瞬态电压保护设备、材料和制造方法转让专利
申请号 : CN200610099259.1
文献号 : CN1901185B
文献日 : 2010-12-08
发明人 : 金润树 , 亨迪·P·卡马特
申请人 : 库帕技术公司
摘要 :
一种瞬态电压抑制设备包括介电层，该介电层限定出靠近有间隙电极的可变阻抗材料的收容器。还提供了用于以较低成本和较高生产量来制造该设备和配制可变电压材料的方法。
权利要求 :
1.一种瞬态电压抑制设备，包括：
第一和第二介电层，每一层均在其中限定出至少一个可变阻抗开口；
至少一个电极，该电极在第一介电层上延伸，并且包括切断通过该至少一个电极的导电通路的至少一个间隙，该至少一个电极是独立于该第一和第二介电层形成、且整体地形成有该至少一个间隙的电铸成型箔，其中该至少一个电极夹在该第一和第二介电层之间；靠近该至少一个间隙来安置第一和第二介电层的至少一个可变阻抗开口；
第三和第四介电层，分别置于该第一和第二介电层上，其中该第三和第四介电层分别封闭第一和第二介电层中的至少一个可变阻抗开口，而第一、第二、第三和第四介电层相互紧固到一起，以形成芯片结构；
可变阻抗材料，置于该第一和第二介电层的该至少一个可变阻抗开口中，并从上面和下面包裹该至少一个电极；和表面安装端子，在该至少一个间隙的任一侧上建立一条通往该至少一个电极的导电通路。
2.根据权利要求1的瞬态电压抑制设备，其中所述至少一个电极包括数个电极，并且所述第一和第二介电层分别包括与该数个电极中的每一个相对应的相应至少一个可变阻抗开口。
3.根据权利要求1的瞬态电压抑制设备，其中所述表面安装端子中的至少一个包括在平行于该至少一个电极较大表面延伸的，且与该至少一个电极较大表面毗邻接触的导电端子材料。
4.根据权利要求1的瞬态电压抑制设备，其中所述表面安装端子中的至少一个包括城堡型接触端子，该城堡型接触端子限定出与该至少一个电极较小表面接触的区域。
5.根据权利要求1的瞬态电压抑制设备，其中所述介电层中的至少一个包括聚酰亚胺材料。
6.一种瞬态电压抑制设备，包括：
第一介电层；
至少一个电极，该至少一个电极在该第一介电层上延伸并限定出一导电通路，该至少一个电极包括切断该导电通路的间隙；
充满该至少一个电极的该间隙的可变阻抗材料；和
覆于该至少一个电极之上的第二介电层，其中该至少一个电极夹在第一和第二介电层的中间，并且其中第一和第二介电层中的每一个均包括靠近该间隙的孔，该孔限定出可变阻抗材料的收容器；
第三介电层相对于第二介电层设置以封闭第二介电层上的该孔；
第四介电层相对于第一介电层设置以封闭第一介电层上的该孔；
其中该可变阻抗材料是通过包括如下步骤的制造方法形成的：混合导电粒子与带有绝缘粒子及填料粒子的溶剂化聚合物，其中该填料粒子包括电弧淬熄材料；和硬化该混合材料，从而提供一种材料，该材料当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗；
改变混合材料的交联度或硬化度，以便控制该材料在过压状态下的切换电压。
7.根据权利要求6的瞬态电压抑制设备，其中该导电粒子预先涂有绝缘材料。
8.根据权利要求6的瞬态电压抑制设备，其中该可变阻抗材料是通过还包括预先混合聚合体材料和溶剂以提供溶剂化聚合物的方法形成的。
9.根据权利要求6的瞬态电压抑制设备，其中所述溶剂化聚合物是溶剂化硅酮橡胶。
10.根据权利要求6的瞬态电压抑制设备，其中该可变阻抗材料是通过还包括选择填料粒子的量，以便控制该材料在过压状态下的切换电压的方法形成的。
11.根据权利要求6的瞬态电压抑制设备，其中该可变阻抗材料是通过还包括向该填料粒子添加抗漏电材料的方法形成的。
12.一种瞬态电压抑制设备，包括：
第一介电层；
电极，该电极在该第一介电层上延伸并限定出一导电通路，该电极包括切断该导电通路的间隙；
充满该电极的该间隙的可变阻抗材料；和
覆于该电极之上的第二介电层，其中该电极夹在第一和第二介电层的中间，并且该可变阻抗材料毗邻接触所述间隙附近的电极的上侧较大表面的至少一部分和所述间隙附近的电极的底侧较大表面的至少一部分；
所述第一和第二介电层中的每一个均包括收容器，每个收容器设置为靠近该间隙，并且其中所述可变阻抗材料至少部分置于所述每个收容器中；
每个收容器为第一和第二介电层上各自的孔；
第三介电层相对于第二介电层设置以封闭第二介电层上的该孔；
第四介电层相对于第一介电层设置以封闭第一介电层上的该孔。
13.根据权利要求12的瞬态电压抑制设备，其中所述电极独立于所述第一和第二介电层形成。
14.根据权利要求13的瞬态电压抑制设备，其中所述电极在添加形成过程中整体上形成所述间隙。
15.根据权利要求14的瞬态电压抑制设备，其中所述电极包括电铸成型薄箔。
16.根据权利要求15的瞬态电压抑制设备，其中所述电铸成型薄箔是镍。
17.根据权利要求12的瞬态电压抑制设备，还包括城堡型接触端子，该城堡型接触端子在所述间隙的任一侧上建立通往所述电极的导电通路。
18.根据权利要求12的瞬态电压抑制设备，其中该第一和第二介电层中的每一个均由聚合体材料制成。
19.根据权利要求18的瞬态电压抑制设备，其中该聚合体材料为聚酰亚胺。
说明书 :
技术领域
本发明一般涉及用于保护电子器材的过压保护设备，还涉及制造该设备的方法，更具体而言涉及通常称作“冲击电压保护”或“瞬态电压抑制”设备的设备。
背景技术
在很短或瞬时的高电压时响应于对当今科技社会依赖的数目不断膨胀的电子设备保护的需要，已经开发出瞬态电压抑制设备。举例来说，瞬态电压可能由人为接触所传播的静电放电或瞬变电流造成。通常使用瞬态电压保护设备的电气设备的例子包括电信系统，计算机系统和控制系统。
某些已知的瞬态电压抑制设备包括具有可变阻抗的材料，举例来说，它互连形成在陶瓷衬底或印刷电路板衬底材料上的信号导体垫和接地导体垫。有时还称作“过应力响应合成物”的可变阻抗材料，有时候可以制作成在粘合剂如绝缘树脂内将导体和/或半导体粒子悬浮成矩阵的混合物。用衬底表面上很小的间隙分离开该信号垫和接地垫，并且将可变阻抗材料置入该间隙中以互连该接地和信号导体。通孔或通道延伸到该设备任一端上的衬底，并且进行电镀以提供该衬底上信号垫与接地垫的电性通路。在表面安装设备中，电镀通道中的一个可以连接至电路板的信号导体或信号迹线，而电镀通道中的另一个可以连接至电路板的接地导体迹线。从而分别将该设备的信号垫与接地垫连接至要保护的电子系统的信号导体与接地导体。
可变阻抗材料，当穿过信号导体的电压和/或电流在指定范围内时展示相对高的电阻(在这里有时称作“断路状态”)，而当该电压和/或电流超出预定阈值时展示相对低的阻抗(在这里称作导通状态”)。在导通状态下，信号导体所经受的脉冲电压或瞬态电压能够通过该设备分流到该电子系统的接地导体，并且与该脉冲有关的电压能够在该脉冲持续期间钳制在相对低的值。在电压或电流脉冲过后，可变阻抗材料恢复并返回到其高阻抗状态。
尽管这种设备可以有效地保护电子器材不受瞬态脉冲的侵害，但是它们面临许多制造上的难题。例如，接地垫和信号垫通常通过蚀刻和光刻技术来制造，其中从衬底上除去导电材料层，有时也称为减法形成过程，以便形成接地垫和信号垫。通常在与导体形成分离的制造阶段，用激光或其他已知技术来切割或机械加工接地垫与信号垫之间的间隙，而间隙形成的控制是困难且昂贵的。
此外，复合可变阻抗材料涉及许多处理阶段，并且还可能难以连贯地进行生产。由于某些设备的尺寸较小，尤其是在芯片型设备中，可变阻抗材料可能难以涂敷于该间隙中，并且提供将该设备连接至电路系统的端接结构可能是难以解决的。累积起来，这些和其他困难造成了更高的生产成本，并且降低了制造过程中设备的合格率。
因此，期望提供这种设备的一种成本较低，且更可靠的制造工艺，从而有可能以提高的产出率来生产瞬态电压抑制设备。
某些已知的瞬态电压抑制设备包括具有可变阻抗的材料，举例来说，它互连形成在陶瓷衬底或印刷电路板衬底材料上的信号导体垫和接地导体垫。有时还称作“过应力响应合成物”的可变阻抗材料，有时候可以制作成在粘合剂如绝缘树脂内将导体和/或半导体粒子悬浮成矩阵的混合物。用衬底表面上很小的间隙分离开该信号垫和接地垫，并且将可变阻抗材料置入该间隙中以互连该接地和信号导体。通孔或通道延伸到该设备任一端上的衬底，并且进行电镀以提供该衬底上信号垫与接地垫的电性通路。在表面安装设备中，电镀通道中的一个可以连接至电路板的信号导体或信号迹线，而电镀通道中的另一个可以连接至电路板的接地导体迹线。从而分别将该设备的信号垫与接地垫连接至要保护的电子系统的信号导体与接地导体。
可变阻抗材料，当穿过信号导体的电压和/或电流在指定范围内时展示相对高的电阻(在这里有时称作“断路状态”)，而当该电压和/或电流超出预定阈值时展示相对低的阻抗(在这里称作导通状态”)。在导通状态下，信号导体所经受的脉冲电压或瞬态电压能够通过该设备分流到该电子系统的接地导体，并且与该脉冲有关的电压能够在该脉冲持续期间钳制在相对低的值。在电压或电流脉冲过后，可变阻抗材料恢复并返回到其高阻抗状态。
尽管这种设备可以有效地保护电子器材不受瞬态脉冲的侵害，但是它们面临许多制造上的难题。例如，接地垫和信号垫通常通过蚀刻和光刻技术来制造，其中从衬底上除去导电材料层，有时也称为减法形成过程，以便形成接地垫和信号垫。通常在与导体形成分离的制造阶段，用激光或其他已知技术来切割或机械加工接地垫与信号垫之间的间隙，而间隙形成的控制是困难且昂贵的。
此外，复合可变阻抗材料涉及许多处理阶段，并且还可能难以连贯地进行生产。由于某些设备的尺寸较小，尤其是在芯片型设备中，可变阻抗材料可能难以涂敷于该间隙中，并且提供将该设备连接至电路系统的端接结构可能是难以解决的。累积起来，这些和其他困难造成了更高的生产成本，并且降低了制造过程中设备的合格率。
因此，期望提供这种设备的一种成本较低，且更可靠的制造工艺，从而有可能以提高的产出率来生产瞬态电压抑制设备。
发明内容
根据示范性实施例，提供一种瞬态电压抑制设备。该设备包括第一介电层，和至少一个电极，该电极在该第一介电层上延伸并限定出一导电通路。该电极包括切断该导电通路的间隙，和基本上充满该电极间隙的可变阻抗材料，以及覆于该电极之上的第二介电层，其中该电极夹在第一和第二介电层的中间，并且第一和第二介电层中的至少一个形成有靠近该间隙，并限定出可变阻抗材料收容器的至少一个开口。
根据另一实施例，提供一种瞬态电压抑制芯片设备。该芯片设备包括第一介电层；电极，该电极在第一介电层上延伸，并包括切断通过该电极的导电通路的至少一个间隙；和覆于该电极之上的第二介电层，其中该电极夹在第一和第二介电层的中间。该第二介电层形成有覆于该间隙之上的开口，并且将可变阻抗材料置于在该开口中，并基本上充满该电极中的间隙。该可变阻抗材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。第三介电层覆于第二层之上，并且封闭第二介电层中的开口，而表面安装端子在该间隙的每一面上建立一条通往该电极的导电通路。
根据本发明的又一实施例，一种瞬态电压抑制设备包括第一和第二介电层，每一层均在其中限定出至少一个可变阻抗开口，以及至少一个电极，该电极在第一介电层上延伸，并且包括切断通过该电极的导电通路的至少一个间隙。该电极是独立于该第一和第二介电层形成的，且整体地形成有间隙的电铸成型箔，并且该电极夹在该第一和第二介电层中间。靠近该间隙安置第一和第二介电层的可变阻抗开口，并且将第三和第四介电层分别置于该第一和第二介电层上，其中该第三和第四介电层封闭第一和第二介电层中的开口，并且第一，第二，第三和第四介电层相互紧固到一起，以形成芯片结构。将可变阻抗材料置于第一和第二介电层的开口中，并基本上从上面和下面包裹该电极，而表面安装端子在该间隙的每一面上建立一条通往该电极的导电通路。
同样还提供了一种瞬态电压抑制设备的制造方法。该方法包括，提供第一介电层；形成一个电极，该电极带有根据添加形成过程整体形成的间隙；提供第二介电层，该第二介电层具有至少一个在其中形成的开口；通过覆于该间隙之上的第二介电层中的开口，将第二介电层紧固到第一介电层上；将可变阻抗材料注入到该开口中；并用该可变阻抗材料基本上充满该电极中的间隙。
同样也提供了一种可变阻抗材料的制造方法。该方法包括，混合导电粒子与带有绝缘粒子及填料粒子的溶剂化聚合物，其中该填料粒子包括电弧淬熄材料。硬化该混合材料，从而提供一种材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。
根据本发明的又一实施例，提供一种瞬态电压抑制设备。该设备包括第一介电层，用于提供第一介电层上有间隙的导电通路的装置；和用于当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示通过该有间隙的导电通路的相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示通过该有间隙的导电通路的相对低的阻抗的装置；还提供紧固到第一介电层上的装置，用于暴露该有间隙的电极的一部分，以便注入用于展示的装置；当将用于展示的装置引入到用于暴露的装置中时，用于暴露的装置还将用于展示的装置限制于有间隙的电极附近的预定位置。
同样还提供一种用于瞬态电压抑制设备的可变阻抗材料。该材料包括粘合剂、导电粒子、绝缘粒子、和填料材料，其中该填料材料包括电弧淬熄材料。导电粒子对粘合剂的体积比在大约0.5至2.0之间，并且该材料包含重量不大于5％的有机材料。
根据另一实施例，提供一种瞬态电压抑制芯片设备。该芯片设备包括第一介电层；电极，该电极在第一介电层上延伸，并包括切断通过该电极的导电通路的至少一个间隙；和覆于该电极之上的第二介电层，其中该电极夹在第一和第二介电层的中间。该第二介电层形成有覆于该间隙之上的开口，并且将可变阻抗材料置于在该开口中，并基本上充满该电极中的间隙。该可变阻抗材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。第三介电层覆于第二层之上，并且封闭第二介电层中的开口，而表面安装端子在该间隙的每一面上建立一条通往该电极的导电通路。
根据本发明的又一实施例，一种瞬态电压抑制设备包括第一和第二介电层，每一层均在其中限定出至少一个可变阻抗开口，以及至少一个电极，该电极在第一介电层上延伸，并且包括切断通过该电极的导电通路的至少一个间隙。该电极是独立于该第一和第二介电层形成的，且整体地形成有间隙的电铸成型箔，并且该电极夹在该第一和第二介电层中间。靠近该间隙安置第一和第二介电层的可变阻抗开口，并且将第三和第四介电层分别置于该第一和第二介电层上，其中该第三和第四介电层封闭第一和第二介电层中的开口，并且第一，第二，第三和第四介电层相互紧固到一起，以形成芯片结构。将可变阻抗材料置于第一和第二介电层的开口中，并基本上从上面和下面包裹该电极，而表面安装端子在该间隙的每一面上建立一条通往该电极的导电通路。
同样还提供了一种瞬态电压抑制设备的制造方法。该方法包括，提供第一介电层；形成一个电极，该电极带有根据添加形成过程整体形成的间隙；提供第二介电层，该第二介电层具有至少一个在其中形成的开口；通过覆于该间隙之上的第二介电层中的开口，将第二介电层紧固到第一介电层上；将可变阻抗材料注入到该开口中；并用该可变阻抗材料基本上充满该电极中的间隙。
同样也提供了一种可变阻抗材料的制造方法。该方法包括，混合导电粒子与带有绝缘粒子及填料粒子的溶剂化聚合物，其中该填料粒子包括电弧淬熄材料。硬化该混合材料，从而提供一种材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。
根据本发明的又一实施例，提供一种瞬态电压抑制设备。该设备包括第一介电层，用于提供第一介电层上有间隙的导电通路的装置；和用于当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示通过该有间隙的导电通路的相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示通过该有间隙的导电通路的相对低的阻抗的装置；还提供紧固到第一介电层上的装置，用于暴露该有间隙的电极的一部分，以便注入用于展示的装置；当将用于展示的装置引入到用于暴露的装置中时，用于暴露的装置还将用于展示的装置限制于有间隙的电极附近的预定位置。
同样还提供一种用于瞬态电压抑制设备的可变阻抗材料。该材料包括粘合剂、导电粒子、绝缘粒子、和填料材料，其中该填料材料包括电弧淬熄材料。导电粒子对粘合剂的体积比在大约0.5至2.0之间，并且该材料包含重量不大于5％的有机材料。
附图说明
图1是根据本发明的瞬态电压抑制设备的透视图。
图2是图1所示设备的分解透视图。
图3是图1和图2所示设备的制造方法的工艺流程图。
图4是图1所示设备在制造的第一阶段的透视图。
图5是图1所示设备在制造的另一阶段的局部剖视图。
图5a是图5中一部分的正视图。
图6是图1所示设备的一部分在制造的散装阶段的俯视图。
图7是制造用于图1-6所示设备的可变阻抗材料的过程流程图。
图8是瞬态电压抑制设备的另一实施例的透视图。
图9是图8所示设备的散装制造的分解视图。
图10是在制造过程的一个阶段，图10所示散装制造的底视图。
图11是图8所示设备的剖视图。
图12是图8所示设备的制造方法的过程流程图。
图13是根据本发明的瞬态电压抑制设备的另一实施例的透视图。
图14是图13所示设备在制造的一个阶段的俯视图。
图2是图1所示设备的分解透视图。
图3是图1和图2所示设备的制造方法的工艺流程图。
图4是图1所示设备在制造的第一阶段的透视图。
图5是图1所示设备在制造的另一阶段的局部剖视图。
图5a是图5中一部分的正视图。
图6是图1所示设备的一部分在制造的散装阶段的俯视图。
图7是制造用于图1-6所示设备的可变阻抗材料的过程流程图。
图8是瞬态电压抑制设备的另一实施例的透视图。
图9是图8所示设备的散装制造的分解视图。
图10是在制造过程的一个阶段，图10所示散装制造的底视图。
图11是图8所示设备的剖视图。
图12是图8所示设备的制造方法的过程流程图。
图13是根据本发明的瞬态电压抑制设备的另一实施例的透视图。
图14是图13所示设备在制造的一个阶段的俯视图。
具体实施方式
图1是根据本发明示范性实施例的瞬态电压抑制设备10的透视图。由于下述的原因，人们相信能够以比常规瞬态电压抑制设备更低的成本，来制造瞬态电压抑制设备10，同时提供更高的产品合格率。
瞬态电压抑制设备10可以具有如下详细描述的分层构造，并且包括电极12，如以下所进行的说明，其限定出在许多介电层14中封入的导电通路。电极12包括切断该导电通路的间隙(在图1中未示出)，以及在该间隙中提供如下所述的可变阻抗材料。该可变阻抗材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。
电极12在电学上延伸于表面安装端子16之间，并且与表面安装端子16具有导电的关联。在使用中，将端子16耦合至印刷电路板(未示出)的导体，端子，接触垫，或电路端子。更具体而言，端子16中的一个可以耦合至信号导体，而端子16的另一个可以耦合至接地导体。当流过信号导体的电压和/或电流低于预定阈值时，可变阻抗材料处于高电阻状态(在这里有时称作“断路状态”)，在这种状态下基本上没有电流流过该电极间隙中的可变阻抗材料。因此，在断开状态下，在信号导体未接地期间，基本上没有电流跨过端子16之间的电极进行传送。
当流过信号导体的电压和/或电流接近预定阈值时，随着上述设备10中所用可变阻抗材料的特性变化，该可变阻抗材料切换到低电阻状态(在这里称作“导通状态”)。也就是说，可变阻抗材料的电特性将会发生变化，从而如果不是全部，电流的大部分都流过该电极间隙中的可变阻抗材料，并且该电流还在端子16间向大地流动。因而，信号导体所经受的脉冲电压或瞬态电压可以分散到接地导体，并且与该脉冲有关的电压能够在该脉冲持续期间钳制在相对低的值。在电压或电流脉冲过后，可变阻抗材料恢复并返回到其高阻抗状态。从而，在脉冲终止之后不久，该信号导体和相关电路就可以继续正常的操作。这样，就保护了与信号导体相关的电路，而基本上不会切断受到影响的电路。因此，提供了对连接至该设备的电路的瞬态电压和冲击电压保护。
在说明性实施例中，瞬态电压抑制设备10可以具有芯片结构。也就是说，设备10通常可以是矩形形状，并且包含宽度W，长度L和高度H，适用于当占用很小空间时，将设备10表面安装到印刷电路板上。例如，L可以近似为0.040至0.060英寸，而W可以近似为0.020至0.030英寸，从而该瞬态电压抑制设备在电路板上占据与其他电子芯片部件大体相同的面积，该其他电子芯片部件包括但不限于芯片保险丝，芯片电阻器，以及本领域技术人员能够理解的类似器件。H近似一直到用来构成瞬态电压抑制设备10的各种层12和14的组合厚度。需要注意的是，H远远小于L和W，以便保持瞬态电压抑制设备10的低矮轮廓。然而，得以公认的是设备10的实际尺寸可以由此处阐释的说明性尺寸变为更大或更小的尺寸，包括大于一英寸的尺寸，而不会脱离本发明的范围。
图2是图示了在瞬态电压抑制设备10的制造中所用各种层12，14的，瞬态电压抑制设备10的分解透视图。具体而言，在示范性实施例中，瞬态电压抑制设备10可以基本上由六层构成，包括夹在第一和第二介电层20，22中间的电极12，第一和第二介电层20，22依次又夹在第三和第四介电层24，26中间。第五介电层28覆于第三介电层24之上。正如以下所理解的，介电层20，22，24，26和28在设备10中均用作截然不同的目的，而用来制造这些层的材料也相应地彼此不同。
与已知的瞬态电压抑制设备不同，该电极12是电铸成型的，3-20微米厚的镍箔，它独立于第一和第二介电层20和22来制造和形成。具体而言，在说明性实施例中，根据已知的添加过程，如电铸成型过程来制造电极12，该过程对预期形状的电极层进行电镀，并且在涂有光敏抗蚀剂的衬底(未示出)上浇铸一个负像。随后在该负像铸件上镀上一层很薄的金属，例如镍，然后将电镀层从该铸件上剥离，成为在第一和第二介电层20和22之间延伸的自立式箔片。尽管人们相信当从铸件上剥离时，镍对于其结构强度来说是有利的，但是可以考虑在本发明的另一实施例中，其他金属、导电合成物和合金同样也可以用来形成电极。
如图2所示，将电极12形成大写字母I的形状，它具有较宽的锚形部分30和32，以及在锚形部分30和32之间延伸的相对窄的通路部分34，从而限定出第一和第二介电层20和22之间的导电通路。在示范性实施例中几个微米左右的微小间隙36，切断通过通路部分34的导电通路，并且以如下所解说的方式，将可变阻抗材料(图2中未示出)涂敷于间隙36上，以便互连电极12的通路部分34。同样，将端子开口38形成锚形部分30，32的末端，以便如下所解说的，提供电极12到电路板的电连接。较宽的锚形部分适应于开口38形成的制造容限。
需要注意的是，将电极间隙36整体上形成图像铸件，从而与已经存在或预先形成的间隙36一起来电镀该电铸成型电极。也就是说，通过在电铸成型过程中与电极12同时地形成间隙，从而避免形成间隙36的分离制造步骤，并避免这样做的相关成本和困难。如图2所示，间隙36可以形成在电极12的中央，或者根据需要，也可以形成在电极12内的其他地方。尽管在图2中图示了一种特定形状的电极12，但是应当理解在其他实施例中，同样还可以使用各种其他形状的电极12形状。
与已知瞬态电压抑制设备的建造相比，电极12的分离和独立形成也能够带来其他优点。例如，当建造瞬态电压抑制设备10时，电极12的分离和独立形成允许在控制上，以及该电极层相对于介电层20，22，24，26和28位置上获得更高的精确度。与已知这种设备的蚀刻过程相比，电极12的独立形成允许对导电通路相对于第一和第二介电层20，22的形状进行更好的控制。尽管蚀刻有助于产生从前形成的导电通路的倾斜或偏斜的侧边，但是使用电铸成型过程可能获得基本上垂直的侧边，从而为所制造设备10的触发电压，钳位电压，和漏泄电流特性提供更多可重复的性能。另外，电极的分离和独立形成还使得电极在垂直维度上(如，垂直于介电层)具有变化的厚度，以便产生能够改变性能特性的电极12垂直剖面或垂直轮廓线。此外，在分离和独立形成过程中可以使用多种金属或金属合金，同样用以改变该设备的性能特性。
尽管人们相信在某种意义上与第一和第二介电层20，22分离且截然不同地电铸成型电极12是有利的，但是应当理解，电极12也可以替代地用其他方法形成，同时仍然能够获得本发明的某些优点。例如，电极12可以是根据已知技术涂敷于第一介电层20上的电解沉积金属箔，这些已知技术包括其他的添加技术，如丝网印刷和沉积技术，以及减法技术例如化学蚀刻法及本领域公知的类似技术。
第一介电层20位于电极12之下，并且包括位于通路部分34的一部分之下的圆形开口40，以及包括特别是电极12的间隙36。将端子开口42形成第一介电层20的任一端。类似地，第二介电层22覆于电极12之上，并且包括覆于通路部分34的一部分之上的圆形开口44，以及包括特别是电极12的间隙36。将端子开口46形成第二介电层22的任一端。
且需要注意的是，在示范性实施例中，在间隙36的附近，电极12的通路部分34不接触第一和第二介电层20，22中任一个的表面。第一和第二介电层20，22中的相应开口40，44暴露该电极中的间隙36，并且在电极间隙36上面或下面限定出一收容器，以便注入可变阻抗材料。也就是说，开口40，44在设备10中为可变阻抗材料提供限制位置，从而可以确保可变阻抗材料基本上包裹并充满该间隙36，以确保设备10的适当操作。
尽管在第一和第二介电层20，22中图示了圆形开口40，44，但是应该认识到根据需要，在另一实施例中也可以使用其他形状来形成开口。
在说明性实施例中，第一和第二介电层20，22均由市场上可买到的50微米厚的聚酰亚胺电介膜制成，该电介膜包括4微米的粘性膜，以便将所述层相互紧固到一起，并紧固到电极12上。然而，得以公认的是在替代实施例中，可以使用其他的尺寸，此外还可以考虑可以使用合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)。同样公认的是，可以在第一和第二介电层20和22中使用无粘性的材料。
第三介电层24覆于第二介电层22之上，并且包括在第三介电层24相对两端的端子开口52之间延伸的连续表面50。类似地，第四介电层26位于第一介电层20之下，并且包括在第四介电层26相对两端的端子开口56之间延伸的连续表面54。第三和第四介电层24，26的相应连续表面50，54封闭第一和第二介电层20，22中的开口40，44，并且密封该电极的可变阻抗材料和间隙36。
在说明性实施例中，第三和第四介电层24，26均由聚酰亚胺电介膜制成。在一个示范性实施例中，第三介电层24可以是50微米厚的聚酰亚胺电介膜，该电介膜包括4微米的粘性膜，以便将所述层相互紧固到一起；而第四介电层可以是25微米厚的聚酰亚胺电介膜，该电介膜包括18微米的铜薄片。然而，得以公认的是在替代实施例中，可以使用其他尺寸的材料，并且得以公认的是，还可以使用其他合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)。还可以考虑到可以在第三和第四介电层24和26中使用无粘性的材料。
第五介电层28覆于第三介电层24之上，并且在示范性实施例中可以是25微米厚的聚酰亚胺电介膜，该电介膜包括18微米的铜薄片。它包含以公知方式在其一个表面上形成的表面安装垫60。端子垫60包括端子开口62。第四介电层26也包括表面安装垫64，而每个垫64均包括端子开口66。在示范性实施例中，第四和第五介电层26，28是铜包层的聚酰亚胺薄片，并且将铜从所述层上蚀刻掉以形成表面安装垫60，62。然而，应当理解，垫60，62可以替代地以其他公知方式来形成，例如使用电铸成型、印刷、或沉积技术。
当层12，20，22，24，26和28堆叠时，将各层的端子开口相互对准，并且在其直立面80(图5)上用导电材料如铜来金属化端子开口的内表面，以便接通表面安装垫60，64与电极12的锚形部分30，32较小表面之间的导电通路。换句话说，金属化表面80基本上垂直于电极12的较大表平面来延伸，并且与锚形部分30，32的直立端面(较小表面)相切。从而，在设备10的末端上配备城堡型的接触端子。
还得以公认的是，至少本发明的某些优点可以通过使用代替城堡型触点的其他端子结构来实现，该城堡型触点用于将瞬态电压抑制设备10连接至电子电路。因此举例来说，根据需求或根据需要，可以使用触点引线(即电线端子)，卷绕端子，浸渍金属化端子及其类似物。
为了描述用来制造瞬态电压抑制设备10的示范性制造过程，根据下述表格来查阅瞬态电压抑制设备10的介电层： 过程层 图2的层 图2的参考标记 1 第一介电层 20 2 第二介电层 22 3 第三介电层 24 4 第四介电层 26 5 第五介电层 28
使用这些标引，图3是瞬态电压抑制设备10(图1和2所示)的示范性制造方法100的流程图。
根据上述技术或本领域公知技术中的任意一种，在第4层和第5层上形成102表面安装垫，并且在如下所解说的设备装配之前，形成104在第1层和第2层中的开口。例如通过前述电铸成型过程，独立于所述介电层形成105电极12。
将第1层，第2层和第4层，以及在第1层和第2层之间延伸的电极12，和封闭第4层中开口40的第4层相互层压106到一起。因此，如图4所示，形成一个组件，其中在第2层的开口44内暴露电极通路部分34和电极间隙36，并且所述电极通路部分34和电极间隙36可以进入到第2层的开口44以内，同时第4层封闭第1层中靠近电极间隙36的开口40。接下来，将可变阻抗材料70(图5a)注入107到开口44中，并充满第2层开口44与第1层开口40中的每一个，从而在电极通路部分34和间隙36上面和下面用可变阻抗材料70，基本上包裹电极通路部分34和电极间隙36，同时基本上用可变阻抗材料70充满该间隙36。
将第3层和第5层相互层压108到一起，以形成该设备10的第二组件，并接下来将第二组件层压到由步骤106得到的第一组件上。当第一和第二组件层压到一起时，第二组件封闭第2层的开口44。
接下来，根据例如公知的钻孔过程，形成112穿过所层压的第一和第二组件的端子开口。尽管在说明性实施例中，可以根据至此描述的方法单独地制造瞬态电压抑制设备10，但是如图6所示，以薄板形式共同地制造瞬态电压抑制设备10，然后分离或分切114为单独的设备10，其中在大型面板的材料上形成包括间隙36在内的多个电极12，和带有模型轮廓的开口44和端子开口120。另外，如图6所能看出的，该电极的锚形部分30，32包括锚栓孔122，该锚栓孔用来定位电极12相对于第1层和第2层的位置，并用来将电极12保持在第1层和第2层之间。可以沿着交叉切割线124和126移动切割工具，来分切设备10。
可以通过分批生产过程，或者通过滚动层压过程以便在最少的时间内制造出大量的瞬态电压抑制设备的连续滚动过程，来形成设备10。
在设备的分切114之前或之后，将端子开口在其直立面80(图5)上进行电镀或另外的金属化116，以便完成图1所示的端子16。
可以预料的是，在不偏离上述基本方法的前提下，可以制造更多或更少的层并将其装配成设备10。使用上述方法，可以在使用相对便宜的公知技术和方法的分批生产过程中，使用低成本的、可以广泛获得的材料有效地形成瞬态电压抑制设备。另外，与常规瞬态电压抑制设备的建造相比，该方法还能够在更少的制造步骤中提供更好的过程控制。因而，可以以较低的成本获得较高的生产量。
在示范性实施例中，可变阻抗材料70可以按照下述成分来配制：导电粒子例如铝粒子，溶剂例如甲基n-戊基酮(MnAK)，聚合体材料的粘合剂例如氟硅酮橡胶，绝缘粒子例如氧化铝，包括电弧淬熄材料的填料例如硫酸钡，和绝缘隔离片粒子例如球形硼硅酸盐粉料。根据图7所示的方法200对各成分进行如下处理，以配制可变阻抗材料。
可以用绝缘材料如气相二氧化硅来预涂敷202导电粒子，并且最好是在例如行星式搅拌器中将该溶剂和氟硅酮橡胶预先混合204约24小时，以便提供溶剂化橡胶。然后将该溶剂化橡胶与预涂敷的导电粒子，包含电弧淬熄粒子的填料粒子、绝缘隔离片粒子和绝缘粒子一起，在诸如架空或珠子研磨机的搅拌机中混合206约0.5小时。在混合之后，该混合物可以任意地翻滚208例如大约24小时。接下来，可以对材料进行硬化210，并保存起来以便用于制造瞬态电压抑制设备10。
优选地，可变阻抗材料70包括重量不大于5％的有机材料，从而实际上基本上没有有机材料。同样，导电粒子对橡胶的体积百分比最好是在约0.5至约2.0之间，更确切地在约0.75到约1.5。
可以改变可变阻抗材料70中粘合剂聚合体和/或填料量的选择，或者该材料的交联度或硬化度，从而改变该材料的张力性能，并影响该材料中当由于设备10操作期间的电压脉冲加热该材料时诱发的热应力。通过有策略地选择材料中的粘合剂聚合物和/或填料量，该材料的交联度或硬化度，可以控制过压状态下材料中的应力，从而产生该材料在导通和断路状态间的预期切换特性。一般而言，该设备经受的应力越大，其中该应力与该材料成分中的粘合剂聚合物和填料量相关，就降低了该材料从断路状态变化到导通状态的电压。因此，可以提供对过压脉冲具有不同敏感性的设备10。
为了得到对高电压瞬态脉冲的较强忍耐力，在材料配制过程中，可以向该填料添加抗漏电材料，例如混有聚合物如硅酮的氧化铁。通过改变配方中抗漏电材料的量，可以相应地改变设备10在过压状态下的绝缘特性和抗漏电特性。
人们相信上述配方和方法相对于已知的可变阻抗材料配方，可以以较低的成本，较小的难度，以及降低的处理时间为设备10提供一贯的可变阻抗材料。如先前所述的这种配方，可以生产出这样的材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。仅仅作为例子，当以上述方式使用设备10时，设备10具有大约100到300V的触发电压，该触发电压使得该材料从高阻抗状态变化到低阻抗状态，在约20到约40V的瞬态电压脉冲现象期间产生钳位电压，在正常操作条件下展示小于1nA左右的漏泄电流，并且该材料可以抵挡住大约1000瞬态电压或脉冲现象。
尽管已经描述了可以在设备10中使用的示范性可变阻抗材料，但可以理解的是，也可以使用根据其他公知方法制造的其他已知可变阻抗材料，同时仍然能至少够获得本发明的某些优点。类似地，尽管已经描述了使用根据方法210生产的可变阻抗材料的示范性瞬态电压抑制设备，但得以公认的是，该可变阻抗材料也可以用于其他类型的瞬态电压保护设备中。因此，前述描述仅仅是为了说明性目的而提供，并不意图将设备10限制为使用任何特定的可变阻抗材料，或者将可变阻抗材料限制为用于任何特定的设备。
图8是根据本发明另一示范性实施例的，瞬态电压抑制设备300的另一实施例的透视图。人们同样相信能够以比常规瞬态电压抑制设备更低的成本，来制造瞬态电压抑制设备300，同时提供更高的产品合格率。
瞬态电压抑制设备300可以具有如下详细描述的分层构造，并且包括电极302，如以下所进行的说明，它限定出在许多介电层304中封入的导电通路。如图8所示，瞬态电压抑制设备300可以具有芯片结构。也就是说，设备300通常可以是矩形形状，并且包含宽度W，长度L和高度H，适用于当占用很小空间时，将设备300表面安装到印刷电路板上。例如，L可以近似为0.040至0.060英寸，而W可以近似为0.020至0.030英寸，从而该瞬态电压抑制设备在电路板上占据与其他电子芯片部件大体相同的面积，该其他电子芯片部件包括但不限于芯片保险丝，芯片电阻器，以及本领域技术人员可以理解的类似器件。H近似等于用来制造瞬态电压抑制设备10的各种层302和304的组合厚度。需要注意的是，H远远小于L和W，以便保持瞬态电压抑制设备300的低矮轮廓。然而，得以公认的是设备10的实际尺寸可以由此处阐释的说明性尺寸变为更大或更小的尺寸，包括大于一英寸的尺寸，而不会脱离本发明的范围。
图9是瞬态电压抑制设备300在散装制造组件中的分解视图。具体而言，在示范性实施例中，瞬态电压抑制设备300可以基本上由四层构成，包括夹在第一和第二介电层306，308中间的电极302，以及覆于第二介电层308之上的第三介电层310。
电极层302是电铸成型的，3-20微米厚的铜箔或镍箔，它独立于第一和第二介电层306和308来制造和形成，其优点已经在上文中进行了描述，尽管应当理解，根据需要可以根据代替电铸成型技术的其他已知技术来形成电极层302。此外，其他金属、导电合成物和合金同样也可以用来形成电极层302。
将电极层302形成多个元件，每一个均具有大写字母I的形状，它具有较宽的锚形部分311和312，以及在锚形部分311和312之间延伸的相对窄的通路部分314，从而限定出第一和第二介电层306和308之间的导电通路。在示范性实施例中几个微米左右的微小间隙316，切断通过通路部分314的导电通路，并且以如下所解说的方式，将可变阻抗材料320涂敷于间隙316上，以便互连电极302的通路部分314。将电极间隙316整体上形成图像铸件，从而与已经存在或预先形成的间隙316一起来电镀该电铸成型电极，由此消除了形成间隙316的分离制造步骤，同时消除了相关成本和困难。如图9所示，间隙316可以形成在电极通路部分314的中央，或者根据需要，也可以形成在电极302内的其他地方。尽管在图9中图示了一种特定形状的电极层302，但是应当理解在其他实施例中，同样还可以使用各种其他形状的电极层302形状。
尽管人们相信在某种意义上与第一和第二介电层306，308分离且截然不同地电铸成型电极层302是有利的，但是应当理解，电极层302也可以替代地用其他方法形成，同时仍然能够获得本发明的某些优点。例如，电极层302可以是根据已知技术涂敷于第一介电层306上的电解沉积金属箔，这些已知技术包括其他的添加技术如丝网印刷和沉积技术，以及减法技术例如化学蚀刻法及本领域公知的类似技术。
第一介电层306位于电极层302之下，并且包括位于电极层302的锚形部分311，312之下的圆形端子开口330，更具体而言，该端子开口330与电极层302中的间隙316间隔开。用导电金属如铜来填充该端子开口330，以便最好如图11所示，提供直接啮合，并且与电极锚形部分311，312的较大平面毗邻接触的表面安装垫端子。
得以公认的是，至少本发明的某些优点可以通过使用代替表面安装垫端子340的其他端子结构来实现，该表面安装垫端子340用于将瞬态电压抑制设备300连接至电子电路。因此举例来说，根据需求或根据需要，可以使用触点引线(即电线端子)，卷绕端子，浸渍金属化端子，城堡型触点及其类似物。
回头参阅图9，第二介电层308覆于电极层302之上，并且包括覆于电极层通路部分314的一部分之上的圆形开口350，以及特别是电极层302的间隙316。因而，电极层302中的通路部分314暴露于开口350内电极间隙316的附近。第二介电层308中的相应开口350暴露该电极中的间隙316，并且在该间隙316上面限定出一收容器，以便注入可变阻抗材料320(图11中也示出)。也就是说，开口350为可变阻抗材料320提供限制的位置，从而可以确保可变阻抗材料基本上包裹该间隙316，并充满该间隙316以确保设备300的适当操作。然而，第三介电层310是实心的，并且不具有电极层间隙316附近的开口。
在说明性实施例中，第一和第二介电层306，308均由市场上可买到的聚酰亚胺电介膜制成，该电介膜包括粘性膜，以便将所述层相互紧固到一起，并紧固到电极层302上。作为一个例子，第一介电层306可以是市场上可买到的2密耳聚酰亚胺膜，而第二介电层308可以是市场上可买到的5密耳聚酰亚胺膜。
然而，人们可以理解，在替代实施例中，可以使用其他合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)，此外可以在第一和第二介电层306和308中使用无粘性的材料。
第三介电层310覆于第二介电层308之上，并且包括其中没有开口的连续表面360。第三介电层310的连续表面360封闭第二介电层308中的开口350，并且密封可变阻抗材料320和电极间隙316。
在说明性实施例中，第三介电层310由聚酰亚胺电介膜制成。然而，人们可以理解在替代实施例中，可以使用其他合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)，包括代替聚酰亚胺电介膜的环氧涂层。
当堆叠层302，306，308和310，并且将各层与其中的可变阻抗材料320紧固在一起时，如图10所示，在第一介电层的端子开口330中形成垫340。图10还示意性地图示了电极层302，以及用来将装配好的层分切为分离设备300的切割线380和382。
一旦建造好，设备300就基本上类似于上述设备10来运行。
为了描述用来制造瞬态电压抑制设备300的示范性制造过程，根据下述表格来查阅瞬态电压抑制设备300的介电层： 过程层 图2的层 图9的参考标记 1 第一介电层 306 2 第二介电层 308 3 第三介电层 310
使用这些标引，图12是瞬态电压抑制设备300的示范性制造方法400的流程图。
例如通过前述电铸成型过程，或者另一本领域公知的形成过程，独立于各介电层来形成402电极层，并且将第1层和第2层，以及在第1层和第2层之间延伸的电极层相互层压404到一起。因此，形成一个组件，其中在第2层的开口350内暴露电极通路部分314和电极间隙316，并且所述电极通路部分314和电极间隙316可以进入到第2层的开口350以内，并且在第1层的端子开口330内暴露所述电极层的锚形部分311，312。
在与锚形部分311，312接触的第1层开口内，电镀406表面安装垫，并将可变阻抗材料320注入到第2层的开口中，以便基本上包裹电极通路部分314和充满间隙316。该可变阻抗材料可以与上述可变阻抗材料70相同，也可以不同。
接下来以公知的方式，倘若聚酰亚胺材料用于第3层的话通过如层压过程，或如果环氧材料用于第3层的话通过涂敷和塑化，将第3层涂敷408到第2层上。第3层封闭第2层的开口，并密封其中的可变阻抗材料。
最后，沿着图10所示的切割线，将单个部件或设备300彼此分离或分切开。尽管如同所述，以薄板形式共同地制造瞬态电压抑制设备300，然后再分离或分切410为单独的设备300，但是根据需要也可以单独制造设备300。可以通过分批生产过程，或者通过滚动层压过程以便在最少的时间内制造出大量的瞬态电压抑制设备的连续滚动过程，来形成设备300。
可以预料的是，在不偏离上述基本方法的前提下，可以制造更多或更少的层并将其装配成设备300。尤其是当在第1层和第2层中预先形成开口330和350时，可以在相对短的时间段内，并且以与上述方法100相比数目减少的步骤完成方法400。
使用上述方法，可以在使用相对便宜的公知技术和方法的分批生产过程中，使用低成本的，可以广泛获得的材料有效地形成瞬态电压抑制设备。另外，与常规瞬态电压抑制设备的建造相比，该方法还能够在更少的制造步骤中提供更好的过程控制。因而，可以以较低的成本获得较高的生产量。
图13和14图示了瞬态电压抑制设备500的另一实施例，它本质上是关于图1-6的四个上述设备10的组合。因此，在所示实施例中，设备500提供四个以直列式排列的设备10，它们可以彼此并联地连接至电子电路。尽管在图13中显示在设备500中集成了四个设备10，但是可以理解，可以在设备500中配备更多或更少的设备10。
基本上可以如上所述来建造设备500，通过对切割线的适当修改，从而形成代替分离设备10的直列式设备500。如图14所示，分别在第一和第二介电层22，20的开口44，40内暴露电极通路部分34和间隙36。因此可以简化可变阻抗材料的注入，并且由于上述原因，与已知设备相比能够以较低的成本，较高的产量来制造设备500。
关于图8-11的上述设备300的直列式组合，同样可以根据上述方法来提供，通过对切割线进行修改，从而形成代替单一或分离设备的直列式设备。
尽管已经依据各个特定实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员能够明白，本发明可以通过权利要求精神和范围之内的修改来实施。
瞬态电压抑制设备10可以具有如下详细描述的分层构造，并且包括电极12，如以下所进行的说明，其限定出在许多介电层14中封入的导电通路。电极12包括切断该导电通路的间隙(在图1中未示出)，以及在该间隙中提供如下所述的可变阻抗材料。该可变阻抗材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。
电极12在电学上延伸于表面安装端子16之间，并且与表面安装端子16具有导电的关联。在使用中，将端子16耦合至印刷电路板(未示出)的导体，端子，接触垫，或电路端子。更具体而言，端子16中的一个可以耦合至信号导体，而端子16的另一个可以耦合至接地导体。当流过信号导体的电压和/或电流低于预定阈值时，可变阻抗材料处于高电阻状态(在这里有时称作“断路状态”)，在这种状态下基本上没有电流流过该电极间隙中的可变阻抗材料。因此，在断开状态下，在信号导体未接地期间，基本上没有电流跨过端子16之间的电极进行传送。
当流过信号导体的电压和/或电流接近预定阈值时，随着上述设备10中所用可变阻抗材料的特性变化，该可变阻抗材料切换到低电阻状态(在这里称作“导通状态”)。也就是说，可变阻抗材料的电特性将会发生变化，从而如果不是全部，电流的大部分都流过该电极间隙中的可变阻抗材料，并且该电流还在端子16间向大地流动。因而，信号导体所经受的脉冲电压或瞬态电压可以分散到接地导体，并且与该脉冲有关的电压能够在该脉冲持续期间钳制在相对低的值。在电压或电流脉冲过后，可变阻抗材料恢复并返回到其高阻抗状态。从而，在脉冲终止之后不久，该信号导体和相关电路就可以继续正常的操作。这样，就保护了与信号导体相关的电路，而基本上不会切断受到影响的电路。因此，提供了对连接至该设备的电路的瞬态电压和冲击电压保护。
在说明性实施例中，瞬态电压抑制设备10可以具有芯片结构。也就是说，设备10通常可以是矩形形状，并且包含宽度W，长度L和高度H，适用于当占用很小空间时，将设备10表面安装到印刷电路板上。例如，L可以近似为0.040至0.060英寸，而W可以近似为0.020至0.030英寸，从而该瞬态电压抑制设备在电路板上占据与其他电子芯片部件大体相同的面积，该其他电子芯片部件包括但不限于芯片保险丝，芯片电阻器，以及本领域技术人员能够理解的类似器件。H近似一直到用来构成瞬态电压抑制设备10的各种层12和14的组合厚度。需要注意的是，H远远小于L和W，以便保持瞬态电压抑制设备10的低矮轮廓。然而，得以公认的是设备10的实际尺寸可以由此处阐释的说明性尺寸变为更大或更小的尺寸，包括大于一英寸的尺寸，而不会脱离本发明的范围。
图2是图示了在瞬态电压抑制设备10的制造中所用各种层12，14的，瞬态电压抑制设备10的分解透视图。具体而言，在示范性实施例中，瞬态电压抑制设备10可以基本上由六层构成，包括夹在第一和第二介电层20，22中间的电极12，第一和第二介电层20，22依次又夹在第三和第四介电层24，26中间。第五介电层28覆于第三介电层24之上。正如以下所理解的，介电层20，22，24，26和28在设备10中均用作截然不同的目的，而用来制造这些层的材料也相应地彼此不同。
与已知的瞬态电压抑制设备不同，该电极12是电铸成型的，3-20微米厚的镍箔，它独立于第一和第二介电层20和22来制造和形成。具体而言，在说明性实施例中，根据已知的添加过程，如电铸成型过程来制造电极12，该过程对预期形状的电极层进行电镀，并且在涂有光敏抗蚀剂的衬底(未示出)上浇铸一个负像。随后在该负像铸件上镀上一层很薄的金属，例如镍，然后将电镀层从该铸件上剥离，成为在第一和第二介电层20和22之间延伸的自立式箔片。尽管人们相信当从铸件上剥离时，镍对于其结构强度来说是有利的，但是可以考虑在本发明的另一实施例中，其他金属、导电合成物和合金同样也可以用来形成电极。
如图2所示，将电极12形成大写字母I的形状，它具有较宽的锚形部分30和32，以及在锚形部分30和32之间延伸的相对窄的通路部分34，从而限定出第一和第二介电层20和22之间的导电通路。在示范性实施例中几个微米左右的微小间隙36，切断通过通路部分34的导电通路，并且以如下所解说的方式，将可变阻抗材料(图2中未示出)涂敷于间隙36上，以便互连电极12的通路部分34。同样，将端子开口38形成锚形部分30，32的末端，以便如下所解说的，提供电极12到电路板的电连接。较宽的锚形部分适应于开口38形成的制造容限。
需要注意的是，将电极间隙36整体上形成图像铸件，从而与已经存在或预先形成的间隙36一起来电镀该电铸成型电极。也就是说，通过在电铸成型过程中与电极12同时地形成间隙，从而避免形成间隙36的分离制造步骤，并避免这样做的相关成本和困难。如图2所示，间隙36可以形成在电极12的中央，或者根据需要，也可以形成在电极12内的其他地方。尽管在图2中图示了一种特定形状的电极12，但是应当理解在其他实施例中，同样还可以使用各种其他形状的电极12形状。
与已知瞬态电压抑制设备的建造相比，电极12的分离和独立形成也能够带来其他优点。例如，当建造瞬态电压抑制设备10时，电极12的分离和独立形成允许在控制上，以及该电极层相对于介电层20，22，24，26和28位置上获得更高的精确度。与已知这种设备的蚀刻过程相比，电极12的独立形成允许对导电通路相对于第一和第二介电层20，22的形状进行更好的控制。尽管蚀刻有助于产生从前形成的导电通路的倾斜或偏斜的侧边，但是使用电铸成型过程可能获得基本上垂直的侧边，从而为所制造设备10的触发电压，钳位电压，和漏泄电流特性提供更多可重复的性能。另外，电极的分离和独立形成还使得电极在垂直维度上(如，垂直于介电层)具有变化的厚度，以便产生能够改变性能特性的电极12垂直剖面或垂直轮廓线。此外，在分离和独立形成过程中可以使用多种金属或金属合金，同样用以改变该设备的性能特性。
尽管人们相信在某种意义上与第一和第二介电层20，22分离且截然不同地电铸成型电极12是有利的，但是应当理解，电极12也可以替代地用其他方法形成，同时仍然能够获得本发明的某些优点。例如，电极12可以是根据已知技术涂敷于第一介电层20上的电解沉积金属箔，这些已知技术包括其他的添加技术，如丝网印刷和沉积技术，以及减法技术例如化学蚀刻法及本领域公知的类似技术。
第一介电层20位于电极12之下，并且包括位于通路部分34的一部分之下的圆形开口40，以及包括特别是电极12的间隙36。将端子开口42形成第一介电层20的任一端。类似地，第二介电层22覆于电极12之上，并且包括覆于通路部分34的一部分之上的圆形开口44，以及包括特别是电极12的间隙36。将端子开口46形成第二介电层22的任一端。
且需要注意的是，在示范性实施例中，在间隙36的附近，电极12的通路部分34不接触第一和第二介电层20，22中任一个的表面。第一和第二介电层20，22中的相应开口40，44暴露该电极中的间隙36，并且在电极间隙36上面或下面限定出一收容器，以便注入可变阻抗材料。也就是说，开口40，44在设备10中为可变阻抗材料提供限制位置，从而可以确保可变阻抗材料基本上包裹并充满该间隙36，以确保设备10的适当操作。
尽管在第一和第二介电层20，22中图示了圆形开口40，44，但是应该认识到根据需要，在另一实施例中也可以使用其他形状来形成开口。
在说明性实施例中，第一和第二介电层20，22均由市场上可买到的50微米厚的聚酰亚胺电介膜制成，该电介膜包括4微米的粘性膜，以便将所述层相互紧固到一起，并紧固到电极12上。然而，得以公认的是在替代实施例中，可以使用其他的尺寸，此外还可以考虑可以使用合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)。同样公认的是，可以在第一和第二介电层20和22中使用无粘性的材料。
第三介电层24覆于第二介电层22之上，并且包括在第三介电层24相对两端的端子开口52之间延伸的连续表面50。类似地，第四介电层26位于第一介电层20之下，并且包括在第四介电层26相对两端的端子开口56之间延伸的连续表面54。第三和第四介电层24，26的相应连续表面50，54封闭第一和第二介电层20，22中的开口40，44，并且密封该电极的可变阻抗材料和间隙36。
在说明性实施例中，第三和第四介电层24，26均由聚酰亚胺电介膜制成。在一个示范性实施例中，第三介电层24可以是50微米厚的聚酰亚胺电介膜，该电介膜包括4微米的粘性膜，以便将所述层相互紧固到一起；而第四介电层可以是25微米厚的聚酰亚胺电介膜，该电介膜包括18微米的铜薄片。然而，得以公认的是在替代实施例中，可以使用其他尺寸的材料，并且得以公认的是，还可以使用其他合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)。还可以考虑到可以在第三和第四介电层24和26中使用无粘性的材料。
第五介电层28覆于第三介电层24之上，并且在示范性实施例中可以是25微米厚的聚酰亚胺电介膜，该电介膜包括18微米的铜薄片。它包含以公知方式在其一个表面上形成的表面安装垫60。端子垫60包括端子开口62。第四介电层26也包括表面安装垫64，而每个垫64均包括端子开口66。在示范性实施例中，第四和第五介电层26，28是铜包层的聚酰亚胺薄片，并且将铜从所述层上蚀刻掉以形成表面安装垫60，62。然而，应当理解，垫60，62可以替代地以其他公知方式来形成，例如使用电铸成型、印刷、或沉积技术。
当层12，20，22，24，26和28堆叠时，将各层的端子开口相互对准，并且在其直立面80(图5)上用导电材料如铜来金属化端子开口的内表面，以便接通表面安装垫60，64与电极12的锚形部分30，32较小表面之间的导电通路。换句话说，金属化表面80基本上垂直于电极12的较大表平面来延伸，并且与锚形部分30，32的直立端面(较小表面)相切。从而，在设备10的末端上配备城堡型的接触端子。
还得以公认的是，至少本发明的某些优点可以通过使用代替城堡型触点的其他端子结构来实现，该城堡型触点用于将瞬态电压抑制设备10连接至电子电路。因此举例来说，根据需求或根据需要，可以使用触点引线(即电线端子)，卷绕端子，浸渍金属化端子及其类似物。
为了描述用来制造瞬态电压抑制设备10的示范性制造过程，根据下述表格来查阅瞬态电压抑制设备10的介电层： 过程层 图2的层 图2的参考标记 1 第一介电层 20 2 第二介电层 22 3 第三介电层 24 4 第四介电层 26 5 第五介电层 28
使用这些标引，图3是瞬态电压抑制设备10(图1和2所示)的示范性制造方法100的流程图。
根据上述技术或本领域公知技术中的任意一种，在第4层和第5层上形成102表面安装垫，并且在如下所解说的设备装配之前，形成104在第1层和第2层中的开口。例如通过前述电铸成型过程，独立于所述介电层形成105电极12。
将第1层，第2层和第4层，以及在第1层和第2层之间延伸的电极12，和封闭第4层中开口40的第4层相互层压106到一起。因此，如图4所示，形成一个组件，其中在第2层的开口44内暴露电极通路部分34和电极间隙36，并且所述电极通路部分34和电极间隙36可以进入到第2层的开口44以内，同时第4层封闭第1层中靠近电极间隙36的开口40。接下来，将可变阻抗材料70(图5a)注入107到开口44中，并充满第2层开口44与第1层开口40中的每一个，从而在电极通路部分34和间隙36上面和下面用可变阻抗材料70，基本上包裹电极通路部分34和电极间隙36，同时基本上用可变阻抗材料70充满该间隙36。
将第3层和第5层相互层压108到一起，以形成该设备10的第二组件，并接下来将第二组件层压到由步骤106得到的第一组件上。当第一和第二组件层压到一起时，第二组件封闭第2层的开口44。
接下来，根据例如公知的钻孔过程，形成112穿过所层压的第一和第二组件的端子开口。尽管在说明性实施例中，可以根据至此描述的方法单独地制造瞬态电压抑制设备10，但是如图6所示，以薄板形式共同地制造瞬态电压抑制设备10，然后分离或分切114为单独的设备10，其中在大型面板的材料上形成包括间隙36在内的多个电极12，和带有模型轮廓的开口44和端子开口120。另外，如图6所能看出的，该电极的锚形部分30，32包括锚栓孔122，该锚栓孔用来定位电极12相对于第1层和第2层的位置，并用来将电极12保持在第1层和第2层之间。可以沿着交叉切割线124和126移动切割工具，来分切设备10。
可以通过分批生产过程，或者通过滚动层压过程以便在最少的时间内制造出大量的瞬态电压抑制设备的连续滚动过程，来形成设备10。
在设备的分切114之前或之后，将端子开口在其直立面80(图5)上进行电镀或另外的金属化116，以便完成图1所示的端子16。
可以预料的是，在不偏离上述基本方法的前提下，可以制造更多或更少的层并将其装配成设备10。使用上述方法，可以在使用相对便宜的公知技术和方法的分批生产过程中，使用低成本的、可以广泛获得的材料有效地形成瞬态电压抑制设备。另外，与常规瞬态电压抑制设备的建造相比，该方法还能够在更少的制造步骤中提供更好的过程控制。因而，可以以较低的成本获得较高的生产量。
在示范性实施例中，可变阻抗材料70可以按照下述成分来配制：导电粒子例如铝粒子，溶剂例如甲基n-戊基酮(MnAK)，聚合体材料的粘合剂例如氟硅酮橡胶，绝缘粒子例如氧化铝，包括电弧淬熄材料的填料例如硫酸钡，和绝缘隔离片粒子例如球形硼硅酸盐粉料。根据图7所示的方法200对各成分进行如下处理，以配制可变阻抗材料。
可以用绝缘材料如气相二氧化硅来预涂敷202导电粒子，并且最好是在例如行星式搅拌器中将该溶剂和氟硅酮橡胶预先混合204约24小时，以便提供溶剂化橡胶。然后将该溶剂化橡胶与预涂敷的导电粒子，包含电弧淬熄粒子的填料粒子、绝缘隔离片粒子和绝缘粒子一起，在诸如架空或珠子研磨机的搅拌机中混合206约0.5小时。在混合之后，该混合物可以任意地翻滚208例如大约24小时。接下来，可以对材料进行硬化210，并保存起来以便用于制造瞬态电压抑制设备10。
优选地，可变阻抗材料70包括重量不大于5％的有机材料，从而实际上基本上没有有机材料。同样，导电粒子对橡胶的体积百分比最好是在约0.5至约2.0之间，更确切地在约0.75到约1.5。
可以改变可变阻抗材料70中粘合剂聚合体和/或填料量的选择，或者该材料的交联度或硬化度，从而改变该材料的张力性能，并影响该材料中当由于设备10操作期间的电压脉冲加热该材料时诱发的热应力。通过有策略地选择材料中的粘合剂聚合物和/或填料量，该材料的交联度或硬化度，可以控制过压状态下材料中的应力，从而产生该材料在导通和断路状态间的预期切换特性。一般而言，该设备经受的应力越大，其中该应力与该材料成分中的粘合剂聚合物和填料量相关，就降低了该材料从断路状态变化到导通状态的电压。因此，可以提供对过压脉冲具有不同敏感性的设备10。
为了得到对高电压瞬态脉冲的较强忍耐力，在材料配制过程中，可以向该填料添加抗漏电材料，例如混有聚合物如硅酮的氧化铁。通过改变配方中抗漏电材料的量，可以相应地改变设备10在过压状态下的绝缘特性和抗漏电特性。
人们相信上述配方和方法相对于已知的可变阻抗材料配方，可以以较低的成本，较小的难度，以及降低的处理时间为设备10提供一贯的可变阻抗材料。如先前所述的这种配方，可以生产出这样的材料，当经受一直到预定阈值的电压和/或电流时展示相对高的阻抗，而当经受超出该预定阈值的电压和/或电流时展示相对低的阻抗。仅仅作为例子，当以上述方式使用设备10时，设备10具有大约100到300V的触发电压，该触发电压使得该材料从高阻抗状态变化到低阻抗状态，在约20到约40V的瞬态电压脉冲现象期间产生钳位电压，在正常操作条件下展示小于1nA左右的漏泄电流，并且该材料可以抵挡住大约1000瞬态电压或脉冲现象。
尽管已经描述了可以在设备10中使用的示范性可变阻抗材料，但可以理解的是，也可以使用根据其他公知方法制造的其他已知可变阻抗材料，同时仍然能至少够获得本发明的某些优点。类似地，尽管已经描述了使用根据方法210生产的可变阻抗材料的示范性瞬态电压抑制设备，但得以公认的是，该可变阻抗材料也可以用于其他类型的瞬态电压保护设备中。因此，前述描述仅仅是为了说明性目的而提供，并不意图将设备10限制为使用任何特定的可变阻抗材料，或者将可变阻抗材料限制为用于任何特定的设备。
图8是根据本发明另一示范性实施例的，瞬态电压抑制设备300的另一实施例的透视图。人们同样相信能够以比常规瞬态电压抑制设备更低的成本，来制造瞬态电压抑制设备300，同时提供更高的产品合格率。
瞬态电压抑制设备300可以具有如下详细描述的分层构造，并且包括电极302，如以下所进行的说明，它限定出在许多介电层304中封入的导电通路。如图8所示，瞬态电压抑制设备300可以具有芯片结构。也就是说，设备300通常可以是矩形形状，并且包含宽度W，长度L和高度H，适用于当占用很小空间时，将设备300表面安装到印刷电路板上。例如，L可以近似为0.040至0.060英寸，而W可以近似为0.020至0.030英寸，从而该瞬态电压抑制设备在电路板上占据与其他电子芯片部件大体相同的面积，该其他电子芯片部件包括但不限于芯片保险丝，芯片电阻器，以及本领域技术人员可以理解的类似器件。H近似等于用来制造瞬态电压抑制设备10的各种层302和304的组合厚度。需要注意的是，H远远小于L和W，以便保持瞬态电压抑制设备300的低矮轮廓。然而，得以公认的是设备10的实际尺寸可以由此处阐释的说明性尺寸变为更大或更小的尺寸，包括大于一英寸的尺寸，而不会脱离本发明的范围。
图9是瞬态电压抑制设备300在散装制造组件中的分解视图。具体而言，在示范性实施例中，瞬态电压抑制设备300可以基本上由四层构成，包括夹在第一和第二介电层306，308中间的电极302，以及覆于第二介电层308之上的第三介电层310。
电极层302是电铸成型的，3-20微米厚的铜箔或镍箔，它独立于第一和第二介电层306和308来制造和形成，其优点已经在上文中进行了描述，尽管应当理解，根据需要可以根据代替电铸成型技术的其他已知技术来形成电极层302。此外，其他金属、导电合成物和合金同样也可以用来形成电极层302。
将电极层302形成多个元件，每一个均具有大写字母I的形状，它具有较宽的锚形部分311和312，以及在锚形部分311和312之间延伸的相对窄的通路部分314，从而限定出第一和第二介电层306和308之间的导电通路。在示范性实施例中几个微米左右的微小间隙316，切断通过通路部分314的导电通路，并且以如下所解说的方式，将可变阻抗材料320涂敷于间隙316上，以便互连电极302的通路部分314。将电极间隙316整体上形成图像铸件，从而与已经存在或预先形成的间隙316一起来电镀该电铸成型电极，由此消除了形成间隙316的分离制造步骤，同时消除了相关成本和困难。如图9所示，间隙316可以形成在电极通路部分314的中央，或者根据需要，也可以形成在电极302内的其他地方。尽管在图9中图示了一种特定形状的电极层302，但是应当理解在其他实施例中，同样还可以使用各种其他形状的电极层302形状。
尽管人们相信在某种意义上与第一和第二介电层306，308分离且截然不同地电铸成型电极层302是有利的，但是应当理解，电极层302也可以替代地用其他方法形成，同时仍然能够获得本发明的某些优点。例如，电极层302可以是根据已知技术涂敷于第一介电层306上的电解沉积金属箔，这些已知技术包括其他的添加技术如丝网印刷和沉积技术，以及减法技术例如化学蚀刻法及本领域公知的类似技术。
第一介电层306位于电极层302之下，并且包括位于电极层302的锚形部分311，312之下的圆形端子开口330，更具体而言，该端子开口330与电极层302中的间隙316间隔开。用导电金属如铜来填充该端子开口330，以便最好如图11所示，提供直接啮合，并且与电极锚形部分311，312的较大平面毗邻接触的表面安装垫端子。
得以公认的是，至少本发明的某些优点可以通过使用代替表面安装垫端子340的其他端子结构来实现，该表面安装垫端子340用于将瞬态电压抑制设备300连接至电子电路。因此举例来说，根据需求或根据需要，可以使用触点引线(即电线端子)，卷绕端子，浸渍金属化端子，城堡型触点及其类似物。
回头参阅图9，第二介电层308覆于电极层302之上，并且包括覆于电极层通路部分314的一部分之上的圆形开口350，以及特别是电极层302的间隙316。因而，电极层302中的通路部分314暴露于开口350内电极间隙316的附近。第二介电层308中的相应开口350暴露该电极中的间隙316，并且在该间隙316上面限定出一收容器，以便注入可变阻抗材料320(图11中也示出)。也就是说，开口350为可变阻抗材料320提供限制的位置，从而可以确保可变阻抗材料基本上包裹该间隙316，并充满该间隙316以确保设备300的适当操作。然而，第三介电层310是实心的，并且不具有电极层间隙316附近的开口。
在说明性实施例中，第一和第二介电层306，308均由市场上可买到的聚酰亚胺电介膜制成，该电介膜包括粘性膜，以便将所述层相互紧固到一起，并紧固到电极层302上。作为一个例子，第一介电层306可以是市场上可买到的2密耳聚酰亚胺膜，而第二介电层308可以是市场上可买到的5密耳聚酰亚胺膜。
然而，人们可以理解，在替代实施例中，可以使用其他合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)，此外可以在第一和第二介电层306和308中使用无粘性的材料。
第三介电层310覆于第二介电层308之上，并且包括其中没有开口的连续表面360。第三介电层310的连续表面360封闭第二介电层308中的开口350，并且密封可变阻抗材料320和电极间隙316。
在说明性实施例中，第三介电层310由聚酰亚胺电介膜制成。然而，人们可以理解在替代实施例中，可以使用其他合适的介电材料和绝缘材料(聚酰亚胺和非聚酰亚胺)，包括代替聚酰亚胺电介膜的环氧涂层。
当堆叠层302，306，308和310，并且将各层与其中的可变阻抗材料320紧固在一起时，如图10所示，在第一介电层的端子开口330中形成垫340。图10还示意性地图示了电极层302，以及用来将装配好的层分切为分离设备300的切割线380和382。
一旦建造好，设备300就基本上类似于上述设备10来运行。
为了描述用来制造瞬态电压抑制设备300的示范性制造过程，根据下述表格来查阅瞬态电压抑制设备300的介电层： 过程层 图2的层 图9的参考标记 1 第一介电层 306 2 第二介电层 308 3 第三介电层 310
使用这些标引，图12是瞬态电压抑制设备300的示范性制造方法400的流程图。
例如通过前述电铸成型过程，或者另一本领域公知的形成过程，独立于各介电层来形成402电极层，并且将第1层和第2层，以及在第1层和第2层之间延伸的电极层相互层压404到一起。因此，形成一个组件，其中在第2层的开口350内暴露电极通路部分314和电极间隙316，并且所述电极通路部分314和电极间隙316可以进入到第2层的开口350以内，并且在第1层的端子开口330内暴露所述电极层的锚形部分311，312。
在与锚形部分311，312接触的第1层开口内，电镀406表面安装垫，并将可变阻抗材料320注入到第2层的开口中，以便基本上包裹电极通路部分314和充满间隙316。该可变阻抗材料可以与上述可变阻抗材料70相同，也可以不同。
接下来以公知的方式，倘若聚酰亚胺材料用于第3层的话通过如层压过程，或如果环氧材料用于第3层的话通过涂敷和塑化，将第3层涂敷408到第2层上。第3层封闭第2层的开口，并密封其中的可变阻抗材料。
最后，沿着图10所示的切割线，将单个部件或设备300彼此分离或分切开。尽管如同所述，以薄板形式共同地制造瞬态电压抑制设备300，然后再分离或分切410为单独的设备300，但是根据需要也可以单独制造设备300。可以通过分批生产过程，或者通过滚动层压过程以便在最少的时间内制造出大量的瞬态电压抑制设备的连续滚动过程，来形成设备300。
可以预料的是，在不偏离上述基本方法的前提下，可以制造更多或更少的层并将其装配成设备300。尤其是当在第1层和第2层中预先形成开口330和350时，可以在相对短的时间段内，并且以与上述方法100相比数目减少的步骤完成方法400。
使用上述方法，可以在使用相对便宜的公知技术和方法的分批生产过程中，使用低成本的，可以广泛获得的材料有效地形成瞬态电压抑制设备。另外，与常规瞬态电压抑制设备的建造相比，该方法还能够在更少的制造步骤中提供更好的过程控制。因而，可以以较低的成本获得较高的生产量。
图13和14图示了瞬态电压抑制设备500的另一实施例，它本质上是关于图1-6的四个上述设备10的组合。因此，在所示实施例中，设备500提供四个以直列式排列的设备10，它们可以彼此并联地连接至电子电路。尽管在图13中显示在设备500中集成了四个设备10，但是可以理解，可以在设备500中配备更多或更少的设备10。
基本上可以如上所述来建造设备500，通过对切割线的适当修改，从而形成代替分离设备10的直列式设备500。如图14所示，分别在第一和第二介电层22，20的开口44，40内暴露电极通路部分34和间隙36。因此可以简化可变阻抗材料的注入，并且由于上述原因，与已知设备相比能够以较低的成本，较高的产量来制造设备500。
关于图8-11的上述设备300的直列式组合，同样可以根据上述方法来提供，通过对切割线进行修改，从而形成代替单一或分离设备的直列式设备。
尽管已经依据各个特定实施例对本发明进行了描述，但是本领域技术人员能够明白，本发明可以通过权利要求精神和范围之内的修改来实施。