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Hintergrund
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Das
Gebiet der Erfindung ist der elektrostatische Entladungs-(ESD)Schutz,
und die Bereitstellung eines ESD Schutzes für Miniaturverbinder
und Verbindungsvorrichtungen. Insbesondere, betrifft die Erfindung
diskrete Miniaturverbindungsvorrichtungen für den Schutz
gegenüber ESD, die mit menschlichen und strukturellen Entladungen
von elektrischen Schaltkreisen (nachfolgend als ESD bezeichnet)
verbunden sind.
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In
elektronischen Geräten aller Art werden zunehmend Verbinder
und Platinen verwendet. Die in den Verbindern oder auf Platinen
ausgebildeten elektronischen Schaltungen, erfordern, wie elektronische Schaltungen
größeren Maßstabs, Schutz gegenüber elektrischer Überspannung.
Dieser Schutz wird gewöhnlich durch ladläufig
bekannte ESD Vorrichtungen bereitgestellt, die an der Platine körperlich
gesichert vorliegen.
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Beispielhaft
umfassen derartige Vorrichtungen Siliziumdioden- und Metalloxidvaristor-Vorrichtungen.
Diese Vorrichtungen weisen jedoch einige Probleme auf. Erstens,
sind zahlreiche Alterungsprobleme wohl bekannt, die mit diesem Vorrichtungstyp verbunden
sind. Zweitens können diese Vorrichtungstypen, wie ebenfalls
wohl bekannt ist, einen verhängnisvollen Ausfall durchmachen.
Drittens können diese Vorrichtungstypen während
einer Kurzschlusssituation durchbrennen oder ausfallen. Werden diese Vorrichtungen
während der Herstellung einer Platine verwendet, fallen
zahlreiche weitere Nachteile auf.
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In
der Vergangenheit wurde festgestellt, dass bestimmte Materialtypen
einen Schutz gegenüber schnellen kurzlebigen Überspannungsimpulsen innerhalb
elektronischer Schalttechnik bereitstellen können. Diese
Materialien umfassen mindestens jene Typen, die in den
US-P-4,097,834 ;
4,726,991 ;
4,977,357 und
5,262,754 vorkommen. Die
Zeit und Kosten, die jedoch mit dem Einbauen und der effektiven
Verwendung dieser Materialien in mikroelektronischen Schalttechniken
war und ist signifikant. Außerdem tendieren diese Vorrichtungen
dazu eine ESD Schutzvorrichtung aufzuweisen, die von möglichen Punkten des
Ursprungs eines ESD Ereignisses weit entfernt angeordnet ist, wodurch
die Ausbreitung einer Überlastung oder eine Bogenentladung
für eine beträchtliche Entfernung auftreten kann,
bevor die Überlastung zur Masse abgeleitet werden kann.
Es wäre wünschenswert das Überlastungsmaterial
und den Shunt bzw. Nebenschluss nahe einem Ursprungspunkt der Überlastung
anzuordnen.
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Obwohl
dies wünschenswert wäre, ist wegen des immer weiter
abnehmenden physikalischen Maßstabs und der immer kleiner
werdenden Dimensionen elektrischer Vorrichtungen die Anordnung einer
Entlastung und eines Shunts schwierig. Heutige Gestaltungen bzw.
Designs müssen in dem kleinsten verfügbaren Raum
die höchste Leistungsfähigkeit umfassen. Dies
lässt wenig Raum für selbst derart wichtige Merkmale
wie ESD Schutz. Es wäre wünschenswert, falls der
ESD Schutz ohne Änderung des Designs der elektrischen Vorrichtung,
die geschützt wird, hinzugefügt werden könnte.
Das heißt, es wäre wünschenswert, falls
der ESD Schutz auf eine nahezu modulare Weise mit äußerst
geringer oder keiner Änderung an der elektrischen Vorrichtung,
die geschützt wird, hinzugefügt werden könnte. Die
vorliegende Erfindung wird bereitgestellt, um diese und andere Probleme
zu verringern und zu lösen.
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Zusammenfassung
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Eine
Ausführungsform besteht in einem Verfahren zum Herstellen
eines Verbinders. Das Verfahren umfasst Schritte eines Formens mehrerer
Elektroden und ein Umgießen bzw. Eingießen (Insert
molding) der mehreren Elektroden in einen isolierenden Körper
mit einer Tasche. Das Verfahren umfasst ebenfalls einen Schritt
eines Formens eines diskreten elektrostatischen Entladungs-(ESD)Schutzarrays,
wobei der Schutzarray einen isolierten Träger, mehrere
Kontakte und einen Masseleiter umfasst, wobei die mehreren Kontakte
mit dem Masseleiter durch mehrere Lücken verbunden sind,
die mit einem spannungsvariablen Material (VVM) oder einer VVM-Vorrichtung
aus- bzw. gefüllt sind. Das Verfahren umfasst dann Schritte
eines Einfügens des Schutzarrays in die Tasche, und Anbringens
des Schutzarrays an mehrere Elektroden, um durch Anordnen des Arrays
und des Körpers in einem leitfähigen Gehäuse,
einen Verbinder zu bilden, wobei der Array durch eine federbelastete
oder eine Druckverbindung mit einem Masseleiter in Kontakt gehalten wird.
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Eine
andere Ausführungsform besteht in einem Verfahren eines
Bildens eines Arrays. Das Verfahren umfasst Schritte eines Bildens
eines isolierenden Gehäuses, Bilden eines Masseleiters
an einem ersten Bereich des Gehäuses, und Bilden mehrerer Kontakte
an einem zweiten Bereich des Gehäuses, wobei die mehreren
Kontakte durch mehrere Lücken von dem Masseleiter getrennt
vorliegen. Das Verfahren umfasst ebenfalls den Schritt eines Füllens
der mehreren Lücken mit einem VVM oder einer VVM-Vorrichtung,
und falls ein VVM verwendet wird, Aushärten des VVM, wobei
der Array für modulares Einfügen in eine elektrische
Vorrichtung konfiguriert ist, um einen ESD Schutz bereitzustellen,
wobei die mehreren Kontakte für einen Berührungs-Kontakt,
jedoch nicht für einen penetrierenden bzw. Durchdringungs-Kontakt
mit Leitungen der elektrischen Vorrichtung konfiguriert sind.
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Eine
andere Ausführungsform besteht in einer elektrischen Schaltschutzvorrichtung.
Die elektrische Schaltschutzvorrichtung umfasst ein elektrisch isolierendes
Substrat, mindestens einen ersten elektrischen Kontakt, der an dem
Substrat angeordnet vorliegt, und mehrere zweite elektrische Kontakte, die
an dem Substrat angeordnet vorliegen, worin die mehreren zweiten
elektrischen Kontakte von dem mindestens einen ersten elektrischen
Kontakt beabstandet sind, um mehrere Lücken auszubilden.
Die elektrische Schaltschutzvorrichtung umfasst ebenfalls ein VVM
oder eine VVM Vorrichtung, die in den mehreren Lücken angeordnet
vorliegen, wobei die VVM oder die VVM Vorrichtung, worin die VVM
oder VVM-Vorrichtung den mindestens einen ersten elektrischen Kontakt
mit den mehreren zweiten elektrischen Kontakten verbindet, wobei
die elektrische Schaltschutzvorrichtung eine diskrete Einheit bildet, die
zur lösbaren bzw. entfernbaren Anordnung in einer elektrischen
Vorrichtung geeignet ist, um mindestens eine Schaltung zu schützen,
wobei die elektrische Schaltschutzvorrichtung für einen
Berührungs-Kontakt, jedoch nicht für einen Durchdringungs-Kontakt
mit einer Leitung der mindestens einen Schaltung konfiguriert ist.
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Eine
andere Ausführungsform besteht in einer elektrischen Schaltschutzvorrichtung.
Die elektrische Schaltschutzvorrichtung umfasst ein Substrat, erste
und zweite Elektroden, die an dem Substrat angeordnet und durch
eine Lücke voneinander beabstandet vorliegen, und ein VVM
oder eine VVM Vorrichtung, die an dem Substrat in der Lücke
abgeordnet ist, wobei die VVM oder VVM Vorrichtung die erste Elektrode
mit der zweiten Elektrode verbindet, worin die elektrische Schaltschutzvorrichtung
eine diskrete Einheit bildet, die für eine lösbare
Anordnung in einer Tasche einer elektrischen Vorrichtung geeignet ist,
um mindestens eine Schaltung zu schützen, die mit der elektrischen
Vorrichtung verbunden vorliegt, worin die elektrische Schaltschutzvorrichtung
durch eine Druckverbindung für eine Verbindung mit der mindestens
einen Schaltung oder einer Masse konfiguriert ist.
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Eine
andere Ausführungsform besteht in einer elektrischen Schaltschutzvorrichtung.
Die Vorrichtung umfasst ein elektrisch isolierendes Substrat, eine
erste gemeinsame Elektrode, die an dem Substrat angeordnet vorliegt,
mehrere zweite Elektroden, die auf dem Substrat angeordnet und von
der ersten Elektrode beabstandet sind und ihr gegenüberstehen,
um Lücken zu bilden, und ein VVM oder eine VVM Vorrichtung,
die an dem Substrat in den mehreren Lücken angeordnet ist,
und wobei die erste gemeinsame Elektrode mit den mehreren zweiten
Elektroden verbunden wird, worin die elektrische Schaltschutzvorrichtung
als eine diskrete Vorrichtung zum Einfügen in und Entfernen
von einer elektrischen Komponente konfiguriert ist, ohne dass eine
Passung oder eine Funktion der elektrischen Vorrichtung mit Ausnahme
des Schutzes der mehreren Schaltungen beeinflusst wird.
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Es
werden hier weitere Merkmale und Vorteile beschrieben, die aus der
folgenden ausführlichen Beschreibung und den Figuren offenbaren
werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1A und 1B stellen
perspektivische Ansichten von der Rück- und der Vorderseite
eines Mikro-USB Verbinders dar, der zum Montieren an eine elektrisch
Schaltschutzvorrichtung konfigurieret ist, wobei zur Klarheit das
Schild bzw. die Abschirmung entfernt wurde;
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2A und 2B stellen
perspektivische Ansichten von der Vorder- und der Rückseite
einer ersten Ausführungsform einer elektrischen Schaltschutzvorrichtung
dar;
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3 stellt
eine perspektivische Ansicht eines leitfähigen Gehäuses
oder Schilds für eine geschützte elektrische Vorrichtung
dar;
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4 stellt
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform
einer elektrischen Schaltschutzvorrichtung von oben dar;
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5 stellt
eine Seitenansicht der elektrischen Schaltschutzvorrichtung von 4 dar,
die an eine elektrische Vorrichtung montiert vorliegt;
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6 stellt
eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform
einer elektrischen Schaltschutzvorrichtung von oben dar;
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7 stellt
eine Seitenansicht der elektrischen Schaltschutzvorrichtung von 6 dar,
die an eine elektrische Vorrichtung montiert vorliegt;
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8 stellt
eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform
einer elektrischen Schaltschutzvorrichtung dar;
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9 stellt
eine Seitenansicht der elektrischen Schaltschutzvorrichtung von 8 dar,
die an eine elektrische Vorrichtung montiert vorliegt;
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10 stellt
eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform dar;
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11 stellt
eine ausführlichere Ansicht der Ausführungsform
von 10 dar;
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12 stellt
eine perspektivische Ansicht eines Verbinders dar, der mit Elektroden
und einem ESD Array gebildet wurde, der bereits mit den Elektroden
verbunden ist;
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13 stellt
eine andere Ausführungsform eines Schutzarrays dar; und
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14 stellt
noch eine andere Ausführungsform eines Schutzarrays dar.
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Ausführliche Beschreibung
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Es
werden hier lediglich einige der zahlreichen Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Dem Fachmann werden noch viele mehr unter
Verwendung der hier dargestellten Beispiele offenbar. Wie vorstehend
erwähnt, wäre es wünschenswert, falls
ein ESD Schutz, beispielsweise als Nachrüstung oder Umbau,
einer elektrischen Vorrichtung hinzugefügt werden könnte,
während eine geringe oder keine Änderung in der
elektrischen oder körperlichen Gestaltung einer elektrischen
Vorrichtung, für die Schutz gesucht wird, erforderlich
ist. Im Allgemeinen würde eine derartige Gestaltung lediglich
ein Anordnen des Überlastungsschutzes angrenzend oder in
Berührungskontakt mit elektrischen Verbindern erfordern, die
wahrscheinlich einem ESD ausgesetzt sind. Eine derartige Gestaltung
würde keine körperliche Durchdringung eines/einer
elektrischen Verbinders oder Elektrode durch die Schutzvorrichtung
erfordern. Beispielhaft ist die
US-P-5,278,535 , in der ein Laminat in durchdringendem
Kontakt mit einer Reihe von Stiften eines Verbinders angeordnet
vorliegt. Das Laminat selbst erfordert eine Änderung der
Gestaltung des Verbinders dergestalt, dass das/die Verbindergehäuse
und -stifte groß genug sein müssen, um die Höhe des
Laminats aufzunehmen.
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Beispielsweise
erfordert eine Durchdringung oder ein durchdringender Kontakt zumindest
eine Betrachtung eines Höhenaufbaus und einer Toleranzstapelung
der zusätzlichen Teile, in denen eine Durchdringung auftritt.
Dies kann die Gestaltung und Herstellung kleiner Teile, wie beispielsweise
Verbinder, kleine Platinen, kleine flex bzw. flexible Schal tungen
und so weiter, signifikant ändern. Hinzufügen
eines ESD Schutzes wird ohne Änderung der Gesamtgestaltung
des Teils in gewünschter Weise vollbracht, wobei vielmehr
die elektrische und mechanische Gestaltung lediglich minimal beeinflusst
wird. VVMs weisen normaler Weise einen/eine sehr hohen elektrischen
Widerstand oder Impedanz bei normalen betriebsbedingten Spannungsniveaus
auf. Beispielsweise wird eine typische Lücke eines Tausendstels eines
Zolls (2,54 cm), das mit einem VVM gefüllt ist eine Widerstandsfähigkeit
in der Größenordnung von 109 Ohm
oder mehr aufweisen. Dieser Widerstand ist, verglichen mit dem normalen
Weg für die Elektrizität, der normaler Weise ein
geschlossener Weg mit signifikant geringerem Widerstand ist, groß.
Im Allgemeinen kann eine mit VVM gefüllte Lückenvorrichtung
als eine sehr kleine Kapazität zur Masse ausgelegt werden,
die unter normalem Schaltbetrieb keine Konsequenzen aufweist. Tritt
ein ESD Zustand auf, wird das VVM für eine sehr kurze Zeitdauer äußerst leitfähig,
beispielsweise weniger als 100 Ohm, wodurch eine Entlastung von
dem ESD durch eine Sicherheitsableitung des ESD zur Masse stattfinden kann.
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Herstellung eines ESD Array
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Ein
Verbinder stellt ein Beispiel für eine elektrische Komponente
dar, in die Schutz eingebaut werden kann, um elektronische Vorrichtungen,
wie beispielsweise integrierte Schaltungen innerhalb eines Ausrüstungsgegenstands,
wie einem Mobiltelefon oder einem MP-3 Spieler, zu schützen.
Ein Bereich eines Mikro-USB (universellen seriellen Bus) Verbinders,
der einen derartigen ESD Schutz umfasst, ist in 1A und 1B dargestellt.
Um diesen Bereich des Verbinders 10 zu bilden, wird gewöhnlich
ein Array von Elektroden oder Leitern 16 in einem Spritzgießwerkzeug
zum Eingießen angeordnet. Die Spritzgießform umfasst
interne Merkmale, die diese Elektroden oder Leiter genau positionieren
und halten, wenn die Form geschlossen wird und ein Injektionszyklus
abläuft. Der Körper 12 wird so um die
Elektroden 16 geformt. Der Körper 10 bildet
zusammen mit dem Gehäuse 30 einen vollständigen
Mikro-USB Verbinder.
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Die
hinteren Bereiche 16A der oberen Oberfläche der
Elektroden 16, sichtbar in 1A, sind
so angeordnet und konfiguriert, um mit einer Platine (PCB) oder
einer anderen Vorrichtung verbunden zu werden. Der vordere Bereich 14 und
der abgewandte Bereich 16B der Elektroden 16,
sichtbar in 1B, sind für eine Verbindung
mit einem Stecker, beispielsweise einem Mikro-USB Stecker konfiguriert. Die
hinteren Endbereiche 16A der Elektrode enden nahe einem
Hinterende 13 des Körpers 12, das ebenfalls
eine offenes Fenster oder Tasche 18 umfasst.
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Wie
ebenfalls in 1B gezeigt ist, sind die Elektroden 16 annähernd
S-förmig, und erstrecken sich durch den Körper 12 von
der Rückseite 13 zu der abgewandten, vorderen
Seite 14. In einer Ausführungsform sind die Elektroden
verzinntes Kupfer oder eine verzinnte Kupferlegierung. Die Elektroden
weisen zwei Enden auf, ein Ende 16A mit oberen Oberflächen
zum Verbinden mit einer Platine oder einer anderen Vorrichtung,
und ein zweites Ende 16B mit Oberflächen zum Verbinden
mit einem Stecker, wie beispielsweise einem USB Stecker. Es ist
klar, dass diese oder andere Konfigurationen mit jedem erwünschten
Verbinder angewendet werden können. Werden der Verbinder 10 und
der Schirm 30 an den ESD Array montiert, wie nachfolgend
beschrieben, kann Wärme verwendet werden, um ein Wiederaufschmelzlöten
anzuwenden oder den Array auf andere Weise mit einem Bereich der
Elektroden 16, gezeigt in Fenster 18, zu verbinden.
Die Wärme verläuft durch den Kurzbereich 16A der
Elektroden 16 in dem Hinteren des Verbinders zu dem Bereich
der Elektroden, die in dem Fenster 18, wie in 1A gezeigt, sichtbar
sind. Wie in 1A und 1B gezeigt, kann
dies ein relativ kurzer Weg sein. Alternativ, kann die Verbindung
lediglich als eine Druckverbindung nicht verlötet sein.
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In
diesem Beispiel gibt es fünf Leitungen oder Elektroden 16,
die als ein V+ Leiter, ein digitaler Masseleiter, ein Kennungsleiter
und zwei Datenleiter verwendet werden können. Andere Ausführungsformen
können andere Verwendungen für die Elektroden
und die Leiter aufweisen. Einige Ausführungsformen können
für alle fünf Leiter ESD Schutz bereitstellen,
während andere wünschen, lediglich den Identifikationsleiter
und die zwei Datenleiter zu schützen. Andere Ausführungsformen
können andere Schutzerfordernisse aufweisen. Es wird angemerkt, dass
das vorstehend in 1A erläuterte Fenster 18 einen
Kontakt zwischen den Elektroden 16 in dem Array ermöglichen
kann, der nachfolgend mit Bezug auf 2A und 2B besprochen
wird.
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Die 2A und 2B zeigen
eine elektrische Schaltschutzvorrichtung, oder einen ESD Schutzarray 20.
Die elektrische Schaltschutzvorrichtung 20 umfasst, wie
in 2A gezeigt, einen isolierenden Körper 22 mit
einem Kupferleiter 23 an der oberen Seite 21,
und wie in 2B gezeigt, an der unteren Seite 29.
Das Kupfer an der oberen und unteren Seite wird durch eine oder
mehrere durchmetallisierte bzw. -plattierte Öffnungen (PTH)
oder Bohrungen 24 verbunden. Folglich sind die obere 21 und
untere Seite 29 zu jeder Zeit elektrisch verbunden. Eine Verbindung
zur Masse wird zu der unteren Seite 29 durch Drücken
oder Anbringen eines Masseleiters an die leitfähige Oberfläche
hergestellt. Die elektrische Schaltschutzvorrichtung 20 wird
als eine einzelne, einheitliche, diskrete Vorrichtung, in dem Sinne
einer getrennten und individuellen distinkten Entität oder Teil
hergestellt. Nachdem die elektrische Schaltschutzvorrichtung 20 hergestellt
wurde, kann sie folglich aufgenommen und in eine beliebig gewünschte und
auf geeignete Weise konfigurierte elektrische Vorrichtung, wie beispielsweise
den in 1A gezeigten Verbinder, angeordnet
werden, um einen ESD Schutz zu bilden.
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Neben
Kupfer oder einer anderen Metallisierung, kann ein Weg zur Masse
durch Aufbringen eines leitfähigen Haftmittels, wie beispielsweise
einer leitfähigen Epoxidpaste oder eines Film erreicht
werden. Es können andere Filme, wie beispielsweise anisotroper
leitfähiger Film (ACF) verwendet werden. Ein ACF ist so
gestaltet, dass Elektrizität aufgrund einer strategischen
Anordnung kleiner leitfähiger Elemente, die sich in der
Tiefenrichtung abgleichen lediglich durch dessen Tiefe geleitet
wird, die folglich einen geringen Widerstand aufweist, als vielmehr über
dessen Weite oder Länge, die einen höheren Widerstand
aufweist. ACFs sind von der 3M Company, St. Paul, MN, USA, verfügbar.
Andere Leiter, wie beispielsweise gefülltes Silikon, können
ebenfalls verwendet werden, um einen ESD zur Masse zu leiten, was
folglich eine elektrische Vorrichtung schützt.
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Die
obere Seite 21, ist, wie in 2A gezeigt,
vorgesehen die Seite zu sein, die zuerst in die Tasche 18 von 1A eingefügt
wird. Die obere Seite 21 des Array 20 umfasst
fünf Sätze erhöhter Auflager 26,
wobei jeder Satz ein Paar von Auflagern 26 an jedem Umfang
der oberen Seite 21 umfasst. Die Auflager 26 werden
durch Anbringen diskreter Leiter gebildet, indem die zehn Auflager
selektiv auf die Oberfläche plattiert sind, oder durch
Formen von Lötbuckeln bzw. -punkten in den ausgewählten
Stellen, gebildet. Die Auflager 26 werden nicht direkt
mit der Kupferplattierung 23 verbunden. Anstelle davon
befindet sich eine Lücke 27 zwischen dem Kupferleiter 23 und
jedem der Auflager 26.
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Die
Lücke
27, die horizontal, vertikal oder beides
sein kann, ist vorgesehen mit einem/r kleinen Anteil bzw. Menge
28 von
VVM gefüllt zu werden. Das VVM härtet anschließend
aus und eine konforme Beschichtung (nicht gezeigt) wird über
der VVM aufgebracht. Konforme Beschichtungen sind zumindest in
US-P-5,974,661 beschrieben,
die dem Rechtsnachfolger des vorliegenden Patents übertragen
wurde und hierdurch mit Bezugnahme in dessen Gesamtheit aufgenommen
wurde und darauf beruht. Es wird angemerkt, dass der Array
20 in
dem Fenster
18 von
1A lösbar
angeordnet werden kann, falls die Auflager metallisiert bzw. plattiert
sind oder falls die Lötbuckel nicht aufgeschmolzen werden,
um eine feste Verbindung herzustellen. Falls der Array an die Elektroden
gelötet wird, kann die Anordnung immer noch durch Erwärmen
des Array reversiert und kann von der gelöteten Verbindung
entfernt werden, ohne dass die Elektroden
16 oder Verbinder
10 zerstört werden.
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Ein
VVM weist elektrische Eigenschaften eines sehr hohen Widerstands
bei einer/m gering angewendeter/n Spannung oder Strom auf, und einen sehr
niedrigen Widerstand bei einer angewendeten hohen Spannung. VVMs
sind gewöhnlich Verbundmaterialien mit einer polymeren
Matrix und einem oder mehreren Füllmaterialien, die isolierend,
halbleitfähig, oder leitfähig sein können.
VVMs sind in verschiedenen Patenten beschrieben, die dem Rechtsnachfolger
des vorliegenden Patents übertragen sind. Diese Patente
umfassen die folgenden
US-P-4,813,891 ;
5,183,698 ;
5,278,535 ,
5,340,641 ;
6,191,928 ,
6,547,597 ;
6,693,508 ;
7,183,891 ; und
7,202,770 wobei
jedes hier durch Bezugnahme in dessen Gesamtheit aufgenommen wird
und sich darauf verlässt. In anderen Ausführungsformen
kann ein Schutzarray einfach durch Einfügen eines geeignet bemessenen
spannungsvariablen Bandes bzw. Streifen, ebenfalls bekannt als SurgX
TM leitfähiges Material, gebildet
werden, das ebenfalls Eigenschaften eines hohen Widerstandes bei
geringer Spannung und geringen Widerstand bei hoher Spannung aufweist.
Das Band kann in Verbindung mit einem Substrat, wie beispielsweise
einem Metall oder einer leitfähigen Platte, verwendet werden,
die die geeignete Dicke und Masseverbindungen bereitstellt, wie für
den vorstehend beschriebenen Array
20. Diese Bänder
werden ausführlicher in
US-P-5,955,762 und
5,970,321 beschrieben, die
hier durch Bezugnahme in deren Gesamtheit aufgenommen sind, wobei
sich darauf verlassen wird.
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Der
Array 20 ist für eine Anordnung in dem Verbinderkörper 10 konfiguriert,
wobei die zwei, wie in 3 gezeigt, für eine
Anordnung mit dem leitfähigen Gehäuse oder Schirm 30 vorgesehenen
sind. Das Gehäuse 30 wird aus einem einzelnen
Stück Metall 31, wie beispielsweise verzinntem
rostfreiem Stahl, gestempelt, und durchlocht, gestanzt und, wie gezeigt,
geformt. Die obere Seite umfasst einen Bereich 32 mit einem
Schlitz und einen zweiten Bereich 33 mit einer Nase bzw.
einem Etikett, die/das beim Schließen des Gehäuses
mit dem Schlitz zusammenpasst. Die linke und rechte Seite 34, 35 können, wie
gezeigt, Nasen aufweisen, die als Einfügeführungen
für Gegenstecker dienen. Die Rückseite 36 ist, wie
gezeigt, gebildet und umfasst zwei nach innen neigende Zungen oder
Federn 37, die aus dem gleichen Metallstück 31 gebildet
sind. Die Federn 37 drängen den Array 20 innerhalb
der Tasche 18 in Kontakt mit den Elektroden 16,
wobei durch die Federn 37 und Nasen 38 der/die
elektrische Schaltweg bzw. Leiterbahn zur Masse vervollständigt
wird. Die Nasen 38 an der oberen Seite verbinden die Auflager (nicht
gezeigt) an einer Platine oder anderen Vorrichtung, um die elektrische
Masse für einen ESD Schutz bereitzustellen.
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Eine
zweite Ausführungsform eines Array oder Moduls zum ESD
Schutz ist in 4 gezeigt. Modul 40 umfasst
einen isolierenden Körper 42, der aus Kunststoff,
FR-4, Keramik, Glas-Keramik, oder einem anderen isolierenden Körper
hergestellt sein kann. Modul 40 umfasst zwei Sätze 41, 49 von
erhöhten Auflagern. Der erste Satz 41 von erhöhten
Auflagern ist nicht elektrisch verbunden, dient jedoch lediglich
dazu, wie nachfolgend erklärt wird, eine Niveau- bzw. Ebenenhöhe
zu gewährleisten. Der zweite Satz 49 umfasst drei
getrennte Auflager, die sich auf einer Reihe von Leitern oder Spuren 48 befinden. Die
Spuren 48 können Kupfer, Aluminium oder ein anderes
leitfähiges Metall sein. Eine Hüll-Masse 44 wird
auf den Körper 42 plattiert, um in dem Fall eines ESD
Ereignisses als eine Masse zu dienen. Die Spuren 48 sind,
wie gezeigt, von der Masse 44 durch die Lücken 46 für
das VVM Material getrennt.
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In
Ausführungsform der Erfindung, wird das Modul hergestellt,
indem mit einem Block oder einer Folie isolierenden Materials 42 gestartet
bzw. begonnen wird. Die Spuren 48 und die Hüll-Gruppe 44 werden
als ein einheitliches Material auf dem Block plattiert, wobei die
Lücken 46 später durch Schneiden, Ätzen
oder auf andere Weise Entfernen von Metall, gebildet werden. Die
Sätze 41, 49 werden anschließend
durch einen oder mehrere Metallisierungsschritte gebildet. In anderen
Verfahren werden Lötbuckel, Lötauflager oder andere
leitfähige Materialien in den gezeigten Bereichen ausgebildet.
Das VVM Material 45 wird dann durch eine eine Flüssigkeit
oder Paste ausgebende Maschine in die Lücken plattiert und
gehärtet. Eine konforme Beschichtung 43 kann dann
auf bzw. über einem Verbinder angeordnet werden. Die konforme
Beschichtung 43 wird dann gehärtet, entweder nach
Formen oder nach Anordnen in einem Verbinder, der so gestaltet wurde,
dass er Modul 40 für einen ESD Schutz des Verbinders
aufnimmt. Wie nachfolgend besprochen, können VVM Materialien,
wie beispielsweise Varistoren ebenfalls anstelle von VVM Material
selbst verwendet werden.
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Der
Array 40 ist, wie in der räumlichen Anordnung
von 5 gezeigt, zur Anordnung in einer Tasche eines
Verbinders oder einer anderen Vorrichtung gestaltet. In dieser Zeichnung
ist Array 40 in einer Tasche 53 eines Verbinderkörpers 50 angeordnet,
wobei der Verbinderkörper mindestens einen Leiter oder
eine Elektrode 51 umfasst. Die Elektrode ist aus einem
Leiter, wie beispielsweise verzinntem Kupfer, oder einer verzinnten
Legierung von Kupfer hergestellt. Die Elektrode wird mit einem kurzen
Bereich 52 zum Verbinden mit einer Platine eines Mobiltelefons,
eines MP-3 Spielers, oder einer anderen kleinen tragbaren elektrischen
oder Kommunikation-Vorrichtung, hergestellt. Der lange Bereich umfasst
einen geraden Bereich 58, der parallel zu dem kurzen Bereich 52 verläuft,
einen Endbereich 59, der mit einem Winkel zu dem geraden
Bereich ausgebildet ist, um eine Anordnung in einem Verbinder zu
erleichtern, und ist beispielsweise dazu vorgesehen mit einem USB
Stecker zusammenzupassen.
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Die
Elektrode 51 weist ebenfalls einen Zentralbereich 54 auf,
der sich senkrecht zu den kurzen und geraden Bereichen 52, 58 befindet.
Der Zentralbereich 54 umfasst eine Lücke 56,
wobei die Lücke so gestaltet ist, dass die Tasche 53 und
Array 40 an der Lücke 56 zentriert sind.
Auf diese Weise werden Arbeitsauflager 49 mit der Elektrode 51 in
Kontakt gebracht, wobei Abstands-Auflager 41 dazu dienen
den Array 40 flach bzw. eben zuhalten und in der Tasche auszurichten.
Der Array wird allgemein parallel zu dem Zentralbereich der Elektrode,
zwischen dem kurzen PCB Verbindungsbereich 52 und dem Kabelverbindungsbereich 59 angeordnet.
Der Vorteil des Array oder Moduls in dieser Gestaltung besteht darin, dass
der Schutzarray direkt an dem Verbinder angeordnet ist. Falls ein
ESD Ereignis mit dem Verbinderende 59 gekoppelt ist, wird
der ESD Array angrenzend an den Platinen-Verbinderbereich 52 angeordnet
und kann die/den Überschussspannung oder -strom sofort
zu der Masse 44 ableiten.
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Eine
andere Ausführungsform eines Array und eine Anwendung für
den Array wird in den 6–7 gezeigt.
Ein ESD Array 60 umfasst eine Reihe leitfähiger
Auflager 61, wobei die Auflager an einem isolierenden Körper 62 angebracht
sind, und ein Reihe von Spuren 63. Der/Die Massestreifen
bzw. Massebrücke 64 ist mit einem leitfähigen,
plattierten Weg 65 verbunden, der sich durch den Körper 62 zu einer
Schicht 68 auf dem Boden des Körpers erstreckt.
Ein VVM Material 67 ist in den Lücken angeordnet
und wird später gehärtet. Eine konforme Beschichtung 69 wird
dann auf dem VVM Material 67 angeordnet. Mehrere Ausführungsformen
können eine konforme Beschichtung nicht verwenden. In diesem
Beispiel befinden sich folglich die leitfähigen Auflager
an der oberen Seite des Körpers 62, während
die Masseverbindung an der abgewandten, unteren Seite des Körpers
hergestellt wird.
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Das
Modul 60 ist zur Verwendung mit dem in 7 gezeigten
Verbinder ausgebildet. In dieser Gestaltung umfasst der Verbinder 70 eine
oder mehrere Elektroden 71, wie beispielsweise drei Elektroden
für drei Auflager des Moduls. In einer Ausführungsform können
diese drei Elektroden zwei Datenleiter und ein Identifikationsleiter
für einen Verbinder und andere Vorrichtungen hinter dem
Verbinder schützen. Die Elektrode 71 umfasst einen
kurzen Bereich 72 zum Anbringen an eine Platine oder eine
andere Vorrichtung, einen langen Bereich 78, der allgemein
parallel zu dem kurzen Bereich 72 verläuft, und
einen Endbereich 79, der mit einem Winkel zu dem langen
Bereich ausgebildet vorliegt. Der Zentralbereich 74 ist zwischen
und einem Winkel zu dem kurzen und langen Bereich 72, 78 angeordnet.
Der Verbinderkörper 70 umfasst eine Tasche 73,
in der das Modul 60 eingefügt vorliegt. In dieser
Gestaltung liegt das Modul ebenfalls mit einem Winkel zu dem geeigneten
Bereich 74 der Elektroden 71 vor.
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In 8–9 ist
eine andere Ausführungsform eines Array und eine Anwendung
gezeigt. Array 80 umfasst einen isolierenden Körper 81,
mehrere leitfähige Spuren 82 und auf den Spuren 82 eine
gleiche Anzahl von leitfähigen Auflagern oder Lötbuckeln 89.
Die Spuren 82 sind von einer zweiten Anzahl leitfähiger
Spuren 84 durch eine Reihe von Lücken 83 getrennt.
Es wird beabsichtigt die Lücken mit VVM Material 85 zu
füllen, über dem eine konforme Beschichtung 86 ausgebildet
ist. Die Spuren 84 sind in einem Massestreifen 88 an
der linken oder rückwärtigen Seite des isolierenden
Körpers 81 verbunden.
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In
dieser Ausführungsform, liegt, wie in 9 gezeigt,
das Modul 80 zum Einfügen in die Tasche 93 des
Verbinders 90 gestaltet vor. Der Verbinder 90 umfasst
einen isolierenden Körper 91 und mehrere Elektroden 92,
von denen lediglich eine in 9 gezeigt
ist. Die Elektrode umfasst parallele kurze und lange Bereiche 96, 97 und
einen zentralen, senkrechten Bereich 95, mit dem ein Auflager 89 des Array 80 verbunden
ist. Der terminale Bereich 94 der Elektroden ist für
eine einfachere Verbindung an ein Kabel oder eine andere Vorrichtung
gewinkelt. Wie in 9 gezeigt, ist die Tasche 93 selbst
mit einer geringfügig erhöhten Höhe aufgrund
des VVM85 und der konformen Beschichtung 86 ausreichend
groß, um das Modul 80 aufzunehmen.
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Weitere
Ausführungsformen sind in den 10 und 11 dargestellt.
In 10 ist ein ESD Array 100 mit einem Verbinder
oder einer Elektrode 101 durch eine oder mehrere mechanische
Abstandsbolzen 104 verbunden, die zwischen der inneren
Oberfläche des Array und der Oberfläche der Elektrode
einem Raum 108 bereitstellen. Die Masseplatte 103 an
der unteren Seite des Array 100 ist für eine Verbindung
zur Masse vorgesehen, während ein Verbinder 106 an
der oberen oder abgewandten Seite des Array über VVM 110 in
dem Raum 108 mit der Elektrode 101 verbunden ist.
Eine konforme Beschichtung kann ebenfalls in dem Bereich der Elektrode 101 verwendet
werden, wo die Elektrode mit VVM 110 verbunden ist. Wie
vorhergehend angemerkt, ist das kurze Ende 102 der Elektrode
das Ende, das Wärme aufnimmt, wenn die Elektroden in dem
späteren Prozess mit einer elektrischen Vorrichtung verbunden
sind.
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Herstellung eines mit Elektroden verbundenen
ESD Array
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Zusätzlich
zu den vorstehend dargelegten Ausführungsformen, in denen
der ESD Array in modularer Weise Elektroden oder einem Verbinder
hinzugefügt werden kann, können andere Ausführungsformen
einen Array bilden, wobei er anschließend direkt mit den
Elektroden oder mit dem Verbinder geformt wird. 12 zeigt
Komponenten zum Einfügen oder einem anderen Formen, wobei
ein Grundriss bzw. Entwurf des Verbinders, in den sie geformt sind, in
gestrichelten Linien gezeigt ist.
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Der
Verbinder 120 (in gestrichelten Linien) wird hergestellt,
indem zuerst eine Reihe von Elektroden 121 und ebenfalls
ein Array 127, wie vorstehend besprochen, hergestellt wird.
Der Array 127 kann dann mit den Elektroden, oder in dieser
Ausführungsform, mit drei der Elektroden 121 verbunden
werden. Die Elektroden 121 und der Array 127,
mit dem sie durch Löten oder eine andere Technik verbunden wurden,
werden dann einge- bzw. umgossen. Dies kann durch Anordnen der verbundenen
Elektroden und des Array in ein Spritzgießwerkzeug vollbracht werden.
Alternativ kann es dadurch vollbracht werden, dass die verbundenen
Komponenten in einem Thermoformenwerkzeug oder Formpresswerkzeug angeordnet
werden.
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Wie
der Fachmann erkennen wird, sind diese Teile für gewöhnlich,
jedoch nicht notwendiger Weise, sehr klein, und Net Shaping oder
near Net Shaping stellt ein erwünschtes ökonomisches
Merkmal eines jeden derartigen Prozesses dar. Folglich kann es erforderlich
sein die Enden der Elektroden 121 von dem Ausformungskunststoff
so abzuschirmen, dass die Enden nicht gesäubert werden
müssen bevor sie durch Löten oder auf andere Weise
mit anderen Komponenten verbunden sind. Die Masseverbindungsseite
des Array 127 sollte ebenfalls angrenzend an einer Oberfläche
des Werkzeugs, das für Spritz- oder anderes Gießen
verwendet wird, angeordnet sein, so dass, wie vorstehend besprochen,
die Verbindungsseite kein umfassendes Säubern erfordert,
bevor der Verbinder in einem leitfähigen Gehäuse
oder Schirm angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen
kann eine Formentrennung oder eine andere einfach zu entfernende,
schützende Beschichtung verwendet werden, um die Oberfläche
so zu schützen, dass ein minimales zusätzliches
Säubern erforderlich ist.
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Weitere Array Ausführungsformen
mit VVM Vorrichtungen oder Varistoren
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Zusätzlich
zu den vorstehend besprochenen Arrays können andere Ausführungsformen,
die eher VVM Vorrichtungen verwenden als strenge bzw. strikte VVM
Materialien, ebenfalls hergestellt und verwendet werden. In 13 ist
eine Nacktchipmontage Halbleiter-Ausführungsform gezeigt.
Der Nacktchipmontage Schutzarray 130 ist im Prinzip zu
den anderen hier besprochenen Arrays ähnlich, wobei jedoch
eine Halbleiter-Schutzvorrichtung, wie beispielsweise ein Varistor,
eher verwendet wird als VVM Flüssigkeit oder Paste. Der
Schutzarray 130 umfasst ein Substrat 131 und mehrere
Spuren 132 für eine Verbindung mit Vorrichtungen,
die über Lötbuckel 133 geschützt
werden sollen. Die Spuren 132 werden mit einem Kombinationsvaristor 135 verbunden,
der drei Schutzvaristoreinheiten umfasst, eine für jede
der über die Spuren 132 und Lötbuckel 133 zu
verbindende Schutzvorrichtungen.
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Die
Verbindungen zwischen den Spuren
132 und dem Kombinationsvaristor
135 werden
durch Verbindungsdrähte
139 hergestellt. Varistoren
sind elektronische Vorrichtungen, die unter normalen Betriebsbedingungen
gegenüber der Spannung einen hohen Widerstand aufweisen,
jedoch einen sehr kleinen Widerstand, wenn sich ein ESD Ereignis
ereignet. Siehe beispielsweise
US-P-5,973,588 ;
6,214,685 ;
6,334,964 ,
6,522,515 , und
6,547,597 , die hier durch Bezugnahme in deren
Gesamtheit aufgenommen werden und sich darauf verlässt.
Der Kombinationsvaristor
135 wird dann über den
Verbinder
136 mit dem plattiertem Weg
137 und
mit einer leitfähigen Oberfläche
138 an
der Unterseite des Substrats
131 verbunden. Sobald der
Array
130 in eine Tasche einer Vorrichtung oder eines Verbinders
eingefügt ist, ist die leitfähige Oberfläche
an der Unterseite für eine Verbindung mit einem Gehäuse
und anschließend mit einer Masse, wie in
3 gezeigt, vorgesehen.
In diesem Beispiel ist die Lücke zwischen dem Verbinder
136 und
den Verbindungsdrähten
139 durch den Kombinationsvaristor
135 gefüllt.
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Neben
Varistoren können andere Halbleitervorrichtungen für
eine hier beschriebene Arrayanwendung geeignet sein. Diese Komponenten
können Gasentladungsröhren (GDTs), Zener-Dioden,
Thyristoren, bidirektionale Thyristoren, Transzorbe und Silikon-Avalanchedioden
(SADs) sein.
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Eine
andere Ausführungsform ist in 14 dargestellt.
Der Varistorschutz-Array 140 umfasst ein mehrschichtiges
Substrat 141, in diesem Beispiel FR-4 Fiberglas, Keramik,
oder andere isolierende Materialien. Zwei der Schichten umfassen
eine leitfähige Oberfläche 142, wie beispielsweise
eine Metallplattierung, wobei die leitfähigen Oberflächen
entlang der unteren Seite des Substrats 141 mit einem Massekontakt 146 in
Kontakt stehen. Der Array 140 umfasst drei leitfähige
Kontakte 143, wie beispielsweise Signalleiterkontakte zum
Verbinden mit Schaltungen, wie beispielsweise Schutz erfordernde
Signalschaltungen. Jeder der Signalleiterkontakte ist mit einem Varistor 145 elektrisch
verbunden. Die Varistoren stehen mit den leitfähigen Oberflächen 142 oder
der unteren Massenschicht 146 nicht körperlich
in Kontakt. Die Varistoren 145 sind anstelle dafür
nahe den leitfähigen Oberflächen 142, 146 angeordnet,
um eine kapazitive Verbindung mit einer leitfähigen Kantenoberfläche 147 von
jedem Varistor zu bilden, wobei eine äußerst schmale
Leerstelle bzw. Lücke, die dielektrische Schicht des so
gebildeten Kondensators formt. Während des normalen Betriebs
leiten die Kondensatoren nicht, wenn sich jedoch ein ESD Ereignis
ergibt, dann leiten die Kondensatoren und entlasten das ESD, wodurch
eine Schädigung der Schaltungen verhindert wird, für
deren Schutz sie eingebaut wurden. In diesem Beispiel sind die Lücken
zwischen den Kontakten 143 und den Masseleitern mit den
Varistoren gefüllt, indem die Varistoren 145 ausreichend
nahe an die Masseleiter angeordnet sind, um eine kapazitive Verbindung
zu bilden.
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Es
sollte klar sein, dass dem Fachmann verschiedene Änderungen
und Mo difikationen an den hier beschriebenen, vorliegenden bevorzugten
Ausführungsformen offenbar sind. Derartige Änderungen und
Modifikationen können ohne von dem Wesen und Umfang des
vorliegenden Gegenstandes abzuweichen und ohne deren vorhergesehenen
Vorteile zu verringern, ausgeführt werden. Folglich ist
vorgesehen, dass derartige Änderungen und Modifikationen
durch die angefügten Ansprüche abgedeckt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4097834
P [0004]
- - US 4726991 P [0004]
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- - US 6191928 P [0036]
- - US 6547597 P [0036, 0051]
- - US 6693508 P [0036]
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- - US 5973588 P [0051]
- - US 6214685 P [0051]
- - US 6334964 P [0051]
- - US 6522515 P [0051]