(57)【要約】本発明は、過電圧保護を実現する。特に、本発明は、電導面および非電導面に本質的に接着するように形成されている絶縁性結合剤(50)を含む電圧可変物質(VVM、100)を提示する。結合剤およびしたがってVVMは、自己硬化性を持ち、インクの形でアプリケーションに塗布してから、最終的に乾燥させて使用することができる。結合剤を使用すると、VVMを別のデバイスに、またはVVMを電気的に接続する別のプリント基板のパッド用に、配置する必要が無くなる。結合剤およびしたがってVVMは、硬い(FR-4)ラミネート、ポリイミド、またはポリマーなどの多数の異なる種類の基板に直接塗布することができる。VVMは、さらに、デバイス内に配置されているさまざまな種類の基板に直接塗布することもできる。
2005522881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路であって、
基板と、
前記基板に固定され少なくとも1つの間隙により隔てられている複数の電極と、
被覆なしで、前記電極に、また間隙を挟んで前記基板に本質的に固定される一定量の電圧可変物質(「VVM」)と、
を含むことを特徴とする電気回路。
【請求項２】
前記基板は、剛性のあるラミネート、ポリイミド、ポリマー、ガラス、セラミック、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択された材料を含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。
【請求項３】
前記回路は、電気機器の部品内に備えられることを特徴とする請求項1に記載の回路。
【請求項４】
前記電気機器はコネクタであることを特徴とする請求項3に記載の回路。
【請求項５】
前記VVMは、自己硬化特性を持ち導電性粒子、絶縁粒子、半導体粒子、ドープ半導体粒子、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択された材料を含む絶縁性結合剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の回路。
【請求項６】
前記導電性粒子は、個別に、内側の核および外側の殻を含むことを特徴とする請求項5に記載の回路。
【請求項７】
電気回路であって、
基板と、
被覆なしで、前記基板に本質的に固定された自己硬化可能形態の一定量の電圧可変物質(「VVM」)と、
VVMに接触する少なくとも1つのキャップにより隔てられた複数の電極と、
を備えることを特徴とする電気回路。
【請求項８】
前記基板は、剛性のあるラミネート、ポリイミド、ポリマー、ガラス、セラミック、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択された材料を含むことを特徴とする請求項7に記載の回路。
【請求項９】
前記回路は、電気機器の部品内に備えられることを特徴とする請求項7に記載の回路。
【請求項１０】
前記機器は、通信デバイスおよび入出力コネクタのうちの1つを含むことを特徴とする請求項9に記載の回路。
【請求項１１】
前記VVMは、自己硬化特性を持ち導電性粒子、絶縁粒子、半導体粒子、ドープ半導体粒子、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択された材料を含む絶縁性結合剤を含むことを特徴とする請求項7に記載の回路。
【請求項１２】
前記導電性粒子は、個別に、内側の核および外側の殻を含むことを特徴とする請求項11に記載の回路。
【請求項１３】
電気回路であって、
基板と、
前記基板に固定され少なくとも1つの間隙により隔てられている複数の電極と、
被覆なしで、前記電極に本質的に固定された自己硬化可能形態の一定量の電圧可変物質(「VVM」)と、
を備えることを特徴とする電気回路。
【請求項１４】
前記基板は、剛性のあるラミネート、ポリイミド、ポリマー、ガラス、セラミック、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択された材料を含むことを特徴とする請求項13に記載の回路。
【請求項１５】
前記回路は、電気機器の部品内に備えられることを特徴とする請求項13に記載の回路。
【請求項１６】
前記機器はコネクタであることを特徴とする請求項15に記載の回路。
【請求項１７】
前記VVMは、自己硬化特性を持ち導電性粒子、絶縁粒子、半導体粒子、ドープ半導体粒子、およびそれらの組み合わせからなるグループより選択された材料を含む絶縁性結合剤を含むことを特徴とする請求項13に記載の回路。
【請求項１８】
前記導電性粒子は、個別に、内側の核および外側の殻を含むことを特徴とする請求項17に記載の回路。
【請求項１９】
電気回路であって、
基板と、
間隙により隔てられた、前記基板に固定されている第1の電極、および第2の電極と、
前記第1および第2の電極に本質的に固定される、自己硬化可能絶縁性結合剤重合体を含む一定量の電圧可変物質(「VVM」)と、
を備えることを特徴とする電気回路。
【請求項２０】
前記一定量のVVMは、第1および第2の電極および基板に自己固定されることを特徴とする請求項19に記載の電気回路。
【請求項２１】
前記第1および第2の電極を覆うコーティングを含むことを特徴とする請求項19に記載の電気回路。
【請求項２２】
前記基板、電極、およびコーティングは、多層プリント基板の一部を形成することを特徴とする請求項21に記載の電気回路。
【請求項２３】
前記第1および第2の電極は、基板に固定されることを特徴とする請求項19に記載の電気回路。
【請求項２４】
前記VVM上に配置され、前記第1および第2の電極から間をあけて並べられている第3の電極を備えることを特徴とする請求項23に記載の電気回路。
【請求項２５】
前記第3の電極と前記第1および第2の電極との間の間隔は、前記第1の電極及び前記第2の電極同士の並ぶ間隔よりも近いことを特徴とする請求項24に記載の電気回路。
【請求項２６】
前記第1および第2の電極を覆うコーティングを含むことを特徴とする請求項23に記載の電気回路。
【請求項２７】
前記第1および第2の電極の一方は、グラウンド電極であることを特徴とする請求項23に記載の電気回路。
【請求項２８】
前記基板は第1の基板であり、第2の基板を含み、前記第1および第2の電極は前記第1の基板と第2の基板との間に配置されることを特徴とする請求項23に記載の電気回路。
【請求項２９】
前記第1および第2の基板は、多層プリント基板またはフレキシブル回路の複数の層であることを特徴とする請求項28に記載の電気回路。
【請求項３０】
前記基板は第1の基板であり、第2の基板を含み、前記第2の電極は第2の基板に固定されることを特徴とする請求項19に記載の電気回路。
【請求項３１】
前記第1および第2の基板は、多層プリント基板またはフレキシブル回路の複数の層であることを特徴とする請求項30に記載の電気回路。
【請求項３２】
電気回路であって、
基板と、
間隙により隔てられた、前記基板に固定されている第1の電極、および第2の電極と、
前記第1および第2の電極に固定される、溶剤で溶解され、薬剤で増粘されている絶縁性結合剤重合体を含む一定量の電圧可変物質(「VVM」)と、
を備えることを特徴とする電気回路。
【請求項３３】
前記絶縁性結合剤は自己硬化可能であることを特徴とする請求項32に記載の電気回路。
【請求項３４】
前記溶剤は酢酸カービトールを含むことを特徴とする請求項32に記載の電気回路。
【請求項３５】
前記薬剤は乾式シリカを含むことを特徴とする請求項32に記載の電気回路。
【請求項３６】
前記VVMは、アルミニウム核および酸化アルミニウム殻を含む導電性粒子を含むことを特徴とする請求項32に記載の電気回路。
【請求項３７】
電気的デバイスであって、
第1および第2の信号導体と、
シールドと、
第1の導体および第2の導体に向かってバイアスがかかっている、前記シールドにより定められる少なくとも1つのタブと、
前記第1および第2の信号導体と前記少なくとも1つのタブとの間に配置される少なくとも1つ一定量の電圧可変物質(「VVM」)と、
を備えることを特徴とする電気的デバイス。
【請求項３８】
前記シールドにより定められる第1および第2のタブを含み、第1の一定量のVVMは前記第1の信号導体と前記第1のタブとの間に配置され、第2の一定量のVVMは前記第2の信号導体と前記第2のタブとの間に配置されることを特徴とする請求項37に記載のデバイス。
【請求項３９】
前記第1の信号導体と前記少なくとも1つのタブとの間に配置されたキャパシタを備えることを特徴とする請求項37に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記VVMは、自己硬化可能絶縁性結合剤を含むことを特徴とする請求項37に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記VVMは、前記導体及び前記少なくとも1つのタブのうち少なくとも1つに本質的に接着されることを特徴とする請求項37に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、回路保護に関する。より具体的には、本発明は、電圧可変物質に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的過大ストレス(「EOS」)過渡現象は、高い電界を発生させるとともに、通常、回路または回路内の高感度電気コンポーネントを一時的にまたは永続的に機能しない状態にする可能性のある高いピーク電力を発生させる。EOS過渡現象は、回路動作を中断したり、または回路を完全に破壊したりすることができる過渡電圧を含むことができる。EOS過渡現象は、例えば、電磁パルス、静電放電、稲妻、静電気の蓄積から生じたり、あるいは他の電子コンポーネントまたは電気コンポーネントが動作することで誘起されたりする場合がある。EOS過渡現象はナノ秒以下からマイクロ秒までの時間内で最大振幅まで上昇し、振幅ピークが繰り返されることがある。
【０００３】
応答が非常に高速であり(理想的には非定常波がピークに到達する前)、送信された電圧がEOS過渡現象の持続期間にかなり低い値にまで下げられるように設計されている、EOS過渡現象を防止する物質が存在する。EOS物質は、低いまたは通常の動作電圧のときに高い電気抵抗値であることで特徴付けられる。EOS過渡現象への応答として、これらの物質は低電気抵抗状態に急速に切り替わる。EOSが消失すると、これらの物質は高抵抗状態に戻る。さらにEOS物質は、EOS過渡現象が消失すると元の高抵抗値に急速に戻る。
【０００４】
EOS物質は、高抵抗状態と低抵抗状態とを繰り返し切り換えることができる。EOS物質は、数千回のESD事象に耐えられ、また個々のESD事象のそれぞれからの保護を行った後、所望のオフ状態に戻ることができる。
【０００５】
EOS物質を採用する回路は、EOS過渡現象による過剰な電圧または電流の一部をグラウンドに分路し、電気回路およびそのコンポーネントを保護することができる。脅威となる過渡現象の他の一部はその脅威の発生源へと反射され戻る。反射された波は、発生源により減衰されるか、放散して失われるか、または向きを変えてサージ保護デバイスに戻って来るが、脅威のエネルギーが安全レベルに低減されるまでそれぞれの戻りパルスに本質的に応答する。EOS過渡現象デバイスを採用する代表的な回路が図1に例示されている。
【０００６】
図1を参照すると、そこには代表的な電気回路10が例示されている。回路10内の回路負荷12は、通常動作電圧で動作する。通常動作電圧の実質的に2から3倍以上のEOS過渡現象が十分な期間持続すると、負荷12およびそこに含まれるコンポーネントが損傷する可能性がある。一般に、EOSの脅威は通常動作電圧を、通常動作時に見られる電圧の数十倍、数百倍、それどころか数千倍も超える可能性がある。
【０００７】
回路10では、EOS過渡電圧14は線16を通って回路10に入って来るように示されている。EOS過渡電圧14が発生すると、EOS保護デバイス18は高抵抗状態から低抵抗状態に切り替わり、そうして、EOS過渡電圧14を安全な低い値に固定する。EOS保護デバイス18は、過渡現象の脅威の一部を電子回路線16からシステムのグラウンド20に分路する。上述のように、EOS保護デバイス18は、脅威の大部分を脅威の発生源に反射して戻す。
【０００８】
EOS保護デバイスは、通常、電圧可変物質(「VVM」)を採用する。多くのVVMは、一貫してある種のハウジングまたはカプセル封入を必要とする構造であった。つまり、VVM物質は、これまで、プリント基板(「PCB」)に装着される表面実装デバイスなどのデバイスで実現されていた。VVMデバイスは、通常、保護を必要とする回路のデバイスから分離して装着されていた。このため、さまざまな問題が生じる。
【０００９】
第1に、VVMデバイスを使用すると、PCBに装着するために必要なコンポーネント点数が増える。VVMデバイスは、貴重な基板スペースを消費し、欠陥発生の可能性が高まる。VVMデバイスは、通常、追加パッドをPCBに固定する必要があり、また追加回路トレースをPCBデバイスから、またはグラウンドプレーンからVVMパッドに配線する必要がある。コスト、スペース/柔軟性、および信頼度を改善するためには、PCBに取り付けられるコンポーネントの点数を減らすことが常に望ましい。
【００１０】
第2に、コンポーネントを既存のPCBに追加するには、基板の設計し直し、または現在保留中の設計への他の種類の組み込みを必要とすることがある。アプリケーションがすでに生産中であれば、VVMデバイスを組み込む余地があるかもしれないし、ないかもしれない基板スペースを最適化するのに膨大な時間がかかっている可能性が高い。
【００１１】
第3に、多くのEOS過渡現象は、PCBの外で発生し、ケーブルと電線を伝わってPCBに送られる。例えば、ネットワーク接続されているコンピュータおよび電話システムは、環境および取り扱い活動により生じるさまざまな過渡現象に晒される。このような状況では、過渡電圧がPCBに届く前に過渡電圧を排除することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、過電圧回路保護を実現する。特に、本発明は、電導面および非電導面に本質的に接着するように形成されている絶縁性結合剤を含む電圧可変物質(「VVM」)を提示する。結合剤およびしたがってVVMは、自己硬化性を持ち、インクの形でアプリケーションに塗布してから、最終的に乾燥させて使用することができる。結合剤を使用すると、VVMを別のデバイスに、VVMを電気的に接続する別のプリント基板のパッド用に、配置する必要が無くなる。結合剤およびしたがってVVMは、硬い(FR-4)ラミネート、ポリイミド、ポリマー、ガラス、およびセラミックなどの多数の異なる種類の基板に直接塗布することができる。VVMは、さらに、電気機器の部分品(例えば、コネクタ)の内側に配置されているさまざまな種類の基板に直接塗布することもできる。
【００１３】
VVMの結合剤は、溶剤に溶けるポリエステルなどのポリマーを含む。ポリマーを溶解する好適な溶剤の1つに、ジエチレン・グリコール・モノエチル・エーテル・アセテートがあり、「酢酸カービトール」と一般に呼ばれる。一実施形態では、乾式シリカなどの増粘剤が絶縁性結合剤に添加され、絶縁性結合剤の粘度を高める。その後、さまざまな種類の粒子を結合剤内で混合し、目的のクランプ電圧および応答時間を発生する。さまざまな種類の粒子として、導電性粒子、絶縁性粒子、半導体粒子、ドープ半導体粒子、およびそれらの組み合わせがある。
【００１４】
一実施形態の導電性粒子は、内側の核と外側の殻とを持つ。核および殻は、導電率または抵抗率が異なる。殻が核よりも導電性が高いか、または核が殻よりも導電性が高い。核および殻は、それぞれ、個別に、上記のさまざまな種類の粒子からなりうる。好ましい一実施形態では、導電性粒子は、アルミニウム核と酸化アルミニウム殻とを含む。
【００１５】
本発明の結合剤を含むVVMを基板に塗布することでさまざまな回路またはアプリケーションを形成できる。第1のアプリケーションでは、知られている手法により複数の電極または導体をプリント基板に固定する。電極はプリント基板上で間隙によりそれぞれ隔てられている。VVMをこの間隙において電極および基板に塗布し本質的に接着させる。第2のアプリケーションでは、電極は再び基板に固定されるが、VVMは電極に本質的に接着するだけである。つまり、VVMは基板に接着するのではなく、この間隙上に置かれるのである。
【００１６】
第3のアプリケーションでは、VVMは本質的に基板に接着し、そこで電極はVVM上に置かれ、内在的にVVMに接着する。つまり、VVMは、電極を基板に固定する。第4のアプリケーションでは、複数の電極のうちの少なくとも1つが基板に固定され、そこでVVMは本質的に、その固定された電極に接着する。少なくとも1つの他の電極はVVMの上に置かれる。電極間の間隙は、VVMの厚さにより形成される。ここでは、VVMは、さらに、基板に本質的に固定される場合もされない場合もある。VVMの上に置かれている電極は、さらに、基板に固定される部分を備えることもできる。
【００１７】
VVMが、プリント基板などの回路に塗布されると、その量のVVMは、別の保護被覆を必要としない仕上げ形態で自己硬化する。VVMは、製造時も、出荷時も、使用時も環境に対し開放されたままにできる。基板は、プリント基板で使用される硬いラミネート(例えば、FR-4)、フレキシブル回路で使用されるポリイミド(例えば、Kapton(登録商標))などの物質、ポリマー、セラミック、またはガラス、さらにはそれらの任意の組み合わせなど、どのような種類の基板でもよい。
【００１８】
他の実施形態では、基板は、コーティングするか、または他の何らかの手段により保護することができる。例えば、上述のアプリケーションはどれも、コーティングで被覆できる。コーティングは、当技術で知られているように、乾式フィルム写真イメージ処理可能カバーレイ、液体噴霧式写真イメージ処理可能カバーレイ、または「Glob-top」タイプのコーティングなど、さまざまな異なる材料のうちの1つとすることができる。それとは別に、上述のアプリケーションはどれも、多層プリント基板(「PCB」)に埋め込むことができる。他の実施形態では、少なくとも1つの追加電極または導体を上層基板の下側に固定するが、ただし、VVMは上層基板と下層基板との間に存在し、少なくとも上側電極と下側電極とに、そして可能ならば上層基板及び下層基板の1つまたは複数に本質的に接着している。
【００１９】
回路は、デバイスで実現される場合もされない場合もある。例えば、一実施形態のデバイスは、RJ-45またはRJ-11コネクタなどの通信デバイスである。他の実施形態では、デバイスは、Deutsches Institut fur Normung eV (「DIN」)コネクタまたはリボンケーブルコネクタなどの入出力コネクタである。これらのデバイスそれぞれにおいて、VVMは信号導体をアース導体またはシールドに接続することにより1つまたは複数の信号線を瞬間的過渡電圧から保護する。
【００２０】
一実施形態では、RJ型コネクタは複数の信号導体を含む。このコネクタは、さらに、接地された導電性シールドも含む。シールドは、切るかまたは型打ちして、下向きに導体方向に偏る少なくとも1つのスタンピングを作る。一実施形態では、シールドはそれぞれの導体用に別々のスタンピングを定める。コネクタは、スタンピングを導体に押し付けるハウジングを含む。VVMは、シールドのスタンピングと導体との間に塗布し、RJコネクタの過電圧保護を行う。一実施形態では、VVMは上述の本質的に固定するVVMであるが、デバイス内に用意される知られているVVMも使用可能である。他の実施形態では、高電位[HI-POT]試験時に生じるような高DC電圧を阻止するためキャパシタをVVMと導体およびシールドのスタンピングの一方との間に入れる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
したがって、本発明の一利点は、本質的接着性のあるVVMを実現することである。
【００２２】
本発明の他の利点は、別のデバイスに収納する必要のないVVMを実現することである。
【００２３】
本発明のさらに他の利点は、自己硬化するVVMを実現することである。
【００２４】
本発明のさらに他の利点は、VVMを載せる基板上に別の電気的パッドを用意しなくても、プリント基板に直接接着するVVMを実現することである。
【００２５】
本発明のさらに他の利点は、ポリマーまたはプラスチックに直接接着するVVMを実現することである。
【００２６】
本発明のさらに他の利点は、VVMを基板に直接塗布することであるが、ただし基板は、機器の部品またはコネクタなど電気的デバイス内に用意される。
【００２７】
本発明のさらに他の利点は、過電圧保護機能を備えるRJ型コネクタを実現することである。
【００２８】
さらに、本発明の一利点は、過電圧保護機能を備える入出力コネクタを実現することである。
【００２９】
さらに、本発明の一利点は、VVM(およびそれとは別に追加としてキャパシタ)をRJ型コネクタの複数の異なる信号に電気的に接続するための装置を実現することである。
【００３０】
さらに、本発明の一利点は、ハウジングを不要にすることで、寄生インピーダンスを下げることにより電気的性能を改善することができる、低コストで生産しやすい回路保護材を実現することである。
【００３１】
本発明の他の特徴および利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明および図面で説明され、それから明白であろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
そこで図2を参照すると、本発明の電圧可変物質(「VVM」)100は絶縁性結合剤50を含む。結合剤50は、絶縁粒子60、半導体粒子70、ドープ半導体粒子80、導電性粒子90、およびさまざまなそれらの組み合わせなどいくつかのさまざまな種類の粒子の1つまたは複数またはすべてを固定する。絶縁性結合剤50は、本質的接着特性を持ち、導電性の金属表面または非導電性の絶縁表面などの表面に自己接着する。絶縁性結合剤50は、自己硬化する特性を持ち、VVM 100を回路またはアプリケーションに塗布し、それ以降、加熱または他の何らかの硬化処理をVVM 100および絶縁性結合剤50に対し行わずに使用することができる。しかし、VVM 100を結合剤50とともに使用する回路またはアプリケーションは、加熱または硬化処理を行い硬化プロセスを加速することができることは理解されるであろう。
【００３３】
一実施形態のVVM 100の絶縁性結合剤50は、溶剤に溶ける、ポリエステルなどのポリマーまたは熱可塑性樹脂を含む。一実施形態では、ポリエステル樹脂のガラス転移温度は6℃から80℃、分子量は15,000から23,000原子質量単位(「AMU」)である。ポリマーを溶解する好適な溶剤の1つに、ジエチレン・グリコール・モノエチル・エーテル・アセテートがあり、「酢酸カービトール」と一般に呼ばれる。一実施形態では、増粘剤が絶縁性結合剤50に添加され、絶縁性結合剤50の粘度を高める。例えば、増粘剤として、Cab-o-Sil TS-720という商標名のものなどの乾式シリカを使用できる。
【００３４】
一実施形態の絶縁性結合剤50は、高い絶縁破壊の強さ、高い電気抵抗、および高い耐トラッキング性を持つ。絶縁性結合剤50は、導電性粒子90、絶縁粒子60、半導体粒子70、およびドープ半導体粒子80などのVVM 100の他の可能なコンポーネント間の十分な粒子間間隔をあけ、保持する。粒子間間隔は、高い抵抗性をもたらす。絶縁性結合剤50の抵抗性および絶縁耐力は、高い抵抗状態にも影響を及ぼす。一実施形態では、絶縁性結合剤50は、少なくとも109Ωcmの体積抵抗率を持つ。結合剤50に異なるポリマーを混合し、架橋することが可能である。
【００３５】
一実施形態では、絶縁粒子60は、VVM 100の結合剤50の中に分散される。一実施形態の絶縁粒子60は、約200から約1000オングストロームの範囲の平均粒度、および10-6(Ωcm)-1未満の体積導電率を持つ。一実施形態では、絶縁粒子60の平均粒度は約50から約200オングストロームの範囲である。
【００３６】
Cab-o-Sil TS-720という商標を持つものなどの結合剤50の乾式シリカは、絶縁粒子60となる。しかし、他の絶縁性粒子も乾式シリカに加えて使用することができる。例えば、本発明では、ガラス球、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、アルミナ三水和物、カオリンおよびカオリナイト、超高密度ポリエチレン(UHDPE)、および酸化チタンなどの金属酸化物も、絶縁粒子60として使用することができる。例えば、Nanophase Technologies社が製造する平均粒度が約300から400オングストロームまでの範囲の二酸化チタンは絶縁粒子60として好適である。
【００３７】
絶縁粒子60としては、さらに、鉄、アルミニウム、亜鉛、チタン、銅の酸化物、およびNanocor,Inc.社が生産しているモンモリロナイトなどの粘土などがある。VVM 100で採用されている場合、シリカのほかに絶縁粒子60は一実施形態においてVVM 100の約1から約15重量%が存在する。
【００３８】
一実施形態では、半導体粒子70は、VVM 100の結合剤50の中に分散される。一実施形態の半導体粒子70の平均粒度は5ミクロン未満、体積導電率は10から10-6(Ωcm)-1の範囲である。粒子充填密度を最大にし、最適なクランプ電圧およびスイッチング特性を得るために、好ましい一実施形態の半導体粒子70の平均粒度は約3から約5ミクロンの範囲内であるか、あるいは1ミクロン未満の場合すらある。100ナノメートルまでの範囲およびそれ以下の半導体粒度も、本発明で使用するのに適している。
【００３９】
一実施形態の半導体粒子70の材料としては炭化ケイ素がある。半導体粒子物質としては、さらに、ビスマス、銅、亜鉛、カルシウム、バナジウム、鉄、マグネシウム、カルシウム、およびチタンの酸化物、ケイ素、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン、ベリリウム、ホウ素、タングステン、およびバナジウムの炭化物、カドミウム、亜鉛、鉛、モリブデン、および銀の硫化物、窒化ホウ素、窒化ケイ素、および窒化アルミニウム、チタン酸バリウムおよびチタン酸鉄、モリブデンおよびクロムのケイ化物、およびクロム、モリブデン、ニオブ、およびタングステンのホウ化物もある。
【００４０】
一実施形態では、半導体粒子70は、例えばAgsco製造の炭化ケイ素を含み、#1200グリットとすることができ、平均粒度は約3ミクロンである。それとは別に、炭化ケイ素はNortonの製造品で、#10,000グリット、平均粒度は約0.3ミクロンのものでもよい。他の実施形態では、半導体粒子70は、炭化ケイ素および/または、チタン酸バリウム、窒化ホウ素、リン化ホウ素、リン化カドミウム、硫化カドミウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ゲルマニウム、リン化インジウム、酸化マグネシウム、シリコン、酸化亜鉛、および硫化亜鉛などの他の少なくとも1つの物質を含む。
【００４１】
一実施形態では、ドープ半導体粒子80は、VVM 100の結合剤50の中に分散される。いくつかの不純物(ドーパント)は、半導体の導電率に影響を及ぼす。半導体物質のドーピングに使用される不純物または材料は、電子供与体または電子受容体のいずれかである。いずれの場合も、不純物は他の何らかの意味で純粋な半導体のエネルギーバンドギャップ内のエネルギー準位を占有する。ドープ半導体内の不純物濃度を加減することにより、物質の導電率が変化する。純粋な半導体の導電率は、伝導電子濃度を上げることにより上方に(半金属または金属の範囲内に)広げることができるか、または伝導電子濃度を下げるごとにより下方に(絶縁体の範囲内に)広げることができる。
【００４２】
一実施形態では、半導体粒子70およびドープ半導体粒子80は、標準の混合手法によりVVM 100の絶縁性結合剤50の中に混合される。他の実施形態では、異なる導電率に合わせてドーピングされたさまざまな異なるドープ半導体粒子80は、VVM 100の絶縁性結合剤50の中に分散される。これらの実施形態はいずれも、絶縁粒子60を含むこともできる。
【００４３】
一実施形態では、VVM 100は、導電性を持たせる物質でドーピングされた半導体粒子を使用する。ドープ半導体粒子80は、任意の従来の半導体物質、例えば、窒化ホウ素、リン化ホウ素、リン化カドミウム、硫化カドミウム、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ゲルマニウム、リン化インジウム、シリコン、炭化ケイ素、酸化亜鉛、硫化亜鉛、さらにポリピロールまたはポリアニリンなどの導電性ポリマーで構成することができる。これらの物質は、適当な電子供与体、例えば、リン、ヒ素、またはアンチモン、あるいは鉄、アルミニウム、ホウ素またはガリウムなどの電子受容体でドーピングされ、所望の導電性レベルが得られる。
【００４４】
一実施形態では、ドープ半導体粒子80は、アルミニウム(ドープ半導体電子80の約0.5重量%)でドーピングされ導電性を持つようにされたシリコン粉体を含む。このような物質は、Si-100-Fという商標名でAtlantic Equipment Engineers社から販売されている。他の実施形態では、ドープ半導体粒子は、Zelec 3010-XCという商標名で販売されているアンチモンドープ酸化スズを含む。
【００４５】
一実施形態では、VVM 100のドープ半導体粒子80の平均粒度は10ミクロン未満である。しかし、粒子充填密度を最大にし、最適なクランプ電圧およびスイッチング特性を得るために、半導体粒子の平均粒度は約1から約5ミクロンの範囲内であるか、あるいは1ミクロン未満の場合すらある。
【００４６】
絶縁粒子60、半導体粒子70、ドープ半導体粒子80はそれぞれ、任意選択によりVVM 100の結合剤50に分散される。結合剤50の乾式シリカ、つまりCab-o-Silは、絶縁粒子60を構成する。好ましい一実施形態では、VVM 100は導電性粒子90を含む。一実施形態の導電性粒子90の体積導電性は10(Ωcm)-1よりも大きく、特に100(Ωcm)-1よりも大きい。しかし、ドープ半導体粒子を使用することにより、VVM 100は導電性粒子90を含まないようにできる。
【００４７】
一実施形態の導電性粒子90の最大平均粒度は、60ミクロンである。一実施形態では、導電性粒子90の95%は直径が20ミクロン以下である。他の実施形態では、導電性粒子90は100%、直径10ミクロン未満である。他の実施形態では、平均粒度がサブミクロン範囲、例えば1ミクロンからナノメートルまでの導電性粒子90が使用される。
【００４８】
VVM 100の導電性粒子90に適している物質としては、アルミニウム、真鍮、カーボンブラック、銅、黒鉛、金、鉄、ニッケル、銀、ステンレス、スズ、亜鉛、およびそれらの合金、さらにその他の金属合金がある。さらに、ポリピロールまたはポリアニリンなどの本質的導電性ポリマー粉体も、安定した電気的特性を示す限り、採用することができる。
【００４９】
一実施形態では、導電性粒子90は、Atlantic Equipment Engineering社により製造され商標Ni-120で販売されている、平均粒度が10〜30ミクロンの範囲のニッケルを含む。他の実施形態では、導電性粒子90はアルミニウムを含み、平均粒度は1から30ミクロンの範囲である。
【００５０】
図3を参照すると、一実施形態では、導電性粒子は外側の殻94で囲まれた内側の核92を含む。粒子90の核92および殻94は、異なる導電率を持つ。一実施形態では、核および殻粒子90は実質的に球形であり、サイズは約25から約50ミクロンの範囲である。
【００５１】
一実施形態では、導電性粒子90の内側の核92は、絶縁体を含み、外側の殻94は、(i)導体、(ii)ドープ半導体、または(iii)半導体のうちの1つを含む。他の実施形態では、導電性粒子90の内側の核92は、半導体物質を含み、外側の殻94は、(i)導体、(ii)ドープ半導体、または(iii)内側の核の半導体物質と異なる半導体物質のうちの1つを含む。さらに他の実施形態では、内側の核92は、半導体物質を含み、外側の殻94は、(i)絶縁物質,(ii)半導体、(iii)ドープ半導体、または(iv)内側の核の導電性物質と異なる導電性物質のうちの1つで構成することができる。
【００５２】
導電性核-殻粒子90で使用するのに好適な導電性物質には、アルミニウム、銅、金、ニッケル、パラジウム、白金、銀、チタン、および亜鉛などの金属およびその合金がある。カーボンブラックも、VVM 100の導電性物質として使用することができる。上述の絶縁体60、半導体粒子70、およびドープ半導体粒子80は、本発明のVVM 100の結合剤50内の導電性核-殻粒子90と混合することができる。
【００５３】
好ましい一実施形態では、核-殻粒子90は、アルミニウム核92と酸化アルミニウム殻94とを含む。アルミニウム核92および酸化アルミニウム殻94を持つ粒子90は、そこで、追加絶縁粒子60、半導体粒子70、またはドープ半導体粒子80なしでシリカを形成している本質的接着結合剤で実現することができる。
【００５４】
他の実施形態では、核-殻粒子90は酸化チタン(絶縁体)核92およびアンチモンドープ酸化スズ(ドープ半導体)殻94を含む。これら後者の粒子は、Zelec 1410-Tという商標名で販売されている。他の好適な核-殻粒子90は、Zelec 1610-Sという商標名で販売されており、中空シリカ(絶縁体)核92およびアンチモンドープ酸化スズ(ドープ半導体)殻94を含む。
【００５５】
フライアッシュ(絶縁体)核92とニッケル(導体)殻94を持つ粒子、およびニッケル(導体)核92と銀(導体)殻94を持つ粒子は、Novamet社により販売されており、これもまた本発明で使用するのに好適である。他の好適な代替え材料は、Composite Particles,Inc.社(ペンシルバニア州アレンタウン)がVistamer Ti-9115という商標名で販売しているものがある。これらの導電性核-殻粒子は、超高密度ポリエチレン(UHDPE)の絶縁殻92と炭化チタン(TiC)の導電性核94材料とを持つ。また、カーボンブラック(導体)核92とEeonyx F-40-10DGという商標名でMartek Corporation社が販売しているポリアニリン(ドープ半導体)殻94とを有する粒子90も、本発明のVVM 100で使用することができる。
【００５６】
VVM 100の一実施形態では、本質的接着絶縁性結合剤50は、組成全体の約20から60重量%、より具体的には、約25から約50重量%である。一実施形態の導電性粒子90は、全組成の約5から約80重量%、より具体的には、約50から約70重量%である。これらの範囲は、VVM 100が追加絶縁性粒子60、半導体粒子70、および/またはドープ半導体粒子80を含むかどうかに関係なく適用される。半導体粒子70は、もし存在するとすれば、全組成の約2から約60重量%、より具体的には、約2から約10重量%である。
【００５７】
VVM 100の他の実施形態では、本質的接着絶縁性結合剤50は、組成全体の約30から65体積%、より具体的には、約35から約50体積%である。ドープ半導体粒子80は、全組成の約10から約60体積%、より具体的には、約15から約50体積%である。半導体粒子70は、全組成の約5から約45体積%、より具体的には、約10から約40体積%である。絶縁粒子60は、全組成の約1から約15体積%、より具体的には、約2から約10体積%である。
【００５８】
VVM 100のスイッチング特性は、絶縁粒子、半導体粒子、ドープ半導体粒子、および導電性粒子の性質、粒度とサイズ分布、および粒子間間隔によって決まる。粒子間間隔は、絶縁体粒子、半導体粒子、ドープ半導体粒子、および導電性粒子の充填割合、およびそのサイズとサイズ分布によって異なる。本発明の組成では、粒子間間隔は、一般的に1,000オングストロームよりも大きくなる。
【００５９】
本質的接着絶縁性結合剤50および上述のその他の粒子を採用するVVM 100を使用することにより、本発明の組成は一般的に、約30ボルトから2,000ボルト超までのクランプ電圧の範囲となるように修正することができる。回路基板保護機能に関する本発明のいくつかの実施形態は、100から200ボルトの範囲、より具体的には、100ボルト未満、さらに具体的には50ボルト未満のクランプ電圧を示し、特に、約25から50ボルトの範囲内のクランプ電圧を示す。
【００６０】
本質的接着絶縁性結合剤50を含むVVM 100は、自己硬化または自己固定で導電性物質および絶縁性物質に付着できる。絶縁性結合剤50は、任意の種類の電気的リード、コイル、電極、ピン、トレースなどに接着し、硬化する。絶縁性結合剤50は、任意の種類の絶縁体、ラミネート、または基板に接着し、硬化する。例えば、絶縁性結合剤50は、プリント基板材、フレキシブル回路材、ポリマー、ガラス、およびセラミックに接着し、硬化する。
【００６１】
一実施形態では、VVM 100の絶縁性結合剤50は、知られているFR-4ラミネートに接着し、硬化する。FR-4ラミネートは、通常、網目または孔のある織布または不織布を含む。VVM 100の結合剤50は、さらに、多層PCBのFR-4層にも接着できる。他の実施形態では、VVM 100の絶縁性結合剤50は、ポリイミド材料に接着し、硬化する。絶縁性結合剤50が本質的に固定するポリイミド材料の一種が、Dupont Corporation社によって製造されており、「Kapton(登録商標)」という名称である。Kapton(登録商標)材には3つの変種がある。1つ目のKapton(登録商標)材は、アクリル系の接着剤を含むが、難燃性ではない。2つ目のKapton(登録商標)材はアクリル系の接着剤を含み、難燃性である。3つ目のKapton(登録商標)材は接着性がない。VVM 100の絶縁性結合剤50は、これら3つの変種のそれぞれに対し、接着し、硬化することができる。
【００６２】
VVM 100の絶縁性結合剤50は、リジッド・フレキシブル材に対し、接着し、硬化することができる。その名が示すように、リジッド・フレキシブル材は、2つの異なる物質、フレキシブルな物質(Pyraluxなど)と剛性のある物質(FR-4)との複合材料である。このタイプの材料は、可動または曲げ部品につなぐ必要があり、さらにコンポーネント用の安定した土台を必要とするアプリケーションに特に使用される。
【００６３】
そこで、図4を参照すると、本質的接着性VVM 100の可能な配置115が例示されている。配置115は、この例では、基板110上に現れており、これは剛性のあるPCBである。他の多数の電気的デバイス113が例示されており、VVM 100は開放され、PCB基板110が仕上げ形態の場合には露出される。電気的デバイス113は、スルーホールおよび表面実装デバイスを含むPCBに一般的に接続されるいろいろな種類の電気的デバイスを含む。電気的デバイス113は、抵抗器またはキャパシタなどの電気的コンポーネントを含む。電気的デバイス113は、さらに、さまざまな種類の集積回路、コネクタ、フィルタなども含む。
【００６４】
配置115は、PCB基板110上の他の電気的コンポーネント113の隣に置かれている。配置115は、当業者に知られている任意の方法によりPCB基板110にそれぞれ固定されている2つの電極117および119を備えるものとして例示されている。2つの電極117および119が例示されているが、配置115は電極をいくつでも備えることができる。配置115では、示されている量のVVM 100が、電極117および119に、また基板110に本質的に接着している。電極117と119の間には間隙が存在し、これは、この量のVVM 100で覆われているため透視図内では点線で示されている。一実施形態の間隙幅は、2ミル程度であるが、それよりも広いまたは狭い間隙を使用することもできる。電極117および119は、通常、互いに電気的に連絡しあう。EOS過渡現象が発生すると、VVM 100はハイインピーダンス状態からローインピーダンス状態に切り替わり、瞬間的過渡電圧が、ここでは、電極117からVVM 100を通り、例示されているようにシールドグラウンドまたはアースグラウンドに接続されている電極119に分路する。
【００６５】
便宜上、電極117は、端が寸断された形で終端しているように例示されている。電極117は任意の種類の電気的デバイスにつながることは理解されるであろう。一実施形態では、電極117は、例えば通信伝送から信号を搬送するPCB上のトレースである。この場合、電極117は、通信入力線を受け入れるコネクタにつなげられるか、またはある種のトランシーバにつなげることができる。
【００６６】
図5を参照すると、「Z」方向配置が、基板110上に例示されており、これは、一実施形態では、多層フレキシブルリボンまたは回路である。フレキシブル基板110は、複数のフレキシブル層111および112を含む。上述のように、フレキシブル基板110は、ポリイミドでできている層111および112を含むことができる。例えば、層111および112はKapton(登録商標)でよい。他の実施形態では、層111および112の一方または両方がマイラー層である。基板110の層112の1セクションを切り取って、多数の信号導体116およびグラウンド導体118が見えるようにしている。導体116およびグラウンド導体118を露出させ、自己硬化可能結合剤50を含む自己接着VVM 100を導体116のそれぞれに塗布することができる。
【００６７】
例示されているように、導体116およびグラウンド導体118はそれぞれ、間隙で隔てられ、導体は通常、互いに電気的に連絡し合わないようになっている。一実施形態では、グラウンド導体(便宜上一部しか示されていない)118は、VVM 100の上にある。したがって、間隙は「Z」方向にあるといわれ、導体116の間の間隙はX-Y平面内にある。VVM層の厚さは、信号導体116の間の間隔よりも小さい。EOS過渡現象は、したがって、導体116の1つから、他の導体116へではなく、グラウンド118へジャンプする。他の実施形態では、別のグラウンドトレース118は、それぞれの信号トレースの隣に配置することができるため、過渡現象は信号トレース116からグラウンドトレース118にジャンプする。いずれにせよ、VVM 100の層により、過電圧を発する信号導体116はどれもそれをグラウンド導体118に分路する。
【００６８】
図4の剛性のあるPCBアプリケーションの場合のように、導体または電極116(および118)は基板の表面に固定される。したがって、導体116は、当業者によって知られている方法でフレキシブル層111の内面114に固定される。「Z」方向実施形態では、グラウンド導体はVVM 100の層の上に固着する。導体116およびグラウンド導体118は、さらに、複数の層111および112により圧縮され、適所に保持される。しかし、VVM 100はフレキシブル層111および112のうちの一方の外部に露出される可能性がある。一定量のVVM 100が、例示されているように導体116のそれぞれを覆っており、また層111の内面114に本質的な形で接着する。VVM 100の層は、さらに硬化または加熱工程を必要とせずに複数の導体116および層111の内面114に対して自己硬化する。他の実施形態では、しかし、VVM 100の層は、所定の時間の間フレキシブル回路を加熱することにより素早く硬化させることができる。
【００６９】
上述のように結合剤50は、フレキシブル基板110が曲げられたり動かされたりしても一定量のVVM 100にひび割れを生じたり、分断したりしないように硬化する。そうなったとしても、好ましい一実施形態では、内面114の露出している領域および接地面118は電気的絶縁のため覆われている。一実施形態では、VVM 100および導体116およびグラウンド導体118は、銀インクコーティングで覆われている。一実施形態のVVMは、トレース116およびグラウンドトレース118の表面全体を覆い、VVM 100の散逸能力を助長することができる。他の実施形態では、乾式フィルム写真イメージ処理可能カバーレイ、液体噴霧式写真イメージ処理可能カバーレイ、または「Glob-top」コーティングなどの中間絶縁性コーティングを信号トレース116と外側絶縁(例えば、プラスチック)層111の内面114との間に配置することができる。
【００７０】
図6を参照すると、VVM 100の3つの他のアプリケーション120、125、および130が例示されている。アプリケーション120、125、および130はそれぞれ、導体を2つしか持たない簡略化された形態で例示されている。しかし、本明細書で開示されているアプリケーションは、図5のように、複数の導体を電気的に接続し、保護することができることは理解されるであろう。また、例示されてはいないが、導体のうちの1本はグラウンドまたはシールド導体であり、他のタイプの導体はローインピーダンス経路を持ち、その一方で他の少なくとも1つの導体は信号または線路導体であり、VVM 100は線路導体または信号導体からグラウンドまたはシールド導体へ過渡的過大電圧を分路する。さらに、アプリケーション120、125、および130は、仕上げ形態で例示されているが、VVM 100は開放されており、環境に露出している。
【００７１】
配置120は、間隙で隔てて並べられている導体122および124を備える回路を例示している。導体122および124はそれぞれ、当業者に知られている方法で基板110に固定されている。基板110は、剛性のあるPCB基板またはフレキシブル回路タイプの基板などの上述のどのような基板でもよい。アプリケーションまたは回路120は、VVM 100が基板110に接着しないという点で回路115と異なる。このような回路を形成するために、VVM 100がきちんと硬化し乾燥するまでVVM 100を間隙の上に支える必要があると考えられる。他の実施形態では、最上層またはコーティングをVVM 100に接着し、コーティングにより半硬化状態のVVM 100を導体122および124の上に置くようにすることもできる。重要なのは、VVM 100が正常に機能するためにはVVM 100は間隙領域内で基板110に接着する必要はないということである。回路120は、VVM 100の分路機能に関しては図4に例示されている回路115と全く同じように機能する。
【００７２】
回路または配置125は、VVM 100が基板110に本質的に固定され、それにより導体127および129が配置されるバッファまたは台を形成することができることを例示している。電極127および129は、間隙により隔てられている。電極は、例示されているようにVVM 100の中にわずかに沈み込むか、または導体の重量によりまたはアプリケーションプロセスにより変形しなくなるまでVVMを硬化させたときに電極127および129をVVM 100の上に置くことができる。回路または配置125は、回路115および120と同じ動作をする。
【００７３】
回路または配置130は、導体の1つ、つまり、導体132が基板110に固定され、第2の導体134は、配置125の電極127および129と同様に、VVM 100の層の一番上にぶら下げられる一実施形態を例示している。回路130内の間隙は縦に配置された間隙である。配置115、120、および125内の間隙は水平に配置される。VVM 100は、等しく、さらに配置115、120、および125の場合など間隙が「XY」方向型の間隙かどうかに関係なく、または間隙が配置130に例示されているように「Z」方向型の間隙であるかどうかに関係なく、動作する。
【００７４】
図6の配置はそれぞれ、いくつかの電気的構成で、いくつかの電気的コンポーネントを使用した場合に望ましいと考えられる。本発明の絶縁性結合剤50を含むVVM 100は、基板110に関してさまざまな形で電極を配置できる柔軟性を与え、VVM 100はVVMを機械的に保持する、または導体に電気的に接続するために特別な装置またはハウジングを必要としない。例えば、多くのVVMデバイスは、VVMを適所に保持するハウジングまたは殻を必要とする。多くのVVMはさらに、基板の表面に形成されている一対のパッドにハンダ付けしなければならないハウジングまたは殻上に配置された一対の端子も含む。パッドから接続する信号線またはグラウンド線まで、追加トレースまたはボンドワイヤを必要とする。
【００７５】
図7を参照すると、追加回路または配置135および145が例示されている。配置135は、上側電極137と下側電極139との間に「Z」方向間隙が存在するという点で配置130と似ているが、下側電極139は基板110に固定されている。しかし、配置135では、上側電極137は、横方向または水平方向に下側電極139から伸びてゆき、そして下向きに進んで基板110につながる。水平オフセットにより第2の間隙が生じる。過電圧が発生すると、瞬間的過渡現象は、どの経路のインピーダンスが低いかに応じて「Z」方向、または「XY」方向に、VVM 100を通って導かれる。配置135は、他の配置と同じように、他の何らかの形で動作する。
【００７６】
配置145は、図5のフレキシブル回路実施形態と似ているが、導体146および149が剛性のある基板110に配置されているという点が異なる。一実施形態では、浮動状態の導体147は、グラウンド線であり、配置は純粋に「Z」方向アプリケーションとなる。他の実施形態では、導体146および149はそれぞれ、アプリケーションを「Z」方向にし、「XY」方向アプリケーションを作るグラウンド線であり、電圧は導体146または149の一方から浮動状態の導体147に、そして他の導体、つまりグラウンド導体に放電することができる。
【００７７】
図8を参照すると、さらに他の配置または回路140が例示されている。回路140は、FR-4基板などの剛性のある基板、またはポリイミドまたはKapton(登録商標)などのフレキシブル基板であってよい2つの基板110を備える。第1の電極142は上側基板110に固定され、第2の電極143は下側基板110に固定される。電極142および143は、一定量のVVM 100により「Z」方向で間をあけて並べられている。配置140は、例えば、フレキシブル回路では有用であるが、基板110はKapton(登録商標)またはマイラーの外側層であり、上側導体142は例えば信号導体であり、下側導体143はグラウンド導体である。ここで、複数の信号導体を上側または下側基板110に取り付けることができるが、瞬間的過渡現象が生じる信号トレースがグラウンド導体に関して配置されているかどうかに応じて瞬間的過渡現象は垂直または水平に伝わる。
【００７８】
図9を参照すると、前の配置または回路115、120、125、130、135、および145は、多層PCBの内側に埋め込まれているものとして例示されている。つまり、基板110はPCBの1つの層をなす。第2の基板144(縮尺していない)は多層PCBの他の層をなす。層144はさまざまな回路周辺に形成され、これにより、電気的コンポーネント113および基板トレースの取り付けに好適な滑らかな外面が作られる。図9の構成は、基板110および144の外面は何であれ回路保護により抑制されないという点で特に有用である。図9に例示されている実施形態は、2つまたはそれ以上の層を含むことができ、したがって実施形態は配置115、120、125、130、135、および145のうちの1つまたは複数を持つ多数の異なる基板を含むことができる。
【００７９】
図10を参照すると、回路115、120、125、130、135、および145を備える類似の配置が例示されているが、配置は多層PCBの一部にはなっておらず、保護コーティング148により被覆されている。VVM 100はさまざまな電極および基板110の特定の場所に自己固定するとしても、さまざまな理由から保護コーティング148を塗布することが望ましい場合もある。例えば、図5に例示されているフレキシブル回路のように、導体は何カ所かで露出し、電気的絶縁を必要とする場合がある。保護コーティング148は、当業者に知られているどのような種類のコーティングでもよい。一実施形態では、コーティングは、銀インク、乾式フィルム写真イメージ処理可能カバーレイ、液体噴霧式写真イメージ処理可能カバーレイ、または「Glob-top」コーティングなど図5のフレキシブル回路について上述したコーティングを含む。
【００８０】
図11を参照すると、本発明のVVM 100はデバイス内で使用することができる。図11に例示されているデバイスの1つのタイプは、Deutsches Institut fur Normung eV (「DIN」)規格に準拠するさまざまなコネクタを含む。円形のDINコネクタ150が例示されている。本発明は、ミニチュアDINコネクタ、2列長型DINコネクタ、シールド型DINコネクタなどに適合できることは理解されるであろう。本発明は、プラグまたはリセプタクル内に実装できる。ケーブルに取り付ける垂直、水平、およびインラインコネクタも使用できる。他の何らかの方法で、DINコネクタをパネル実装することもできる。
【００８１】
コネクタ150は、適当な材質のボディ152を備える。プラグ及びリセプタクルの両方の実装において、ボディは少なくとも一部は複数の信号導体156を収納する丸い壁154または複数のまっすぐな壁(例示されていない)を固定する。導体156は基板158から、壁154に実質的に平行な方向に延びる。壁154および導体156は、よく知られているように、嵌合メスDINコネクタに差し込まれる。
【００８２】
例示されている実施形態では、ボディ152はプラグであり、導体156はピンである。他の実施形態(例示されていない)では、ボディはリセプタクルであり、信号導体は嵌合コネクタからのピンを受けるソケットである。コネクタ150は、ボディ152が任意の数の入出力導体156を固定するように構成することができる。外側信号導体156のうちの1つまたは複数をグラウンド導体とすることができる。しかし、通常は、別の(ここでは中央の)グラウンドまたはシールドグラウンド導体160が用意される。例示されている実施形態が瞬間的過渡電圧をグラウンド導体160に適切に分路するために、入出力導体156とグラウンド導体160との間の間隔は、入出力導体156間の間隔よりも小さくなければならない。
【００８３】
一実施形態では、基板158は、FR-4基板などのPCBである。他の実施形態では、基板158は、ポリイミドまたはプラスチックなどの他のタイプの絶縁性物質を含む。基板158は、コネクタ150を嵌合コネクタに適切に入れられるようにボディ152の内側に収まる。一実施形態では、基板158は、導体156が基板158の裏側から例示されている表側に抜けて延びるための開口を定める。
【００８４】
少なくとも1つの一定量のVVM 100が直接基板158に接着されるか、または硬化される。例示されているように、本発明のVVM 100は、トレースまたはボンドワイヤがなくても、信号導体156をグラウンド導体160に直接接続する。他の実施形態では、1つまたは複数の導体156またはさらにそれとは別にグラウンド導体160は、個々の一定量のVVM 100を接触させることができ、1つまたは複数のトレースまたはボンドワイヤで、VVM 100を他の一定量のVVMまたは他の導体に個々に固定する。一実施形態のトレースは、よく知られているようにPCB基板158上にエッチングされる銅である。信号トレースは、単一の信号導体156および/またはグラウンド導体160のいずれかまたは両方と通じ合うことができる。
【００８５】
グラウンド導体160にはいくつかの形態があり、本明細書では、中心に配置されたピン160として例示されている。構成毎に、接着性結合剤50を使用することによりVVM 100を直接金属導体に接着することができる。グラウンド導体160は、望みに応じて回路グラウンドまたはシールドグラウンドのいずれかとして動作させることができる。
【００８６】
例示されているように、少なくとも一定量のVVM 100は1つまたは複数の信号導体156を瞬間的過渡電圧から保護する。保護されているコネクタ150は、さらに、コネクタ150から電気的に上流または下流にある他の電気的デバイスを保護することができる。
【００８７】
図12を参照すると、一体化接着性結合剤50を含むVVM 100は、リボンケーブルコネクタ170とともに使用される。VVM 100は、オス、メス、ストレートリード、ライトアングル、ストレートリード/ワイヤラップ、およびライトアングル/ワイヤラップ版のソケットコネクタ、Dコネクタ、PCBコネクタ、カードエッジコネクタ、DIPコネクタ、ピンコネクタ、または終端ジャンパなどどのような種類のリボンケーブルコネクタとも使用できる。VVM 100は、プラグまたはリセプタクルタイプのリボンコネクタ170で実装することができる。
【００８８】
リボンコネクタ170は、適当な材質のボディ172を備え、一実施形態ではプラスチックである。ボディ172は、プラグ及びリセプタクルの両方の実装において、少なくとも一部は、複数の導体176を含む。導体176は、ボディ172の壁と実質的に平行である。ボディ172がプラグの場合、導体176はピンである。ボディ172がリセプタクルの場合、導体176はピンを受けるソケットである。リボンコネクタ170は、入出力信号導体176をいくつでも固定できる。導体176のうちの1つまたは複数をグラウンド導体とすることができる。通常は、別の回路グラウンドまたはシールドグラウンド186が用意される。グラウンドストリップ187は、グラウンドピン186に接続され、過渡電圧が信号導体176の1つから他の信号導体176ではなくグラウンドストリップ187に散逸するように適切な間隔を設ける。
【００８９】
ボディ172と第2の嵌合ボディ178との間にリボンケーブル180がある。リボンケーブル180は、灰色のフラットケーブル、カラーコードタイプのフラットケーブル、ツイストペアフラットケーブル、および丸形ジャケット/シールド付きフラットケーブルなどの適当なケーブルとすることができる。例示されている実施形態では、第2のボディ178は、リセプタクルのボディ172の上に収まるプラグである。プラグのボディ178の内側に収納されているピン182は、ケーブル180の絶縁体を刺し通し、ケーブルの内側の導体と電気的接触を行う。
【００９０】
例示されている実施形態では、少なくとも1つの場合によっては複数の一定量のVVM 100が、結合剤50の本質的接着性を介してリセプタクルのボディ172および導体176に固定される。リセプタクルのボディ172は基板184を含み、これはポリマー、FR-4などのPCB材料、またはポリイミドとすることができる。VVM 100は、基板184の上面または下面のいずれかに塗布できる。他の実施形態では、トレースは適当な方法で基板184に配線される。トレースは、信号導体176をVVM 100に、VVM 100をグラウンド導体186に、またはその両方で電気的に接続する。
【００９１】
例示されているように、少なくとも一定量のVVM 100はリボンケーブルコネクタ170の1つまたは複数の信号導体176を瞬間的過渡電圧から保護する。つまり、信号導体176は、過電圧をグラウンドピン186に分路することができる。リボンコネクタ170は、さらに、コネクタ170から電気的に上流または下流にある電気的デバイスを保護することができる。
【００９２】
図13を参照すると、一体化接着性結合剤50を含むVVM 100は、データまたは通信用コネクタ190とともに使用される。VVM 100は、任意の種類のデータ/通信用コネクタとともに使用できる。一実施形態では、コネクタ190は、ローカルエリアネットワーク(「LAN」)、ワイドエリアネットワーク(「WAN」)などのデータネットワークでふつうに使用される8線RJ-45コネクタである。他の実施形態では、コネクタ190は、6線RJ-11コネクタであり、これは、一般に家庭用およびいくつかの商業用電話システムで使用されている。
【００９３】
コネクタ190は、ボディ192を含み、大半は図13において切り取られ、VVM 100によって実現される回路保護を示している。ボディ192は、適当な材質のものであり、一実施形態ではプラスチックである。ボディにより、いくつもの信号導体194が固定される。信号導体194を適切に曲げて、プラグ(例示されていない)の嵌合信号導体をかみ合わせる。プラグは、矢印の方向196にデータ/通信用ボディ192内に挿入される。プラグがボディ192に差し込まれると、信号導体194のバネ部分198が曲がり、嵌合導体間の電気的接続にバネの力が加えられる。
【００９４】
例示されている実施形態では、導体194の反対側の端202は、本質的接着性結合剤50を介して基板204に直接配置される1つまたは複数の一定量のVVM 100と直接電気的に連絡する。VVM 100は、信号導体194を直接電気的にグラウンド導体206に結合する。上述のように、グラウンド導体206は、適切に配置され、信号導体194のそれぞれとの間隔は、信号導体194同士の間よりも近くなっている。他の実施形態では、導体194の端202は、VVM 100の接着先であるトレースと電気的に接続する。他の実施形態では、VVM 100は、ワイヤボンドを介して信号導体194の端202に電気的に接続する。
【００９５】
同様に、VVM 100は、一実施形態では、グラウンド導体206に直接接着する。他の実施形態では、グラウンド導体206は、基板204に固定されている1つまたは複数のトレースを介してVVM 100と電気的に連絡する。他の実施形態では、VVM 100は、ポンドワイヤを介してグラウンド導体206と電気的に連絡する。
【００９６】
上述の方法により、信号導体194の1つまたは複数またはすべてを過渡電圧から保護することができる。LANまたはWANが含む、グラウンド点の間の距離は広いのがふつうなので、接地点の間のESDおよびEOS過渡現象は重大な問題となっている。空調装置、暖房機、エレベータ、コピー機、レーザープリンタなどのデバイスは、LANが引かれている建物内に高いレベルの瞬間電圧および過渡電圧を引き起こす可能性がある。保護されているデータ/通信コネクタ190は、ネットワークのデータ回線上で発生する過渡電圧からコネクタ190を通じてネットワークに接続されているデバイスを保護する。同様に、コネクタ190は、ネットワークに接続されているデバイスから発する過電圧事象からデータ回線を保護する。
【００９７】
図14および図15を参照すると、通信用コネクタに適用されるVVM 100の他の実施形態が例示されている。図14および15に例示されている構成は、任意のタイプのデータ/通信用コネクタを表す。図14では、コネクタ210の関連部分のみが例示されている。コネクタ210は、曲げた端214を持つ複数の信号導体212を含み、曲げた端214は、上述のように導体またはデータ/通信プラグ(例示されていない)と結合する。プラグは、矢印196の方に移動し、コネクタ210に差し込まれる。
【００９８】
ボディ216は、説明のため一部切り取って示されており、適当な導電性材料でできているシールド218を収納する。図14の図面は、全体として図13に例示されているようにコネクタの下からの図である。したがって、シールド218はコネクタ212の一番上及び背後に収まる。
【００９９】
シールドにより、1つまたは複数の切り取りスプリングタブ220が定まる。つまり、薄い金属シールド218を、各タブ220の3辺にそってスタンピングするかまたは切り取り、タブ220をエッジ222にそって内側に曲げる。タブ220は、90°よりも小さい望む角度で内側に曲げることができる。シールド218が導体212の上に置かれると、タブ220は導体212と接触し、0°に戻る形で曲がる。したがって、タブ220は、バイアスがかかり、導体212との電気的接触を維持する。
【０１００】
自己硬化本質的接着性結合剤50を含む一定量のVVM 100を直接、タブ220のタブ220と導体212との間に塗布する。VVM 100は、ハイインピーダンス状態で開回路として動作するため、導体212からグラウンド218へはほとんど電流が流れない。ESD過渡現象が発生した場合、VVM 100はローインピーダンス状態に切り替わり、瞬間的過渡電圧はシールドグラウンド218に分路する。
【０１０１】
一実施形態では、ステンシルを使用して複数の一定量のVVM 100を複数のタブ220に塗布する。他の実施形態では、ステンシルを使用して、複数の一定量のVVM 100を、バネ上げで複数の導体212との接触を引き起こす単一のタブ220に塗布する。さらに他の実施形態では、VVM 100物質の層をまずシールド218の広い面積に自己接着し、その後、複数のタブ220をスタンピングしてそれぞれが個々に一定量のVVM 100を受けるようにする。さらに他の実施形態では、VVM 100の層をまずシールド218の広い面積に自己接着し、それぞれ複数の導体212と接触する1つまたは複数のタブ220をスタンピングする。
【０１０２】
図15を参照すると、この図は図14の側面図であり、図14のコネクタ210の一変更形態は新しいコネクタ230として例示されている。以前のように、ボディ216は、シールド218の一部が見えるように一部切り取られている。シールド218は、タブ220がシールド218と導体212との間のエッジ222にそって内側に曲がるようにスタンピングされている。タブは、本発明の自己接着性結合剤50を含む一定量のVVM 100を含む。
【０１０３】
信号導体212は、プラグ(例示されていない)の導体と結合するように適合されている曲がったバネ部分214を持ち、プラグは矢印196で示される方向でコネクタ230内に差し込まれる。一実施形態では、結合キャパシタ232がタブ220上のVVM 100と信号導体212との間に配置される。好ましい一実施形態では、タブ220、VVM 100、キャパシタ232および信号導体212は直列に接続される。キャパシタ232は、2500ボルトのDC電圧を扱うのに適した容量および電圧定格のものである。つまり、結合キャパシタ232は、LANまたはEthernet（登録商標）システムが晒される可能性のある高電位[HI-POT]試験時に課されるような高レベルのDC電圧を阻止するように設計されている。
【０１０４】
VVM 100は、さらに、キャパシタ232に接着し、キャパシタ232との電気的接触を実現する。キャパシタ232は、さらに、導体212にハンダ付けするか、または他の何らかの手段により電気的に接続することもできる。タブ220のバネ上げで、キャパシタ232が適所に保持される。キャパシタ232およびVVM 100の順序は逆にすることもできる。図14および15では、スタンピングされたタブ200は、当業者に知られているVVMを使用するVVMデバイス(例示されていない)の代わりに使用できることも理解されるであろう。
【０１０５】
図11から15は、基板がコネクタなど電気的機器の部品の中で使用されている場合に、結合剤50を通じてVVM100を直接基板に塗布できることを例示している。さまざまなコネクタが例示されているが、基板は、デジタルビデオインターフェース(「DVI」)コネクタ、アナログ-デジタルコンバータ(「ADC」)コネクタなどの他のタイプのコネクタ、さらには、オーディオヘッドセット、ビデオカメラ、テレビ、ラジオ、パーソナル電子メールデバイス、コンピュータなどの他のタイプの機器内にも配置できることは理解されるであろう。
【０１０６】
本明細書で説明されている好ましい実施形態に対するさまざまな変更形態および修正形態は当業者には明らかなことであることは理解されるであろう。このような変更形態および修正形態は、本発明の精神および範囲を逸脱せず、また結果として伴う利点を損なうこともない。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】電気的過大ストレス過渡現象の代表的波形の概略図である。
【図２】本発明の電圧可変物質(「VVM」)のいくつかの可能なコンポーネントの概略図である。
【図３】本発明のVVMの核および殻タイプの伝導性粒子の概略断面図である。
【図４】本発明の本質的接着VVMの1つの回路配置を例示する硬いプリント基板(「PCB」)基材の透視図である。
【図５】本発明の本質的接着VVMを持つフレキシブル基板の透視図である。
【図６】本発明の本質的接着VVMの3つの追加回路配置を例示する断面正面図である。
【図７】本発明の本質的接着VVMの2つの「Z」方向型回路配置を例示する断面正面図である。
【図８】本発明の本質的接着VVMのさらに他の回路配置を例示するの断面正面図である。
【図９】多層PCBで積層されている図4から7の回路配置を例示する断面正面図である。
【図１０】保護コーティングにより被覆されている図4から7の回路配置を例示する断面正面図である。
【図１１】本発明の直接的塗布されたVVMを持つDINコネクタの一実施形態の透視図である。
【図１２】本発明の直接的塗布されたVVMを持つリボンコネクタの一実施形態の透視図である。
【図１３】本発明の直接的塗布されたVVMを持つデータ/通信RJ型コネクタの一実施形態の切取内部透視図である。
【図１４】本発明の直接的塗布されたVVMを持つデータ/通信RJ型コネクタの一実施形態の多数の信号導体およびシールドの切取内部透視図である。
【図１５】本発明の直接的塗布されたVVMを持つデータ/通信RJ型コネクタの一実施形態の信号導体、シールド、およびキャパシタの断面正面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
50  絶縁性結合剤
60  絶縁粒子
70  半導体粒子
80  ドープ半導体粒子
90  導電性粒子
92  核
94  殻
100  電圧可変物質(「VVM」)
110  基板
111、112  層
113  電気的デバイス
114  内面
115  配置
116  信号導体
117、119  電極
118  グラウンド導体
120、125、130  アプリケーション
122、124  導体
127、129  導体
132  導体
134  第2の導体
135、145  配置
137  上側電極
139  下側電極
146、149  導体
148  保護コーティング
150  コネクタ
152  ボディ
154  丸い壁
156  信号導体
158  基板
160  グラウンド導体
170  リボンケーブルコネクタ
172  ボディ
176  導体
178  嵌合ボディ
180  リボンケーブル
184  基板
186  グラウンドピン
187  グラウンドストリップ
190  コネクタ
192  ボディ
194  導体
196  グラウンド導体
198  バネ部分
202  端
204  基板
206  グラウンド導体
210  コネクタ
212  コネクタ
214  曲がったバネ部分
216  ボディ
218  シールド
220  切り取りスプリングタブ
222  エッジ
230  コネクタ
232  キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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