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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein Überspannungsschutzvorrichtungen,
die verwendet werden, um elektronische Schaltungen vor transienten Überspannungen
zu schützen,
die durch Blitzschlag, elektromagnetische Impulse, elektrostatische
Entladungen, in Erdschleifen induzierte transiente Überspannungen
oder Induktionsstromspitzen verursacht werden. Die Erfindung betrifft
insbesondere eine elektrische Schutzvorrichtung, die kostengünstig in
Massen produziert und als ein diskretes Bauelement verwendet werden
kann.
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Hintergrund
der Erfindung
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Transiente Überspannungen
können
sehr hohe Ströme
und Spannungen induzieren, die in elektrische Vorrichtungen eindringen
und diese beschädigen
können,
indem sie entweder Hardwareschaden, z. B. Durchbrennen von Halbleitern,
anrichten oder elektronische Störungen,
z. B. Übertragungsverlust
oder Verlust von gespeicherten Daten, verursachen. Die transienten Überspannungen
erzeugen große
Spannungsspitzen mit hohen Stromspitzen (d. h. Überspannung). Die drei grundsätzlichen
Gefahren durch Überspannung
sind: elektrostatische Entladung, Netzstromstöße und Blitzschlag. Eine elektrostatische
Entladung kann ausgehen von metallischen Instrumenten, die in engem
Kontakt mit einer Vorrichtung gebracht werden, von Vibrationen, die
erzeugt werden, wenn sich die Vorrichtung entlang eines Förder- oder
Montagebands bewegt oder wenn sie in einem Träger in Schwingung versetzt wird.
Eine elektrostatische Entladung erfolgt beispielsweise, wenn eine
statische Ladung vom Körper einer
Person, die in direktem körperlichen
Kontakt mit einem in Betrieb befindlichen elektronischen System oder
einem integrierten Schaltkreischip ist, abgegeben wird. Netzstrom stöße sind
Stromspitzen in Wechselstromnetzleitungen. Netzstromstöße können auch
durch Schließen
eines Schalters oder Starten eines Motors entstehen. Blitzschläge können ruhende
Objekte, z. B. ein Gebäude,
oder bewegliche Objekte z. B. ein Flugzeug oder Flugkörper, treffen. Solche
Einschläge
können
die Elektronik eines Systems plötzlich überlasten.
Bei Spitzenleistung kann jede dieser Gefahren die empfindliche Struktur
eines integrierten Schaltkreischips zerstören.
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Verschiedene Überspannungsschutzmaterialien
sind bisher verwendet worden. Diese Materialien sind auch als nichtlineare
Widerstandsmaterialien bekannt und werden hier als solche bezeichnet. Während des
Betriebs hat das nichtlineare Widerstandsmaterial zunächst einen
hohen elektrischen Widerstand. Wenn die Schaltung eine Überspannungsspitze
erfährt,
wechselt das nichtlineare Widerstandsmaterial schnell in einen Zustand
mit niedrigem elektrischen Widerstand, um die Überspannung zu einer Masse
kurzzuschließen.
Nachdem die Überspannung
vorüber
ist, kehrt das Material sofort in den Zustand mit einem hohen elektrischen
Widerstand zurück.
Die wichtigsten Betriebsparameter des nichtlinearen Widerstandsmaterials
sind die Ansprechzeit, die Begrenzungsspannung, der Spitzenstrom
und die Spannungsspitze. Die Zeit, die das nichtlineare Widerstandsmaterial
benötigt,
um vom isolierenden in den leitenden Zustand zu wechseln, ist die
Ansprechzeit. Die Spannung, bei der das nichtlineare Widerstandsmaterial
den Spannungsstoß begrenzt,
wird als die Begrenzungsspannung bezeichnet. Das heißt, nachdem
das Material zum leitenden Zustand gewechselt hat, stellt das Material
sicher, daß zum Beispiel
der integrierte Schaltkreischip keiner Spannung ausgesetzt sein
wird, die größer als
die Begrenzungsspannung ist. Die Spannung, bei der das nichtlineare
Widerstandsmaterial (unter Spannungsstoß-Bedingungen) vom nichtleitenden
zum leitenden Zustand wechselt, ist die Zündspannung. Diese Materialien
weisen normalerweise fein verteilte Partikel auf, die in einem organischen
Harz oder isolierenden Medium dispergiert sind. Zum Beispiel offenbaren
US-Patent 4 977
357 (Shrier) und US-Patent 4 726 991 (Hyatt et al.) solche Materialien.
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Nichtlineare
Widerstandsmaterialien und Komponenten, die nichtlineare Widerstandsmaterialien
enthalten, sind in Überspannungsschutzvorrichtungen
auf verschiedene Art und Weise einbezogen worden. Zum Beispiel offenbaren
US-Patent 5 142 263 und 5 189 387 (beide erteilt an Childers et
al.) ein oberflächenmontiertes
Bauelement (SMD), das ein Paar leitender Bleche und ein nichtlineares
Widerstandsmaterial aufweist, das zwischen dem leitenden Blechpaar
angeordnet ist. US-Patent 4 929 199 (Diaz et al.) offenbart einen
integrierten Schaltkreis-Chipbaustein mit einem Leiterrahmen, einem
durch eine Elektrodenabdeckung geschützten integrierten Schaltkreischip,
der auf einer Seite mit der Masse verbunden ist, und einer variablen
Spannungsumschaltvorrichtung, die das nichtlineare Widerstandsmaterial
aufweist, das mit der Elektrodenabdeckung auf der anderen Seite
verbundenen ist. US-Patent 5 246 388 (Collins et al.) betrifft eine
Vorrichtung mit einem ersten Satz elektrischer Kontakte, die mit
Signalkontakten eines elektrischen Verbinders verbunden sind, einem
zweiten Kontaktsatz, der mit einer Masse verbunden ist, und einem
starren Plastikgehäuse,
das den ersten und den zweiten Kontaktsatz hält, so daß dort ein genauer Füllspalt
besteht, der mit dem Überspannungsmaterial
gefüllt
werden kann. US-Patent 5 248 517 (Shrier et al.) offenbart ein Streichen
oder Drucken von nichtlinearem Widerstandsmaterial auf ein Substrat,
so daß eine
konturgetreue Beschichtung großer
Flächen
und komplizierter Flächen
mit nichtlinearen Widerstandsmaterial erreicht werden kann. Durch
direktes Aufdrucken des nichtlinearen Widerstandsmaterials auf ein
Substrat fungiert das nichtlineare Widerstandsmaterial als diskretes
Bauelement oder Teil einer zugeordneten Schaltung.
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Dem
Fachmann ist bekannt, daß die
Dicke des nichtlinearen Widerstandsmaterials und das Volumen des
Materials für
das Betriebsverhalten wichtig sind. Siehe US-Patent 4 977 357, erteilt
an Shrier, US-Patent 4 928 199, erteilt an Diaz et al. und US-Patent
4 726 991, erteilt an Hyatt et al. Ebenso ist bekannt, daß die Begrenzungsspannung
verringert wird oder das nichtlineare Widerstandsmaterial überbrückt werden
kann, wenn es unter Druck gesetzt wird. Siehe US-Patent 5 248 517,
erteilt an Shrier et al.
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US-Patent
5 262 754 (Collins) offenbart ein Überspannungsschutzelement,
das diskrete Bauelemente ersetzen kann, die gegenwärtig zum
Schutz elektronischer Schaltungen verwendet werden. Das Überspannungsschutzelement
weist auf: eine Schicht aus Isoliermaterial mit ersten und zweiten
beabstandeten Hauptflächen,
die einen vorbestimmten Abstand haben, um die Dicke des Elements
zu bestimmen, eine Vielzahl von beabstandeten Löchern, die sich zwischen den
Hauptflächen
erstrecken, und ein Überspannungsschutzmaterial,
das in den Löchern
enthalten ist, die in der Schicht aus Isoliermaterial ausgebildet
sind und die sich zwischen den beabstandeten Hauptflächen erstrecken.
Die beabstandeten Löcher
werden ausgebildet, indem die Isoliermaterialschicht durch mechanisches
Ausstanzen, Laserbearbeitung und -schneiden, chemisches Ätzen usw.
perforiert wird. Die Löcher
sind in einer Struktur ausgebildet und sollten breiter sein als
etwa die Hälfte
der Breite der zugeordneten elektrischen Schaltung, auf der die
Löcher
angeordnet sind. Der Abstand der Löcher wird durch den Abstand
der Anschlußleitungen
in der elektrischen Schaltung bestimmt.
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US-Patent
5 340 641 (Xu) offenbart ein auf Überlast ansprechendes Verbundmaterial
mit einer vorbestimmten Struktur aus leitfähigen Elementen, die fest auf
einem isolierfähigen
Substrat positioniert sind, und zwar zusammen mit einer dielektrischen Harzmatrix,
die mit der Struktur aus leitenden Elementen zusammenwirkt, um ein
gewünschtes
elektrisches Verhalten nach einem Überlastungsimpuls zu ermöglichen.
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US-Patent
4 788 523 (Robbins) offenbart einen durchkontaktierten Chipwiderstand,
der aus einem isolierfähigen
Wafer besteht und ein Kontaktloch nahe dem Ende des Wafers aufweist.
Leitende Anschlußflächen umgeben
die Kontaktlöcher
auf beiden Seiten des Wafers. Ein Widerstandselement ist auf einer
Seite des Wafers zwischen den Kontaktlöchern ausgebildet und ist elektrisch
mit den leitenden Anschlußflächen auf
dieser Seite verbunden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine in Massenproduktion herstellbare, kostengünstige,
diskrete elektrische Schutzvorrichtung bereit, die einen kleinen
Spalt zwischen zwei an einem Substrat angebrachten, elektrisch leitenden
Teilen nutzt, um einen Überspannungsschutz
für eine
elektrische Vorrichtung bereitzustellen. Unter einem Aspekt ist
die elektrische Schutzvorrichtung eine oberflächenmontierbare Vorrichtung.
Unter einem weiteren Aspekt hat die Vorrichtung Durchgangslöcher zur
Aufnahme von Anschlußleitungen
an einem elektrischen Verbinder.
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Unter
einem ihrer Aspekte ist die Erfindung eine elektrische Schutzvorrichtung,
die durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert ist und aufweist: ein
Substrat mit einer ersten Fläche
und einer zweiten Fläche,
eine erste Anschlußfläche, die
an der zweiten Substratfläche
angebracht ist, eine zweite Anschlußfläche, die von der ersten Anschlußfläche beabstandet
ist und an der zweiten Substratfläche angebracht ist, eine dritte
Anschlußfläche, die
an der ersten Substratfläche
angebracht ist und in elektrischer Verbindung mit der ersten Anschlußfläche ist, eine
vierte Anschlußfläche, die
von der dritten Anschlußfläche beabstandet
ist und an der ersten Substratfläche
angebracht ist, wobei die vierte Anschlußfläche in elektrischer Verbindung
mit der zweiten Anschlußfläche ist.
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Unter
einem weiteren ihrer Aspekte offenbart die Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von mindestens einer elektrischen Schutzvorrichtung,
das durch die Merkmale des Anspruchs 24 definiert ist und die Schritte
aufweist: Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Substrats
mit elektrisch leitenden Schichten auf dessen gegenüberliegenden
Seiten, Ausbilden mindestens zweier Durchgangslöchern in dem elektrisch isolierenden
Substrat und den elektrisch leitenden Schichten, Ausbilden elektrisch
leitender Pfade zwischen den elektrisch leitenden Schichten durch
die Durchgangslöcher
und Ausbilden von elektrisch leitenden Anschlußflächen um die Durchgangslöcher, wobei
die elektrisch leitenden Anschlußflächen voneinander beabstandet
sind.
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Unter
einem weiteren ihrer Aspekte, offenbart die Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von mindestens einer elektrischen Schutzvorrichtung,
die durch die Merkmale des Anspruchs 38 definiert ist und die Schritte
aufweist: Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Substrats
mit elektrisch leitenden Schichten auf dessen gegenüberliegenden
Seiten, Ausbilden von mindestens zwei Durchgangslöchern in
dem elektrisch isolierenden Substrat und den elektrisch leitenden
Schichten, Ausbilden von elektrisch leitenden Pfaden zwischen den
elektrisch leitenden Schichten durch die Durchgangslöcher, Ausbilden von
elektrisch leitenden Anschlußflächen um
die Durchgangslöcher
herum, wobei die elektrisch leitenden Anschlußflächen durch eine Leiterbahn
verbunden sind, und Ausbilden eines Spalts in der Leiterbahn.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Viele
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann ersichtlich,
wenn diese Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
gelesen wird. Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei gleiche Bezugszeichen für
gleiche Elemente verwendet werden und wobei die Zeichnungen folgendes
zeigen:
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1 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform
der elektrischen Schutzvorrichtung;
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2 ist
eine Seitenansicht der elektrischen Schutzvorrichtung in 1;
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2A und 2B sind
Seitenansichten von erfindungsgemäßen elektrischen Schutzvorrichtungen
zur Kontaktaufnahme mit einer Vielzahl von Anschlußleitungen;
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3 ist
eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung entlang
der Linie 3-3 in 4;
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4 ist
eine Draufsicht der elektrischen Schutzvorrichtung in 3;
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5 ist
eine Unteransicht der elektrischen Schutzvorrichtung in 4;
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6 ist
eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der elektrischen
Schutzvorrichtung;
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6A ist
eine Schnittansicht noch einer weiteren Ausführungsform der elektrischen
Schutzvorrichtung;
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7 ist
ein Aufriß eines
Chipwiderstands, der entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt
ist;
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8 ist
eine Draufsicht einer Anordnung von elektrischen Schutzvorrichtungen,
die entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform hergestellt wurden,
bevor sie in diskrete Bauelemente geteilt worden sind;
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8A ist
eine Draufsicht einer Anordnung von Vorrichtungen, die entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
hergestellt wurden, bevor sie in diskrete Bauelemente geteilt worden
sind;
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9 ist
eine schematische vergrößerte Seitenansicht
eines Abschnitts der Anordnung in 8 und stellt
eine Ausführungsform
zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Schutzvorrichtung dar;
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10 ist
eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform
der elektrischen Schutzvorrichtung, die in einem RJ-Verbinder (Western-Stecker)
genutzt wird;
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11 ist
eine Draufsicht einer Ausführungsform
einer Schaltkreisstruktur, die in der elektrischen Schutzvorrichtung
in 10 verwendet wird;
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12 ist
eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Schaltkreisstruktur
für eine elektrische
Schutzvorrichtung zur Verwendung in 10;
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13 ist
eine Unteransicht der elektrischen Schaltung in 12;
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14 ist
eine Schnittansicht einer Ausführungsform
der elektrischen Schutzvorrichtung zur Verwendung in dem elektrischen
Verbinder in 10; und
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15, 16 und 17 sind
weitere Ausführungsformen
der Schaltkreisstruktur, die in dem Verbinder in 10 verwendet
wird.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung weist eine elektrische Schutzvorrichtung 1 (1 und 2)
ein Substrat 3 mit Masseanschlußflächen 5 und 7 auf,
die an einer unteren Fläche
angebracht sind. An der Oberseite des Substrats 3 sind
leitende Anschlußflächen 9 und 11 angebracht.
Auf der Oberseite von Anschlußfläche 9 ist
ein leitendes Element 13 und auf der Oberseite von Anschlußfläche 11 ist nichtlineares
Widerstandsmaterial 15 angeordnet. Die Anschlußfläche 9 ist
mit der Masseanschlußfläche 5 über ein
durchplattiertes oder gefülltes
Kontaktloch oder Durchgangsloch 35 in elektrischer Verbindung.
Ebenso ist die Anschlußfläche 7 mit
der Anschlußfläche 11 über ein
durchplattiertes oder gefülltes
Kontaktloch oder Durchgangsloch 37 in elektrischer Verbindung.
Wie der Fachmann anerkennen wird, können das leitende Element 13 und
das nichtlineare Widerstandsmaterial 15 vertauscht werden, und
die Vorrichtung 1 arbeitet unverändert. Die Vorrichtung 1 in 1 und 2 ist
ein diskretes oberflächenmontierbares
Bauelement, das auf einer gedruckten Leiterplatte oder einer anderen
Vorrichtung mit Anschlußleitungen
oder Leiterbahnen angebracht ist. Die Vorrichtung 1 liegt
auf den freiliegenden Anschlußleitungen
einer gedruckten Schaltung, z. B. auf einer Signalanschlußleitung
und einer Masseanschlußleitung.
Eine Überspannungsspitze
auf der Signalanschlußleitung
läuft unmittelbar
von der Anschlußfläche 7 durch
das Durchgangsloch 37 zur Anschlußfläche 11, aktiviert
das nichtlineare Widerstandsmaterial 15 und läuft weiter über eine
Masseplatte 23 zum leitenden Element 13 und über Anschlußfläche 9,
Durchgangsloch 35 und Anschlußfläche 5 zur Masseanschlußleitung.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird die elektrische Schutzvorrichtung 1 aus
getrennten Materialschichten, die laminiert sind, hergestellt. Zum Beispiel
ist Substrat 3 0,76 mm (0,03 Zoll) dickes Bismaleimidtriazin,
Leiterplattenmaterial aus Laminat der Feuerschutzklasse 4, Polyimid
oder Hochtemperatur-Epoxid. Das Substrat 3 liegt normalerweise
in großen
Platten vor (z. B. 914 mm × 1219
mm (3 Fuß × 4 Fuß)), so
wie in 8 dargestellt. Die Anschlußflächen 5, 7, 9 und 11 sind
1-Unzen-Kupferbleche, die ebenso aus großen Blechen ausgestanzt sind, wie
es auch im allgemeinen mit den Leiterrahmen gemacht wird. Die leitende
Masseplatte 23 kann aus irgendeinem aus einer Vielzahl
verschiedener elektrisch leitender Materialien bestehen, die dem
Fachmann bekannt sind, z. B. Kupfer, vernickeltes Kupfer, Messing,
Berylliumkupfer usw. Das Substrat 3 wird in einer ähnlichen
Weise für
das Laminieren aufbereitet wie bei der Herstellung von Leiterplatten,
und die Kupferbleche, die die Anschlußflächen 5, 7, 9 und 11 enthalten,
werden auf das Substrat auflaminiert. Eine Vielzahl von Durchgangslöchern 35 und 37 wird
dann im Substrat 3 und in den Kupferblechen ausgeführt. Die
Durchgangslöcher
können
durch Bohren, Laser-Mikrobearbeitung oder andere Verfahren hergestellt
werden, wie der Fachmann anerkennen wird. Die Größe der Durchgangslöcher ändert sich
in Abhängigkeit
von den Entwurfsbedingungen. Normalerweise ist der Durchgangslochdurchmesser
0,31 mm (0,012 Zoll). Die Durchgangslöcher und die Außenflächen der
Anschlußflächen 9 und 11 sind
mit bekannten Techniken verkupfert. Die Durchgangslöcher können auch
gefüllt
anstatt plattiert werden (z. B. mit leitendem Epoxid). Die Außenflächen der
Anschlußflächen 5 und 7 werden
mittels normaler Techniken vergoldet. Das nichtlineare Widerstandsmaterial 15 wird
dann auf die Anschlußfläche 11 aufgebracht,
z. B. durch Siebdruck. Ein leitendes Epoxid, Lötzinn oder ein anderes leitendes
Material 13 wird auf die Anschlußfläche 9 aufgebracht.
Dann wird die Masseplatte 23 auf das leitenden Material 13 und
das nichtlineare Widerstandsmaterial 15 aufgebracht. Wie
der Fachmann anerkennen wird, verbessert die Gleichmäßigkeit
aller Materialien und Komponenten des Bauelements die Ausbeute bei
der Herstellung des Bauelements wesentlich. Eine Passivierungsschicht kann
auf das Bauelement 1 aufgebracht werden, um es zu schützen, wie
der Fachmann anerkennen wird, z. B. Epoxid oder normale Gießmasse.
Die Vielzahl von Bauelementen 1, die die große Platte
bilden, werden dann aus der großen
Platte herausgetrennt, zum Beispiel entlang der Trennlinien 39 und 40 und so
weiter kreuzweise über
die Platte, um eine Vielzahl von diskreten oberflächenmontierbaren
Bauelementen 1 zur Befestigung an einer Masseanschlußleitung
und einer Signalanschluß leitung
eines zu schützenden
Bauelements auszubilden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Platte
in diskrete Bauelemente mit drei oder mehreren leitenden Anschlußflächen auf
beiden Seiten des Substrats aufgeteilt werden (2A).
In einer solchen Ausführungsform
kann eine beliebige Anzahl von Anschlußflächen nichtlineares Widerstandsmaterial
mit nur einer Masseanschlußfläche haben.
In einer anderen solchen Ausführungsform
kann eine beliebige Anzahl von Anschlußflächen nichtlineares Widerstandsmaterial
mit einer beliebigen Anzahl von Masseanschlußflächen haben (2B).
Diese Bauelemente können
zum Aufbringen auf mehrere zu schützende Anschlußleitungen
eines Bauelements verwendet werden. Das Bauelement kann in jeder
standardisierten und nichtstandardisierten Bausteingröße hergestellt
werden.
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In
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
(6) kann eine elektrische Schutzvorrichtung 1,
nachstehend als Schutzbauelement bezeichnet, kostengünstiger
hergestellt werden, indem ein Laminat der Feuerschutzklasse 4 (das
gewöhnlich
als FR-4 bezeichnet wird), das aus einem elektrisch isolierenden
Substrat mit Kupferfolieschichten auf jeder Seite besteht, verwendet
wird. Das dabei entstehende elektrische Schutzbauelement 1 (6)
hat die gleiche resultierende Struktur, die aufweist: Anschlußflächen 5, 7, 9 und 11,
Masseplatte 23, leitendes Material 13 und nichtlineares
Widerstandsmaterial 15, wie in den 2 bis 2B dargestellt.
In der Ausführungsform
gemäß 6 werden
die Anschlußflächen 5, 7, 9 und 11 durch
das standardisierte fotolithografische Verfahren zur Fotoresistbeschichtung
von Abschnitten der Kupferfolienschichten auf beiden Seiten der
großen
FR-4-Laminatplatte hergestellt. Abbilden einer Struktur von Anschlußflächen auf
der Oberfläche
der Kupferschichten. Entwickeln und Ätzen der Anschlußflächenstrukturen
auf den Kupferschichten. Anschließendes Entfernen des Fotoresists.
Eine Vielzahl von Bauelementen wird dann durch dieselben, vorher
beschriebenen Schritte hergestellt. Diese Ausführungsform eliminiert die Schritte
des Laminierens der Kupferbleche auf dem Substrat, wie vorher beschrieben.
Wie der Fachmann anerkennen wird, können andere Verfahren zur Herstellung
der Anschlußflächen ver wendet
werden, insbesondere dann, wenn sehr kleine Abmessungen für die Größe der Anschlußflächen und
des entstehenden Bauelements 1 benötigt werden. Zum Beispiel können UV-Laserprojektionsbilderzeugung,
Röntgen-
und Elektronenstrahl-Lithographie
verwendet werden. In der in 6 gezeigten Ausführungsform
sind die Durchgangslöcher
mit Kupfer gefüllt
dargestellt, z. B. mit leitendem Epoxid, aber der Fachmann wird
anerkennen, daß die
Durchgangslöcher
plattiert sein können.
In einer weiteren Ausführungsform
werden dann eine Vielzahl von Bauelementen, die die große Platte
bilden, aus der großen
Platte zum Beispiel entlang der Trennlinien 43, 44 (8A)
herausgetrennt, und dies wird in waagrechter und senkrechter Richtung
auf der Platte wiederholt, um eine Vielzahl von diskreten oberflächenmontierbaren
Bauelementen auszubilden (6A). Diese
Ausführungsform
hat insofern bestimmte kostensparende und Fertigungsvorteile, als fünfzig Prozent
weniger Löcher
in der Platte ausgebildet werden müssen. Wie bereits erwähnt, ist
das Bauelement nicht auf nur zwei Anschlußflächen auf der oberen, und unteren
Fläche
beschränkt.
Die Vorrichtung kann mehrere Anschlußflächen (Signal oder Masse) zum
Aufbringen auf mehrere Anschlußleitungen
aufweisen.
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Die
Fertigungsvorteile, die durch die oben beschriebene Verwendung und
Teilung des FR-4-Laminats erzielt werden, können benutzt werden, um eine
weitere erfindungsgemäße Ausführungsform herzustellen
(3 bis 5). In dieser Ausführungsform
besteht ein Schutzbauelement 1 aus einem Substrat 3 mit
einer Anschlußfläche 19,
einer Anschlußfläche 21,
einer Masseanschlußfläche 25 und
einer Anschlußfläche 27.
Die Anschlußfläche 21 und
die Anschlußfläche 27 haben
Verlängerungen 29 bzw. 31.
Ein genau beabstandeter Spalt oder Zwischenraum 33 befindet
sich zwischen den Verlängerungen 29 und 31.
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Wie
in 3 und 4 dargestellt, ist der Spalt 33 mit
nichtlinearem Widerstandsmaterial 15 gefüllt. Jedoch
könnte
der Spalt gefüllt
sein mit einem Vakuum (in diesen Fall wäre er gekapselt), mit Luft
(in diesen Fall kann er mit Band überzogen oder zum Schutz gegen
Umwelteinflüsse
gekapselt sein) oder mit einem beliebigen Dielektrikum, das den Übergang
von elektrischem Strom von der Verlängerung 29 zur Verlängerung 31 nur
dann zuläßt, wenn
ein Überspannungszustand
auftritt. Die nichtlinearen Widerstandscharakteristiken des elektrischen
Schutzbauelements 1 werden von dem verwendeten nichtlinearen
Widerstandsmaterial und/oder der Breite des Spalts 33 bestimmt.
Je breiter der Spalt ist, umso höher
ist die Begrenzungsspannung. Wenn eine Begrenzungsspannung zwischen
etwa 20 und 30 Volt gewünscht
ist, wäre
20,3 bis 25,4 μm
(0,8 bis 1,0 mil) eine typische Breite für den Spalt 33. Wenn
eine Begrenzungsspannung zwischen etwa 30 und 40 Volt gewünscht ist,
wäre 25,4
bis 50,8 μm
(1,0 bis 2,0 mil) eine typische Breite. Wenn eine Begrenzungsspannung
zwischen 40 und 70 Volt gewünscht
ist, wäre 50,8
bis 76,2 μm
(2,0 bis 3,0 mil) eine typische Breite.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform,
die als das variable Spannungsschutzmaterial eine dünne Schicht
aus einem reinen dielektrischen Polymer, Glas, Keramikmaterial oder
Verbundstoffen daraus aufweist, ist festgestellt worden, daß ein elektrisches
Schutzbauelement in einem gewünschten
Bereich von Begrenzungsspannungen überraschend effektiv ist, vorausgesetzt,
die Schicht aus reinem dielektrischen Polymer, Glas Keramikmaterial
oder Verbundstoffen daraus ist hinreichend dünn. Es ist festgestellt worden,
daß für einige
Polymere ein Spalt von weniger als ungefähr 20,3 μm (0,8 mil) einen effektiven Überspannungsschutz
unter verschiedenen Bedingungen ermöglicht, während bei anderen Polymeren
ein Spalt von weniger als ungefähr
40,6 μm
(1,6 mil) das gewünschte
Betriebsverhalten ermöglicht.
Bei vielen Anwendungen sollte der Spalt vorzugsweise kleiner als
ungefähr
12,7 μm (0,5
mil) und besonders bevorzugt kleiner als 5,1 μm (0,2 mil) sein. Wenn der Spalt
mit einer Glasschicht gefüllt
ist, ist der Spalt analog dazu vorzugsweise kleiner als ungefähr 20,3 μm (0,8 mil),
wobei jedoch für
einige Gläser
bei bestimmten Anwendungen eine Dicke bis etwa 96,5 μm (3,8 mil)
angemessen ist. Der Fachmann wird anerkennen, daß die tatsächliche Dicke der reinen dielektrischen
Polymer-, Glas-, Keramik- oder Verbundmaterialschicht, die bei einer
bestimmten Überspannungsschutzfunktion
verwendet wird, variiert, und zwar in Abhängigkeit von der Art des verwendeten
Polymers oder Glases, den Be triebsbedingungen der Vorrichtung, in
der das variable Spannungschutzelement eingesetzt wird, und dem Leistungsverhalten,
das vom Schutzbauelement gefordert wird.
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Der
in der Offenbarung und Beschreibung der Erfindung verwendete Begriff "reines dielektrisches
Polymer, Glas, Keramikmaterial oder Verbundstoffe daraus" bezeichnet ein Material
aus Polymer, Glas Keramik oder Verbundstoffen daraus, das unter den
normalen Spannungs- und Stromzuständen bei der beabsichtigten
Verwendung als ein dielektrisches oder isolierendes Material wirken
kann und das nicht gefüllt
ist, d. h. keine leitenden oder halbleitenden Partikel enthält, z. B.
solche, die normalerweise in Bindemitteln verwendet werden oder
anderweitig variablen Spannungsschutzmaterialien zugeordnet werden. "Reines dielektrisches
Polymer, Glas, Keramikmaterial oder Verbundstoffe daraus" bedeutet jedoch
auch Polymer-, Glas-, Keramik- oder Verbundstoff-Materialien, die
die oben beschriebenen Kriterien erfüllen, die aber isolierfähige oder
inerte Partikel oder Materialien enthalten oder zugesetzt bekommen
können,
die inaktiv sind oder die gewünschten dielektrischen
bzw. Überspannungsschutzeigenschaften
der erfindungsgemäß verwendeten
Polymer- oder Glasschicht nicht beeinträchtigen.
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Die
Polymere und Gläser,
die unter diesem Aspekt der Erfindung geeignet sind, können aus
denjenigen Polymeren gewählt
werden, die in der Fachwelt dafür
bekannt sind, daß sie
als Bindemittel in herkömmlichen
nichtlinearen Widerstandsmaterialien insofern geeignet sind, als
solche Polymere bekanntlich einen hohen Widerstand gegen Kriechwegbildung
und einen hohen Widerstand gegen Funkenbildung aufweisen. Außerdem sind
andere Polymere und Gläser,
die vorher nicht als Bindemittel geeignet schienen oder als solche
verwendet wurden, auch erfindungsgemäß geeignet, wenn sie hinreichende
dielektrische Eigenschaften, hinreichende Kriechstromfestigkeit
und hinreichenden Widerstand gegen Funkenbildung unter den für ein erfindungsgemäßes Bauelement
ausgewählten
Betriebsbedingungen aufweisen.
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Im
allgemeinen umfassen die Polymerarten, die erfindungsgemäß geeignet
sind, Siliconkautschuk und -elastomer, Naturkautschuk, Organopolysiloxan,
Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Poly(methylmethakrylat),
Polyacrylnitril, Polyacetal, Polykarbonat, Polyamid, Polyester,
Phenol-Formaldehydharz, Epoxidharz, Alkydharz, Polyurethan, Polyamid,
Phenoxyharz, Polysulfidharz, Polyphenylenoxidharz, Polyvinylchlorid,
Fluorpolymer und Chlorfluorpolymer. Diese und andere geeignete Polymere können allein
verwendet werden oder können
verschiedene Substituentgruppen aufweisen und können deren Gemische, Mischungen
oder Copolymere sein, wobei das endgültige Polymer entsprechend den
oben beschriebenen Kriterien gewählt
wird. Ein besonders bevorzugtes Polymer ist ein herkömmliches
und handelsübliches
Silicon, nämlich
General Electric "615", und es ist auch
besonders bevorzugt, dieses Polymer für ungefähr 15 Minuten bei etwa 200°C auszuhärten, um
Eigenschaften zu erreichen, die für eine erfindungsgemäße Verwendung
besser geeignet sind. Es ist festgestellt worden, daß dieses Polymer
bei einer Dicke von ungefähr
5,1 μm (0,2 mil)
ein gutes Betriebsverhalten aufweist. Eine andere Form des erfindungsgemäß geeigneten
Polymers, sind Web- oder Vliespolymerfasern, die so zu einer Matte
mit gewünschter
Dicke komprimiert werden. Ein erfindungsgemäß geeignetes Polymerfasermaterial
ist zum Beispiel eine Schicht aus Aramid-(aromatische Polyamid-)Faservlies,
im Handel als Faservliesmatte "KEVLAR" oder "NOMEX" von E. I. Du Pont de
Nemours & Company
vertrieben. Es ist festgestellt worden, daß die ungefähr 40,6 μm (1,6 mil) dicke Aramid-Faservliesmatte
ein gutes Betriebsverhalten hat, wenn sie bis auf eine Dicke von
20,3 μm
(0,8 mil) komprimiert wird.
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Die
erfindungsgemäß geeigneten
Glasmaterialien sind ebenso Glasmaterialien, die als Bindemittel
in variablen Spannungsmaterialien verwendet worden sind, z. B. Natriumsilikat.
Das dielektrische Glas, z. B. ein Natriumsilikat, ist im allgemeinen
bei Dicken, die denen gleichen, die oben für die Polymermaterialien angeführt wurden,
erfindungsgemäß geeignet.
Außerdem
können
Glasfasern verwendet werden, um das dielektrische Glas erfindungsgemäß herzustellen.
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Der
Fachmann wird anerkennen, daß verschiedene
dielektrische Polymere und Gläser
in der Erfindung verwendet werden können, und zwar entsprechend
den hierin enthaltenen Lehren in bezug auf den Spalt, der bei dem
reinen dielektrischen Polymer, dem Glas, der Keramik oder den Verbundstoffen
daraus eingehalten werden muß,
um die gewünschte
Begrenzungsspannung und andere gewünschte Eigenschaften aufzuweisen.
Beispiele für Polymere,
die in der Erfindung verwendet werden können, sind u. a. solche, die
in den US-Patenten 4 298 416, 4 483 973, 4 499 234, 4 514 529, 4
523 001, 4 554 338, 4 563 498, 4 580 794 offenbart sind. Wie angegeben,
können
andere Harze zur erfindungsgemäßen Verwendung
gewählt
werden.
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Unter
einem weiteren Aspekt der Erfindung ist festgestellt worden, daß die oben
beschriebene Schicht aus reinem dielektrischen Polymer, Glas, Keramikmaterial
oder Verbundstoffen daraus in Kombination mit einem nichtlinearen
Widerstandsmaterial verwendet werden kann, um bestimmte Eigenschaften
und Leistungsmerkmale des nichtlinearen Widerstands zu ändern und
zu verbessern. Das nichtlineare Widerstandsmaterial kann, was als
Teil der Erfindung gilt, ein herkömmliches spannungsabhängiges Material
mit einem Bindemittel sein, das leitende Partikel und/oder halbleitende
Partikel und/oder isolierfähige
Partikel enthält.
Das nichtlineare Widerstandsmaterial kann, wie es in der Erfindung
verwendet wird, auch andere neuartige, modifizierte und verbesserte
nichtlineare Widerstandsmaterialien oder Überspannungskomponenten aufweisen,
wie in dieser Beschreibung offenbart und wie in der auf denselben Anmelder übertragenen,
gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung 08/275
947 offenbart ist, die am 14 Juli 1994 mit der US-Patentanmeldung
08/275 174 angemeldet worden ist.
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Das
erfindungsgemäß verwendete
nichtlineare Widerstandsmaterial 5 kann ein beliebiges
bekanntes nichtlineares Widerstandsmaterial sein, zum Beispiel die
entweder im US-Patent
4 977 357 (Shrier) oder im US-Patent 4 726 991 (Hyatt et al.) offenbarten.
Im allgemeinen weist das nichtlineare Widerstandsmaterial ein Bindemittel
und eng beabstandete leitende Partikel auf, die in dem Bindemittel
homogen verteilt und beabstandet sind, um elektrischen Durchgang
zu ermöglichen.
Außerdem
kann verschiedenes Material erfindungsgemäß verwendet werden, wie z.
B. das im US-Patent 4 103 274 (Burgess et al.) offenbarte.
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Das
elektrische Schutzbauelement 1 und der Spalt 33 (wie
in 3 bis 5 gezeigt) können auf vielerlei Weise ausgebildet
werden, indem etwa mit einem handelsüblichen FR-4-Leiterplattenlaminatmaterial
in einer großen
Platte begonnen wird, wie bereits ausgeführt, und die vorstehend beschriebenen
normalen Techniken verwendet werden, um die Anschlußflächen 21 und 27 mit
den Verlängerungen 29 bzw. 31 in
die Kupferschicht zu ätzen,
so daß der Spalt 33 zurückbleibt.
In einer anderen Ausführungsform
können
die Anschlußflächen, die
Verlängerung und
der resultierende Spalt ausgebildet werden durch: Aufbringen einer
flüssigen
Fotoresistschicht auf die Kupferschicht auf der oberen Fläche des
Substrats 3. Abbilden einer Struktur in dem flüssigen Resist,
so daß ein
kleiner Bereich aus flüssigem
Resist übrigbleibt,
um einen Spalt 33 und eine Struktur für die Anschlußflächen und
Verlängerungen
auszubilden. Elektrolytisches Ausbilden einer Nickelleiterbahn auf
dem abgebildeten Strukturbereich, um einen Nickelüberzug (nicht
dargestellt) auf den Anschlußflächen 21, 27 und
den Verlängerungen 29 und 31 auszubilden.
Entfernen des flüssigen
Resists von dem Kupfer, um den Spalt 33 zwischen dem Nickelüberzug auf
jeder Verlängerung 29 und 31 auszubilden.
Anschließendes Ätzen des
Spalts 33 in der oberen Kupferschicht des Laminats unter
dem bereits in dem elektrisch ausgebildeten Nickelüberzug ausgebildeten
Spalt. Der Nickelüberzug
(nicht dargestellt) ist wahlfrei. Der Vorteil des Nickels besteht
darin, daß es
eine oxidationsbeständige
Fläche
auf der Innenseite des Spalts aufweist, die Metallmigrationskurzschluß zwischen
den Verlängerungen über den Spalt
hinweg verhindert. Das Nickel stellt auch eine besser lötbare Fläche als
das Kupfer bereit. Flüssiges
Resist wird bevorzugt, da es eine höhere Bildauflösung im
Mikrometer-(Mikron-)Bereich möglich macht,
wobei jedoch bei bestimmten Spalten (z. B. bei einer Größe von 3 μm (Mikron))
ein Elektronenstrahl zur Bilderzeugung auf dem Resist verwendet werden
kann. Bei der Ausführungsform,
die den Nickelüberzug
verwendet, ist die Kupferschicht normalerweise eine 3,5 bis 7,1
Gramm (1/8 bis 1/4 Unzen) schwere Schicht, und die Dicke des Nickelüberzugs ist
6,4 μm (250
Mikrozoll).
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In
einer weiteren Ausführungsform
werden der Spalt und die Anschlußflächen ausgebildet durch: Aufbringen
einer trockenen Resist-Filmschicht auf der obersten Kupferschicht.
Verwenden einer normalen Resist-Bilderzeugung, um einen offenen Bereich
in dem Resist ohne einen kleinen Flüssigresist-Bereich auszubilden,
um einen Spalt auszubilden, wie in der vorhergehenden Ausführungsform. Elektrolytisches
Ausbilden eines Nickelüberzugs (nicht
dargestellt) in dem offenen Bereich ohne vorhandenen Spalt. Entfernen
des Resists von der Kupferschicht, wobei ein Nickelüberzug übrig bleibt.
Einschneiden eines Spalts mittels Laser in den elektrolytisch ausgebildeten
Nickelüberzug.
Anschließendes Fotoätzen des
Spalts 33 in der oberen Kupferschicht des FR-4-Laminats
unter dem bereits ausgebildeten Spalt in dem Nickelüberzug.
Wie vorher, ist der Nickelüberzug
(nicht dargestellt) wahlfrei.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird das eben beschriebene Verfahren verwendet, außer daß der Laser
nicht nur den Nickelüberzug
einschneidet, sondern daß er
auch verwendet wird, um den Nickelüberzug und die Kupferschicht
auf dem FR-4-Substrat
einzuschneiden. In dieser Ausführungsform
ist der Nickelüberzug
vorzugsweise mindestens 2,5 μm (100
Mikrozoll) dick, um eine geringe Verjüngung im Spalt zu kompensieren.
Außerdem
könnte
ein Nachätzen
der Kupferschicht erforderlich sein, um die unterschiedliche Spaltbreite
zwischen der Nickelschicht und der Breite des Spalts am Boden des
Spalts in der Kupferschicht zu kompensieren. Dies kann beispielsweise
durch ein UV-Maskenschutz-Step-and-Repeat-Verfahren erreicht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann die Kupferschicht auf dem FR-4-Substrat mit herkömmlichen
Techniken geätzt
werden, um die Anschlußflächen 19 und 25 an
der Unterseite des Substrats 3 und die Anschlußflächen 21 und 27 auszubilden,
wobei ihre entsprechenden Verlängerungen 29 und 31 verbunden
werden. Dann kann der Spalt 33 durch die obere Kupferschicht
geschnitten werden, um die Verlängerungen
zu trennen.
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Es
gibt im allgemeinen drei Laser-Möglichkeiten:
CO2-Laser
mit typischen Wellenlängen
von 10,6 μm;
UV-Excimerlaser mit typischen Wellenlängen von ungefähr 200 bis
350 nm; und Neodym-YAG-Laser, die mit einer Wellenlänge von
266 nm betrie ben werden. Vorzugsweise wird das Nutenschneiden mittels
Laser unter Verwendung eines UV-Excimer-Lasers ausgeführt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann ein Chipwiderstand 41, wie in 7 gezeigt,
mit einem ähnlichen
Herstellungsverfahren wie zuvor beschrieben hergestellt werden.
Ein FR-4-Laminat 3 oder ein anderes Substrat, das aus einem
Aluminiumoxidkörper
und leitenden Schichten auf dessen Oberseite und Unterseite besteht,
kann verwendet werden, um einen Chipwiderstand 41 oder
weitere elektrische Schutzbauelemente auszubilden, wie in 3 dargestellt.
Wie bereits beschrieben, wird das Laminat-Substrat in großen Platten
geliefert, wie in 8 dargestellt. Eine Vielzahl
von Durchgangslöchern 35, 37 sind
im Substrat 3 ausgebildet, wie in 8 dargestellt,
und entweder plattiert oder mit leitendem Material gefüllt. Anstatt
das Laminat 3 entlang der Linien 39 und 40 zu
teilen, wie bereits beschrieben, wird das Laminat 3 in
dieser Ausführungsform
entlang der Linie 43 durch die Durchgangslöcher 35 (wie in 9 gezeigt)
und 37 geteilt, um einen Chipwiderstand 41 mit
Metallisierung 45 und 46 um die Enden herum herzustellen,
wie in 7 gezeigt. Durch die Metallisierung 45 werden
die Anschlußflächen 25 und 27 elektrisch
verbunden, und durch die Metallisierung 46 werden die Anschlußflächen 21 und 19 elektrisch
verbunden. Widerstandsfarbe oder Dünnfilm 47 wird vor
der Vereinzelung zwischen den Anschlußflächen aufgetragen. Wie der Fachmann
anerkennen wird, können
die mit Bezug auf 3 bis 6A beschriebenen
Bauelementen auch derartig durch die Durchgangslöcher geteilt werden, daß sie den
Enden eine Metallisierung erhalten. Ebenso kann der Chipwiderstand
in 7 derartig entlang der Trennlinien 39 und 40 geteilt
werden, daß er
eine Metallisierung in den Durchgangslöchern anstatt um die Enden
herum erhält.
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In
einer weiteren Ausführungsform
können die
vorstehend beschriebenen Herstellungsschritte zur Herstellung und
Teilung einer Vielzahl von diskreten Bauelementen aus einer großen Platte
verwendet werden, um ein elektrisches Durchgangsloch-Schutzbauelement 49 zur
Verwendung mit vielen verschiedenen elektrischen Verbindern, zum
Beispiel einem RJ-Verbinder (d. h., Telefonverbinder) 51,
D-SUB-Verbinder (d. h., Computer kabelverbinder) usw. herzustellen.
Das elektrische Schutzbauelement 49 ist in allen elektrischen
Verbindern im wesentlichen das gleiche, abgesehen von Varianten
in Form/Größe und Schaltkreisstruktur,
wie nachstehend beschrieben. Für
jeden Verbinder ist die Ausführung
der Vorrichtung 49 im wesentlichen insofern die gleiche,
als es, wenn das Bauelement im Verbinder installiert ist, wenigstens
einen Verbinder-Anschlußstift gibt,
der durch ein Durchgangsloch in der Vorrichtung führt, wenigstens
einen Masse-Anschlußstift
gibt, der durch wenigstens ein Masse-Durchgangsloch im Bauelement
führt,
und das/die Masse-Durchgangsloch/löcher von dem/den anderen Durchgangsloch/löchern im
Bauelement so lange elektrisch isoliert ist/sind, bis ein Überspannungszustand
auftritt. Daher ist nachstehend nur der RJ-Verbinder 51 und
entsprechende Ausführungsformen
für ein
elektrisches Durchgangsloch-Schutzbauelement 49 zur Veranschaulichung
beschrieben.
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Der
elektrische RJ-Verbinder 51 (10) besteht
aus einem isolierenden Gehäuse 53 mit
einer passenden Steckverbinderöffnung
(nicht dargestellt) zum Aufnehmen eines Gegensteckverbinders, z.
B. ein Telefonstecker. Das isolierende Gehäuse 53 hat außerdem eine
Vielzahl von elektrischen Anschlußleitungen 55 (z.
B. sechs, von denen es sich bei mindestens einer um eine Masseanschlußleitung
handelt), die sich aus dem isolierenden Gehäuse 53 erstrecken.
Das elektrische Schutzbauelement 49 wird im Verbinder 53 angeordnet,
indem die Anschlußleitungen 55 durch
die Durchgangslöcher 57 geführt werden,
wobei die Masseanschlußleitung
des Verbinders dem Masse-Durchgangsloch des Bauelements 49 entspricht.
In einer Ausführungsform
wird das Bauelements dann mit den Anschlußleitungen des Verbinders verlötet. Alle Überspannungsspitzen, die
den elektrischen Verbinder 51 über eine der Anschlußleitungen 55 erreichen,
werden sofort über
das Bauelement 49 zur Masse-Anschlußleitung geführt, um
zur Masse abgeleitet zu werden.
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Die
Durchgangslöcher 57 können durch Bohren,
Laser-Mikrobearbeitung
oder andere Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden.
Die Größe der Durchgangslöcher variiert
in Abhängigkeit
vom Durchmesser der Anschlußleitungen,
die sich aus dem bestimmten Verbinder erstrecken, bei spielsweise
kann der Durchgangslochdurchmesser von 50,8 μm bis 762 μm (2 mil bis 30 mil) reichen,
aber typischer sind Durchmesser von 305 μm (12 mil).
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Die 11 bis 17 stellen
mögliche
Ausführungsformen
für ein
elektrisches Schutzbauelement 49 dar. Jede dieser Ausführungsformen
kann unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren sowie anderer
Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden. Beispielsweise
können
die Metallisierungsstrukturen in die Kupferschichten auf einem FR-4-Laminat geätzt werden, und
die Spalte 33 können
in ausgewählte
Leiterbahnen auf der Metallisierungsstruktur lasergeätzt werden.
Die in 11 bis 13 und 15 bis 17 gezeigten
Ausführungsformen
sind ohne einen äußeren Schutzüberzug,
z. B. eine Passivierungsschicht, dargestellt, aber wie der Fachmann
anerkennen wird, kann ein Schutzüberzug,
z. B. Epoxid oder Gießmasse,
bei diesen Ausführungsformen
aufgebracht werden, um die Vorrichtung zu schützen.
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In
der in 11 gezeigten Ausführungsform ist
eine Metallisierungsstruktur 59 dargestellt, die eine Vielzahl
von Anschlußflächen 61 (entsprechend der
Anzahl der Durchgangslöcher 57 in
dem Substrat 3) und eine Vielzahl von Leiterbahnen 63 aufweist. Jede
der auf der oberen Fläche
des Substrats 3 dargestellten Anschlußflächen 61 ist mit einer
entsprechenden Anschlußfläche an der
Unterseite des Substrats durch Metallisierung in den Durchgangslöchern 57 verbunden.
Anschlußfläche 65 ist
für die Masse
bestimmt. In dieser bestimmten Ausführungsform erstreckt sich die
Leiterbahn 67 aus der Anschlußfläche 65 heraus, und
ein anschließender
Abschnitt 68 erstreckt sich dann entlang der Länge des Substrats 3 zwischen
jeder der Anschlußflächen 61. Eine
Leiterbahn 69 erstreckt sich von jeder der Anschlußflächen 61 in
Richtung des Abschnitts 68 der Leiterbahn 67.
Ein Spalt 33 ist zwischen dem distalen Ende jeder Leiterbahn 69 und
dem Abschnitt 68 der Leiterbahn 67 vorhanden.
Auf diese Weise funktioniert das elektrische Schutzbauelement 49,
wie vorstehend beschrieben, nämlich
so, daß die
an den Anschlußflächen 61 angebrachten
Anschlußleitungen von
der an der Anschlußfläche 65 angebrachten Anschlußleitung
so lange elektrisch isoliert sind, bis ein Überspannungszustand auftritt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
kann auf die Leiterbahnen 69 verzichtet werden. In einer
solchen Ausführungsform
wird eine Schicht aus nichtlinearem Widerstandsmaterial auf dem
Abschnitt 68 der Leiterbahn 67 aufgetragen, und
eine elektrische Verbindung wird zwischen der Oberseite der Schicht aus
nichtlinearem Widerstandsmaterial und jeder der Anschlußflächen 61 hergestellt
(z. B. durch Aufdampfen von Kupfer auf das Bauelement, um eine Verbindung
von den Anschlußflächen zum
nichtlinearen Widerstandsmaterial auszubilden, oder durch Aufbringen
eines leitenden Epoxids, das sich von jeder Anschlußfläche 61 zum
nichtlinearen Widerstandsmaterial erstreckt).
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Andere
Ausführungsformen
für die
Metallisierungsstruktur 59 sind u. a. die in 15 bis 17 dargestellten
Ausführungsformen,
sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Außerdem
wird man anerkennen, daß die
Metallisierungsstrukturen geändert
werden können,
damit mehr als eine Masse-Anschlußleitung aufgenommen werden
kann, indem eine andere der Leiterbahnen zu der an der vorgesehenen
Masse angebrachten Metallisierung verlängert wird. Desgleichen können die
Spalte 33 gefüllt werden
mit Polymer, Polymer-Metall-Verbundstoff, Glas, Keramik, Polymer-Glas-Verbundstoff,
Polymer-Keramik-Verbundstoff, Luft, Gas (in dem Fall würden sie
abgedichtet werden), Dielektrikum, nichtlineares Widerstandsmaterial
usw., wie bereits ausgeführt.
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In
der in 12 bis 13 dargestellten Ausführungsform
sind die Anschlußflächen 61 und die
entsprechenden Leiterbahnen 63 als tropfenförmige Anschlußflächen 71 ausgebildet.
Die Anschlußflächen 71 auf
der oberen Fläche
der Vorrichtung 49 sind mit entsprechenden Anschlußflächen 73 an
der Unterseite des Substrats 3 über die Metallisierung in den
Durchgangslöchern 57 verbunden.
Die Anschlußfläche 75 ist
als Masse festgelegt. In dieser bestimmten Ausführungsform ist nichtlineares
Widerstandsmaterial 15 auf jeder der Anschlußflächen 71 aufgebracht,
und leitendes Material 13 ist auf Anschlußfläche 75 aufgebracht.
Wie bereits in bezug auf die oberflächenmontierbaren Bauelemente
ausgeführt,
kann das leitende Material 13 auf jeder der Anschlußflächen 71 aufgebracht
sein, und das nichtlineare Widerstandsmaterial kann auf Anschlußfläche 75 aufgebracht
sein. Eine Masseschiene (nicht dargestellt) kann dann auf jede der
Strukturen aus nichtlinearem Widerstandsmaterial 15 und
dem leitenden Material 13 angebracht werden. In der in 14 gezeigten
Ausführungsform
kann auf jeder der leitenden Anschlußflächen 71 und 75 ein
zusätzlicher
Nickelüberzug 77 ausgebildet
werden (wie oben beschrieben). Eine Schicht 79 aus nichtlinearem
Widerstandsmaterial wird entlang der Anschlußflächenstruktur aufgebracht, um
jede der nickelbeschichteten Strukturen auf den Anschlußflächen zu verbinden,
dann wird eine Masseplatte 81 auf der Schicht 79 aus
nichtlinearem Widerstandsmaterial angebracht. Leitendes Epoxid (oder
ein anderes leitendes Material) wird verwendet, um die Anschlußfläche 75 mit
der Masseplatte 81 zu verbinden. Ein Überzug 83 (d. h.,
eine Passivierungsschicht) kann zum Schutz des Bauelements aufgebracht
werden.
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Vorstehend
sind die Prinzipien, die bevorzugten Ausführungsformen und die Betriebsarten
der Erfindung beschrieben worden. Jedoch sollte die Erfindung nicht
so verstanden werden, als wäre
sie auf die beschriebenen bestimmten Ausführungsformen beschränkt. Deshalb
haben die oben beschriebenen Ausführungsformen darstellenden
und keinen einschränkenden
Charakter, und man wird anerkennen, daß Varianten und verschiedene
Kombinationen in und mit diesen Ausführungsformen für den Fachmann
bei Befolgen der umfassenden Lehren der gesamten Offenbarung möglich sind,
ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, abzuweichen.