JPH09135068A - 過電圧保護材料及びそれを用いた回路基板 - Google Patents

過電圧保護材料及びそれを用いた回路基板

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JPH09135068A
JPH09135068A JP8303925A JP30392596A JPH09135068A JP H09135068 A JPH09135068 A JP H09135068A JP 8303925 A JP8303925 A JP 8303925A JP 30392596 A JP30392596 A JP 30392596A JP H09135068 A JPH09135068 A JP H09135068A
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conductive material
conductive
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JP8303925A
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Thomas Harald Flottman
トーマス・ハラルド・フロットマン
Francis Joseph Nuzzi
フランシス・ジョセフ・ヌジー
David Bernard James
デービッド・バーナード・ジェームス
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Original Assignee
Whitaker LLC
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路基板上の電気部品に損傷を与えずに回路
基板に塗布しうる過電圧保護材料及びそれを用いた回路
基板を提供する。 【解決手段】 過電圧保護材料１６は、シリコーンポリ
マーを具備し、このシリコーンポリマーは液状の硬化剤
とともに液状をなし、有機溶剤及び水を含まず、更に硬
化する前に液状状態に置かれるように構成されている。
回路基板１０は、基板２４上に設けられた信号導体１４
及び接地導体１７と、過電圧保護材料１６とを具備す
る。過電圧保護材料１６は選定された信号導体１４上に
横たわると共に、過電圧保護材料１６上には導電性材料
１８が接地導体１７に接触した状態でコーティングされ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回路基板上に使用さ
れる過電圧保護材料及びそれを用いた回路基板、すなわ
ち静電気からの回路基板の保護に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】過電圧
保護材料については、米国特許第５，０６８，６３４号
公報に開示されている。この過電圧保護材料は、シリコ
ーンポリマー、粉末状の金属混合材料及び粉末状の非導
電性無機材料からなる組成を有する。その保護材料を２
電極を有する装置に組み込むために成形作業が要求され
る。この際に、成形された材料は、その電極間に介在す
る。高温度における成形工程が、その知られた保護材料
を硬くするのに必要であるが、９３℃以下の温度で過電
圧保護材料を硬化しなければ過電圧保護材料の効果がで
ない。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る過電圧保護
材料は、シリコーンポリマー、粉末状の金属混合材料及
び粉末状の非導電性無機材料を具備した過電圧保護材料
において、前記シリコーンポリマーが、硬化剤とともに
液状をなし、有機溶剤及び水を含まず、更に前記硬化剤
により硬化する前に液体状態に置かれるように構成され
ていることを特徴としている。
【０００４】上記過電圧保護材料は、溶剤及び水を含ま
ないと共に、回路基板上の電気部品に損傷を与えずに回
路基板上に直接塗布しうる。上記硬化剤は、二ラウリン
酸ジブチル錫が適しており、９３℃以下の温度で硬化剤
として機能しうるものである。このため、高温にまで熱
することによる損傷が回避される。
【０００５】過電圧保護材料を回路基板上に塗布するた
めに、過電圧保護材料は、回路基板上の電気回路及び装
置に対して熱による損傷を回避するように低温で硬化さ
れなければならない。本発明に係る過電圧保護材料は、
低温で硬化する。更に、過電圧保護材料は、薄い層で塗
布されることができ、次に回路基板上の接地回路に接触
する導電材料の層が塗布される。これにより、静電気電
荷を接地、アース・基準電位に分流する。更に、本発明
は、回路基板及び過電圧保護材料を有する回路基板の組
立方法にも関連しており、回路基板上の接地回路に接触
する導電材料の層が塗布される。
【０００６】又、本発明に係る回路基板は、基板上に設
けられた信号導体及び接地導体と、過電圧保護材料とを
有する回路基板において、前記過電圧保護材料が選定さ
れた前記信号導体上に横たわると共に、前記過電圧保護
材料上に導電性材料を前記接地導体に接触した状態でコ
ーティングすることを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図１は加算処理（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｐ
ｒｏｃｅｓｓｅｄ）された回路基板上の過電圧保護材料
の斜視図である。図２は減算処理（ｓｕｂｔｒａｃｔｉ
ｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ）された回路基板上の過電圧
保護材料の斜視図である。図３はプリント基板上のコネ
クタピン番号に対するピーク電圧のグラフであり、斜線
領域がデータ点を示している。図４は回路基板上の電気
コネクタにおけるコネクタピン番号に対するピーク電圧
のグラフであり、基板上には銀ペーストが塗布された導
電性材料が塗布されている。図５はコネクタピン番号に
対するピーク電圧のグラフである。図６は回路基板上の
単独ピンにおけるパルスの数に対するピーク電圧のグラ
フであり、回路基板上には銅ペーストが塗布された非導
電性材料が塗布されている。図７は回路基板上の単独ピ
ンにおけるパルスの数に対するピーク電圧のグラフであ
り、回路基板上にはシリコーンペーストが塗布された導
電性材料が塗布されている。図８は過電圧パルスに対し
てのクランプ電圧特性を示す電圧対時間グラフである。
【０００８】先ず、図８において、電圧対時間グラフは
過渡電圧Ｔｖを示している。この過渡電圧Ｔｖは与えら
れた部品、例えば集積回路が損傷あるいは破壊されるこ
となく耐えることができる過度の電圧レベル及びエネル
ギー容量であると考えられる。過渡電圧Ｔｖは、広い多
様の理由に起因して信号線上に現れる。すなわち、人又
は装置上の静電荷の放電、雷あるいは高電圧装置の偶発
的な短絡によって誘導された電圧、あるいは電気装置を
始動又は停止するためのスイッチの開閉によって生じた
突然のサージ電圧によって相並んだ回路に誘導された電
圧に起因して過渡電圧Ｔｖは信号線上に現れる。最も
典型的には、その過渡電圧Ｔｖは、信号を電子部品に伝
送するのに利用されたケーブルあるいは導体及びコネク
タに現れる。電子部品として、例えば、データを処理す
ると共にコンピュータの伝送装置を制御するために様々
な機能を実行する集積回路があげられる。
【０００９】過渡電圧Ｔｖは、数千Ｖの場合もあれば１
００Ｖ以下の場合もありうる。集積回路の如き電子部品
は３Ｖから１２Ｖの範囲で作動するが、わずかに高い電
圧で作動するデバイスもある。図８に示す応答時間は、
数ナノ秒の期間に相当すると共に過渡電圧Ｔｖの立上り
時間は応答時間よりも多い数ナノ秒あるいはミリ秒に相
当する。曲線下の領域は、パルスのジュールエネルギに
相当し、過電圧及びそれによる部品の過応力からの保護
に関して別に考慮する必要がある。本発明に関し、与え
られた部品を保護するために、過電圧の保護の必要性及
びＴｖによって表された過度のエネルギの双方を試験す
る必要がある。これが１度なされると、電圧破壊に関し
ての保護装置の特別の仕様を選択することができ、これ
により、不必要な過渡電流を分路すると共にクランプ電
圧を接地する。図８において、ＶBDは与えられた保護装
置の破壊電圧に相当し、Ｖc はクランプ電圧に相当す
る。そのクランプ電圧は、装置が現存する過度電圧をい
つまでも保持する電圧である。
【００１０】図１において、回路基板１０は、永久抵抗
材料２２を被覆した基板２４、半田被膜された符号１４
で示す信号導体及び符号１７で示された少なくとも１つ
の接地導体を有する。信号導体１４は、ピンコンタクト
４３のためのパッド及び穴１５に接続している。信号導
体１４及び接地導体１７上には、導電性過電圧保護材料
１６が横たわっており、この導電性過電圧保護材料１６
上には接着性の金属インク１８層が横たわっている。
【００１１】抵抗材料２２及び基板２４の双方を製造す
るための従来の材料及び工程は、米国特許第３，６９
８，９４０号公報に開示されている。
【００１２】米国特許第３，６９８，９４０号公報によ
れば、信号導体１４、パッド及び穴１５及び接地導体１
７を基板２４上に塗布する組成及び方法は、加算（ａｄ
ｄｉｔｉｖｅ）、減算（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ）ある
いはそれらの組み合わせを具備する。
【００１３】過電圧保護材料１６は、溶剤を含まない液
体組成を有する。その導電性材料は、静電気による過電
圧からの保護を提供する。この導電性材料は、米国特許
第４，９７７，３５７号公報及び米国特許第５，１８
９，３８７号公報に開示されているように、量子力学の
トンネル特性及びフォードバックスイッチング特性を有
する。
【００１４】過電圧保護材料１６は、溶剤を含まない液
体シリコーンポリマー組成、粉末状の金属混合物、非導
電性の無機粉末及び硬化剤を具備する。「溶剤を含まな
い」という用語は、例えば、ナフサ、キシレン、メチル
−エチルケトンあるいはトルエン等の従来の有機溶剤及
び水が材料中に使用されていないという意味である。
【００１５】溶剤を含まない液体シリコーンポリマー
は、ジェネラルエレクトリック社製の商品名「ジェネラ
ル エレクトリック ＲＴＶ１１（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ ＲＴＶ１１）」が知られている。液体
ポリーマ比は、体積比で４０〜６０パーセント、好まし
くは４５〜５５％、特に好ましくは５０％である。
【００１６】粉末状の金属混合物は、あらゆる導電性金
属粉末、例えば、アルミニウム、ベリリウム、鉄、金、
銀、プラチナ、鉛、錫、青銅、黄銅、銅、ビスマス、コ
バルト、マグネシウム、モリブデン、パラジウム、タン
タル、タングステン及びそれらの合金である。粉末状の
金属混合物は、特にアルミニウム粉末、特にアルキャン
アルミニウム社製の「アルキャンＸ３０（Ａｌｃａｎ
Ｘ３０）」が好ましい。粉末状の金属混合物の割合は、
体積比で２５〜４５％好ましくは３０〜４０％、特に好
ましくは３５％である。
【００１７】非導電性の無機粉末は、導電性金属粉末粒
子の粒子間隔を確立し、維持するために利用される。こ
の無機粉末の例として、アルミニウム三水和物、特に
「ヒドラル７０５（Ｈｙｄｒａｌ ７０５）」があげら
れる。無機粉末の割合は、体積比で１〜２０％、好まし
くは５〜１５％、特に好ましくは１０％である。
【００１８】硬化剤は、従来品と同様のものであり、そ
の硬化剤の割合は、体積比で０．１〜０．５％である。
硬化剤の代表例として、凝縮によって硬化する二ラウリ
ン酸ジブチル錫があげられる。
【００１９】導電性材料の生産工程は、従来の混合機に
おいて行われる。ポリマーは液状であり、他の剤は混合
機においてポリマーにゆっくりと加えられる。導電性材
料の完全な混合の後に、その導電性材料は永久抵抗、信
号導体及び接地導体上の第１の所定位置に塗布される。
その第１の所定位置は接着促進剤を塗布することにより
準備されている。接着促進剤は、シラン合成物、好まし
くはシランビニル、特に好ましくはトリメトキシシラン
ビニルである。
【００２０】溶剤を含まない導電性材料は、第１の所定
位置に、シルクスクリーニング、展着、ステンシル印
刷、あるいははけ塗りによって塗布される。その導電性
材料は、塗布されたとき、厚さが１〜３ミル（０．０２
５４ｍｍ〜０．０７６２ｍｍ）、好ましくは２ミル
（０．５０８ｍｍ）になる。導電性材料の硬化は、９３
℃以下の温度で行われる。導電性材料の硬化は、室温で
２４時間行われるか、あるいは８０°で２時間行われる
のが好ましい。
【００２１】導電性材料は、硬化後に光沢のある表面を
有する。その光沢表面は、選択された材料の更なる層を
有する屈曲した導電層の付着を促進するために取り除か
れなければならない。光沢表面層の除去は、導電性材料
の薄い層を取り除くいかなる手段、例えばやわらかいブ
ラシ研磨によって成し遂げられる。光沢表面層の除去
は、又、金属フィラー粒子を露出させると共に、接着性
の金属インク層の如き、あらゆる被覆された層に対して
低電気接触抵抗を与える。
【００２２】溶剤を含まない導電性材料の上面に、少な
くとも１つの接地導体１７に接触した状態で接着性の金
属インク層が設けられる。かかる金属インク層は信号導
体に接触しない第２の所定位置に設けられる。この金属
インク層は、良好な電気導体、例えば銀又は銅を含浸し
た、エポキシを基材としたポリマーである。金属インク
層は、第２の所定位置に塗布され、その厚さは１〜３ミ
ル（０．０２５４ｍｍ〜０．０７６２ｍｍ）、好ましく
は２ミル（０．０５０８ｍｍ）になる。そのインク層
は、標準装置、例えばシルクスクリーニングにより導電
性材料上に塗布される。金属インク層が塗布された後
に、そのインク層は１５０℃で０．５時間硬化される。
【００２３】
【実施例】実施例１においては、体積比で液体シリコー
ンポリマーＧＥ ＲＴＶ１１が５３％、二ラウリン酸ジ
ブチル錫が０．１％、アルミニウム粉末アルキャンＸ３
０が３７％、アルミニウム三水和物粉末ヒドラル７０５
が１０％を混合することにより作成された溶剤を含まな
い液体導電性材料が使用される。この材料は、多数羽根
の混合ヘッドを有する標準の混合機を使用するプラスチ
ック容器内で互いに混合される。加算タイプの回路基板
が準備され、その表面がわずかに粗くされ、かつ、洗浄
される。加算タイプの回路基板上の液体導電性材料のた
めの所定位置は、導体トレースにコーティングされた半
田の部分を露出し、シランビニル溶液で処理される。シ
ラン処理の後、回路基板は、対流式オーブン内で１５０
℃において２０分間乾燥される。それから、溶剤を含ま
ない導電性材料は、回路基板上の第１所定位置上にステ
ンシル印刷され、２ミル（０．０５０８ｍｍ）厚の層を
生じることになる。このシリコーン層は、対流式オーブ
ン内で８０℃において２時間硬化される。硬化されたシ
リコーン層は、やわらかなブラシ研磨作業によりその表
面上が粗くされ、又、水すすぎによって掃除され、次い
で加圧された空気により乾燥される。銅を母材としたポ
リマー厚膜導電性ペーストが、回路基板の第２所定位置
上にスクリーン印刷によって塗布され、あらかじめ塗布
された導電性シリコーンを覆う。これと同時に、かかる
導電性ペーストは、電気接地導体に接触する。その印刷
層の厚さは、２ミル（０．０５０８ｍｍ）である。それ
から、銅ペースト層は、対流式オーブン内で１５０℃に
おいて３０分間硬化される。機械的な保護のために、回
路基板上の導電性シリコーン及び銅ペーストによって覆
われたすべての領域は、最後に標準的な回路基板工程を
用いて標準半田マスクによってコーティングされる。
【００２４】実施例２においては、実施例１で詳述した
ように、溶剤を含まない液体導電性材料が作成される。
加算タイプの回路基板は、実施例１で詳述したように、
作成されると共に接着促進がなされる。溶剤を含まない
電性材料は、実施例１で詳述したように、その基板上に
塗布されると共に表面は粗くされる。実施例１と異なる
ところは、銀を母材としたポリマー厚膜導電性ペースト
が回路基板の第２所定領域上にスクリーン印刷によって
塗布され、あらかじめ塗布された導電性シリコーンを覆
い、これと同時に電気接地導体に接触する点である。そ
の印刷層の厚さは、２ミル（０．０５０８ｍｍ）であ
る。それから、銀ペースト層は、対流式オーブン内で１
５０℃において３０分間硬化される。機械的な保護のた
めに、実施例１で詳述したように、半田マスクが予めコ
ーティングされた領域上に適用される。
【００２５】上述した内容は、回路基板を量産するため
の加算工程のための手段であり、減算工程と呼ばれる回
路基板を量産するためのもう１つの手段が以下に述べら
れる。減算工程と加算工程との間の相違は、シー．エ
フ．クームズ（Ｃ．Ｆ．Ｃｏｏｍｓ）著の印刷回路ハン
ドブック（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｈａｎ
ｄｂｏｏｋ）第３版２．４．１節２．８部及び電子工学
エンジニアハンドブック（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎ
ｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）７〜７０ページ
に詳述されている。
【００２６】図２において、回路基板を量産するための
減算工程を使用する変形例が示されている。この変形例
において、基板５０上には半田コーティングされた信号
導体５４が横たわっている。信号導体５４はピンコンタ
クト６３のためのパッド及び穴５５に接続している。
又、基板５０上には、少なくとも１つの接地導体５７が
横たわっている。信号導体５４及び接地導体５７上には
導電性過電圧保護材料５６が被覆されており、この保護
材料５６上には接着性金属インク層５８が横たわってい
る。回路基板製造のための加算工程と減算工程との相違
は、減算工程には永久抵抗材料がないという点である。
このため、溶剤を含まない液体導電性材料５６が第１所
定領域において基板５０上に塗布されるとき、液体導電
性材料５６は露出した基板５０及び信号導体５４に直接
接触する。金属インク層５８は、上述した方法と同一の
方法で液体導電性材料及び接地導体上に載せられる。
【００２７】実施例３において、溶剤を含まない液体導
電性材料は、体積比で液体シリコーンポリマーＧＥ Ｒ
ＴＶ１６０ ５６％、アルミニウム粉末アルキャン Ｘ
３０３５％及びアルミニウム三水和物粉末ヒドラル ７
０５ ９％を混合することによって作成される。その液
体導電性材料は、多数羽根の混合ヘッドを有する標準混
合機を使用するプラスチック容器内で互いに混合され
る。印刷配線基板（ＰＷＢ）は、減算工程によって作成
される。実施例１で詳述したように、シラン溶剤によっ
て接着促進がなされる。それから、溶剤を含まない導電
性材料は、印刷配線基板上の第１所定領域にステンシル
印刷され、２ミル（０．０５０８ｍｍ）厚の層を生ず
る。このシリコーン層は、室温で２４時間空気硬化され
る。硬化されたシリコーン層は、実施例１で詳述したよ
うに、表面が粗くされる。銀ペーストは、実施例２で詳
述したように、次のステップにおいて減算工程によって
作成された印刷配線基板に適用される。機械的保護のた
めに、実施例１で詳述したように、半田マスクが予めコ
ーティングされた領域上に適用される。
【００２８】導電性材料として異なる溶剤無し液体シリ
コーンポリマー及び異なる金属インク層を有する基板サ
ンプルがコネクタに半田接続されると共に、試験され
る。
【００２９】サンプルの第１回目の試験において、１５
ＫＶの５パルスが各々のピンにかけられる。図３に示さ
れた第１のサンプルは、実施例１を使用する発明のピー
ク電圧及びクランプ電圧の分布を示している。図４は、
実施例２を使用する発明の同様のものを示す。又、図５
は、シリコーンＲＴＶ１６０ポリマー及びデュポン社製
の銀ペーストが使用されている点を除いて、実施例２を
使用する発明の同様のものを示す。図５に見られるよう
に、ピーク電圧はほとんど３５０Ｖ以下でとどまってい
る。
【００３０】サンプルの第２回目の試験が長期間にわた
って行われた。１５ＫＶの３０００パルス以上が単独ピ
ンにかけられた。図６は、実施例１の結果を示し、図７
は実施例２の結果を示している。但し、実施例２にあっ
ては、銀ペースト及びジェネラルエレクトリック社製の
シリコーンＲＴＶ１６０ポリマーが使用されている。銅
ペーストサンプルは、約２００Ｖのピーク電圧で始ま
り、約３５０Ｖの１０００パルスで安定した。銀ペース
トサンプルは、より狭い分布及び２００Ｖと３００Ｖと
の間のピーク電圧のよりよい結果が得られた。
【００３１】静電気放電から回路基板を保護する過電圧
保護材料は、溶剤及び水が含まれていないと共に、回路
基板１０上の信号導体１４、５４上にコーティングされ
る。
【００３３】
【発明の効果】請求項１に係る過電圧保護材料は、シリ
コーンポリマーが、硬化材とともに液状をなし、有機溶
剤及び水を含まず、更に前記硬化材により硬化する前に
液体状態に置かれるよう構成されているので、回路基板
上の電気部品に損傷を与えずに回路基板上に塗布しうる
ものである。
【００３４】請求項２に係る過電圧保護材料は、硬化剤
が二ラウリン酸ジブチル錫で構成されているので、９３
°以下の温度で硬化剤として機能し、高温にまで熱する
ことによる損傷が回避される。
【００３５】又、請求項３に係る回路基板は、過電圧保
護材料が選定された信号導体上に横たわると共に、前記
過電圧保護材料上に導電性材料を接地導体に接触した形
態でコーティングするので、静電気電荷を導電性材料に
より接地することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加算処理された回路基板上の過電圧保護材料の
斜視図である。
【図２】減算処理された回路基板上の過電圧保護材料の
斜視図である。
【図３】プリント基板上のコネクタピン番号に対するピ
ーク電圧のグラフであり、斜線領域がデータ点を示して
いる。
【図４】回路基板上の電気コネクタにおけるコネクタピ
ン番号に対するピーク電圧のグラフであり、基板上には
銀ペーストが塗布された導電性材料が塗布されている。
【図５】コネクタピン番号に対するピーク電圧のグラフ
である。
【図６】回路基板上の単独ピンにおけるパルスの数に対
するピーク電圧のグラフであり、回路基板上には銅ペー
ストが塗布された非導電性材料が塗布されている。
【図７】回路基板上の単独ピンにおけるパルスの数に対
するピーク電圧のグラフであり、回路基板上にはシリコ
ーンペーストが塗布された導電性材料が塗布されてい
る。
【図８】過電圧パルスに対してのクランプ電圧特性を示
す電圧対時間グラフである。
【符号の説明】
１０、５０ 回路基板 １４、５４ 信号導体 １６、５６ 過電圧保護材料 １７、５７ 接地導体 １８、５８ 金属インク層（導電性材料） ２４ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービッド・バーナード・ジェームス アメリカ合衆国 デラウェア州 19711 ニューアーク アロニミンク ドライブ 221

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリコーンポリマー、粉末状の金属混合
    材料及び粉末状の非導電性無機材料を具備した過電圧保
    護材料において、 前記シリコーンポリマーが、硬化剤とともに液状をな
    し、有機溶剤及び水を含まず、更に前記硬化剤により硬
    化する前に液体状態に置かれるように構成されているこ
    とを特徴とする過電圧保護材料。
  2. 【請求項２】 前記硬化剤が、二ラウリン酸ジブチル錫
    で構成されていることを特徴とする請求項１記載の過電
    圧保護材料。
  3. 【請求項３】 基板上に設けられた信号導体及び接地導
    体と、過電圧保護材料とを有する回路基板において、 前記過電圧保護材料が、選定された前記信号導体上に横
    たわると共に、前記過電圧保護材料上に導電性材料を前
    記接地導体に接触した状態でコーティングすることを特
    徴とする回路基板。
JP8303925A 1995-10-31 1996-10-30 過電圧保護材料及びそれを用いた回路基板 Withdrawn JPH09135068A (ja)

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