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Die Vorliegende Erfindung betrifft einen
Überspannungsschutz Zum Schützen elektronischer Vorrichtungen vor
unnormalen Überspannungen, wie etwa einer Schaltüberspannung,
einer Zündüberspannung usw.
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Die derzeitige Vielfalt von Funktionen elektronischer
Vorrichtungen hat Halbleiter Verwendende Elektronik in
Verschiedenen Gebieten, einschließlich Haushaltsvorrichtungen,
Datenverarbeitungsvorrichtungen, Kommunikationssystemen und
industriellen Vorrichtungen, zur praktischen Anwendung
gebracht. Halbleiter, wie etwa ICs, LSIs Thyristoren usw., die
bei dieser Elektronik Verwendet werden, weisen eine
herausragende Leistung auf, sind aber sehr empfindlich auf unnormale
Spannungen, die durch elektrostatische Entladungen, Zünden
usw. angelegt werden können, so daß eine Neigung zur
Veranlassung Von Problemen, wie etwa einer Fehlfunktion oder einem
Ausfall elektronischer Vorrichtungen besteht, wenn unnormale
Spannungen daran angelegt werden. Unter dem Gesichtspunkt der
Sicherheit und der Verbesserung elektronischer Vorrichtungen
ist es daher eine Sache von großer Bedeutung, geeignete
Maßnahmen zum Schutz gegen Überspannungen ergreifen zu können.
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Fig. 4 (a), 4 (b) und 4 (c) Zeigen ein Beispiel eines
bekannten Überspannungsschutzes. Bezugnehmend auf diese
Figuren bezeichnet Bezugszeichen 1 ein flächiges,
gewöhnlicherweise
aus einer hauptsächlich aus Zinkoxid, Strontiumtitanat
o. dgl. Zusammengesetzten Halbleiterkeramik hergestelltes
Varistorelement, während 2 auf entsprechenden Bereichen der
Vorderseite und der Rückseite des Varistorelements
beispielsweise durch Einbrennen einer Silberpaste geschaffene
Elektroden bezeichnet. Die Elektrode 2 auf der Rückseite des
Varistorelements 1 ist nun in diesen Figuren dargestellt
Bezugs-Zeichen 3a und 3b zeigen aus Materialien mit einem hohen Maß
an elektrischer Leitfähigkeit, wie etwa Kupfer oder Messing
hergestellte, metallische Elektrodenplatten. Die
Elektrodenplatten 3a und 3b sind mit den Elektroden 2 durch
Lotpastenlöten Verbunden. Ein Bezugszeichen 4a bezeichnet einen
Außenanschluß, der sich von einem Bereich der Elektrodenplatte 3a
ausgehend erstreckt. Der Außenanschluß 4a ist
gewöhnlicherweise aus demselben Material hergestellt wie die
Elektrodenplatte 3a. Das gilt auch für den anderen Außenanschluß 4b, der
auf der Rückseite Vorgesehen ist. Die Enden der
Außenanschlüsse 4a und 4b sind mittels Löten oder mit Hilfe von
Bolzen mit einer elektrischen Schaltung Verbunden.
Praktischerweise ist der Überspannungsschutz harzbeschichtet oder
harzgegossen, so daß nur die Enden der Außenanschlüsse freiliegen
(in Fig. 4 (a) bis 4 (c) nicht abgebildet).
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Der Betrieb dieses bekannten Überspannungsschutzes
wird nachstehend beschrieben.
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Die Außenanschlüsse 4a und 4b werden Zwischen
Leistungsversorgungsleitungen, Signalleitungen oder
Erdungsleitungen der zu schützenden Vorrichtung Verbunden, um jedwede
unnormale Spannung zu absorbieren, die beispielsweise durch
eine elektrostatische Entladung, eine Zündüberspannung usw. in
diese Leitungen eingeführt wurde. Der durch die unnormale
Spannung erzeugte Überspannungsstrom fließt durch die
Elektrodenplatte 3a, die Elektrode 2, das Varistorelement 1 und die
entsprechenden Bereiche auf der Rückseite des
Überspannungsschutzes
von dem Außenanschluß 4a auf der Vorderseite des
Überspannungsschutzes zu dem Außenanschluß 4b auf der
Rückseite davon, so daß die auf einen sicheren Pegel unterdrückte
Spannung an die zu schützende Vorrichtung angelegt wird.
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Diese bekannte Anordnung ist jedoch mit einem Nachteil
in Verbindung mit der Herstellung der Vorrichtungen behaftet.
Bei der Herstellung des Überspannungsschutzes werden die
Außenanschlüsse 4a und 4b nämlich mit Hilfe von an den
Werkstücken befestigten Vorrichtungen gehalten, um das Varistorelement
1 während des Zusammenlötens der Elektroden 2 und der
Elektrodenplatten 3a, 3b durch die Federwirkung der Außenanschlüsse
4a, 4b dazwischen zu tragen. In einem solchen Fall wird das
Varistorelement 1 lediglich von den Außenanschlüssen 4a und 4b
und nur an den freien Enden davon getragen, so daß eine
leichte Änderung in der Dicke des Varistorelements 1 einen
einförmigen Kontakt zwischen den Elektrodenplatten 3a, 3b und
den Elektroden 2 auf dem Element 1 verhindert, was ein nicht
einförmiges Löten zum Ergebnis hat.
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Zur Lösung des Vorgenannten Problems offenbart die
japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 44-17568 einen
Widerstandsanschluß umfassend eine Anschlußplatte und einen
Außenverbindungsanschluß, der sich im wesentlichen von dem
zentralen Teil der Anschlußplatten ausdehnt in Form von
schmalen auf beiden Seiten des Außenverbindungsanschlusses in der
Anschlußplatte gebildeten Ausschnitten. Die Ausschnitte
versehen den Außenverbindungsanschluß mit einer Flexibilität, die
die Herstellung eines einförmigen Kontaktes der Anschlußplatte
17 mit einer Varistorelektrode erlaubt, bevor diese Teile
zusammengelötet werden.
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Selbst unter Verwendung eines derartigen Anschlusses
ist es jedoch leicht möglich, daß Flußmittel und Luftblasen
zwischen der Anschlußplatte und der Varistorelektrode
verbleiben, was eine schlecht gelötete Verbindung zum Ergebnis hat.
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Das Löten der Elektrodenplatten 3a, 3b an die
Elektroden 2 wird gewöhnlicherweise durch Aufdrucken einer Lotpaste
auf die Oberfläche der Elektroden 2, Trocknen der Lotpaste und
Drücken der Elektrodenplatten 3a, 3b auf die Elektroden 2
unter Wärmeanwendung durchgeführt. Ein derartiges Verfahren ist
jedoch kostenaufwendig.
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Zum Überwinden der vorstehend beschriebenen Probleme
im Stand der Technik liefert die Vorliegenden Erfindung einen
Überspannungsschutz, bei dem die auf beide Seiten eines
flächigen Varistors an die Elektroden zu lötenden
Elektrodenplatten eine spezielle Struktur aufweisen. Jede an die Elektrode
des Varistors zu lötende Elektrodenplatte. weist eine Mehrzahl
von Streifenelektroden auf, die sich von einem einzigen Punkt
oder einer Linie ausdehnen.
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Weil jede Elektrodenplatte die Form einer Mehrzahl von
streifenförmigen Elektroden aufweist kann mit dieser
erfindungsgemäßen Anordnung ein einförmiges Löten erreicht werden,
ohne daß das Verbleiben von Flußmittel und Lufthohlräumen
zwischen den Elektrodenplatten und den Elektroden erlaubt wird.
Weiterhin vermindert diese Anordnung die Herstellungskosten
auf bemerkenswerte Weise, weil das Löten durch ein
Loteintauchverfahren ohne Hilfe einer Lotlötpaste bewirkt werden
kann.
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Fig. 1 bis 3 sind Darstellungen Verschiedener
Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes, bei
denen Abschnitte (a), (b) und (c) jeweils Seitenansichten,
Vorderansichten bzw. perspektivische Ansichten sind.
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Fig. 4 (a), 4 (b) und 4 (c) sind eine Seitenansicht,
eine Vorderansicht bzw. eine perspektivische Ansicht eines
herkömmlichen Überspannungsschutzes.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Überspannungsschutzes. Abschnitte (a), (b) und (c)
dieser Figur sind eine Seitenansicht, eine Vorderansicht bzw.
eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 5 ein
Varistorelement, das aus einem Material hergestellt ist,
welches beispielsweise hauptsächlich aus Zinkoxid zusammengesetzt
ist, 6 bezeichnet auf der Vorderseite und der Rückseite des
Varistorelements 5 gebildete Elektroden und 8a und 8b
bezeichnen Außenanschlüsse. Diese Elemente entsprechen dem
Varistorelement 1, den Elektroden 2 und den Außenanschlüssen 4a, 4b des
herkömmlichen Überspannungsschutzes. Bezugszeichen 10a und 10b
bezeichnen jeweils eine der Streifenelektroden, die sich Von
einem Punkt ausgehend radial nach außen erstrecken. Diese
Streifenelektroden sind mit mittels Tauchlöten an eine
entsprechende Elektrode 6 gelötet. Die Streifenelektroden 10a
und 10b sind aus einem Material mit einer hohen elektrischen
Leitfähigkeit, z.B. Kupfer, einer Kupferlegierung oder Eisen,
hergestellt. Jede Streifenelektrode 10a, 10b weist eine Breite
von 0,5 bis 2,5 mm auf und die Außenelektroden 8a und 8b sind
mit den zentralen Bereichen verbunden, von denen sich die
Streifenelektroden 10a und 10b radial ausdehnen.
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Erfindungsgemäß ist der Überspannungsschutz weiterhin
in seiner Gesamtheit bedeckt oder geformt mit einer
Isolierharzbeschichtung, außer vielleicht an den freien Endteilen der
Außenanschlüsse 8a, 8b. Zum Zwecke der Übersichtlichkeit ist
die Isolierharzbedeckung in Fig. 1 jedoch nicht gezeigt.
Nebenbeibemerkt ist die vorstehend genannte Harzbeschichtung im
Fall des Bildens einer aus Glas, Harz o. dgl. hergestellten
Isolierlage in der Umgebung der Seitenoberflächen des
Varistors 5 nicht immer unVerzichtbar. Unterdessen können die
erfindungsgemäßen Außenanschlüsse zusätzlich zu ihrer
intrinsischen elektrischen Anschlußfunktion die Funktion einer
Trägereinrichtung zum Tragen des Körpers des Überspannungsschutzes
einnehmen.
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Der Betrieb des Überspannungsschutzes mit dem
beschriebenen Aufbau wird nachstehend erläutert.
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Wie im herkömmlichen Fall fließt ein Stoßstrom durch
das Varistorelement 5 wenn eine Überspannung daran angelegt
ist und die Überspannung wird im wesentlichen auf die gleiche
Weise absorbiert wie im herkömmlichen Fall. Weil die
Verbindung mit den Elektroden 6 durch eine Mehrzahl von radialen
Streifenelektroden 10a, 10b erreicht, ist können bei dieser
Ausführungsform Flußmittel und Lufthohlräume, die im Verlauf
des Lötens erzeugt wurden, auf einfache Weise durch die Lücke
zwischen benachbarten Streifenelektroden entweichen, ohne
zwischen den Streifenelektroden und den Elektroden 6 eingefangen
zu werden, wodurch die Streifenelektroden 10a, 10b einförmig
an die Elektroden 6 gelötet werden, so daß jedwede
Verschlechterung bei der Wirksamkeit bezüglich der
Stoßstromtauglichkeit verhindert wird. Die Verwendung der radialen
Streifenelektroden 10a, 10b ermöglicht die Verwendung des
preiswert auszuführenden Tauchlötverfahrens. Die
Außenanschlüsse 8a und 8b werden nämlich auf geeignete Weise so
gehalten, daß das Varistorelement 5 zwischen den
Streifenelektroden 10a, 10b eingeklemmt ist und diese Teile werden in ein
Lötbad eingetaucht, wodurch das Löten bewirkt wird, ohne daß
das bei herkömmlichen Pastenlötverfahren auszuführende
Aufdrucken von Lötmittel, Trocknen und Erwärmen erforderlich ist.
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Weil die Außenanschlüsse 8a, 8b aufeinanderzu gekrümmt
sind, ist weiterhin zum Verbinden der elektrischen Anschlüsse
weniger Raum erforderlich und ferner weisen diese Teile eine
Selbsttragefähigkeit auf. Wenn der Überspannungsschutz darüber
hinaus in seiner Gesamtheit außer an den freien Enden
Außenanschlüsse 8a, 8b mit einer Harzbeschichtung o. dgl. bedeckt
oder geformt ist, ist die Erhöhung der Wetterbeständigkeit und
der Isolierung des Überspannungsschutzes möglich.
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Abschnitte (a),
(b) und (c) dieser Figur stellen eine Seitenansicht, eine
Vorderansicht bzw. eine perspektivische Ansicht der zweiten
Ausführungsform dar. Diese zweite Ausführungsform unterscheidet
sich von erster Ausführungsform lediglich durch die Form der
Streifenelektroden. Im Gegensatz zu den Streifenelektroden
10a, 10b, die sich von einem Punkt ausgehend radial
erstrecken, erstrecken sich die Streifenelektroden 11a, 11b bei
dieser Ausführungsform nämlich ausgehend Von beiden Seiten eines
einzigen, linearen, streifenartigen Verzweigungsteils. Dieser
Überspannungsschutz wirkt im wesentlichen auf die gleiche
Weise wie die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform.
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Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Abschnitte (a),
(b) und (c) dieser Figur stellen eine Seitenansicht, eine
Vorderansicht bzw. eine perspektivische Ansicht der dritten
Ausführungsform dar. Bei dieser Ausführungsform sind die
Streifenelektroden vollständig oder teilweise an ihren äußeren
Enden verbunden. Die Streifenelektroden 12a und 12b, die
denjenigen in Fig. 1 ähnlich sind, sind nämlich mittels einer
gemeinsamen Streifenelektrode 13 an ihren äußeren Enden
miteinander verbunden. Obwohl bei der in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsform alle Streifenelektroden 12a oder 12b an ihren
äußeren Enden miteinander verbunden sind, ist das nur
veranschaulichend und einige dieser Streifenelektroden können nicht
Verbunden sein. Dieser Überspannungsschutz wirkt auf die
gleiche
Weise wie der in Fig. 1 dargestellte. Durch die Schaffung
der Streifenelektroden 13 wird jedoch die Verwicklung der
Enden von den Streifenelektroden 12a und 12b vermieden, so daß
die Effizienz der Zusammenbauarbeit verbessert wird und die
Kraft, mit der das Varistorelement gehalten wird, ebenfalls
auf vorteilhaf te Weise erhöht wird.
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Wie beschrieben ist jede Elektrodenplatte
erfindungsgemäß in Form Von einer Mehrzahl von Streifenelektroden,
die sich von einem einzigen Punkt oder einer einzigen Linie
ausgehend ausdehnen, aufgebaut und ein Außenanschluß wird von
einer dieser Streifenelektroden weggeführt. Daher kann
erfindungsgemäß das Löten zwischen den Elektrodenplatten und den
Elektroden auf beiden Seiten des Varistorelements einförmig
bewirkt werden, ohne daß der Verbleib von Flußmittel und
Lufthohlräumen zwischen den Elektrodenplatten und den Elektroden
gestattet wird, wodurch ein Überspannungsschutz mit einer
verbesserten Stoßstromtauglichkeit und einem hohen Maß an
Zuverlässigkeit erhalten werden kann.
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Bei der Ausführungsform, bei der die Elektrodenplatte
die Form von einer Mehrzahl von Streifenelektroden aufweist,
kann das Löten durch ein Tauchlötverfahren ohne Verwendung
einer Lötpaste verwendet werden, so daß die Kosten auf
bemerkenswerte Weise vermindert werden können. Bei dieser
Ausführungsform kann das Verwirren der Streifenelektroden an ihren
freien Enden durch Schaffen einer Streifenelektrode vermieden
werden, die zumindest einige der Streifenelektroden verbindet.
Diese Anordnung trägt ebenfalls zu einer Verbesserung bei der
Effizienz der Zusammenbauarbeit bei und stellt sicher, daß das
Varistorelement mit einer höheren Stabilität gehalten wird.
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Zusätzlich wird bei der Anordnung, bei der die Enden
der Außenanschlüsse in Richtung der Dicke des Varistorelements
betrachtet nach innen gebogen sind, der Raum zum Verbinden der
elektrischen Anschlüsse auf vorteilhafte Weise eingespart.
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Darüber hinaus kann ein höheres Maß an
Wetterbeständigkeit und Isolationsleistung erhalten werden durch ein
derartiges Beschichten oder Formen des Überspannungsschutzes,
daß nur die Enden der Außenanschlüsse freiliegen.