC-Zusammensetzungen
sind vorzugsweise leitende Polymere, die eine kristalline Polymerkomponente
und, in der Polymerkomponente dispergiert, eine partikuläre Füllstoffkomponente
haben, die einen leitenden Füllstoff
umfasst, z. B. Ruß oder
ein Metall. Die Füllstoffkomponente
kann auch einen nichtleitenden Füllstoff
enthalten, der nicht nur die elektrischen, sondern auch die physikalischen
Eigenschaften des leitenden Polymer ändert. Die Zusammensetzung
kann auch eine oder mehrere andere Komponenten enthalten, z. B.
ein Antioxidationsmittel, ein Vernetzungsmittel, ein Kopplungsmittel,
ein Flammschutzmittel oder ein Elastomer. Die PTC-Zusammensetzung hat
vorzugsweise einen spezifischen Widerstand bei 23°C von weniger
als 50 Ohm-cm, insbesondere von weniger als 10 Ohm-cm, speziell
von weniger als 5 Ohm-cm. Geeignete leitende Polymere für den Einsatz
in der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise in den
US-Patenten 4237441 (van
Konynenburg et al.),
4304987 (van
Konynenburg),
4514620 (Cheng
et al.),
4534889 (van Konynenburg
et al.),
4545926 (Fouts
et al.),
4724417 (Au
et al.),
4774024 (Deep
et al.),
4935156 (van
Konynenburg et al.),
5049850 (Evans
et al.),
5378407 (Chandler
et al.),
5451919 (Chu
et al.),
5582770 (Chu et
al.),
5747147 (Wartenberg
et al.) und
5801612 (Chandler
et al.) und in der US-Patentanmeldung Nr. 09/364504 (Isozaki et
al., eingereicht am 30. Juli 1999) offenbart.
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Alternativ
kann die PTC-Zusammensetzung ein Keramikmaterial sein.
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LAMINARE ELEMENTE
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Erfindungsgemäße Bauelemente
umfassen vorzugsweise PTC-Widerstandselemente, die laminare Elemente
sind, und können
sich aus einem oder mehreren leitenden Polymerelementen zusammensetzen,
von denen wenigstens eines aus einem PTC-Material besteht. Wenn
es mehr als ein leitendes Polymerelement gibt, dann fließt der Strom
vorzugsweise sequentiell durch die verschiedenen Zusammensetzungen,
z. B. dann, wenn jede Zusammensetzung als eine Schicht vorliegt,
die über
das gesamte Bauelement verläuft.
Wenn es eine einzelne PTC-Zusammensetzung gibt und die gewünschte Dicke
des PTC-Elementes größer ist
als die, die praktischerweise in einem einzigen Schritt hergestellt
werden kann, dann kann ein PTC-Element der gewünschten Dicke praktischerweise
durch Aneinanderfügen
hergestellt werden, z. B. durch Laminieren von zwei oder mehr Schichten,
z. B. schmelzextrudierte Schichten, der PTC-Zusammensetzung mit Wärme und
Druck. Wenn es mehr als eine PTC-Zusammensetzung
gibt, wird das PTC-Element gewöhnlich
durch Zusammenfügen
hergestellt, z. B. durch Laminieren von Elementen der unterschiedlichen
Zusammensetzungen mit Wärme
und Druck.
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Erfindungsgemäße Baugruppen
umfassen ein erstes und ein zweites Laminat. Das erste und das zweite
Laminat umfassen jeweils ein laminares Polymerelement mit zwei leitenden
Flächen,
z. B. in Form einer Metallfolienelektrode wie nachfolgend beschrieben.
In der vorliegenden Beschreibung wird jedes Laminat als eine Schicht
bezeichnet. Die laminaren Elemente des ersten und des zweiten Laminats können PTC-Zusammensetzungen
umfassen, die gleich sind, oder die Schichten können unterschiedliche PTC-Zusammensetzungen
umfassen. So können
beispielsweise PTC-Zusammensetzungen mit unterschiedlichen spezifischen
Widerständen
verwendet werden, und es kann ein Verbindungsansatz entwickelt werden,
so dass eine Schicht als Heizung und eine zweite Schicht als Überstromschutzbauelement
fungiert. Die Schichten können
auch PTC-Zusammensetzungen von unterschiedlichen Schalttemperaturen
haben (d. h. die Temperatur, bei der das Bauelement von einem Niederwiderstands-
auf einen Hochwiderstandszustand umschaltet). So kann ein solches
Bauelement beispielsweise zum Erzeugen eines zweistufigen PTC-Temperatursensors
nützlich sein,
wobei eine Schicht für
einen unteren Temperaturbereich und die zweite Schicht für einen
oberen Temperaturbereich am empfindlichsten ist. Ferner kann/können ein
oder mehrere der Laminate eine ZTC-(Widerstandstemperaturkoeffizient
null)-Zusammensetzung oder eine NTC-(negativer Widerstandstemperaturkoeffizient)-Zusammensetzung aufweisen.
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Es
ist nicht nötig,
dass jedes der Laminate eine leitende Schicht umfasst. So umfassen
z. B. andere Zusammensetzungen, die für ein laminares Element in
den Verbundbauelementen verwendet werden können, ein dielektrisches Material
wie z. B. Polyester oder ein gefülltes
dielektrisches Material wie FR4-Epoxid.
Dies kann als Isolierschicht dienen, die dem Bauelement zusätzliche
Steifigkeit verleiht, oder das Material kann so gewählt werden,
dass es bei Montage und Packung des Bauelementes assistiert. Zusätzlich kann
ein laminares Element eine Zusammensetzung umfassen, die eine relativ
hohe Wärmeleitfähigkeit
hat, um den Wärmetransfer
zwischen Schichten des Verbundbauelementes oder zwischen einem Substrat
und einer Schicht des Verbundbauelementes für ein oberflächenmontiertes
Bauelement zu unterstützen.
Umgekehrt kann ein laminares Element eine Zusammensetzung haben,
die eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit
hat, so dass sie als Wärmeisolator
zwischen Schichten oder zwischen einer Schicht und dem Substrat
dient. Wenn das Bauelement die Fähigkeit
haben soll, auf eine Überspannung
anzusprechen, dann kann eine Schicht des Verbundbauelementes ein
Material aufweisen, das normalerweise isolierend ist, aber beim
Erreichen eines bestimmtes Spannungsschwellenwert leitend wird. Solche
Zusammensetzungen sind z. B. Varistorpartikel, die in einer polymeren
Matrix dispergiert sind. Andere Zusammensetzungen, die für verschiedene Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung nützlich sein
können,
sind z. B. Flammschutzmaterialien, Intumeszenzmassen und Mikrowellen
absorbierende Materialien, um die Erhitzung des Bauelementes mit Strahlung
eines speziellen Frequenzbereichs zuzulassen.
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Die
Dicken der laminaren Elemente, die die zum Herstellen eines Verbundbauelementes
verwendete Baugruppe umfassen, können
unterschiedlich sein. So kann beispielsweise ein sehr dünnes laminares
Element als eine Schicht zur Erzielung eines äußerst niedrigen Widerstands
und ein dickeres laminares Element als eine zweite Schicht zur Erzielung mechanischer
Festigkeit verwendet werden.
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ELEKTRODEN UND LEITENDE FLACHEN
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Besonders
nützliche
Bauelemente, die mit dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden,
umfassen wenigstens zwei Metallfolienelektroden, zwischen denen
Polymerelemente sandwichartig eingeschlossen sind. Ein besonders
nützliches
Bauelement umfasst einen Stapel, der n polymere PTC-Elemente umfasst,
die jeweils zwei Metallfolienelektroden haben, und (n-1) Klebstoffschichten,
die zwischen den PTC-Elementen in einem abwechselnden Muster sandwichartig
zu einem Verbundbauelement eingeschlossen sind, wobei die PTC-Elemente
die obere und die untere Komponente des Stapels umfassen. Bei diesem
Bauelement sind die Elektroden elektrisch verbunden, so dass die
PTC-Elemente parallel
geschaltet sind, was ein Verbundbauelement ergibt, das bei 20°C einen niedrigen
Widerstand von allgemein weniger als 10 Ohm, vorzugsweise weniger
als 5 Ohm, bevorzugter weniger als 1 Ohm, insbesondere weniger als
0,5 Ohm hat, wobei ein noch niedrigerer Widerstand möglich ist,
z. B. weniger als 0,05 Ohm. Besonders geeignete Folienelektroden sind
mikroraue Metallfolienelektroden, insbesondere wie sie in den
US-Patenten Nr. 4689475 (Matthiesen) und
4800253 (Kleiner et al.)
sowie in der internationalen Patentveröffentlichung Nr.
WO95/34081 (Raychem Corporation,
veröffentlicht
am 14. Dezember 1995) offenbart sind. Die Elektroden können so
modifiziert werden, dass sie gewünschte
Wärmeeffekte erzeugen,
und so, dass sie elektrische Kontaktstellen für verschiedene Anschlusspunkte
zwischen den Schichten des Verbundbauelementes bilden, um die gewünschte Funktionalität zu erzielen
und um elektrische Kontaktpunkte zum Montieren des Bauelementes
auf Leiterplatten, Fassungen, Klammem oder anderen geeigneten Anwendungen
bereitzustellen. Beispiele für
Verbundbauelemente, die mehrere interne und externe Kontaktpunkte
aufweisen, sind in den
16 bis
20,
22 und
23 illustriert.
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Ähnliche
Metallfolientypen können
zum Bilden der leitenden Flächen
der Laminate in der polymeren Baugruppe verwendet werden. Alternativ
können
die leitenden Flächen
aus einer leitenden Farbe, einer gesputterten oder auf andere Weise
aufgebrachten Metallschicht, einem Metallgeflecht oder einer anderen
geeigneten Schicht gebildet sein. Besonders bevorzugte leitende
Flächen
sind solche, die geätzt
werden können,
z. B. zum Strukturieren, und/oder die sich leicht löten lassen.
Die leitende Fläche
der Laminate hat einen spezifischen Widerstand bei 25°C, der wenigstens
100 Mal niedriger ist als der spezifische Widerstand bei 25°C des Polymerelementes,
an dem es angebracht ist.
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Die
Strukturen können
auf beiden Seiten eines gegebenen Laminates gleich oder unterschiedlich
sein. Zusätzliche
Strukturen können
an jedem Punkt in dem Prozess erzeugt werden, z. B. auf einer leitenden Außenfläche des
Laminats, wenn eine gestapelte Baugruppe gebildet ist oder wenn
Anschlüsse
an den leitenden Innenflächen
vorgenommen werden, bevor die gestapelte Baugruppe fertig ist.
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ÖFFNUNGEN UND QUERLEITER
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Der
hierin verwendete Begriff „Öffnung" soll ein Loch bezeichnen,
das, wenn man es im rechten Winkel zur Ebene des Bauelementes betrachtet,
- (a) einen geschlossenen Querschnitt, z. B.
einen Kreis, ein Oval oder eine allgemein polygonale Form hat, oder
- (b) einen in sich zurückkehrenden
Querschnitt hat, wobei der Begriff „in sich zurückkehrender Querschnitt" einen offenen Querschnitt
bezeichnen soll, der (i) eine Tiefe von wenigstens dem 0,15 fachen,
vorzugsweise wenigstens dem 0,5 fachen, insbesondere wenigstens
dem 1,2 fachen der maximalen Breite des Querschnitts hat, z. B. einen
Viertelkreis oder einen Halbkreis oder einen offenendigen Schlitz,
und/oder (ii) wenigstens einen Teil hat, wo die gegenüberliegenden
Ränder des
Querschnitts parallel zueinander sind.
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Da
die Erfindung Baugruppen beinhaltet, die in mehrere elektrische
Bauelemente unterteilt sind, haben die Öffnungen normalerweise einen
geschlossenen Querschnitt, aber wenn eine oder mehrere der Unterteilungslinien
durch eine Öffnung
mit geschlossenem Querschnitt passieren, dann haben die Öffnungen
in den resultierenden Bauelementen offene Querschnitte. Es mag zwar
für einige
Ausgestaltungen wünschenswert
sein, dass ein offener Querschnitt ein in sich geschlossener Querschnitt
wie oben definiert ist, um sicherzustellen, dass der durch die Öffnung gehende
Querleiter nicht bei Installation oder Gebrauch des Bauelementes
beschädigt
oder verschoben wird, aber für
andere Ausgestaltungen wird bevorzugt, dass der Querleiter eine
Plattierung auf einer transversalen Flachfläche des Bauelementes ist. Um
ein solches Bauelement zu erzeugen, wird bevorzugt, dass die Baugruppe,
die in mehrere Bauelemente unterteilt werden soll, mehrere längliche, rechteckige Öffnungen,
z. B. Schlitze, jeweils mit einer Metallplattierung darauf hat.
Die Baugruppe wird dann so unterteilt, dass jede plattierte Öffnung ein
flaches, transversales leitendes Element auf einer Reihe von Bauelementen
bereitstellt.
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Die Öffnungen
in der Baugruppe können
unterschiedliche Größen und/oder
Formen haben, um verschiedene Bauelementekonfigurationen und Stromführungsfähigkeiten
zu erzielen.
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Die Öffnung kann
kreisförmig
sein, und dies ist in vielen Fällen
zufriedenstellend. Wenn die Baugruppe jedoch Öffnungen aufweist, durch die
wenigstens eine Teilungslinie verläuft, dann werden eventuell
längliche Öffnungen
bevorzugt, weil sie weniger akkurate Teilungslinien erfordern.
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Wenn
keine Teilungslinie durch die Öffnung verläuft, dann
kann sie so klein sein, wie dies für einen Querleiter mit der
nötigen
Stromführungskapazität praktisch
ist. Im Allgemeinen wird lediglich ein einziger Querleiter zur Herstellung
einer elektrischen Verbindung mit der ersten Elektrode zur gegenüberliegenden
Seite des Bauelementes benötigt.
Es können
jedoch auch zwei oder mehr Querleiter zur Herstellung derselben
Verbindung verwendet werden. Anzahl und Größe der Querleiter, und daher
ihre Wärmekapazität, können sich
auf die Geschwindigkeit auswirken, mit der ein Schaltungsschutzbauelement
auslost. Im Allgemeinen können
die Öffnungen und
Querleiter über
alle Schichten der Baugruppe verlaufen. Alternativ können Öffnungen
und Querleiter auch nur durch einige Schichten der Baugruppe verlaufen,
um Bauelemente von unterschiedlicher Funktionalität zu bilden.
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Die Öffnung kann
vor dem Platzieren des Querleiters gebildet werden oder sie kann
gleichzeitig mit der Platzierung des Querleiters gebildet werden.
Eine bevorzugte Prozedur ist die Bildung einer Öffnung z. B. durch Bohren,
Abtrennen, Routing oder durch eine andere geeignete Technik, und
dann die Innenfläche
der Öffnung
zu plattieren oder auf andere Weise zu beschichten oder zu füllen. Die
Plattierung kann elektrolos oder elektrolytisch oder durch eine
Kombination von beiden erfolgen. Die Plattierung kann eine einzelne
Schicht oder mehrere Schichten sein und kann aus einem einzelnen
Metall oder einem Metallgemisch, insbesondere einem Lotmittel, zusammengesetzt
sein. Die Plattierung wird häufig
auf anderen exponierten leitenden Flächen der Baugruppe ausgebildet.
Wenn eine solche Plattierung nicht gewünscht wird, dann können die
anderen exponierten leitenden Flächen
maskiert oder auf andere Weise desensitisiert werden oder eine unerwünschte Plattierung
kann selektiv entfernt werden. Die Erfindung beinhaltet die Möglichkeit,
dass die Plattierung nicht nur den Querleiter ergibt, sondern auch
wenigstens einen Teil der laminaren leitenden Elemente in dem Bauelement.
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Die
zum Herstellen von leitenden Durchkontaktierungen durch isolierende
Leiterplatten verwendeten Plattierungstechniken können in
der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen.
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Eine
weitere Technik zum Erzeugen der Querleiter besteht darin, eine
formbare oder flüssige leitende
Zusammensetzung in vorgeformten Öffnungen
zu platzieren und, falls gewünscht
oder notwendig, die Zusammensetzung, während sie in den Öffnungen
ist, so zu behandeln, dass Querleiter mit den gewünschten
Eigenschaften erhalten werden. Die Zusammensetzung kann selektiv
in die Öffnungen,
z. B. durch ein Sieb, oder auf die gesamte Baugruppe, falls gewünscht, nach
dem Vorbehandeln von wenigstens einem Teil der Baugruppe geleitet
werden, so dass die Zusammensetzung nicht daran klebt. So könnte beispielsweise
eine geschmolzene leitende Zusammensetzung, z. B. Lotmittel, auf
diese Weise verwendet werden, bei Bedarf unter Verwendung von Wellenlöttechniken.
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Der
Querleiter kann durch ein vorgeformtes Element wie z. B. einen Metallstab
oder eine Röhre wie
z. B. einen Niet bereitgestellt werden. Wenn ein solches vorgeformtes
Element verwendet wird, dann kann es die Öffnung erzeugen, wenn es in
dem Bauelement platziert ist.
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Der
Querleiter kann die Öffnung
ganz oder teilweise ausfüllen.
Wenn die Öffnung
teilweise gefüllt
wird, dann kann sie während
des Verbindens des Bauelementes mit anderen elektrischen Komponenten,
insbesondere durch einen Lötvorgang,
weiter (auch vollständig)
gefüllt
werden. Dies kann durch Zufuhren von zusätzlichem Lotmittel in und um
die Öffnung
gefördert
werden, indem insbesondere der Bereich in dem und um die Öffnung mit
Lot plattiert wird. Normalerweise wird wenigstens ein Teil des Querleiters
platziert, bevor das Bauelement mit anderen elektrischen Komponenten
verbunden wird. Die Erfindung bietet jedoch auch die Möglichkeit,
den Querleiter während
eines solchen Verbindungsprozesses zu bilden, z. B. durch die Kapillarwirkung
von Lot während
eines Lötprozesses.
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Ein
Querleiter kann so ausgelegt sein, dass er einige der Schichten,
d. h. einige der Laminate, aber nicht alle, miteinander verbindet. 15 zeigt solche
Querleiter. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Querleiters
würde das
Bilden einer Öffnung,
die größer als
die gewünschte
Größe des Querleiters
ist, das Füllen
der Öffnung
mit einer Isoliersubstanz, das Bilden einer Innenöffnung in
der Isoliersubstanz und das Plattieren der Innenöffnung beinhalten, um sie leitend
zu machen. Diese Methode isoliert die Innenelektroden vom Querleiter,
erlaubt aber doch einen elektrischen Anschluss der Außenelektroden.
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VERBINDER, DIE KEINE QUERLEITER SIND
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Die
Elektrode(n) und eventuelle Elementreste auf den verschiedenen Flächen der
PTC-Widerstandselemente
werden vorzugsweise durch einen Querleiter wie oben beschrieben
elektrisch miteinander verbunden. Dies kann jedoch ein Querleiter
jeder Art sein, z. B. ein Verbinder, der selbst dann bleibt, wenn
er nicht auf die anderen Teile des Bauelementes gebondet ist, z.
B. ein U-förmiges
Element, das um die Enden einer Schicht oder einer Kombination von
Schichten des Bauelementes herum verläuft.
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LAMINARE LEITENDE ELEMENTRESTE
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bauelementes umfasst ein
zusätzliches
leitendes Element (Rest), das an derselben Fläche des PTC-Elementes befestigt
wird wie die zweite Elektrode, aber davon getrennt ist. Dieser laminare leitende
Elementrest, der, zusammen mit dem Querleiter oder sonstigen Verbinder,
einen Strompfad zu anderen Elektroden bilden soll, wird durch Entfernen eines
Teils eines laminaren leitenden Elementes gebildet, wobei der Rest
des laminaren leitenden Elementes dann eine Elektrode ist. Laminare
leitende Elementreste können
auf Innen- und Außenflächen der
laminaren Elemente vorliegen. Die Form der laminaren leitenden Elementreste
und die Form der Lücke
zwischen dem Elementrest und einer Elektrode können passend zu den gewünschten
Kennwerten des Bauelementes und zur leichteren Herstellung variiert
werden. Der leitende Elementrest ist praktischerweise ein kleines
Rechteck an einem Ende eines rechteckigen Bauelementes, durch eine
rechteckige Lücke
von einer Elektrode getrennt. Alternativ kann der Elementrest eine
Insel sein, die durch eine Lücke
mit geschlossenem Querschnitt von der Elektrode getrennt ist. Bauelemente
können
auch ohne einen laminaren leitenden Elementrest ausgelegt werden,
wie in den 12 und 13 gezeigt
ist.
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KLEBSTOFFSCHICHT
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Das
erste und das zweite laminare PTC-Widerstandselement des Bauelementes
oder das erste und das zweite Laminat der Baugruppe können physikalisch
zu einem Stapel mit einer Klebstoffschicht dazwischen aneinander
befestigt werden. Die Klebstoffschicht kann einen elektrisch nichtleitenden Klebstoff
umfassen, z. B. einen Schmelzklebstoff oder ein härtbares
Bondmaterial, dem Füllstoffe
zugegeben werden können,
um bestimmte thermische oder mechanische Eigenschaften zu erzielen.
Der Klebstoff kann auch härtbare
monomere organische oder anorganische Systeme wie z. B. Epoxide, Acrylate,
Allyle, Urethane, Phenole, Ester, Alkyde usw. umfassen. Wenn gewünscht wird,
dass der Klebstoff als elektrischer Isolator dient, dann wird bevorzugt,
dass der spezifische Widerstand wenigstens 106 Ohm-cm,
insbesondere wenigstens 109 Ohm-cm beträgt.
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BAUELEMENTE
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In
einem einfachen Bauelement wie in 5 gezeigt
gibt es zwei externe Elektroden, zwei Innenelektroden, zwei Querleiter
oder andere Verbinder und vier leitende Elementreste. Diese Konfiguration ist
deshalb nützlich,
weil das Bauelement dann von oben nach unten symmetrisch ist und
eine leichte Installation durch automatisierte Geräte oder
anderweitig zulässt.
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Besonders
bevorzugte erfindungsgemäße Schaltungsschutzbauelemente
haben einen Widerstand bei 23°C
von weniger als 1 Ohm, vorzugsweise weniger als 0,5 Ohm, insbesondere
weniger als 0,3 Ohm, speziell weniger als 0,1 Ohm, und umfassen ein
erstes und ein zweites laminares PTC-Widerstandselement, die jeweils
(a) aus einem leitenden Polymer zusammengesetzt sind, das einen
spezifischen Widerstand bei 23°C
von weniger als 50 Ohm-cm, vorzugsweise weniger als 10 Ohm-cm, insbesondere
weniger als 5 Ohm-cm hat und PTC-Verhalten aufweist, und (b) eine
erste Fläche
und eine zweite Fläche
hat. Eine erste Metallfolienaußenelektrode
kontaktiert die erste Fläche
des ersten PTC-Elementes und eine zweite Metallfolienaußenelektrode
kontaktiert die erste Fläche
des zweiten PTC-Elementes. Die erste und die zweite Metallfolieninnenelektrode
kontaktieren jeweils die zweiten Flächen des ersten und des zweiten
PTC-Elementes. Das Bauelement hat vorzugsweise einen ersten und einen
zweiten leitenden Metallfolienaußenelementrest, wobei der erste
die erste Fläche
des ersten PTC-Elementes kontaktiert und von der ersten Außenelektrode
beabstandet ist und der zweite die erste Fläche des zweiten PTC-Elementes
kontaktiert und von der zweiten Außenelektrode beabstandet ist. Im
Allgemeinen gibt es einen ersten und einen zweiten leitenden Metallfolieninnenelementrest,
wobei der erste die zweite Fläche
des ersten PTC-Elementes
kontaktiert und von der ersten Innenelektrode beabstandet ist und
der zweite die zweite Fläche
des zweiten PTC-Elementes kontaktiert und von der zweiten Innenelektrode
beabstandet ist. Das Bauelement umfasst auch eine Klebstoffschicht,
die (i) ein isolierendes Polymer umfasst, (ii) zwischen dem ersten
und dem zweiten PTC-Element liegt, und (iii) die exponierten Innenflächen der
PTC-Elemente befestigt, die die Innenflächen der PTC-Elemente oder
ihre Innenelektroden oder leitenden Innenelemente umfassen kann.
Die PTC-Elemente, die Elektroden und die leitenden Elementreste
definieren zwei Öffnungen,
von denen die erste zwischen der ersten Außenelektrode, dem ersten und
dem zweiten leitenden Innenelementrest und der zweiten Außenelektrode
verläuft,
und von denen das zweite zwischen dem ersten leitenden Außenelementrest,
der ersten und der zweiten Innenelektrode und dem zweiten leitenden Außenelementrest
und durch das erste und das zweite PTC-Element und die Klebstoffschicht
verläuft.
Zusätzlich
umfasst das Bauelement ein erstes und ein zweites transversales
leitendes Element, die aus Metall gefertigt sind. Das erste transversale
leitende Element liegt in der ersten Öffnung und ist physikalisch und
elektrisch mit der ersten und der zweiten Außenelektrode und dem ersten
und dem zweiten leitenden Innenelementrest verbunden. Das zweite
transversale leitende Element liegt in der ersten Öffnung und
ist physikalisch und elektrisch mit dem ersten und dem zweiten leitenden
Außenelementrest
und der ersten und der zweiten Innenelektrode verbunden.
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Weitere
Ausgestaltungen des Bauelementes enthalten möglicherweise keine leitenden
Elementreste (auch Zusätze
genannt).
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Die
erfindungsgemäßen Bauelemente
können
eine beliebige geeignete Größe haben.
Es ist jedoch ein bedeutender Vorteil für Anwendungen, die Bauelemente
so klein wie möglich
zu machen. Bevorzugte Bauelemente haben eine Maximalabmessung von
höchstens
12 mm, vorzugsweise höchstens
7 mm und/oder einen Oberflächeninhalt
von höchstens 60
mm2, vorzugsweise höchstens 40 mm2,
speziell höchstens
30 mm2. Der Oberflächeninhalt kann auch viel kleiner
sein, z. B. höchstens
15 mm2.
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VERFAHREN
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Mit
den hierin offenbarten Methoden können Bauelemente sehr wirtschaftlich
hergestellt werden, indem alle oder die meisten Verfahrensschritte
an einem großen
Stapel von Laminaten ausgeführt
werden und das Laminat dann in mehrere einzelne Verbundbauelemente
unterteilt wird. Das Unterteilen des Stapels kann entlang Linien
erfolgen, die durch beliebige, einige oder alle der leitenden Flächen oder durch
beliebige, einige oder alle der Querleiter verlaufen. Diese Teilungslinien,
die auch Isolationslinien oder Begrenzungslinien genannt werden,
können eine
beliebige Form haben, die zum Herstellen von Bauelementen einer
bestimmten Konfiguration geeignet sind, z. B. gerade, gekrümmt oder
abgewinkelt. Ebenso können „funktionelle" Linien, z. B. die Lücken zwischen
einer Elektrode und einem Elementrest, eine beliebige geeignete
Form haben. Die Verfahrensschritte vor dem Unterteilen können im
Allgemeinen in einer beliebigen praktischen Sequenz ausgeführt werden.
So ist es z. B. häufig
praktisch, die leitenden Innenflächen
vor dem Zusammenfügen des
Stapels zu strukturieren und die leitenden Außenflächen nach dem Zusammenfügen zu strukturieren.
Es ist jedoch möglich,
die leitenden Innen- und Außenflächen vor
dem Zusammenfügen
zu strukturieren. Das Strukturieren einer leitenden Fläche kann gleich
wie oder anders als bei anderen leitenden Flächen in dem Stapel erfolgen,
je nach der gewünschten
Funktionalität
des fertigen Bauelementes. So zeigen beispielsweise die 5, 6, 8, 9, 11 und 12 Bauelemente,
die Innenelektroden haben, die Spiegelbilder der Außenelektroden sind.
Die 10 sowie 18 bis 20 zeigen Bauelemente
mit Innenelektroden, die anders strukturiert sind als Außenelektroden.
Es ist häufig
nützlich,
leitende Flächen
durch Entfernen, z. B. durch Ätzen,
Stanzen oder Fräsen,
von leitendem Material zu strukturieren. Alternativ kann die Struktur
durch einen Zusatzprozess wie z. B. Siebdruck, Sputtern oder Absetzen
erzeugt werden. Für
einige Anwendungen ist es nützlich,
Streifen von leitendem Material in gestaffelten Streifen abwechselnd
von gegenüberliegenden
Seiten einer Laminatschicht zu entfernen, um die physikalischen
Spannungen in dem Produkt auszugleichen. Die resultierende Struktur
enthält
Lücken oder
Aussparungen, die zum Trennen einer zweiten Elektrode von einem
Elementrest in einem Bauelement, zum Trennen eines Bauelementes
von einem anderen, zum Erzeugen einer Abgrenzung zum Unterteilen
der Baugruppe in einzelne Bauelemente, zum Ermöglichen des Orientieren einzelner
Laminate oder des zusammengefügten
Stapels oder zum Erzeugen einer Markierung geeignet sind.
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Querleiter,
d. h. elektrische Verbindungen, können vor oder nach dem Bilden
der Laminate zu dem Stapel gebildet werden. Wenn gewünscht wird, Querleiter
zu bilden, die nicht alle Schichten des Stapels durchlaufen, dann
kann es praktisch sein, sie nur für die gewünschten Laminatschichten zu
bilden und dann den Stapel zusammenzufügen. Alternativ kann die Verbindung
mit einem Blinddurchkontaktierungsprozess nach dem Zusammenfügen des
Stapels vorgenommen werden. Das Zusammenfügen des Stapels kann in Stufen
erfolgen; so werden zum Beispiel einige Laminate hergestellt und
aneinander befestigt, einige weitere Verarbeitungsschritte werden
an dem teilkonstruierten Stapel ausgeführt (z. B. Bildung und Plattierung
von Querleitern), und dann können
andere Laminate an diesem teilkonstruierten Stapel befestigt werden,
um die Baugruppe zu vollenden. Die Unterteilung des Stapels in Verbundbauelemente
kann mit einer Reihe verschiedener Techniken wie Sägen, Scheren,
Vereinzeln, Stanzen und Abknipsen erfolgen, z. B. mit einer Sage,
einer Schere, einem Messer, einem Draht, einem Wasserstrahl, einem
Abknipsgerät,
einem Laser oder einer Kombination davon. Einige bevorzugte Verfahren
zur Herstellung von Bauelementen von einem einzelnen Laminat sind
im
US-Patent Nr. 5864281 offenbart.
Diese Prozesse können
zum Unterteilen eines Stapels von Laminaten wie hierin beschrieben
adaptiert werden. Alternativ können
einige der Schritte in dem Verfahren, z. B. Befestigen der Laminate
in einem Stapel und Vornehmen mehrerer elektrischer Verbindungen mittels
Querleitern, gleichzeitig erfolgen.
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Um
Kräuseln
oder Verziehen aufgrund von Schrumpfung bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten
minimal zu halten, wird evtl. bevorzugt, den Umfang von wenigstens
einem Laminat zu strukturieren. Die bevorzugte Struktur wird mit
einem Verfahren erzeugt, das das selektive Entfernen von leitendem
Material von wenigsten einer leitenden Fläche jedes Laminats in einem
abwechselnden Querrichtungsdesign, z. B. in Form eines „W" oder „Z", um den Umfang des
Laminats umfasst, so dass elektrische Kontinuität zwischen dem äußeren Rand
der leitenden Fläche
für die
Außenschichten
besteht.
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Die
leitenden Außenflächen können ganz oder
teilweise mit einer Isolierschicht, z. B. einer Lotmaske oder einem
Markierungsmaterial wie dem bedeckt werden, das im
US-Patent Nr. 5831510 offenbart ist.
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Die
Erfindung ist in den beiliegenden Zeichnungen illustriert, in denen
Merkmale wie Öffnungen und
die Dicken von Komponenten nicht maßstabsgetreu wiedergegeben
wurden, um sie deutlicher zu machen. 1 ist eine
Perspektivansicht einer Sektion eines Stapels 1, der zwei
laminare Elemente 7 und 8 hat, die jeweils strukturierte
leitende Außenflächen 3 und 3' und jeweils
strukturierte leitende Innenflächen 5 und 5' haben. Die
Elemente 7 und 8 sind mit einem isolierenden laminaren
Element 6 aneinander befestigt. Röhrenförmige Querleiter 11 verlaufen durch
den Stapel wie gezeigt.
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2 ist
eine auseinander gezogene Ansicht eines Stapels, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
konstruiert wird. Zwei laminare Elemente 7 und 8,
jeweils mit strukturierten leitenden Innenflächen 5 und 5' und unstrukturierten
leitenden Außenflächen 3 bzw. 3', sind in dem
Stapel enthalten, mit einem laminaren Element 6 sandwichartig
zwischen 7 und 8 eingeschlossen. Mit Registrierlöchern 4 werden
die Elemente des Stapels eindeutig orientiert, so dass sie relativ
zueinander ausgerichtet sind, und der Stapel wird für nachfolgende
Prozesse wie z. B. Strukturieren von Außenflächen und Bilden von Öffnungen
positioniert.
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3 ist
ein Grundriss einer strukturierten leitenden Außenfläche 3 einer Sektion
eines Stapels. C markiert, wo die Unterteilung des Stapels zu Verbundbauelementen
erfolgen wird. 4 ist eine Querschnittsansicht
entlang der Linie IV-IV von 3. Der Stapel
beinhaltet laminare Elemente 7 und 8 jeweils mit
leitenden Innenflächen 5 und 5' und leitenden
Außenflächen 3 und 3', und das laminare Element 6 ist
sandwichartig zwischen 7 und 8 eingeschlossen.
Der Stapel wurde plattiert, um die röhrenförmigen Querleiter 11 in
jeder der Öffnungen
bereitzustellen (und eine Plattierung 12 auf anderen exponierten
Außenflächen des
Stapels). Der Stapel wird, wie gezeigt, durch die röhrenförmigen Querleiter
unterteilt, die Querleiter mit halbkreisförmigen Querschnitten bilden.
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5 ist
eine Perspektive eines durch Unterteilen eines Stapels gebildeten
Verbundbauelementes 2. Zwei laminare PTC-Elemente 17 und 18,
jeweils mit Außenelektroden 14 und 14', leitenden
Außenelementresten 36 und 36', Innenelektroden 16 und 16' und leitenden
Innenelementresten 38 und 38' werden mit dem laminaren Element 26 aneinander befestigt.
Ein erstes transversales Element 31 und ein zweites transversales
Element 51 sind hohle Röhren,
die durch einen Plattiervorgang gebildet wurden, in dem die exponierten
Flächen
mit Kupfer und dann mit Lot plattiert werden, um eine erste Plattierung 32 auf
dem transversalen Element 31 und eine zweite Plattierung 52 auf
dem transversalen Element 51 zu bilden. Eine dielektrische
Beschichtung 55 bedeckt die Außenflächen des Bauelementes, ausgenommen
dort, wo eine elektrische Verbindung hergestellt werden soll. Eine
Plattierung 12 wird auf die exponierten Abschnitte der
Außenelektroden
aufgebracht. Die Region zwischen den gestrichelten Linien deutet
Abschnitte unter der dielektrischen Beschichtung 55 an,
wo sich kein Elektrodenmaterial befindet.
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6 zeigt
einen Querschnitt eines Verbundbauelementes 2 wie in 5,
das auf Leiterbahnen 41 und 43 auf einem Isoliersubstrat 9 gelötet wurde.
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7 ist
ein Grundriss für
eine Reihe verschiedener Verbundbauelemente, die in den 8 bis 11, 14 und 21 entlang
der Linie VIII-VIII im Querschnitt dargestellt sind. Die gestrichelten
Linien deuten Abschnitte an, die sich unter der dielektrischen Schicht 55 befinden,
wobei das Elektrodenmaterial nicht vorhanden ist. Man beachte, dass die
dielektrische Schicht 55 in den Querschnittsansichten in
den 8–11, 14 und 21 nicht
dargestellt ist. Die 8 und 9 zeigen
zwei Konfigurationen für
PTC-Elemente parallel geschaltet. Für das in 8 gezeigte
Bauelement hat, wenn es sich in seinem geschalteten Hochwiderstandszustand
befindet, das laminare Element 26 keinen Potentialabfall,
wenn ein Potential an eine Außenelektrode 14 und
einen leitenden Außenelementrest 36 angelegt
wird. Für
das in 9 gezeigte Bauelement hat jedoch, wenn es in seinem
geschalteten Zustand ist, das laminare Element 26 einen
Potentialabfall für dieselbe
externe elektrische Verbindung. 10 zeigt
eine Variante des in 8 gezeigten Bauelementes ohne
leitende Innenelementreste. 11 zeigt
ein Verbundbauelement, das durch Parallelschalten von drei laminaren
Elementen 17, 18 und 19 miteinander gebildet
wird, mit dem laminaren Element 26 zwischen 17 und 18 und
dem laminaren Element 26' zwischen 18 und 19.
Die gezeigte Version des Bauelementes hat Innenelektroden 16, 16', 16'' und 16''' sowie leitende
Innenelementreste 38, 38', 38'' und 38'''.
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12 ist
ein Grundriss eines Bauelementes ohne leitende Elementreste; 13 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII. Gestrichelte
Linien deuten Regionen unter der dielektrischen Außenschicht 55 an,
wo kein Elektrodenmaterial vorhanden ist. Die dielektrische Schicht 55 ist
in 13 nicht zu sehen.
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14 ist
ein Verbundbauelement, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde,
bei dem Querleiter nicht ganz durch alle Schichten des Stapels verlaufen.
Zur Herstellung des Bauelementes wie hier gezeigt, verlaufen Querleiter 59 nur zwischen
leitenden Außen-
und Innenflächen
jedes laminaren Elementes des Stapels; die laminaren Elemente werden
dann mit einer anisotrop leitenden Substanz 57 aneinander
befestigt, die nur in z-Richtung leitet, wobei z die Richtung des
Verbundbauelementes von unten nach oben bezeichnet. Die leitende
Substanz 57 bildet eine elektrische Verbindung zwischen
leitenden Innenelementresten 38 und 38' sowie zwischen
Innenelektroden 16 und 16', ohne einen Kurzschluss von 38 oder 38' mit 16 oder 16' zu verursachen.
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15 zeigt
ein Verbundbauelement, bei dem laminare Elemente 17 und 18 in
Reihe geschaltet sind. Die laminaren Elemente werden mit einem leitenden
Material 61 in dem Stapel aneinander befestigt. Querleiter
werden in dem Stapel hergestellt, die mit einigen, aber nicht allen
leitenden Flächen verbunden
werden können.
Zur Bildung eines solchen Querleiters werden Öffnungen durch den Stapel ausgebildet,
die größer sind
als die gewünschten
Abmessungen des Querleiters. Die Öffnungen werden dann mit einer
Isoliersubstanz 63 gefüllt
und zwei kleinere Öffnungen 65 und 67 werden
in den mit dem Isolator 63 gefüllten Volumen ausgebildet.
Die Öffnungen 65 und 67 und
die exponierten Außenelektroden
haben Plattierungen 32 und 52.
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16 zeigt
einen Grundriss eines Verbundbauelementes, das zwei Bauelemente
beinhaltet und drei externe elektrische Anschlussstellen hat. Ein
Diagramm der elektrischen Verbindungen für die beiden Bauelemente 77 und 79 ist
in 17 dargestellt.
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18 zeigt
einen Querschnitt entlang der Linie XVIII-XVIII in 16.
Der Querleiter 52 ist in elektrischem Kontakt mit den Innenelementresten 38 und 38'. Eine Lücke trennt
die Elementreste 38 und 38' von den Innenelektroden 16 und 16'. Es ist auch ein
zusätzliches
leitendes Element 46' vorhanden.
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19 zeigt
einen Querschnitt entlang der Linie XIX-XIX in 16.
Der Querleiter 72 ist in elektrischem Kontakt mit den leitenden
Innenelementresten 38 und 38'. Eine Lücke trennt die Elementreste 38 und 38' von den Innenelektroden 16 und 16'. Es ist auch
ein zusätzliches
leitendes Element 46 vorhanden.
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20 zeigt
die Querschnittsansicht entlang der Linie XX-XX in 16.
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21 illustriert
ein Verbundbauelement, das nur eine Innenelektrode 16 hat,
die von einem Stapel mit nur einer leitenden Innenfläche gebildet wird.
Ein laminares Element 17 ist mit dem laminaren Element 76 kombiniert.
Die laminaren Elemente können
zum Bilden einer Bondstelle aufeinander gepresst werden, so dass
kein drittes laminares Element nötig
ist, um die laminaren Elemente aneinander zu befestigen. So können beispielsweise 17 ein PTC-Element
und 76 ein dielektrisches Substrat mit Klebstoffeigenschaften
umfassen.
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22 ist
ein Grundriss eines Verbundbauelementes, das mehrere Querleiter
hat, um zusätzliche
Stromführungskapazität zu erzielen,
und zusätzliche
Robustheit aufweist, falls einer oder beide der anderen Querleiter
beschädigt
wird/werden oder eine Schaltungsunterbrechung bilden. Die gestrichelte
Linie zeigt Regionen an, wo kein Elektrodenmaterial vorhanden ist;
der punktierte Kreis zeigt die Region eines zusätzlichen Querleiters an.
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23 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie XXIII-XXIII in 22 (die
dielektrische Schicht 55 ist nicht dargestellt). Eine dritte Öffnung 81 hat
eine Metallplattierung 82 und bildet eine zusätzliche
elektrische Verbindung zwischen den Innenelektroden 16 und 16'. Man beachte,
dass es eine Region um die Außenelektroden 14 und 14' gibt, wo kein
Elektrodenmaterial vorhanden ist.
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24 ist
eine auseinander gezogene Ansicht eines Stapels 1, in dem
die drei geätzten
leitenden Laminatschichten 107, 108, 109 mit
nichtleitenden laminaren Schichten 106', 106'' in
Form von Klebstoffschichten aneinander befestigt sind. Zusätzliche
nichtleitende Schichten 106 und 106''' verbinden Metallfolienschichten 110, 111 jeweils
mit geätzten
Laminatschichten 107 und 109. Der resultierende Stapel
kann in einzelne Bauelemente 2 unterteilt werden, wie in 25 zu
sehen ist. Nach den Ätz- und/oder anderen
Verarbeitungsschritten verbleiben Segmente von Metallfolienschichten 110, 111 jeweils auf
exponierten Klebstoffflächen 116, 116' als Kontaktstellen
zum Anschließen
an eine Leiterplatte oder ein anderes Substrat. Auf jedem Bauelement
befinden sich ein erstes transversales Element 31 mit einer
ersten Plattierung 32 und ein zweites transversales Element 51 mit
einer zweiten Plattierung 52.
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26 ist
eine auseinander gezogene Ansicht eines Stapels 1, in dem
eine einzelne geätzte und
gebohrte leitende Laminatschicht 117 sandwichartig zwischen
zwei nichtleitenden laminaren Schichten 116, 116' eingeschlossen
ist. Jede nichtleitende laminare Schicht, die ein Klebstoff sein
kann, z. B. ein Epoxy-Prepreg, kann ein oder mehrere separate Schichten
umfassen. Laminare Metallfolienschichten 120, 121 sind
an nichtleitenden laminaren Schichten 116, 116' angebracht
und bilden die äußeren Schichten
des Stapels. Wenn die Schichten mit Wärme und Druck aneinander laminiert
werden, dann füllt
der Klebstoff die Öffnungen
in dem leitenden Laminat 117. Nach der Verarbeitung können einzelne
Bauelemente 2, in
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27 zu
sehen, vom Stapel 1 getrennt werden. Elektrische Verbindungskontaktstellen 122,
die von der Metallfolienschicht 120 gebildet werden, werden
zum Anbringen von einer oder mehreren elektrischen Komponenten,
z. B. einem Siliciumbauelement, an der Oberfläche des Bauelementes verwendet.
Das Anbringen von Komponenten ist in der internationalen Patentanmeldung
Nr. PCT/US00/07081 (eingereicht am 17. März 2000) offenbart, deren Offenbarung
hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Elektrische Verbindungskontaktstellen 123,
von der Metallfolienschicht 121 gebildet, werden zum Anbringen
des Bauelementes an einer Leiterplatte oder einem anderen Substrat
benutzt. Das erste und das zweite transversale Element 31 und 51 werden
jeweils mit Schichten 32 und 52 plattiert. Ein(e) „isolierte(s)" transversales Element
oder Durchkontaktierung 124 ist ebenfalls vorhanden. Dies(e)
wird von einer mit Klebstoff gefüllten Öffnung gebildet,
durch die ein anderes Loch gebohrt und plattiert wird.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele illustriert.
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1. BEISPIEL
-
Ein
Stapel gemäß den 1 und 2 wurde
mit der folgenden Methode hergestellt. Zwei Laminate, jeweils mit
einer Dicke von etwa 0,264 mm (0,0104 Zoll) wurden durch Anbringen
einer Nickel/Kupfer-Folie mit einer Dicke von etwa 0,0356 mm (0,0014
Zoll) auf beide Seiten einer 0,193 mm (0,0076 Zoll) dicken Folie
aus leitendem Polymer hergestellt. Das leitende Polymer wurde durch
Mischen von etwa 40 Vol.-% Ruß (Rauen
430, erhältlich
von Columbian Chemicals) mit etwa 60 Vol.-% hochdichtem Polyethylen
(ChevronTM 9659, erhältlich von Chevron) und anschließendes Extrudieren
zu einer Folie und Laminieren in einem kontinuierlichen Prozess
hergestellt. Die laminierte Folie wurde zu einzelnen Laminaten von
0,30 m × 0,41
m (12 Zoll × 16 Zoll)
geschnitten. Die Laminate wurden mit einem 4,5 MeV Elektronenstrahl
auf 4,5 Mrad bestrahlt.
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Jedes
der Laminate wurde in einem asymmetrischen Muster um seine Peripherie
gebohrt, um Löcher
und Schlitze zu bilden, um die Laminate in einer bekannten x-y-Orientierung
in der Ebene des Laminats auszurichten. Diese Registrierlöcher und -schlitze
wurden zum Ausrichten von Plaketten relativ zueinander zum Bilden
eines Stapels und zum nachfolgenden Ausrichten des Tooling für Bilderzeugungs-,
Lotmaskierungs- und Plattierungsoperationen verwendet. In eine 0,0762
mm (0,003 Zoll) dicke Schicht aus modifiziertem Acrylklebstoff (PyraluxTM LFO, erhältlich von DuPont) wurden ebenfalls
zur Ausrichtung geeignete Registrierlöcher gebohrt.
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Eine
Oberfläche
einer Folienschicht jedes von zwei Laminaten wurde mit einer Ätztechnik
strukturiert, in der die Oberfläche
zunächst
mit einem Ätzresist
beschichtet und dann in einem gewünschten Muster abgebildet wurde.
Das Ätzresist
wurde entwickelt und das Ätzen
erfolgte mit Kupfer(II)-chlorid, bevor der Resist abgelöst wurde.
Dieselben Folienschichten wurden zum Definieren der Peripherie der einzelnen
Bauelemente und der leitenden Elementreste strukturiert. Zusätzlich wurden
die äußeren Ränder der
Metallfolie auf dem Laminat geätzt,
um ein abwechselndes Querrichtungsmuster um den Umfang wie in 2 gezeigt
zu bilden. Pfade zum Erzielen von elektrischer Kontinuität wurden
während des
nachfolgenden elektrolytischen Plattieren von Sn/Pb genutzt.
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Es
wurde ein Stapel durch Positionieren von zwei Laminaten mit ihren
strukturabgestimmten geätzten
Seiten nach innen weisend gebildet und mit einer Klebstoffschicht
sandwichartig dazwischen eingeschlossen, wie in 2 gezeigt
ist. Mit einer Fixiervorrichtung wurden die geschichteten Laminate ausgerichtet
und der Stapel wurde unter Druck erhitzt, um die Schichten permanent
zu einer laminierten Struktur zu befestigen. Die Dicke des gebildeten
Stapels betrug etwa 0,61 mm (0,024 Zoll).
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Löcher mit
einem Durchmesser von 0,94 mm (0,037 Zoll) wurden durch den gesamten
Stapel zur Bildung von Öffnungen
gebohrt. Der Stapel wurde mit einem Plasmaätzmittel behandelt. Die Öffnungen wurden
dann mit kolloidalem Grafit beschichtet und der Stapel wurde mit
Kupfer elektrolytisch plattiert.
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Die
Metallfolienaußenschichten
des Stapels wurden dann durch Ätzen
strukturiert. Mithilfe der Registrierlöcher wurde gewährleistet,
dass die geätzte Struktur
ordnungsgemäß auf die
zuvor geätzten
Innenschichten ausgerichtet war. Ein abwechselndes Querrichtungsmuster
um die Ränder
wurde wie zuvor beschrieben geätzt.
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Eine
Lotmaske (Finedel DSR 2200 C-7, erhältlich von Tamura Kaken Co.
Ltd) wurde auf eine Metallfolienaußenschicht des Stapels aufgebracht, noch
klebrig angehärtet
und dann auf die zweite Metallfolienaußenschicht des Stapels aufgebracht
und klebrig angehärtet.
Die Lotmaske wurde dann abgebildet und entwickelt. Es wurden Markierungen
angebracht, um einzelne Teile zu identifizieren, und die Platte
wurde dann erhitzt, um die Maske vollständig zu härten. Eine SnPb-Lotplatte wurde
dann in die Lotstellenregionen für
die Verwendung beim Befestigen von Bauelementen an Leiterplatten
abgesetzt.
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Die
Baugruppe wurde zum Erzeugen von Bauelementen wie in 5 gezeigt
unterteilt. Dazu wurde die Baugruppe zunächst mit einer Schere oder Säge in Streifen
geschnitten und die Streifen wurden dann durch mechanisches Abknipsen
in einem zweistufigen Vorgang, in dem die Streifen zunächst gebogen
wurden, um eine Sollbruchstelle in dem leitenden Polymer an der
Trennlinie zu bilden, und dann entlang dieser Trennlinie abgeschert
wurden, zu einzelnen Bauelementen getrennt. Die erzeugten Bauelemente
hatten Abmessungen von etwa 4,5 mm × 3,4 mm × 0,7 mm (0,179 Zoll × 0,133
Zoll × 0,029
Zoll) und einen Widerstand von etwa 0,031 Ohm. Nach der Installation
auf eine Leiterplatte durch Lotrückfluss
hatten die Bauelemente einen Widerstand von etwa 0,050 Ohm.
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2. BEISPIEL
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Eine
gestapelte Baugruppe gemäß 26 wurde
mit der folgenden Methode hergestellt. Ein Laminat mit einer Dicke
von etwa 0,198 mm (0,0078 Zoll) wurde durch Anbringen einer Nickel/Kupfer-Folie mit einer Dicke
von etwa 0,0356 mm (0,0014 Zoll) auf beide Hauptseiten einer 0,127
mm (0,005 Zoll) dicken Folie am leitendem Polymer hergestellt. Das
leitende Polymer wurde durch Mischen von etwa 37 Vol.-% Ruß (Rauen
430) mit etwa 10,5 Vol.-% hochdichtem Polyethylen (LB832, hergestellt
von Equistar) und etwa 52,5% Copolymer (EBA705, hergestellt von
Equistar) wie im 1. Beispiel und dann Extrudieren zu einer Folie
und Laminieren in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt. Die
laminierte Folie wurde zu einzelnen Laminaten von 0,10 m × 0,41 m
(4 Zoll × 16
Zoll) geschnitten.
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In
das Laminat wurden Registrierlöcher
wie im 1. Beispiel und Löcher
mit einem Durchmesser von 1,27 mm (0,050 Zoll) zum Schaffen von Öffnungen
in dem Laminat gebohrt. In vier Schichten am 0,038 mm (0,0015 Zoll)
dickem Epoxy-Prepreg (44N Multifilm, erhältlich von Arlon) und zwei
Schichten Cu-Folie (1 Unze), wie im 2. Beispiel behandelt, wurden
ebenfalls für
eine Ausrichtung geeignete Registrierlöcher gebohrt.
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Die
Außenflächen beider
Folienelektroden auf dem Laminat wurden mit einer Ätztechnik
wie im 1. Beispiel beschrieben strukturiert, um die leitenden Elementreste
zu definieren, sowie zusätzliche
geätzte
Merkmale, die als Registrierbezugsmarkierungen für nachfolgende Isolationsprozesse
dienten.
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Ein
Stapel wurde gebildet, indem eine Schicht der Cu-Folie (mit der
behandelten Seite nach oben) auf den Boden gelegt und dann zwei
Prepreg-Schichten (in 26 als eine einzelne Schicht dargestellt),
die Laminatschicht, zwei Prepreg-Schichten und dann eine Cu-Folienschicht
(behandelte Seite nach unten) darauf gelegt wurden. Mit einer Ausrichtungsvorrichtung
wurden die Schichten ausgerichtet und der Stapel wurde unter Druck
erhitzt, um die Schichten permanent zu einer laminierten Struktur
aneinander zu befestigen und das Epoxid einzudrücken, um die Öffnungen
in dem Laminat ganz auszufüllen.
Die Dicke des gebildeten Stapels betrug etwa 0,61 mm (0,024 Zoll).
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Löcher mit
einem Durchmesser von 0,94 mm (0,037 Zoll) und 0,57 mm (0,023 Zoll)
wurden durch den gesamten Stapel zum Bilden von Öffnungen gebohrt, und Löcher mit
einem Durchmesser von 0,57 mm (0,023 Zoll) wurden durch den gesamten
Stapel gebohrt, um Öffnungen
zu bilden, die auf der epoxidgefüllten Öffnung zentriert
waren; diese letztere Öffnung
wurde durch das Epoxid von der Elektrode des Laminats getrennt.
Der Stapel wurde mit einer Plasmaätzung behandelt, die Öffnungen
wurden mit kolloidalem Grafit beschichtet und der Stapel wurde mit Kupfer
elektrolytisch plattiert.
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Die
Metallfolienaußenschichten
des Stapels wurden durch Ätzen
strukturiert. Mittels der Registrierlöcher wurde sichergestellt,
dass die geätzte Struktur
ordnungsgemäß mit den
zuvor geätzten
Innenschichten ausgerichtet waren.
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Zum
Herstellen von Bauelementen wie in 27 gezeigt
wurde die Baugruppe mit einer Säge zerteilt,
wobei die Länge
einer Platte in einer Richtung abgeschnitten und die Platte dann
um 90 Grad gedreht und die Breite der Platte in einer Richtung vereinzelt
wurde, wobei die geätzten
Bezugsmerkmale auf dem Laminat als Sägepositionsmarkierungen benutzt
wurden. Die produzierten Bauelemente hatten Abmessungen von etwa
4,5 mm × 13,77
mm × 0,61
mm (0,177 Zoll × 0,542
Zoll × 0,024
Zoll).
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Diese
einzelnen Bauelemente wurden in einem Bandofen wärmebehandelt, um die Bauelemente
auf eine Temperatur über
der Polymerschmelztemperatur (> 130°C) zu erhitzen,
auf Raumtemperatur abgekühlt
und dann mit einer Kobaltstrahlungsquelle auf 7 Mrad gestrahlt.
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Die
resultierenden Bauelemente hatten einen Widerstand von etwa 0,028
Ohm, gemessen über
das leitende Polymermaterial, und > 1 × 106 Ohm, gemessen über die isolierte Durchkontaktierung
und das leitende Polymerlaminat. Nach der Installation auf einer
Leiterplatte oder auf Ni-Leitungen durch Lotrückfluss hatten die Bauelemente
einen Widerstand von etwa 0,042 Ohm, gemessen über das leitende Polymerlaminat,
und > 1 × 106 Ohm, gemessen über die isolierte Durchkontaktierung
und das leitende Polymerlaminat. Die Bauelemente waren zum Anbringen
von elektrischen Komponenten direkt auf dem Bauelement geeignet
und die Öffnungen
und leitenden transversalen Elemente wurden so positioniert, dass
je nach der exakten elektrischen Verbindung die angebrachte elektrische
Komponente, z. B. ein Leiterplattenelement, entweder mit dem leitenden Polymerlaminat
elektrisch verbunden oder davon abgetrennt werden konnte.