-
Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein variable Spannungsschutzvorrichtungen, die zum Schützen elektronischer
Schaltungen vor Überspannungsimpulsen
oder -spitzen verwendet werden, die durch Blitzeinschlag, elektromagnetische
Impulse, elektrostatische Entladungen, erdschleifeninduzierte Impulse
oder induktive Spannungsstöße verursacht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine variable Spannungsschutzkomponente
mit einer im wesentlichen konstanten Dicke für eine Montage in einer variablen
Spannungsschutzvorrichtung.
-
Spannungsstöße oder Störimpulse können sehr hohe Ströme und Spannungen
verursachen, die in elektrische Geräte eindringen und sie zerstören oder
beschädigen
können,
was zur Zerstörung
von Hardware, z. B. zum Versagen oder Durchbrennen von Halbleitern,
oder zu elektronischen Störungen,
z. B. zu einem Übertragungsverlust
oder zu einem Verlust gespeicherter Daten, führen kann. Die Spannungsstöße erzeugen
große
Spannungsspitzen (Spikes) mit hohen Spitzenströmen (d. h. eine Überspannung).
Die drei grundsätzlichen
Ursachen für Überspannungen
sind elektrostatische Entladung, transiente Überspannungen und Blitzeinschlag.
Elektrostatische Entladung tritt typischerweise auf, wenn statische
Ladung vom Körper
einer Person abgeleitet wird, die mit einem betriebsbereiten elektronischen System
oder einem IC-Chip in direkten physischen Kontakt kommt. Transiente Überspannungen
sind Störungen
in AC- oder Wechsel-Stromleitungen. Transien te Überspannungen können auch
beim Schließen
eines Schalters oder Anlassen eines Motors auftreten. Blitze können in
ortsfeste Objekte einschlagen, z. B. in ein Gebäude, oder in mobile Objekte,
z. B. in ein Flugzeug oder in Projektile bzw. Lenkwaffen. Solche
Spannungsspitzen können
elektronische Komponenten eines Systems plötzlich überlasten. Bei Spitzenspannungswerten
kann die empfindliche Struktur eines IC-Chips durch jede dieser Ursachen zerstört werden.
-
Herkömmlich sind verschiedene Überspannungsschutzmaterialien
verwendet worden. Diese Materialien sind auch als nichtlineare Widerstandsmaterialien
bekannt und werden hierin als spannungsvariables Material bezeichnet.
Im Betrieb weist das spannungsvariable Material anfangs einen hohen
elektrischen Widerstand auf. Wenn in der Schaltung eine Überspannungsspitze
auftritt, ändert
sich der Widerstand des spannungsvariablen Materials schnell auf
einen niedrigen elektrischen Widerstandswert, um die Überspannung
zur Erde oder Masse kurzzuschließen. Nachdem die Überspannung
durchgelaufen ist, nimmt das Material sofort wieder einen hohen
elektrischen Widerstandswert an. Die wichtigsten Betriebsparameter
des spannungsvariablen Materials sind die Ansprechzeit, die Grenzspannung
(clamp voltage) und die Spitzenspannung. Die Ansprechzeit ist die
Zeit, die erforderlich ist, damit das spannungsvariable Material
vom isolierenden auf den leitenden Zustand schaltet. Die Grenzspannung
ist die Spannung, bei der das spannungsvariable Material die Spannungsstöße oder -impulse
begrenzt. D. h., nachdem das Material auf den leitenden Zustand
geschaltet hat, wird durch das Material gewährleistet, daß z. B.
der IC-Chip keiner Spannung ausgesetzt wird, die größer ist
als die Grenzspannung. Die Schaltspannung bezeichnet die Spannung,
bei der das spannungsvariable Material (bei Spannungsstößen) vom
isolierenden auf den leitenden Zustand schaltet. Diese Materialien weisen typischerweise
fein verteilte Partikel auf, die in einem organischen Harzmaterial
oder einem anderen isolierenden Medium dispergiert sind. Im US-Patent
Nr. 4977357 (Shrier) und im US-Patent Nr. 4726991 (Hyatt et al.)
sind solche Materialien dargestellt.
-
Spannungsvariable Materialien und
Komponenten, die spannungsvariable Materialien enthalten, sind auf
verschiedene Weisen in Überspannungsschutzvorrichtungen
integriert worden. Beispielsweise wird in den US-Patenten Nr. 5142263
und 5189387 (beide von Childers et al.) eine oberflächenmontierbare
Vorrichtung beschrieben, die ein Paar leitfähige Platten oder Schichten
und ein zwischen dem Paar leitfähiger
Platten oder Schichten angeordnetes spannungsvariables Material
aufweist. Im US-Patent Nr. 4928199 (Diaz et al.) wird ein IC-Chip-Package
beschrieben, das einen Lead frame, einen IC-Chip, der durch eine
Elektrodenabdeckung geschützt
ist, die an einer Seite mit Erde verbunden ist, und eine variable
Spannungsschaltvorrichtung aufweist, die das spannungsvariablen
Material enthält
und an der anderen Seite mit der Elektrodenabdeckung verbunden ist.
US-Patent Nr. 5246388 (Collins et al.) betrifft eine Vorrichtung
mit einem ersten Satz elektrischer Kontakte, die mit Signalkontakten
eines elektrischen Verbinders verbunden sind, einem zweiten Satz
von Kontakten, die mit einer Erde verbunden sind, und mit einem
starren Kunststoffgehäuse,
das den ersten und den zweiten Satz von Kontakten so hält, daß ein mit
dem Überspannungsmaterial
zu füllender,
präziser
bzw. definierter Zwischenraum bereitgestellt wird. Im US-Patent
Nr. 5248517 (Shrier et al.) ist das Lackieren oder Aufdrucken des
spannungsvariablen Materials auf ein Substrat beschrieben, so daß eine konforme
Beschichtung aus dem spannungsvariablen Material über große Flächen und
auf komplizierten Oberflächenstrukturen
erhalten werden kann. Wenn das spannungsvari able Material direkt
auf ein Substrat aufgedruckt wird, funktioniert das spannungsvariable Material
als diskrete Vorrichtung oder als Teil der zugeordneten Schaltung.
-
Es ist auf dem Fachgebiet allgemein
bekannt, daß die
Dicke des spannungsvariablen Materials und das Volumen bzw. die
Masse des Materials für
die Leistungsfähigkeit
wesentlich sind. Vgl. US-Patente Nr. 4977357 von Shrier, 4928199
von Diaz et al. und 4726991 von Hyatt et al. Ähnlicherweise ist bekannt,
daß die
Grenzspannung reduziert oder das spannungsvariable Material kurzgeschlossen
werden kann, wenn es unter Druck gesetzt bzw. zusammengedrückt wird
(vergl. US-Patent
Nr. 5248517 von Shrier et al.). Daher besteht auf dem Fachgebiet
eine Nachfrage nach einer präzisen
und kosteneffizienten Herstellung einer variablen Spannungsschutzkomponente
mit einer gleichmäßigen Dicke
des spannungsvariablen Materials, wobei Kurzschlüsse verhindert oder Änderungen
der Grenzspannungen vermieden werden, wenn Druck auf das Material
ausgeübt
wird. Außer
diesen Eigenschaften ist es wünschenswert,
daß das
spannungsvariable Material sich kontinuierlich über mindestens eine der Oberflächen der
variablen Spannungsschutzkomponente erstreckt, so daß die Komponente
universell oder vielseitig verwendbar ist und z. B. quer über einen
einzelnen oder mehrere Schaltungsleiter angeordnet werden kann.
-
Im US-Patent Nr. 5262754 (Collins)
wird ein Überspannungsschutzelement
beschrieben, das diskrete Vorrichtungen ersetzen kann, die gegenwärtig zum
Schützen
elektronischer Geräte
verwendet werden. Das Überspannungsschutzelement
weist eine Schicht aus einem Isoliermaterial auf, die eine erste und
eine zweite Hauptfläche
aufweist, die in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind,
um die Dicke des Elements zu bestimmen, mehrere sich zwischen den
Hauptflächen
erstreckende, beabstandete Löcher
und ein Über spannungsschutzmaterial,
das in den in den Isoliermaterialschichten ausgebildeten und sich
zwischen den Hauptflächen
erstreckenden Löchern
enthalten ist. Die beabstandeten Löcher werden durch Perforieren der
Isoliermaterialschicht durch mechanisches Stanzen, Laserbearbeiten
und -schneiden, chemisches Ätzen,
usw. ausgebildet. Die Löcher
sind in einem Muster ausgebildet und sollten größer sein als etwa die halbe
Breite der zugeordneten elektrischen Schaltung, auf der die Löcher angeordnet
werden. Der Abstand der Löcher
ist durch den Abstand der Leiter oder Anschlüsse der elektrischen Schaltung bestimmt.
-
Obwohl auf dem Fachgebiet verschiedenartige
Materialien und Vorrichtungen bekannt und beschrieben sind, besteht
eine anhaltende Nachfrage nach verbesserten, kosteneffizienten,
spannungsvariablen Materialien und Vorrichtungen mit stabileren Eigenschaften
und Kenngrößen, um
zu verhindern, daß die
Grenzspannung sich unter verschiedenen Bedingungen ändert, unter
denen die Materialien und Vorrichtungen verwendet werden. Diese
Nachfrage kann durch die variable Spannungsschutzkomponente und
das Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß den Patentansprüchen erfüllt werden.
-
Durch die vorliegende Erfindung wird
eine variable Spannungsschutzkomponente bereitgestellt, die gemäß den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche 1, 2,
12, 13 bzw. 14 definiert ist. Die Komponente kann in einer variablen
Spannungsschutzkomponente verwendet werden. Insbesondere wird eine
variable Spannungsschutzkomponente mit einer präzise kontrollierten, gleichmäßigen Dicke
des spannungsvariablen Materials bereitgestellt, die bezüglich auf
die Komponente ausgeübten
Druckkräften
beständig
ist.
-
Eine gemäß Patentanspruch 2 definierte,
erfindungsgemäße variable
Spannungsschutzkomponente weist eine Verstärkungsschicht aus einem Isoliermaterial
mit einer im wesent- lichen
konstanten Dicke auf, die mit einem spannungsvariablen Material (VVM)
imprägniert
ist. Gemäß dieser
Konfiguration definiert die Verstärkungsschicht eine gleichmäßige Dicke
für die
variable Spannungsschutzkomponente, die bezüglich Druckkräften beständig ist,
durch die die Grenzspannung reduziert oder ein Kurzschluß im spannungsvariablen
Material verursacht werden könnten.
Außerdem
kann das spannungsvariable Material für eine universelle oder vielseitige
Anwendung in elektronischen Schaltungen kontinuierlich über mindestens
eine Oberfläche
der variablen Spannungsschutzkomponente angeordnet werden.
-
Gemäß einem in Patentanspruch 13
definierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine variable
Spannungsschutzkomponente bereitgestellt, die dazu geeignet ist,
zwischen einer Systemerde und einer elektronischen Schaltung angeordnet
zu werden, wobei die Komponente ein spannungsvariables Material
und eine in das spannungsvariable Material eingebettete Verstärkungsschicht
mit einer im wesentlichen konstanten Dicke aufweist.
-
Gemäß Patentanspruch 2 wird eine
erfindungsgemäße variable
Spannungsschutzkomponente bereitgestellt, die dazu geeignet ist,
zwischen einer Systemerde und einer elektronischen Schaltung angeordnet
zu werden, wobei die Komponente eine Verstärkungsschicht mit einer im
wesentlichen konstanten Dicke aufweist, die mehrere Isoliermaterialstücke aufweist,
zwischen denen mehrere Zwischen- oder Hohlräume definiert sind, und ein
spannungsvariables Material (VVM), mit dem die Verstärkungsschicht
imprägniert
ist und das die mehreren Zwischen- oder Hohlräume füllt.
-
Gemäß einem in Patentanspruch 8
definierten Aspekt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen
einer variablen Spannungsschutzvorrichtung bereitgestellt, mit den
Schritten: Bereitstellen eines variablen Spannungsschutzma terials
mit einer Verstärkungsschicht
mit einer im wesentlichen konstanten Dicke, Bereitstellen eines
leitfähigen Substrats
und Aufbringen des variablen Spannungsschutzmaterials, das die Verstärkungsschicht
enthält, auf
das leitfähige
Substrat.
-
Gemäß einem in Patentanspruch 10
definierten Aspekt wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen
einer variablen Spannungsschutzvorrichtung bereitgestellt, mit den
Schritten: Bereitstellen eines leitfähigen Substrats mit einer Verstärkungsschicht
mit einer im wesentlichen konstanten Dicke auf einer Oberfläche des
Substrats und Imprägnieren
der Verstärkungsschicht
mit einem variablen Spannungsschutzmaterial.
-
Für
Fachleute sind anhand der vorliegenden Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen
viele Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ersichtlich.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen ähnliche
Bezugszeichen ähnliche
Elemente bezeichnen; es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Teil-Querschnittansicht einer Ausführungsform
einer variablen Spannungsschutzkomponente, wobei ein Mittenabschnitt entfernt
ist, um darzustellen, daß die
Verstärkungsschicht
eine gewebte Glasfasermatte ist;
-
2 eine
Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, wobei die Verstärkungsschicht
eine ungewebte oder Vliesstoff-Glasfasermatte ist;
-
3 eine
Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform, die auf einer leitfähigen Erdungsebene
angeordnet ist, wobei die Verstärkungsschicht eine
Vliesstoff-Glasfasermatte mit Abstandsstücken ist;
-
4 eine
Querschnittansicht einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, wobei die Verstärkungsschicht
aus großen
Abstandsstücken
besteht;
-
5 eine
Querschnittansicht der variablen Spannungsschutzkomponente von 4 mit kleineren Abstandsstücken;
-
6 eine
perspektivische Ansicht eines IC-Chip-Trägers;
-
7 eine
perspektivische Ansicht eines Telefonverbinders;
-
8 eine
Teil-Querschnittansicht einer auf dem Rand einer Leiterplatte angeordneten
Ausführungsform;
-
9 eine
perspektivische Ansicht einer standardmäßig montierten variablen Spannungsschutzkomponente;
-
9A eine
Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer standardmäßig montierten
variablen Spannungsschutzkomponente;
-
10 eine
perspektivische Ansicht eines Leiterrahmens zum Herstellen variabler
Spannungsschutzvorrichtungen;
-
11 einen
IC-Chip-Leiterrahmen mit einer variablen Spannungsschutzkomponente;
-
12 eine
Querschnittansicht des Chip-Leiterrahmens von 11 entlang der Linie 12-12;
-
13 eine
diskrete variable Spannungsschutzkomponente;
-
14 eine
Querschnittansicht einer Leiterplatte, wobei die variable Spannungsschutzkomponente
als Schicht in der Leiterplatte laminiert ist;
-
15 eine
Querschnittansicht einer anderen Vorrichtung, in der die erfindungsgemäße variable
Spannungsschutzkomponente verwendet wird, um sie mit einem vorgegebenen
Muster von Leitern oder Anschlüssen
in Kontakt zu bringen;
-
16 eine
Querschnittansicht eines IC-Chip-Leiterrahmens
mit einer quer über
eine Die-Pad-Masse angeordneten variablen Spannungsschutzkomponente;
-
17 eine
Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Leiterplatte,
in der die variable Spannungsschutzkomponente verwendet wird; und
-
18 eine
Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform eines IC-Chip-Leiterrahmens mit
einer daran montierten variablen Spannungsschutzkomponente.
-
Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung (1)
wird eine variable Spannungsschutzkomponente 1 mit einer
Verstärkungsschicht 3 bereitgestellt,
die in das spannungsvariable Material 5 eingebettet ist,
d. h. die Verstärkungsschicht
ist mit dem spannungsvariablen Material imprägniert. Die Verstärkungsschicht 3 besitzt
eine geringe Kompressibilität
und wird so ausgewählt,
daß sie
eine vorgegebene Dicke aufweist, so daß die variable Spannungsschutzkomponente 1 eine
vorgegebene gleichmäßige Dicke 7 haben
wird. Durch Verwendung der Verstärkungsschicht 3,
um eine gleichmäßige Dicke
zu erreichen, kann eine reproduzierbare elektrische Leistungsfähigkeit
oder Performance bereitgestellt werden.
-
Vorzugsweise besteht die Verstärkungsschicht 3 aus
einem Textilmaterial mit niedriger Kompressibilität, das einen
geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten
und eine niedrige Dielektrizitätskonstante
aufweist. Die Verstärkungsschicht 3 kann aus
einem beliebigen einer Vielzahl von Isoliermaterialien bestehen,
z. B. aus porösem
Polymerträgermaterial,
das im US-Patent Nr. 4950546 (Dubrow et al.) erwähnt und in der US-Patentanmeldung
Nr. 711119, eingereicht am 12. März
1985 (entspricht der EP-A-194872 vom 17. September 1986), beschrieben
ist, aus porösem
Kunstharzpolymerband, das z. B. unter der Handelsbezeichnung "TEFLON" (hergestellt von
E. I. du Pont de Nemours & Co.,
Wilmington, Delaware) erhältlich
ist, Polypropylen, Glas, aromatischem Polyamid, das z. B. unter
der Handelsbezeichnung "KEVLAR" (hergestellt von
E. I. du Pont de Nemours & Co.,
Wilmington, Delaware) erhältlich
ist, Polyester, thermoplastischem Polymer, aushärtbarem Polymer, Epoxydharz
und Keramik. Die Verstärkungsschicht 3 kann
aus Faserstücken
aus Isoliermaterial 9 bestehen, die als Matte ausgebildet
sind, wie in 1 dargestellt,
oder aus partikelförmigen Stücken aus
Isoliermaterial 11, die eine Vliesstoffmatte bilden, wie
in 2 dargestellt. Die
Vliesstoffmatte kann aus zufällig
angeordneten oder ausgewählten
partikelförmigen
Stücken
bestehen, die zusammengepreßt
oder miteinander verbunden sind, um ein Lagenmaterial zu erhalten.
Die Stücke
können
gepreßt
und so ausgerichtet werden, daß sie
alle im wesentlichen horizontal angeordnet sind. Außerdem kann
die Vliesstoffmatte aus den gewebten Fasern der in 1 dargestellten Matte bestehen, die in kleinere
Stücke
gebrochen, geschnitten oder zerhackt werden. Außerdem können die Isoliermaterialfasern
oder -stücke
mit einer Metallbeschichtung beschichtet werden, vorausgesetzt,
daß sie
so verteilt sind, daß sie
keinen Kurzschluß erzeugen,
oder können
mit Isoliermaterialien beschichtete Metallpartikel sein.
-
Die Verstärkungsschicht 3 weist
mehrere Hohl- oder Zwischenräume 13 zwischen
den Isoliermaterialstücken 9 in
der Matte (oder den Stücken 11 in
der Vliesstoffmatte) auf, die die Verstärkungsschicht 3 enthält. In einer
Ausführungsform
ist die Verstärkungsschicht 3 mit
dem spannungsvariablen Material 5 imprägniert, so daß ein kontinuierlicher Pfad 15 aus
spannungsvariablem Material von der Oberseite 17 zur Unterseite 19 gebildet
wird (2). Die Verstärkungsschicht 3 kann
durch verschiedene Verfahren mit dem spannungsvariablen Material
imprägniert
werden, wie für
Fachleu te ersichtlich ist, z. B. durch: Eintauchen der Verstärkungsschicht
in spannungsvariables Material und anschließendes Quetschen der Verstärkungsschicht
zwischen zwei Walzen; Aufbringen des spannungsvariablen Materials
quer über
die Verstärkungsschicht
durch Lackieren oder Aufdrucken; Gießen, Kalandrieren; usw. Die Zwischen-
oder Hohlräume 13 sollten
mit einer ausreichenden Menge des spannungsvariablen Materials 5 gefüllt sein,
um bei Überspannungszuständen auftretende
Spannungs- oder Stromstöße oder
-spitzen zu übertragen
oder zu transportieren. Das spannungsvariable Material kann auf
der Ober- und Unterseite der variablen Spannungsschutzkomponente kontinuierlich
angeordnet sein, so daß die
Komponente ohne Verwendung eines Präzisionswerkzeugs quer über Leiter-
oder Anschlußmuster
einer Schaltung universell oder vielseitig verwendbar ist. In Abhängigkeit
von der Größe der leitfähigen Partikel
in den spannungsvariablen Materialien kann in den Zwischen- oder
Hohlräumen 13 eine
kleine oder eine große
Anzahl leitfähiger
Partikel angeordnet sein. Wenn beispielsweise die leitfähigen Partikel
relativ groß sind,
werden wenige Partikel in die Zwischen- oder Hohlräume passen,
so daß mehr
Partikel an der Oberseite angeordnet sein werden, wenn das variable
Spannungsmaterial nur auf die Oberseite aufgebracht wird. Ähnlicherweise
werden mehr leitfähige Partikel
sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite angeordnet sein,
wenn das variable Spannungsmaterial sowohl auf die Ober- als auch
auf die Unterseite aufgebracht wird. Wenn die Partikel relativ klein
sind, werden dagegen mehr Partikel in die Zwischen- oder Hohlräume passen.
-
In einer anderen Ausführungsform
ist die Verstärkungsschicht 3 in
das spannungsvariable Material 5 eingebettet. Die Verstärkungsschicht
kann durch verschiedene Verfahren in das spannungsvariable Material
eingebettet werden, wie für
Fachleute ersichtlich ist, z. B. durch Beschichten eines Sub strats
mit dem spannungsvariablen Material und anschließendes Laminieren der Verstärkungsschicht
in die nasse Beschichtung; Herstellen einer Schicht aus spannungsvariablem
Material und anschließendes Pressen
der Verstärkungsschicht
in das spannungsvariable Material, usw.
-
Die spannungsvariablen Eigenschaften
der variablen Spannungsschutzkomponente 1 sind durch das
verwendete spannungsvariable Material und die Dicke der Komponente
bestimmt. Je größer die
Dicke ist, desto höher
ist die Grenzspannung. Wenn eine Grenzspannung zwischen etwa 20
und 30 Volt erwünscht
ist, würde
eine typische Dicke 7 für
die variable Spannungsschutzkomponente 20 μm bis 25,4 μm (0,8 bis 1,0 Milli-Inch) betragen.
Wenn eine Grenzspannung zwischen etwa 30 und 40 Volt erwünscht ist,
würde eine
typische Dicke 25,4 μm
bis 50,8 μm
(1,0 bis 2,0 Milli-Inch) betragen. Wenn eine Grenzspannung zwischen
etwa 40 und 70 Volt erwünscht
ist, würde
eine typische Dicke 50,8 μm
bis 76,2 μm
(2,0 bis 3,0 Milli-Inch) betragen.
-
3 zeigt,
daß der
Verstärkungsschicht 3 (die
eine gewebte Matte oder eine Vliesstoffmatte sein kann) die Isolier-Abstandsstücke 21,
z. B. Keramik- oder Glaskugeln, hinzugefügt werden können, um die Dicke 7 präziser einzustellen.
Die Abstandsstücke 21 erstrecken
sich zwischen der Oberseite 17 und der Unterseite 19.
Wenn eine Druckkraft auf die variable Spannungsschutzkomponente
ausgeübt wird,
werden die Abstandsstücke 21 als
Stützelemente
dienen und verhindern, daß das
spannungsvariable Material zusammengedrückt wird, wodurch Kurzschlüsse oder
eine Abnahme der Grenzspannung verhindert werden. Insbesondere ist
die Druckbeständigkeit
während
einer Verarbeitung bei der Aushärtungstemperatur
wichtig. Die Abstandsstücke 21 können eine
beliebige vorgegebene Größe haben,
die durch die für
die variable Spannungsschutzkomponente gewünschten Eigenschaften (z. B. die Grenzspannung)
bestimmt ist. Beispielsweise sollten, wenn eine 25,4 μm (1 Milli-Inch)
dicke variable Spannungsschutzkomponente erwünscht ist, die Abstandsstücke eine
Größe von 22,9
bis 27,9 μm
(0,9 bis 1,1 Milli-Inch) haben, und vorzugsweise von 25,4 μm (1 Milli-Inch).
Im allgemeinen haben die Abstandsstücke für die bevorzugtesten variablen
Spannungsschutzkomponenten eine Breite von 5,1 bis 254 μm (0,2 bis
10 Milli-Inch). Es ist denkbar, daß die Abstandsstücke von
einer Kugelform verschiedene Formen aufweisen. Die Größe und die
Form der Abstandsstücke
sind auch von der Größe der Metallpartikel
im spannungsvariablen Material abhängig.
-
3 zeigt
außerdem,
daß die
variable Spannungsschutzkomponente 1 an einer leitfähigen Erdungsebene 23 befestigt
werden kann, um eine variable Spannungsschutzvorrichtung 25 zu
bilden. Die variable Spannungsschutzkomponente kann durch leitfähige Klebstoffe,
leitfähige
Primer, nicht-leitfähige Primer,
direktes Verbinden, usw. an der Erdungsebene 23 befestigt
werden. Außerdem
kann die variable Spannungsschutzkomponente 1 durch Prozesse,
z. B. Sprühen,
Walzen, Spin-Coating (Schleuderbeschichten), Laminieren, Gießen oder
Extrudieren, an der Erdungsebene befestigt werden. Beispielsweise kann
die leitfähige
Erdungsebene 23 eine vorgegebene Länge haben, und die variable
Spannungsschutzkomponente 1 kann auf die Erdungsebene 23 auflaminiert
werden, oder die variable Spannungsschutzkomponente 1 und
die Erdungsebene 23 können
als kontinuierliches Rollenmaterial bereitgestellt und durch einen
Extrudier- oder Laminierprozeß kombiniert
werden.
-
Die leitfähige Erdungsebene 23 kann
aus einer Vielzahl elektrisch leitfähiger Materialien bestehen,
die Fachleuten bekannt sind, z. B. Kupfer, vernickeltes Kupfer,
Messing, Beryllium-Kupfer, usw. Die leitfähige Erdungsebene 23 kann flexibel
sein (z. B. eine Folie), so daß sie
unregelmäßigen Strukturen und
Betriebsverhältnissen
anpaßbar
ist.
-
In einer noch anderen Ausführungsform
ist die leitfähige
Erdungsebene 23 vorzugsweise komprimierbar. Mit der komprimierbaren
leitfähigen
Erdungsebene 23 kann die variable Spannungsschutzvorrichtung 25 zwischen
einem elektrischen Anschluß oder
Leiter und einem Metalleiter, z. B. einer Außenabdeckung eines Verbinders,
angeordnet oder zusammengedrückt
angeordnet werden, ohne daß sich
die Dicke der variablen Spannungsschutzkomponente 1 ändert, so
daß Kurzschlüsse verhindert werden
und zuverlässige
elektrische Eigenschaften und eine zuverlässige Grenzspannung gewährleistet sind.
Die komprimierbare Erdungsebene 23 kann aus einem beliebigen
einer Vielzahl von Materialien bestehen, z. B. aus einem leitfähigen Polymermaterial, leitfähigem Silizium-Epoxydharz, ausgehärtetem leitfähigen Silikongummi,
leitfähigen
Primern, usw. Vorzugsweise besteht die komprimierbare Erdungsebene
aus einem leitfähigen
Elastomer oder einem leitfähigen
Gummi. Die komprimierbare leitfähige
Erdungsebene kann entweder bei allen Spannungen elektrisch leitfähig sein
oder, ähnlich
wie das spannungsvariable Material, nur bei hohen Spannungen.
-
In einer anderen Ausführungsform
weist die leitfähige
Erdungsebene 23 mindestens auf einer Oberfläche eine
nachgiebige oder elastische Konsistenz auf, so daß die variable
Spannungsschutzvorrichtung sich unregelmäßigen Oberflächen anpassen kann.
Außerdem
kann die leitfähige
Erdungsebene mindestens eine Klebstoffoberfläche aufweisen, so daß die leitfähige Erdungsebene
an einer Oberfläche einer
elektrischen Komponente anhaften und einen elektrischen Kontakt
damit aufrechterhalten wird. Vorzugsweise wird die Klebstoffoberfläche "schnellhaftend" sein, wenn sie in
Position gedrückt
wird.
-
Die 4 und 5 zeigen, daß die Verstärkungsschicht 3 nur
aus den Abstandsstücken 21 bestehen
kann. In 4 erstrecken
sich die Abstandsstücke 21 zwischen
der Oberseite 17 und der Unterseite 19, wie vorstehend
diskutiert wurde, um eine Verstärkungsschicht 7 mit
einer gewünschten
Dicke zu bilden. Das spannungsvariable Material 5 füllt die Zwischen-
oder Hohlräume 13 zwischen
den Abstandsstücken,
um einen kontinuierlichen Pfad zwischen der Ober- und der Unterseite bereitzustellen. In 5 funktionieren die Abstandsstücke 21 auf
die gleiche Weise, sie sind jedoch kleinere Kugeln, die stapelförmig aufeinander
angeordnet sind, um die Verstärkungsschicht
mit der gewünschten
Dicke 7 zu bilden. Die Abstandsstücke 21 können eine
beliebige gewünschte
Form und Größe aufweisen
und in so vielen Lagen stapelförmig
aufeinander angeordnet werden, wie gewünscht, um die Verstärkungsschicht zu
bilden.
-
Das erfindungsgemäß verwendete spannungsvariable
Material 5 kann ein beliebiges, auf dem Fachgebiet bekanntes
spannungsvariables Material sein, z. B. das im US-Patent Nr. 4977357
(Shrier) oder im US-Patent Nr. 4726991 (Hyatt et al.) beschriebene
Material, auf die hierin unter Verweis Bezug genommen wird. Im allgemeinen
weist das spannungsvariable Material ein Bindemittel und dicht beabstandete
leitfähige
Partikel auf, die im Bindemittel homogen verteilt und beabstandet
sind, um eine elektrische Leitfähigkeit
bereitzustellen. Außerdem können erfindungsgemäß verschiedenartige
Materialien verwendet werden, wie im US-Patent Nr. 4103274 (Burgess
et al.) dargestellt ist.
-
Vorzugsweise kann das spannungsvariable Material 5 jedoch
eine spannungsvariable Dickfilmpaste sein, die typischerweise 50%
Lösungsmittel und
50% Feststoffbeschichtung enthält,
deren Feststoffphase aus 38 Gew.-% (30 Vol.-%) leitfähigem Material,
z. B. Aluminiumpartikeln der Größe 10 μm, 3,5 Gew.-%
(3,4 Vol.-%) Silikabeschichtungsmaterial für die Leiter und 58,5 Gew.-%
(66,6 Vol.-%) verstärktem
Fluor-Silikon-Polymer
besteht, deren dielektrische Durchschlagsfestigkeit oder Isolationsdurchbruchsfestigkeit
durch Zugabe von Oxidationsinhibitoren und Stabilisatoren, z. B.
Aluminiumoxidpartikel einer spezifischen Größe, modifiziert worden ist.
Die Größe der Aluminiumoxidpartikel
kann im Bereich von 0,01 bis 5 μm
liegen. Das spannungsvariable Material kann auch ein Feststoffmaterial
sein, das auf die Verstärkungsmatte
laminiert wird. Das spannungsvariable Material kann auch wie in
der US-Patentanmeldung Nr. 08/275157, eingereicht am 14. Juli 1994,
beschrieben hergestellt werden.
-
Die erfindungsgemäße variable Spannungsschutzkomponente 1 kann
für verschiedenartige
Anwendungen verwendet werden. Beispielsweise kann die variable Spannungsschutzkomponente 1 in
Verbindung mit einer leitfähigen
Erdungsebene 23 verwendet werden, um eine variable Spannungsschutzvorrichtung 25 zu
bilden, die dazu vorgesehen ist, in einem IC-Chipträger 27 (6) verwendet zu werden.
Der IC-Chipträger 27 enthält einen
IC-Chip 29. Die leitfähigen
Eingangs-/Ausgangs-Pads (nicht dargestellt) des Chips 29 sind
typischerweise durch Drähte 31 mit
leitfähigen
Anschlüssen
oder Kontakten 33 im Chipträger verbunden. Die variable
Spannungsschutzkomponente 1 steht mit den leitfähigen Anschlüssen 33 des
Chipträgers 27 in
Kontakt, und die leitfähige
Erdungsebene 23 ist typischerweise mit einer oder mehreren
Systemerden im Chipträger 27 oder
einem anderen geeigneten Punkt im Chip-Package (-Gehäuse) verbunden
und darüber
geerdet.
-
Die variable Spannungsschutzvorrichtung 25 deckt
nur einen Teil jeder der leitfähigen
Anschlüsse 33 des
Chipträgers 27 ab,
so daß ein
anderer Teil jedes leitfähigen
Anschlusses 33 für
eine Verdrahtung des Chips 29 durch Drähte
31 zur Verfügung steht.
In einer anderen Ausführungsform
können
die leitfähigen
Anschlüsse 33 mit
dem Chip 29 verdrahtet sein, und die variable Spannungsschutzvorrichtung 25 ist eine
Abdeckung, die den Chip 29 und die leitfähigen Anschlüsse 33 abdeckt.
-
In einer Ausführungsform kann die variable Spannungsschutzvorrichtung
auf dem Chipträger 27 ausgebildet
werden, indem zunächst
die variable Spannungsschutzkomponente 1 auf geeigneten
Bereichen der leitfähigen
Anschlüsse 33 angeordnet und
dann die leitfähige
Erdungsebene 23 an der variablen Spannungsschutzkomponente 1 befestigt wird.
Dann wird die leitfähige
Erdungsebene 23 mit einer Systemerde im Chipträger 27 oder
einem beliebigen anderen geeigneten Punkt im Chip-Package verbunden,
wie vorstehend diskutiert wurde. Die variable Spannungsschutzvorrichtung 25 im
Chipträger 27 ermöglicht,
daß alle
Ein-/Ausgangsanschlüsse
mit der variablen Spannungsschutzkomponente 1 in Kontakt
stehen, die mit der leitfähigen
Erdungsebene 23 in Kontakt steht. Daher können jegliche Überspannungsspitzen,
die über
irgendeinen Eingangs-/Ausgangsanschluß oder einen leitfähigen Pad
in das Package eintreten, die variable Spannungsschutzkomponente 1 direkt
zur leitfähigen
Erdungsebene 23 durchlaufen. Die variable Spannungsschutzkomponente 1 kann
durch einen leitfähigen
Klebstoff oder eine andere geeignete Einrichtung mit den leitfähigen Anschlüssen 33 verbunden
sein. Außerdem
kann die variable Spannungsschutzkomponente auf ähnliche Weise wie beim Tape
Automated Bonding direkt auf die Anschlüsse aufgeprägt und heißlaminiert werden.
-
Eine andere Anwendung der erfindungsgemäßen variablen
Spannungsschutzkomponente 1 ist die Verwendung für einen
beliebigen einer Vielzahl elektrischer Verbinder, z. B. RJ-Verbinder (d. h.
Telefon), Koaxialverbinder, D-Sub-Verbinder (d. h. Multiple-Pin-Computerkabelverbinder),
Verbinder des Typs 38999 (d. h. für Flugzeuge), ARINC-Verbinder,
SCSI-(Small Computer
System Interface) Verbinder, Ein-/Ausgangsverbinder für Leiterplatten,
Chip-Sockel- (Pin Grid Arrays, PLCC) Verbinder, usw. Die variable
Spannungsschutzkomponente ist in allen elektrischen Verbindern im
wesentlichen identisch, außer hinsichtlich
der Form, sie ist z. B. für
D-Sub-Verbinder rechteckig
und für
Verbinder des Typs 38999 kreisförmig.
In jedem Verbinder ist die Konstruktion dahingehend gleich, daß eine variable
Spannungsschutzkomponente an einer Fläche mit einem Pin des Verbinders
und an einer anderen Fläche
mit einer Erde oder einem zu einer Systemerde führenden Leiter in Kontakt steht.
Daher wird zur Erläuterung
lediglich der RJ-Verbinder beschrieben.
-
Die variable Spannungsschutzkomponente 1 kann
in Verbindung mit einer leitfähigen
Erdungsebene 23 verwendet werden, um eine variable Spannungsschutzvorrichtung 25 zu
bilden, die dazu vorgesehen ist, in einem elektrischen RJ-Verbinder 35 (7) verwendet zu werden.
Der elektrische RJ-Verbinder 35 besteht aus einem Isoliergehäuse 37 mit
einer Verbinderöffnung 39 zum
Aufnehmen eines entsprechenden Verbinders, z. B, eines Telefon-Klinkensteckers.
Das Isoliergehäuse 37 weist auch
einen Schlitz 41 zum Aufnehmen der variablen Spannungsschutzvorrichtung 25 auf.
Im Schlitz 41 sind mehrere elektrische Leiter 43 angeordnet.
Die variable Spannungsschutzvorrichtung 25 wird im Schlitz 41 angeordnet,
wobei die variable Spannungsschutzkomponente 25 mit den
elektrischen Leitern 43 in Kontakt kommt. Das vordere Ende 47 des
Gehäuses 45 des
elektrischen Verbinders wird in einen Aufnahmeschlitz 49 eingeführt und
nach vorne gedrückt,
bis eine Gehäuseabdeckung 51 über der variablen
Spannungsschutzvorrichtung 25 angeordnet ist und eine Führung 53 vollständig in
einem Führungsschlitz 55 angeordnet
ist. Die Gehäuseabdeckung 51 kann
zur leitfähigen
Erdungsebene 23 hin vorge spannt sein, so daß ein guter
elektrischer Kontakt hergestellt wird. Vorzugsweise ist die leitfähige Erdungsebene 23 komprimierbar,
um zu verhindern, daß Druck
zur Überspannungsschutzkomponente 1 übertragen
wird, wodurch Kurzschlüsse
oder Änderungen
der Grenzspannung verhindert werden. Überspannungsspitzen, die über irgendeinen
der Leiter 43 in den elektrischen Verbinder 35 eintreten,
können die
variable Spannungsschutzkomponente 1 direkt zur leitfähigen Erdungsebene 23 durchlaufen
und dann durch die Gehäuseabdeckung 51 zum
Verbindergehäuse 45 geleitet
und zur Erde abgeleitet werden.
-
In einer anderen Anwendung kann die
variable Spannungsschutzkomponente als Gewebe, Band, Etikett oder
Film verwendet werden (8), das/der
in gewünschte
Längen
geschnitten und zugerichtet werden kann, um es/ihn auf ungleichmäßige und
unregelmäßige Oberflächen aufzubringen,
z. B. auf Leiterplatten. Die variable Spannungsschutzvorrichtung,
die aus der variablen Spannungsschutzkomponente 1 und der
leitfähigen
Erdungsebene 23 besteht, kann durch ein Klebeband 59 an
einer Leiterplatte 57 festgeklebt werden. Die variable
Spannungsschutzkomponente 1 wird auf einer beliebigen Anzahl
freiliegender Anschlüsse
oder Leiter 61 der Leiterplatte angeordnet. Ein Erdungsanschluß 63,
z. B. ein Draht, ein leitfähiges
Epoxydharz, Lötmittel, usw.
wird von einem spezifizierten Erdungsleiter auf der Leiterplatte über beliebige Öffnungen 65 im
Klebeband 59 mit der leitfähigen Erdungsebene 23 verbunden.
Eine Überspannungsspitze
in einem der Leiter der Leiterplatte kann die variable Spannungsschutzkomponente 1 direkt
zur leitfähigen
Erdungsebene 23 durchlaufen und dann zur Erde abgeleitet werden.
In einer anderen Ausführungsform
haftet die variable Spannungsschutzkomponente selbsthaftend an der
Leiterplatte an, so daß das
Klebeband 59 weggelassen werden kann.
-
Die variable Spannungsschutzkomponente kann
als Normgehäuse-
oder Norm-Package-Komponente bereitgestellt werden, z. B. als Small
Outline Package (SOP; Kleingehäuse),
Single Inline Packages und Dual Inline Packages zur Verwendung in Leiterplatten.
Ein Small Outline Package 67 (9) ist für jede der Package-Typen exemplarisch.
Das Small Outline Package 67 weist mehrere Pins 69 auf, wobei
die variable Spannungsschutzkomponente 1 mit jedem der
Pins verbunden ist. Eine gemeinsame leitfähige Erdungsebene 23 steht
mit der variablen Spannungsschutzkomponente 1 in Kontakt.
Ein Erdungs-Pin 71 ist über eine
Verbindung 73 mit der leitfähigen Erdungsebene 23 verbunden.
Für die
Verbindung 73 können
Standard-Verbindungstechniken verwendet werden, wie beispielsweise
Wire Bonding, Löten
oder leitfähiges
Epoxydharz. Um die Vorrichtung zu schützen, kann eine Schutzschicht,
z. B. aus Epoxydharz oder einer Standard-Gußmasse, verwendet werden, die
um die Vorrichtung gegossen wird, um die jeweiligen Grenzflächen zwischen
Pin, variabler Spannungsschutzkomponente und leitfähiger Erdungsebene
zu versiegeln und die Vorrichtung zu schützen.
-
Das Small Outline Package 67 wird
parallel zu einer gedruckten Schaltung auf einer Leiterplatte befestigt,
um einen Überspannungsschutz
für die Schaltung
bereitzustellen. Wenn kein Überspannungszustand
vorliegt, verhält
sich das Small Outline Package 67 passiv und beeinflußt die gedruckte Schaltung
nicht. Wenn jedoch eine Überspannung vorhanden
ist, leitet die variable Spannungsschutzkomponente 1 die Überspannung
(Spannungsspitze) über
die leitfähige
Erdungsebene 23 und den Erdungs-Pin 71 zur Systemerde
ab.
-
9A zeigt
eine Vorrichtung, die dem Small Outline Package 67 ähnlich ist,
jedoch eine beliebige Standard-Gehäuse-Vorrichtung
sein kann, wie vorstehend diskutiert wurde. Die Vorrichtung 68 besteht aus
mehreren Eingangsan schlüssen 70 auf
einer Seite der Vorrichtung und mehreren den Eingangsanschlüssen 70 gegenüberliegenden
Erdungsanschlüssen 72.
Die variable Spannungsschutzkomponente 1 verbindet die
Eingangsanschlüsse 70 mit
den Erdungsanschlüssen 72.
Eine gemeinsame leitfähige Erdungsebene 23 steht
mit der variablen Spannungsschutzkomponente 1 in Kontakt. Ähnlich wie bei
der in 9 dargestellten
Vorrichtung kann auch die Vorrichtung 68 mit einer Schutzschicht überzogen werden,
z. B. mit Epoxydharz oder einer Standard-Gußmasse.
-
Der Vorrichtung 68 ist auf
die gleiche Weise wie das vorstehend diskutierte Small Outline Package 67 parallel
zu einer gedruckten Schaltung an der gedruckten Schaltung befestigt.
Wenn kein Überspannungszustand
vorliegt, verhält
sich der Vorrichtung 68 passiv. Wenn jedoch eine Überspannung
in irgendeinem der Eingangsanschlüsse 70 vorliegt, leitet
die variable Spannungsschutzkomponente 1 die Überspannung
(Spannungsspitze) zur gemeinsamen Erdungsebene 23 und dann
von der gemeinsamen Erdungsebene 23 über einzelne oder alle Erdungsanschlüsse 72 zur
Systemerde ab.
-
Wie in 10 dargestellt,
können
die Gehäuse-Komponenten in einem
diskreten, halbautomatisierten oder vollautomatisierten Montageprozeß unter
Verwendung eines diskreten Lead Frame oder Leiterrahmens (der typischerweise
eine Länge
von 17,8 cm (7 Zoll) mit 40 Leitersätzen oder Die-Pads aufweist)
oder unter Verwendung von Leiterrahmen 75 auf einer Endlosrolle
hergestellt werden. Der Lead Frame dient als leitfähiges Substrat.
In einer Ausführungsform
weist der Lead Frame 75 Zuführschienen 77 mit
Führungsöffnungen 79 zum
Ausrichten und Zuführen
des Lead Frame während
des Fertigungsprozesses auf. Es können auch andere Ausrichtungs-
und Zuführeinrichtungen
verwendet werden, die Fachleuten bekannt sind, z. B. stationäre Führungsschienen,
die an der Seite der Führungsschienen 77 anliegen,
und Frikti onsräder,
die die Lead Frames während
des Prozesses ziehen oder drücken.
-
In einer Ausführungsform ist die variable Spannungsschutzkomponente 1 auf
dem Leiterrahmen oder Lead Frame 75 angeordnet. Ein dünner isolierender
Primer kann auf dem Lead Frame aufgebracht sein, um dazu beizutragen,
daß die
variable Spannungsschutzkomponente am Lead Frame anhaftet, oder
die variable Spannungsschutzkomponente kann durch Laminieren, leitfähige Klebstoffe, leitfähiges Epoxydharz,
Druck, Temperatur, Sprühen, Walzen,
Spin-Coating (Schleuderbeschichten), Gießen, Extrudieren, usw. mit
dem Lead Frame verbunden werden. Dann wird die leitfähige Erdungsebene 23 an
der variablen Spannungsschutzkomponente 1 befestigt. Jeder
der Erdungs-Pins 71 wird dann durch eine Verbindung 73 an
der leitfähigen
Erdungsebene 23 befestigt. Um die Vorrichtung 68 herzustellen, werden
die Erdungsanschlüsse
nicht an der Erdungsebene 23 befestigt. Nach dem Verpacken
(Packaging) wird jeder der Lead-Sets 81 aus dem Lead Frame
herausgeschnitten oder -gesägt,
um in den 9A und 9B dargestellte
Standard-Gehäuse
herzustellen. Der in 10 dargestellte
Lead Frame 75 weist acht Leads oder Anschlüsse pro
Lead-Set oder Leitersatz 81 auf, der Lead Frame kann jedoch
eine beliebige Anzahl gewünschter
Leads (Anschlüsse) aufweisen.
-
Es ist denkbar, daß die vorstehend
beschriebenen Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden,
z. B. kann die variable Spannungsschutzkomponente 1 auf
die leitfähige
Erdungsebene 23 aufgebracht und ausgestanzt werden, bevor
sie an den Lead-Sets (oder Die-Pads) 81 befestigt wird. Oder
die leitfähige
Erdungsebene 23 kann mit dem Erdungs-Pin 71 verbunden
werden, nachdem die Lead-Sets vom Lead Frame 75 herausgeschnitten worden
sind.
-
In einer anderen Ausführungsform
kann das Verfahren zum Herstellen der packaged Vorrichtungen ein
vollautomatischer Prozeß sein,
z. B. ein Sprüh-,
Walz- Laminier- oder Extrudierprozeß, in dem die Lead Frames kontinuierlich
sind, wobei mehrere Lead-Frame-Pins 69 senkrecht zu den
Zuführschinen 77 angeordnet
sind und die variable Spannungsschutzkomponente 1 auf den
Lead Frames angebracht wird. Beispielsweise können die variable Spannungsschutzkomponente 1 und
die leitfähige Erdungsebene 23 in
kontinuierlichen Bändern
bereitgestellt werden, die auf die kontinuierlichen Lead Frames
auflaminiert werden. Dann können
die zusammengesetzten Komponenten in eine vorgegebene Anzahl von
Anschlüssen
geteilt werden. Für
die in 9 dargestellte
Vorrichtung kann ein Anschluß als Erdungs-Pin
ausgewählt
und mit der leitfähigen
Erdungsebene verbunden werden.
-
In anderen Ausführungsformen kann der Lead
Frame 75 ein leitfähiges
Substrat mit einem vorgegebenen Muster sein, das den Anschlüssen oder Leitern
auf einer Leiterplatte angepaßt
ist, oder das leitfähige
Substrat kann ein kontinuierliches Lagenmaterial sein, das fotogeätzt wird,
um ein vorgegebenes Muster zu bilden, das den Anschlüssen oder
Leitern auf einer Leiterplatte oder einer integrierten Schaltung
angepaßt
ist. Dann werden die fotogeätzten
Bereiche mit spannungsvariablem Material gefüllt.
-
11 zeigt
eine andere Anwendung der vorliegenden Erfindung, wobei die variable
Spannungsschutzvorrichtung 25 in einer Bandform auf einem
IC-Chip-Lead-Frame 83 verwendet wird. Der IC-Chip-Lead-Frame
weist mehrere Leads (Anschlüsse) 85 auf,
die mit einem IC-Chip 29 verbunden und dazu vorgesehen
sind, mit einer Leiterplatte oder einem Mehrchip-Modul verbunden zu werden. Wie in 12 ersichtlich ist, wird
die variable Spannungsschutzvorrichtung 25, die die variable
Spannungsschutzkomponente 1 und die leitfähige Er dungsebene 23 aufweist,
streifenförmig
auf den mehreren Anschlüssen 85 angeordnet.
Die Anschlüsse 85 sind
durch Drähte 31 mit
dem Chip 29 verbunden. Jeder Streifen der leitfähigen Erdungsebene 23 kann an
einer Systemerde befestigt werden, wenn der IC-Chip-Lead-Frame 83 an
einer Leiterplatte oder einem Mehrchip-Modul befestigt wird.
-
In einer anderen Ausführungsform,
in der der IC-Chip-Lead-Frame 83 verwendet
wird, kann die variable Spannungsschutzkomponente quer über die Anschlüsse 85 und
die Die-Pad-Erde 109 auf
der Unterseite des IC-Chip-Lead-Frame 83 angeordnet werden
(16). Die Die-Pad-Erde 109 wird
mit der Systemerde verbunden, wenn der IC-Chip-Lead-Frame 83 an
einer Leiterplatte oder einem Mehrchip-Modul befestigt wird. Auf
diese Weise leitet, wenn in einem der Anschlüsse 85 eine Spannungsspitze
auftritt, die variable Spannungsschutzkomponente 1 die Spannungsspitze
lateral über
die variable Spannungsschutzkomponente zur Die-Pad-Erde 109 ab, um
den Chip 29 zu schützen.
Optional kann die Erdungsebene 23 hinzugefügt werden,
um eine bessere Leistungsfähigkeit
der variablen Spannungsschutzvorrichtung zu erhalten. Wenn die Erdungsebene 23 befestigt
ist, leitet die variable Spannungsschutzkomponente 1, wenn
in einem der Anschlüsse 85 eine Überspannungsspitze
auftritt, die Spannungsspitze zur Erdungsebene 23 und dann
zur Die-Pad-Erde 109 ab.
-
In einer noch anderen Ausführungsform,
in der ein durch Drähte 31 mit
dem Chip 29 verbundener IC-Chip-Lead-Frame verwendet wird, kann die variable
Spannungsschutzkomponente zwischen den Anschlüssen 85 und der Die-Pad-Erde 109 angeordnet
werden (18). Die Die-Pad-Erde 109 wird
mit der Systemerde verbunden, wenn der IC-Chip-Lead-Frame an einer
Leiterplatte oder einem Mehrchip-Modul befestigt wird. Wenn in irgendwelchen
der Anschlüsse 85 eine Überspannungsspitze auftritt,
leitet die variable Spannungsschutzkompo nente 1 die Überspannungsspitze über die Die-Pad-Erde 109 zur
Systemerde ab.
-
13 zeigt
eine diskrete oberflächenmontierbare
Vorrichtung 87. Die Vorrichtung 87 ist ein Verbundkörper aus
einer variablen Spannungsschutzkomponente 1, die zwischen
zwei leitfähigen Erdungsebenen 23 angeordnet
ist, und zwei äußeren leitfähigen Schichten 89 für eine Oberflächenmontage
der Vorrichtung 87. Die Schichten des Verbundkörpers können unter
Verwendung eines Laminier- oder Beschichtungsprozesses aufgebracht
werden. Eine Schutzschicht aus Epoxydharz kann (z. B. durch Lackieren)
auf die Vorrichtung 87 aufgebracht werden, um die variable
Spannungsschutzkomponente 1 zu schützen.
-
In 14 ist
die variable Spannungsschutzvorrichtung 25 in einer Leiterplatte 9 mit
Signalanschlüssen 93 laminiert.
Die spannungsvariable Schutzkomponente 1 wird auf oder
um die Signalanschlüsse 93 herum
aufgebracht. Die Schichten 95 auf jeder Seite der variablen
Spannungsschutzvorrichtung 25 und die Signalanschlüsse bilden
die Leiterplatte. Die leitfähige
Erdungsebene 23 ist an einer Systemerde befestigt. Wenn
in einem Signalanschluß eine Überspannung
auftritt, leitet die variable Spannungsschutzkomponente 1 die Überspannung (Spannungsspitze)
zur leitfähigen
Erdungsebene 23 ab, über
die die Spannungsspitze zur Systemerde abgeleitet wird.
-
In einer anderen Ausführungsform
kann die variable Spannungsschutzkomponente 1 in einer
Leiterplatte 91 verwendet werden, wobei die Durchgangsöffnungen 111 in
der Leiterplatte genutzt werden (17).
Die Durchgangsöffnungen 111 können mit
einer variablen Spannungsschutzkomponente 1 überzogen
sein, die mit einer Erdungsebene 23 und den Signalanschlüssen 93 in
der Leiterplatte in Kontakt steht. Es ist wichtig, daß die Erdungsebene 23 an der
variablen Spannungs schutzkomponente 1 endet. Es ist außerdem wichtig,
daß die
Signalanschlüsse 93 sich
durch die variable Spannungsschutzkomponente 1 erstrecken,
um mit einer Schicht aus leitfähigem
Material 113, z. B. Lötmittel,
in Kontakt zu kommen, das über
der variablen Spannungsschutzkomponente 1 angeordnet ist.
Auf diese Weise ist, wenn ein Pin (nicht dargestellt) in die Durchgangsöffnung 111 eingesetzt
ist, der Pin mit dem Signalanschluß 93 elektrisch verbunden.
Wenn eine Überspannung
in einem Signalanschluß 93 auftritt,
leitet die variable Spannungsschutzkomponente 1 die Überspannung (Spannungsspitze)
zur Erdungsebene 23 ab, über die die Spannungsspitze
zur Systemerde abgeleitet wird.
-
15 zeigt
eine Vorrichtung 97, in der die variable Spannungsschutzkomponente 1 verwendet wird,
um ein vorgegebenes Muster von Signalanschlüssen 99 mit Erdungsanschlüssen 101 in
Kontakt zu bringen. Ein leitfähiger
Streifen 103 weist ein Muster aus leitfähigen Bumps oder Höcker 105 auf
, die geätzt,
gestanzt oder durch maschinelles Bearbeiten hergestellt werden,
um sie einem vorgegebenen Muster von Erdungsanschlüssen 101 anzupassen.
Die variable Spannungsschutzkomponente 1 wird zwischen
den leitfähigen
Bumps 105 angeordnet und abgeflacht, so daß sie mit
den leitfähigen Bumps 105 bündig ist.
Eine Schicht 107 aus leitfähigem Material, z. B. leitfähiges Epoxydharz
oder leitfähiger
Klebstoff, wird auf die leitfähigen
Bumps 105 und die variable Spannungsschutzkomponente 1 so aufgebracht,
daß sie
dem vorgegebenen Muster von Signalanschlüssen 99 und Erdungsanschlüssen 101 angepaßt ist.
Wenn in einem der Signalanschlüsse 99 eine Überspannungsspitze
auftritt, leitet die variable Spannungsschutzkomponente die Spannungsspitze
zum leitfähigen
Streifen 103 ab. Dann wird die Spannungsspitze durch die
Schicht 107 aus leitfähigem
Material zu den Erdungsanschlüssen 101 abgeleitet.
Außerdem
kann die Schicht
107 der Vorrichtung 97 weggelassen
werden, und die variable Spannungsschutzkomponente 1 kann
direkt auf die Anschlüsse
aufgeklebt werden.