專利名稱：用于電氣元件部分的浪涌保護的小型火花間隙的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電氣浪涌保護裝置，且更確切地說，涉及具有火花間隙的浪涌保護裝置。
背景技術：
寬帶同軸電纜通信網(wǎng)絡(例如CATV網(wǎng)絡)包括安裝到戶外電線桿的各種類型的電子設備。此電子設備經(jīng)受各種類型的天氣條件，包括(例如)雷雨。由于這些通信網(wǎng)絡對社會的重要性，所以它們能夠經(jīng)受得住惡劣的工作條件這一點很重要。
有時，例如由于雷擊，高電壓浪涌可能通過電子元件互連到的同軸電纜而傳輸。如果此高電壓浪涌被允許由互連裝置的輸入或輸出插腳拾取且傳輸?shù)绞占{于其中的電氣裝置，那么由于浪涌導致了電氣元件本質上融化或以其他方式惡化，所述裝置將變得不能工作。接著需要將新的電子裝置安裝在浪涌的位置處。
為了改進通信網(wǎng)絡中的電子元件的可靠性，互連單元通常配備有某一類型的過電壓浪涌保護裝置。IEEE標準C62.41-1991陳述對低電壓電力電路中的浪涌電壓的推薦實踐。并入互連單元中的浪涌保護器可包括(例如)單獨的導電組件，其與輸入信號成鄰近但隔開的關系。如果發(fā)生瞬時、高電壓浪涌，所述組件就會在過電壓浪涌穿過電氣元件前，積累過電壓浪涌并將其放電到接地。然而，此類浪涌保護器的并入較大地增加了制造中的復雜性，且因此，增加了互連單元的成本。另外，如果連接器單元經(jīng)受到高于保護器經(jīng)設計所能應付的電壓浪涌，那么其肯定會需要更換。
因此，本發(fā)明的預期目的和優(yōu)勢在于提供過電壓浪涌保護裝置，其相對于所屬領域的現(xiàn)狀來說，制造起來較廉價。
本發(fā)明的另一目的和優(yōu)勢在于提供過電壓浪涌保護裝置，其可經(jīng)受得住多個浪涌，因此增加了同軸電纜互連裝置的壽命。
本發(fā)明的又一目的和優(yōu)勢在于提供浪涌保護，而同時不會增加電纜互連裝置的整體大小或復雜性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)前述及其他目的和優(yōu)勢，本發(fā)明提供過電壓浪涌保護裝置，其包含印刷電路板，所述印刷電路板具有信號運載導電部件，其中所述信號運載導電部件具有沿其定位的復數(shù)個節(jié)點和沿其定位的敷設到接地的導電部件。信號運載部件上的節(jié)點和接地部件沿共用路徑延伸，其中信號運載節(jié)點中的對應信號運載節(jié)點定位成與接地部件的導電區(qū)域鄰近但隔開的關系。在一個型式中，信號運載部件的節(jié)點的形狀呈三角形的形式，因為此特殊幾何形狀具有積累電壓并對其進行放電的有利能力。
根據(jù)一個型式，過電壓浪涌保護裝置可整體地直接制造到板中，無需將任何附加結構安裝到所述板?？赏ㄟ^移除板上除了由信號運載部件和通向接地的導電部件所假定的那些區(qū)域之外的所有區(qū)域中的導電材料(例如，通過激光燒蝕、化學或光刻蝕刻，或其它常規(guī)制造工藝)，來制造含有涂覆于其上的一層導電材料的電路板襯底。使信號運載部件與接地部件隔離的非導電材料(即空氣)的區(qū)域成為火花間隙。
根據(jù)替代構造，接地傳導部件可沿裝置罩殼的內(nèi)部形成，其可用例如黃銅的導電材料來類似地燒蝕或蝕刻，接地傳導部件與信號傳導部件的節(jié)點對準且由提供火花間隙的非導電材料(例如空氣)隔離開來。在此特殊設計中，可提供浪涌保護，同時優(yōu)化電路板的空間消耗。
節(jié)點(和其形狀)之間的間隔確定電壓電平，火花會在所述電壓電平時產(chǎn)生電路并對電路進行分路。裝置中存在的節(jié)點的數(shù)目將確定裝置將能夠經(jīng)受的過電壓浪涌的數(shù)目。
在操作中，且當信號運載部件的節(jié)點與接地傳導部件的導電區(qū)域之間的相對電壓電位接近預定值時，會越過使節(jié)點與接地部件隔離的間隙產(chǎn)生火花。此火花對從信號運載部件到接地的部件的電壓進行放電，從而對電路進行分路。任何特定火花都可導致對浪涌進行放電的特定節(jié)點惡化。然而，由于裝置具有復數(shù)個對應組的節(jié)點，所以所述裝置(包括電路板)將能夠經(jīng)受得住至少相等數(shù)目的過電壓浪涌。


為了進一步了解本發(fā)明的這些和目標，將參考本發(fā)明的以下詳細描述內(nèi)容，應結合附圖閱讀以下詳細描述內(nèi)容，其中
圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的平面圖；圖2是在本發(fā)明已經(jīng)受到過電壓浪涌后的平面圖；圖3是其中使用本發(fā)明的互連裝置的分解立體圖；圖4是圖3中所說明的互連裝置的縱向橫截面圖；圖5是本發(fā)明第二替代實施例的平面圖；圖6是本發(fā)明第三替代實施例的平面圖；圖7是本發(fā)明第四替代實施例的平面圖；圖8是本發(fā)明第五替代實施例的平面圖；圖9是本發(fā)明第六替代實施例的平面圖；圖10是本發(fā)明第七替代實施例的平面圖；圖11是本發(fā)明第八替代實施例的平面圖；和圖12是根據(jù)本發(fā)明第八替代實施例的裝置的局部立體圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參看圖式，其中在所有圖式中相同參考數(shù)字指代相同的部分，圖1中可見，存在通常由參考數(shù)字10表示的印刷電路板，其用于通常由參考數(shù)字12所示的同軸電纜互連裝置中。電路板10由具有一對平行平面表面的非導電襯底(例如，玻璃纖維的陶瓷襯底)組成，其中一層導電材料(例如銅)涂覆在其至少一個平面表面14上。通常顯示為參考數(shù)字16的一連串電氣元件以常規(guī)方式安裝到板10的任一平面表面。
互連裝置12充當(例如)具有電氣元件16的陷波器，所述電氣元件16包含濾波器，所述濾波器在預定頻率范圍(例如，5-40MHz)內(nèi)具有狹窄通帶響應(pass bandresponse)，所述預定頻率范圍在返回路徑頻譜上具有固定水平的衰減。此類裝置通常用于CATV網(wǎng)絡中。
特別參看圖3和4，互連裝置12包括細長的主體18；后絕緣體20，其同心地安裝在主體18內(nèi)且鄰近其終端定位；非導電(例如橡膠)密封物22，其鄰近絕緣體20定位；導電內(nèi)插腳組合件24(其中容納有導電輸出插腳26)，其同心地延伸穿過絕緣體20和密封物22；電路板10，其一個邊緣電連接到內(nèi)插腳組合件24；導電輸入插腳28，其電連接到電路板10的相反邊緣并從所述相反邊緣向外延伸；前絕緣體30，其同心地圍繞輸入插腳28定位；和螺母32，其螺紋地嚙合主體18并裝納前絕緣體30。在操作中，導電輸入插腳28接收通過同軸電纜(作為通信網(wǎng)絡的一部分)傳輸?shù)男盘?，且在信號已?jīng)由安裝在電路板10的任一平面表面上的電氣元件16調節(jié)后，導電輸出插腳26向信號的目的地發(fā)送信號。
特別參看圖1、2和5，印刷電路板10包括前面提及的電氣元件16，其安裝在至少一個平面表面14上；信號運載輸入部件34，其電連接到輸入插腳28；和信號運載輸出部件36，其電連接到內(nèi)插腳組合件24。信號運載部件34和36優(yōu)選安裝在其另一側上(盡管這些組件可與電氣元件16安裝在同一側上，但將它們安裝在相反側上且用通孔電連接到那里會更節(jié)省空間)。信號運載輸入部件34包含從輸入插腳28延伸到終端節(jié)點38的導電材料，且包括定位在輸入插腳28與終端節(jié)點38之間的復數(shù)個節(jié)點40。輸出部件36包含從終端節(jié)點42延伸到內(nèi)插腳組合件24的導電材料和定位在節(jié)點42與插腳組合件24之間的復數(shù)個節(jié)點44。節(jié)點40和44的形狀優(yōu)選為三角形(圖1和2)，但如本文所注釋，還可為其它幾何形狀。
終端節(jié)點38電連接到電氣元件16，而電氣元件16又電連接到輸出終端節(jié)點42。因此，當通過輸入插腳28接收到低電壓信號(例如，裝置12通常在傳遞100伏AC的電路上操作，RF電平通常在+10dBm與-10dBm之間)時，通過信號運載輸入部件34將信號傳輸?shù)诫娐钒?0上的電氣元件16。接著，電氣元件16適當?shù)卣{節(jié)(例如濾波)所述信號并通過信號運載輸出部件36發(fā)送所述信號。接著經(jīng)由輸出插腳26向信號的最終日的地發(fā)送信號。
根據(jù)此實施例，導電接地部件46還安裝在印刷電路板10上。導電接地部件46包括第一復數(shù)個節(jié)點48，其形狀和數(shù)目對應于節(jié)點40；和第二復數(shù)個節(jié)點50，其形狀和數(shù)目對應于節(jié)點44。節(jié)點48定位成與節(jié)點40中的對應節(jié)點呈鄰近但隔開的關系，從而形成第一復數(shù)個電弧或火花間隙52(每個電弧或火花間隙52都由節(jié)點40和48中的對應節(jié)點來界定)。節(jié)點50定位成與節(jié)點44中的對應節(jié)點呈鄰近但隔開的關系，從而形成第二復數(shù)個電弧或火花間隙54(每個電弧間隙54都由節(jié)點44和50中的對應節(jié)點來界定)。節(jié)點48、40、50和44由它們其形成一部分的各個導電部件的外圍邊緣來界定(且火花在此處積累并從此處放電)。
分別使節(jié)點48與節(jié)點40隔離且使節(jié)點50與節(jié)點44隔離的電弧間隙52和54由非導電材料(例如空氣間隙)組成且通常具有均勻厚度。如果輸入插腳28或輸出插腳26接收到瞬時高電壓浪涌(例如，因為雷擊)，那么電壓會分別傳播到節(jié)點40和44，這時將分別越過電弧間隙52和54產(chǎn)生火花并形成電弧。接著，會通過導電接地部件46將高電壓浪涌接地，從而對電路進行分路并保護所安裝的電氣元件16免受損害。如果沒有對高電壓浪涌進行分路，那么電氣元件16會由于浪涌所產(chǎn)生的熱量而受到損壞。因此，所述裝置包含由火花間隙52和54實施的過電壓浪涌保護能力對于互連裝置12的長期可靠性來說是必要的。
根據(jù)此實施例的火花間隙52和54的厚度優(yōu)選在1與10mil之間。顯然，火花間隙距離越小，會產(chǎn)生火花的電壓電平越低。
如果瞬時高電壓浪涌確實穿過插腳28或26，且火花確實越過節(jié)點40到48或44到50而產(chǎn)生，那么有可能節(jié)點48、50的一部分會惡化或汽化，如圖2中由參考字母V所說明。然而，即使節(jié)點48、50的部分確實惡化，復數(shù)個節(jié)點48、50的剩余部分仍然保持完好。因此，火花間隙52和54提供一可經(jīng)受得住大量過電壓浪涌的過電壓浪涌保護裝置。
節(jié)點40、48、44和50的形狀優(yōu)選為三角形(如圖1和2所說明)，從而形成鋸齒形電弧間隙圖案，因為此幾何形狀看來似乎最有效地積累電壓并對其進行放電。應清楚，如其在圖式和此隨附說明書中所界定，“節(jié)點”指代導電區(qū)域的外圍邊緣幾何部分。還應注意，這些節(jié)點的形狀還可為其它圖案，只要對應節(jié)點之間的間隔小得足以維持火花間隙52、54的有效性(例如，所述間隔可為可變，但優(yōu)選在1到10mil的范圍內(nèi))。舉例來說，對應節(jié)點可為正弦形狀(見圖5)、矩形形狀(見圖6)、任意形狀(見圖7)、具有三角形的對應節(jié)點的矩形形狀(見圖8)、線性且實質上均勻地間隔開(見圖9)、或為線性，其中所述間隔沿其長度而變化(見圖10)。
在形成火花間隙52、54的過程中，如先前所注釋，印刷電路板10在其平面表面中的一者上具備導電材料涂層。接著，通過任何常規(guī)工藝(例如，激光燒蝕、光刻或化學蝕刻或類似工藝)從電路板10的區(qū)域移除導電材料，所述區(qū)域將為非導電區(qū)域，即除了輸入部件34、輸出部件36和接地部件46之外的所有區(qū)域。以此方式形成火花間隙52、54導致間隙與印刷電路板10共平面，從而使用最小空間且不需要將任何附加結構安裝到板10。
應容易明了，本發(fā)明已經(jīng)描述的火花間隙不需要直接單獨蝕刻到印刷電路板10上。參看圖11和12，此處描述了一個替代實施例，其中接地傳導部件形成于互連部件12的主體18中，其中所界定的間隙(例如，空氣間隔)界定于第一導電區(qū)域60與第二導電區(qū)域66之間，所述第一導電區(qū)域60以與上文所述相同的方式在印刷電路板10的平面表面中蝕刻，其中形成有復數(shù)個節(jié)點62，所述第二導電區(qū)域66以類似的方式形成(例如蝕刻、燒蝕等等)于主體18的內(nèi)部上，主體已經(jīng)由例如黃銅的傳導材料制成，從而不必要形成節(jié)點。有利的是，就對互連裝置的浪涌保護來說，前述實施例允許相同的成本節(jié)約，而同時允許印刷電路板10具有用于電氣元件部分的足夠空間。如前面內(nèi)容中所述，形成于第一與第二導電區(qū)域60與66之間的火花間隙64應隔開約1mil到10mil之間，且如前面內(nèi)容中所述，盡管本文根據(jù)此實施例將節(jié)點顯示為具有三角形狀，但可根據(jù)需要或選擇而呈現(xiàn)其它合適的幾何形狀，其中節(jié)點62之間具有變化的或恒定的間隔。
雖然已經(jīng)參考如圖式中所說明的優(yōu)選模式特別顯示并描述了本發(fā)明，但所屬領域的技術人員將了解，可在不脫離由所附權利要求書所界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對本發(fā)明作出各種細節(jié)上的改變。
權利要求
1.一種同軸互連裝置，所述互連裝置包含一主體；一印刷電路板，其具有至少一個其上安裝有一電路的表面；一導電材料的第一信號運載區(qū)域，其位于所述印刷電路板的一表面上，且包括復數(shù)個節(jié)點；和一導電材料的第二接地導電區(qū)域，其位于所述主體的內(nèi)部上，且與所述復數(shù)個節(jié)點成對應隔開關系而鄰近地定位，以便在所述復數(shù)個節(jié)點與所述第二導電區(qū)域之間的空間中界定第一復數(shù)個火花間隙，其中所述火花間隙中的每一者都由一非導電材料制成。
2.根據(jù)權利要求1所述的同軸互連裝置，其中所述復數(shù)個節(jié)點的形狀為三角形。
3.根據(jù)權利要求1所述的同軸互連裝置，其中所述復數(shù)個節(jié)點的形狀為正弦形。
4.根據(jù)權利要求1所述的同軸互連裝置，其中所述第一導電區(qū)域和所述第二導電區(qū)域的所述復數(shù)個節(jié)點隔開約1與10mil之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的同軸互連裝置，其中所述復數(shù)個節(jié)點與所述第二導電區(qū)域之間的間隔可在其之間線性地變化。
6.根據(jù)權利要求1所述的同軸互連裝置，其中所述復數(shù)個節(jié)點與所述第二導電區(qū)域之間的間隔在其之間本質上為恒定的。
7.一種電氣浪涌保護裝置，所述裝置包含一主體；一電路板，其具有一其上安裝有一電路的表面；一導電材料的第一信號運載區(qū)域，其形成于所述電路板的一表面上；和一導電材料的第二接地區(qū)域，其形成于所述主體的內(nèi)部上，導電材料的所述第一區(qū)域包括復數(shù)個節(jié)點，所述復數(shù)個節(jié)點中的每一者都與所述第二導電區(qū)域成隔開關系并與所述第二導電區(qū)域隔離，以便在其之間界定復數(shù)個火花間隙。
8.根據(jù)權利要求7所述的電氣浪涌保護裝置，其中所述復數(shù)個節(jié)點的形狀為三角形。
9.根據(jù)權利要求7所述的電氣浪涌保護裝置，其中所述復數(shù)個節(jié)點的形狀為正弦形。
10.根據(jù)權利要求7所述的電氣浪涌保護裝置，其中所述復數(shù)個節(jié)點與所述第二導電區(qū)域隔開約1與10mil之間。
11.一種用于在一同軸互連裝置中提供電氣浪涌保護的方法，所述互連裝置包括一主體和一設置于所述主體內(nèi)的印刷電路板，所述印刷電路板具有至少一個其上安裝有一電路的表面，所述方法包括以下步驟在所述印刷電路板的一表面上形成一導電材料的第一信號運載區(qū)域，所述信號運載區(qū)域包括復數(shù)個節(jié)點；和在所述主體的內(nèi)部上形成一導電材料的第二接地區(qū)域，其中所述復數(shù)個節(jié)點與導電材料的所述第二接地區(qū)域由一火花間隙隔離，所述火花間隙由一非傳導材料形成。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述非傳導材料為空氣。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述復數(shù)個節(jié)點中的每一者的形狀都為三角形。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述復數(shù)個節(jié)點中的每一者的形狀都為正弦形。
15.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述火花間隙由一約1與10mil之間的間隔來界定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種過電壓浪涌保護裝置，其包括一電路板，所述印刷電路板具有一信號運載導電部件，所述信號運載導電部件具有沿其定位的復數(shù)個節(jié)點，和一沿其定位的敷設到接地的導電部件。所述信號運載部件上的所述節(jié)點和所述接地導電部件中的每一者都沿一共用路徑延伸，所述信號運載節(jié)點中的對應信號運載節(jié)點定位成與所述接地部件鄰近但間隔開的關系，其中敷設到接地的所述導電部件沿圍封所述電路板和所述信號運載導電部件的所述主體的內(nèi)部形成。所述節(jié)點的外圍邊緣積累瞬時高電壓浪涌并對其進行放電。所述節(jié)點可以三角形的形式來定形，因為此特殊幾何形狀具有積累電壓并對其進行放電的有利能力，但所述節(jié)點還可以多種其它幾何形狀來形成。
文檔編號H05K1/02GK1960094SQ200610126199
公開日2007年5月9日 申請日期2006年9月7日 優(yōu)先權日2005年11月4日
發(fā)明者艾哈邁德·布拉克·厄爾琴 申請人:約翰美茲林高協(xié)會公司