JP5096830B2 - 過度電圧保護回路基板及びその製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、電子機器を保護するための過渡電圧保護デバイスに関し、及び、特に、通常「サージ保護」又は「過渡電圧抑制」として言及される装置に関する。

本願は、２００５年７月２１日に出願され、「Transient Voltage Protection Device, Material, and Manufacturing Methods」と題する米国出願シリアル番号１１／１８６，５１４の一部継続出願であり、参照によりその全体はここに組み込まれる。

過渡電圧保護デバイスは、高電圧短絡又は過渡電圧継続時間に対する拡大を続ける多くの電子デバイスを保護する必要性のために、現在の技術に基づいて開発が続けられている。例えば、過渡電圧は、帯電、又は人間の接触により伝播される過渡電流によって生成される。過渡電圧保護機器を採用する典型的な電気機器の例は、電気通信システム、コンピュータシステム、及び制御システムを含む。

過渡電圧保護デバイスは、短絡の高電圧、又は、例えば静電放電又は人間の接触により伝播される過渡電流のための過渡電流持続から電気部品及びアセンブリを保護するためにその関心が増大している。

後述される本発明の実施形態の十分な理解のために、この開示は、ここで３つのセクションに区分される。既存の過渡電圧抑制デバイスは、パート１で述べられる。本発明の実施例による個々の表面装着過渡電圧抑制部品及びその製造方法は、パート２で述べられる。統合化された過渡電圧抑制機能を有する回路基板構造及びその製造方法の実施例は、パート３で述べられる。

１．過渡電圧抑制デバイス概論
幾つかの既知の過渡電圧抑制デバイスは、例えば、信号導電パッド、セラミック基材上に成形される接地導電パッド、又は印刷回路基板の基材材料と相互接続する可変インピーダンスを有する材料を含む。可変インピーダンス材料は、また、「超過ストレス応答部品」と言及され、ときどき、導体と、絶縁樹脂のような結合材料の中でマトリックスとして保持される半導体粒子との混合物として製造される。信号及び接地パッドは、基材の表面の小さなギャップによって分離され、可変インピーダンス材料は、接地及び信号導体に相互接続するために、ギャップの中に入れられる。貫通穴又はバイアスは、基材を通してデバイス端のいずれかの上に伸び、基材上の信号及び接地パッドへの電気経路を提供する。表面装着デバイスでは、メッキされたバイアスの１つは、信号導体又は回路基板の配線に接続されても良く、メッキされた別のバイアスは、回路基板の接地導体配線に接続されても良い。それゆえ、デバイスの信号及び接地パッドは、保護されるべき電気システムの信号および接地導体に、それぞれ、接続される。

信号導体を通過する電圧及び／又は電流が、特定の範囲内である場合、可変インピーダンス材料は、相対的に高い抵抗を示し（“オフ状態”とここでは時々言及される）、電圧及び／又は電流が所定の閾値を越える場合、相対的に低いインピーダンスを示す（“オン状態”とここでは時々言及される）。オン状態では、信号導体を通過したパルス又は過渡電圧は、電気システムの接地導体にデバイスを介して短絡され、パルスに関係する電圧は、パルス期間の相対的に低い電圧でクランプされる。可変インピーダンス材料は、電圧又は電流パルスが通過した後で正常な状態に戻り、高いインピーダンス状態に戻る。

上記のデバイスが、過渡パルスから電子機器を保護するために効果的である一方で、それらは、多くの製造上の困難性にさらされている。例えば、接地及び信号パッドは、典型的には、エッチング及びフォトリソグラフィー技術によって成形され、そこでは、しばしば接地及び信号パッドを成形するために、導電体の層は基材から取り除かれる（減法成形プロセスとして参照される）。従来は、接地及び信号パッド間のギャップは、レーザー又は他の既知の技術で、導体生成から製造の分離段階で、切られ又は機械加工されており、ギャップ生成制御は、困難で高価である。

加えて、可変インピーダンス材料を混ぜ合わせることは、多くの処理段階を含み、定常生産にとっても困難である。幾つかのデバイスは小さいサイズであるため、可変インピーダンス材料は、ギャップに適用するのは困難で、回路にデバイスを接続するための末端構造を提供することは、問題がある。累積的に、これらの又は他の困難性が、高い生産コスト及び加工プロセスにおける容認できるデバイスの生産量を減退させることにつながる。

過渡電圧抑制デバイスが増加した生産量で提供されるために、そのようなデバイスがより低いコストで且つより信頼性の高い生産で提供されることが望ましい。

過渡電圧抑制デバイスの実施例は、ここに開示される。デバイスは、第１の主要表面、第２の主要表面、それらを通して広がる多数の穴を備える。可変インピーダンス材料は、基材上の多数の穴の各々を埋め、所定の閾値までの電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に高インピーダンスを示し、所定の閾値を越える電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に低インピーダンスを示す。可変インピーダンス材料は、低インピーダンスを示すとき穴を通して短絡電流経路を規定する。

選択的に、デバイスは、第１の主要表面の垂直方向に電気的に導電性があり、第１の主要表面の面方向に絶縁性がある伝送層である、第１の主要表面に適応される伝送層を備えても良い。伝送層は、Ｚ軸導体接着剤を備えても良い。回路層は、伝送層の上に広がり且つ伝送層上の回路を規定するためのパターンであり、多数の穴の中の可変インピーダンス材料への導電経路を規定しても良い。回路層は、回路層と基材層との間の伝送層と共に基板層に積層され、回路層は、少なくとも１つの穴の上の可変インピーダンス材料と電気的な接続を確立するために、少なくとも１つの穴の上に配置される接触パッドを少なくとも１つ規定しても良い。接地平面は、回路層の反対側の基板層に結合され、基材層に積層されても良い。基材層は、柔軟性のある材料から加工され、ポリイミドフィルム、液晶ポリマー、又は同等の材料から選択されても良い。あるいは、基材層は頑丈な材料から加工され、ＦＲ−４ボード、フェノール性、セラミック又は同等の材料から選択されても良い。

過渡電圧抑制回路基板の実施例が提供された。回路基板は、第１の主要表面、第２の主要表面、配列で配置され間隔を置いた且つ第１の主要表面及び第２の主要表面間に広がる多数の穴を規定する誘電基材層を備える。各穴は、可変インピーダンス材料の容器、及び誘電基材層の第２の主要表面と直接接触する接地平面を規定する。可変インピーダンス材料は、実質的に、基材の多数の穴の各々を埋める。可変インピーダンス材料は、所定の閾値までの電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に高インピーダンスを示し、所定の閾値を越える電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に低インピーダンスを示す。可変インピーダンス材料は、低インピーダンスを示すとき穴を通して接地平面への短絡電流経路を規定する。

選択的に、伝送層は、第１の主要表面に適応され、第１の主要平面の垂直方向に電気的に導電性があり、第１の主要表面の面方向に絶縁性がある。回路層は、伝送層上を広がり且つ伝送層上の回路を規定するパターンであり、複数の穴の中の可変インピーダンス材料への導電経路を規定しても良い。回路層は、それらを通して伝送層と共に基材層に積層されても良い。回路層は、少なくとも１つの穴の上の可変インピーダンス材料と電気的な接続を確立するために、少なくとも１つの穴の上に配置される接触パッドを少なくとも１つ規定しても良い。基材層は、柔軟性のある材料から加工され、ポリイミドフィルム、液晶ポリマー、ＦＲ−４ボード、フェノール樹脂、セラミック又はそれらに相当する材料から選択されても良い。

組込過渡電圧抑制を有する回路基板も開示される。回路基板は、ポリイミド材料から製造される誘電基材層、第１の主要表面、第２の主要表面及びそれらを通して広がる多数の穴を有し、穴の各々は、可変インピーダンス材料の容器を規定する基材層を備える。可変インピーダンス材料は、実質的に、基材上の多数の穴の各々を埋め、そこでは可変インピーダンス材料は、所定の閾値までの電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に高インピーダンスを示し、所定の閾値を越える電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に低インピーダンスを示す。可変インピーダンス材料は、低インピーダンスを示すとき穴を通して接地平面への短絡電流経路を規定する。伝送層は、第１の主要表面上で広がり、第１の主要表面上の可変インピーダンス材料に直接的に接触し、第１の主要平面の垂直方向に電気的に導電性があり、第１の主要表面の面方向に絶縁性がある。回路層は、伝送層上を広がり且つ伝送層上の回路を規定するパターンであり、複数の穴の中の可変インピーダンス材料への導電経路を規定する。接地平面は、誘電層の第２の主要表面に積層され、第２主要平面上の可変インピーダンス材料に直接的に接触する。

選択的に、回路層は、伝送層の上に広がり且つ伝送層上の回路を規定するためのパターンであり、多数の穴の中の可変インピーダンス材料への導電経路を規定しても良い。回路層は、回路層と基材層との間の伝送層と共に基板層に積層されても良い。回路層は、少なくとも１つの穴の上の可変インピーダンス材料と電気的な接続を確立するために、少なくとも１つの穴の上に配置される接触パッドを少なくとも１つ規定しても良い。

回路基板を作成する方法も開示される。その方法は、貫通して形成される穴の配列を有する誘電基材層を提供し、可変インピーダンス材料で穴を埋め、回路パターンを形成し、選択された１つの中のインピーダンス材料に回路パターンを接続し、それにより、選択された穴を通して接地平面への短絡電流経路を規定しても良い。

上記方法は、誘電基材層の一面に接地平面を提供することをさらに有し、接地平面の提供は、穴の配列が形成された後で、誘電基材に対して接地平面を積層することをさらに有しても良い。或いは、接地平面の提供は、穴の配列が形成される前に、誘電基材に対して接地平面を積層することをさらに有しても良い。さらに、誘電基材層の提供は、金属箔に事前積層されたポリイミド基材を提供することをさらに有しても良い。誘電基材層の提供は、頑丈な基材材料を提供することをさらに有し、又は、柔軟な基材材料を提供することをさらに有しても良い。回路パターンの接続は、誘電基材層及び回路パターンの間を広がる伝送層を付着することを有し、伝送層は誘電基材層の垂直方向に電気的に導電性があり、誘電基材層の面方向に絶縁性があっても良い。回路パターンの接続は、伝送層にＺ軸導体接着剤を適用することを有しても良い。

回路基板の一実施例は、誘電基材と、電気接地に接続する手段であって、誘電基材に結合する手段と、誘電基材上に回路パターンを規定する手段であって、電気接地に接続する手段の反対側の誘電基材に結合される回路基板を規定する手段と、過渡電圧事象に反応して、回路パターン規定手段と電気接地接続手段との間に複数の短絡回路経路を確立するために、誘導基材に配置される可変インピーダンス手段、とを有する。

選択的に、回路基板は、隣接する短絡電流経路を短絡させずに、回路パターンから過渡電圧抑制のための手段に誘導する伝送手段をさらに有しても良い。伝送手段は、第１の方向に電気的に導電性があり、第１の方向に垂直に伸びる平面に絶縁性があっても良い。誘電基材は、ＦＲ−４ボード、フェノール性材料、セラミック材料又は同等の材料のグループから選択されても良い。誘電基材は、平面であり、回路基板は、誘電基材の平面上に過渡電圧抑制手段を受け入れる手段をさらに有しても良い。

２．個々の過渡電圧保護デバイス
図１は、本発明の実施例による過渡電圧抑制デバイス１０の斜視図である。後述される理由により、過渡電圧抑制デバイス１０は、満足な製品を高い生産量で提供する一方で、通常の過渡電圧抑制デバイスより低価格で生産可能と考えられる。

過渡電圧抑制デバイス１０は、後述のように、積層構成であってよく、多くの誘電層１４に囲い込まれる導電経路を規定する電極１２を含む。電極１２は、導電経路を遮る（図１で表されない）ギャップを有し、後述されるように、可変インピーダンス材料がギャップに提供される。所定の閾値までの電圧及び／又は電流にさらされる場合、可変インピーダンス材料は比較的高いインピーダンスを示し、所定の閾値を越える電圧及び／又は電流にさらされる場合、可変インピーダンス材料は比較的低いインピーダンスを示す。

電極１２は、表面装着末端１６の間を伸び、かつ、表面装着末端１６と導体関係にある。使用にあたって、末端１６は、導体、端子、導体パッド、又は（図示されない）印刷回路基板の回路配線に接続される。より詳細には、末端１６の１つは、信号導体に接続され、他の末端１６は、接地導体に接続される。信号導体を通して流れる電圧及び／又は電流は、所定の閾値より低い場合、可変インピーダンス材料は、高い抵抗状態にあり（“オフ状態”とここでは時々言及される）、そこでは実質的に電極ギャップ上の可変インピーダンス材料を通して電流は流れない。結果的に、オフ状態では、信号導体が接地されていない時間の間、末端１６の間の電極を横断して運ばれる電流は無い。

デバイス１０に使用される可変インピーダンスの特性にしたがって、信号導体を介して流れる電圧及び／又は電流が所定の閾値に接近するので、可変インピーダンス材料は、低いインピーダンス状態に切り替わる（“オン状態”とここでは時々言及される）。即ち、可変インピーダンス材料の電気特性は、可変インピーダンスを流れる電流のような、端子１６間の接地への電流の全てではないが、大部分を変更する。そのようなものとして、信号導体によって送られるパルス又は過渡電圧は、接地導体に短絡され、パルスに関係する電圧は、パルス期間の相対的に低い電圧値で固定される。可変インピーダンス材料は、電圧又は電流パルスが通過した後で正常な状態に戻り、高いインピーダンス状態に戻る。このようにして、信号導体及び関係する回路は、パルス終了後すぐに通常動作を続けることができる。このようにして、信号導体に関係する回路は、影響を与えられた回路に対する実質的な妨害無しで保護される。それゆえ、デバイスに接続される回路のための過渡電圧及びサージ保護が、提供される。

説明された実施例では、過渡電圧抑制デバイス１０は、チップ構成を有する。すなわち、デバイス１０は、一般に長方形の形状を有し、プリント回路基板に対するデバイス１０の表面装着に適切な幅Ｗ、長さＬ、高さＨを有する一方で、小さなスペースを占める。過渡電圧抑制デバイスが回路基板上の同じ領域をチップフューズ、チップ抵抗、及び当該技術分野で適切な部品を含むがそれに限定されない他の電気部品とおおよそ占有するように、Ｌは、およそ０．０４０〜０．０６０インチ、Ｗは、および０．０２０〜０．０３０インチであっても良い。Ｈは、過渡電圧抑制デバイス１０を加工するために使用される様々な層１２及び１４を結合した厚さにおよそ等しい。特に、Ｈは、過渡電圧抑制デバイス１０の小さな外形を維持するためにＬ又はＷのどちらかよりずっと短い。しかしながら、実際のデバイス１０の寸法は、ここで説明された寸法から、本発明の範囲から離れることなくより大きく又は小さく変化することを認識すべきである。

図２は、過渡電圧抑制デバイス１０の組み立てにおいて使用される様々な層１２、１４を説明するための過渡電圧抑制デバイス１０の分解斜視図である。特に、典型的実施例では、過渡電圧抑制デバイス１０は、本質的に、第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２の間に挟みこまれる電極１２を含む６つの層から構成され、次に、第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２は、第３の誘電層２４及び第４の誘電層２６の間に挟みこまれる。第５の誘電層２８は、第３の誘電層２４の上を覆う。後述により分かるように、誘電層２０、２２、２４、２６及び２８は、デバイス１０において各々が独自の目的を果たし、それに応じてその層を組み立てるために使用される材料は互いに相違する。

既知の過渡電圧抑制デバイスと異なり、電極１２は、電気鋳造されており、３〜２０ミクロン厚さのニッケル箔であり、そしてそのニッケル箔は第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２とは独立して、加工及び成形される。特に、典型的実施例において、電極層の望ましい形状がメッキされ、ネガ画像が（図示されない）感光性レジストコーティングされた基材上で与えられるような既知の付加的プロセスにしたがって、電極１２は製造される。ニッケルのような金属の薄い層は、与えられたネガ画像上をメッキし、次に、メッキ層は、鋳造物から剥がれて第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２の間に伸びる自由にある箔になる。ニッケルは鋳造物から剥がれる場合その構造的強さという利点があると考えられる一方で、他の金属、導体物質及び合金は、さらに、本発明の別な実施例において電極を成形するために使用されることが意図されている。

図２に表すように、電極１２は、大文字「Ｉ」の形状で、より広いアンカー部３０、３２と、アンカー部３０、３２の間に伸びる相対的に狭い経路と共に成形され、それによって、第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２の間の導電経路を規定する。小さなギャップ３６は、典型的実施例において数ミクロン単位で、経路部３４を通った導電経路を遮り、そして（図２では表されない）可変インピーダンス材料が電極１２の経路部３４を相互接続するために後述される方法で適用される。また、末端開口部３８は、後述されるように回路基板に電極１２の電気接続を提供するために、アンカー部３０、３２の端部に成形される。より広いアンカー部は、開口部３８の成形で製造耐久性を提供する。

特に、電気成形された電極が既に存在し又はプレ成形されるギャップ３６と共にメッキされるために、電極ギャップ３６は、鋳造型の中で一体的に成形される。すなわち、コストに関係し実行が困難なため、電極生成プロセスで電極１２に共にギャップ３６を同時に生成することによって、ギャップ３６を成形するために別々の製造ステップは避けられる。ギャップ３６は、図２に表されるように電極１２の中央に成形され、また、必要ならば電極１２内のいかなる場所にでも成形しても良い。電極１２のある特定の形状が図２で説明される一方で、電極１２の他の様々な形状が他の実施例で使用されることも理解が必要である。

電極１２の個々及び独立の生成は、過渡電圧抑制デバイスの既知の構成と比較して、他の利点も提供する。例えば、電極１２の個々及び独立の生成は、過渡電圧抑制デバイス１０が組み立てられる場合、誘電層２０、２２、２４、２６及び２８に関する電極層の制御及び位置におけるより高い正確性を与える。既知のデバイスのエッチングプロセスと比較して、電極１２の独立生成は、第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２に関連する導電経路の形状に大きな制御を与える。エッチングが、一度形成された導電経路の傾き又は勾配側エッジを生成する傾向がある一方で、電気生成プロセスで実質的に垂直側エッジが生じ、それゆえ、製造されたデバイス１０のトリガー電圧、制限電圧、及び漏れ電流という特性において再現性のある性能を提供し得る。加えて、電極の個々及び独立の生成は、垂直方向（即ち、誘電層が水平方向）で厚さが変わる電極を提供して、性能特性を変更できる電極１２における垂直外形又は輪郭を作る。さらに、複数の金属又は金属合金は、デバイスの性能特性を変えるためにも、個々及び独立の生成で使用される。

第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２は、個々及び異なる方法で電極１２を電気成形することは危険と考えられる一方で、代替的に、本発明の利点の幾つかを獲得する別な方法で電極は生成されることを理解すべきである。例えば、電極１２は、スクリーン印刷、蒸着技術、ケミカルエッチングのような減法技術、及び当業界で既知のものを含む既知の技術によって、第１の誘電層２０に適用される電荷蓄積された金属箔になりうる。

第１の誘電層２０は、電極１２の下に横たわり、電極１２の経路部３４、特にギャップ３６の位置の下にある円形状の開口部４０を含む。末端開口４２は、第１の誘電層２０の方端に成形される。同様に、第２の誘電層２２は、電極１２の経路部３４、特にギャップ３６の位置の下にある円形状の開口部４０を含む。末端開口４６は、第２の誘電層２２の方端に成形される。

特に、典型的実施例では、電極１２の経路部３４は、ギャップ３６の近接部の第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２のどちらの面にも接触しない。第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２の各々の開口部４０、４４は、電極のギャップ３６を露出し、可変インピーダンス材料導入の容器を電極ギャップ３６の上及び下に規定する。すなわち、開口４０、４４は、デバイス１０の可変インピーダンス材料のための密閉場所を提供し、それに応じて、可変インピーダンス材料がデバイス１０の適切な動作を確実にするために十分にギャップ３６を囲い且つ埋めることを確実にする。

円形状開口４０、４４は、第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２で図解される一方で、他の形状は、必要に応じて別な実施例における開口部を成形するために使用される。

図解される実施例では、第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２は、互いに及び電極１２に対して層を固定するための４ミクロン粘着フィルムを含む商業的に利用可能な５０ミクロン厚みのポリイミド誘電フィルムから、各々成形される。しかしながら、代替実施例では、材料の他の寸法が利用されることが理解されるべきであり、適切な誘電及び絶縁材料（ポリイミド及び非ポリイミド）が使用されることを熟慮すべきである。

第３の誘電層２４は、第２の誘電層２２の下に横たわり、第３の誘電層２４の互いに対立する端部にある末端開口５２の間に伸びる連続表面５０を含む。同様に、第４の誘電層２６は、第１の誘電層２０の下に横たわり、第４の誘電層２６の互いに対立する端部にある末端開口５６の間に伸びる連続表面５４を含む。第３の誘電層２４及び第４の誘電層２６の各々の連続表面５０、５４は、第１の誘電層２０及び第２の誘電層２２の中の開口４０、４４を閉め、可変インピーダンス材料及び電極のギャップ３６をシールする。

図解される実施例では、第３の誘電層２４及び第４の誘電層２６は、各々がポリイミド誘電フィルムから製造される。ある実施例では、第３の誘電層２４は、各層を互いに固定するための４ミクロン吸着フィルムを含む５０ミクロン厚みのポリイミド誘電フィルムであり、第４の誘電フィルムは、１８ミクロン銅板を含む２５ミクロン厚さポリイミド誘電フィルムである。しかしながら、代替実施例では、他の寸法材料が使用されることが理解されるべきであり、他の適切な誘電及び絶縁材料（ポリイミド及び非ポリイミド）が使用されることを熟慮すべきである。さらに、吸着材料は、第３及び第４の誘電層２４及び２６で使用され得ることを熟慮すべきである。

第５の誘電層２８は、第３の誘電層２４の下に横たわり、典型的実施例では、１８ミクロン銅板を含む２５ミクロン厚さポリイミド誘電フィルムである。これは、既知の方法でその表面に形成される表面装着パッド６０を有する。末端パッド６０は、末端開口６２を含む。第４の誘電層２６も、表面装着パッド６４を有し、パッド６４の各々は、末端開口６６を含む。典型的実施例では、第４及び第５の誘電層２６、２８は、銅被覆ポリイミド板であり、銅は、表面装着パッド６０、６２を成形するために、層から離れてエッチングされる。しかしながら、代替的に、パッド６０、６２が、電気成形、印刷、又は蒸着技術によって別の既知の方法で成形され得る。

層１２、２０、２２、２４、２６及び２８が積まれるとき、層の末端開口は、互いに一列に並び、末端開口の内部表面は、表面装着パッド６０、６４と電極１２のアンカー部３０、３２の小さな表面との間の導電経路を完成させるために、それらの垂直面８０（図５）上に銅のような導電性材料で金属化される。言い換えれば、金属面８０は、電極１２の大きな平面表面に実質的に垂直に伸び、アンカー部３０、３２の垂直端面（小さな表面）に対して接線方向にある。それゆえ、城壁に囲まれた接点末端が、デバイス１０の端部に提供される。

本発明の利益の幾つかは、電気回路に対して過渡電圧抑制デバイス１０を接続するための城壁に囲まれた接点の代わりに他の末端構造を用いることで達成されることも認識すべきである。したがって、例えば、接点リード（即ち、ワイヤ末端）、包み込み末端、浸漬金属化末端などが、必要又は望ましいものとして使用される。

過渡電圧抑制デバイス１０を加工するために使用される典型的製造プロセスを記述するために、過渡電圧抑制デバイス１０の誘電層は、下表にしたがって参照される。

図３は、これらの記号表記を用いた（図１及び２に表される）過渡電圧抑制デバイスを製造する典型的な方法１００のフローチャートである。

上記した技術または既知の技術にしたがって、表面装着パッドは、層４及び５の上に成形され１０２、層１及び２の中の開口は、後述されるように、装置の組み立て前に成形される１０４。電極１２は、前述の電鋳プロセスのように、誘電層とは独立して成形される１０５。

層１、２及び４は、層１及び２の間に伸ばされる電極１２と共に互いに積み重ねられ１０６、層４の中の開口４０を閉じて層４で積み重なられる。このようにして、図４で表されるように、サブアセンブリが成形され、そこでは、電極経路部３４及び電極ギャップ３６が露出され、且つ、層２の開口４４の中でアクセス可能である一方で、層４は、電極ギャップ３６に隣接した層１の開口部４０を閉める。次に、電極経路部３４及び電極ギャップ３６の上部及び下部の両方で可変インピーダンス材料７０によって十分に覆い、一方で、可変インピーダンス材料７０でギャップ３６を十分に埋めるために、可変インピーダンス材料７０（図５Ａ）は、開口部４４に導入され１０７、層２の開口部４４及び層１の開口部４０の各々を埋める。

層３及び５は、互いに積み重なって、装置１０のための第２のサブアセンブリを成形し１０８、次に、第２のサブアセンブリはステップ１０６から第１のサブアセンブリに積み重ねられる。第１及び第２のサブアセンブリは、互いに重ねられ、第２のサブアセンブリは層２の開口部４４を閉める。

次に、末端開口部が、例えば、よく既知のドリルプロセスにより積み重ねられた第１及び第２のサブアセンブリを通して成形される１１２。今まで説明した方法にしたがって、過渡電圧抑制デバイス１０は、個々に製造される一方、説明された実施例では、過渡電圧抑制デバイス１０は、シート形状にまとめて組み立てられ、次に、図６で概略的に表される個々のデバイス１０の中の分割又は単独化される。図６では、ギャップ３６を含む多くの電極１２がより大きなパネル部材上で、開口部４４及び透視図で輪郭が示される末端開口部１２０と共に成形される。加えて、図６で明らかにされるように、電極のアンカー部３０、３２は、位置づけする、及び層１及び２の間の中に及び対して電極１２を維持するアンカーホール１２２を含む。切断道具は、デバイス１０を単独化するために、挿入されるダイシングライン（dicing line）１２４、１２６に沿って移動しても良い。

デバイス１０は、バッチプロセスで成形され、又は、最小時間で多数の過渡電圧保護デバイスを製造するために、連続ロールトウトール積層プロセスと共に成形されても良い。

図１で表される末端１６を完成するために、デバイスの単独化１１４の前又は後に、末端開口部は、メッキがなされ、或いは、（図５の）垂直面８０上で金属化される１１６。

より多い又は少ない層は、積層され、かつ、上述の基本的方法と異なることなくデバイス１０の中に組み込まれる。上述の方法を用いて、過渡電圧抑制デバイスは、相対的に安価な技術及び方法を用いたバッチプロセスにおいて低価で広く利用可能な材料を使って効率的に成形される。或いは、その方法は、通常の過渡電圧抑制デバイス構築より少ない製造ステップでより多くのプロセス制御を提供する。そのようなものとして、より多い製造量は、より低いコストで得られる。

ある実施例では、可変インピーダンス材料７０は、アルミニウム粒子、メチルｎ−アミルケトン（ＭｎＡＫ）のような溶剤、フルオロシリコンラバーのような高分子結合剤、酸化アルミのような絶縁粒子、及び、硫酸バリウムのような消光剤、球状ホウケイ酸塩パウダーのような絶縁スペーサ粒子等の典型的材料から成形される。可変インピーダンス材料を説明するために、図７で例示される方法２００にしたがって、次のようにそれらの材料は処理される。

導電性粒子は、ヒュームド・シリカのような絶縁材と共にプレコートされ２０２、溶剤及びフルオロシリコンラバーは、例えば、溶剤化ラバーを生成するために、プラネタリ・ミキサで２４時間、プレ混合される２０４。次に、溶剤化ラバーは、プレコートされた導電性粒子、アーク消光材を含む充填材、絶縁スペーサ粒子、絶縁粒子と共に、約０．５時間の間ビードミル又はオーバーヘッドミルの中で混合される２０６。付随して、混合後２４時間、回転混合されても良い２０８。次に、材料は、加硫処理され２１０、過渡的サージ抑制デバイス１０を製造時の使用のために保存される。

好ましくは、可変インピーダンス材料７０は、有機材料を実質的に無しにする実用的目的のため、わずか５重量パーセントの有機材料を含む。また、ラバーに対する導電性粒子の体積パーセント比率は、好ましくは、０．５〜２の間であり、より詳細には、０．７５〜約１．５である。

可変インピーダンス材料７０の中の結合ポリマーの選択及び／又は充填物の量、又は、材料の架橋又は加硫の程度は、材料がデバイス１０の操作中に電圧パルスの結果として加熱されるとき、材料の張力特性を変更し且つ材料内に誘導される熱応力に影響を与えるために変更され得る。戦略的に、結合ポリマーの選択及び／又は充填物の量、又は、材料の架橋又は加硫の程度を選択することで、過渡電圧状況での材料の応力は、オン及びオフ状態間の材料の所望の切り替え特性を生成するために制御される。一般に、デバイスが課せられるより大きな応力は、材料形成時の結合ポリマーの選択及び充填物の量に関係し、材料がオフ状態からオン状態に変化する電圧で、低下する。したがって、過渡電圧パルスに異なる感度を有するデバイス１０が提供されうる。

高電圧過渡パルスに対するより高い耐久性のために、シリコンのようなポリマーと混ぜ合わされた酸化鉄のような耐トラッキング性材料が、材料生成時に充填材に加えられ得る。生成時に耐トラッキング性材料の量を変化させることによって、それに従い、過渡電圧状況下のデバイス１０の絶縁特性及び耐トラッキング特性は、変化する。

上述の構成及び方法は、少ない困難性及び可変インピーダンス材料に既知の生成法に関連して減少した生産時間と共に、より低価でデバイス１０の一定の可変インピーダンス材料を提供すると考えられる。上述したように、そのような構成は、電圧及び／又は電流を所定の閾値まで上がるとき、相対的に高いインピーダンスを示し、且つ、電圧及び／又は電流を所定の閾値を越えるとき、相対的に低いインピーダンスを示す材料を作り出す。ほんの一例として、上述の方法でデバイス１０が使用されるとき、デバイス１０は、材料を高抵抗状態から低抵抗状態に変えさせる約１００〜３００ボルトのトリガー電圧を有し、約２０〜４０ボルトの過渡電圧パルス事象間にクランプ電圧を引き起こし、通常動作状態で約１ｎＡ未満の漏れ電流を示し、その材料は、約１０００過渡ボルト又はパルス事象に耐え得る。

デバイス１０に利用される典型的可変インピーダンス材料が記載される一方で、本発明の少なくとも幾つかの利点を達成する他の既知の方法により製造される他の既知の可変インピーダンス材料が使用され得る。同様に、方法２１０により生産される可変インピーダンス材料を利用する例示の可変インピーダンス材料が記載される一方で、過渡電圧抑制デバイスの他のタイプが使用されることを理解すべきである。それゆえ、上述の記載は、説明目的のみのために提供され、特定の可変インピーダンス材料を使用するデバイスに制限するものではなく、また、特定のデバイスに使用される可変インピーンダンス材料に制限するものでもない。

図８は、本発明の別な典型的実施例による過渡電圧抑制デバイス３００の斜視図である。過渡電圧デバイス３００は、良品の高い生産性を提供する一方で従来の過渡電圧抑制デバイスより低価格で生産することも可能になる。

より詳細に後述されるように、過渡電圧保護デバイス３００は、層状の構成を有し、かつ、下記に説明されるように多数の誘電層３０４に囲まれた導電経路を規定する電極３０２を含む。過渡電圧抑制デバイス３００は、図８に図解されるようにチップ構成を有する。すなわち、デバイス３００は、一般に長方形の形状であり、小さなスペースを占めるプリント回路基板にデバイス３００を表面装着するのに適切な幅Ｗ、長さＬ、高さＨを有する。すなわち、デバイス１０は、一般に長方形の形状を有し、プリント回路基板に対するデバイス１０の表面装着に適切な幅Ｗ、長さＬ、高さＨを有する一方で、小さなスペースを占める。例えば、過渡電圧抑制デバイスが回路基板上の同じ領域をチップフューズ、チップ抵抗、及び当該技術分野で適切な部品を含むがそれに限定されない他の電気部品とおおよそ占有するように、Ｌは、およそ０．０４０〜０．０６０インチ、Ｗは、および０．０２０〜０．０３０インチであっても良い。Ｈは、過渡電圧抑制デバイス１０を加工するために使用される様々な層３０２及び３０４を結合した厚さにおよそ等しい。特に、Ｈは、過渡電圧抑制デバイス１０の小さな外形を維持するためにＬ又はＷのどちらかよりずっと短い。しかしながら、実際のデバイス１０の寸法は、ここで説明された寸法から、本発明の範囲から離れることなくより大きく又は小さく変化することに認識すべきである。

図９は、大量加工アセンブリにおける過渡電圧抑制デバイス３００の分解斜視図である。特に、典型的実施例では、過渡電圧抑制デバイス３００は、本質的に、第１及び第２の誘電層３０６、３０８の間に挟みこまれる電極３０２、及び、第２の誘電層３０８の下に横たわる第３の誘電層３１０を含む４つの層から構成される。

必要であるなら、電気成形技術の代わりに他の既知の技術により電極層３０２が形成されることが理解できるが、電極層３０２は電気成形され、第１及び第２の誘電層３０６、３０８から独立して加工及び成形される３〜２０ミクロン厚さの銅又はニッケル箔、及び、それらの利点は、上述された。さらに、他の金属、導電組成、及び合金が電極層３０２を形成するために使用される。

電極３０２は、大文字「Ｉ」の形状で、より広いアンカー部３１１、３１２と、アンカー部３１１、３１２の間に伸びる相対的に狭い経路と共に成形され、それによって、第１及び第２の誘電層３０２、３０８の間の導電経路を規定する。小さなギャップ３１６は、典型的実施例において数ミクロン単位で、経路部３１４を通った導電経路を遮り、そして可変インピーダンス材料３２０が電極３０２の経路部３１４を相互接続するために後述される方法で適用される。特に、電気成形された電極が既に存在し又はプレ成形されるギャップ３１６と共にメッキされるために、電極ギャップ３１６は、鋳造型の中で一体的に成形され、それにより、関連する費用及び困難性と共にギャップ３１６を生成するための別個の製造ステップを除外する。ギャップ３１６は、図９に表されるように電極３１２の中央に成形され、また、必要ならば電極３０２内のいかなる場所にでも成形しても良い。電極３０２のある特定の形状が図９で図解される一方で、電極３０２の他の様々な形状が他の実施例で使用されることも理解が必要である。

第１及び第２の誘電層３０６及び３０８と異なり及び区別される方法で電極層３０２を電気成形することは、危険と考えられる一方で、代替的に、本発明の利点の幾つかを獲得する別な方法で電極は生成されることを理解すべきである。例えば、電極３０２は、スクリーン印刷、蒸着技術、ケミカルエッチングのような減法技術、及び当業界で既知のものを含む既知の技術によって、第１の誘電層３０６に適用される電荷蓄積された金属箔になりうる。

第１の誘電層３０６は、電極３０２の下に横たわり、電極３０２のアンカー部３１１、３１２の下に横たわる円形状の末端開口３３０を有し、より詳細には、末端で開口３３０は、電極層３０２の中のギャップ３１６から間隔をあけられる。末端開口３３０は、図１１に最も良く表されるように、例えば、電極アンカー部３１１、３１２の大きな平面表面に隣接接触し直接はめ込む表面装着パッド末端を提供するために、銅のような導電性金属で埋められる。

本発明の利益の幾つかは、電気回路に対して過渡電圧抑制デバイス３００を接続するための表面装着パッド末端３４０の代わりに他の末端構造を用いることで達成されることも認識すべきである。したがって、例えば、接点リード（即ち、ワイヤ末端）、包み込み末端、浸漬金属化末端などが、必要又は望ましいものとして使用される。

図９に戻って参照すると、第２誘電層３０８は、電極層３０２の上に横たわり、電極層３０２の電極層経路部３１４の部分、特に、ギャップ３１６の上に横たわる円形状の開口３５０を含む。そのようなものとして、電極層３０２の経路部３１４は、開口３５０内の電極ギャップ３１６付近に露出される。各第２誘電層３０８の開口３５０は、電極にギャップ３１６を露出し、そして、（図１１にも表されるように）可変インピーダンス材料３２０の導入のためのギャップ３１６上に容器を規定する。即ち、開口３５０は、可変インピーンダンス３２０のための密閉区域を提供し、それに従い、可変インピーンダンス材料が、デバイス３００の適切な動作を確実にするためにギャップ３１６を十分に囲み且つ埋めることを確実にする。しかしながら、第３の誘電層３１０は、固体である、電極層ギャップ３１６の近辺に開口を持たない。

典型的実施例では、第１及び第２の誘電層３０６、３０８の各々は、互いに及び電極層３０２に固定するための接着剤を含む商業的に利用可能なポリイミド誘電フィルムから成形される。１つの例として、第１の誘電層３０６は、商業的に利用可能な２ミルポリイミドフィルムであり、第２の誘電層３０８は、商業的に利用可能な５ミルポリイミドフィルムである。

しかしながら、代替実施例では、他の適切な誘電及び絶縁材料（ポリイミド及び非ポリイミド）が使用され、さらに、吸着剤は、第１及び第２の誘電層３０６及び３０８で使用されることが理解される。

第３の誘電層３１０は、第２の誘電層３０８の上に横たわり、開口部をそこに有さない連続表面３６０を含む。第３の誘電層３１０の連続表面３６０は、第２の誘電層３０８の開口３５０を閉め、可変インピーダンス材料３２０及び電極ギャップ３１６をシールする。

典型的実施例では、第３の誘電層３１０は、ポリイミド誘電フィルムから製造される。しかしながら、代替実施例において、他の適切な電気誘導及び絶縁材料（ポリイミド及び非ポリイミド）は、ポリイミド誘電フィルムの代わりにエポキシ被覆を用いて使用され得る。

層３０２、３０６、３０８及び３１０が、そこで可変インピーダンス材料３２０と共に積層され及び固定されるとき、パッド３４０は、図１０に表されるように第１の誘電層の末端開口３３０で成形される。図１０を用いて、電極層３０２、分離したデバイス３００の中に組み合わされた層を単独化するためのダイシング線３８０及び３８２を概略的に説明する。

一度成形されると、デバイス３００は、上述のようにデバイス１０と実質的に同様に動作する。

過渡電圧抑制デバイス３００を加工するために使用される典型的製造プロセスを記述するために、過渡電圧抑制デバイス３００の誘電層は、下表にしたがって参照される。

図１２は、これらの記号表記を用いた過渡電圧抑制デバイス３００を製造する典型的な方法４００のフローチャートである。

電極層は、前述の電鋳プロセスのように、誘電層とは別に成形され４０２、層１及び２は、層１及び２の間に引き伸ばされる誘電層と互いに積み重ねられる４０４。このようにして、サブアセンブリは成形され、そこでは、電極経路部３１４及び電極ギャップ３１６は、層２の開口部３５０内で露出されアクセス可能にされ、そして、電極層のアンカー部３１１、３１２は、層１の末端開口部３３０内で露出される。

表面装着パッドは、アンカー部３１１、３１２と接触して層１の開口部内でメッキされ、可変インピーダンス材料３２０は、十分に電極経路部３１４を囲い且つギャップ３１６を埋めるために、層２の開口部内に導入される。可変インピーダンス材料は、上述した可変インピーダンス材料と同じか、違っていても良い。

次に、層３は、既知の方法、例えば、ポリイミド材料が層３に使用される場合の積載プロセスで、又は、層３に使用されるエポキシ材料の場合は被覆及び硬化によって、層２に適用される４０８。層３は、層２の開口部を閉じ、そこで、可変インピーダンス材料をシールする。

最後に、個々の構成要素又はデバイス３００は、図１０で表されるダイシングラインにそってお互いから分けられ、又は、単独化される４１０。過渡電圧抑制デバイス３００は、全てシート形状で作成されるように記載され、次に、個々のデバイス３００の中に分けられ又は単独化される４１０一方で、デバイス３００は、望ましくは、個々に作成される。デバイス３００はバッチプロセスで、又は、短時間で多くの過渡電圧保護デバイスを生産するために連続ロールトウロール積層プロセスで成形される。

上述の基本的方法から離れることなく、より多く又は少ない層が、成形され、及び組み立てられることを考慮すべきである。特に、開口３３０及び３５０は、層１及び２でプレ成形されるとき、方法４００は、上述の方法１００より少ない数のステップ及び相対的に短い時間で完了する。

上述の方法を用いて、過渡電圧抑制デバイスは、相対的に高価ではない既知の技術及び方法を用いてバッチプロセスを用いて、低価格で広く利用可能な材料で効率的に成形される。加えて、その方法は、通常の過渡電圧抑制デバイス構成より少ない製造ステップでより良いプロセス制御を提供する。そのため、より高い生産量がより低価格で得ることができる。

図１３及び１４を用いて、図１〜６に関連して上述される４つのデバイス１０の本質的な組合せである過渡電圧抑制デバイス５００の別の実施例を説明する。このように、図解される実施形態では、デバイス５００は電気回路を互いに並列に接続して一列構成で４つのデバイス１０を提供する。４つのデバイス１０は、図１３に表されるように一体化される一方で、それ以上又はそれ以下のデバイス１０がデバイス５００の中に提供されることを考慮すべきである。

別個のデバイス１０の代わりに一列のデバイス５００を成形するために、ダイシング線の適切な修正と共に、デバイス５００は実質的に上述したように構成される。図１４に表されるように、電極経路部３４及びギャップ３６は、各々が、第１及び第２の誘電層２２、２０の中の開口４４、４０の中で露出される。それゆえ、可変インピーダンス材料の導入は、簡素化され、上記した理由のために、デバイス５００は、既知のデバイスより高い生産性と共に低いコストで生産可能である。

図８〜１１に関連して記載したように、デバイス３００の一列構成は、１つ又は個々のデバイスの変わりに一列デバイスを形成するためのダイシング線の修正を伴って、上述の方法にしたがって同様に提供される。

３．サージ保護合金付き回路基板
パート２で上述した実施例は、個々の過渡電圧保護に関係する電子部品に対して過渡電圧保護を提供するのに効果的である一方で、回路基板上のたくさんの部品を上述したような個々の保護デバイスで完璧に保護することは、それでもなお、問題がある。回路基板上に全ての部品を提供するために、たくさんの別個のデバイスを提供し、導入することは、組立全体において望ましくないコストを招くかもしれない。加えて、多分もっと重要なことは、同じ基板上に組み合わせて使用される多くの個々の過渡保護デバイスは、回路基板上の有益なスペースを占有する。

例えば、携帯電話のような多くの電子デバイスの小型化を考慮に入れると、例えば、電子部品は、電子デバイス内で小スペースを占有する必要がある。加えて、最近の電子デバイスの増加する機能性を蓄積するために、より多くの電子部品は、典型的に、デバイスで使用される回路基板構成上で必要とされる。すなわち、より多くの部品を有する回路基板アセンブリがそのような電子デバイスの中に減少したスペースを占める。多数の個々の過渡電圧保護デバイス及びそれらが回路基板上で必要とするスペースは、ますます小さくなる電子デバイスのためのスペースの要求、及び／又は、機能の要求に対して障害を示す。

基板スペースに関するジレンマ及び小型化に対する１つの解決は、基板上の重要でない部品ではなく、重要な部品と判断される幾つかの部品に対して選択的に個々の過渡電圧保護デバイスを接続することによって、個々の過渡電圧保護デバイスの数を減少させることである。重要な部品がそのような方法で保護される一方で、残りの部品に対する損傷は、まだ高い過渡電圧状況では生じ、そのデバイスの機能及び使用に不正常な状態を結果として引き起こす。そのような損傷及び電子デバイスの不正常な使用は、望ましくは無く、そして、スペース要求及びデバイス機能を妥協することなく、回路基板上でさらに多くの部品を保護する現実的な手段を提供することが望ましい。

携帯電話又は他のハンドヘルドデバイスのような、基板スペース上の小さなインパクト及び小型化要求と共に多量の電子部品に過渡電圧保護を与える本発明にしたがって構成される回路基板６００の形式の過渡電圧抑制デバイスの実施例を、本発明はそのようなデバイスに制限されるものではないが、図１５〜１９を用いて説明する。デバイス６００は、後述するように、組み込み過渡電圧保護機能を有する回路基板として機能しても良い。

図１５〜１８を参照すると、デバイス６００は、誘電基材層６０２、その片方の基材上に結合される接地平面６０４、接地平面６０４の反対側で誘電基材層６０２と結合される伝送層６０６、及び伝送層６０６上の回路パターンを形成する回路層６０８を含む積層構成を有する。回路層６０８は、表面装着技術と共に電子部品を相互接続するために使用される多数の配線、回路、接触パッド６０８を含んでも良い。電子部品は、例えば、プロセッサや周辺部品を含んでも良い。

基材層６０２は、基材層６０２の様々な形状は代替的に用いられるが、一般に、平面であり、説明された実施例において長方形である。異なる実施例では、基材層６０２は、ＦＲ−４ボード、フェノール系材料、セラミック材料等のような硬い回路基板材料から加工されても良い。あるいは、基材層６０２は、ポリイミド材料、液晶ポリマー等のような柔軟な回路基材から加工されても良い。代わりの実施例では、基材層６０２の厚さは代替実施例では要求どおりに変えられるが、基材層６０２は、厚さ１ｍｍ未満のポリイミド基材であり、電子デバイス及びアセンブリの低高さ要求に合うように適している。薄いフィルムで利用可能であるのでポリイミドは有利な点がある一方、それらの事項に制限されずに、積層デバイス６００の低い外形が制約条件とならない他の実施形態及び他の応用にも同様に利用可能である。

基材層６０２は、基材層の第１の主要表面６１４（図１５及び１８）と第１表面６１４の反対の基材層の第２の主要表面６１６との間を通して伸びる多くの開口又は穴６１２を好ましくは有する。穴６１４の他の配置が必要な場合利用できるが、穴６１２は、図１６及び１８で表されるように、多数の行及び多数の列における配列で配置される。配列において間隔が置かれた穴６１２のパターンが細かくなればなるほど、デバイス６００で保護される部品の密度は高くなる。１つの例として、穴は、一般に円形状であり、回路密度によって決まる直径５ミクロン及び５ミルになる。もちろん、穴の形状及びサイズは、他の実施例において変更され得る。

各穴６１２は、各開口６１２で受け入れられる可変インピーダンス材料のための容器を規定する。その可変インピーダンス材料は、規定の閾値までの電圧及び／又は電流に課されるときの相対的に高いインピーダンスを表し、及び、規定の閾値を越える電圧及び／又は電流に課されるときの相対的に低いインピーダンスを表す上述した可変インピーダンス材料７０又は別な既知の可変インピーダンス材料であって良い。

可変インピーダンス材料６１８は、基材層６０２の平面に位置し、基材層６０２の穴６１２の配列に対応するパターン又は配列に配置される。穴６１２のエッジは、基材層６０２の開口又は穴６１２に隣接する可変インピーダンス材料の間に誘電絶縁を与える。そのようなものとして、可変インピーダンス材料で充填されるとき、各穴６１２は、残りの穴６１２の中の可変インピーダンス材料６１８から独立して動作可能な各穴６１２の中の可変インピーダンス材料を通して別個の導電経路を提供する。これは、基材層によって提供される間隔が開いた穴６１２及びそれらの間の誘電絶縁のため、幾つかの穴６１２の中の幾つかの可変インピーダンス材料６１８は、他の穴６１２の中の幾つかの可変インピーダンス材料６１８が高いインピーダンス状態を維持する一方で、低いインピーダンスに切り替わる。それゆえ、局部に集中した過渡電圧保護は、幾つかしかし全てではない可変インピーダンス材料が、基材の中の他のインピーダンス材料が電流及び／又は電圧に晒されない一方で、低いインピーダンス状態に切り替わることを引き起こす電流及び／又は電圧に晒されることが起こり得る。

接地平面６０４は、第２の主要表面６１６の平面で基材層６０２とおよそ同じ大きさの金属層になり得る。接地平面６０４は、既知の技術を用いて誘電基材層６０２の低い主要表面６１８に取り付けられ、さもなければ形成され、そして、接地平面６０４は、低い主要表面６１６と実質的に同一の広がりを有する。すなわち、ある実施例では、接地平面は、低い主要平面の全体より少なく広がることが考えられるが、接地表面６０４は連続的に基材層６０２の低い主要平面６１６の全体に広がる。穴６１２の中の可変インピーダンス材料６１８は、基板６００での積層された層の低い外形を維持するために材料又は層に介在せずに、接地平面６０４に直接的に接触する。他の実施例では接地平面６０４を形成するために他の導体金属、材料及び合金が同様に使用されるが、接地平面６０４は、ある実施例では、銅又は銅合金で成形される。

伝送層６０６は、基材６０２の第１の主要表面６１４上に位置し、層又は材料を介在せずに、基板６００の中の積層された層の低い外形を維持するために接地平面６０４の反対の基材６０２の側の穴６１２の可変インピーダンス材料６１８に接触する。ある実施例では、図１５の合金Ａで表されるように、基材層６０２の主要表面６１４、６１６に垂直又は垂直方向にのみ電気的に導電性を有する。さらに、伝送層６０６は、図１６及び１８における合金Ｂ及びＣに表されるように、基材層６０２の主要表面６１４、６１６の面に水平に伸びる方向で電気的に絶縁である。

図１６にまさに表されるように、矢印Ａ、Ｂ及びＣは、デガルト座標系を規定し、そこでは、矢印Ｂ及びＣが基材層６０２に関連して水平面又はｘ、ｙ平面を表し、矢印Ａがその平面と垂直に伸びる垂直方向又はｚ軸を表す。垂直方向で導電性がある一方で、水平面での伝送層６０６の電気的な絶縁特性は、回路層６０８の接触パッド６１０の短絡を示す一方で、基材層６０２の穴６１２の中の回路層６０８及び可変インピーダンス材料６０８の間の伝送層６０６を通して垂直電流経路を確立する。接触パッド６１０及び回路層６０８の中の配線は、それゆえ、回路層６０８の回路を損傷させないために、互いに分離している。伝送層として使用に適したある材料は、フィルムの厚さ（ｚ軸）を通して粒子の電気的相互接続を可能にする接着剤の中に分散された導体粒子を有する導体熱硬化性吸着フィルムであり、しかしさもなければ、フィルム平面状で他のものと電気的な絶縁するために十分な間隔が置かれる。そのようなＺ軸吸着フィルムは、例えば、ミネソタ、線とポールの３Ｍから商業的に利用可能である。

伝送層６０６は、基材層６０２の第１の表面６１４をカプセル化し、その上に形成される開口無しで、基材層６０２及び回路層６０６の間に連続的に延びる。本質的に、基材層６０２のカプセル化は、回路層６０８を形成するために使用される経路をメッキ経路汚染からシリコンポリマーを守るために、シリコンポリマーが可変インピーダンス材料内にあるとき、有効である。

回路層６０８は、図で表されるように、伝送層６０６上を伸び、回路層６０８は、銅線、配線、導体パッド６１０と共に回路をパターン化する。可変インピーダンス材料６０８を受領する基材層６０２の中の穴６１２の密度のために、回路層６０６で形成される可変インピーダンス材料６０８、全ての破線、銅線、又は接触パッド６１０は、伝送層６０６を介して、基材層６０２の中の可変インピーダンス材料６１８で充填される１つ以上の穴６１２に接触する。図でも表されるように、回路層６０６で形成される配線、銅線、又は接触パッド６１０は、基材６０２での可変インピーダンス材料を有する開口６１２の全ての上には位置せず、及び、接触しない。すなわち、幾つかの開口６１２及び基材層６０２の中の可変インピーダンス材料６１８は、回路層６０８の中の特定の回路で利用されず、過渡電圧保護機能を提供するために動作しない。穴６１２の数及び位置、そこで利用される又は利用されない可変インピーダンス材料６１８は、回路層６０８の配線、銅線、かっどの位置及び配置により影響を受けない。

基材層６０２の穴６１２の中の可変インピーダンス材料６１８は、同様に、接地平面６０４に直流経路を確立する。したがって、可変インピーダンス材料の特性に依存して、回路層６１６の電圧又は電流が所定の閾値を超えるとき、可変インピーダンス材料は、低インピーダンス状態に切り替わり、接地平面６０４への伝送層６０６及び可変インピーダンス６１８を介して、回路層６１８に影響を与えた部分から短絡直流経路を生成する。このようにして、可変インピーダンス材料が回路層６０８に接続される部品への電気的な放電事象に制限されない高い過渡電圧事象から損傷を防ぐために、低インピーダンス状態に切り替わるとき、短絡電流が接地に流れる。過渡電圧事象が正常な状態に戻るとき、可変インピーダンス材料は、基板６００の回路層６０８の回路の正常動作のために高インピーダンス状態に切り替わる。

回路基板デバイス６００は、図１９で説明された方法７００にしたがって作成される。ＦＲ−４のような回路基板の基板、ポリイミドのようなフレックス回路基板、液晶ポリマー、又は他のプリイミド材料は、提供され７０１、基板材料を介して２次元の穴でパターン化され成形される７０２。様々な実施例において、穴は、ドリル、パンチ又は他の道具で機械的に基板に成形される７０２。或いは、穴は、ポリイミド基板が使用される場合はエキシマーレーザーのようなレーザーで成形され７０２、又は、穴は、化学材料又はプラズマエッチング技術により成形される７０２。穴は、より早くデバイス６００を製造するために、基板上で前もって製造される。

穴が成形７０２された後で、基材上の穴は、上述した可変電圧材料又は既知の別な可変電圧材料で十分に充填される７０４。図１８に描かれたように、組み込みインピーダンス材料６１８で充填基材は、様々な異なる回路のための普遍的プラットフォームを提供する。

下側の主要表面上の充填基材に対して接地平面が適応され又は提供され７０６、下側の主要表面と反対側である上側の主要表面上の充填基材に対して伝送層が適応され又は提供される７０８。ある実施例では、そのように提供及び／又は取り付けられる場合、接地平面は、充填基材のある側の可変電圧材料に直接接触し、伝送層は充電基材の別側の可変電圧材料に直接接触する。他の実施例では、付加的な材料層、構造、又は中間接続が、接地平面及び可変インピーダンス材料の間に、及び／又は、伝送層及び可変インピーダンス材料の間に設けられる。

ある実施例では、ポリイミドフィルムのような基材は、穴を成形する７０２前に、ある側上の金属箔層に対して事前積層される。例えば、基材層は、銅フィルムに対して事前付着され、事前積層されたポリイミド基材は、可変電圧材料で充填された穴のパターンを成形するために、利用され、ドリルされ、又は、エッチングされる。別な実施例では、穴が積層プロセス又は既知の金属化、及び、基材６０２の下側主要表面上の生成プロセスで成形された後で、接地平面は、提供され又は取り付けられる。

Ｚ軸導電接着剤のような伝送層は、接地平面と反対側の基板上に提供され、又は、付着される。伝送層は、フィルムとして提供可能であり、基材の上側主要表面６１４上に引き伸ばされる。或いは、上述のように基材穴の中の可変インピーダンス材料に対して伝送層及び相互接続を適用するために、他の技術が利用可能である。

別の金属箔のように、別の金属層が、伝送層上に適応又は提供され７１０、及び、回路層として使用する充填基材の反対の伝送層に付着される。回路層は、銅箔から加工され、既知の技術を用いて、銅線、配線、導体パッドを含む特定の回路の中にパターニングされ、又は、成形される７１２。銅線、配線、導体パッドを含む特定の回路の中の回路層のパターニング７１２は、既知の技術を用いて伝送層に適用される前、又は、跡に、生じる。

記載されるように層が一旦積み重ねられると、公知である積層プロセスを含み、またそれに制限されない手法で、互いに付着される７１２。必要に応じて、一連の積層プロセスにおける１つ以上のステップで、層は付着される７１２。もちろん、金属化技術が、蒸着、スクリーン印刷、フォトリソグラフィー、及び当該技術分野における既知の技術を用いて、層を成形するために使用される実施例では、各層は、金属化のために次の層に付着され、そして、層を付着する別なステップは必要とならない。

回路基板デバイス６００は、相対的に低いコストで製作され、様々な回路構成に容易に適応可能である。装着部品に対して基板表面にスペースを確保し、且つ、基板の低い外形を維持する一方で、基板に接続される全ての部品は、保護される。電気接地への害のある電気放電（ＥＤＳ）又は他の過渡電圧のための導電経路は、回路部品、接続回路、回路に関係する部品又は機器に対するダメージを防ぐために提供される。

本発明は、様々な特定の実施例に関して記載される一方で、当業者は、本発明は特許請求の範囲及び精神の中における改良と共に実行されることを認識するだろう。

図１は、本発明に係る過渡電圧抑制デバイスの斜視図である。 図２は、図１に表される過渡電圧抑制デバイスの分解斜視図である。 図３は、図１及び２に表される過渡電圧抑制デバイスを製造する方法のプロセスフローチャートである。 図４は、製造の第１段階での図１で表される過渡電圧抑制デバイスの分解斜視図である。 図５は、製造の第１段階での図１で表される過渡電圧抑制デバイスの部分断面図である。 図５Ａは、図５の部分立面図である。 図６は、製造のバルク段階での図１に表される過渡電圧抑制デバイスの平面図である。 図７は、図１〜６に表される過渡電圧抑制デバイスのための可変インピーダンス材料の製造のためのプロセスフローチャートである。 図８は、過渡電圧抑制デバイスの別な実施例の斜視図である。 図９は、図８で表される過渡電圧抑制デバイスのバルク製造物の分解図である。 図１０は、製造プロセスにおける１つの段階での図９で表されるバルク製造物の下面図である。 図１１は、図８で表される過渡電圧抑制デバイスの断面図である。 図１２は、図８で表される過渡電圧抑制デバイスの製造方法のプロセスフローチャートである。 図１３は、本発明に係る過渡電圧抑制デバイスの別な実施例の斜視図である。 図１４は、製造の第１段階での図１３で表される過渡電圧抑制デバイスの上面図である。 図１５は、過渡電圧抑制デバイスの回路基板の別な実施例の概念図である。 図１６は、図１５で表される回路基板の斜視図である。 図１７は、図１６のある部分の拡大図である。 図１８は、図１５〜１７に表される回路基板のうちの充填基板の平面図である。 図１９は、図１５〜１７に表される回路基板を製造する方法のプロセスフローチャートである。

Claims (33)

1. 取り付けられる複数の電子部品に対する組み込み過渡電圧保護機能を有する回路基板を有し、前記回路基板は、
   第１の主要表面、第２の主要表面、それらを通して広がる多数の穴を規定する誘電基材層と、
   所定の閾値までの電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に高インピーダンスを示し、該所定の閾値を越える電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に低インピーダンスを示し、且つ、低インピーダンスを示すとき前記穴を通して短絡電流経路を規定する可変インピーダンス材料が実質的に埋められた穴の配列と、
   前記誘電基材層の前記第１の主要表面の上を延び、前記埋められた穴との導電経路を確立する伝送層と、
   前記伝送層の上に直接形成され、前記伝送層の上に回路パターンを規定し、前記埋められた穴と反対側の前記伝送層に対する導電経路を確立し、前記電子部品の各々に接続するための複数の接触パッドを有し、前記伝送層が前記接触パッドを電気的に分離する回路層と、
   を有することを特徴とする過渡電圧抑制デバイス。
2. 前記伝送層は、前記第１の主要表面の垂直方向に電気的に導電性があり、前記第１の主要表面の面方向に絶縁性がある請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。
3. 前記伝送層は、Ｚ軸導体接着剤を備える請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。
4. 前記埋められた穴の各々の前記可変インピーダンス材料は、独立して動作可能である請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。
5. 前記回路層は、前記回路層と前記基材層との間の伝送層と共に、前記誘電基材層に積層される請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。
6. 前記誘電基材層の前記第２の主要表面の上を延びる接地平面をさらに有する請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。
7. 前記接地平面は、前記誘電基材層に積層される請求項６に記載の過渡電圧抑制デバイス。
8. 前記誘電基材層は、柔軟性のある材料から製造される請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。
9. 前記柔軟性のある材料は、ポリイミドフィルム、液晶ポリマー、又は同等の材料のグループから選択される請求項８に記載の過渡電圧抑制デバイス。
10. 前記誘電基材層は、頑丈な材料から製造される請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。
11. 前記誘電基材層は、ＦＲ−４ボード、フェノール性材料、セラミック材料又は同等の材料のグループから選択される請求項１０に記載の過渡電圧抑制デバイス。
12. 複数の電子部品を装着する積層された回路基板を有し、前記積層された回路基板は、
    第１の主要表面、第２の主要表面、配列で配置され間隔を置いた多数の穴を規定し、該穴は該第１の主要表面及び該第２の主要表面の間に広がり、該穴の各々は可変インピーダンス材料の容器を規定する誘電基材層と、
    前記誘電基材層の第２の主要表面と直接接触する接地平面と、
    実質的に前記基材の多数の穴の各々を埋め、所定の閾値までの電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に高インピーダンスを示し、所定の閾値を越える電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に低インピーダンスを示し、該低インピーダンスを示すとき該前記穴を通して前記接地平面への短絡電流経路を規定する可変インピーダンス材料と、
    前記第１の主要表面の垂直方向に電気的に導電性があり、前記第１の主要表面の面方向に絶縁性がある、前記第１の主要表面に設けられた伝送層と、
    前記伝送層の上に直接形成された回路層と、
    を有することを特徴とする過渡電圧抑制回路基板。
13. 前記伝送層は、Ｚ軸導体接着剤を備える請求項１２に記載の過渡電圧抑制回路基板。
14. 前記回路層は、前記伝送層の上に広がり、前記伝送層上の回路を規定するためのパターンであり、且つ、前記多数の穴の中の前記可変インピーダンス材料への導電経路を規定する請求項１２に記載の過渡電圧抑制回路基板。
15. 前記回路層は、前記少なくとも１つの穴の上の前記可変インピーダンス材料と電気的な接続を確立するために、前記穴の少なくとも１つの上に配置される接触パッドを少なくとも１つ規定する請求項１２に記載の過渡電圧抑制回路基板。
16. 前記誘電基材層は、ポリイミドフィルム、液晶ポリマー、ＦＲ−４ボード、フェノール樹脂、セラミック又は同等の材料のグループから選択される請求項１２に記載の過渡電圧抑制回路基板。
17. 組込過渡電圧抑制を有する回路基板であって、
    複数の電子部品を電気的に接続する回路基板構造を有し、前記回路基板構造は、
    第１の主要表面、第２の主要表面及びそれらを通して広がる各々が可変インピーダンス材料の容器を規定する多数の穴を有するポリイミド材料から製造される誘電基材層と、
    実質的に前記基材上の多数の穴の各々を埋め、所定の閾値までの電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に高インピーダンスを示し、所定の閾値を越える電圧及び／又は電流にさらされるとき、相対的に低インピーダンスを示し、該低インピーダンスを示すとき前記穴を通して接地平面への短絡電流経路を規定する可変インピーダンス材料と、
    前記第１の主要表面上で広がり、前記第１の主要表面上の可変インピーダンス材料に直接的に接触し、前記第１の主要平面の垂直方向に電気的に導電性があり、前記第１の主要表面の面方向に絶縁性がある伝送層と、
    前記伝送層の上に形成される回路層と、
    前記誘電基材層の第２の主要表面に積層され、且つ前記第２主要平面上の前記可変インピーダンス材料に直接的に接触する接地平面と、
    を有することを特徴とする回路基板。
18. 前記伝送層は、Ｚ軸導体接着剤を備える請求項１７に記載の回路基板。
19. 前記回路層は、複数の穴の中の可変インピーダンス材料への導電経路を規定し、前記伝送層上を広がり且つ前記伝送層上の回路を規定するパターンである請求項１７に記載の回路基板。
20. 前記回路層は、前記回路層と前記基材層との間の伝送層と共に、前記基材層に積層される請求項１７に記載の回路基板。
21. 前記回路層は、前記少なくとも１つの穴の上の前記可変インピーダンス材料と電気的な接続を確立するために、前記穴の少なくとも１つの上に配置される接触パッドを少なくとも１つ規定する請求項１７に記載の回路基板。
22. 貫通して形成される穴の配列を有する誘電基材層を提供し、
    可変インピーダンス材料で前記穴を埋め、
    前記第１の主要表面の垂直方向に電気的に導電性があり、前記第１の主要表面の面方向に絶縁性がある伝送層を前記誘電基材層に取り付け、
    複数の電子部品を装着し及び電気的に接続するように構成された回路パターンを前記伝送層の上に直接形成し、前記回路パターンと前記可変インピーダンス材料との間の短絡電流経路を前記伝送層を介して確立することを特徴とする回路基板製造方法。
23. 前記伝送層に接地平面を取り付けることをさらに有する請求項２２に記載の回路基板製造方法。
24. 前記接地平面の取り付けは、前記穴の配列が形成された後で、前記誘電基材に対して前記接地平面を積層することをさらに有する請求項２３に記載の回路基板製造方法。
25. 前記接地平面の取り付けは、前記穴の配列が形成される前に、前記誘電基材に対して前記接地平面を積層することをさらに有する請求項２４に記載の回路基板製造方法。
26. 前記誘電基材層の提供は、金属箔に事前積層されたポリイミド基材を提供することをさらに有する請求項２２に記載の回路基板製造方法。
27. 前記誘電基材層の提供は、頑丈な基材材料を提供することをさらに有する請求項２２に記載の回路基板製造方法。
28. 前記誘電基材層の提供は、柔軟な基材材料を提供することをさらに有する請求項２２に記載の回路基板製造方法。
29. 多数の穴を有する誘電基材と、
    電気接地に接続する手段であって、前記誘電基材に結合する手段と、
    複数の電子部品を接続するために前記誘電基材に結合した回路パターンを規定する手段であって、前記電気接地に接続する手段の反対側の前記誘電基材に結合される前記回路基板を規定する手段と、
    過渡電圧事象に反応して、前記回路パターン規定手段と前記電気接地接続手段との間に複数の短絡電流経路を確立するために、前記穴に配置される可変インピーダンス手段と、
    隣接する短絡電流経路を短絡させずに、前記回路パターンから前記可変インピーダンス手段まで短絡電流を流す伝送手段と、
    を有し、前記回路パターンを規定する手段は、前記伝送手段の上に形成されることを特徴とする回路基板。
30. 前記伝送手段は、第１の方向に電気的に導電性があり、該第１の方向に垂直に伸びる平面に絶縁性がある請求項２９に記載の回路基板。
31. 前記誘電基材は、ＦＲ−４ボード、フェノール性材料、セラミック材料又は同等の材料のグループから選択される請求項２９に記載の回路基板。
32. 前記誘電基材は、平面であり、前記回路基板は、前記誘電基材の平面上に過渡電圧抑制手段を受け入れる手段をさらに有する請求項２９に記載の回路基板。
33. 前記伝送層は、前記誘電基材層の前記第１の主要表面をカプセル化する請求項１に記載の過渡電圧抑制デバイス。

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