PT85298B

PT85298B - Processo de preparacao de material de proteccao de sobretensao electrica

Info

Publication number: PT85298B
Application number: PT85298A
Authority: PT
Inventors: Hugh Marvin Hyatt; Karen Pamelia Shrier
Original assignee: Eos Technologies Inc
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1987-07-09
Publication date: 1993-07-30
Also published as: IL83098A; WO1988000525A1; DE3790380T1; AU614492B2; ZA874987B; AR241388A1; GB2200798B; NO881052D0; NZ220963A; PT85298A; BR8707379A; SE8800851L; JPS63100702A; EP0278957A4; NO881052L; NL8720335A; EP0278957A1; SE8800851D0; FI881129A; CA1296878C

Description

MEMORIA DESCRITIVA

ANTECEDENTES DO INVENTO

Campo do invento presente invento refere-se genericamente à protecção de dispositivos electrónicos de sobretensões eléctricas e, mais particularmente, □ presente invento refere-se ã protecção de dispositivos electrónicos de transientes de sobretensão com tempos de transição extremamente rápidos e picos de potência altos.

Estado da técnica

E bem sabido que os circuitos electrónicos devem ser protegidos de condições de voltagem e corrente transientes que excedam a capacidade dos circuitos. Tais transientes eléctricos podem danificar os circuitos e podem causar erros em operação. Particularmente, requere-se protecção de distúrbios de sobretensões eléctricas nos modernos sistemas eleç. trónicos de comunicações e controlo, cujos componentes micro electrónicos de estado sólido são altamente sensíveis a correntes e voltagens excessivas.

Diversos dispositivos e processos são bem conhecidos para proporcionarem protecção de sobretensões eléctricas limitadas. Ao mais baixo nível, é comum proteger dispositivos electrónicos de transientes electromagnéticos com invólucros de rede de arame ligados b massa. Tal protecção, no entanto, não protege os dispositivos electrónicos de distúrbios de s£ bretensão de transientes eléctricos que penetram em circuitos protegidos através de linhas condutoras de ligação. Para pro teger os circuitos de tais distúrbios de sobretensões de tra_n sientes são utilizados convencional mente uma variedade de dis positivos de protecção singularmente ou em combinação. Tais dispositivos incluem, fusíveis, geradores de faíscas, varisto res ,dr)dc6 Zeier transzorbs , dispositivos de película fina, condensadores de derivação, indutores e filtros. Estes dispo.

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-3sitivos são frequentemente referidos como supressores de vol_ tagem ou captadores de voltagem, mas podem ser genericamente descritos como dispositivos de protecção de sobretensão eléjç trica (EOS). Em utilização, os dispositivos de protecção EOS são ligados entre o circuito quese pretende proteger e a mas. sa, ou entre uma linha condutora a um circuito que se preten de proteger e a massa. A sua finalidade é derivar os trans_i entes EOS para a massa antes de que a energia que resulta dos transientes possa danificar os circuitos protegidos.

Para os propósitos presentes, um transiente EOS pode ser definido como uma condição de voltagem ou corrente transi, ente que pode danificar ou desregular, a operação normal de circuitos. Transientes de sobretensão eléctrica de interesse prático podem aparecer a partir de um impulso electromagnjé tico (EMP), uma descarga luminosa ou raio, ou de uma descarga electroestática (ESD). Tais transientes podem aparecer nas suas amplitudes máximas, em períodos que vão desde menos do que uns poucos nanosegundos até vários microsegundos, e podem ser repetitivos. Seguidamente, os transientes EOS são algumas vezes referidos como impulsos e picos.

Um exemplo comum de um transiente de sobretensão ESD aparece quando há um aumento de electricidade estática em pessoas que usam roupas isoladoras em escritórios alcatifados. Os transientes ESD na altura da descarga podem ter voltagens que excedem os 20 000 volts e com correntes superiores a 40 ampéres; tais transientes podem desregular ou destruir componentes electrónicos em computadores e noutros dispositivos electrónicos. 0s transientes ESD podem atingir picos de vol. tagem de descarga em menos que poucos nanosegundos, e, como tal mais rapidamente do que os dispositivos de protecção de sobretensão.

As descargas luminosas ou raios são outro exemplo de um transiente EOS capaz de afectar de modo adverso circuitos electrónicos. Uma descarga luminosa ou queda de raio com a proximidade de alguns quilómetros pode irradiar energia eleç.

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-4tromagnética suficiente para gerar amplitudes de impulso de alguns milhares de volts em linhas de transporte de energia. Tipicamente o tempo de transição para o pico dos transientes causados por um raio é de alguns microsegundos e, mesmo assim tais transientes são alguns milhares de vezes mais lentos que os transientes ESD.

Os transientes EMP são gerados pelos armamentos nuclea. res ou outros dispositivos dirigidos de alta energia. Uma ejx plosão nuclear, por exemplo pode gerar campos eléctricos que excedem os 5D 000 volts por metro num raio de mais de Θ40 km. As amplitudes de pico desses campos podem ser atingidas em poucos nanosegundos e os transientes EOS resultantes podem inutilizar equipamentos de comunicaçães assim como outros dis positivos electrónicos.

As ameaças causadas pelos EMP aos componentes microelectrónicos, especialmente a junção de transístores de efeito de campo e diodos de microondas, são explicadas por H, R. Ph_i lipp e L. M, Levinson num artigo intitulado NbO Devices for Subnanosecond Transiente Protection (Dispositivos NbO para protecção de transientes de ordens inferiores ao nanosegundo), 0. App. Phys. 50(7), Oulho de 1979. Os autores realçam que os dispositivos convencionais pretendem proteger os circuitos de potência ou baixa frequência de raios ou picos de interrupção, e não proporcionar protecção adequada de transientes EMP com tempos de transição rápidos. (A expressão tempo de transição refere-se ao tempo requerido para um transiente alcançar a amplitude máxima).

Um exemplo simples de um dispositivo para protecção de distúrbios eléctricos é um fusível comum. 0s fusíveis são sensíveis ao fluxo de corrente nas linhas de transporte de energia e, em situações de corrente elevada, são aquecidos até ao ponto de ruptura; após ruptura, os fusíveis criam con diçães de circuito aberto. Porque o aquecimento requer um tempo significativo, os fusíveis não são aceitáveis em situa, çães onde são requeridas reacçães extremamente rápidas. Por exemplo, os fusíveis não respondem adequadamente a transien-

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-5tes EOS com tempos de transição de poucos microsegundos. Adi, cionalmente, os fusíveis são inaceitáveis em muitas situações de protecção de sobretensões eléctricas, porque após reagirem a uma condição 005, os fusíveis avariam-se irreversível e des, trutivamente e devem ser substituídos. A propriedade mais de. sejável seria, para os fusíveis, recuperarem automaticamente as suas caracteristicas após fornecerem protecção a um trans_i ente EOS.

De facto, a característica de recuperação automática ) das propriedades protectoras está disponível de algum modo em muitos dispositivos de protecção de sobretensão convencionais, em particular varitores. Os varistores têm, normalmente, uma característica conhecida por uma voltagem de sujeição. Para voltagem aplicadas abaixo do valor de sujeição, um varistor proporciona resistência alta e, além disso, actua essencialmente como um circuito aberto. Por outro lado para voltagens aplicadas que excedem o valor de sujeição, um varistor proporciona resistência substancialmente reduzida para derivar para a massa transientes eléctricos de alta amplitude. Por conseguinte quando um varistor é ligado a uma linha portadora de sinais, o varistor não afectará os sinais na linha ) a níveis de voltagem normais, mas derivará distúrbios EOS de amplitude alta, pelo menos os com tempos de transição relati vamente lentos.

A propriedade de apresentar alta resistência a voltagens abaixo do nível de sujeição e baixa resistência a volta, gens acima do nível de sujeição serão aqui referidos como re sistência não linear (NLR). São conhecidos vários materiais com propriedades NLR; um exemplo comum é o óxido de zinco. Esses materiais são utilizados em numerosos dispositivos de protecção de sobretensão; por exemplo os varistores são fre quentemente fabricados com partículas de óxido de zinco. Quari do esses materiais estão num estado de alta resistência, os materiais estão no dito estado desligado; quando os materiais estão num estado de baixa resistência, os materiais es. tão no dito estado ligado.

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-6□s varistores estão comercialmente disponíveis com sjlj ficientes capacitâncias para proporcionarem protecção de sobretensão contra relativamente grandes quantidades de energia transiente tal como as que se encontram em picos de raios.

No entanto, um defeito dos varistores é a sua capacidade rela, tivamente alta, que atrasa os tempos de reacção. fi estrutura e operação dos varistores está descrita no The Transient Vol_ tage Suppression Manual (Manual de supressão de voltagem transiente), quarta edição publicada em 1983 por General Eleç. tric Company, U.S.A.. De acordo com o manual, os varistores têm a capacidade de lidarem com energias de mais de 200 Doules, com fluxos de corrente de mais de 6 000 ampéres. A micro estrutura do material dos varistores é constituída de grãos de pó de óxido metálico sinterizado, tendo a propried£ de de as quedas de voltagem através das fronteiras intergranulares serem quase constantes, normalmente de cerca de 2 a 3 volts por junção de fronteira de grão, independente do tamanho do grão.

Um material de varistor particular é sugerido na patente dos Estados Unidos n^. 4 103 274. De acordo com esta patente um varistor pode ser fabricado a partir de materiais de óxidos metálicos policristalinos e, especificamente de paj? tículas cerâmicas de óxidos metálicos compósitos em matrizes de resina plástica.

Vários outros dispositivos normalmente utilizados em circuitos electrónicos apresentam comportamento NLR e têm s_i do utilizados para proporcionarem protecção de sobretensão eléctrica. Exemplos típicos desses dispositivos são os diodos semicondutores, transístores, e diodos zéner. Especificamente os diodos zéner têm a propriedade de proporcionarem resistência quase infinita até que uma voltagem aplicada atijn ja um valor limiar e, em seguida, proporcionam uma resistência decrescendo rapidamente. fipesar de serem relativamente rápidos em tempo de reacção quando comparados com outros dis. positivos de protecção de sobretensão, os diodos zéner apresentam alguma capacidade e, assim, proporcionam atrasos quar>

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-7do aparecem transientes EOS com tempos de transição medidos em nanosegundos ou inferiores. Os diodos zéner na prática têm também áreas de funcionamento relatiuamente limitadas e falta de capacidade para lidarem com grandes quantidades de energia.

Os diodos zéner e outros dispositivos de protecção EOS utilizados convencionalmente, normalmente também apresentam substancial sobredisparo quando aparecem transientes rápidos tais como os causados por um E.M.P.. 0 termo sobredispa^ do refere-se à quantidade pela qual a voltagem transiente ex cede a voltagem de sujeição de um dispositivo de protecção de sobretensão antes do instante em que □ dispositivo se torna condutor. Em diodos, por exemplo o sobredisparo pode acori tecer por causa da indutência nas pontas e por causa do tempo requerido para carregar as camadas de difusão da junção p-n dos diodos. Devido aos circuitos estarem ligados a um dispositivo de protecção de sobretensão poderem ser danifica dos durante um período de sobredisparo o sobredisparo normal, mente deverá ser minimizado tanto em extensão como em duração.

Dispositivos geradores de faíscas têm capacidades de lidarem com energias relativamente substanciais para protecção EOS. Em funcionamento os geradores de faíscas conduzem formando canais de condução altamente ionizados com resistêri cia quase desprezável. Devido a serem requeridos períodos de tempo superiores a alguns microsegundos para os dispositi vos geradores de faíscas absorverem energia suficiente para gerarem tais canais, os dispositivos geradores de faíscas apresentam sobredisparo substancial antes de se tornarem altamente condutivos. Também, antes de um dispositivo gerador de faíscas se tornar condutivo a baixos níveis de resistência, ele pode curto-circuitar os circuitos protegidos.

Os dispositivos de película fina para proporcionarem protecção EOS incluem vários materiais de estado sólido discretos em que a corrente é conduzida em canais estreitos. Os canais são apenas de tamanho de sub-micron a micron e, além

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-8disso, apenas podem absorver quantidades de energia relativa^ mente pequenas antes de se tornarem termicamente limitados. Na prática, os dispositivos de película fina apresentam um sobredisparo substancial e podem perder as suas propriedades de recuperação depois de reagirem a um número relativamente pequeno de tais transientes.

Os filtros compreendem combinações de resistências, condensadores, indutores e elementos de estado sólido tais co mo diodos transístores e amplificadores operacionais. Os fil tros têm aplicações limitadas na protecção de transientes EOS severos uma vez que, por definição, os filtros permitem a pas. sagem de certas frequências, enquanto bloqueiam outras. Por exemplo, os condensadores conduzem sinais de alta frequência, mas bloqueiam os de baixa frequência. Devido aos transientes com tempos de transição muito rápidos terem bandas de fre quência largas que incluem componentes de frequência muito a_l ta ou baixa os filtros convencionais proporcionam protecção EDS inadequada.

Tendo em conta o que precede, deve-se ter em vista que os dispositivos e materiais convencionais não proporcionam protecção adequada quando se apresentam distúrbios de transi, entes eléctricos com tempos de transição menores que poucos nanosegundos e espectros de frequência longos. Adicionalmen, te, os tipos individuais de dispositivos de protecção de sobretensão tendo cada um dos quais os seus próprios inconveni entes, em particular a incapacidade de recuperar as suas pro priedades de protecção após a apresentação repetida de transientes EOS com altas energias e tempos de transição rápidos.

Objectivos e sumário do invento

Um objectivo primário e vantagem do presente invento é proporcionar um material aperfeiçoado de resistência não line ar para a protecção de circuitos de transientes eléctricos re petitivos com tempos de transição tão rápidos como poucos na nosegundos ou menos.

Mais particularmente, um objectivo e vantagem do pre-

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-9sente invento é proporcionar um material de protecção de sobretensão eléctrica com propriedades de resistência não-line ar que tem a capacidade para reagir repetitivamente a transi, entes com tempos de transição na ordem dos nanosegundos, tem um sobredisparo mínimo ou controlável, e tem a capacidade de lidar com energia substancial.

Ainda mais particularmente, um objectivo e vantagem do presente invento é proporcionar um material de resistência não linear com as características acima mencionadas que pode ser seiectivamente formulado pela escolha de diferentes compostos ou geometrias diferentes, para sujeitar selectivamente voltagens na gama de cinco (5) até dez mil (10 000) volts.

Em sumário, o presente invento proporciona um material de resistência não linear para proporcionar protecção de sobretensão eléctrica que compreende uma mistura geralmente ho mogénea de partículas discretas de materiais condutores tendo tamanhos menores do que cerca de algumas centenas de microns, partículas discretas de materiais semicondutores tendo também tamanhos menores que cerca de algumas centenas de microns, e material isolador revestindo as partículas separadas. As pa.r tículas são misturadas em geral homogeneamente dentro da matriz para proporcionar uma miríade de cadeias de partículas com distâncias de separação interpartículas suficientemente pequenas para permitirem condução substancial entre partículas por penetração quantum-mecânica de electrões. Na concre tização preferida, o material do presente invento inclui tam bém um material de ligação ou aglutinação no qual as partícu las de material condutivo e semicondutor são geral e homogeneamente misturadas.

presente invento proporciona também um processo para a formulação de um material de resistência não-linear para protecção de transientes eléctricos com tempos de transição com rapidez na ordem dos poucos nanosegundos ou menor compre endendo os passos de proporcionar partículas separadas de ma teriais condutivos e de materiais semicondutores, sendo os tamanhos das partículas inferiores a cerca de algumas cente-

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-10nas de microns; revestir separadamente cada uma das partícu las com material isolador sendo a profundidade do revestime_n to não mais do que algumas centenas de angstroms; e misturar as partículas de material condutivo, revestidas para formar uma matriz geralmente homogénea com uma miriada de cadeias de partículas adjacentes separadas por intervalos muito peque, nos umas das outras para permitirem substancial transporte de electrSes entre partículas adjacentes por penetração quantum-mecãnica em reacção à aplicação de transientes eléctricos.

Uma vantagem particular do material de protecção de so bretensão do presente invento é que pode ser facilmente fabri cado numa grande variedade de formas para ligação a vários dispositivos eléctricos e electrónicos, incluindo antenas, circuitos eléctricos e electrónicos , dispositivos de interli gação de cabos e fios, placas de circuito impresso, elementos de circuites integrados.

Objectivos e vantagens adicionais do presente invento podem ser constatados pelos peritos da arte a partir da seguinte descrição e desenhos anexos, que é dada a título de exemplo, de uma concretização preferida do presente invento.

Descrição breve dos desenhos

A fig. 1 é uma vista esquemática em escala ampliada de uma secção de material de acordo com o presente invento;

a fig. 2 é uma vista fragmentária desenhada numa esca la também ampliada, do material da fig. 1;

a fig. 3 é um gráfico da voltagem de sujeição versus percentagem de peso de material condutor para uma formulação particular do material da fig. 1;

a fig. 4 é um gráfico da resistência do estado desligado versus conteúdo de polímero (por peso) para outra formu lação particular do material da fig. 1;

a fig. 5 é um gráfico da voltagem versus tempo para uma sobretensão típica aplicada a vários dispositivos e mate riais de protecção de sobretensão incluindo o material do pre

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-11sente invento;

a fig. 6 é uma representação esquemática de um disposi, tivo de protecção de sobretensão fabricado a partir do materj. al da fig. 1 ; e a fig. 7 é um diagrama esquemático que mostra as que-. das de potencial através das partículas no material da fig. 1.

Descrição detalhada da concretização preferida

Como se mostra na fig. 1, um material de protecção de sobretensão eléctrica de acordo com o presente invento compre ende uma matriz» mostrada genericamente pelo número 9, de pa_r tículas condutoras 11 e partículas semicondutoras 13 separadas e misturadas aleatoriamente, espaçadas umas das outras por es. paços mínimos, mas separadas estruturalmente por material isp lador 15 suficientemente fino para permitir a penetração qua_n tm-mecânica de electrões entre partículas 11 e 13. Os volumes intersticiais entre partículas condutoras 11 e partículas semicondutores 13 são preenchidos com material de ligação 19. A secção do material de matriz 9 mostrada na fig. 1. é mantida entre os eléctrodos metálicos 21 e 23 semelhantes a chapas, superior e inferior respectivamente. Dever-se-á notar que a dimensão da matriz 9 que separa os dois eléctrodos 21 e 23 excede vários múltiplos dos tamanhos das partículas 11 e 13. A configuração dos eléctrodos 21 e 23 é uma questão de escolha de desenho.

Para fins de compreensão gerais da função do material de matriz 9, pode partir-se do princípio que o eléctrodo 21 está ligado aos circuitos a proteger de transientes E OS e que o eléctrodo 23 é ligado à massa do sistema. Assim o material de matriz 9 actua como um intermediário entre os eléctrodos 21 e 23.

As caracterís ticas do material de matriz 9 incluem al. ta resistência (normalmente mais do que 10 ohms por centírne tro) no estado desligado e baixa resistência (normalmente cer ca de 1 a 1 000 ohms por centímetro) no estado ligado. 0 ma-

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-12terial de matriz 9 é também capaz de comutar do estado desli, gado para o estado ligado em períodos menores do que um nano segundo em reacção a transientes EOS com tempos de transição de ordem inferior ao nanosegundo. Tais reacções do material de matriz 9 podem ocorrer sem sobredisparo substancial. Em adição o material de matriz 9 tem a capacidade surpreendente’ de manter as suas capacidades de comutação entre os estados de ligado e desligado após ser submetido a transientes de a_l ta energia repetidos com voltagens da ordem dos cinquenta mil volts ou superiores.

No material de matriz 9, as partículas condutoras 11 têm tamanhos inferiores a cerca de 100 microns e podem atingir a pequenez de 100 angstrons no caso do pó de negro de fu mo. A gama de tamanhos de partículas preferida para as partículas semicondutoras 15 é geralmente de cerca um décimo de micron até cerca de 100 microns, com relativamente poucas paj? tículas fora desta gama. Na prática o número de partículas excedendo o limite superior da gama é minimizado porque as partículas maiores tendem a formar circuitos de condução si_n guiares que afectam de modo adverso as propriedades do material de matriz 9, em particular a sobrevivência a transientes repetidos, e pode causar avarias dieléctricas catastróficas.

Como se mostra melhor na fig. 2 as partículas conduto ras 11 e as partículas semicondutoras 13 são revestidas ind_i vidualmente com material 15 isolador eléctrico. Na prática o material 15, isolador pode compreender ele próprio partícu las com tamanhos dentro da gama de cerca de 70 angstroms até cerca de 300 angstroms. Quando muito as partículas isolantes são cerca de um décimo a um décimo milésimo do tamanho das partículas condutoras e semicondutoras 11 e 13 revestidas.

Na prática as partículas condutoras 11 são formadas de preferência de carbonilo de níquel, especificamente pó de carbonilo de níquel INCO tipo 255. No entanto as partículas condutoras 11 para utilização no material de matriz 9 podem ser constituídas por outros materiais condutivos da prática como carboneto de tântalo, carboneto de titânio níquel ou-

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-13trc que não carbonilo de níquel, carboneto de tungsténio, car boneto de boro, negro de fumo, grafite, cobre, alumínio, milibdénio, prata, ouro, zinco, latão, cádmio, bronze, ferro, estanho, berilo, chumbo, boretos e metal Mu.

material condutor a partir do qual as partículas condutoras 11 são formadas deverá ter resistividade de cerca de 1O'^L ohms por centímetro até cerca de 10“⁶ ohms por centí metro. As resistividades de alguns materiais adequados, são as seguintes:

1	X	IO'⁴	ohms/cm	carboneto	de	titênio
7	X	IO^-5	ohms/cm	carboneto	de	niobio
2	X	10“⁵	ohms/cm	carbone to	de	tântalo
1	X	10“⁵	ohms/cm	carboneto	de	tungsténio
6	X	10”⁵	ohms/cm	carboneto	de	zircónio.

Em algumas aplicações, é vantajoso formar as partículas condutoras 11 de silicatos metálicos porque tais materiais têm resistividades semelhantes aos metais e são estáveis a alta temperatura. Numerosos silicetos metálicos que são adequados para as partículas condutoras 11 são realçados in Sjlicides for VL5I Applications, (Silicetos para aplicações VLSI), S.P. Murarka (Academic Press, 1983) a páginas 30 e 31.

As figuras 1 e 2 mostram que as partículas condutoras e semicondutoras 11 e 13 têm, em geral, configurações irregjj lares com numerosos pontos aguçados ou agulhões. Estes pontos aguçados têm, de facto, certas vantagens. Os materiais com agulhões, tais como o carbonilo de níquel, ampliam os caro pos eléctricos interpartículas e, assim, promovem a condução no material de matriz 9. Um benefício particular do aumento de campo é a incrementação da velocidade de comutação do material de matriz 9 entre os estados desligado e ligado em reacção aos transientes EOS com tempos de transição rápidos.

As partículas semicondutoras 13 podem ser constituídas por qualquer material semicondutor convencional. Entre os materiais preferidos incluem-se materiais tais como o ca_r boneto de silício, carboneto de berilo, óxido de cálcio, cal

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-14cogenetos, silício contaminado, óxido de neóbio, óxidos de vanádio, antimoneto de índio, óxido de Perro, carboneto de boro, selénio sulfeto de chumbo, telureto de chumbo, sulfeto de cádmio,sul feto de zinco, sulfeto de prata, dióxido de titânio, boro,telúrio, germânio e carboneto de vanádio. Também se podem utilizar semicondutores orgânicos e semicondutores obtidos pelo processo sol-gel.

Pi fig. 3 mostra o efeito sobre a voltagem de sujeição de várias composições de material de matriz 9, em termos de percentagens de material condutor e material semicondutor. As voltagens de sujeição foram medidas com base na aplicação repetida de um impulso de 1 000 volts. 0 material particular de matriz utilizado nos testes era composto por apenas níquel como condutor e por carboneto de silício como semicondutor. 0s resultados do teste indicam que a voltagem de sujeição se aproxima da grandeza do transiente aplicado até que a composi. ção percentual do material condutor aumente para mais que cer ca de dez por cento (10%). Se a percentagem relativa de partículas condutoras aumenta acima de cerca de cinquenta por cento (50%), a voltagem de sujeição diminui para uma fracção relativamente pequena da grandeza do impulso aplicado.

De modo geral, o material isolador 15 que reveste as partículas 11 e 13 deve ser fabricado suficientemente delga do para permitir a penetração quantum-mecânica de ocorrer e_n tre partículas adjacentes separadas por espaços diminutos sem avaria dieléctrica catastrófica. (Como a expressão é aqui utilizada, avaria dieléctrica catastrófica, significa a forma ção irreversível de circuitos em curto-circuito através do ma terial de matriz 9). Material isolador 15 adequado pode ser proporcionado na forma de pequenas partículas ou como revesti, mentos finos do tipo pelicular. Um revestimento do tipo pel_i cular pode ser proporcionado, por exemplo, por reacção de par. tículas condutoras 11 na presença de oxigénio para formar ca madas superficiais de óxido metálico sobre as partículas. (Tais reacçães são conseguidas, como é evidente, antes de mis turar as partículas 11 no material de matriz 9). 0 material isolador 15 deve também ser um tipo de material que possa pe.r

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-15manecer no material de matriz 9 sem reacção química com os outros materiais da matriz.

Na prática, o material isolador 15 é, de preferência, um tipo de diôxido de silício fumado como por exemplo o disponível no mercado sob a marca registada Cab-O-Sil. Outros materiais isoladores adequados incluem o caulino, caulinite, tri-hidrato de alumínio, feldspato, várias formas de sílica, esferas de vidro, carbonato de cálcio, sulfato de bário, sul. fato de cálcio, e vários óleos.

Uma função do material isolador 15 é proporcionar separação estrutural controlada diminuta entre as partículas condutoras 11 e as partículas semicondutoras 13. Para que as propriedades benéficas do material de matriz 9 sejam completamente realizadas, um grande número de partículas condutoras 11 e partículas semicondutoras 13 deverão apenas estar separadas umas das outras por distâncias na gama de aproxima damente cinquenta (50) angstroms até algumas centenas de angstroms. Os espaços interpartículas óptimos dependem dos elementos a partir dos quais são formadas as partículas condutoras e semicondutoras e das expectativas sobre os campos eléctricos aplicados. Em qualquer caso, um número substanci. al de espaços interpartículas deverá ser suficientemente pequeno para permitir a condução eléctrica entre partículas condutoras 11 e partículas semicondutoras 15 adjacentes muito próximas por penetração quantum-mecânica de electrões, em média da massa de material, em reacção a transientes eléctricos .

Na ausência de material isolador 21, o material de ma triz 9 não recupera para um estado de alta resistência a seguir de um distúrbio de sobretensão de alta energia, mas, em vez disso, forma uma derivação relativamente permanente, de baixa resistência, para a massa. fl capacidade do material de matriz 9, reagir a transientes de alta energia e depois voltar a um estado de alta resistência pode ser chamada sobrevivência .

Outro propósito do material isolado 15 é o de propor66 456

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cionar separação física suficiente das partículas condutoras 11 umas das outras para proporcionar alta resistência no estado desligado. Na ausência de material isolador 15 as partículas condutoras 11 adjacentes podiam formar cadeias através do material da matriz 9 e provocar que a totalidade da resistência no estado desligado do material de matriz 9 fosse inaceitavelmente baixa.

material de ligação 19 pode incluir desde materiais no estado sólido a materiais no estado fluído (gases ou líquidos). No estado sólido ou semi-sólido, o material de ligação 19 proporciona espaçamento interpartículas, assim como, enchimento de vazios intersticiais entre partículas 11 e 13. Apesar dos materiais de ligação sólidos poderem proporcionar ligação mecânica entre partículas, esta função não é crítica, mas é conveniente para permitir ao material de matriz 9 ser facilmente fabricado em vários tamanhos e formas, como se de sejar para interligação com os componentes protegidos. Quajn do a ligação mecânica não for proporcionada entre partículas, um recipiente estrutural para o material de matriz 9 ter de ser fornecido. 0 tipo de recipiente ou embalagem é uma ques. tão de escolha de desenho e poder ser convencional. Os mate η riais de embalagem adequados incluem, mas a eles não estão limitados, resina epoxi, polímeros, tintas, óleos e metais. Tipicamente é fornecido um recipiente isolador com eléctrodos colocados apropriadamente pera substancial contacto com o material de matriz 9 contido.

De modo geral o material de ligação 19 é um material 1 2 isolador eléctrico com uma resistividade de cerca de 10' a cerca de 10^ _ohms por cm. Na prática, o material de ligação 19 é, de preferência, um polímero termo-endurecível incluindo os epóxicos, termoplásticos, borracha, ou ligas ou misturas de polímeros. 0 material de ligação 19 pode ser constituído por outros materiais isoladores eléctricos convencionais; entre os materiais adequados em diversas situações incluem-se cerâmica, sílica fumada e até mesmo água, ar, vácuo e gases tais como N_o e SF..

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-17Devido sc material de ligação 19 ser um isolador eléç_ tricô, ele pode afectar as voltagens de sujeição do material de matriz 9. Por exemplo, materiais de matriz com a mesma composição percentual em peso de partículas semicondutores 13 e de partículas condutoras 11 podem proporcionar voltagens de sujeição diferentes, dependendo do tipo específico de materi al de ligação 19 utilizado. Este efeito, é, em primeiro lugar, uma função da constante dieléctrica do material de 1iqa ção 19. Assim, um benefício de se formar material de ligação 19 a partir de um polímero é reduzir a totalidade da cons tante dieléctrica do material de matriz 9 que normalmente s_e rá pequeno se o material de matriz 9 dever ter baixa capacitência. Se for necessário alta capacitância (como quando o material de matriz 9 for utilizado na realização de elementos de circuito tais como linhas de tiras, materiais PCB, cabos, ligadores coaxiais, ou outros dispositivos onde a impedância de linha de transmissão for importante), a constante dieléctrica do material de ligação 19 pode ser seiectivamente aumen tada para proporcionar impedSncia capacitiva como desejado.

material de ligação 19 afecta também a resistência de estado desligado do material de matriz 9. Assim a fig. 4 J mostra a resistência de estado desligado como uma função da percentagem em peso de um material de ligação 19 polimérico. Dever-se-á notar que o eixo vertical da fig. 4 é logarítmico. A quantidade de material de ligação 19 requerido para modifi car significativamente a resistência de estado desligado do material de matriz 9, vai desde mais de cerca de dez por cen to (10%) a cerca de trinta e cinco por cento (35%) em peso, sendo o material de matriz 9 relativamente condutivo até que o conteúdo de material de ligação seja incrementado para cejç ca de trinta por cento (30%).

Para controlo de resistência adicional nos estados l_i gado e desligado podem ser adicionados piastificadores e ageri tes de acoplamento ao material de ligação 19. Na prática, ve rifica-se que a adição de 1 a 1,5% de plastificador em peso na gama de 10 000 cps através de 20 cps provoca que a resis-

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Docket NS, 0360

-GC1-12C1P0R

-18tência de estado desligado do material de matriz 9 varie quan do muito de 6 dezenas.

Um exemplo particular de formulação, em peso, do mate rial de matriz 9 é 2% de Cab-O-Sil, 12% de carbonilo de níquel, 30% de resina epoxi e 56% de carboneto de silício. Um exemplo ainda mais típico de uma formulação de material de mã triz é 22,5% de carbonilo de níquel, 43% de carboneto de silí. cio, 2,5% de Cab-O-Sil e 32% de resina epoxi. Nestas formulações as partículas condutoras 11 são formadas por carbonilo de níquel, as partículas semicondutoras 13 são formadas por carboneto de silício, o material isolador 15 é Cab-O-Sil e o material de ligação ê resina epoxi. Na formulação típica, em peso, o material de matriz conterá em geral de cerca de 1% a 50% de partículas condutoras 11.

Os materiais de acordo com o presente invento têm mos. trado reagirem efectiva e surpreendentemente a transientes de sobretensão eléctricos com tempos de transição menores que cerca de 0,5 nanosegundos. Quando reagem a transientes EOS com tempos de transição para o pico mais longos que 0,3 nano segundos e mais curtos do que 1 a 2 nanosegundos várias formulações de material de matriz demonstraram não apresentar sobredisparo significativo. A fig. 5 apresenta o comportamento típico do material de matriz 9 em reacção a transientes eléctricos com cerca de 1 Ooule de energia. A fig. 5 apreseri ta também ccndições de transientes que ocorrem quando os mes. mos transientes são aplicados a outro dispositivo de protecção de sobretensão (convencional). Por exemplo, a curva S na fig. 5 apresenta voltagens que aparecem através de um disposi. tivo gerador de faíscas onde sejam aplicados os mesmos transjL entes de sobretensão. A curva l/ mostra as condições de vol. tagem que aparecem através de um varistor típico sujeito aos mesmos transientes. A curva Z apresenta, de modo idêntico, as voltagens através de um diodo zéner típico que suporta os mesmos transientes.

Na fig. 5 a curva M para o material de matriz 9 depressa se torna uma função aproximadamente constante igual a

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Docket N5, 0360

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-19um valor de sujeição Vc. Dever-se-á notar que a voltagem de sujeição Vc depende da composição do material de matriz 9 e das características eléctricas dos transientes EOS e da carga protegida pelo material de matriz. Em geral, quanto maior for a grandeza de um transiente aplicado ao material de matriz 9, maior será a voltagem de sujeição Vc. Dever-se-á tajrn bém notar que os outros dispositivos de protecção de sobrete_n são da fig. 5 têm voltagens de sujeição aproximadas, mas não tão rápidas como o material de matriz 9. As voltagens de so bretensão aproximadas pelos outros dispositivos não têm também necessariamente a mesma grandeza que a voltagem Vc.

Para os dispositivos de protecção de sobretensão convencionais da fig. 5 é o dispositivo gerador de faíscas que apresenta o maior sobredisparo, excedendo a sua voltagem de sujeição de aproximadamente 1 000 volts. 0 segundo maior s£ bredisparo está associado ao varistor excedendo a sua volta gem de sujeição de mais de 400 volts. Em contraste, o material de matriz 9 apresenta um sobredisparo despresável.

tempo no qual a voltagem alcança o valor de sujeição em reacção a um transiente EOS pode ser chamado tempo de sujeição, e a efectividade da protecção proporcionada p£ de ser definida em termos de tempos de sujeição. Na fig. 5, o tempo de sujeição do dispositivo zener é aproximadamente 2 nanosegundos. Pode-se ver que o material de matriz 9 propo_r ciona tempos de sujeição substancialmente mais curtos do que os outros dispositivos e materiais de protecção de sobretensão sendo assim mais eficiente. Em relação a este aspecto da fig. 5 deve-se realçar que foi aplicada a mesma voltagem tanto aos dispositivos convencionais como ao material de matriz 9, e que os dispositivos convencionais foram selecciona dos como representativos dos dispositivos que na prática seriam utilizados em circunstâncias similares. Assim, a fig.

mostra o rendimento relativo dos dispositivos convencionais quando comparados ao material de matriz 9.

A fig. 6 mostra uma linha condutora 51 protegida por um dispositivo, indicado genericamente pelo número 53, forma

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Docket N3, 0360

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-20do por material de matriz de acordo com o presente invento. A linha 51, deverá ser entendida como uma linha de qualquer tipo de condutor que transporte sinais eléctricos ou energia para uma rede que requeira protecção EOS. Na concretização mostrada na fig. 6 o dispositivo 53 tem uma secção cilíndrica oca de material de matriz interposta entre a linha 51 e uma bainha cilíndrica 57 com a superfície interior da secção cilíndrica em contacto físico com a linha 51 e a superfície radialmente exterior da secção cilíndrica ligada à massa.

Em funcionamento sob condições normais do dispositivo da fig. 6, o condutor 51 leva os sinais para um circuito pro tegido. Com diferenças de potencial normais entre a linha condutora 51 e a massa, a resistência do material de matriz é suficientemente alta para que a corrente conduzida através do material de matriz seja desprezável. Quando ocorre um dis túrbio EOS de uma energia alta, no entanto, a voltagem no cori dutor 51 aumenta substancialmente e a resistência do material de matriz diminui drasticamente de modo suficiente para proporcionar uma derivação eléctrica entre o condutor 51 e a mas. sa. A corrente que passa através do material de matriz é a soma da corrente devida ao distúrbio EOS e a corrente através do condutor 51 devida, ao efeito de ser curto-circuitada pa. ra a massa. Assim, a energia tratada pelo material de matriz 9 é a soma da energia dissipada do transiente mais a energia injectada para o material vinda dos circuitos eléctricos aos quais a linha 51 está ligada. A derivação da corrente contí nua durante o tempo em que o potencial do condutor 51 estiver acima da voltagem de sujeição do material ce matriz.

Sob um ponto de vista prático, quanto maior for a capacidade de transporte de energia requerida, maior será o vo lume de material de matriz requerido por uma protecção ECS. Se um artigo protegido é um componente microelectrónico simples, por exemplo, o volume requerido de material de matriz é relativamente pequeno. Por outro lado se um circuito protegido incluir una antena maciça o volume requerido será relativamente grande. Como uma regra de desenho, o material de matriz de acordo com o presente invento conduz aproximadamejn

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Docket NS. 0360

-001-1201 POR

-21te dez (10) ou mais joules de energia por centímetro cúbico, mas esta razão pode variar substancialmente, dependendo dos materiais componentes do material de matriz. Na prática o material transporta entre 0,5 a algumas centenas de joules de energia dependendo da massa do material de matriz.

funcionamento do material de matriz 9 será agora descrito em maior detalhe. Inicialmente assumir-se-á que uma massa adequada de material de matriz 9 é ligada entre a massa (terra) e um componente electrónico protegido, ou um condutor com ele associado, e que um transiente EOS de alta energia tinha acontecido o qual ameaça os circuitos protegidos. Quando o transiente atinge o material de matriz 9, o campo eléctrico associado com o transiente aumenta rapidameri te através do material e os campos eléctricos associados aumentai também através de cada partícula e de cada junção interpartículas ou barreira dentro do material. Os campos podem iniciar alguns mecanismos de condução simultaneamente e vários fenómenos de trtinsporte podem predominar dependendo do tempo decorrido após o começo do transiente. Por exemplo, a corrente pode passar através do material de matriz 9 entre partículas condutoras 11 adjacentes ou através de junções e_n tre partículas semicondutoras 13, ou entre partículas condutoras e semicondutores adjacentes. Assim durante o tempo que a voltagem do transiente EOS estiver acima do nível de suje_i ção do material de matriz 9, uma multiplicidade de circuitos de corrente existem dentro de qualquer secção do material de matriz 9 ao longo de cadeias de partículas 11 e 13.

Em relação às partículas condutoras 11, os campos elé£ tricas são excluídos do volume interior das partículas. Isto aumenta os campos através das partículas semicondutoras e através das junções de material isolador. Os campos são ainda ampliados onde as partículas de material 11 tiverem pontos aguçados. Assim, quando a resistência numa cadeia particular de partículas condutoras 11 adjacentes é suficientemente pequena, a corrente passa através da cadeia de acordo com a r£ sistividade ohmica das partículas condutoras 11 e a intensi-

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Docket Ν°. 0360

-001-1201P0R

-22dade do campo eléctrico aplicado.

As partículas semicondutoras 13 podem ser entendidas como sendo elementos individuais de resistência não linear. Quando um campo eléctrico aplicado aumenta através das parti, cuias semicondutoras 9, a composição do material semicondutor controla a mudança de condutividade de partículas individuais e, portanto, a condutância das cadeias de partículas semicori dutoras 13 transportando corrente através do material de matriz 9. Por outras palavras o número e composição de partíi cuias semicondutoras 13 determina em geral a resistência total do material de matriz 9. As quedas de voltagem através das junções de barreira compostas de material isolador 15 contribuem também para a resistência total do estado ligado do material de matriz 9. Assim a condutência total do material de matriz 9 está directamente relacionada com a soma s.é rie-paralelo de todas as quedas de voltagem nas partículas condutoras 11, partículas semicondutoras 13 e junções de ba_r reira proporcionadas pelo material isolador 15 e material de ligação 19.

No contexto da fig. 7, a queda de voltagem através da partícula semicondutora 13 é indicada por Vgg, a queda de

J voltagem através da partícula condutora 11 é indicada por e a queda de potencial através do material isolador 15 separando as duas partículas é indicado por Vθ (o potencial de barreira). Assim, a fig. 7 pode ser entendida para mostrar uma cadeia parcial (duas partículas) dentro do material de matriz 9. A diferença de potencial total ao longo desta cadeia é a soma de Vgg mais νθ mais V

Ainda em relação à fig. 7, dever-se-á notar que o revestimento de material isolador 15 é algo deslocado na zona em que a partícula 11 se encosta à partícula 13. Na prática, a mistura das partículas para formar o material de matriz 9, ou o revestimento defeituoso das partículas provoca algumas vezes o contacto directo entre os materiais condutor e semicondutor, ou entre materiais condutores, ou entre materiais semicondutores. Tais irregularidades, desde que representem

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Docket NS. 0360

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-23casos relativamente isolados não afectarão adversamente o rejn dimento do material de matriz 9.

Após o início do transporte de electrões por penetração quantum-mecânica, outros mecanismos de transporte começam a predominar. Por exemplo emissões termoiónicas de electrões semelhantes ocorrem simultaneamente nas proximidades com a pje netração. Pode ocorrer também o transporte de electrões por defeito de avalanche e zéner, e efeitos de emissão de campo. A consequência da acumulação desses mecanismos de transporte de electrões é a de proporcionar ao material de matriz 9 qu_a lidades de resistência não linear altas na presença de campos aplicados criados por transientes com tempos de transição rápidos.

A medida que o campo gerado por um transiente EOS dimi nui, as barreiras de energia nas junções entre partículas con dutoras 11 e partículas semicondutoras 13 aumenta relativameri te para a energia dos electrões que tentam atravessar as ba_r reiras. (No contexto da fig. 7 as barreiras de energia nas junções são designadas por quedas de voltagem Vg). Em conse quência, o material de matriz 9 torna-se rapidamente mais re sistivo à medida que a amplitude de um transiente diminui, e o comportamento derivativo do material diminui rapidamente.

Um objectivo primário no fabrico do material de matriz 9 é proporcionar uma miriada de cadeias de partículas adjaceri tes com distâncias de separação interpartículas ao longo das cadeias sendo suficientemente pequenas para que o transporte de electrões através do material isolador 15 separando as pa_r tículas é inicialmente dominado pela penetração quantum-mecâ^ nica de electrões. Por outras palavras, as partículas condij toras 11 e as partículas semicondutoras 13 estão suficiente próximas separadas pelo material isolador 15 que as junções entre partículas formando cadeias ou faixas podem ser apropriadamente denominadas junções de penetração. Para os propósitos presentes uma junção de penetração pode ser definida como um espaço interpartículas menor do que algumas centenas de angstroms. Nas juntas de penetração na presença de campos

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Docket N9. 0360

-001-1201P0R

-24eléctricos aplicados, os electrões que passam através do material isolador 15 ainda que a barreira de energia teórica inj posta pela junção exceda a energia de pelo menos alguns dos electrões que são transportados através da barreira. A explj. cação desse comportamente depende do modelo probabilístico de comportamento dos electrões e os electrões que atravessam as · barreiras de junção dizem-se que o fazem por penetração em vez de por causa das suas energias excederem a energia de ba_r reira. Devido às correntes de penetração ocorrerem quase ins tantaneamente com os campos aplicados que excedem um valor mi nimo, acredita-se assim que os tempos de reacção relativameri te rápidos do material de matriz 9 são devidos ao transporte de electrões por penetração quantum-mecânica quando os campos aplicados são altos, apresentando o material isolador 15 la_r guras de barreira efectiva finas, sendo as partículas semicori dutoras pequenas. 0 aumento de condução por penetração quantum-mecânica relativamente aos outros fenómenos de transporte não é, também, apenas importante em relação ao tempo de reacção do material de matriz 9 mas também aumenta a sobrevivência do material (por exemplo diminui as falhas por avaria).

No processo de fabrico do material de matriz 9, prefe rido, as partículas condutoras 11 são revestidas individualmente com material isolador 15 e de modo semelhante as parti, cuias semicondutoras 13 são revestidas com material isolador 15. (No presente contexto a formação de uma camada de óxido nas partículas condutoras 11 pode ser considerado para ser incluído no passo de revestimento). As partículas conduto ras 11 revestidas são, então, misturadas com o material de ligação 19, e partículas semicondutoras 13 são adicionadas à mistura. (Nos casos em que o material de ligação 19 é util_i zado e é um isolador eléctrico adequado as partículas condutoras 11 podem ser revestidas por mistura com o material de ligação). Dependendo do material de ligação 19, pode ser ne cessária cura. No fabrico do material de matriz 9, é importante que as partículas condutoras 11 e as partículas semicondutoras 13 sejam homogeneamente misturadas. Na falta de uma mistura homogénea, numerosas cadeias de partículas condu.

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Docket N 2 . 0360

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-25toras ou semicondutoras podem prolongar-se de uma superfície para outra superfície do material de matriz e serem prejudiciais para as propriedades do material. Tipicamente numa seç ção de material de matriz 9, de cerca de vinte e cinco até mais do que quinhentas partículas condutoras e semicondutoras separam faces opostas do material de matriz.

Apesar do material de matriz 9 ter sido descrito como sendo útil para proporcionar protecção contra transientes EOS, o material é também útil em aplicações onde se requeiram altas velocidades de comutação de circuitos eléctricos de alta potência.

Apesar do presente invento ter sido descrito com refe rência em particular à concretização preferida mostrada, esta descrição não deverá ser interpretada como limitadora. l/ári. as alterações e modificações tornar-se-ão, sem dúvida, evideri te aos peritos na arte, após terem lido a descrição precedejn te. Em consequência, pretende-se que as reivindicações anexas sejam interpretadas como cobrindo todas as alternativas de concretização que caiam dentro do verdadeiro espírito e âmbito do presente invento.

Claims

REIVINDICAÇOES

1 - Processo de preparação de um material resistivo não linear para proteger contra transientes eléctricos tendo tempos de transição tão rápidos como poucos nanosegundos ou menos, compreendendo os passos de:

a) proporcionar partículas separadas de materiais condutivos e partículas de materiais semicondutores, sendo os tamanhos das partículas geralmente menores que algumas centenas de microns;

b) revestir cada uma das partículas de materiais co_n dutivos e cada uma das partículas de materiais semicondutores com materiais isolantes; e

c) misturar as partículas revestidas de materiais cojn dutivos com as partículas de materiais semicondutores para formar uma matriz geralmente homogénea com uma miríade de ca deias de partículas adjacentes, caracterizado por as partícu las estarem afastadas pelo revestimento isolador não mais do que algumas centenas de angstroms para permitir uma substancial condução de electrões entre partículas por penetração quantum-mecânica em resposta a transientes de sobretensão eléc trica.
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, côracte rizado por incluir também o passo de adicionar material de ligação para suspender a mistura de partículas de materiais condutivos e semicondutores.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, csracte rizado por as partículas de materiais condutivos terem tamanhos inferiores a cerca de 100 microns.
4 - Processe de acordo com a reivindicação 3, caracte rizado por as partículas de material semicondutor variarem em tamanho na gama de 0,1 microns a 100 microns.
5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracte

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Docket N2, 0360

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-27rizado por o número de partículas de semicondutor com tamanhos inferiores aos do limite inferior da dita gama excederem de longe o número de partículas de semicondutor com diâmetros superiores aos do limite superior da dita gama.
6 - Processo de acordo com a reivindicação 1, csrscte rizado por as partículas de material condutivo e semicondutor serem revestidas separadamente com material isolante antes de serem misturadas em conjunto.

\ 7 - Processo de acordo com a reivindicação 6, csracte rizado por as partículas de material condutivo revestidas s_e rem misturadas com um material de ligação e depois as partículas de material semicondutor serem misturadas com a mistura de material de ligação e partículas condutivas.

S - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado por as partículas de material condutivo incluírem car bonilo de níquel.
9 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte rizado por as partículas condutivas incluírem materiais dentro da classe que inclui carboneto de titanio, níquel, carbo ) neto de tungsténio, carboneto de boro, carboneto de zircénio, alumínio carvão negro, grafite, cobre/, molibdénio, prata, ouro, zinco, latão, cádmio, bronze, ferro, estanho, berilo, bronze, boretos, carbonetos de tântalo ou metal Mu.
10 - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracte rizado por as partículas condutivas terem resistividades que variam na gama de cerca de 10“^ a cerca de 10~^ ohms por cen tímetro.
11 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a percentagem, em peso, das partículas condutivas no material ser maior que cerca de 1% e menor do que cer ca de 45%.
12 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o material de ligação ser um isolador eléctrico.

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Docket NS, 0360

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-28- 13 - Processo de acordo com a reivindicação 12, caraç terizado por o material de ligação ser um polímero. 14 - Processo de acordo com a reivindicação 12, caraç

terizado por a percentagem, em peso, do material de ligação ser maior do que cerca de dez por cento (10%) do material de matriz.
15 - Processo de acordo com a reivindicação 12, caraç terizado por o material de ligação ser seleccionado da classe que inclui polímeros termocuráveis, termoplásticos, borra cha, ligas e misturas de polímeros.
16 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as partículas terem numerosos pontos aguçados para proporcionarem o aumento de campo interpartícuias.
17 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material isolante revestir as partículas semi, condutoras individuais.
18 - Processo de acordo com a reivindicação 17, caraç. terizado por o material isolante incluir dióxido de silício.
19 - Processo de acordo com a reivindicação 18, caraç terizado por o dióxido de silício fumado incluir sílica fuma da secada ao fogo (Cab-O-Sil).
20 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material isolante que reveste as partículas incluir, dióxido de silício fumado, caulino, caulinite, tri-hidrato de alumínio, feldspato, formas várias de sílica, es. feras de vidro, carbonato de cálcio, sulfato de bário, sulfa to de cálcio ou óleo.
21 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o material de ligação ter uma resistividade va-

12 15 riando na gama de cerca de 10 a cerca de 10 ohms por ceç tímetro.

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Docket N3. 0360

-001-1201P0R
22 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as partículas condutivas, as partículas semicon dutoras e o material isolador serem escolhidos para proporcionarem uma voltagem de sujeição de algumas centenas de volts.
23 - Dispositivo resistivo não linearmente para prote ger contra transientes de sobretensão eléctrica com tempos de transição tão rápidos como poucos nanosegundos ou menos, caracterizado por compreender:

a) uma matriz de material resistivo não linearmente consistindo de uma mistura aleatória de partículas separadas de materiais condutivos e partículas separadas de materiais semicondutores, com materiais isolantes que revestem as partículas semicondutores para separarem as partículas em cade.i as de partículas de materiais condutivos e materiais semicon dutores por distâncias suficientemente pequenas para permitir a penetração quantum-mecânica de electrões entre as ditas partículas em resposta a transientes de sobretensão eléctrica; e

b) meios de eléctrodo ligando o material de matriz entre a massa e os meios eléctricos a serem protegidos de so bretensões eléctricas de transientes.
24 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 23, ca racterizado por incluir material de ligação isolante, no qual as ditas partículas separadas serem geralmente suspendidas ho mogeneamente.