DE3011465C2

DE3011465C2 - Funkenstrecke auf einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE3011465C2
Application number: DE3011465A
Authority: DE
Inventors: Tatsuro Kanagawa Toyama; Yasuomi Yokohama Ueta
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1985-03-28
Also published as: GB2049299B; FI68481C; BR8001764A; FI68481B; FI800909A; JPS55126983A; US4322777A; GB2049299A; DE3011465A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstrecke der im Oberbegr;;.' des Patentanspruchs I vorausgesetzten Art, wie sie aus der DE-OS 2? 29 301 bekannt ist Eine solche Funkenstrecke kann in einer Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die mir einr-- Bildröhre eines Fernsehempfängers verbunden und in Form eines Dickfilmschaltungs-Moduls ausgebildet isL

Bekanntlich tritt bei einer Bildröhre eines Fernsehempfängers sehr leicht eine Funkenentladung über der Anode der Bildröhre und einer der verschiedenen Anschlüsse und Elektroden, beispielsweise der Kathode der Bildröhre, aufgrund einer daran anliegenden Potentialdifferenz infolge des Vorhandenseins von Glaspulvern, Verunreinigungen, Staub und anderen Fremdkörpern auf, die innerhalb der Bildröhre bleiben. Diese Entladungserscheinung wird üblicherweise »innere Entladung« genannt. Als Folge des Auftretens einer solchen Funkenentladung innerhalb der Bildröhre wird Strom bei hoher Spannung von der Anode der Bildröhre einer anderen Elektrode, beispielsweise der Kathode, zugeführt, an der die Funkenentladung aufgetreten ist, und ein Schaltungselement, wie ein Transistor, wird dadurch zerstört, wenn der Transistor mit der Elektrode verbunden ist, an der die Funkenentladung aufgetreten ist. Zum Schutz eines solchen Transistors gegen Beschädigung ist es daher üblich, eine Funkenstrecke an der Elektrode, wie der Kathode, an der die Funkenentladung leicht häufig auftritt, so vorzusehen, daß der Strom bei hoher Spannung, der durch die Entladung induziert ist, zu dieser Funkenstrecke fließen kann, ohne durch den Transistor zu fließen, jedoch ist bei der herkömmlichen Funkenstrecke nachteilig, daß dann, wenn die Energie der Funkenentladung außerordentlich hoch ist, leicht unerwünschter Abbrand an den sich gegenüberliegenden Spitzenabschnitten der Elektroden der Funkenstrecke aufgrund der Konzentration der Energie der Funkenentladung an den Spitzenabschnitten dieser Elektroden auftritt, wodurch der Abstand zwischen den Elektroden der Funkenstrecke mit dem Ergebnis erhöht wird, daß die Entladungs-Ansprechspannung höher als die vorgegebene Einstellung wird, bis schließlich die Funkenstrecke nicht mehr in der Lage ist, ihre primäre Funktion, eine Beschädigung des Schaltungselementes zu verhindern, beizubehalten.

Bisher wurden beispielsweise nach dem DE-GM 19 48 069 runde Schaltdrähte für die Entladungselektroden der Funkenstrecke verwendet, die unter Bildung eines definierbaren kleinsten Abstandes gegeneinander

ίο abgebogen sind, um Ecken und Kanten mit nicht genau definierter hoher elektrischer Feldstärke zu vermeiden. Es ist auch eine kugelige Ausbildung von Drahtenden erwähnt, die jedoch wegen der erforderlichen Vermeiching einer Gratbildung schwierig und kostspielig ist

Auch aus der US-PS 30 45 143 ist eine Schutzfunkenstreckc bekannt, bei der als Entladungselektroden runde Schaltdrähte dienen, die zur Bildung eines vorbestimmten kugelförmigen Luftspaltes zwischen ihren Endteilen gegeneinander abgebogen sind, welch letztere in öffnungen eines feuerbeständigen Substrats festgelegt sind.

Schließlich ist aus der DE-OS 22 29 301 eine Funkenstrecke der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art bekannt, bei der eine gegebenenfalls

stoOartige Überspannung führende Leiterbahn und eine auf Massepotential liegende Leiterbahn an mindestens einer Stelle der Leiterplatte in engerem Abstand als die übrigen Leiterbahnbereiche angeordnet sind und an dieser Stelle engeren Abstandes als Entladungselektroden dienen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Funkenstrecke der eingangs vorausgesetzten Art so auszubilden, daß das unerwünschte Abbrennen der Elektroden selbst für den Fall des Auftretens einer Funkenentladung außerordentlich hoher Energie vermieden wird und die Entladungs-Ansprechspannung, wie ursprünglich eingestellt, über einen langen Verwendungszeitraum aufrechterhalten wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

Merkmale des Patentanspruchs I gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Es zeigt sich, daß die in der Funkenstrecke gemäß der !Erfindung verwendeten Metallkugeln selbst bei dem Auftreten von Funkenentladung außerordentlich hoher Energie über der Funkenstrecke keinem Abbrand unterliegen, wobei sie beispielsweise aus Kupfer bestehea Die Vertiefungen oder Löcher im Substrat ermöglichen eine genaue und dauerhafte Positionierung der Metallkugeln, so daß die Entladungs-Ansprechspannung für einen langen Zeitraum konstant gehalten wird.

Der elektrische Widerstand von Kupfer ist niedrig, und daher erzeugen die Kupferkugeln keine merkliche Wärme, selbst wenn Strom als Ergebnis einer Funkenentladung hindurchfließt. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist hoch. Deshalb wird erzeugte Wärme sofort von den Kupferkugeln abgeleitet, ohne einen merkbaren Temperaturanstieg zu verursachen, selbst wenn Wärme darin erzeugt werden könnte. Weiter werden, weil der Schmelzpunkt von Kupfer höher als der der Werkstoffe wie ein Lot oder ein Elektrodenmaterial eines Silber-Palladium (Ag-Pd)-Systems ist, die Kupferkugcln nicht leicht geschmolzen oder abgebrannt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dar-

gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es /eigen

Fig. IA. IB schematisch in Aufsicht bzw. im Schnitt eine herkömmliche Funkenstrecke, die als Teil eines

Dickfilmschaltungs-Moduls ausgebildet ist,

F i g. 2A, 2B schematisch in Aufsicht bzw. im Schnitt eine auf einer Schaltungsplatte ausgebildeten Funkenstrecke mit Metallkugeln, jedoch ohne Positionierungsvertiefungen oder -löcher,

Fig.3 schematisch in Perspektive einen Teil eines Dickfilmschaltungs-Moduls, das darin eine Funkenstrecke nach F i g. 2A, 2B enthält,

Fig.4A, 4B bis 1IA, 11B schematisch jeweils in Aufsicht bzw. im Schnitt acht Ausführungsbeispiele der auf der Schaltungsplatte gemäß der Erfindung ausgebildeten Funkenstrecke.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird die herkömmliche Vorgehensweise mit Bezug auf die Fig. IA und IB vor der Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt

Die Fig. IA und 1B zeigen scheraatisch eine Aufsicht bzw. einen Schnitt einer herkömmlichen Funkenstrecke in einem Dickfilmschaltungs-Modul, wobei die Funkenstrecke einen solchen Aufbau besitzt, daß ein Schlitz 5 in ein Substrat 1 eines elektrischen Isolators wie Aluminiumoxid gebohrt ist und daß ein Elektrodenmaterial das beispielsweise Ag-Pd-Systems (Silber-Palladium-System) selektiv auf die gegenüberliegenden Seiten dieses Schlitzes 5 aufgedruckt oder aufgedampft ist, zur Bildung eines Paars sich gegenüberliegender Entladeelektroden 2 und 2'. Eine Schicht eines Lotes 4 kann durch Schmelzen auf jeder dieser Elektroden 2 und 2' nach Bedarf niedergeschlagen werden. Der Spitzenabschniit 2a der einen der Elektroden, hier der Elektrode 2, ist in Form eines Dreiecks so ausgebildet, daß dann, wenn eine Funkenentladung auftritt, ein Funke stets von den: dreieckförmigen Spitzenabschnitt 2a der Elektrode 2 überspringt, um so die Funkenentladung zu stabilisieren.

Falls jedoch eine Funkenentladung außerordentlich hoher Energie über dieser herkömmlichen Funkenstrekke auftritt, wird die Entladungscnergie an dem Spitzenabschnitt 2a der Elektrode 2 konzentriert und das folgliche Durchbrennen bzw. Abbrennen dieses End- oder Spitzenatrchnittes 2a ist Ursache einer Erhöhung des Abstandes zwischen den Elektroden 2 und 2'. Der Schlitz S ist zum Zweck einer elektrischen Isolation zwischen den Elektroden 2 und 2' vorgesehen, bis die Funkenentladung darüber aufzutreten beginnt. Es ist eine weitere Funktion dieses Schlitzes 5, eine unerwünschte Verringerung der Entladungs-Ansprcchspannung zu verhindern aufgrund des Vorhandenseins von Teilen, die während der Funkenentladung erzeugt werden und auf dem Isolier-Substrat 1 niedergeschlagen werden.

Die Fig.2A und 2B zeigen in Aufsicht bzw. im Schnitt eine Funkenstrecke mit Metallkugeln, jedoch noch ohr<e Positionierungsvertiefungen oder -löcher. Ein Eiektrodenwerkstoff (beispielsweise Ag-Pd) ist selektiv auf einem Substrat 1 aus einem elektrischen Isolierstoff, wie Aluminiumoxid oder Forsterit in einem ersten Schritt aufgedruckt, wodurch ein Paar sich gegenüberliegender Entladeelektroden 2,2' gebildet wird. Eine Schicht aus Druck-Lot 4 wird dann auf jeder der Elektroden 2 und 2' gedruckt und ein Haar von Kugeln 3a und 3b aus einem Metall wie Kupfer werden dann auf den Lot-Schichten 4 an den sich gegenüberliegenden Seiten eines Schlitzes 5 angeordnet, der in das Isolier-Substrat 1 gebohrt ist. Anschließend wird Wärme dem Isolier-Substrat 1 zugeführt zum Schmelzen des Lots 4, wodurch die Metallkugeln 3a und 3b mit den Elektroden 2 bzw. 2' mittels des Lotes 4 elektrisch verbunden werden. Bei dieser Anordrang ist der kürzeste Abstand /ι zwischen der Metallkugel 3a und der Metallkugel 3b so gewählt, daß er kleiner als der Abstand /₂ zwischen der Elektrode 2 und der Elektrode 2' ist Dies deshalb, damit die Funkonentladung über den Metallkugeln 3a unä 3b auftritt. Die Metallkugeln 3a und 3b brennen nicht mehr leicht ab, wie zuvor erläutert, und es kann daher eine Funkenstrecke erreicht werden, die in der Lage ist, einer energiereichen Funkenentladung ausreichend zu widerstehen.

F i g. 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht

eines Teils eines Dickfilmschaltungs-Moduls, das auf dem Substrat ausgebildet ist das mit der Funkensirecke nach F i g. 2A und 2B versehen ist Dieses Dickfilmschaltungs-Modul enthält einen Erdungsleiter 6-1, einen Leiter 6-2, der mit dem Kollektor Tc eines Transistors 7 verbunden ist, einen Leiter 6-3, der den Kollektor 7cdes Transistors 7 mit dem einen der Anschlüsse eines Kondensator·, 8 verbindet, einen Leiter 6-4, der mit dem anderen Anschluß des Kondensators 8 verbunden ist einen Leiter 6-5, der mit der Basis 7a des Transistors 7 verbünde» ist, und einen Leiter 6-6, der mit dem Emitter Tb des Transistors 7 verbunden ist CAese Leiter sind auf dem Isolier-Substrat 1 niedergeschlagen und eine der Elektroden, hier die Elektrode 2, der Funkenstrecke ist mit dem Leiter 6-2 verbunden, während die anders Elektrode, hier die Elektrode 2', der Funkenstrecke mit dem Erdun^sleiter6-1 verbunden ist.

Wenn eine Funkenentladung innerhalb der Bildröhre auftritt, und eine durch die Funkenentladung erzeugte Spannung an den Leiter 6-2 in einer Richtung angelegt wird, wie sie durch den Pfeil A in der Schaltung gemäß F i g. 3 dargestellt ist, tritt eine Funkenentladung über die Metallkugeln 3a und 3b auf, und es fließt Strom von dem Leiter 6-2 zum Erdungsleiter 6-1 über die Elektrode 2, die Metallkugeln 3a, 3b und die Elektrode 2' zur Bildung einer Kurzschlußverbindung zwischen dem Leiter 6-2 und dem Leiter 6-1. Folglich fließt kein Strom zur Basis 7a und zum Emitter Tb des Transistors 7 von dessen Kollektor Tc, obwohl der Transistor 7 kollektorseitig mit dem Leiter 6-2 verbunden ist, wodurch der Transistor 7 gegen Beschädigung geschützt ist.

Bei dem Dickfilmschaltungs-Modul gemäß F i g. 3 beträgt die Breite des Leiters 6-2 etwa 0,5 mm, der Durchmesser der Metallkugeln 3a und 3b etwa 1,0 mm, der kürzeste Abstand A zwischen den Metallku_eeln 3a und 3b etwa 0,5 mm und die Entlade-Ansprcchspannung der Funkenstrecke ist so gewählt, daß sie etwa 23 kV— 3,0 kV beträgt.

Die F i g. 4A und 4B zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei schematisch eine Drauf- sieht bzw. ein Schnitt dargestellt sind. Bei diesem ersten Ausfiihrungsbeispid. das eine Weiterbildung der Anordnung gemäß den Fig. 3A und 2B ist, sind ein P<iar beabstandeter Vertiefungen 9a und 9b mit einem Durchmesser, der kleiner als der der Metallkugeln 3a und 3b ist, in dem Isolier-Substrat 1 so vo^rgeseher% daß die Metallkugeln 3a und 3b genau mittels dieser Vertiefungen 9a bzw. 9b positioniert werden können. Die Funkenstrecke kann daher mit guter Wirkung ohne irgendeine wesentliche Schwankung ihrer Entlade-Ansprechspannung arbeiten, da der Abstand A zwischen den Metallkugeln 3a und 3b gemäß diesem Ausführungsbeispiel auf den geplanten Wert genau eingestellt wenden kann. Die F i g. 5A und 5B zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Fun- kenstrecke. Bei dL?<:m Ausführungsbeispiel, das eine Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels gemäß den F i g. 4A und 4B ist, sind die Vertiefungen 9a und 9b durch ein Paar beabstandeter Löcher 10a bzw. lOb bzw.

Bohrungen ersetzt, die sich durch das Isolier-Substrat I erstrecken. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel kann ebenfalls der Abstand /ι zwischen den Metallkugeln 3a und 36 genau auf den geplanten Wert eingestellt werden, und der Vorteil dieser Funkenstrecke ist ahnlieh dem des ersten Ausfuhrungsbeispiels, da sie ohne irgendeine wesentliche Schwankung ihrer Entlade-Ansprechspannung arbeiten kann.

Die F i g. 6A und 6B, die F i g. 7A und 7 B, die F i g. 8A und 8B und die F i g. 9A und 9B zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 6A und 6B ist eine Weiterbildung des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß den F i g. 5A und 5B, wobei der Schlitz 5 in den F i g. 5A und 5B durch eine Vertiefung Sa ersetzt ist. Das vierte Aus- is führungsbeispiel gemäß den Fig.7A und 7B ist eine Weiterbildung des dritten Ausführungsbeispiels gemäß den Fig.6A und 6B, wobei die Löcher 10a und 106 durch ein Paar beabstandeter Vertiefungen 9a bzw. 9b ersetzt sind. Das fünfte AusfOhrungsbeispiel gemäß den F i g. 8A und 8B ist eine Weiterbildung des vierten Ausführungsbeispiels gemäB den F i g. 7 A und 7 B. wobei die Vertiefung 5a durch eine Vertiefung 56 ersetzt ist, die mit den Vertiefungen 9a und 9b in Verbindung steht. Das sechste Ausführungsbeispiei gemäß den Fig.9A und 9B ist eine Weiterbildung des fünften Ausführungsbeispiels gemäß den F i g. 8A und 8B, wobei die Vertiefungen 9a, 9b und Sb gemäß den F i g. 8A und 8B durch Löcher 10a, 106 bzw. einen Schlitz 5 ersetzt sind, die sich durch das Isolicr-Substrat 1 erstrecken. Bei jedem dieser Ausführungsbeispiele kann der Abstand A zwischen den Metallkugeln 3a und 36 genau auf den geplanten bzw. beabsichtigten Wert eingestellt werden, so daß unerwünschte Schwankungen der Entlade-Ansprechspannung der Funkenstrecke in ähnlicher Weise wirksam verringert werden können. Die Wirkung der Vertiefung 5a öder So oder des Scniii7.es 5e ist ähnlich der des Schlitzes 5.

Die Fig. 1OA und 1OB zeigen ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, während die F i g. 1IA und 11B ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen. Das siebte Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1OA und 1OB ist eine Weiterbildung des vierten Ausführungsbeispiels gemäß den Fig.7A und 7B, dahingehend, daß die Vertiefung 5a in dem Abschnitt des Isolier-Substrats 1 zwischen den Metailkugeln 3a und 36 gemäß den Fig.7A und 7B nicht vorhanden ist. und lediglich die Locher bzw. Vertiefungen 9a und 96 zum Positionieren der jeweiligen Metallkugel 3a und 36 vorgesehen sind. Das achte Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. HA und UB ist eine Weiterbildung des Sechsten Ausführungsbeispiels gemäß den F i g. 9A und 9B. dahingehend, daß der in dem Abschnitt des Isolier-Substrats 1 zwischen den Metallkugeln 3a und 36 gemäß den F i g. 9A und 9B gebildete Schlitz 5c in dem Abschnitt des Isolier-Substrats 1 zwischen den Metallkugeln 3a und 36 gemäß den F i g. 9A und 9B beseitigt ist und lediglich die Löcher 10a und 106 zum Positionieren der jeweiligen Metallkugel 3a und 36 vorgesehen sind. Auch bei dem siebten und dem achten Ausführungsbeispiel kann der Abstand A zwischen den Metallkugeln 3a und 36 genau an den geplanten Werten eingestellt werden und es können unerwünschte Schwankungen der Entlade-Ansprechspannung der Funkenstrecke aufs Äußerste verringert werden. t>5

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Funkenstrecke auf einer Leiterplatte, die aus einem isolierenden Substrat mit Leiterbahnen aufgebaut ist, wobei Leiterbahnen die Anschlüsse für die Elektroden der Funkenstrecken bilden und wobei der Abstand der Elektroden voneinander kleiner ist als der Abstand der Leiterbahnen untereinander, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden Metallkugeln (3a, 3b) mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit dienen, die auf den Leiterbahnen (2) mit Lot (4) befestigt sind, und daß die Metallkugeln (3a, 3b) auf einem Paar im Substrat (1) vorgesehener beabstandeter Vertiefungen (9a, Blöder Löcher(10a, lOtygeringeren Durchmessers als desjenigen der Metallkugeln (3a, 3b) angeordnet sind.

2. Funkenstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, «laß im Substrat (1) zwischen den Metaiikugein (3a, 3b) ein Schütz (5, Sc) oder eine Ausnehmung (5a, Sb) vorgesehen ist.

3. Funkenstrecke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (9a,9tyoder Löcher (10a, iOb) mit der Ausnehmung (5ο; bzw. dem Schlitz (Sc) im Substrat (1) in Verbindung stehen.