DE102007036673A1

DE102007036673A1 - Stossspannungsschutz-Schaltungsleiterplatten und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102007036673A1
Application number: DE102007036673A
Authority: DE
Inventors: Hundi Panduranga Los Altos Kamath
Original assignee: Cooper Technologies Co
Current assignee: Cooper Technologies Co
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2008-03-13
Also published as: CN101226798B; CN101226798A; JP2008042204A; GB0714820D0; JP5096830B2; GB2440662A; GB2440662B; US7612976B2; US20070019354A1

Abstract

Leiterplatten, die einen eingebauten Stoßspannungsschutz aufweisen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Überspannungsschutzvorrichtungen zum Schützen elektronischer Geräte sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Vorrichtungen, und spezieller Vorrichtungen, die üblicherweise als Vorrichtungen für "Überspannungsschutz" oder "Stoßspannungsunterdrückung" bezeichnet werden.
Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen wurden in Reaktion auf ein Erfordernis entwickelt, die immer weiter zunehmende Anzahl elektronischer Vorrichtungen, von denen die heutige technische Gesellschaft abhängt, gegen hohe Spannungen mit kurzer Dauer oder Stoßspannungen zu schützen. Elektrische Stoßspannungen können beispielsweise durch elektrostatische Entladung oder Übergangsspannungen erzeugt werden, die durch Kontakt mit Menschen entstehen. Beispiele für elektrische Geräte, welche typischerweise Stoßspannungsschutzgeräte einsetzen, umfassen Telekommunikationssysteme, Computersysteme und Steuersysteme.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung.
3 ist ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung.
4 ist eine Perspektivansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung in einer ersten Herstellungsstufe.
5 ist eine Teilschnittansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung in einer anderen Herstellungsstufe.
5a ist eine Seitenansicht eines Abschnitts von 5.
6 ist eine Aufsicht auf einen Abschnitt der in 1 gezeigten Vorrichtung bei einer Stufe zur Massenproduktion.
7 ist ein Prozessflussdiagramm für die Herstellung eines Materials mit variabler Impedanz für die in den 1 bis 6 gezeigte Vorrichtung.
8 ist eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung.
9 ist eine Ansicht in Explosionsdarstellung einer Massenproduktion der in 8 gezeigten Vorrichtung.
10 ist eine Ansicht von unten der in 10 gezeigten Massenproduktion an einer Stufe in dem Herstellungsprozess.
11 ist eine Schnittansicht der in 8 gezeigten Vorrichtung.
12 ist ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der in 8 gezeigten Vorrichtung.
13 ist eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Aufsicht auf die in 13 gezeigte Vorrichtung in einer Stufe der Herstellung.
15 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Stoßspannungs-Unterdrückungsleiterplatte.
16 ist eine Perspektivansicht der in 15 gezeigten Leiterplatte.
17 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 16.
18 ist eine Aufsicht auf einen gefüllten Substratabschnitt der in den 15 bis 17 gezeigten Leiterplatte.
19 ist ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der in den 15 bis 17 gezeigten Leiterplatte.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen werden immer interessanter zum Schützen elektronischer Bauelemente und Baugruppen gegen hohe Spannungen mit kurzer Dauer oder Stoßspannungen, die beispielsweise infolge elektrostatischer Entladungen oder von Stoßspannungen auftreten, die durch Kontakt mit Menschen hervorgerufen werden.
Zum vollständigen Verständnis der erfindungsgemäßen Aspekte beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung, die nachstehend beschrieben werden, wird die vorliegende Beschreibung auf Abschnitte aufgeteilt. Vorhandene Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen werden im Teil I diskutiert. Diskrete Stoßspannungs-Unterdrückungsbauelemente für die Oberflächenmontage gemäß beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung und Verfahren zu deren Herstellung werden im Teil II beschrieben. Beispielhafte Ausführungsformen von Leiterplattenkonstruktionen, die vereinigte Stoßspannungs-Unterdrückungsfähigkeiten aufweisen, und Verfahren zu deren Herstellung werden im Teil III beschrieben.
I. Einführung auf Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen
Einige bekannte Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen weisen ein Material auf, das eine variable Impedanz hat, und beispielsweise eine Signalleiteranschlussfläche und eine Masseleiteranschlussfläche verbindet, die auf einem Keramiksubstrat oder auf Leiterplattensubstratmaterialien vorgesehen sind. Materialien mit variabler Impedanz, manchmal auch bezeichnet als "auf Oberspannung reagierende Zusammensetzungen", werden manchmal als Mischung aus leitfähigen und/oder Halbleiterteilchen hergestellt, die als eine Matrix in einem Bindematerial wie einem Isolierharz verteilt sind. Die Signal- und Masseanschlussflächen sind durch einen kleinen Zwischenraum an der Oberfläche des Substrats getrennt, und das Material mit variabler Impedanz wird in dem Zwischenraum angeordnet, um die Masse- und die Signalleiter miteinander zu verbinden. Durchgangslöcher oder Durchgangskontakte erstrecken sich durch das Substrat an beiden Enden der Vorrichtung, und sind plattiert, um einen Stromweg zu den Signal- und Masseanschlussflächen auf dem Substrat zur Verfügung zu stellen. Bei einer Oberflächenmontagevorrichtung kann einer der plattierten Durchgangskontakte an einen Signalleiter oder eine Leiterspur einer Leiterplatte angeschlossen sein, und kann der andere der plattierten Durchgangskontakte an eine Masseleiterspur einer Leiterplatte angeschlossen sein. Die Signal- und Masseanschlussflächen der Vorrichtung sind daher an Signal- bzw. Masseleiter eines zu schützenden elektrischen Systems angeschlossen.
Das Material mit variabler Impedanz weist einen relativ hohen Widerstand auf (hier manchmal als der "Ausschaltzustand" bezeichnet), wenn die Spannung und/oder der Strom, die bzw. der durch den Signalleiter hindurchgeht, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, und eine relativ niedrige Impedanz (hier als der "Einschaltzustand" bezeichnet), wenn die Spannung und/oder der Strom eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. In dem Einschaltzustand wird der Impuls oder die Stoßspannung, der bzw. die bei dem Signalleiter auftritt, durch die Vorrichtung an den Masseleiter des elektrischen Systems abgeleitet, und wird die dem Impuls zugeordnete Spannung auf einen relativ niedrigen Wert über die Dauer des Impulses geklemmt. Das Material mit variabler Impedanz erholt sich, nachdem der Spannungs- oder Stromimpuls hindurchgegangen ist, und kehrt auf seinen Zustand mit hoher Impedanz zurück.
Während derartige Vorrichtungen dazu wirksam sein können, elektronische Geräte gegen Stoßspannungsimpulse zu schützen, treten bei ihnen eine Anzahl von Schwierigkeiten bei der Herstellung auf. So werden beispielsweise die Masse- und Signalanschlussflächen typischerweise durch Ätz- und Photolithographieverfahren ausgebildet, bei welchen Schichten aus leitfähigem Material von dem Substrat entfernt werden, was manchmal als abtragende Herstellungsprozesse bezeichnet wird, um die Masse- und Signalanschlussflächen auszubilden. Der Zwischenraum zwischen den Masse- und den Signalanschlussflächen wird typischerweise mit einem Laser oder einem anderen bekannten Verfahren in einer anderen Herstellungsstufe als der Ausbildung der Leiter geschnitten oder bearbeitet, und das Steuern der Ausbildung des Zwischenraums ist schwierig und teuer.
Zusätzlich erfordert das Mischen des Materials mit variabler Impedanz zahlreiche Verarbeitungsstufen, und kann es auch schwierig sein, dieses Material mit konstanter Güte herzustellen. Infolge der geringen Größe einiger Vorrichtungen, insbesondere bei chipartigen Vorrichtungen, kann es schwierig sein, das Material mit variabler Impedanz an dem Zwischenraum anzubringen, und kann die Bereitstellung einer Anschlusskonstruktion zum Verbinden der Vorrichtung mit einer Schaltung problematisch sein. Zusammen führen diese und andere Schwierigkeiten zu höheren Herstellungskosten und verringerten Herstellungsausbeuten akzeptabler Vorrichtungen bei dem Herstellungsprozess.
Es wäre wünschenswert, eine kostengünstigere und verlässlichere Herstellung derartiger Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, so dass Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen mit erhöhten Produktionsraten hergestellt werden können.
II. Diskrete Stoßspannungsschutzvorrichtungen
1 ist eine Perspektivansicht einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Aus nachstehend erläuterten Gründen wird angenommen, dass die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 kostengünstiger hergestellt werden kann als herkömmliche Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen, während höhere Produktionsausbeuten zufrieden stellender Erzeugnisse erreicht werden.
Die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 kann eine Schichtkonstruktion aufweisen, die nachstehend genauer erläutert wird, und weist eine Elektrode 12 auf, die einen leitfähigen Weg festlegt, der von einer Anzahl dielektrischer Schichten 14 eingeschlossen ist, wie nachstehend erläutert. Die Elektrode 12 weist einen Zwischenraum (in 1 nicht dargestellt) auf, der den leitfähigen Weg unterbricht, und es ist ein nachstehend erläutertes Material mit variabler Impedanz in dem Zwischenraum vorgesehen. Das Material mit variabler Impedanz weist eine relativ hohe Impedanz auf, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt ist, und weist eine relativ niedrige Impedanz auf, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom ausgesetzt ist, die bzw. der die vorbestimmte Schwelle überschreitet.
Die Elektrode 12 erstreckt sich elektrisch leitend zwischen Oberflächenmontageabschlüssen 16 und steht in leitender Beziehung mit diesen. Die Abschlüsse 16 sind im Einsatz an Leiter, Klemmen, Kontaktanschlussflächen, oder Schaltungsabschlüsse einer Leiterplatte (nicht gezeigt) angeschlossen. Im Einzelnen kann einer der Abschlüsse 16 an einen Signalleiter angeschlossen sein, und kann der andere der Abschlüsse 16 an einen Masseleiter angeschlossen sein. Wenn eine Spannung und/oder ein Strom, die durch den Signalleiter fließen, unterhalb einer vorbestimmten Schwelle liegen, befindet sich das Material mit variabler Impedanz in dem Zustand mit hohem Widerstand (hier manchmal als "Ausschaltzustand" bezeichnet), in welchem im Wesentlichen kein Strom durch das Material mit variabler Impedanz in dem Elektrodenzwischenraum fließt. Daher wird in dem Ausschaltzustand im Wesentlichen kein Strom über die Elektrode zwischen den Abschlüssen 16 transportiert, wobei während dieser Zeit der Signalleiter nicht an Masse liegt.
Wenn die Spannung und/oder der Strom, die durch den Signalleiter fließen, nahe an die vorbestimmte Schwelle herangelangt, schaltet abhängig von den Eigenschaften des in der Vorrichtung 10 eingesetzten Materials mit variabler Impedanz das Material mit variabler Impedanz auf den Zustand mit niedriger Impedanz um (hier als der "Einschaltzustand" bezeichnet). Daher ändern sich die elektrischen Eigenschaften des Materials mit variabler Impedanz so, dass der Hauptanteil des Stroms, oder der Strom insgesamt, durch das Material mit variabler Impedanz in dem Elektrodenzwischenraum fließt, und der Strom zwischen den Abschlüssen 16 nach Masse fließt. Hierbei wird ein Impuls oder eine Stoßspannung, der bzw. die bei dem Signalleiter auftritt, zum Masseleiter abgeleitet, und kann die dem Impuls zugeordnete Spannung auf einen relativ niedrigen Wert für die Dauer des Impulses geklemmt werden. Das Material mit variabler Impedanz erholt sich nach dem Durchgang des Spannungs- oder Stromimpulses, und kehrt auf seinen Zustand mit hoher Impedanz zurück. Daher können der Signalleiter und eine zugeordnete Schaltung den normalen Betrieb fortsetzen, kurz nach Beendigung des Impulses. Auf diese Weise wird die dem Signalleiter zugeordnete Schaltung geschützt, ohne eine wesentliche Unterbrechung der beeinflussten Schaltung. Daher wird ein Stoßspannungs- und Überspannungsschutz für eine an die Vorrichtung angeschlossene Schaltung zur Verfügung gestellt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 die Konfiguration eines Chips aufweisen. Daher kann die Vorrichtung 10 eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen, und weist eine Breite W, eine Länge L und eine Höhe H auf, die zur Oberflächenmontage der Vorrichtung 10 auf einer Leiterplatte geeignet sind, während wenig Raum beansprucht wird. So kann beispielsweise L etwa 0,040 bis 0,060 Zoll betragen, und W etwa 0,020 bis 0,030 Zoll, so dass die Überspannungs-Unterdrückungsvorrichtung etwa die gleiche Fläche auf einer Leiterplatte einnimmt wie andere elektrische Chipbauelemente, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, Chip-Sicherungen, Chip-Widerstände, und dergleichen, wie dies Fachleute wissen. H ist annähernd gleich der vereinigten Dicke der verschiedenen Schichten 12 und 14, die zur Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 eingesetzt werden. Hierbei ist H beträchtlich kleiner als sowohl L als auch W, um ein niedriges Profil der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 beizubehalten. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die tatsächlichen Abmessungen der Vorrichtung 10 von den beispielhaften, hier angegebenen Abmessungen zu größeren oder kleineren Abmessungen abweichen können, was Abmessungen von mehr als 1 Zoll einschließt, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
2 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10, welche die verschiedenen Schichten 12, 14 erläutert, die bei der Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 eingesetzt werden. Speziell kann bei einer beispielhaften Ausführungsform die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 im Wesentlichen aus sechs Schichten bestehen, welche die Elektrode 12 einschließen, die sandwichartig zwischen einer ersten und einer zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 eingeschlossen ist, die wiederum sandwichartig zwischen einer dritten und einer vierten dielektrischen Schicht 24 bzw. 26 eingeschlossen sind. Eine fünfte dielektrische Schicht 28 liegt über der dritten dielektrischen Schicht 24. Wie nachstehend erläutert, erfüllen die dielektrischen Schichten 20, 22, 24, 26 und 28 jeweils einen bestimmten Zweck in der Vorrichtung 10, und unterscheiden sich die zur Herstellung der Schichten verwendeten Materialien entsprechend voneinander.
Anders als bekannte Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen ist die Elektrode 12 eine durch Galvanoformung hergestellte, 30 bis 20 Mikrometer dicke Nickelfolie, die unabhängig von der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 hergestellt und ausgebildet wird. Im Einzelnen wird bei einer beispielhaften Ausführungsform die Elektrode 12 entsprechend einem bekannten additiven Prozess hergestellt, beispielsweise einem Galvanoformungsprozess, bei welchem die gewünschte Form der Elektrodenschicht aufplattiert wird, und ein Negativbild auf ein mit einem Photoresist beschichtetes Substrat (nicht gezeigt) aufgebracht wird. Eine dünne Schicht aus Metall, beispielsweise Nickel, wird dann auf die Negativbildform aufplattiert, und die plattierte Schicht wird dann von der Form abgeschält, so dass sie eine frei stehende Folie ist, die sich zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 erstreckt. Zwar wird angenommen, dass Nickel infolge seiner konstruktiven Festigkeit vorteilhaft ist, beim Abziehen von der Form, jedoch wird darauf hingewiesen, dass andere Metalle und leitfähige Zusammensetzungen und Legierungen ebenfalls dazu eingesetzt werden können, die Elektrode bei anderen Ausführungsformen der Erfindung auszubilden.
Wie in 2 gezeigt, weist die Elektrode 12 die Form eines Buchstabens I auf, mit breiteren Ankerabschnitten 30 und 32 und einem relativ engen Wegabschnitt 34, der sich zwischen den Ankerabschnitten 30 und 32 erstreckt, wodurch ein leitfähiger Weg zwischen der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 festgelegt wird. Ein kleiner Zwischenraum 36, in der Größenordnung einiger Mikrometer bei einer beispielhaften Ausführungsform, unterbricht den leitfähigen Weg durch die Wegabschnitte 34, und das Material mit variabler Impedanz (nicht in 2 gezeigt) wird auf den Zwischenraum 36 auf die nachstehend geschilderte Art und Weise aufgebracht, um die Wegabschnitte 34 der Elektrode 12 gegenseitig zu verbinden. Weiterhin werden Abschlussöffnungen 38 in den Enden der Ankerabschnitte 30, 32 ausgebildet, um einen elektrischen Anschluss der Elektrode 12 an eine Leiterplatte zur Verfügung zu stellen, wie dies nachstehend erläutert wird. Die breiteren Ankerabschnitte sorgen für einen Ausgleich von Herstellungstoleranzen bei der Ausbildung der Öffnungen 38.
Hierbei wird der Elektrodenzwischenraum 36 vereinigt in der Bildform ausgebildet, so dass die durch Galvanoformung hergestellte Elektrode plattiert wird, während der Zwischenraum 36 bereits vorhanden ist oder vorher ausgebildet wurde. Daher wird ein getrennter Herstellungsschritt zur Ausbildung des Zwischenraums 36 vermieden, und ebenfalls entsprechende Kosten und Schwierigkeiten für diesen Vorgang, durch Ausbildung des Zwischenraums gleichzeitig mit der Elektrode 12 bei dem Galvanoformungsprozess. Der Zwischenraum 36 kann im Zentrum in der Elektrode 12 vorgesehen sein, wie in 2 gezeigt, oder kann woanders, falls gewünscht, in der Elektrode 12 vorgesehen werden. Zwar ist eine bestimmte Form der Elektrode 12 in 2 dargestellt, jedoch wird darauf hingewiesen, dass verschiedene andere Formen der Elektrode 12 entsprechend bei anderen Ausführungsformen eingesetzt werden können.
Die getrennte und unabhängige Ausbildung der Elektrode 12 ermöglicht darüber hinaus weitere Vorteile, im Vergleich zu bekannten Konstruktionen von Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen. So ermöglicht beispielsweise die getrennte und unabhängige Ausbildung der Elektrode 12 eine höhere Genauigkeit der Steuerung und der Position der Elektrodenschicht in Bezug auf die dielektrischen Schichten 20, 22, 24, 26 und 28, wenn die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 konstruiert wird. Im Vergleich zu Ätzprozessen derartiger bekannter Vorrichtungen ermöglicht das unabhängige Ausbilden der Elektrode 12 eine bessere Steuerung der Form des leitfähigen Wegs in Bezug auf die erste und die zweite dielektrische Schicht 20 bzw. 22. Während beim Ätzen eher schräge oder geneigte Seitenränder des ausgebildeten leitfähigen Wegs hervorgerufen werden, werden im Wesentlichen senkrechte Seitenränder durch Galvanoformungsprozesse ermöglicht, so dass eine besser reproduzierbare Leistung in Bezug auf die Eigenschaften bezüglich einer Triggerspannung, einer Klemmspannung, und eines Kriechstroms der hergestellten Vorrichtung 10 ermöglicht werden. Darüber hinaus sorgt die getrennte und unabhängige Ausbildung der Elektrode dafür, dass Elektroden bereitgestellt werden, die eine sich ändernde Dicke in Vertikalrichtung (also senkrecht zu den dielektrischen Schichten) aufweisen, um vertikale Profile oder Konturen in der Elektrode 12 zu erzeugen, welche die Eigenschaften variieren können. Darüber hinaus können mehrere Metalle oder Metalllegierungen bei dem Prozess der getrennten und unabhängigen Herstellung verwendet werden, wodurch ebenfalls die Leistungseigenschaften der Vorrichtung geändert werden können.
Zwar wird angenommen, dass die Galvanoformung der Elektrode 12 getrennt und unabhängig von der ersten und zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 vorteilhaft ist, jedoch wird darauf hingewiesen, dass die Elektrode 12 alternativ durch andere Verfahren hergestellt werden kann, bei denen immer noch einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden. So kann beispielsweise die Elektrode 12 eine elektrisch abgelagerte Metallfolie sein, die auf die erste dielektrische Schicht 20 aufgebracht wird, gemäß bekannten Verfahren, einschließlich anderer additiver Verfahren wie Siebdruck und Ablagerungsverfahren, und subtraktiver Verfahren, beispielsweise chemisches Ätzen und dergleichen, wie dies auf diesem Gebiet bekannt ist.
Die erste dielektrische Schicht 20 liegt unter der Elektrode 12, und weist eine kreisförmige Öffnung 40 auf, die unterhalb eines Abschnitts der Wegabschnitte 34 liegt, und insbesondere des Zwischenraums 36 der Elektrode 12. Abschlussöffnungen 42 sind in beiden Enden der ersten dielektrischen Schicht 20 vorgesehen. Entsprechend liegt die zweite dielektrische Schicht 22 über der Elektrode 12, und weist eine kreisförmige Öffnung 44 auf, die über einem Abschnitt der Wegabschnitte 34 liegt, und insbesondere über dem Zwischenraum 36 der Elektrode 12. Abschlussöffnungen 46 sind in beiden Enden der zweiten dielektrischen Schicht 22 vorgesehen.
Hauptsächlich, und bei einer beispielhaften Ausführungsform, stehen die Wegabschnitte 34 der Elektrode 12 mit einer Oberfläche weder der ersten noch der zweiten dielektrischen Schicht 20, 22 in der Nähe des Zwischenraums 36 in Verbindung. Die Öffnungen 40, 44 in der jeweiligen ersten bzw. zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 legen den Zwischenraum 36 in der Elektrode frei, und bilden eine Aufnahme oberhalb und unterhalb des Elektrodenzwischenraums 36 für das Einbringen des Materials mit variabler Impedanz aus. Die Öffnungen 40, 44 stellen daher einen begrenzten Ort für das Material mit variabler Impedanz in der Vorrichtung 10 zur Verfügung, so dass entsprechend sichergestellt werden kann, dass das Material mit variabler Impedanz den Zwischenraum 36 im Wesentlichen umgibt und ausfüllt, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung 10 sicherzustellen.
Zwar sind kreisförmige Öffnungen 40, 44 in der ersten und zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 dargestellt, jedoch wird darauf hingewiesen, dass andere Formen zum Ausbilden der Öffnungen bei anderen Ausführungsformen je nach Wunsch eingesetzt werden können.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden die erste und die zweite dielektrische Schicht 20 bzw. 22 jeweils aus einem handelsüblichen, 50 Mikrometer dicken dielektrischen Polyimidfilm hergestellt, der einen Klebefilm von 4 Mikrometer aufweist, um die Schichten aneinander und an der Elektrode 12 zu befestigen. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass bei alternativen Ausführungsformen andere Materialabmessungen eingesetzt werden können, und weiterhin wird darauf hingewiesen, dass geeignete elektrische Dielektrikums- und Isoliermaterialien (Polyimid oder kein Polyimid) eingesetzt werden können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass Materialien ohne Kleber in der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22 verwendet werden können.
Die dritte dielektrische Schicht 24 liegt über der zweiten dielektrischen Schicht 22 und weist eine durchgehende Oberfläche 50 auf, die sich zwischen Abschlussöffnungen 52 an entgegengesetzten Enden der dritten dielektrischen Schicht 24 erstreckt. Entsprechend liegt die vierte dielektrische Schicht 26 unter der ersten dielektrischen Schicht 20, und weist eine durchgehende Oberfläche 54 auf, die sich zwischen Abschlussöffnungen 56 an entgegengesetzten Enden der vierten dielektrischen Schicht 26 erstreckt. Die durchgehenden Oberflächen 50, 54 der dritten bzw. vierten dielektrischen Schicht 24 bzw. 26 verschließen die Öffnungen 40, 44 in der ersten bzw. zweiten dielektrischen Schicht 20 bzw. 22, und dichten das Material mit variabler Impedanz und den Zwischenraum 36 der Elektrode ab.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden die dritte und die vierte dielektrische Schicht 24 bzw. 26 jeweils aus einem dielektrischen Polyimidfilm hergestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die dritte dielektrische Schicht 24 ein 50 Mikrometer dicker dielektrischer Polyimidfilm sind, der einen Klebefilm von 4 Mikrometer aufweist, um die Schichten aneinander zu befestigen, und kann der vierte dielektrische Film ein 25 Mikrometer dicker dielektrischer Polyimidfilm sein, der ein Kupferlaminat von 18 Mikrometer aufweist. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass bei alternativen Ausführungsformen andere Materialabmessungen eingesetzt werden können, und wird deutlich, dass andere geeignete dielektrische und Isoliermaterialien (aus Polyimid oder einem anderen Material) eingesetzt werden können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass Materialien ohne Kleber in der dritten und der vierten dielektrischen Schicht 24 bzw. 26 verwendet werden können.
Die fünfte dielektrische Schicht 28 liegt über der dritten dielektrischen Schicht 24, und kann bei einer beispielhaften Ausführungsform ein 25 Mikrometer dicker dielektrischer Polyimidfilm sein, der ein Kupferlaminat von 18 Mikrometer enthält. Dies umfasst Oberflächenmontage-Anschlussflächen 60, die auf einer der Oberflächen auf bekannte Art und Weise ausgebildet werden. Die Abschlussanschlussflächen 60 enthalten Abschlussöffnungen 62. Die vierte dielektrische Schicht 26 weist ebenfalls Oberflächenmontage-Anschlussflächen 64 auf, und jede der Anschlussflächen 64 enthält Abschlussöffnungen 66. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die vierte und die fünfte dielektrische Schicht 26 bzw. 28 mit Kupfer beschichtete Polyimidlaminate, und wird das Kupfer von den Schichten weggeätzt, um die Oberflächenmontage-Anschlussflächen 60, 62 auszubilden. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass alternativ die Anschlussflächen 60, 62 auf eine andere bekannte Art und Weise hergestellt werden können, beispielsweise unter Verwendung von Galvanoformungs-, Druck- oder Ablagerungsverfahren.
Wenn die Schichten 12, 20, 22, 24, 26 und 28 aufeinander gestapelt sind, sind die Abschlussöffnungen der Schichten zueinander ausgerichtet, und werden die inneren Oberflächen der Abschlussöffnungen mit einem leitfähigen Material wie beispielsweise Kupfer auf einer vertikalen Oberfläche 80 (5) metallisiert, um einen leitfähigen Weg zwischen den Oberflächenmontage-Anschlussflächen 60, 64 und kleineren Oberflächen der Ankerabschnitte 30, 32 der Elektrode 12 fertig zu stellen. Anders ausgedrückt, erstreckt sich die metallisierte Oberfläche 80 im Wesentlichen senkrecht zu den hauptsächlichen ebenen Oberflächen der Elektroden 12, und verläuft tangential zu den vertikalen Endoberflächen (den kleineren Oberflächen) der Ankerabschnitte 30, 32.
Durchbrochene Kontaktabschlüsse werden daher an den Enden der Vorrichtung 10 zur Verfügung gestellt.
Weiterhin wird deutlich, dass zumindest einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden können, dass eine andere Abschlusskonstruktion anstelle von durchbrochenen Kontakten zum Verbinden der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 mit einer elektrischen Schaltung verwendet wird. So können beispielsweise Kontaktleitungen (also Drahtabschlüsse), Wrap-around-Abschlüsse, Eintauchmetallisierungsabschlüsse und dergleichen je nach Erfordernis oder Wunsch verwendet werden.

Um einen beispielhaften Herstellungsprozess zu beschreiben, der zur Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 verwendet wird, werden die dielektrischen Schichten der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 gemäß der nachstehenden Tabelle bezeichnet:

Prozessschicht	Schicht in Figur 2	Bezugszeichen in Figur 2
1	Erste dielektrische Schicht	20
2	Zweite dielektrische Schicht	22
3	Dritte dielektrische Schicht	24
4	Vierte dielektrische Schicht	26
5	Fünfte dielektrische Schicht	28

Unter Verwendung dieser Bezeichnungen ist 3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 100 zur Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 (die in den 1 und 2 gezeigt ist).
Die Oberflächenmontage-Anschlussflächen werden (102) auf Schichten 4 und 5 gemäß einer der voranstehend geschilderten Vorgehensweisen oder auf diesem Gebiet bekannter Vorgehensweisen ausgeformt, und die Öffnungen in den Schichten 102 werden (104) vor dem Zusammenbau der Vorrichtung ausgebildet, wie nachstehend erläutert. Elektroden 12 werden (105) unabhängig von dielektrischen Schichten ausgebildet, beispielsweise durch den voranstehend geschilderten Galvanoformungsprozess.
Schichten 1, 2 und 4 werden aufeinander laminiert (106), wobei sich die Elektrode 12 zwischen den Schichten 1 und 2 erstreckt, und die Schicht 4 die Öffnung 40 in der Schicht 4 verschließt. Daher wird, wie in 4 gezeigt, eine Unterbaugruppe ausgebildet, bei welcher die Elektrodenwegabschnitte 34 und der Elektrodenzwischenraum 35 freigelegt werden, und in der Öffnung 44 der Schicht 2 zugänglich sind, während die Schicht 4 die Öffnung 40 in der Schicht 1 in der Nähe des Elektrodenzwischenraums 36 verschließt. Das Material 70 mit variabler Impedanz (5a) wird dann in die Öffnung 44 eingegeben (107), und füllt jede der Öffnungen 44 in der Schicht 2 und der Öffnungen 40 in der Schicht 1 aus, so dass die Elektrodenwegabschnitte 34 und der Elektrodenzwischenraum 36 im Wesentlichen von dem Material 70 mit variabler Impedanz umgeben sind, sowohl oberhalb als auch unterhalb der Elektrodenwegabschnitte 34 und des Zwischenraums 36, wobei im Wesentlichen der Zwischenraum 36 mit dem Material 70 mit variabler Impedanz ausgefüllt wird.
Die Schichten 3 und 5 werden zusammenlaminiert (108), um eine zweite Unterbaugruppe für die Vorrichtung 10 auszubilden, und dann wird die zweite Unterbaugruppe mit der ersten Unterbaugruppe aus dem Schritt 106 zusammenlaminiert. Wenn die erste und die zweite Unterbaugruppe zusammenlaminiert wurden, verschließt die zweite Unterbaugruppe die Öffnung 44 in der Schicht 2.
Die Abschlussöffnungen werden dann durch die zusammenlaminierten ersten und zweiten Unterbaugruppen ausgebildet (112), beispielsweise mit einem bekannten Bohrvorgang. Zwar könnten Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen 10 einzeln gemäß dem voranstehend geschilderten Verfahren hergestellt werden, jedoch werden bei einer beispielhaften Ausführungsform Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen 10 zusammen in Plattenform hergestellt, und dann getrennt oder vereinzelt (114), auf einzelne Vorrichtungen 10, wie schematisch in 6 gezeigt ist, bei welcher mehrere Elektroden 12 einschließlich Zwischenräumen 36 auf einem größeren Materialfeld hergestellt werden, wobei die Öffnungen 44 und die Abschlussöffnungen 120 gestrichelt dargestellt sind. Weiterhin weisen, wie aus 6 hervorgeht, die Ankerabschnitte 30, 32 der Elektroden Ankerlöcher 122 auf, die dazu dienen, die Elektroden 12 relativ zur Schicht 1 und zur Schicht 2 zu positionieren, und dazwischen zu haltern. Ein Schneidwerkzeug kann entlang Schnitttrennlinien 124, 126 bewegt werden, um die Vorrichtungen 10 zu vereinzeln.
Die Vorrichtungen 10 können portionsweise hergestellt werden, oder mit einem durchgehenden Laminierprozess von Rolle zu Rolle, um eine große Anzahl an Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen mit minimalem Zeitaufwand herzustellen.
Die Abschlussöffnungen werden plattiert oder auf eine andere Art und Weise metallisiert (116), auf ihrer vertikalen Oberfläche 80 (5), entweder vor oder nach der Vereinzelung (114) der Vorrichtungen, um die Abschlüsse 16 fertig zu stellen, die in 1 gezeigt sind.
Es lässt sich überlegen, dass mehr oder weniger Schichten hergestellt und in die Vorrichtung 10 eingebaut werden können, ohne von der voranstehend geschilderten, grundlegenden Vorgehensweise abzuweichen. Unter Einsatz der voranstehend geschilderten Vorgehensweise können Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen effizient ausgebildet werden, unter Verwendung kostengünstiger, gut verfügbarer Materialien, in einem portionsweise ablaufenden Prozess, unter Einsatz relativ kostengünstiger, bekannter Verfahren und Prozesse. Darüber hinaus stellt die Vorgehensweise eine bessere Prozesssteuerung in weniger Herstellungsschritten zur Verfügung als bei herkömmlichen Konstruktionen von Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen. Daher können höhere Ausbeuten bei der Herstellung bei geringerem Kostenaufwand erzielt werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Material 70 mit variabler Impedanz aus den folgenden, beispielhaften Bestandteilen zusammengestellt werden: leitfähige Teilchen wie beispielsweise Aluminiumteilchen, ein Lösungsmittel wie beispielsweise Methyl-n-amylketon (MnAK), ein Polymerbindemittel wie beispielsweise Fluorsilikongummi, Isolatorteilchen wie beispielsweise Aluminiumoxid, und Füllstoffteilchen einschließlich eines Bogenentladungslöschmaterials wie Bariumsulfat und Isolatorabstandsteilchen wie beispielsweise kugelförmige Borsilikatpulver. Die Bestandteile werden nachstehend geschildert entsprechend dem in 7 dargestellten Verfahren 200 bearbeitet, um das Material mit variabler Impedanz herzustellen.
Die leitfähigen Teilchen können vorher beschichtet werden (202), mit einem Isoliermaterial wie beispielsweise Siliziumoxid, und das Lösungsmittel und Fluorsilikongummi werden vorzugsweise gemischt (204), beispielsweise in einem Planetenrührwerk, 24 Stunden lang, um solvatisierten Gummi zur Verfügung zu stellen. Der solvatisierte Gummi wird dann (206) mit den vorher beschichteten, leitfähigen Teilchen und dem Füllstoffmaterial gemischt, einschließlich der Lichtbogenlöschteilchen und der Isolatorabstandsteilchen, und der Isolatorteilchen, in einem Mischer wie beispielsweise einer hängenden Mühle oder einer Kugelmühle über etwa 0,5 Stunden. Wahlweise kann die Mischung etwa 24 Stunden lang nach dem Mischen umgewälzt (208) werden. Dann kann das Material vulkanisiert werden (210), und zur Verwendung bei der Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen 10 aufbewahrt werden.
Vorzugsweise enthält das Material 70 mit variabler Impedanz nicht mehr als 5 Gewichts-% an organischem Material, und ist daher in der Praxis frei von organischem Material. Weiterhin liegt das Volumenprozentverhältnis leitfähiger Teilchen zu Gummi vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 bis 2, und spezieller im Bereich von etwa 0,75 bis etwa 1,5.
Die Auswahl des Bindemittelpolymers und/oder der Menge an Füllstoff in dem Material 70 mit variabler Impedanz, oder das Ausmaß der Vernetzung oder Vulkanisierung des Materials kann variiert werden, um Zugfestigkeitseigenschaften des Materials zu ändern, und die Wärmebeanspruchung des Materials zu beeinflussen, die in dem Material hervorgerufen wird, wenn das Material infolge eines Spannungsimpulses beim Betrieb der Vorrichtung 10 erwärmt wird. Durch strategische Auswahl des Bindemittelpolymers und/oder der Menge an Füllstoff in dem Material, des Ausmaßes der Vernetzung oder der Vulkanisierung des Materials, kann die mechanische Spannung in dem Material in einem Überspannungszustand gesteuert werden, um gewünschte Schalteigenschaften des Materials zwischen dem Ein- und Ausschaltzustand zu erzeugen. Allgemein gesprochen wird, je höher die mechanische Spannung ist, welcher die Vorrichtung ausgesetzt ist, die in Beziehung zum Bindemittelpolymer und dem Ausmaß an Füllstoff in der Materialzusammensetzung steht, die Spannung, bei welcher sich das Material von dem Ausschaltzustand zu dem Einschaltzustand ändert, verringert. Daher können Vorrichtungen 10 mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten gegenüber Überspannungsimpulsen zur Verfügung gestellt werden.
Für eine bessere Standfestigkeit gegenüber Hochspannungs-Stoßimpulsen kann ein Kriechwegverhinderungsmaterial, beispielsweise Eisenoxid gemischt mit einem Polymer wie beispielsweise Silikon, dem Füllstoff in der Materialzusammensetzung hinzugefügt werden. Durch Änderung der Menge an Kriechwegverhinderungsmaterial in der Zusammensetzung können entsprechend die Isoliereigenschaften und die Kriechwegverhinderungseigenschaften der Vorrichtung 10 während eines Überspannungszustands geändert werden.
Von der voranstehend geschilderten Zusammensetzung und dem voranstehend geschilderten Verfahren wird angenommen, dass sie ein konsistentes Material mit variabler Impedanz für die Vorrichtung 10 mit geringerem Kostenaufwand zur Verfügung stellen, mit weniger Schwierigkeiten, und mit einer verringerten Bearbeitungszeit, im Vergleich zu bekannten Zusammensetzungen von Materialien mit variabler Impedanz. Eine derartige Zusammensetzung erzeugt, wie voranstehend erwähnt, ein Material, das eine relativ hohe Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt ist, und eine relativ niedrige Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom ausgesetzt wird, die bzw. der die vorbestimmte Schwelle überschreitet. Zum Beispiel weist, bei Verwendung mit der Vorrichtung 10 auf die voranstehend geschilderte Art und Weise, die Vorrichtung 10 eine Triggerspannung von etwa 100 bis 300 V auf, die das Material dazu veranlasst, von dem Zustand mit hohem Widerstand in den Zustand mit niedriger Impedanz überzugehen, erzeugt eine Klemmspannung während eines Stoßspannungsimpulsereignisses von etwa 20 bis 40 V, zeigt einen Kriechstrom von weniger als etwa 1 nA unter normalen Betriebsbedingungen, wobei das Material etwa 1000 Übergangsspannungs- oder Impulsereignissen standhalten kann.
Zwar wurde ein Beispiel für ein Material mit variabler Impedanz geschildert, das in der Vorrichtung 10 eingesetzt werden kann, jedoch wird darauf hingewiesen, dass andere, bekannte Materialien mit variabler Impedanz verwendet werden können, die mit anderen, bekannten Verfahren hergestellt werden, wobei zumindest einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Entsprechend wird, während ein Beispiel für eine Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung beschrieben wurde, welche das Material mit variabler Impedanz verwendet, das nach dem Verfahren 210 erzeugt wird, darauf hingewiesen, dass das Material mit variabler Impedanz bei anderen Arten von Stoßspannungsschutzvorrichtungen verwendet werden kann. Die voranstehende Beschreibung dient daher nur zum Zwecke der Erläuterung, und soll nicht die Vorrichtung 10 zum Einsatz mit einem speziellen Material mit variabler Impedanz einschränken, oder das Material mit variabler Impedanz auf den Einsatz bei einer speziellen Vorrichtung einschränken.
8 ist eine Perspektivansicht einer anderen Ausführungsform einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 gemäß einer anderen, beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 wird ebenfalls so angesehen, dass sie mit niedrigerem Kostenaufwand als herkömmliche Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen hergestellt werden kann, unter Bereitstellung höherer Produktionsausbeuten zufrieden stellender Erzeugnisse.
Die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 kann eine Schichtkonstruktion aufweisen, die nachstehend im Einzelnen geschildert wird, und weist eine Elektrode 302 auf, die einen leitfähigen Weg festlegt, der von einer Anzahl dielektrischer Schichten 304 umschlossen ist, wie dies nachstehend erläutert wird. Die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 kann einen Chipaufbau aufweisen, wie er in 8 dargestellt ist. Daher kann die Vorrichtung 300 im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sein, und eine Breite W, eine Länge L und eine Höhe H aufweisen, die für die Oberflächenmontage der Vorrichtung 300 an einer Leiterplatte geeignet sind, während ein kleiner Raum eingenommen wird. So kann beispielsweise L etwa 0,040 bis 0,060 Zoll betragen, und W etwa 0,020 bis 0,030 Zoll betragen, so dass die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung annähernd dieselbe Fläche auf einer Leiterplatte einnimmt wie andere elektrische Chipbauelemente, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, Chip-Sicherungen, Chip-Widerstände, und dergleichen, wie dies auf diesem Gebiet bekannt ist. H ist annähernd gleich der vereinigten Dicke der verschiedenen Schichten 302 und 304, die zur Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 10 eingesetzt werden. Hauptsächlich ist H wesentlich kleiner als entweder L oder W, um ein niedriges Profil der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 aufrechtzuerhalten. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass die tatsächlichen Abmessungen der Vorrichtung 10 von den beispielhaften Ausführungsformen abweichen können, die hier angegeben sind, zu größeren oder kleineren Abmessungen hin, einschließlich von Abmessungen mit mehr als einem Zoll, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
9 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 in einer Massenherstellungsbaugruppe. Speziell besteht bei einer beispielhaften Ausführungsform die Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 im Wesentlichen aus vier Schichten, welche eine Elektrode 302 einschließen, die zwischen einer ersten und einer zweiten dielektrischen Schicht 306 bzw. 308 eingeschlossen ist, und eine dritte dielektrische Schicht 310, die über der zweiten dielektrischen Schicht 308 liegt.
Die Elektrode 302 ist eine durch Galvanoformung hergestellte, 3 bis 20 Mikrometer dicke Kupfer- oder Nickelfolie, die unabhängig von der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 306 und 308 hergestellt und ausgebildet wird, wobei die hierdurch erzielbaren Vorteile voranstehend geschildert wurden, obwohl darauf hingewiesen wird, dass die Elektrodenschicht 302 nach anderen Verfahren anstelle der Galvanoformungsverfahren ausgebildet werden kann, falls dies gewünscht ist. Weiterhin können andere Metalle und leitfähige Zusammensetzungen sowie Legierungen zur Ausbildung der Elektrodenschicht 302 verwendet werden.
Die Elektrodenschicht 302 wird zu mehreren Elementen ausgeformt, die jeweils die Form des Buchstabens I aufweisen, mit breiteren Ankerabschnitten 311 und 312, und einem relativ schmalen Wegabschnitt 314, der sich zwischen den Ankerabschnitten 311 und 312 erstreckt, wodurch ein leitfähiger Weg zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schicht 306 bzw. 308 erzeugt wird. Ein kleiner Zwischenraum 316, in der Größenordnung von einigen Mikrometern bei einer beispielhaften Ausführungsform, unterbricht den leitfähigen Weg durch die Wegabschnitte 314, und das Material 320 mit variabler Impedanz wird auf den Zwischenraum 316 auf die nachstehend geschilderte Art und Weise aufgebracht, um die Wegabschnitte 314 der Elektrode 302 zu verbinden. Die Elektrodenzwischenräume 316 werden vereinigt auf der Bildform ausgebildet, so dass die durch Galvanoformung hergestellte Elektrode so plattiert wird, dass der Zwischenraum 316 bereits vorhanden ist oder vorgeformt wurde, wodurch getrennte Herstellungsschritte zur Ausbildung der Zwischenräume 316 ausgeschaltet werden, zusammen mit zugehörigen Kosten und Schwierigkeiten. Die Zwischenräume 316 können im Zentrum in den Elektrodenwegabschnitten 314 ausgebildet werden, wie in 9 gezeigt ist, oder können je nach Wunsch woanders in der Elektrodenschicht 302 ausgebildet werden. Zwar ist eine bestimmte Form der Elektrodenschicht 302 in 9 dargestellt, jedoch wird darauf hingewiesen, dass verschiedene, andere Formen der Elektrodenschicht 302 entsprechend bei anderen Ausführungsformen eingesetzt werden können.
Zwar wird von der Galvanoformung der Elektrodenschicht 302 auf solche Weise, dass sie getrennt und verschieden von der ersten und zweiten elektrischen Schicht 306 bzw. 308 ausgebildet wird, angenommen, dass dies vorteilhaft ist, jedoch wird darauf hingewiesen, dass die Elektrodenschicht 302 alternativ durch andere Verfahren ausgebildet werden kann, wobei immer noch einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Beispielsweise kann die Elektrodenschicht 302 eine elektrisch abgelagerte Metallfolie sein, die auf die erste dielektrische Schicht 306 aufgebracht wird, gemäß bekannten Verfahren, einschließlich anderer additiver Verfahren wie beispielsweise Siebdruck und Ablagerungsverfahren, und subtraktiver Verfahren, beispielsweise chemisches Ätzen und dergleichen, wie dies auf dem Gebiet bekannt ist.
Die erste dielektrische Schicht 306 liegt unterhalb der Elektrodenschicht 302, und weist kreisförmige Abschlussöffnungen 330 auf, die unter den Ankerabschnitten 311, 312 der Elektrodenschicht 302 liegen, und spezieller sind die Abschlussöffnungen 330 von den Zwischenräumen 316 in der Elektrodenschicht 302 beabstandet. Die Abschlussöffnungen 330 sind mit einem leitfähigen Metall wie beispielsweise Kupfer gefüllt, um Oberflächenmontage-Anschlussflächenabschlüsse zur Verfügung zu stellen, welche in direktem Eingriff und in Anlagekontakt mit den ebenen Hauptoberflächen der Elektrodenankerabschnitte 311, 312 stehen, wie besonders deutlich aus 11 hervorgeht.
Es wird darauf hingewiesen, dass zumindest einige der Vorteile der vorliegenden Erfindung dadurch erzielt werden können, dass eine andere Abschlusskonstruktion anstelle der Oberflächenmontage-Anschlussflächen Abschlüsse 340 zum Verbinden der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 mit einer elektrischen Schaltung verwendet werden. Daher können beispielsweise Kontaktleitungen (also Leitungsabschlüsse), Wrap-around-Abschlüsse, Abschlüsse mit Eintauchmetallisierung, durchbrochene Kontakte und dergleichen eingesetzt werden, je nach Wunsch oder Erfordernis.
Wie wiederum aus 9 hervorgeht, liegt die zweite elektrische Schicht 308 über der Elektrodenschicht 302, und weist kreisförmige Öffnungen 350 auf, die über einem Abschnitt der Elektrodenschichtwegabschnitte 314 liegen, und insbesondere über den Zwischenräumen 316 der Elektrodenschicht 302. Hierbei liegen die Wegabschnitte 314 der Elektrodenschicht 302 in der Nähe der Elektrodenzwischenräume 316 innerhalb der Öffnungen 350 frei. Die Öffnungen 350 in der zweiten dielektrischen Schicht 308 legen die Zwischenräume 316 in der Elektrode frei, und legen Aufnahmen oberhalb der Zwischenräume 316 zum Einführen des Materials 320 mit variabler Impedanz (auch in 11 gezeigt) fest. Die Öffnungen 350 stellen daher einen begrenzten Ort für das Material 320 mit variabler Impedanz zur Verfügung, und können daher sicherstellen, dass das Material mit variabler Impedanz im Wesentlichen die Zwischenräume 316 umgibt und ausfüllt, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung 300 sicherzustellen. Die dritte dielektrische Schicht 310 ist allerdings massiv, und weist keine Öffnungen in der Nähe der Elektrodenschichtzwischenräume 316 auf.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die erste und die zweite dielektrische Schicht 306 bzw. 308 jeweils aus einem im Handel erhältlichen dielektrischen Polyimidfilm hergestellt, der einen Kleber aufweist, um die Schichten aneinander und an der Elektrodenschicht 302 zu befestigen. Als ein Beispiel kann die erste dielektrische Schicht 306 ein im Handel erhältlicher Polyimidfilm mit einer Dicke von 2-tausendstel Zoll sein, und kann die zweite dielektrische Schicht 308 ein im Handel erhältlicher Polyimidfilm mit einer Dicke von 5-tausendstel Zoll sein.
Allerdings wird darauf hingewiesen, dass bei alternativen Ausführungsformen andere geeignete dielektrische und Isoliermaterialien (Polyimid oder ein anderes Material) eingesetzt werden können, und dass darüber hinaus Klebematerialien in der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 306 bzw. 308 eingesetzt werden können.
Die dritte dielektrische Schicht 310 liegt oberhalb der zweiten dielektrischen Schicht 308, und weist eine durchgehende Oberfläche 360 ohne Öffnungen in dieser auf. Die durchgehende Oberfläche 360 der dritten dielektrischen Schicht 310 verschließt die Öffnungen 350 in der zweiten dielektrischen Schicht 308, und dichtet das Material 320 mit variabler Impedanz und den Elektrodenzwischenraum 316 ab.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die dritte dielektrische Schicht 310 aus einem dielektrischen Polyimidfilm hergestellt. Allerdings wird darauf hingewiesen, dass bei alternativen Ausführungsformen andere dielektrische und Isoliermaterialien (Polyimid oder ein anderes Material) eingesetzt werden können, einschließlich einer Epoxybeschichtung anstelle eines dielektrischen Polyimidfilms.
Wenn die Schichten 302, 306, 308 und 310 aufeinander gestapelt und aneinander befestigt werden, mit dem Material 320 mit variabler Impedanz darin, werden die Anschlussflächen 340 in den Abschlussöffnungen 330 der ersten dielektrischen Schicht ausgebildet, wie in 10 gezeigt ist. 10 erläutert auch schematisch die Elektrodenschicht 302, und Schnittlinien 380 und 382, um die zusammengebauten Schichten auf diskrete Vorrichtungen 300 zu vereinzeln.
Nach der Konstruktion arbeitet die Vorrichtung 300 im Wesentlichen ebenso wie die voranstehend geschilderte Vorrichtung 10.
Zum Zweck der Beschreibung eines beispielhaften Herstellungsprozesses, der zur Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 verwendet wird, werden die dielektrischen Schichten der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 gemäß der nachstehenden Tabelle bezeichnet:

Prozessschicht Schicht von Figur 2 Bezugszeichen in Figur 9

1 Erste dielektrische Schicht 306

2 Zweite dielektrische Schicht 308

3 Dritte dielektrische Schicht 310
Unter Verwendung dieser Bezeichnungen stellt 12 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Herstellung der Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 300 dar.
Die Elektrodenschicht wird unabhängig (402) von dielektrischen Schichten ausgebildet, beispielsweise mit dem voranstehend geschilderten Galvanoformungsprozess, oder einem anderen Herstellungsprozess, der auf dem Gebiet bekannt ist, und Schichten 1 und 2 werden zusammenlaminiert (404), mit der Elektrodenschicht, die sich zwischen den Schichten 1 und 2 erstreckt. Auf diese Weise wird eine Unterbaugruppe hergestellt, bei welcher die Elektrodenwegabschnitte 314 und die Elektrodenzwischenräume 316 freiliegen und innerhalb der Öffnungen 350 der Schicht 2 zugänglich sind, und die Ankerabschnitte 311, 312 der Elektrodenschicht innerhalb der Abschlussöffnungen 330 der Schicht 1 freiliegen.
Die Oberflächenmontage-Anschlussflächen werden innerhalb der Öffnungen in der Schicht 1 in Kontakt mit den Ankerabschnitten 311, 312 plattiert (406), und das Material 320 mit variabler Impedanz wird in die Öffnungen in der Schicht 2 eingegeben, so dass es im Wesentlichen die Elektrodenwegabschnitte 314 umgibt, und die Zwischenräume 316 ausfüllt. Das Material mit variabler Impedanz kann gleich dem voranstehend geschilderten Material 70 mit variabler Impedanz sein, oder sich von diesem unterscheiden.
Die Schicht 3 wird dann (408) auf die Schicht 2 in bekannter Art und Weise aufgebracht, beispielsweise durch einen Laminierprozess, falls ein Polyimidmaterial als die Schicht 3 eingesetzt wird, oder durch Beschichten und Aushärten in einem Fall, bei welchem ein Epoxymaterial als die Schicht 3 eingesetzt wird. Die Schicht 3 verschließt die Öffnungen in der Schicht 2, und dichtet das Material mit variabler Impedanz darin ab.
Schließlich werden die einzelnen Bauelemente oder Vorrichtungen 300 abgetrennt oder vereinzelt (410) voneinander, entlang den Schnittlinien, die in 10 gezeigt sind. Während Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen 300 so beschrieben werden, dass sie zusammen in Plattenform hergestellt werden, und dann auf einzelne Vorrichtungen 300 aufgeteilt oder vereinzelt werden (410), können je nach Wunsch die Vorrichtungen 300 auch einzeln hergestellt werden. Die Vorrichtungen 300 können in einem portionsweise arbeitenden Prozess ausgebildet werden, oder mit einem durchgehenden Laminierprozess von Rolle zu Rolle, um eine große Anzahl an Stoßspannungsschutzvorrichtungen mit minimalem Zeitaufwand herzustellen.
Es lässt sich überlegen, dass mehr oder weniger Schichten hergestellt und in die Vorrichtung 300 eingebaut werden, ohne von dem voranstehend geschilderten Grundprinzip abzuweichen. Insbesondere dann, wenn die Öffnungen 330 und 350 in den Schichten 1 und 2 vorgeformt werden, kann das Verfahren (400) in relativ kurzer Zeit fertig gestellt werden, und mit einer verringerten Anzahl an Schritten, im Vergleich zu dem Verfahren (100), das voranstehend geschildert wurde.
Unter Verwendung der voranstehend geschilderten Vorgehensweise können Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungen effizient hergestellt werden, unter Verwendung kostengünstiger, gut verfügbarer Materialien in einem portionsweise arbeitenden Prozess, unter Einsatz relativ kostengünstiger, bekannter Verfahren und Prozesse. Darüber hinaus stellt die Vorgehensweise eine bessere Prozesssteuerung in weniger Herstellungsschritten zur Verfügung als bei herkömmlichen Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtungskonstruktionen. Hierbei können höhere Herstellungsausbeuten bei geringerem Kostenaufwand erhalten werden.
Die 13 und 14 erläutern eine andere Ausführungsform einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung 500, die im Wesentlichen eine Kombination von vier Vorrichtungen 10 darstellt, die voranstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben wurden. Daher stellt bei der dargestellten Ausführungsform die Vorrichtung 500 vier Vorrichtungen 10 in einer In-Line-Anordnung zur Verfügung, welche an eine Elektronikschaltung parallel zueinander angeschlossen werden können. Zwar sind bei der in 13 gezeigten Vorrichtung 500 vier Vorrichtungen 10 vereinigt, jedoch wird deutlich, dass mehr oder weniger Vorrichtungen 10 in der Vorrichtung 500 vorhanden sein können.
Die Vorrichtung 500 kann im Wesentlichen ebenso wie voranstehend geschildert ausgebildet sein, mit geeigneten Abänderungen der Schnittlinien, um In-Line-Vorrichtungen 500 anstelle der getrennten Vorrichtungen 10 auszubilden. Wie in 14 gezeigt, sind die Elektrodenwegabschnitte 34 und die Zwischenräume 36 in den Öffnungen 44, 40 in der ersten bzw. zweiten dielektrischen Schicht 22 bzw. 20 freigelegt. Daher wird das Einbringen des Materials 70 mit variabler Impedanz erleichtert, und kann aus den voranstehend geschilderten Gründen die Vorrichtung 500 mit geringerem Kostenaufwand hergestellt werden, mit höheren Herstellungsausbeuten als bei bekannten Vorrichtungen.
In-Line-Kombinationen von Vorrichtungen 300, die voranstehend in Bezug auf die 8 bis 11 beschrieben wurden, können entsprechend gemäß der voranstehend geschilderten Vorgehensweise zur Verfügung gestellt werden, unter Abänderung der Schnittlinien, um In-Line-Vorrichtungen auszubilden, anstelle einzelner oder diskreter Vorrichtungen.
III. Leiterplatten mit Überspannungsschutzarrays
Zwar sind die voranstehend im Abschnitt II geschilderten Ausführungsformen dazu wirksam, einen Stoßspannungsschutz bei elektronischen Bauelementen zur Verfügung zu stellen, die den getrennten Stoßspannungsschutzvorrichtungen zugeordnet sind, jedoch kann der vollständige Schutz einer großen Anzahl an Bauelementen auf Leiterplatten mit diskreten Schutzvorrichtungen, wie voranstehend geschildert, dennoch problematisch sein. Die Bereitstellung und Anbringung einer großen Anzahl diskreter Vorrichtungen, um sämtliche Bauelemente auf der Leiterplatte zu schützen, kann zu unerwünschten Kosten bei dem gesamten Zusammenbau führen. Darüber hinaus, und möglicherweise noch wesentlicher, nimmt eine große Anzahl diskreter Stoßspannungsschutzvorrichtungen, die in Kombination auf derselben Leiterplatte eingesetzt werden, wertvollen Raum auf der Leiterplatte ein.
Um die Verkleinerung zahlreicher elektronischer Vorrichtungen wie beispielsweise von Mobiltelefonen zu ermöglichen, müssen elektronische Bauelemente weniger Raum innerhalb der elektronischen Vorrichtung einnehmen. Weiterhin sind zur Bereitstellung zusätzlicher Funktionen moderner elektronischer Vorrichtungen typischerweise mehr elektronische Bauelemente bei der Konstruktion von Leiterplatten erforderlich, die in der Vorrichtung eingesetzt werden. Daher müssen Leiterplattebaugruppen, die eine größere Anzahl an Bauelementen aufweisen, einen verkleinerten Raum in derartigen elektronischen Vorrichtungen einnehmen. Anwachsende Anzahlen diskreter Stoßspannungsschutzvorrichtungen, und der Raum, den sie auf einer Leiterplatte einnehmen, können ein Hindernis in der Hinsicht darstellen, Anforderungen an den Raum und/oder die Funktionalität zu erfüllen, um immer kleinere elektronische Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen.
Eine Lösung für dieses Dilemma in Bezug auf Leiterplattenraum und Verkleinerung besteht darin, die Anzahl diskreter Stoßspannungsschutzvorrichtungen zu verringern, durch selektives Verbinden diskreter Stoßspannungsschutzvorrichtungen mit einigen Bauelementen, die als kritische Bauelemente angesehen werden, jedoch nicht mit anderen Bauelementen auf der Leiterplatte. Während kritische Bauelemente auf diese Art und Weise geschützt werden können, kann eine Beschädigung der übrigen Bauelemente immer noch in einem Zustand mit einer hohen Stoßspannung auftreten, was zu einer Beeinträchtigung der Funktionalität und der Verwendung der elektronischen Vorrichtung führt. Eine derartige Beschädigung und ein eingeschränkter Gebrauch elektronischer Vorrichtungen ist unerwünscht, und es wäre wünschenswert, eine praktische Maßnahme zum Schützen von mehr Bauelementen auf einer Leiterplatte zur Verfügung zu stellen, ohne einen Kompromiss in Bezug auf Raumerfordernisse und die Funktionalität der Vorrichtung.
Die 15 bis 18 erläutern Ausführungsformen einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung in Form einer Leiterplatte 600, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, und einen Stoßspannungsschutz für eine große Anzahl elektronischer Bauelemente zur Verfügung stellen kann, mit minimaler Auswirkung auf Anforderungen an den Leiterplattenraum und die Verkleinerung elektronischer Vorrichtungen, beispielsweise von Mobiltelefonen oder von anderen, von Hand gehaltenen elektronischen Vorrichtungen, obwohl die Erfindung nicht auf derartige elektronische Vorrichtungen beschränkt ist. Die Vorrichtung 600 kann als Leiterplatte arbeiten, welche eine eingebaute Stoßspannungsschutzfähigkeit aufweist, wie dies voranstehend geschildert wird.
In den 15 bis 18 weist die Vorrichtung 600 eine Stapelschichtkonstruktion auf, die eine Schicht 602 aus einem dielektrischen Substrat aufweist, eine Masseebene 604, die mit dem Substrat an dessen einer Seite verbunden ist, eine Übertragungsschicht 606, die mit der dielektrischen Substratschicht 602 entgegengesetzt zur Masseebene 604 verbunden ist, und eine Schaltungsschicht 608, die ein Schaltungsmuster auf der Übertragungsschicht 606 ausbildet. Die Schaltungsschicht 608 kann eine Anzahl leitfähiger Linienzüge, Leitungen und Kontaktanschlussflächen 608 aufweisen, die dazu eingesetzt werden können, Elektronikbauelemente mit Oberflächenmontageverfahren gegenseitig zu verbinden. Die Elektronikbauelemente können beispielsweise einen Prozessor und Peripheriebauelemente umfassen.
Die Substratschicht 602 ist im Wesentlichen eben, und im Wesentlichen rechteckig, bei der dargestellten Ausführungsform, obwohl verschiedene Formen der Substratschicht 602 alternativ eingesetzt werden können. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Substratschicht 602 aus starren Leiterplattenmaterialien hergestellt sein, beispielsweise aus einer FR-4-Leiterplatte, aus Phenolharz, aus Keramikmaterialien und dergleichen. Alternativ kann die Substratschicht 602 aus einem flexiblen Leiterplattenmaterial hergestellt sein, beispielsweise einem Polyimidmaterial, einem Flüssigkristallpolymer und dergleichen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Substratschicht 602 ein Polyimidsubstrat, das eine Dicke von weniger als 1-tausendstel Zoll aufweist, und gut dazu geeignet ist, Anforderungen an eine geringe Profilhöhe von Elektronikvorrichtungen und derartigen Baugruppen zu erfüllen, obwohl die Dicke der Substratschicht 602 je nach Wunsch bei alternativen Ausführungsformen geändert werden kann. Zwar ist Polyimid in der Hinsicht vorteilhaft, dass es als Dünnfilm verfügbar ist, jedoch können auch andere Substratmaterialen, einschließlich jener, jedoch nicht darauf beschränkt, die voranstehend erwähnt wurden, bei anderen Ausführungsformen und für andere Anwendungen eingesetzt werden, bei welchen ein niedriges Profil der gestapelten Vorrichtung 600 keine einschränkende Bedingung darstellt.
Die Substratschicht 602 weist vorzugsweise eine Anzahl an Öffnungen oder Löchern 612 auf, die sich durch sie erstrecken, zwischen einer ersten Hauptoberfläche 614 (15 und 18) der Substratschicht und einer zweiten Hauptoberfläche 616 der Substratschicht entgegengesetzt zur ersten Oberfläche 614. Die Löcher 612 können in einem Array aus mehreren Spalten und mehreren Zeilen angeordnet sein, wie in den Figuren und 18 gezeigt, obwohl andere Anordnungen der Löcher 614 je nach Wunsch eingesetzt werden können. Je feiner das Muster der beabstandeten Löcher 612 in dem Array ist, desto höher ist die Bauelementdichte, der Bauelemente, die in der Vorrichtung 600 geschützt werden können. Als ein Beispiel, können die Löcher im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet sein, und einen Durchmesser zwischen 5 Mikrometer und 5-tausendstel Zoll aufweisen, abhängig von der Schaltungsdichte. Selbstverständlich lassen sich die Form und die Größe der Löcher bei anderen Ausführungsformen abändern.
Jedes der Löcher 612 bildet eine Aufnahme für ein Material 618 mit variabler Impedanz, das in jeder der Öffnungen 612 aufgenommen wird. Das Material 618 mit variabler Impedanz kann das voranstehend geschilderte Material 70 mit variabler Impedanz sein, oder ein anderes, bekanntes Material mit variabler Impedanz, das eine relativ hohe Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt wird, und eine relativ niedrige Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom oberhalb der vorbestimmten Schwelle ausgesetzt wird.
Das Material 618 mit variabler Impedanz ist in der Ebene der Substratschicht 602 angeordnet, und in einem Muster oder Array entsprechend der Anordnung der Löcher 612 in der Substratschicht 602 angeordnet. Die Ränder der Löcher 612 sorgen für eine dielektrische Isolierung zwischen benachbarten Öffnungen oder Löchern 612 in der Substratschicht 602 des Materials 618 mit variabler Impedanz. Hierbei stellt jedes der Löcher 612, wenn es mit dem Material 618 mit variabler Impedanz gefüllt ist, einen getrennten Leitungsweg durch das Material 618 mit variabler Impedanz in jedem Loch 612 zur Verfügung, das unabhängig von dem Material 618 mit variabler Impedanz in den übrigen Löchern 612 betrieben werden kann. Daher kann, infolge der beabstandeten Löcher 612 und der dielektrischen Isolierung zwischen ihnen, die durch die Substratschicht bereitgestellt wird, ein gewisser Anteil des Materials 618 mit variabler Impedanz in einigen der Löcher 612 auf den Zustand mit niedriger Impedanz umschalten, während ein anderer Anteil des Materials 618 mit variabler Impedanz in anderen Löchern 612 in dem Zustand mit hoher Impedanz verbleiben kann. Daher wird ein lokalisierter Stoßspannungsschutz ermöglicht, bei welchem ein gewisser Anteil des Materials mit variabler Impedanz, jedoch dieses nicht insgesamt, Strömen und/oder Spannungen ausgesetzt wird, die dazu führen, dass das Material auf den Zustand mit niedriger Impedanz umschaltet, wogegen das übrige Material mit variabler Impedanz in dem Substrat nicht derartigen Strömen und/oder Spannungen ausgesetzt ist.
Die Masseebene 604 kann eine Metallschicht mit annähernd den gleichen Abmessungen wie jener der Substratschicht 602 in der Ebene der zweiten Hauptoberfläche 616 sein. Die Masseebene 604 kann an der unteren Hauptoberfläche 618 der dielektrischen Substratschicht 602 angebracht oder auf andere Art und Weise ausgebildet sein, unter Einsatz bekannter Verfahren, und die Masseebene 604 kann sich im Wesentlichen zusammen mit der unteren Hauptoberfläche 616 erstrecken. Bei einer Ausführungsform überspannt daher die Masseebene 604 durchgehend die gesamte untere Hauptoberfläche 616 der Substratschicht 602, obwohl sich überlegen lässt, dass die Masseebene weniger als die Gesamtheit der unteren Hauptoberfläche überspannt. Das Material 618 mit variabler Spannung in den Löchern 612 kann in direktem Kontakt mit der Masseebene 604 stehen, ohne das Vorhandensein dazwischen liegender Materialien oder Schichten, um ein niedriges Profil der gestapelten Schichten in der Leiterplatte 600 aufrechtzuerhalten. Die Masseebene 604 kann bei einer Ausführungsform aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, obwohl darauf hingewiesen wird, dass andere leitfähige Metalle, Materialien, und Legierungen ebenfalls zur Ausbildung der Masseebene 604 bei anderen Ausführungsformen verwendet werden können.
Die Übertragungsschicht 606 befindet sich auf der ersten Hauptoberfläche 614 der Substratschicht 602 und steht in direktem Kontakt, ohne dass dazwischen liegende Schichten oder Materialien vorhanden sind, mit dem Material 618 mit variabler Impedanz in den Löchern 612 an einer Seite der Substratschicht 602 entgegengesetzt zur Masseebene 604, um ein niedriges Profil der gestapelten Schichten in der Leiterplatte 600 aufrechtzuerhalten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Übertragungsschicht 606 nur in einer Richtung, dargestellt durch einen Pfeil A in 15, elektrisch leitfähig, die im Wesentlichen normal oder senkrecht zu den Hauptoberflächen 614, 616 der Substratschicht 602 verläuft. Weiterhin ist die Übertragungsschicht 606 elektrisch isolierend in Richtungen ausgebildet, die parallel zur Ebene der Hauptoberflächen 614, 616 der Substratschicht 602 verlaufen, wie durch Pfeile B und C in den 16 und 18 dargestellt.
Wie am besten aus 16 hervorgeht, legen die Pfeile A, B und C ein kartesisches Koordinatensystem fest, bei welchem die Pfeile B und C eine Horizontalebene oder eine x-y-Ebene relativ zur Ebene der Substratschicht 602 festlegen, wogegen der Pfeil A eine Vertikalabmessung oder z-Achse darstellt, normal zur Ebene. Elektrisch isolierende Eigenschaften der Übertragungsschicht 606 in der Horizontalebene, wogegen diese in Vertikalrichtung leitfähig ist, ermöglichen einen vertikalen Stromweg durch die Übertragungsschicht 606 zwischen der Schaltungsschicht 608 und dem Material 608 mit variabler Impedanz in den Löchern 612 der Substratschicht 602, während ein Kurzschluss der Kontaktanschlussflächen 610 der Schaltungsschicht 608 verhindert wird. Kontaktanschlussflächen 610 und elektrische Linienzüge in der Schaltungsschicht 608 können daher gegeneinander isoliert sein, so dass sie nicht die Schaltung der Schaltungsschicht 608 beeinträchtigen. Ein derartiges, geeignetes Material zum Einsatz als Übertragungsschicht ist ein leitfähiger, durch Wärme aushärtender Klebefilm, bei welchem leitfähige Teilchen in einem Kleber dispergiert sind, um so eine elektrische Verbindung der Teilchen durch die Dicke des Films (entlang der z-Achse) zu ermöglichen, aber andererseits ein ausreichender Abstand voneinander in der Ebene des Films vorgesehen ist, so dass dieser elektrisch isoliert. Derartige Klebefilme für die z-Achse sind im Handel beispielsweise von 3M aus St. Paul, Minnesota, erhältlich.
Die Übertragungsschicht 606 kann die erste Oberfläche 614 der Substratschicht 602 einkapseln, und kann sich durchgehend zwischen der Substratschicht 602 und der Schaltungsschicht 606 erstrecken, ohne dass darin Öffnungen vorgesehen sind. Die Einkapselung der Substratschicht 602 ist besonders vorteilhaft dann, wenn Silikonpolymere in dem Material 618 mit variabler Impedanz vorgesehen sind, um zu ermöglichen, dass die Silikonpolymere daran gehindert werden, Plattierungsbäder zu verunreinigen, die zur Ausbildung der Schaltungsschicht 608 verwendet werden.
Die Schaltungsschicht 608 erstreckt sich über die Übertragungsschicht 606, und es ist, wie in den Figuren dargestellt, die Schaltungsschicht 608 mit einem Muster von Schaltungen versehen, mit Linien, Linienzügen und leitenden Anschlussflächen 610. Infolge der Dichte der Löcher 612 in der Substratschicht 602, die das Material 608 mit variabler Impedanz aufnimmt, kontaktiert jede Spur, Leitung oder Kontaktanschlussfläche 610, die in der Schaltungsschicht 606 vorgesehen ist, über die Übertragungsschicht 606 eines oder mehrere der Löcher 612, die mit dem Material 618 mit variabler Impedanz in der Substratschicht 602 ausgefüllt sind. Wie ebenfalls aus diesen Figuren hervorgeht, sind die Spuren, Leitungen oder Kontaktanschlussflächen 610, die in der Schaltungsschicht 606 vorgesehen sind, nicht über sämtlichen Öffnungen 612 angeordnet, und stehen auch nicht in Kontakt mit diesen, welche ein Material 618 mit variabler Impedanz in dem Substrat 602 enthalten. Daher werden einige der Öffnungen 612 und das Material 618 mit variabler Impedanz darin der Substratschicht 602 nicht bei einer speziellen Schaltung in der Schaltungsschicht 608 verwendet, und sind nicht dazu fähig, eine Stoßspannungsschutzfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Die Anzahl und die Orte der Löcher 612 und des Materials 618 mit variabler Impedanz darin, die eingesetzt oder nicht eingesetzt werden, wird durch den Ort und die Geometrie der Leitungen, Linienzüge und Anschlussflächen in der Schaltungsschicht 608 vorgegeben.
Das Material 618 mit variabler Impedanz in den Löchern 612 der Substratschicht 602 richtet entsprechend einem direkten Stromweg zu der Masseebene 604 ein. Wenn eine Spannung oder ein Strom in der Schaltungsschicht 616 eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, abhängig von den Eigenschaften des Materials 618 mit variabler Impedanz, schaltet daher das Material mit variabler Impedanz auf den Zustand mit niedriger Impedanz um, und erzeugt einen Kurzschlussstromweg von den beeinflussten Abschnitten der Schaltungsschicht 608 über die Übertragungsschicht 606 und das Material 618 mit variabler Impedanz zur Masseebene 604. Daher werden die Stromwege an Masse abgeleitet, wenn das Material mit variabler Impedanz auf den Zustand mit niedriger Impedanz umgeschaltet wird, wodurch verhindert wird, dass Zustände mit hoher Stoßspannung, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, Ereignisse mit elektrostatischer Entladung, Bauelemente beschädigen, die an die Schaltungsschicht 608 angeschlossen sind. Wenn Ereignisse mit einer auftretenden hohen Stoßspannung abklingen, schaltet das Material 618 mit variabler Impedanz zurück auf den Zustand mit hoher Impedanz, für den normalen Betrieb der Schaltung in der Schaltungsschicht 608 der Leiterplatte 600.
Die Leiterplattenvorrichtung 600 kann gemäß dem in 19 dargestellten Verfahren 700 hergestellt werden. Ein Leiterplattensubstrat, beispielsweise eine FR-4-Leiterplatte, oder ein flexibles Schaltungssubstrat, beispielsweise aus Polyimid, aus Flüssigkristallpolymer, oder einem anderen Polymermaterial, wird bereitgestellt 701, und mit einem zweidimensionalen Array aus Löchern durch das Substratmaterial gemustert oder so ausgebildet 702. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die Löcher in dem Substrat mechanisch 702 mit einem Bohrer, einer Stanze oder einem anderen Werkzeug hergestellt werden. Alternativ können die Löcher mit einem Laser hergestellt werden 702, beispielsweise einem Excimerlaser, wenn ein Polyimidsubstrat verwendet wird, oder können die Löcher über chemische oder Plasmaätzverfahren ausgebildet werden 702. Die Löcher können vorher in dem Substrat ausgebildet werden, um eine schnellere Herstellung der Vorrichtung 600 zu ermöglichen.
Nachdem die Löcher ausgebildet wurden 702, werden die Löcher in dem Substrat dann gefüllt 704, mit dem Material mit variabler Spannung, das voranstehend beschrieben wurde, oder einem anderen Material mit variabler Spannung, das auf diesem Gebiet bekannt ist. Das gefüllte Substrat mit eingebettetem Impedanzmaterial 618, wie in 18 gezeigt, sorgt für eine universelle Plattform für verschiedene unterschiedliche Schaltungen.
Die Masseebene kann bei dem gefüllten Substrat auf der unteren Hauptoberfläche angebracht oder vorgesehen werden 706, und die Übertragungsschicht kann bei dem gefüllten Substrat auf der oberen Hauptoberfläche entgegengesetzt zur unteren Hauptoberfläche angebracht oder vorgesehen werden 708. Bei einer Ausführungsform steht, wenn eine derartige Anbringung und/oder Befestigung erfolgt, die Masseebene in direktem Kontakt mit dem Material mit variabler Spannung an einer Seite des gefüllten Substrats, und steht die Übertragungsschicht in direktem Kontakt mit dem Material mit variabler Spannung an der anderen Seite des gefüllten Substrats. Bei anderen Ausführungsformen können zusätzliche Materialschichten, Anordnungen oder Zwischenverbindungen zwischen der Masseebene und dem Material mit variabler Impedanz und/oder der Übertragungsschicht und dem Material mit variabler Impedanz eingerichtet sein.
Bei einer Ausführungsform kann das Substrat, beispielsweise ein Polyimidfilm, vorher an einer Metallfolienschicht anlaminiert werden, an einer Seite vor der Ausbildung der Löcher 702. Beispielsweise kann die Substratschicht vorher an einem Kupferfilm angebracht werden, und kann das vorlaminierte Polyimidsubstrat eingesetzt und gebohrt oder geätzt werden, um das Lochmuster auszubilden, das mit dem Material mit variabler Spannung gefüllt werden soll. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Masseebene bereitgestellt oder angebracht werden, nachdem die Löcher ausgebildet wurden, durch einen Laminierprozess oder einen anderen bekannten Metallisierungs- und Ausbildungsprozess auf der unteren Hauptoberfläche 614 des Substrats 602.
Die Übertragungsschicht, beispielsweise der leitende Kleber entlang der z-Achse, kann an dem Substrat entgegengesetzt zur Masseebene angebracht oder befestigt werden 708. Die Übertragungsschicht kann als ein Film zugeführt werden, und kann sich über die obere Hauptoberfläche 614 des Substrats erstrecken. Alternativ können andere Vorgehensweisen dazu eingesetzt werden, die Übertragungsschicht und die Verbindung mit dem Material mit variabler Impedanz in den Substratlöchern bereitzustellen, wie voranstehend geschildert.
Eine andere metallische Schicht, beispielsweise eine andere Metallfolie, kann über der Übertragungsschicht angebracht und/oder vorgesehen sein 710, und an der Übertragungsschicht entgegengesetzt zum gefüllten Substrat angebracht werden 710, um als die Schaltungsschicht zu dienen. Die Schaltungsschicht kann aus einer Kupferfolie hergestellt sein, und kann 712 als spezielle Schaltung mit einem Muster versehen oder ausgebildet werden, welche Leitungen, Linienzüge und Kontaktanschlussflächen aufweist, unter Einsatz bekannter Vorgehensweisen. Die Musterbildung 712 der Schaltungsschicht zu einer bestimmten Schaltungsausbildung, welche Leitungen, Leitungsspuren und Kontaktanschlussflächen aufweist, kann erfolgen, bevor oder nachdem sie an der Übertragungsschicht angebracht wird, unter Verwendung bekannter Vorgehensweisen.
Sobald die Schichten wie geschildert aufeinander gestapelt wurden, können sie 712 aneinander auf bekannte Art und Weise befestigt werden, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, durch Laminierprozesse, die auf diesem Gebiet bekannt sind. Die Schichten können 712 in einem oder mehreren Schritten in einer Abfolge von Laminierprozessen angebracht werden, falls dies gewünscht ist. Selbstverständlich wird bei Ausführungsformen, bei welchen Metallisierungsverfahren zur Ausbildung der Schichten verwendet werden, unter Verwendung bekannter Ablagerungs-, Siebdruck-, Photolithographie- und anderer Verfahren, die auf diesem Gebiet bekannt sind, jede Schicht an der nächsten mit Hilfe der Metallisierung angebracht, und ist ein getrennter Schritt der Befestigung der Schichten nicht erforderlich.
Die Leiterplattenvorrichtung 600 kann relativ kostengünstig hergestellt werden, und lässt sich relativ einfach an verschiedene Konfigurationen von Schaltungen anpassen. Sämtliche Bauelemente, die an die Leiterplatte angeschlossen sind, können geschützt werden, während Raum auf der Leiterplattenoberfläche zum Anbringen von Bauelementen eingespart wird, und während ein niedriges Profil der Leiterplatte aufrechterhalten wird. Leitfähige Wege für schädliche Impulse elektrostatischer Entladungen (EDS) oder andere Stoßhochspannungen zur elektrischen Masse werden verhindert, um eine Beschädigung der Schaltungsbauelemente und der angeschlossenen Schaltungen zu verhindern, oder von Bauelementen und Geräten, welche der Leiterplatte zugeordnet sind.
Eine Ausführungsform einer Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung wird hier beschrieben. Die Vorrichtung weist eine dielektrische Substratschicht auf, die eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche, und mehrere Löcher festlegt, die sich dadurch erstrecken. Ein Material mit variabler Impedanz füllt im Wesentlichen jedes der mehreren Löcher in dem Substrat aus, und das Material mit variabler Impedanz weist eine relativ hohe Impedanz auf, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt wird, und weist eine relativ niedrige Impedanz auf, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom ausgesetzt wird, welche bzw. welcher die vorbestimmte Schwelle überschreitet. Das Material mit variabler Impedanz legt einen Stromkurzschlussweg durch die Löcher fest, wenn die niedrige Impedanz auftritt.
Wahlweise weist die Vorrichtung eine Übertragungsschicht auf, die bei der ersten Hauptoberfläche eingesetzt wird, wobei die Übertragungsschicht elektrisch leitend in Richtung normal zur ersten Hauptoberfläche ist, und in Richtungen parallel zur Ebene der ersten Hauptoberfläche isolierend ist. Die Übertragungsschicht kann einen leitenden Kleber in Richtung der z-Achse aufweisen. Eine Schaltungsschicht kann einen leitfähigen Weg zu dem Material mit variabler Impedanz in den mehreren Löchern festlegen, wobei sich die Schaltungsschicht über der Übertragungsschicht erstreckt, und die Schaltungsschicht mit einem Muster versehen ist, um eine Schaltung auf der Übertragungsschicht auszubilden. Die Schaltungsschicht kann mit der Substratschicht so zusammenlaminiert sein, dass die Übertragungsschicht dazwischen vorgesehen ist, und die Schaltungsschicht kann zumindest eine Kontaktanschlussfläche festlegen, wobei die Kontaktanschlussfläche sich über zumindest einem der Löcher befindet, um eine elektrische Verbindung mit dem Material mit variabler Impedanz in zumindest einem Loch einzurichten. Eine Masseebene kann mit der Substratschicht entgegengesetzt zur Schaltungsschicht verbunden sein, und kann mit der Substratschicht zusammenlaminiert sein. Die Substratschicht kann aus einem flexiblen Material hergestellt sein, und kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die ein Polyimidmaterial, ein Flüssigkristallpolymer, oder ein entsprechendes Material enthält. Alternativ kann die Substratschicht aus einem starren Material hergestellt sein, und kann aus der Gruppe einer FR-4-Platte, Phenolharz, Keramik, oder einem entsprechenden Material ausgewählt sein.
Weiterhin wird eine Ausführungsform einer Leiterplatte beschrieben, die eingebettete Stoßspannungsunterdrückung aufweist. Die Leiterplatte weist eine dielektrische Substratschicht auf, die aus einem Polyimidmaterial hergestellt ist, wobei die Substratschicht eine erste Hauptoberfläche festlegt, eine zweite Hauptoberfläche, und mehrere Löcher, die sich dort hindurch erstrecken, wobei jedes der Löcher eine Aufnahme für ein Material mit variabler Impedanz festlegt. Ein Material mit variabler Impedanz füllt im Wesentlichen jedes der mehreren Löcher in dem Substrat aus, wobei das Material mit variabler Impedanz eine relativ hohe Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt ist, und weist eine relativ niedrige Impedanz auf, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom ausgesetzt ist, die bzw. der die vorbestimmte Schwelle überschreitet. Das Material mit variabler Impedanz legt einen Kurzschlussstromweg durch die Löcher zur Masseebene fest, wenn es die niedrige Impedanz aufweist. Eine Übertragungsschicht erstreckt sich über der ersten Hauptoberfläche, und steht in direktem Kontakt mit dem Material mit variabler Impedanz auf der ersten Hauptoberfläche, wobei die Übertragungsschicht elektrisch leitend in Richtung normal zur ersten Hauptoberfläche ist, und in der Ebene der ersten Hauptoberfläche isolierend ist. Eine Masseebene ist an die zweite Hauptoberfläche der dielektrischen Substratschicht anlaminiert, und steht in direktem Kontakt mit dem Material mit variabler Impedanz auf der zweiten Hauptoberfläche.
Wahlweise kann eine Schaltungsschicht einen leitfähigen Weg zu dem Material mit variabler Impedanz in den mehreren Löchern festlegen, wobei sich die Schaltungsschicht über der Übertragungsschicht erstreckt, und die Schaltungsschicht mit einem Muster versehen ist, um eine Schaltung auf der Übertragungsschicht auszubilden. Die Schaltungsschicht kann so mit der Substratschicht zusammenlaminiert sein, dass sich die Übertragungsschicht dazwischen befindet. Die Schaltungsschicht kann zumindest eine Kontaktanschlussfläche festlegen, wobei die Kontaktanschlussfläche über zumindest einem der Löcher angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung mit dem Material mit variabler Impedanz in dem zumindest einen Loch einzurichten.
Weiterhin wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte beschrieben, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellung einer dielektrischen Substratschicht, die ein Array aus Löchern aufweist, die sich durch sie erstrecken; Füllen der Löcher mit einem Material mit variabler Impedanz; Ausbildung eines Schaltungsmusters; und Verbinden des Schaltungsmusters mit dem Material mit variabler Impedanz in ausgewählten Löchern, wodurch ein Kurzschlussstromweg zwischen dem Schaltungsschicht und dem dielektrischen Substrat über ausgewählte Löcher ausgebildet wird.
Das Verfahren kann ebenfalls umfassen, eine Masseebene an einer Seite der dielektrischen Substratschicht vorzusehen, wobei das Vorsehen der Masseebene umfasst, die Masseebene mit der dielektrischen Substratschicht zusammen zu laminieren, nachdem das Array aus Löchern ausgebildet wurde. Alternativ kann die Bereitstellung der Masseebene umfassen, die Masseebene mit dem dielektrischen Substrat zusammen zu laminieren, bevor das Array aus Löchern ausgebildet wird. Weiterhin kann die Bereitstellung einer dielektrischen Substratschicht umfassen, ein Polyimidsubstrat vorzusehen, das vorher mit einer Metallfolie zusammenlaminiert wurde. Die Bereitstellung einer dielektrischen Substratschicht kann umfassen, ein starres Substratmaterial vorzusehen, oder kann umfassen, ein flexibles Substratmaterial vorzusehen. Das Verbinden des Schaltungsmusters kann umfassen, eine Übertragungsschicht an der Substratschicht anzubringen, wobei sich die Übertragungsschicht zwischen der Substratschicht und dem Schaltungsmuster erstreckt, und die Übertragungsschicht elektrisch leitend in einer Richtung normal zur Substratschicht ist, und in einer Ebene parallel zur Substratschicht isolierend ist. Das Verbinden des Schaltungsmusters kann umfassen, einen leitenden Kleber in z-Achsenrichtung auf die Substratschicht aufzubringen.
Es wird eine Ausführungsform einer Leiterplatte beschrieben, die ein dielektrisches Substrat aufweist; eine Vorrichtung zum Anschluss an elektrische Masse, wobei die Vorrichtung zum Anschluss mit dem Substrat verbunden ist; eine Vorrichtung zur Festlegung eines Schaltungsmusters auf dem Substrat, wobei die Vorrichtung zur Festlegung des Schaltungsmusters an das Substrat entgegengesetzt zur Vorrichtung zum Anschluss an elektrische Masse angeschlossen ist; und eine Vorrichtung mit variabler Impedanz, die in dem dielektrischen Substrat angeordnet ist, zur Einrichtung mehrerer Kurzschlusswege zwischen der Vorrichtung zur Festlegung des Schaltungsmusters und der Vorrichtung zum Anschluss an elektrische Masse in Reaktion auf Hochstoßspannungsereignisse.
Wahlweise kann die Leiterplatte eine Übertragungsvorrichtung zum Leiten eines Kurzschlussstroms von dem Leitungsmuster zur Vorrichtung zur Stoßspannungsunterdrückung umfassen, ohne benachbarte Kurzschlussstromwege kurzzuschließen. Die Übertragungsvorrichtung kann in einer ersten Richtung leitend ausgebildet sein, und in einer Ebene isolierend sein, die sich senkrecht zur ersten Richtung erstreckt. Das Substrat kann aus der Gruppe eines Polyimidmaterials, eines Flüssigkristallpolymers, einer FR-4-Platte, Phenolharz, Keramik, und Äquivalenten von diesen ausgewählt sein. Das dielektrische Substrat kann eben sein, und die Leiterplatte kann weiterhin eine Vorrichtung zur Aufnahme der Vorrichtung zur Stoßspannungsunterdrückung in der Ebene des dielektrischen Substrats aufweisen.
Zwar wurde die Erfindung anhand verschiedener, spezieller Ausführungsformen beschrieben, jedoch werden Fachleute auf diesem Gebiet erkennen, dass die Erfindung mit Abänderungen innerhalb des Wesens und Umfangs der Patentansprüche in die Praxis umgesetzt werden kann.

3

102: Ausbildung von Oberflächenmontage-Anschlussflächen (Schichten 4 und 5)
104: Ausbildung von Materialöffnungen (Schichten 1 und 2)
105: Elektrode ausformen
106: Laminieren der Schichten 1, 2, 4, und der Elektrode (Unterbaugruppe 1)
107: Material mit variabler Impedanz einbringen
108:: Schichten 3 und 5 laminieren (Unterbaugruppe 2)
110: Unterbaugruppe 1 und Unterbaugruppe 2 zusammenlaminieren
112: Abschlussöffnungen ausbilden
114: Einzelne Vorrichtungen vereinzeln
116: Abschlussöffnungen plattieren

7

202: Leitfähige Teilchen beschichten
204: Gummi/Lösungsmittel mischen
206: Mischung mit Füllstoffteilchen und Isolierteilchen
208: Umwälzmischung
210: Vulkanisieren

12

402: Elektrodenschicht ausbilden
404: Schichten 1, 2 und Elektrode zusammenlaminieren
406: Oberflächenmontageanschlussflächen ausbilden
408: Material mit variabler Impedanz einbringen
410: Schicht 3 aufbringen
412: Vorrichtungen vereinzeln

19

701: Substrat bereitstellen
702: Löcher ausbilden/Mustern
704: Löcher mit Material mit variabler Impedanz füllen
706: Masseebene vorsehen und anbringen
708: Übertragungsschicht vorsehen und anbringen

710: Schaltungsschicht bereitstellen und anbringen
712: Schichten anbringen

Claims

Stoßspannungs-Unterdrückungsvorrichtung, bei welcher vorgesehen sind: eine dielektrische Substratschicht, die eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche, und mehrere sich dadurch erstreckende Löcher festlegt; und ein Material mit variabler Impedanz, das im Wesentlichen jedes der mehreren Löcher in dem Substrat ausfüllt, wobei das Material mit variabler Impedanz eine relativ hohe Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt ist, und eine relativ niedrige Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom ausgesetzt ist, die bzw. der die vorbestimmte Schwelle überschreitet, wobei das Material mit variabler Impedanz einen Kurzschlussstromweg durch die Löcher ausbildet, wenn die niedrige Impedanz vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Übertragungsschicht aufweist, die an der ersten Hauptoberfläche vorgesehen ist, wobei die Übertragungsschicht elektrisch leitfähig in Richtung normal zur ersten Hauptoberfläche ist, und in Richtungen parallel zur Ebene der ersten Hauptoberfläche isolierend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Übertragungsschicht einen leitenden Kleber in z-Achsenrichtung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Schaltungsschicht aufweist, die einen leitfähigen Weg zu dem Material mit variabler Impedanz in den mehreren Löchern festlegt, wobei sich die Schaltungsschicht über der Übertragungsschicht erstreckt, und die Schaltungsschicht mit einem Muster versehen ist, um eine Schaltung auf der Übertragungsschicht festzulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Schaltungsschicht mit einer Substratschicht zusammenlaminiert ist, mit der Übertragungsschicht dazwischen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Schaltungsschicht zumindest eine Kontaktanschlussfläche festlegt, und die Kontaktanschlussfläche über zumindest einem der Löcher angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung mit dem Material mit variabler Impedanz in dem zumindest einem Loch einzurichten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiterhin eine Masseebene aufweist, die an die Substratschicht entgegengesetzt zur Schaltungsschicht angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Masseebene an die Substratschicht angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Substratschicht aus einem flexiblen Material hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher das flexible Material aus der Gruppe eines Polyimidmaterials, eines Flüssigkristallpolymers, oder eines entsprechenden Materials ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Substratschicht aus einem starren Material hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher das Substrat aus der Gruppe einer FR-4-Leiterplatte, Phenolharz, Keramik, oder einem entsprechenden Material ausgewählt ist.
Stoßspannungs-Unterdrückungsschaltungs-Leiterplatte, bei welcher vorgesehen sind: eine dielektrische Substratschicht, die eine erste Hauptoberfläche festlegt, eine zweite Hauptoberfläche, und mehrere beabstandete Löcher, die in einem Array angeordnet sind, wobei sich die Löcher zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche erstrecken, und jedes der Löcher eine Aufnahme für ein Material mit variabler Impedanz festlegt; eine Masseebene in direktem Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche der dielektrischen Substratschicht; und ein Material mit variabler Impedanz, welches im Wesentlichen jedes der mehreren Löcher in dem Substrat ausfüllt, wobei das Material mit variabler Impedanz eine relativ hohe Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt wird, und eine relativ niedrige Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom ausgesetzt ist, die bzw. der die vorbestimmte Schwelle überschreitet, wobei das Material mit variabler Impedanz einen Stromkurzschlussweg durch die Löcher zur Masseebene festlegt, wenn es die niedrige Impedanz aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, welche weiterhin eine Übertragungsschicht aufweist, die auf die erste Oberfläche aufgebracht ist, wobei die Übertragungsschicht in Richtung normal zur ersten Hauptoberfläche elektrisch leitend ist, und in der Ebene der ersten Hauptoberfläche elektrisch isolierend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Übertragungsschicht einen leitfähigen Kleber in Richtung der z-Achse aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, welche weiterhin eine Schaltungsschicht aufweist, die einen leitfähigen Weg zu dem Material mit variabler Impedanz in den mehreren Löchern festlegt, wobei sich die Schaltungsschicht über der Übertragungsschicht erstreckt, und die Schaltungsschicht mit einem Muster versehen ist, um eine Schaltung auf der Übertragungsschicht festzulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Schaltungsschicht so mit der Substratschicht zusammenlaminiert ist, dass sich die Übertragungsschicht dazwischen befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Schaltungsschicht zumindest eine Kontaktanschlussfläche festlegt, und die Kontaktanschlussfläche über zumindest einem der Löcher angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung mit dem Material mit variabler Impedanz in dem zumindest einen Loch einzurichten.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Substratschicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Polyimidmaterial, einem Flüssigkristallpolymer, einer FR-4-Leiterplatte, Phenolharz, Keramik, oder Äquivalenten von diesen.
Schaltungsleiterplatte, die eine eingebaute Stoßspannungsunterdrückung aufweist, wobei die Schaltungsleiterplatte aufweist: eine dielektrische Substratschicht, die aus einem Polyimidmaterial hergestellt ist, wobei die Substratschicht eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche, und mehrere sich dadurch erstreckende Löcher festlegt, und jedes der Löcher eine Aufnahme für ein Material mit variabler Impedanz festlegt; ein Material mit variabler Impedanz, das im Wesentlichen jedes der mehreren Löcher in dem Substrat ausfüllt, wobei das Material mit variabler Impedanz eine relativ hohe Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom bis zu einem vorbestimmten Schwellenwert ausgesetzt ist, und eine relativ niedrige Impedanz aufweist, wenn es einer Spannung und/oder einem Strom ausgesetzt ist, die bzw. der die vorbestimmte Schwelle überschreitet, wobei das Material mit variabler Impedanz einen Stromkurzschlussweg durch die Löcher zur Masseebene festlegt, wenn es die niedrige Impedanz aufweist; eine Übertragungsschicht, die sich über der ersten Hauptoberfläche erstreckt, und in direktem Kontakt mit dem Material mit variabler Impedanz auf der ersten Hauptoberfläche steht, wobei die Übertragungsschicht elektrisch leitend in Richtung normal zur ersten Hauptoberfläche ist, und in der Ebene der ersten Hauptoberfläche elektrisch isolierend ausgebildet ist; und eine Masseebene, die an die zweite Hauptoberfläche der dielektrischen Substratschicht anlaminiert ist, und in direktem Kontakt mit dem Material mit variabler Impedanz auf der zweiten Hauptoberfläche steht.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Übertragungsschicht einen leitfähigen Kleber in Richtung der z-Achse aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, welche weiterhin eine Schaltungsschicht aufweist, die einen leitfähigen Weg zu dem Material mit variabler Impedanz in den mehreren Löchern festlegt, wobei sich die Schaltungsschicht über der Übertragungsschicht erstreckt, und die Schaltungsschicht mit einem Muster versehen ist, um eine Schaltung auf der Übertragungsschicht festzulegen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Schaltungsschicht mit der Substratschicht so zusammenlaminiert ist, dass dazwischen die Übertragungsschicht vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Schaltungsschicht zumindest eine Kontaktanschlussfläche festlegt, und die Kontaktanschlussfläche über zumindest einem der Löcher angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung mit dem Material mit variabler Impedanz in dem zumindest einen Loch einzurichten.
Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellung einer dielektrischen Substratschicht, durch welche sich ein Array aus Löchern erstreckt; Füllen der Löcher mit einem Material mit variabler Impedanz; Ausbildung eines Schaltungsmusters; und Verbinden des Schaltungsmusters mit dem Material mit variabler Impedanz in ausgewählten Löchern, wodurch ein Kurzschlussstromweg zwischen dem Leitungsmuster und dem dielektrischen Substrat über die ausgewählten Löcher ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 25, welches weiterhin umfasst, eine Masseebene an einer Seite der dielektrischen Substratschicht vorzusehen.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die Bereitstellung der Masseebene umfasst, die Masseebene mit der dielektrischen Substratschicht zusammen zu laminieren, nachdem das Array aus Löchern ausgebildet wurde.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die Bereitstellung der Masseebene umfasst, die Masseebene an das dielektrische Substrat anzulaminieren, bevor das Array aus Löchern ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die Bereitstellung einer dielektrischen Substratschicht umfasst, ein Polyimidsubstrat zur Verfügung zu stellen, das vorher an eine Metallfolie anlaminiert wurde.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die Bereitstellung einer dielektrischen Substratschicht umfasst, ein starres Substratmaterial bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die Bereitstellung einer dielektrischen Substratschicht umfasst, ein flexibles Substratmaterial bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem der Anschluss des Schaltungsmusters umfasst, eine Übertragungsschicht an der Substratschicht anzubringen, wobei sich die Übertragungsschicht zwischen der Substratschicht und dem Schaltungsmuster erstreckt, und die Übertragungsschicht elektrisch leitend in einer Richtung normal zur Substratschicht ist, und in einer Ebene parallel zur Substratschicht isolierend ist.
Verfahren nach Anspruch 32, bei welchem der Anschluss des Schaltungsmusters umfasst, einen leitfähigen Kleber in z-Achsenrichtung auf die Substratschicht aufzubringen.
Leiterplatte, bei welcher vorgesehen sind: ein dielektrisches Substrat; eine Vorrichtung zum Anschluss an elektrische Masse, wobei die Vorrichtung zum Anschluss mit dem Substrat verbunden ist; eine Vorrichtung zur Festlegung eines Schaltungsmusters auf dem Substrat, wobei die Vorrichtung zur Festlegung des Schaltungsmusters an das Substrat entgegengesetzt zur Vorrichtung zum Anschluss an elektrische Masse angeschlossen ist; und eine Vorrichtung mit variabler Impedanz, die in dem dielektrischen Substrat angeordnet ist, zum Einrichten mehrerer Kurzschlussstromwege zwischen der Vorrichtung zur Festlegung des Schaltungsmusters und der Vorrichtung zum Anschluss an elektrische Masse, in Reaktion auf Hochspannungsstoßereignisse.
Leiterplatte nach Anspruch 34, welche weiterhin eine Übertragungsvorrichtung aufweist, um einen Kurzschlussstrom von dem Schaltungsmuster auf die Vorrichtung zur Stoßspannungsunterdrückung zu leiten, ohne benachbarte Kurzschlussstromwege kurzzuschließen.
Leiterplatte nach Anspruch 34, bei welcher die Übertragungsvorrichtung in einer ersten Richtung leitend ist, und in einer Ebene, die sich senkrecht zur ersten Richtung erstreckt, isolierend ist.
Leiterplatte nach Anspruch 34, bei welcher das Substrat aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polyimidmaterial, einem Flüssigkristallpolymer, einer FR-4-Leiterplatte, Phenolharz, Keramik, oder Äquivalenten von diesen besteht.
Leiterplatte nach Anspruch 34, bei welcher das dielektrische Substrat eben ist, und die Leiterplatte darüber hinaus eine Vorrichtung aufweist, um die Vorrichtung zur Stoßspannungsunterdrückung in der Ebene des dielektrischen Substrats aufzunehmen.