DE10392524B4

DE10392524B4 - Vorrichtungen mit spannungsvariablem Material zur direkten Anwendung

Info

Publication number: DE10392524B4
Application number: DE10392524T
Authority: DE
Inventors: Edwin James Deerfield Harris; Scott Woodstock Davidson; David Village of Lakewood Perry; Steven J. Lake Zurich Whitney
Original assignee: OTC Littelfuse inc
Current assignee: Littelfuse Inc
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2023-04-09
Also published as: CN100350606C; JP4902944B2; CN1659701A; WO2003088356A1; US20030218851A1; AU2003224894A1; JP2005522881A; US7202770B2; DE10392524T5

Abstract

Elektrischer Schaltkreis umfassend:
Ein Substrat,
mehrere an das Substrat angebrachte und durch mindestens eine Lücke getrennte Elektroden, und
eine Menge an Spannungs-variablem Material ("VVM"), das intrinsisch, ohne eine Bedeckung, an die Elektroden und das Substrat über die Lücke befestigt ist, wobei das VVM einen polymeren, selbsthärtenden, isolierenden Binder beinhaltet, der in Carbitolacetat gelöst und mit einem Mittel verdickt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Schaltungssicherungen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere elektrische Schaltkreise mit spannungsvariablem Material.
Elektrische Überlastungs("EOS")-Spannungsstöße erzeugen hohe elektrische Felder und gewöhnlich hohe Leistungsspitzen, die die Schaltungen oder die hoch empfindlichen elektrischen Bestandteile in den Schaltungen vorübergehend oder dauerhaft funktional schädigen. Die EOS-Spannungsstöße können Stoßspannungen/transiente Überspannungen einschließen, die Schaltungsvorgänge unterbrechen oder die Schaltung vollständig zerstören können. Die EOS-Spannungsstöße können beispielsweise von einem elektromagnetischen Impuls, einer elektrostatischen Entladung, einem Blitz, einem Aufbau statischer Elektrizität entstehen oder durch das Betreiben anderer elektronischer oder elektrischer Bestandteile hervorgerufen werden. Eine EOS-Stoßspannung/transiente Überspannung kann zu ihrer maximalen Amplitude in Sub-Nanosekunden bis Mikrosekunden ansteigen und sich wiederholende Amplituden-Spitzen/-Peaks aufweisen.
Es gibt Materialien für den Schutz gegen EOS-Spannungsstöße, die aufgebaut sind, um sehr schnell (idealerweise bevor die Spannungsstoßwelle ihre Spitze erreicht) zu reagieren, um die übertragene Spannung für die Dauer des EOS-Spannungsstoßes auf einen viel geringeren Wert zu senken. EOS-Materialien sind durch hohe elektrische Widerstandwerte bei niedriger oder normaler Betriebsspannung gekennzeichnet. In Reaktion auf einen EOS-Spannungsstoß schalten die Materialien sehr schnell auf einen niedrigen elektrischen Widerstandszustand. Verschwindet das EOS, dann kehren diese Materialien auf ihren hohen Widerstandszustand zurück. Nach Abklingen der EOS-Spannungsstöße gewinnen die EOS-Materialien ebenfalls ihren ursprünglichen hohen Widerstandswert sehr schnell zurück.
EOS-Materialien können wiederholt zwischen den hohen und niedrigen Widerstandszuständen umschalten. Die EOS-Materialien können Tausenden ESD-Ereignissen widerstehen und kehren zu dem gewünschten Aus-Zustand zurück, nachdem sie für jeden der einzelnen ESD-Ereignisse Schutz lieferten.
Schaltungen, bei denen EOS-Materialien zum Einsatz kommen, können einen Teil der überschüssigen Spannung oder Stroms auf Grund des EOS-Spannungsstoßes zur Erde verschieben/leiten, wodurch die elektrische Schaltung und deren Bestandteile geschützt werden. Ein anderer Anteil des gefährdenden Spannungsstoßes reflektiert in die Richtung der Quelle der Gefährdung zurück. Die reflektierte Welle wird entweder durch die Quelle gedämpft/abgeschwächt, abgestrahlt oder auf die Spannungsstoßschutzvorrichtung zurückgerichtet, die in gleicher Weise auf jede Rücklaufwelle reagiert bis die Gefährdungsenergie auf ein sicheres Niveau gesenkt ist. Eine typische Schaltung, bei der eine EOS-Spannungsstoß-Einrichtung eingesetzt ist, ist in der 1 gezeigt.
In der 1 ist eine typische elektrische Schaltung 10 gezeigt. Die Schaltungslast 12 in der Schaltung 10 arbeitet bei einer normalen Betriebsspannung. Ein EOS-Spannungsstoß mit im Wesentlichen mehr als der zwei bis dreifachen normalen Betriebsspannung kann bei ausreichenden Dauer die Last 12 und die darin enthaltenen Bestandteile beschädigen. Typischerweise können die EOS-Gefährdungen die normale Betriebsspannung mit einer zehn-, hundert- oder sogar tausendfach höheren Spannung als bei normalem Betrieb vorkommt, übersteigen.
In der Schaltung 10 ist ein EOS-Spannungsstoß 14 gezeigt, der entlang der Linie 16 in die Schaltung 10 eintritt. Nach dem Auftreten des EOS-Spannungsstoßes 14 schaltet eine EOS Schutzvorrichtung 18 von dem hohen Widerstandszustand auf einen niedrigen Widerstandszustand, wodurch der EOS-Spannungsstoß 14 bei einem sicheren niedrigen Wert festgeklemmt wird. Die EOS-Schutzvorrichtung 18 verschiebt einen Teil der Spannungsgefährdung von der elektrischen Leitung 16 zu der System-Erdung 20. Wie vorstehend ausgeführt, reflektiert die EOS-Schutzvorrichtung 18 einen großen Teil der Gefährdung in Richtung der Quelle der Gefährdung zurück.
EOS-Schutzvorrichtungen verwenden typischerweise ein spannungsvariables Material ("VVM"). Viele VVMs wiesen eine Festigkeit und Aufmachung auf, die einen Typ eines Gehäuses oder Umhüllung/Abdeckung erforderlich macht. Das bedeutet, dass die bekannten VVM-Materialien in einer Vorrichtung, wie beispielsweise einer Auflagevorrichtung, die an eine Leiterplatte ("PCB") angebracht ist, bereitgestellt wurden. Die VVM-Vorrichtungen wurden typischerweise getrennt von den Schutz erfordernden Vorrichtungen der Schaltung angebracht. Dies führt zu einigen Problemen.
Erstens werden die VVM-Vorrichtungen zu der Anzahl von Bestandteilen hinzugefügt, die auf der PCB angebracht werden müssen. Die VVM-Vorrichtungen nehmen wertvollen Raum/Platz auf dem Leiter ein und erhöhen mögliche Fehler. Die VVM-Vorrichtungen erfordern typischerweise, dass zusätzliche Anschlussflächen an der PCB angebracht werden und dass zusätzliche Schaltungslinien von den PCB Vorrichtungen oder einer Basisebene zu den VVM-Anschlüssen verlegt werden müssen. Es ist immer aus Kosten-, Raumanordnungs/Flexibilitäts- und Betriebssicherheitsgründen wünschenswert, die Anzahl der auf eine PCB anzubringenden Bestandteile zu verringern.
Zweitens kann ein Hinzufügen von Bestandteilen auf eine vorhandene PCB einen Leiterumbau oder einen anderen Typ von Einbau in einen aktuell vorhandenen Aufbau/Entwurf erforderlich machen. Wird die Verwendung bereits hergestellt, ist es wahrscheinlich, dass ein beträchtlicher Zeitaufwand aufgewendet wurde den Plattenraum zu optimieren, der zum Einbau einer VVM-Vorrichtung entweder Raum aufweist oder nicht.
Drittens ereignen sich außerhalb der PCBs viele EOS-Spannungsstöße und werden durch Kabel und Drähte zu der PCB übermittelt. So sind beispielsweise vernetzte Computer und Telefonsysteme einer Anzahl von durch die Umgebung und Betätigungsaktivitäten verursachten Spannungsstößen ausgesetzt. In diesen Situationen wäre es wünschenswert Spannungsstöße zu beseitigen bevor sie die PCB erreichen.
US 6,351,011 offenbart einen elektrischen Schaltkreis, der einen ersten und zweiten Signalleiter, ein Schild und mindestens eine durch das Schild definierte Lasche und mindestens eine Menge an spannungsvariablem Material umfasst, wobei das Schild mit einer Erdungsschiene verbunden werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Überspannungsschaltungsschutz bereit. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung einen elektrischen Schaltkreis mit spannungsvariablem Material ("VVM") bereit, das einen isolierenden Binder umfasst, der derart formuliert ist, dass er inhärent/intrinsisch an leitende und nicht-leitende Oberflächen haftet. Der Binder und daher das VVM ist selbsthärtend und kann auf eine Einrichtung in der Form einer Tinte eingesetzt werden, die in einer Endform einer Verwendung trocknet. Der Binder beseitigt die Notwendigkeit, das VVM in einer getrennten Vorrichtung und für getrennten Leiterplatten-Pads anzuordnen, auf denen das VVM elektrisch verbunden wird. Der Binder und daher das VVM kann unmittelbar auf viel verschied Substrat, wie beispielsweise einem starres (FR-4) Laminat, einem Polyimid, einem Polymer, Glas und Keramik verwendet werden. Das VVM kann weiter unmittelbar auf verschiedenen Substrat-Typen eingesetzt werden, die innerhalb eines Teils eines elektrischen Geräts (beispielsweise einem Verbinder) angeordnet sind.
Der Binder des VVM's umfasst ein Polymer, wie beispielsweise Polyester, das in Carbitolacetat (Polyethylen-glycol-monoethyl-äther-acetat) gelöst wird. Ein Verdickungsmittel, wie beispielsweise Quarzstaub, wird zu dem isolierenden Binder zugegeben, der die Viskosität des isolierenden Binders erhöht. Anschließend kann eine Anzahl verschiedener Teilchentypen in den Binder gemischt werden, um eine erwünschte Klemmspannung und Reaktionszeit zu erzeugen. Die verschiedenen Teilchentypen umfassen: leitende Teilchen, isolierende Teilchen, halbleitende Teilchen, legierte halbleitende Teilchen und jede Kombination davon.
In einer Ausführungsform umfassen die leitenden Teilchen einen inneren Kern und eine äußere Hülle. Der Kern und die Hülle weisen unterschiedliche Leitfähigkeiten bzw. spezifische Widerstände auf. Entweder ist die Hülle leitfähiger als der Kern oder der Kern ist leitfähiger als die Hülle. Der Kern und die Hülle können jede einzeln aus jedem der verschiedenen der vorstehend aufgeführten Teilchentypen bestehen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die leitenden Teilchen einen Aluminium-Kern und einen Aluminiumoxid-Hülle.
Die VVMs, die den Binder aufweisen, können auf einem Substrat verwendet werden, um verschiedene Schaltungen oder Einsatzmöglichkeiten auszubilden. In einer ersten Ausführungsform werden mehrere Elektroden oder Leiter durch jedes bekanntes Verfahren an eine Leiterplatte befestigt. Die Elektroden sind jeweils durch eine Lücke auf der Leiterplatte getrennt. Das VVM wird angewendet und haftet inhärent/intrinsisch an den Elektroden und dem Substrat in der Lücke. In einer zweiten Anwendung werden die Elektroden erneut an dem Substrat befestigt, wobei das VVM lediglich inhärent/intrinsisch an den Elektroden haftet. Das bedeutet, dass das VVM nicht an dem Substrat haftet, jedoch über der Lücke angeordnet wird.
In einer dritten Anwendung haftet das VVM inhärent an einem Substrat, worauf die Elektroden angeordnet sind, die inhärent an dem VVM haften. Das bedeutet, dass das VVM die Elektroden an dem Substrat befestigt. In einer vierten Anwendung werden mindestens mehrere Elektroden an dem Substrat befestigt, wobei das VVM inhärent an der befestigten Elektrode haftet. Mindestens eine andere Elektrode befindet sich auf der Oberseite des VVM. Die Lücke zwischen den Elektroden wird durch die Dicke des VVM gebildet. Dabei kann das VVM zusätzlich inhärent an das Substrat binden oder auch nicht. Die Elektrode, die sich auf der Oberseite des VVM befindet, kann einen Bereich aufweisen, der an dem Substrat befestigt wird.
Wird das VVM auf eine Schaltung, wie beispielsweise auf eine Leiterplatte angewendet, dann erfordert die Quantität selbsthärtender VVM in einer Endform keine getrennte Schutzhülle. Das VVM kann während der Herstellung, des Transports und der Verwendung gegenüber der Umgebung ausgesetzt werden. Das Substrat kann jeder Substrattyp, wie beispielsweise ein festes Laminat (bspw. FR-4) sein, das mit Leiterplatten verwendet wird, einem Material wie beispielsweise einem Polyimid, das mit flexiblen Schaltungen (bspw. Kapton^®) verwendet wird, einem Polymer, eine Keramik oder Glas als auch jeder Kombination von diesen.
In einer anderen Ausführungsform kann das Substrat beschichtet oder auf andere Weise geschützt sein. So kann beispielsweise jede der vorstehend aufgeführten Anwendungen mit einer Beschichtung versehen sein. Die Beschichtung kann irgendeine von mehreren verschiedenen Materialien umfassen: eine Trockenschichtphotobild-(photo imagable) Be schichtung, eine Flüssigsprühphotobild-Beschichtung oder eine Beschichtung vom "Glob-top"-Typ, wie sie im Stand der Technik bekannt ist. Alternativ kann jede der vorstehend aufgeführten Anwendungen in einer mehrschichtigen Leiterplatte ("PCB") eingebettet sein. In einer anderen Ausführungsform wird mindestens eine zusätzliche Elektrode oder ein zusätzlicher Leiter an der Unterseite eines oberen Substrats befestigt, worin das VVM zwischen den oberen und unteren Substraten vorkommt und an mindestens den oberen und unteren Elektroden und möglicherweise an einem oder mehreren der oberen und unteren Substrate inhärent haftet.
Die Schaltung kann in einer Vorrichtung bereitgestellt werden oder auch nicht. So ist beispielsweise die Vorrichtung in einer Ausführungsform eine Telekommunikationseinrichtung, wie beispielsweise ein RJ-45- oder RJ-11-Verbinder. In einer anderen Ausführungsform ist die Einrichtung ein Eingabe-/Ausgabe-verbinder, wie beispielsweise ein Deutsches Institut für Normung e. V. ("DIN") Verbinder oder ein Bandkabelverbinder. In jeder dieser Vorrichtungen schützt das VVM ein oder mehrere Signalleitungen durch Verbinden der Signalleitung mit einer Erdleitung oder einem Schild vor Spannungsstoßspitzen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verbinder vom RJ-Typ mehrere Signalleitungen. Der Verbinder umfasst darüber hinaus ein geerdetes leitendes Schild. Das Schild wird ausgeschnitten oder gestempelt, um mindestens eine Zunge/Lasche (tab) zu erhalten, die abwärts in Richtung des Leiters vorgespannt ist. In einer Ausführungsform legt das Schild für jeden Leiter eine getrennte Lasche fest. Der Verbinder umfasst ein Gehäuse, dass die Laschen auf die Leiter drückt. Das VVM wird zwischen den Schildlaschen und den Leitern aufgebracht, um Überspannungsschutz für den RJ-Verbinder bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist das VVM das vorstehend aufgeführte inhärent haftende VVM, wobei jedoch ein bekanntes VVM, das in einer Vorrichtung bereitgestellt wird, ebenfalls verwendet werden könnte. In einer anderen Ausführungsform wird zwischen dem VVM und einem der Leiter und der Schildlasche ein Kondensator angeordnet, um hohe Gleichstrom-(DC)-Spannungen zu blockieren, wie beispielsweise solche, die während einer Hochspannungs-[HI-POT]Püfung angelegt werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein inhärent haftendes VVM bereitzustellen.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein VVM bereitzustellen, das nicht in einer getrennten Vorrichtung untergebracht werden muss.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin ein VVM bereitzustellen, dass selbsthärtend ist.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein VVM bereit zu stellen, das unmittelbar an einer Leiterplatte haftet, ohne die Notwendigkeit getrennte elektrische Pads auf dem Substrat, auf dem das VVM angebracht ist, bereitzustellen.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines VVM, das unmittelbar an ein Polymer oder Kunststoff haftet.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in dem unmittelbaren Auftragen eines VVM auf ein Substrat, worin das Substrat in einer elektrischen Vorrichtung bereitgestellt ist, wie beispielsweise in einem Ausrüstungsgegenstand oder einem Zwischenstück.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von Zwischenstücken des RJ-Typs mit Überspannungsschutz.
Darüber hinaus besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung von Eingabe/Ausgabe Zwischenstücken mit Überspannungsschutz.
Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Geräts, um elektrisch einen VVM (und alternativ einen zusätzlichen Kondensator) mit mehreren verschiedenen Signalleitungen in einem Zwischenstück des RJ-Typs zu verbinden.
Darüber hinaus besteht eine Vorteil der vorliegenden Erfindung in einem geringeren Kostenaufwand, da kein Gehäuse benötigt wird, und in fertig hergestelltem Schutzmaterial für den Schaltkreis, das aufgrund der Verringerung von störender Impedanz zu einer verbesserten elektrischen Leistungsfähigkeit führen kann.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachstehend aufgeführten ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und den Zeichnungen beschrieben und daraus ersichtlich sein.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer gewöhnlichen Wellenform eines elektrischen Überlastungs-Ausgleichvorgangs.
2 zeigt eine schematische Ansicht von bestimmten möglichen Bestandteilen für das spannungsvariable Material ("VVM").
3 zeigt eine abschnittsweise schematische Ansicht eines leitenden Teilchens vom Kern- und Schalen-Typ.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines starren gedruckten Schaltkreisbrett ("PCB") Substrats, das eine kreisförmige Anordnung für das im Wesentlichen haftende VVM zeigt.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines flexiblen Substrats mit dem im Wesentlichen haftenden VVM.
6 zeigt eine abschnittsweise erhöhte Ansicht, die drei zusätzliche Schaltkreisanordnungen für das im Wesentlichen haftende VVM zeigt.
7 zeigt eine abschnittsweise erhöhte Ansicht, die zwei Schaltkreisanordnungen vom "Z" Richtungstyp für das im Wesentlichen haftende VVM zeigt.
8 zeigt eine abschnittsweise erhöhte Ansicht, die noch eine weitere Schaltkreisanordnung für das im Wesentlichen haftende VVM zeigt.
9 zeigt eine abschnittsweise erhöhte Ansicht, die die in ein vielschichtiges PCB laminierte Schaltkreisanordnungen der 4 bis 7 zeigt.
10 zeigt eine abschnittsweise erhöhte Ansicht, die die mit einer Schutzschicht bedeckte Schaltkreisanordnungen der 4 bis 7 zeigt.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines DIN Zwischenstücks mit dem unmittelbar aufgebrachten VVM.
12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Bandkabel Zwischenstücks mit dem unmittelbar aufgebrachten VVM.
13 zeigt eine perspektivische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Daten/Telekommunikation Zwischenstücks vom RJ-Typ mit dem unmittelbar aufgebrachten VVM.
14 zeigt eine perspektivische Schnittansicht mehrerer Signalleiter und eine Abschirmung einer Ausführungsform eines Daten/Telekommunikation Zwischenstücks vom RJ-Typ mit dem unmittelbar aufgebrachten VVM.
15 zeigt eine seitlich erhöhte Ansicht eines Signalleiters, eines Schutzes und eines Kondensators einer Ausführungsform eines Daten/Telekommunikation Zwischenstücks vom RJ-Typ mit dem unmittelbar aufgebrachten VVM.
Unter Bezug auf 2 beinhaltet ein spannungsvariables Material ("VVM") 100 einen isolierenden Binder 50. Der Binder 50 sichert eines oder mehrere oder alle Teilchen eines bestimmten unterschiedlichen Typs, wie isolierende Teilchen 60, halbleitende Teilchen 70, dotierte halbleitende Teilchen 80, leitende Teilchen 90 und zahlreiche Kombinationen davon. Der isolierende Binder 50 weist im Wesentlichen haftende Eigenschaften auf und ist selbst haftend auf Oberflächen, wie einer leitenden, metallischen Oberfläche oder einer nicht-leitenden, isolierenden Oberfläche. Der isolierende Binder 50 weist eine Eigenschaft des Selbst-Aushärtens derart auf, dass das VVM-100 auf einen Schaltkreis oder Anwendung aufgetragen werden kann und anschließend verwendet werden kann ohne das VVM-100 und den isolierenden Binder 50 zu erhitzen oder anderweitig auszuhärten. Es sollte jedoch klar sein, dass der Schaltkreis oder die Anwendung, die das VVM-100 und den Binder 50 verwenden, zum Beschleunigen des Aushärtevorgangs erhitzt oder ausgehärtet werden können.
Der isolierende Binder 50 des VVM-100 beinhaltet ein Polymer oder thermoplastisches Harz, wie einen Polyester, das in Carbitolacetat gelöst ist. In einer Ausführungsform weist das Polyester Harz eine Glas Übergangstemperatur im Bereich von 6°C bis 80°C und ein Molekulargewicht zwischen 15.000 und 23.000 atomaren Masseeinheiten ("AMU's") auf. Das Lösemittel zum Lösen des Polymers ist Diethylen-glycol-monoethyletheracetat, das allgemein als "Carbitolacetat" bezeichnet wird. Zu dem isolierenden Binder 50 wird ein Verdickungsmittel hinzugegeben, das die Viskosität des isolierenden Binders 50 erhöht. Beispielsweise kann das Verdickungsmittel Siliziumstaub sein, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen Cab-o-Sil TS-720 gefunden wird.
Der isolierende Binder 50 weist in einer Ausführungsform eine hohe dielektrische Durchschlagsstärke, eine hohe elektrische Wiederstandsfähigkeit und hohe Kriechstromfestigkeit auf. Der isolierende Binder 50 stellt einen ausreichenden Abstand zwischen den Teilchen der anderen möglichen Bestandteile des VVM-100 bereit und hält ihn aufrecht, wie den leitenden Teilchen 90, den isolierenden Teilchen 60, den halbleitenden Teilchen 70 und den dotierten halbleitenden Teilchen 80. Der Abstand zwischen den Teilchen stellt einen hohen Widerstand bereit. Die Leitfähigkeit und dielektrische Stärke des isolierenden Binders 50 beeinflusst auch den hohen Widerstandszustand. In einer Ausführungsform weist der isolierende Binder 50 einen Volumenwiderstand von mindestens 10⁹Ohm-cm auf. Es ist möglich verschiedene Polymere in den Binder 50 zu mischen und diese zu vernetzen.
In einer Ausführungsform werden isolierende Teilchen 60 in dem Binder 50 des VVM-100 dispergiert. In einer Ausführungsform weisen die isolierenden Teilchen 60 eine durchschnittliche Teilchengröße in einem Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 100 nm und eine Gesamtleitfähigkeit von weniger als 10^–6 (ohm-cm)^–1 auf. In einer Ausführungsform weisen die isolierenden Teilchen 60 eine durchschnittliche Teilchengröße in einem Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 20 nm auf.
Der Siliziumstaub des Binders 50, wie unter dem Handelsnamen Cab-o-Sil TS-720 erhältlich, besteht aus isolierenden Teilchen 60. Allerdings können andere isolierende Teilchen zusätzlich zu dem Siliziumstaub verwendet werden. Beispielsweise Glaskugeln Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Aluminiumtrihydrat, Kaolin und Kaolinit, ultra-hochdichtes Polyethylen (UHDPE) und Metalloxide wie beispielsweise Titandioxid können auch als ein isolierendes Teilchen 60 in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise stellt Titandioxid, das eine durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 30 bis 40 nm aufweist und von Nanophase Technologies hergestellt wird, ein geeignetes isolierendes Teilchen 60 dar.
Die isolierenden Teilchen 60 können auch Oxide von Eisen, Aluminium, Zink, Titan, Kupfer und Ton enthalten, beispielsweise wie eines von Nanocor, Inc. hergestelltes vom Montmorillonit-Typ. In einer Ausführungsform liegen isolierende Teilchen zusätzlich zu dem Siliziumstaub, sofern es in dem VVM-100 verwendet wird, von ungefähr einem bis fünfzehn Gewichtsprozent des VVM-100 vor.
In einer Ausführungsform werden halbleitende Teilchen 70 in den Binder 50 des VVM-100 dispergiert. Die halbleitenden Teilchen 70 weisen in einer Ausführungsform eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 5 Mikrometer und Gesamtleitfähigkeiten in dem Bereich von 10 bis 10^–6 (Ohm-cm)^–1 auf. Um die die Packungsdichte der Teilchen zu maximieren und optimale Klemmspannungen und Schaltmerkmale zu erhalten, liegt die durchschnittliche Teilchengröße der halbleitenden Teilchen 70 in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Bereich von ungefähr 3 bis ungefähr 5 Mikrometer oder noch weniger als 1 Mikrometer. Halbleitende Teilchengrößen in einem Bereich hinunter bis zum 100 Nanometer Bereich und weniger sind auch zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet.
Das Material der halbleitenden Teilchen 70 beinhaltet in einer Ausführungsform Siliziumcarbid. Das halbleitende Teilchen-Material kann auch Oxide von Wismut, Kupfer, Zink, Calcium, Vanadium, Eisen, Magnesium, Calcium und Titan; Carbide von Silizium, Aluminium, Chrom, Titan, Molybdän, Beryllium, Bor, Wolfram, und Vanadium; Sulfide von Cadmium, Zink, Blei, Molybdän und Silber; Nitride wie beispielsweise Bornitrid, Siliconnitrid und Aluminiumnitrid; Bariumtitanat und Eisentitanat; Sulfide von Molybdän und Chrom; Boride von Chrom, Molybdän, Niob und Wolfram enthalten.
In einer Ausführungsform enthalten die halbleitenden Teilchen 70 beispielsweise von Agsco hergestelltes Siliziumcarbid, das vom #1200 Grit sein kann und eine durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 3 Mikrometer aufweist. Das Siliziumcarbid kann aber auch von Norton hergestellt sein, einen #10.000 Grit und eine durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 0,3 Mikrometer aufweisen. In einer anderen Ausführungsform enthalten die halbleitenden Teilchen 70 Siliziumcarbid und/oder zumindest eine anderes Material einschließlich: Bariumtitanat, Bornitrid, Borphosphid, Cadmiumphosphid, Cadmiumsulfid, Galliumnitrid, Galliumphosphid, Germanium, Indiumphosphid, Magnesiumoxid, Silizium, Zinkoxid, und Zinksulfid.
In einer Ausführungsform sind dotierte halbleitende Teilchen 80 in den Binder 50 des VVM-100 dispergiert. Die Zugabe von bestimmten Fremdstoffen (Dotierstoffe) beeinflusst die elektrische Leitfähigkeit eines Halbleiters. Der Fremdstoff oder das Material, der/das zum Dotieren des Halbleitermaterials verwendet wird, kann entweder ein Elektronendonor oder Elektronenakzeptor sein. In jedem Fall besetzt der Fremdstoff das Energieniveau innerhalb der Energiebandlücke eines ansonsten reinen Halbleiters. Durch Erhöhen oder Erniedrigen der Fremdstoff-Konzentration in einem dotierten Halbleiter wird die elektrische Leitfähigkeit des Materials verändert. Die elektrische Leitfähigkeit eines reinen Halbleiters kann durch Erhöhen der Konzentration an Leitungselektronen nach oben (bis in den Bereich eines Halbmetalls oder Metalls), oder kann durch Erniedrigen der Konzentration an Leitungselektronen nach unten (bis in den Bereich eines Isolators) ausgedehnt werden.
In einer Ausführungsform sind die halbleitenden Teilchen 70 und dotierten halbleitenden Teilchen 80 in den isolierenden Binder 50 des VVM-100 mittels gewöhnlicher Mischmethoden gemischt. In einer anderen Ausführungsform sind zahlreiche verschiedene dotierte halbleitende Teilchen 80, die zu unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten dotiert wurden, in den isolierenden Binder 50 des VVM-100 dispergiert. Jede dieser Ausführungsform kann auch isolierende Teilchen 60 enthalten.
In einer Ausführungsform verwendet das VVM-100 ein halbleitendes Teilchen, das mit einem Material dotiert ist, um es elektrisch leitfähig zu machen. Die dotierten halbleitenden Teilchen 80 können aus irgendeinem gewöhnlichen Halbleitermaterial bestehen, einschließlich: Bornitrid, Borphosphid, Cadmiumphosphid, Cadmiumsulfid, Galliumnitrid, Galliumphosphid, Germanium, Indiumphosphid, Silizium, Siliziumcarbid, Zinkoxid, Zinksulfid ebenso wie elektrisch leitfähige Polymere wie beispielsweise Polypyrrol oder Polyanilin. Diese Materialien sind mit geeigneten Elektronendonoren wie beispielsweise Phosphor, Arsen oder Antimon oder Elektronenakzeptoren wie Eisen, Aluminium, Bor oder Gallium dotiert, um das gewünschte Niveau an elektrischer Leitfähigkeit zu erhalten.
In einer Ausführungsform enthalten die halbleitenden Teilchen 80 ein mit Aluminium (ungefähr 0,5% Gewichtsprozent des dotierten halbleitenden Teilchens 80) dotiertes Siliziumpulver, um es elektrisch leitfähig zu machen. Ein derartiges Material wird von Atlantic Equipment Engineers unter dem Handelsnamen Si-100-F vermarktet. In einer anderen Ausführungsform enthalten die dotierten halbleitenden Teilchen ein mit Antimon dotiertes Zinnoxid, das unter dem Handelsnamen Zelec 3010-XC vermarktet wird.
In einer Ausführungsform weisen die dotierten halbleitenden Teilchen 80 des VVM-100 eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 10 Mikrometer auf. Um die Packungsdichte der Teilchen zu maximieren und optimale Klemmspannungen und Schaltmerkmale zu erhalten, liegt die durchschnittliche Teilchengröße der halbleitenden Teilchen allerdings in einem Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 5 Mikrometer oder unter 1 Mikrometer.
Jedes der isolierenden Teilchen 60, halbleitenden Teilchen 70 und dotierten halbleitenden Teilchen 80 sind fakultativ in dem Binder 50 des VVM-100 dispergiert. Der Siliziumstaub, oder Cab-o-Sil, des Binders 50 ist ein isolierendes Teilchen 60. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das VVM-100 leitende Teilchen 90. Die leitenden Teilchen 90 weisen in einer Ausführungsform Gesamtleitfähigkeiten von über 10 (Ohm-cm)^–1 und insbesondere über 100 (Ohm-cm)^–1 auf. Es ist allerdings möglich, dass durch Verwendung dotierter halbleitender Teilchen, das VVM-100 keine leitende Teilchen 90 enthält.
Die leitenden Teilchen 90 weisen in einer Ausführungsform eine maximale durchschnittliche Teilchengröße von unter 60 Mikrometer auf. In einer Ausführungsform weisen fünfundneunzig Prozent der leitenden Teilchen 90 Durchmesser von nicht größer als 20 Mikrometer auf. In einer anderen Ausführungsform weisen einhundert Prozent der leitenden Teilchen 90 einen geringeren Durchmesser als 10 Mikrometer auf. In einer weiteren Ausführungsform werden leitende Teilchen 90 mit durchschnittlichen Teilchengrößen im Submikrometerbereich, beispielsweise ein Mikrometer bis zu Nanometern hinunter, verwendet.
Geeignete Materialien für die leitenden Teilchen 90 des VVM-100 schließen Aluminium, Messing, schwarzen Kohlenstoff, Kupfer, Graphit, Gold, Eisen, Nickel, Silber, rostfreien Stahl, Zinn, Zink, und Legierungen davon ebenso wie andere Metalllegierungen ein. Zusätzlich können auch im Wesentlichen leitende Polymerpulver, wie beispielsweise Polypyrrol oder Polyanilin, verwendet werden, solange sie stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
In einer Ausführungsform enthalten die leitenden Teilchen 90 Nickel, das von Atlantic Equipment Engineering hergestellt und unter dem Handelsnamen Ni-120 vermarktet wird, das eine durchschnittliche Teilchengröße in dem Bereich von 10–30 Mikrometer aufweist. In einer anderen Ausführungsform enthalten die leitenden Teilchen 90 Aluminium und weisen eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von 1 bis 30 Mikrometer auf.
Unter Bezug auf 3 enthalten die leitenden Teilchen in einer Ausführungsform einen inneren Kern 92, der von einer äußeren Schale 94 umgeben ist. Der Kern 92 und die Schale 94 der Teilchen 90 weisen unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten auf. In einer Ausführungsform sind die Kern und die Schalen Teilchen 90 im Wesentlichen von kugelförmiger Gestalt und reichen von ungefähr 25 bis ungefähr 50 Mikrometer.
In einer Ausführungsform enthält der innere Kern 92 des leitenden Teilchen 90 ein elektrisch isolierendes Material, wobei die äußere Schale 94 eines der nachstehend aufgeführten Materialien enthält: (i) einen Leiter; (ii) einen dotierten Halbleiter; oder (iii) einen Halbleiter. In einer anderen Ausführungsform enthält der innere Kern 92 des leitenden Teilchen 90 ein halbleitendes Material, wobei die äußere Schale 94 eines der nachstehend aufgeführten Materialien enthält: (i) einen Leiter; (ii) einen dotierten Halbleiter; oder (iii) einen Halbleiter, verschieden von dem halbleitenden Material des inneren Kerns. In einer weiteren Ausführungsform enthält der innere Kern 92 ein leitendes Material, wobei die äußere Schale 94 aus einem der nachstehend aufgeführten Materialien besteht: (i) ein isolierendes Material; (ii) einen Halbleiter; oder (iii) einen dotierten Halbleiter, verschieden von dem leitenden Material des inneren Kerns.
Zur Verwendung in den leitenden Kern-Schale Teilchen 90 geeignete leitende Materialien enthalten die nachstehend aufgeführten Metalle und Legierungen davon: Aluminium, Kupfer, Gold, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan und Zink. Schwarzer Kohlenstoff kann auch als leitendes Material in dem VVM-100 verwendet werden. Die vorstehend beschriebenen isolierenden Materialien 60‚ halbleitenden Teilchen 70 und dotierten halbleitenden Teilchen 80 können mit den leitenden Kern-Schale Teilchen 90 in dem Binder 50 des erfindungsgemäßen VVM-100 vermischt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Kern-Schale Teilchen 90 einen Aluminium-Kern 92 und eine Aluminiumoxid-Schale 94. Die Teilchen 90 mit dem Aluminium-Kern 92 und der Aluminiumoxid-Schale 94 können anschließend in dem im Wesentlichen haftenden Binder bereitgestellt. werden und weisen reines Silizium ohne zusätzliche isolierende Teilchen 60, halbleitende Teilchen 70 oder dotierte halbleitende Teilchen 80 auf.
In einer anderen Ausführungsform enthalten die Kern-Schale Teilchen 90 einen Titandioxid (Isolator) Kern 92 und eine mit Antimon dotierte Zinnoxid (dotierter Halbleiter) Schale 94.
Diese letzteren Teilchen werden unter dem Handelsnamen Zelec 1410-T vermarktet. Ein anderes geeignetes Kern-Schale Teilchen 90 wird unter dem Handelsnamen Zelec 1610-S vermarktet und enthält einen hohlen Silizium (Isolator) Kern 92 und eine mit Antimon dotierte Zinnoxid (dotierter Halbleiter) Schale 94.
Teilchen mit einem Flugasche (Isolator) Kern 92 und einer Nickel (Leiter) Schale 94 und Teilchen mit einem Nickel (Isolator) Kern 92 und einer Silber (Leiter) Schale 94 werden von Novamet vermarktet und sind auch zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Eine andere geeignete Alternative wird unter dem Handelsnamen Vistamer Ti-9115 von Composite Particles, Inc. aus Allentown, PA vermarktet. Diese leitenden Kern-Schale Teilchen weisen eine isolierende Schale 92 aus ultrahochdichtem Polyethylen (UHDPE) und ein leitendes Kern 94 Material aus Titancarbid (TiC) auf. Auch Teilchen 90 mit einem schwarzen Kohlenstoff (Leiter) Kern 92 und einer Polyanilin (dotierter Halbleiter) Schale 94, die von der Martek Corporation unter dem Handelsnamen Eeonyx F-40-10DG vermarktet werden, können in dem VVM-100 verwendet werden.
In einer Ausführungsform des VVM-100 besteht der im Wesentlichen haftende isolierende Binder 50 aus ungefähr 20 bis ungefähr 60 und insbesondere aus ungefähr 25 bis ungefähr 50 Gewichtsprozent der gesamten Verbindung. Die leitenden Teilchen 90 bestehen in einer Ausführungsform von ungefähr 5 bis ungefähr 80 und insbesondere von ungefähr 50 bis ungefähr 70 Gewichtsprozent der gesamten Verbindung. Diese Bereiche finden Anwendung, unabhängig davon, ob der VVM-100 zusätzliche isolierende Teilchen 60, halbleitende Teilchen 70 und/oder dotierte halbleitende Teilchen 80 enthält oder nicht. Falls die halbleitenden Teilchen 70 vorliegen, bestehen sie von ungefähr 2 bis ungefähr 60 und insbesondere von ungefähr 2 bis ungefähr 10 Gewichtsprozent der gesamten Verbindung.
In einer anderen Ausführungsform des VVM-100 besteht der im Wesentlichen haftende isolierende Binder 50 aus ungefähr 30 bis ungefähr 65 und insbesondere aus ungefähr 35 bis ungefähr 50 Volumenprozent der gesamten Verbindung. Die dotierten halbleitenden Teilchen 80 bestehen von ungefähr 10 bis ungefähr 60 und insbesondere von ungefähr 15 bis ungefähr 50 Volumenprozent der gesamten Verbindung. Die halbleitenden Teilchen 70 bestehen von ungefähr 5 bis ungefähr 45 und insbesondere von ungefähr 10 bis ungefähr 40 Volumenprozent der gesamten Verbindung. Die isolierenden Teilchen 60 bestehen von ungefähr 1 bis ungefähr 15 und insbesondere von ungefähr 2 bis ungefähr 10 Volumenprozent der gesamten Verbindung.
Die Schaltmerkmale des VVM-100 werden von der Beschaffenheit der isolierenden, halbleitenden, dotierten halbleitenden und leitenden Teilchen, den Teilchengrößen und Größenverteilung und dem Abstand zwischen den Teilchen festgelegt. Der Abstand zwischen den Teilchen hängt von der prozentualen Belastung der isolierenden, halbleitenden, dotiert halbleitenden und leitenden Teilchen und deren Größe und Größenverteilung ab. In den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist der Abstand zwischen den Teilchen im Allgemeinen größer als 100 nm.
Durch die Verwendung des VVM-100, das den im Wesentlichen haftenden isolierenden Binder 50 und die anderen vorstehend beschriebenen Teilchen verwendet, können Zusammensetzungen im Allgemeinen maßgeschneidert werden, um einen Klemmspannungsbereich von ungefähr 30 Volt bis über 2.000 Volt bereitzustellen. Manche erfindungsgemäße Ausführungsformen zum Niveauschutz eines Schaltkreisbretts weisen Klemmspannungen in einem Bereich von 100 bis 200 Volt, bevorzugt weniger als 100 Volt, noch bevorzugter weniger als 50 Volt auf und weisen insbesondere Klemmspannungen in einem Bereich von ungefähr 25 bist ungefähr 50 Volt auf.
Das VVM-100 mit dem Wesentlichen haftenden isolierenden Binder 50 kann selbst-härtend oder selbst-gesichert an leitende und isolierende Materialien vorliegen. Der isolierende Binder 50 haftet und härtet sich an irgendeinen Typ eines elektrischen Leiters, Spule, Elektrode, Stift, Spur usw: Der isolierende Binder 50 haftet und härtet sich an irgendeinen Typ eines isolierenden Materials, Laminat oder Substrat. Beispielsweise haftet und härtet sich der isolierende Binder 50 an irgendeinen Typ eines gedruckten Schaltkreisbrett-Materials, flexiblen Schaltkreis-Materials, Polymers, Glas oder Keramik.
In einer Ausführungsform haftet und härtet sich der isolierende Binder 50 des VVM-100 an ein bekanntes FR-4 Laminat. Das FR-4 Laminat enthält für gewöhnlich ein gewobenes oder nicht-gewobenes Gewebe mit Maschen oder ist durchbrochen. Der Binder 50 des VVM-100 kann sich auch an eine FR-4 Schicht eines vielschichtigen PCB haften. In einer anderen Ausführungsform haftet und härtet sich der isolierende Binder 50 des VVM-100 an ein Polyimid Material. Ein Typ eines Polyimid Materials an das sich der isolierende Binder 50 im Wesentlichen anhaftet wird von der Dupont Corporation hergestellt und trägt die Bezeichnung "Kapton". Es gibt drei Varianten des Kapton^® Materials. Ein Kapton^® Material enthält eine haftende Acrylbase, ist allerdings kein Flammschutzmittel. Ein anderes Kapton^® Material enthält eine haftende Acrylbase und ist ein Flammschutzmittel. Ein drittes Kapton^® Material ist nicht-haftend. Der isolierende Binder 50 des VVM-100 kann sich an jede der Varianten anhaften und aushärten.
Der isolierende Binder 50 des VVM-100 kann sich weiter an ein starr-flexibles Material anhaften. Wie seine Bezeichnung impliziert, ist das starr-flexible Material eine Zusammensetzung von zwei unterschiedlichen Materialien, eines flexiblen (wie beispielsweise Pyralux) und eines anderen, das starr (FR-4) ist. Dieser Materialtyp ist insbesondere für irgendeine Anwendung nützlich, die eine Verbindung zu beweglichen oder biegbaren Teilen und auch eine stabile Plattform für Bestandteile erfordert.
Unter Bezug auf 4 wird eine mögliche Anordnung 115 für das im Wesentlichen haftende VVM-100 gezeigt. Die Anordnung 115 tritt in diesem Beispiel auf dem Substrat 110 auf, das ein starres PCB ist. Mehrere andere elektrische Vorrichtungen 113 werden gezeigt, was zeigt, dass das VVM-100 offen und freigelegt ist, falls das PCB Substrat 110 in einer endgültigen Gestaltung vorliegt. Die elektrischen Vorrichtungen 113 umfassen irgendeinen Typ einer elektrischen Vorrichtung, die im Allgemeinen an einen PCB angeschlossen ist, und umfassen beide, Durchgangsloch und Oberflächen-Befestigte Vorrichtungen. Die elektrischen Vorrichtungen 113 enthalten irgendwelche elektrische Bestandteile, wie beispielsweise einen Widerstand oder Kondensator. Die elektrischen Vorrichtungen 113 enthalten auch irgendeinen Typ eines integrierten Schaltkreises, Zwischenstück, Filter, usw.
Die Anordnung 115 befindet sich nahe bei den anderen elektrischen Bestandteilen 113 auf dem PCB Substrat 110. Die Anordnung 115 wird mit zwei Elektroden 117 und 119 gezeigt, die jeweils an dem PCB Substrat 10 mittels irgendeines Verfahrens befestigt sind, das dem Fachmann bekannt ist. Obgleich zwei Elektroden 117 und 119 gezeigt werden, kann die Anordnung 115 irgendeine Anzahl an Elektroden aufweisen. In der Anordnung 115 haftet im Wesentlichen der Großteil des VVM-100 an den Elektroden 117 und 119 und an dem Substrat 110. Eine Lücke liegt zwischen den Elektroden 117 und 119 vor, die als Phantom in dieser perspektivischen Ansicht gezeigt wird, da sie vom Großteil des VVM-100 verdeckt wird. Die Breite der Lücke beträgt in einer Ausführungsform ungefähr 2 Milli-Inch (0,05 mm), wobei allerdings breitere oder schmalere Lücken verwendet werden können. Die Elektroden 117 und 119 sind im Allgemeinen nicht miteinander elektrisch verbunden. Bei einem EOS Übergangsereignis schaltet das VVM-100 vom einem Zustand hoher Impedanz zu einem mit niedriger Impedanz, wobei ein Übergangsspitze in diesem Fall von der Elektrode 117 durch das VVM-100 zu der Elektrode 119 verschiebt, die, wie gezeigt, mit einer Schutzerde oder dem Erdboden verbunden ist.
Zur Annehmlichkeit schließt die Elektrode 117, wie gezeigt, mit einem Fragmentende ab. Es sollte klar sein, dass die Elektrode 117 zu jedem Typ einer elektrischen Vorrichtung führen kann. In einer Ausführungsform ist die Elektrode 117 eine Spur auf dem PCB, die ein Signal, beispielsweise von einer Telekommunikations-Übertragung, trägt. In diesem Fall kann die Elektrode zu einem Zwischenstück führen, das eine Telekom-Eingabeleitung aufnimmt, oder zu irgendeinem Typ eines Transceivers.
Unter Bezugnahme nun auf 5 ist eine "Z"-Richtungs-Anordnung auf einem Substrat 110 gezeigt, welches in einer Ausführungsform ein mehrschichtiger, flexibler Band- oder Schalt kreis ist. Das flexible Substrat 110 beinhaltet mehrere flexible Schichten 111 und 112. Wie vorstehend beschrieben kann das flexible Substrat 110 Schichten 112 und 112 beinhalten, die aus Polyimid bestehen. So können beispielsweise die Schichten 111 und 112 Kapton^® sein. In einer anderen Ausführungsform ist/sind eine oder beide der Schichten 111 und 112 Mylar-Schichten. Ein Abschnitt der Schicht 112 des Substrats 110 ist entfernt, um eine Reihe von Signalleitungen 116 sowie eine Erdungsleitung 118 zu zeigen. Sobald die Leitungen 116 und die Erdungsleitung 118 exponiert ist, kann das Selbstbindemittel VVM-100 mit dem selbsthärtenden Binder 50 über jede der Leitungen 116 aufgebracht werden.
Wie gezeigt ist jede der Leitungen 116 und die Erdungsleitung 118 durch eine Lücke getrennt, so dass die Leitungen miteinander nicht in normaler elektrischer Verbindung stehen. In einer Ausführungsform liegt die Erdungsleitung (zweckmäßigerweise ist nur ein Bereich gezeigt) auf dem VVM-100. Die Lücke ist daher in der "Z"-Richtung wobei die Lücken zwischen den Leitungen 116 in einer XY-Ebene liegen. Die Dicke der VVM-Schicht ist geringer als der Abstand zwischen den Signalleitungen 116. Ein EOS-Übergang wird daher von einer der Leitungen 116 zur Erdung 118 anstelle zu einer anderen Leitung 116 springen. In einer anderen Ausführungsform kann eine separate Erdungsleitung 118 neben jeder Signalleitung angeordnet werden, so dass der Übergang von einer Signalleitung 116 zu einer Erdungsleitung 118 springt. In jedem Fall ermöglicht die Schicht des VVM-100 dass die Signalleitungen 116, die einer Überspannung unterliegen, diese zu einer Erdungsleitung 118 führen.
Wie in der festen PCB-Anwendung von 4 sind die Leitungen oder Elektroden 116 (und 118) an einer Oberfläche eines Substrats befestigt. Hier sind die Leitungen 116 an eine innere Oberfläche 114 der flexiblen Schicht 111 über jede dem Fachmann bekannte Art und Weise befestigt. In der "Z"-Richtungs-Ausführungsform befinden sich die Erdleitung oben auf der Schicht des VVM-100. Die Leitungen 116 und die Erdleitung 118 sind darüber hinaus komprimiert und durch mehrere Schichten 111 und 112 an der Stelle gehalten. Es ist jedoch möglich, dass die VVM-100 auf der Außenseite einer der flexiblen Schichten 111 und 112 exponiert ist. Die Menge an VVM-100 bedeckt jede der Leitungen 116, wie gezeigt, und haftet darüber hinaus intrinsisch an die innere Oberfläche 114 der Schicht 111. Die Schicht des VVM-100 härtet an den mehreren Leitungen 116 und der inneren Oberfläche 114 der Schicht 111 selbst ohne das Erfordernis nach einem weiteren Hartungs- oder Erhitzungs-Schritt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Schicht des VVM-100 jedoch durch Erhitzen der flexiblen Schaltung für eine bestimmte Zeitspanne schnell gehärtet werden. Der bevorstehend beschriebene Binder 50 härtet derart, dass die Menge an VVM-100 auch dann nicht bricht oder splittert, wenn das flexible Substrat 110 gebogen oder bewegt wird. Darüber hinaus werden die exponierten Bereiche der inneren Oberfläche 114 und der Erdungsleitung 118 in einer bevorzugten Ausführungsform zur elektrischen Isolierung beschichtet. In einer Ausführungsform ist das VVM-100 und die Leitungen 116 und die Erdleitung 118 mit einer Silbertinten-Beschichtung bedeckt. Das VVM kann in einer Ausführungsform die gesamte Oberfläche der Leitungen 116 und der Erdleitung 118 bedecken, um die Zerstreuungseigenschaft des VVM-100 zu verbessern. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann eine isolierende Zwischenschicht, wie eine trockene Folien-Fotobild-Schutzschicht, eine Sprühflüssigkeit-Fotobildschutzschicht oder eine Gesamtheits-("glob-top")-Schicht zwischen den Signalleitungen 116 und der inneren Oberfläche 114 der äußeren isolierenden (beispielsweise Kunststoff-)Schicht angeordnet werden.
In 6 sind drei alternative Anwendungen 120, 125 und 130 für das VVM-100 gezeigt. Jede Anwendung 120, 125 und 130 ist in einer vereinfachten Form mit lediglich zwei Leitungen gezeigt. Es sollte jedoch klar sein, dass jede der hier offenbarten Anwendungen eine Vielzahl von Leitungen, wie in 5, elektrisch verbinden und schützen kann. Es sollte auch klar sein, obwohl nicht gezeigt, dass eine der Leitungen eine Erdung- oder Schutzleitung ist oder ein anderer Typ Leitung mit einem geringen Erdungs-Impedanz-Weg, während mindestens eine andere Leitung eine Signal- oder Linienleitung ist, wobei das VVM-100 eine transiente Überspannung von der Leitung oder Signalleitung zu der Erdung- oder Schutzleitung führt. Darüber hinaus sind Anwendungen 120, 125 und 130 in fertiger Form gezeigt, wobei das VVM-100 offen und gegenüber der Umgebung exponiert ist.
Die Anordnung 120 zeigt eine Schaltung mit Leitungen 122 und 124, die durch eine Lücke beabstandet sind. Jede der Leitungen 122 und 124 ist an dem Substrat 110 über jede dem Fachmann bekannte Art und Weise befestigt. Das Substrat 110 kann jedes der vorstehend aufgeführten Substrate sein, wie ein festes PCB Substrat oder ein flexibles Substrat vom Schaltungstyp. Die Anwendung oder die Schaltung 120 unterscheidet sich von der Schaltung 115 dahingehend, dass das VVM-100 nicht an dem Substrat 110 haftet. Zur Ausbildung einer derartigen Schaltung kann es erforderlich sein, das VVM-100 oberhalb der Lücke zu halten, bis das VVM-100 härtet und an der Stelle getrocknet ist. In einer anderen Ausführungsform kann eine obere Schicht oder Beschichtung auch an das VVM-100 haften, wobei die Beschichtung ermöglicht, dass das VVM-100 in einem halbgehärteten Zustand auf die Leitungen 122 und 124 überführt werden kann. Wichtig ist, dass das VVM-100 nicht an das Substrat 110 in dem Bereich der Lücke haften muss, damit das VVM-100 richtig funktioniert. Die Schaltung 120 funktioniert hinsichtlich der Leitungsfähigkeiten des VVM-100 in genau der gleichen Art und Weise wie die Schaltung 115, die in 4 gezeigt ist.
Die Schaltung der Anordnung 125 zeigt, dass das VVM-100 intrinsisch an das Substrat 110 befestigt werden kann, wodurch ein Puffer oder ein Bett gebildet wird, auf das die Leitungen 127 und 129 überführt werden können. Die Elektroden 127 und 129 sind durch eine Lücke getrennt. Die Elektroden können etwas in das VVM-100, wie gezeigt, einsinken oder die Elektroden 127 und 129 können auf das VVM-100 überführt werden, wenn das VVM bis zu einem Punkt ausgehärtet ist, dass es sich nicht aufgrund des Gewichts der Leitungen oder aufgrund des Aufbringungsprozesses verformt. Die Schaltung oder die Anordnung 125 arbeitet wie die Schaltungen 115 und 120.
Die Schaltung oder Anordnung 130 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine der Leitungen, d. h. die Leitung 132 an das Substrat 110 befestigt ist, während sich eine zweite Leitung 134 auf der Oberseite der Schicht des VVM befindet, vergleichbar zu den Elektroden 127 und 129 der Anordnung 125. Die Lücke in der Schaltung 130 ist eine vertikal versetzte Lücke. Die Lückenin den Anordnungen 115, 120 und 125 sind horizontal versetzt. Es sollte klar sein, dass das VVM-100 gleichermaßen arbeitet, wenn die Lücke eine Lücke vom "XV"-Richtung-Typ ist, wie in den Anordnungen 115, 120 und 125, oder wenn die Lücke eine Lücke vom "Z"-Richtung-Typ, wie in der Anordnung 130 gezeigt ist.
Jede der Anordnungen von 6 kann in bestimmten elektrischen Ausführungen und bei bestimmten elektrischen Komponenten wünschenswert sein. Das VVM-100 mit dem isolierenden Binder 50 liefert die Flexibilität, die Elektroden auf unterschiedliche Art und Weise auf das Substrat 110 aufzubringen, wobei das VVM-100 keine zusätzliche Apparatur oder kein zusätzliches Gehäuse benötigt, um das VVM mechanisch zu halten oder um es mit den Leitungen elektrisch zu verbinden. So benötigen beispielsweise viele VVM-Einrichtungen ein Gehäuse oder eine Hülle, dass das VVM am Platz hält. Viele VVMs beinhalten darüber hinaus ein Paar Abschlüsse, die an dem Gehäuse oder der Hülle angebracht und an ein Paar Pads, das auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, gelötet werden müssen. Von den Pads ausgehend sind weitere Leitungen oder Verbindungsdrähte erforderlich, um zu den Verbindungssignalleitungen oder Erdungsleitung zu verbinden.
In der 7 sind weitere Schaltungen und Anordnungen 135 und 145 gezeigt. Die Anordnung 135 ist vergleichbar zur Anordnung 130, da eine "Z"-Richtung-Lücke zwischen einer oberen Elektrode 137 und einer unteren Elektrode 139 vorhanden ist, wobei die untere Elektrode 139 an dem Substrat 110 befestigt ist. In der Anordnung erstreckt sich jedoch die obere Elektrode 137 lateral oder horizontal weg von der unteren Elektrode 139 und verläuft nach unten, um mit dem Substrat 110 in Verbindung zu treten. Die horizontale Versetzung erzeugt eine zweite Lücke. Tritt eine Überspannung auf, dann kann der transiente Peak durch das VVM-100 entweder in der "Z"-Richtung oder in einer "XY"-Richtung geleitet werden, je nach dem welcher Weg die geringere Impedanz aufweist. Die Anordnung 135 arbeitet anderenfalls in der gleichen Weise wie die anderen Anordnungen.
Die Anordnung 145 ist mit der flexiblen Schaltungsausführungsform von 5 vergleichbar mit der Maßgabe, dass die Leitungen 146 und 149 auf dem festen Substrat 110 angeordnet sind. In einer Ausführungsform ist die flotierende Leitung 147 die Erdleitung, was die Anordnung zu einer reinen "Z"-Richtung-Anwendung macht. In einer anderen Ausführungsform sind entweder die Leitungen 146 und 149 die Erdleitung, was die Anwendung eine "Z"-Richtung- und eine "XY"-Richtung-Anwendung macht, wobei sich die Spannung von einer der Leitungen 146 oder 149 zu der flotierenden Leitung 147 und hinunter zu der anderen Leitung, die die Erdleitung ist, entladen kann.
In der 8 ist eine weitere alternative Ausführungsform oder Schaltung 140 gezeigt. Die Schaltung 140 beinhaltet zwei Substrate 110, die ein festes Substrat, wie ein FR-4-Board sein kann, oder ein flexibles Substrat, wie ein Polyimid oder Kapton®. Eine erste Elektrode 142 ist an das obere Substrat 110 befestigt, während eine zweite Elektrode 143 an das untere Substrat 110 befestigt ist. Die Elektroden 142 und 143 sind in der "Z"-Richtung durch eine Menge an VVM-100 getrennt. Die Anordnung 140 ist beispielsweise in einer flexiblen Schaltung nützlich, wobei die Substrate 110 äußere Schichten aus Kapton^® oder Mylar sind, und wobei die obere Leitung 142 beispielsweise eine Signalleitung und die untere Leitung 143 eine Erdleitung ist. Hier kann eine Vielzahl an Signalleitungen auf das obere oder das untere Substrat 110 aufgetragen werden, wobei ein transienter Peak (Spannungsstoß) vertikal oder horizontal, abhängig davon, wo die Signalleitung mit dem transienten Peak hinsichtlich der Erdleitung angeordnet ist, wandern.
In 9 sind die vorstehenden Anordnungen oder Schaltungen 115, 120, 125, 130, 135, und 145 so gezeigt, dass sie in einem mehrschichtigen PCT eingebettet sind. D. h. das Substrat 110 stellt eine Schicht eines PCBs dar. Ein zweites Substrat 144 (nicht maßstabsgetreu) stellt eine weitere Schicht eines Mehrschicht-PCBs dar. Die Schicht 144 ist um die verschiedenen Schaltungen ausgebildet, um eine weiche äußere Oberfläche herzustellen, die zur Befestigung elektrischer Komponenten 113 und Schaltungsleitungen geeignet ist. Der Aufbau von 9 ist insbesondere deshalb nützlich, da die äußeren Oberflächen der Substrate 110 und 144 durch den Schaltungsschutz in keinster Weise inhibiert sind. Die in 9 gezeigte Ausführungsform kann mehr als zwei Schichten beinhalten, so dass die Ausführungsform mehrere unterschiedliche Substrate mit einer oder mehreren Anordnungen 115, 120, 125, 130, 135 und 145 beinhaltet.
In 10 ist eine vergleichbare Anordnung mit den Schaltungen 115, 120, 125, 130, 135 und 145 gezeigt, wobei anstelle der Anordnungen als Teil einer Mehrschicht-PCB die Anordnungen durch eine Schutzschicht 148 bedeckt sind. Obwohl sich das VVM-100 an die verschiedenen Elektroden und das Substrat 110 an bestimmten Stellen selbst befestigt, kann es für eine Anzahl von Gründen wünschenswert sein, eine Schutzschicht 148 aufzubringen. So können beispielsweise bei der in 5 gezeigten flexiblen Schaltung die Leitungen an bestimmten Stellen exponiert sein und elektrische Isolierung erfordern. Die Schutzschicht 148 kann aus jedem dem Fachmann bekannten Beschichtungstyp sein. In einer Ausführungsform beinhaltet die Beschichtung jede der vorstehend für die flexible Schaltung in 5 beschriebenen Beschichtungen, wie Silbertinte, Trockenfolie, Fotobildschutzschicht, Spähflüssigkeit-Fotobildschutzschicht oder eine Gesamt-("glob-top")Schicht.
Unter Bezugnahme auf 11 kann das VVM-100 in einer Einrichtung eingesetzt werden. Ein Typ der in 11 gezeigten Einrichtung beinhaltet mehrere Verbindungen, die den Standart des Deutschen Instituts für Normung eV "DIN" genügen. Ein ringförmiger DIN-Verbinder 150 ist gezeigt. Es sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung für Miniatur-DIN-Verbinder, länglichen zweireihigen DIN-Verbinder, abgeschirmten DIN-Verbinder usw. angepasst werden kann. Die vorliegende Erfindung kann in einem Stecker oder aufnehmenden Teil eingesetzt werden. Vertikale, horizontale und in-line Verbinder, die an ein Kabel binden, können ebenfalls eingesetzt werden. Anderenfalls kann der DIN-Verbinder auf einem Paneel befestigt werden.
Der Verbinder 150 beinhaltet einen Körper 152, der aus jedem geeigneten Material besteht. Der Körper in der Ausführungsform Stecker- bzw. aufnehmendes Teil ist an einer ringförmigen Wandung 154 oder mehreren geraden Wandungen (nicht gezeigt) befestigt, die mindestens teilweise mehrere Signalleitungen 156 umfasst. Die Leitungen 156 erstrecken sich von einem Substrat 158 in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel mit der Wandung 156 ist. Die Wandung 154 und die Leitungen 156 gehen in bekannter Art und Weise in einen passenden aufnehmenden DIN-Verbinder.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Körper 152 ein Stecker und die Leitungen 156 sind Stifte. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) ist der Körper ein aufnehmendes Teil und die Signalleitungen sind Buchsen, die Stifte von einem passenden Verbinder auf nehmen. Der Verbinder 150 kann derart ausgestaltet sein, dass der Körper 152 eine Anzahl von Eingang/Ausgang-Leitungen 156 aufnimmt. Ein oder mehrere der äußeren Signalleitungen 156 kann eine Erdungsleitung sein. Normalerweise wird jedoch eine separate (hier zentrale) Erdungs- oder Schutzerdungs-Leitung 160 bereitgestellt. Damit die gezeigte Ausführungsform einen transienten Spannungspeak zu der Erdleitung 160 leitet, sollte der Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-Leitungen 156 und der Erdleitung 160 weniger sein als der Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangs-Leitungen 156.
In einer Ausführungsform ist das Substrat 158 ein PCB, wie ein FR-4-Board. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Substrat 158 einen anderen Typ an Isolationsmaterial, sowie ein Polyimid oder Kunststoff. Das Substrat 158 passt in den Körper 152, so dass der Verbinder 156 in einen dazu passenden Verbinder gebracht werden kann. In einer Ausführungsform definiert das Substrat 158 Öffnungen, so dass sich die Leitungen 156 von einer Rückseite des Substrats 158 zu der gezeigten Vorderseite erstrecken können.
Mindestens eine Menge von VVM-100 ist direkt an das Substrat 158 befestigt oder ist daran gehärtet. Wie gezeigt verbindet das VVM-100 die Signalleitungen 156 zu der Erdleitung 160 ohne Bahnen oder Leitungsdrähte zu benötigen. In einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere Leitungen 156 oder darüber hinaus alternativ die Erdleitung 160 mit einer individuellen Menge an VVM-100 in Kontakt stehen wobei ein oder mehrere Spuren oder Leitungsdrähte das VVM-100 mit einer weiteren VVM-Menge oder einer weiteren Leitung befestigen. Die Leitungen sind in einer Ausführungsform Kupfer, das auf das PCB Substrat 158 in bekannter Weise geätzt ist. Die Signalleitungen können miteinander oder mit den einzelnen Signalleitungen 156 und/oder der Erdleitung 160 in Verbindung stehen. Die Erdleitung 160 kann mehrere Formen annehmen und ist hier als ein zentral angeordneter Stift 160 gezeigt. In jeder Ausführungsform ermöglicht der Klebstoffbinder 50, dass das VVM-100 direkt an die Metalleitungen bindet. Die Erdleitung 160 kann als Schaltungserdung oder Schutzerdung dienen, wie gewünscht.
Wie gezeigt schützt mindestens eine Menge an VVM-100 ein oder mehrere Signalleitungen 156 vor einem transienten Spannungspeak. Der geschützte Verbinder 150 kann wiederum andere elektrische Einrichtungen schützen, die entweder elektrisch stromaufwärts oder stromabwärts des Verbinders 150 liegen.
In 12 wird das VVM-100 mit dem integralen Klebbstoffbinder 50 mit einem Bandkabelverbinder 170 eingesetzt. Das VVM-100 kann mit jedem Typ Bandkabelverbinder verwendet werden, wie einem vorstehenden, aufnehmenden, geradelaufenden, rechtwinkligen Geradlaufdrahtumhüllungs- und Rechtwinkliggeradrahtumhüllungs-, einem Buchsenverbinder, D-Verbinder, PCB-Verbinder, Kartenkantenverbinder, Tauch-Verbinder, Stift-Verbinder oder Terminal-Verbinder. Das VVM kann in einem Bandverbinder 170 vom Stecker- oder aufnehmenden Typ ausgestaltet sein.
Der Bandverbinder 170 beinhaltet einen Körper 172, der aus jedem geeignetem Material hergestellt ist, in einer Ausführungsform Kunststoff ist. Der Körper 172 umfasst bei der Ausführungsform Stecker- bzw. aufnehmender Teil zumindest teilweise mehrere Leitungen 176. Die Leitungen 176 sind mit der Wandung des Körpers 172 im Wesentlichen parallel. Ist der Körper 172 ein Stecker, dann sind die Leitungen 176 Stifte. Ist der Körper ein aufnehmendes Teil, dann sind die Leitungen 176 Buchsen, die Stifte aufnehmen. Der Bandverbinder 170 kann jede Anzahl an Eingangs-/Ausgangs-Signalleitungen befestigen. Ein oder mehrere der Leitungen 176 kann/können eine Erdleitung sein. Normalerweise wird eine separate Schaltungserdung oder Schutzerdung 186 bereitgestellt. Ein Erdungsstreifen 187 ist mit einem Erdungsstift 186 verbunden und liefert den geeigneten Abstand, so dass eine transiente Spannung von einer der Signalleitungen 176 anstelle zu einer weiteren Signalleitungen 176 zu dem Erdungsstreifen 187 geleitet wird.
Zwischen dem Körper 172 und einem zweiten passenden Körper 178 liegt ein Bandkabel 180. Das Bandkabel 180 kann jedes geeignete Kabel einschließlich eines grauen flachen Kabels, farbigen kodierten flachen Kabels, verdrehten Paars von Flachkabeln und runden ummantelten/geschützten Kabels sein. In der gezeigten Ausführungsform ist der zweite Körper 178 ein Stecker, der über den aufnehmenden Körper 172 passt. Die Stifte 182 in dem Steckerkörper 178 stechen durch die Isolierung des Kabels 180 und erzeugen einen elektrischen Kontakt mit den Leitungen in dem Kabel.
In der gezeigten Ausführungsform sind mindestens eine und möglicherweise mehrere VVM-100-Mengen direkt mit dem aufnehmenden Körper 172 und den Leitungen 176 über die intrinsischen Klebstoffeigenschaften des Binders 50 verbunden. Der aufnehmende Körper 172 beinhaltet ein Substrat 184, das ein Polymer sein kann, ein PCB-Material, wie FR-4, oder ein Polyimid. Das VVM-100 kann entweder auf die oberen oder unteren Oberflächen des Substrats 184 aufgetragen werden. In einer alternativen Ausführungsform werden Bahnen auf das Substrat 184 über jede geeignete Methode aufgebracht. Die Bahnen verbinden die Signalleitungen 176 mit dem VVM-100 elektrisch, das VVM-100 mit der Erdleitung 186 oder beide.
Wie gezeigt, schützt mindestens eine VVM-100-Menge ein oder mehrere Signalleitungen 176 des Bandkabelverbinders 170 vor einem transienten Peak. D. h. die Signalleitungen 176 können eine Überspannung zu dem Erdungsstift 186 leiten. Der Bandverbinder 170 kann wiederum elektrische Einrichtungen, die elektrisch stromaufwärts oder stromabwärts des Verbinders angeordnet sind schützen.
In 13 ist das VVM-100 mit dem integralen Klebstoffbinder 50 bei einem Daten- oder Telekommunikations-Verbinder 190 eingesetzt. Das VVM-100 kann mit jedem Typ an Daten-/Telekommunikations-Verbinder eingesetzt werden. In einer Ausführungsform ist der Verbinder 190 ein 8-Leiter-RJ-54-Verbinder, der gewöhnlich in Datennetzwerken zum Einsatz kommt, wie lokalen Netzwerken („LANs") verbreiteten Netzwerken („WANs") und dergleichen. In einer anderen Ausführungsform ist der Verbinder 190 ein 6-Leiter-RJ-11-Verbinder, der gewöhnlich in Heim- und in bestimmten im Handel erhältlichen Telefon-Systemen eingesetzt wird.
Der Verbinder 190 umfasst einen Körper 192 von dem in 13 viel entfernt wurde, um den durch das VVM-100 bereitgestellten Schaltungsschutz zu zeigen. Der Körper 192 ist aus jedem geeigneten Material hergestellt und gemäß einer Ausführungsform Kunststoff. Der Körper trägt eine Anzahl von Signalleitungen 194. Die Signalleitungen 194 sind zweckmäßig gebogen, um mit passenden Signalleitungen einer Steckdose (nicht gezeigt) in Eingriff zu kommen. Die Steckdose ist in den Daten-/Telekom-Körper 192 in Richtung des Pfeils 196 eingeführt. Wenn die Steckdose in den Körper 192 eingeführt ist, dann biegen sich Federbereiche 198 der Signalleitung 194 derart, dass auf die elektrische Verbindung zwischen den passenden Leitungen eine Federkraft ausgeübt wird.
In der gezeigten Ausführungsform kommunizieren gegenüberliegenden Enden 202 der Leitungen 194 direkt elektrisch mit einer oder mehreren VVM-100-Mengen, welche direkt auf das Substrat über den intrinsischen Klebstoffbinder 50 aufgebracht ist. Das VVM-100 kuppelt die Signalleitungen 194 direkt mit einer Erdleitung 206. Wie vorstehend ist die Erdleitung 206 geeignet angeordnet, näher an jeder der Signalleitungen 194 als die Signalleitungen 194 zu einander angeordnet sind. In einer anderen Ausführungsform verbinden die Enden 202 der Leitung 194 mit Bahnen elektrisch, an die das VVM-100 haftet. In einer weiteren Ausführungsform sind die Enden 202 der Signalleitungen 194 über Drahtbindungen elektrisch verbunden.
In vergleichbarer Art und Weise haftet das VVM-100 in einer Ausführungsform direkt an die Erdleitung 206. In einer anderen Ausführungsform steht die Erdleitung 206 mit dem VVM-100 über einer oder mehrerer Bahnen die an dem Substrat 204 angebracht sind in elektrischer Verbindung. In einer weiteren Ausführungsform steht das VVM-100 mit der Erdleitung 206 über einen Bond-Draht in elektrischer Verbindung.
In der vorstehend beschriebenen Art und Weise können eine oder mehrere oder alle der Signalleitungen 194 von einer transienten Spannung geschützt werden. Da LANs oder WANs gewöhnlicherweise große Entfernungen zwischen den Erdpunkten aufweisen stellen transiente ESD und EOS zwischen den Erdpunkten ein schwieriges Problem dar. Einrichtungen, wie Klimaanlagen, Heizvorrichtungen, Lifte, Kopierer und Leserdrucker, usw., können hohe Peaks und Transiente in Gebäuden mit LANs hervorrufen. Der geschützte Daten-/Telekom-Verbinder 190 schützt Einrichtungen, die über den Verbinder 190 mit einem Netzwerk verbunden sind, vor transienten Spannungen, die über die Datenleitungen des Netzwerks kommen. Vergleichbar schützt der Verbinder 190 die Datenleitungen von einem Überspannungszustand, der von einer mit dem Netzwerk verbundenen Einrichtung kommen kann.
In den 14 und 15 sind andere Ausführungsformen des bei den Telekommunikationsverbindern eingesetzten VVM-100 gezeigt. Die in den 14 und 15 gezeigten Ausführungsformen stellen jeden Typ an Daten-/Telekom-Verbindern dar. In 14. ist nur der relevante Bereich des Verbinders 210 gezeigt. Der Verbinder 210 umfasst mehrere Signalleitungen 212 mit gebogenen Enden 214, wobei die gebogenen Enden 214 mit Leitungen oder einer Daten-/Telekom-Steckdose (nicht gezeigt) wie vorstehend beschrieben passen. Die Steckdose wandert in Richtung des Pfeils 196, und geht in den Verbinder 210.
Ein Körper 216, der zur Erläuterung abgeschnitten ist, beinhaltet ein Schild 218, das aus jedem geeigneten leitfähigen Material hergestellt ist. Die Sicht von 14 ist im Allgemeinen von unterhalb des Verbinders, wie in 13 erläutert. Das Schild 218 passt daher auf und hinter den Leitungen 212. Das Schild definiert ein oder mehrere ausgeschnittene Federlaschen 220. D. h. das dünne Metallschild 218 ist ausgestanzt oder entlang drei Seiten einer jeden Laschen 220 geschnitten, wobei die Lasche 220 entlang der Kante 222 nach innen gebogen ist.
Die Laschen 220 können in jedem gewünschten Winkel weniger als 90° nach innen gebogen werden. Wird das Schild 218 über den Leitungen 212 angeordnet, dann stehen die Laschen 220 mit den Leitungen 212 in Kontakt und biegen sich gegen 0° zurück. Die Laschen 220 sind daher vorgespannt, um mit den Leitungen 212 einen elektrischen Kontakt aufrecht zu erhalten. Eine Menge an VVM-100 mit dem selbst härtenden intrinsischen Klebstoffbinder 50 wird direkt auf die Laschen 220 zwischen die Laschen 220 und die Leitungen 212 aufgebracht. Das VVM-100 dient als ein offener Schaltkreis in dessen Hochimpedanz-Zustand, so dass normalerweise nur wenig Strom von den Leitungen 212 zur Erdung 218 fließt. Wenn ein transienter ESD auftritt, dann schaltet das VVM-100 zu seinem geringen Impedanz-Zustand, so dass der transienter Peak zu der Schutzerdung 218 geleitet wird.
In einer Ausführungsform wird eine Schablone verwendet, um mehrere VVM-100-Mengen auf mehrere Laschen 220 aufzubringen. In einer anderen Ausführungsform wird eine Schablone dazu verwendet, um mehrere VVM-100-Mengen auf einen einzelnen der Laschen 220 aufzubringen, die unter jeder Belastung steht und einen Kontakt mit mehreren Leitungen 212 herstellt. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Schicht des VVM-100-Materials zuerst auf einen großen Bereich des Schildes 218 selbst aufgebracht, wobei mehrere Laschen 220 dann ausgestanzt werden, so dass jedes eine individuelle Menge an VVM-100 aufweist. In noch einer weiteren Ausführungsform wird eine Schicht von VVM-100 zuerst auf einen großen Bereich des Schildes 218 selbst aufgebracht, wobei ein oder mehrere Laschen 220, die mit mehreren Leitungen 212 in Kontakt stehen ausgestanzt werden.
In 15, die eine Seitenansicht der 14 darstellt, ist eine Variation des Verbinders 210 der 14 als ein neuer Verbinder 230 gezeigt. Wie zuvor, ist der Körper 216 weggeschnitten um einen Bereich des Schildes 218 zu zeigen. Das Schild 218 wurde ausgestanzt so dass der Laschen 220 entlang der Kante 222 zwischen dem Schild und dem Leiter 212 sich nach innen biegt. Der Laschen beinhaltet eine Menge an VVM-100 mit dem Selbstklebebinder 50 der vorliegenden Erfindung.
Die Signalleitung 212 weist den gebogenen Federbereich 214 auf, der dazu angepasst ist, mit einer Leitung einer Steckdose (nicht gezeigt) zusammen zu passen, wobei die Steckdose in den Verbinder 230 in der durch den Pfeil 196 gezeigten Richtung hinein geht. In einer Ausführungsform ist zwischen dem VVM-100 auf dem Laschen 220 und der Signalleitung 212 ein Kupplungskondensator 232 angeordnet. Der Laschen 220, das VVM-100, der Kondensator 232 und die Signalleitung 212 sind in einer bevorzugten Ausführungsform in Reihe geschaltet. Der Kondensator 232 weist einen Widerstand und einen Spannungsniveau auf das geeignet ist, einen Gleichstrom von 2500 Volt handzuhaben. D. h. der Kupplungskondensator 232 ist derart ausgelegt, um hohe DC-Spannungen zu blockieren, wie jene die während eines Hochspannungstest auf (HI-POT) auftreten, dem LAN- oder Internet-Systeme ausgesetzt sein können.
Das VVM-100 haftet zudem an dem Kondensator 232 und steht in elektrischem Kontakt mit diesem. Der Kondensator 232 kann zudem mit der Leitung 212 verlötet oder auf andere Art und Weise mit diesem verbunden sein. Die Federspannung der Lasche 220 hält darüber hinaus den Kondensator an seiner Stelle. Die Anordnung des Kondensators und des VVM-100 kann umgekehrt werden. Es sollte klar sein, dass in den 14 und 15 die ausgestanzten Laschen 200 alternativ mit einer VVM-Einrichtung (nicht gezeigt) eingesetzt werden können, die jedes dem Fachmann bekannte VVM verwendet.
Die 11–15 zeigen, dass der VVM-100 über den Binder 50 direkt auf das Substrat aufgetragen werden kann, wobei das Substrat in einem Stück einer elektrischen Ausrüstung, wie einem Verbinder, verwendet wird. Neben den zahlreichen erläuterten Verbindern sollte klar sein, dass das Substrat in andere Verbinderttypen, wie digitalen Video Interface ("DVI")-Verbindern, Analog zu Digital-Umwandler-("ADC")-Verbindern usw., sowie anderen Ausrüstungstypen, wie Audio-Kopfhörern, Camcordern, Fernsehgeräten, TV-Geräten, Radios, persönlichen e-mail-Einrichtungen, Computer usw. angeordnet werden kann.
Es sollte klar sein, dass dem Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen an den gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich sind.

Claims

Elektrischer Schaltkreis umfassend: Ein Substrat, mehrere an das Substrat angebrachte und durch mindestens eine Lücke getrennte Elektroden, und eine Menge an Spannungs-variablem Material ("VVM"), das intrinsisch, ohne eine Bedeckung, an die Elektroden und das Substrat über die Lücke befestigt ist, wobei das VVM einen polymeren, selbsthärtenden, isolierenden Binder beinhaltet, der in Carbitolacetat gelöst und mit einem Mittel verdickt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 1, worin das Substrat ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Starrem Laminat, Polyimid, Polymer, Glas, Keramik und jeder Kombination davon.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 1, worin der elektrische Schaltkreis in einem Stück einer elektrischen Ausrüstung bereitgestellt wird.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 3, worin die elektrische Ausrüstung ein Verbinder ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 1, worin das VVM ein Material beinhaltet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Leitfähigen Teilchen, isolierenden Teilchen, halbleitenden Teilchen, dotierten halbleitfähigen Teilchen und jeder Kombination davon.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 5, worin die leitfähigen Teilchen individuell einen inneren Kern und eine äußere Hülle umfassen.
Elektrischer Schaltkreis, umfassend: Ein Substrat, eine Menge an Spannungs-variablem Material ("VVM") in selbsthärtender Form, das intrinsisch, ohne eine Bedeckung, an dem Substrat befestigt ist, wobei das VVM einen polymeren, selbsthärtenden, isolierenden Binder beinhaltet, der in Carbitolacetat gelöst und mit einem Mittel verdickt ist, und mehrere Elektroden, die durch mindestens eine Lücke, die mit dem VVM in Kontakt steht, getrennt sind.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 7, worin das Substrat ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Starrem Laminat, Polyimid, Polymer, Glas, Keramik und jeder Kombination davon.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 7, worin der elektrische Schaltkreis in einem Stück einer elektrischen Ausrüstung bereitgestellt wird.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 9, worin die elektrische Ausrüstung eines von einer Telekommunikationseinrichtung und einem Eingangs-/Ausgangs-Verbinder umfasst.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 7, worin das VVM ein Material beinhaltet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Leitfähigen Teilchen, isolierenden Teilchen, halbleitenden Teilchen, dotierten halbleitfähigen Teilchen und jeder Kombination davon.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 11, worin die leitfähigen Teilchen individuell einen inneren Kern und eine äußere Hülle umfassen.
Elektrischer Schaltkreis umfassend: Ein Substrat, mehrere Elektroden, die an dem Substrat befestigt und durch mindestens eine Lücke getrennt sind, und eine Menge an Spannungs-variablem Material ("VVM") in einer selbsthärtenden Form, das intrinsisch, ohne eine Bedeckung, an die Elektroden befestigt ist, wobei das VVM einen polymeren, selbsthärtenden, isolierenden Binder beinhaltet, der in Carbitolacetat gelöst und mit einem Mittel verdickt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 13, worin das Substrat ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Starrem Laminat, Polyimid, Polymer, Glas, Keramik und jeder Kombination davon.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 13, worin der elektrische Schaltkreis in einem Stück einer elektrischen Ausrüstung bereitgestellt wird.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 15, worin die elektrische Ausrüstung ein Verbinder ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 13, worin das VVM ein Material beinhaltet, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Leitfähigen Teilchen, isolierenden Teilchen, halbleitenden Teilchen, dotierten halbleitfähigen Teilchen und jeder Kombination davon.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 17, worin die leitfähigen Teilchen individuell einen inneren Kern und eine äußere Hülle umfassen.
Elektrischer Schaltkreis umfassend: Ein Substrat, eine erste und eine zweite Elektrode, die durch eine Lücke getrennt sind, wobei die erste Elektrode an dem Substrat befestigt ist, und eine Menge an Spannungs-variablem Material ("VVM"), das einen polymeren, selbsthärtenden, isolierenden Binder beinhaltet, der in Carbitolacetat gelöst und mit einem Mittel verdickt ist, wobei die Menge intrinsisch an die erste und zweite Elektrode befestigt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 19, worin die VVM-Menge an die erste und zweite Elektrode und an das Substrat selbst gebunden ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 19, welcher eine Beschichtung beinhaltet, die die erste und zweite Elektrode bedeckt.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 21, worin das Substrat, die Elektroden und die Beschichtung Teil einer mehrschichtigen Leiterplatte sind.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 19, worin die erste und zweite Elektrode an dem Substrat befestigt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 23, welcher eine dritte Elektrode beinhaltet, die auf dem VVM angeordnet und von der ersten und zweiten Elektrode räumlich getrennt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 24, worin die dritte Elektrode näher an der ersten und zweiten Elektrode angeordnet ist, als die erste und zweite Elektrode räumlich voneinander getrennt sind.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 23, welcher eine Beschichtung beinhaltet, die die erste und zweite Elektrode bedeckt.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 23, worin die erste und die zweite Elektrode eine Erdungs-Elektrode ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 23, worin das Substrat ein erstes Substrat ist, das ein zweites Substrat umfasst, und worin die erste und zweite Elektrode zwischen dem ersten und zweiten Substrat angeordnet sind.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 28, worin das erste und zweite Substrat Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte oder eines flexiblen Schaltkreises ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 19, worin das Substrat ein erstes Substrat ist, das ein zweites Substrat umfasst, und worin die zweite Elektrode an das zweite Substrat befestigt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 30, worin das erste und zweite Substrat Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte oder eines flexiblen Schaltkreises ist.
Elektrischer Schaltkreis umfassend: Ein Substrat, eine erste und eine zweite durch eine Lücke getrennte Elektrode, wobei die erste Elektrode an dem Substrat befestigt ist, und eine Menge an Spannungs-variablem Material ("VVM"), das einen polymeren, selbsthärtenden, isolierenden Binder enthält, der in Carbitolacetat gelöst und mit einem Mittel verdickt ist, wobei die Menge an die erste und zweite Elektrode befestigt ist.
Elektrischer Schaltkreis nach einem der Ansprüche 1, 7, 13, 19 und 32, worin das Mittel Quarzstaub enthält.
Elektrischer Schaltkreis nach Anspruch 32, worin das VVM leitfähige Partikel mit einem Aluminium-Kern und einer Aluminiumoxid-Hülle umfasst.
Elektrische Einrichtung umfassend: Einen ersten und einen zweiten Signalleiter, ein Schild, und mindestens eine durch das Schild definierte Lasche, wobei die mindestens eine Lasche gegen den ersten und zweiten Leiter vorgespannt ist, und mindestens eine Menge an Spannungs-variablem Material ("VVM"), das zwischen dem ersten und zweiten Signalleiter und der mindestens einen Lasche angeordnet ist, wobei das VVM einen polymeren, selbsthärtenden, isolierenden Binder beinhaltet, der in Carbitolacetat gelöst und mit einem Mittel verdickt ist.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 35, welche eine erste und eine zweite Lasche umfasst, die durch das Schild definiert ist, worin eine erste Menge an VVM zwischen dem ersten Signalleiter und der ersten Lasche und eine zweite Menge an VVM zwischen dem zweiten Signalleiter und der zweiten Lasche angeordnet ist.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 35, welche zwischen dem ersten Signalleiter und der mindestens einen Lasche einen Kondensator aufweist.
Elektrische Einrichtung nach Anspruch 35, worin das VVM intrinsisch an mindestens einem der Leiter und der mindestens einen Lasche haftet.