FR2726941A1 - INTEGRATED VARISTOR PROTECTION DEVICE OF AN ELECTRONIC COMPONENT AGAINST THE EFFECTS OF AN ELECTRO-MAGNETIC FIELD OR STATIC LOADS - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet un dispositif de protection ("durcissement") d'un composant où d'un circuit électronique, qui est intégré au support du composant, contre les perturbations (tensions) engendrées par un champ électromagnétique extérieur, par exemple effet de l'onde EMP. Dans un mode de réalisation, les connexions (2) du composant (c) à protéger sont reliées les unes aux autres par une structure du type sandwich, comportant une première couche (V1 ) de matériau varistance, une première électrode (7) reliée à un potentiel donné (P), une deuxième couche (V2 ) de matériau varistance et une deuxième électrode (8) reliée à la masse.The object of the invention is a device for protecting ("hardening") a component or an electronic circuit, which is integrated into the support of the component, against disturbances (voltages) generated by an external electromagnetic field, for example effect. of the EMP wave. In one embodiment, the connections (2) of the component (c) to be protected are connected to each other by a sandwich-type structure, comprising a first layer (V1) of varistor material, a first electrode (7) connected to a given potential (P), a second layer (V2) of varistor material and a second electrode (8) connected to ground.
Description
DISPOSITIF INTECRE DE PROTECTION PAR VARISTANCE
D'UN COMPOSANT ELECTRONIQUE CONTRE LES EFFETS D'UN
CHAMP ELECTROMAGNETIQUE OU DE CHARGES STATIQUES
La présente invention a pour objet un dispositif de protection (ou de "durcissement") d'un composant électronique contre les perturbations (tensions) engendrées par un champ électromagnétique extérieur, tel que l'onde dite EMP (initiale de l'expression anglaise
Electro Magnetic Pulse pour impulsion électro-magnétique) due à une désintégration atomique ou nucléaire, ou encore par un champ électrostatique formé par des charges amenées ou crées sur le boîtier, lors de manipulations par exemple.INTECTED VARISTOR PROTECTION DEVICE
OF AN ELECTRONIC COMPONENT AGAINST THE EFFECTS OF A
ELECTROMAGNETIC OR STATIC CHARGE FIELD
The subject of the present invention is a device for protecting (or "hardening") an electronic component against disturbances (voltages) generated by an external electromagnetic field, such as the so-called EMP wave (initial of the English expression).
Electro Magnetic Pulse) due to atomic or nuclear disintegration, or by an electrostatic field formed by charges brought or created on the housing, for example during handling.
Dans la description suivante, on désignera pour simplifier par "composant" tout composant discret ou tout ensemble de composants formant un circuit hybride ou intégré. In the following description, for the sake of simplicity, "component" will denote any discrete component or any set of components forming a hybrid or integrated circuit.
Ainsi qu'il est connu, la présence d'un champ électromagnétique ou électro-statique provoque dans un composant l'apparition de tensions qui, lorsque le champ est très intense, peuvent entrainer le claquage et la destruction des composants. Une protection contre ces tensions parasites est donc nécessaire. Cette protection est d'autant plus difficile à réaliser que, dans certains cas, le champ est susceptible d'apparaître brutalement, avec un temps de montée faible, pouvant atteindre dans certains cas la dizaine de nanosecondes, ce qui est par exemple le cas de l'onde EMP mentionnée cidessus. As is known, the presence of an electromagnetic or electro-static field causes in a component the appearance of voltages which, when the field is very intense, can cause breakdown and destruction of the components. Protection against these parasitic voltages is therefore necessary. This protection is all the more difficult to achieve since, in certain cases, the field is liable to appear suddenly, with a short rise time, which may in some cases reach ten nanoseconds, which is for example the case of the EMP wave mentioned above.
1l est connu de tenter de réaliser une telle protection en enfermant le circuit ou le composant à protéger dans un blindage ou une cage de Faraday. Toutefois, cette protection s'avère insuffisante du fait que ces composants ont nécessairement des connexions électriques avec l'extérieur, connexions qui forment antenne en présence d'un champ extérieur et permettent l'arrivée de charges parasites dans l'élément à protéger. It is known to try to achieve such protection by enclosing the circuit or the component to be protected in a shield or a Faraday cage. However, this protection proves to be insufficient because these components necessarily have electrical connections with the outside, connections which form an antenna in the presence of an external field and allow the arrival of parasitic charges in the element to be protected.
fi est également connu par la demande de brevet francais 81-17293 de drainer les charges parasites vers l'extérieur du composant à l'aide d'une varistance. Selon cette technique, on dispose un matériau varistance sur les connexions du composant vers l'extérieur et, au-dessus de ce matériau varistance, on dépose une électrode reliée à la masse du dispositif. De la sorte, en présence d'une tension supérieure à un certain seuil sur l'une au moins des connexions du composant, le matériau varistance devient conducteur et cette électrode se trouve reliée à la masse, par l'intermédiaire du matériau varistance et de l'électrode supérieure : les charges ainsi crées accidentellement sont drainées vers la masse et ne pénètrent pas dans le composant. fi is also known from French patent application 81-17293 for draining the parasitic charges towards the outside of the component using a varistor. According to this technique, a varistor material is placed on the connections of the component to the outside and, above this varistor material, an electrode connected to the ground of the device is deposited. In this way, in the presence of a voltage greater than a certain threshold on at least one of the component connections, the varistor material becomes conductive and this electrode is connected to ground, via the varistor material and the upper electrode: the charges thus accidentally created are drained to ground and do not penetrate into the component.
Toutefois, cette structure présente une capacité élevée du fait de la valeur élevée de la permittivité des matériaux varistance habituels (à base d'oxyde de zinc); cette inconvénient est d'autant plus critique que les fréquences de fonctionnement des circuits électroniques croissent. Par ailleurs, ainsi qu'il est connu, l'augmentation de la capacité entraîne une augmentation de la diaphonie entre les connexions du composant. However, this structure has a high capacity due to the high value of the permittivity of the usual varistor materials (based on zinc oxide); this drawback is all the more critical as the operating frequencies of the electronic circuits increase. Furthermore, as is known, the increase in capacity results in an increase in crosstalk between the connections of the component.
La présente invention a pour objet un dispositif de protection permettant de drainer les charges parasites vers l'extérieur, au niveau de chacune des connexions du composant protégé, en utilisant un matériau de type varistance dans une structure intégrée au boîtier et telle qu'il n'implique pas l'insertion de capacités trop élevées. The subject of the present invention is a protection device making it possible to drain the parasitic charges towards the outside, at each of the connections of the protected component, by using a varistor type material in a structure integrated into the housing and such that it 'does not involve the insertion of excessively high capacities.
D'autres objets, particularités et résultats de l'invention ressortiront de la description donnée ci-dessous, illustrée par les dessins annexés qui représentent:
- la figure 1, une vue de dessus d'un premier mode de réalisation du dispositif de protection selon l'invention
- la figure 2, une vue en coupe partielle de la figure précédente, selon un axe XX
- la figure 3, une vue de dessus partielle d'une variante de la figure 1;
- la figure 4, une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de protection selon l'invention
- la figure S, une vue en coupe partielle de la figure précédente, selon un axe YY
- la figure 6, une vue en coupe partielle de la figure 4, selon un axe ZZ.Other objects, features and results of the invention will emerge from the description given below, illustrated by the appended drawings which represent:
- Figure 1, a top view of a first embodiment of the protection device according to the invention
- Figure 2, a partial sectional view of the previous figure, along an axis XX
- Figure 3, a partial top view of a variant of Figure 1;
- Figure 4, a top view of a second embodiment of the protection device according to the invention
- Figure S, a partial sectional view of the previous figure, along an axis YY
- Figure 6, a partial sectional view of Figure 4, along an axis ZZ.
Sur ces différentes figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. En outre, pour la clarté de l'exposé,
I'échelle réelle nta pas été respectée.In these different figures, the same references relate to the same elements. Also, for the sake of clarity,
The actual scale was not respected.
La figure 1 représente, vu de dessus, un composant électronique C muni d'une pluralité de plots 1 pour la connexion de ce composant vers l'extérieur. A titre d'exemple, le composant C est représenté monté sur l'embase E d'un boîtier du type "chip carrier" on rappelle qu'un tel boîtier se caractérise essentiellement par l'absence de broches de connexion qui sont remplacées par des plots métalliques, situés sur la face inférieure de l'embase (non visible sur la figure 1). Figure 1 shows, seen from above, an electronic component C provided with a plurality of pads 1 for the connection of this component to the outside. By way of example, the component C is shown mounted on the base E of a box of the "chip carrier" type. It is recalled that such a box is essentially characterized by the absence of connection pins which are replaced by metal studs, located on the underside of the base (not visible in Figure 1).
L'embase E comporte donc classiquement des dépôts conducteurs 2 formant pistes de connexion, s'étendant radialement vers l'extérieur du boîtier et se prolongeant chacune à l'intérieur de demi-trous 6, sur les côtés de l'embase, pour se terminer sur les plots de connexion du boîtier. L'autre extrémité des pistes 2, repérée 21, est reliée par un fil de connexion 5 à un plot 1 du composant C. L'une au moins des pistes, repérée 3, est reliée au potentiel de référence du dispositif (masse). The base E therefore conventionally comprises conductive deposits 2 forming connection tracks, extending radially towards the outside of the housing and each extending inside half-holes 6, on the sides of the base, to terminate on the connection pads of the housing. The other end of the tracks 2, marked 21, is connected by a connection wire 5 to a pad 1 of the component C. At least one of the tracks, marked 3, is connected to the reference potential of the device (ground).
Selon l'invention, L'embase E comporte en outre une électrode 4, sensiblement en forme de cadre ou anneau carré par exemple, déposée sur l'embase E et découpée de telle sorte qu'elle forme avec les extrémités 21 des pistes 2 une structure coplanaire du type peignes interdigités. Les parties de l'électrode 4 s'avançant entre deux extrémités 21 des électrodes 2 sont repérées 41. L'électrode 4 est reliée à la masse par l'intermédiaire de la piste 3. Enfin, le dispositif comporte en outre une couche de matériau varistance V, représentée en traits mixtes et déposée sur les extrémités 21 et 41
Cette configuration est représentée sur la figure 2, qui est une vue en coupe partielle, selon l'axe XX de la figure 1, au droit de l'électrode 4.According to the invention, the base E further comprises an electrode 4, substantially in the form of a square frame or ring for example, deposited on the base E and cut so that it forms with the ends 21 of the tracks 2 a coplanar structure of the interdigitated comb type. The parts of the electrode 4 advancing between two ends 21 of the electrodes 2 are marked 41. The electrode 4 is connected to ground via the track 3. Finally, the device also comprises a layer of material varistor V, shown in phantom and deposited on the ends 21 and 41
This configuration is shown in FIG. 2, which is a partial sectional view, along the axis XX of FIG. 1, in line with the electrode 4.
Le boîtier encapsulant le composant C comporte encore un capot, scellé sur l'embase E selon toute technique connue; sur la figure 1, on a seulement représenté partiellement sa trace Ca, à l'extérieur du cadre de protection V-4. Dans une variante, le capot peut être remplacé par une protection localisée (sensiblement en forme de goutte) en matériau plastique par exemple; le cadre V-4 peut dans ce cas être dans ou hors de la protection. The housing encapsulating the component C also includes a cover, sealed on the base E according to any known technique; in FIG. 1, only its trace Ca has only been partially represented, outside the protective frame V-4. Alternatively, the cover may be replaced by a localized protection (substantially in the form of a drop) made of plastic material for example; the V-4 frame can in this case be in or out of the protection.
Ainsi qu'il est connu, un matériau varistance, qui est constitué en général d'oxyde de zinc dopé (par des oxydes de bismuth, cobalt, chrome, molybdène, antimoine, etc), présente une résistance non linéaire : il n'est pas électriquement conducteur lorsque la difference de potentiel qui est appliquée à ses extrémités ne dépasse par une certaine tension de seuil (Vc), et il le devient après ce seuil. As is known, a varistor material, which generally consists of doped zinc oxide (by oxides of bismuth, cobalt, chromium, molybdenum, antimony, etc.), has a non-linear resistance: it is not not electrically conductive when the potential difference which is applied at its ends does not exceed a certain threshold voltage (Vc), and it becomes so after this threshold.
Ce phénomène étant dO à un effet de champ, la communtation entre l'état conducteur et l'état non conducteur est très rapide (elle peut être égale ou inférieure à 1 ns). Un tel matériau peut être déposé de toute façon connue : par exemple sérigraphié sur le support E du composant C lorsque celui-ci est en céramique ou encore déposé, par pulvérisation cathodique par exemple, lorsque ce support est plastique.This phenomenon being due to a field effect, the communication between the conductive state and the non-conductive state is very rapid (it can be equal to or less than 1 ns). Such a material can be deposited in any known way: for example screen-printed on the support E of the component C when the latter is made of ceramic or else deposited, by sputtering for example, when this support is plastic.
Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant: en l'absence d'un champ extérieur suffisant (supérieur à un certain seuil), les signaux et alimentations passent des pistes 2 et 3 aux plots 1 du composant C sans être perturbés par l'électrode 4 ni la varistance V, puisque le matériau varistance n'est pas conducteur et donc que l'électrode 4 se trouve isolée des pistes 2. Lorsque le dispositif se trouve soumis à un champ électromagnétique, une différence de potentiel se développe par effet d'antenne entre les extrémités 21 des pistes 2 et les extrémités 41 de l'électrode de masse 4. Dans le cas de charges d'origine électrostatique, l'effet produit est le même, à savoir une différence de potentiel entre les extrémités 21 et 41.Lorsque cette différence de potentiel devient supérieure au seuil Vc du matériau varistance, elle rend ce dernier conducteur, ce qui a pour effet de relier les pistes 2 entre elles et à la masse par l'intermédiaire de l'électrode 4. Il en résulte que les charges électriques ainsi crées n'entrent pas dans le composant C mais sont drainées vers la masse du dispositif, réalisant ainsi la fonction de protection recherchée. The operation of such a device is as follows: in the absence of a sufficient external field (greater than a certain threshold), the signals and power supplies pass from tracks 2 and 3 to pads 1 of component C without being disturbed by the electrode 4 and varistor V, since the varistor material is not conductive and therefore electrode 4 is isolated from tracks 2. When the device is subjected to an electromagnetic field, a potential difference develops by effect antenna between the ends 21 of the tracks 2 and the ends 41 of the ground electrode 4. In the case of charges of electrostatic origin, the effect produced is the same, namely a potential difference between the ends 21 and 41. When this potential difference becomes greater than the threshold Vc of the varistor material, it makes the latter conductor, which has the effect of connecting the tracks 2 to each other and to ground via the electrode e 4. As a result, the electric charges thus created do not enter component C but are drained to the ground of the device, thus achieving the desired protection function.
Ainsi qu'il est connu également, la tension de seuil Vc d'une varistance est fonction de l'épaisseur de celle et peut donc être choisie en fonction des intensités auxquelles on peut s'attendre pour les champs perturbateurs, lorsqu'elles sont connues. Dans tous les cas, le seuil Vc doit être supérieur à la plus élevée des tensions de travail du composant C. Pour constituer une protection efficace, il est clair que cette tension Vc doit toutefois être inférieure à la tension de claquage du composant et, de préférence, aussi proche que possible de sa tension de travail. Toutefois, des considérations technologiques de tolérance de fabrication sur l'épaisseur de la couche constituant la varistance peuvent conduire à choisir Vc de l'ordre de deux à trois fois la tension de travail la plus élevée du composant. As is also known, the threshold voltage Vc of a varistor is a function of the thickness of that and can therefore be chosen as a function of the intensities which can be expected for the disturbing fields, when they are known. . In all cases, the threshold Vc must be higher than the highest of the working voltages of the component C. To constitute an effective protection, it is clear that this voltage Vc must however be lower than the breakdown voltage of the component and, preferably, as close as possible to its working voltage. However, technological considerations of manufacturing tolerance on the thickness of the layer constituting the varistor can lead to choosing Vc of the order of two to three times the highest working voltage of the component.
A titre d'exemple, pour une tension de travail du composant de 5 volts, la valeur choisie pour Vc peut être de l'ordre de 20 à 25 volts, ce qui est une tension inférieure à la tension de claquage de la plupart des composants électroniques actuels. For example, for a working voltage of the component of 5 volts, the value chosen for Vc can be of the order of 20 to 25 volts, which is a voltage lower than the breakdown voltage of most of the components current electronic.
Ainsi qu'il est mentionné dessus, cette structure permet de minimiser la valeur de la capacité introduite dans la structure par la varistance. As mentioned above, this structure makes it possible to minimize the value of the capacity introduced into the structure by the varistor.
En effet, ainsi qu'il est connu la capacité c entre les extrémités 21 et 41 des électrodes 2 et 4 (voir figure 2) est de la forme s
coc . e ou: - E est la constante diélectrique du matériau varistance V
- s est la section des surfaces en regard ; (épaisseur des électrodes 2 et 4 par longueur des surfaces en regard);
- e est l'épaisseur du matériau V entre les extrémités 21 et 41.Indeed, as is known, the capacitance c between the ends 21 and 41 of the electrodes 2 and 4 (see FIG. 2) is of the form s
coc. e or: - E is the dielectric constant of the varistor material V
- s is the section of facing surfaces; (thickness of electrodes 2 and 4 by length of facing surfaces);
- e is the thickness of the material V between the ends 21 and 41.
Selon l'invention, les surfaces en regard des électrodes 2 et 4 sont très faibles par rapport à ce qu'elles sont dans une structure sandwich du type connu décrit plus haut, conduisant ainsi à une valeur faible de la capacité c, tout en permettant à une apparition de charges sur une quelconque des électrodes 2 d'être directement drainée vers la masse. According to the invention, the facing surfaces of the electrodes 2 and 4 are very small compared to what they are in a sandwich structure of the known type described above, thus leading to a low value of the capacitance c, while allowing when charges appear on any of the electrodes 2 to be directly drained to ground.
A titre d'exemple, la constante diélectrique E d'un matériau varistance à base d'oxyde de zinc sérigraphiée est de l'ordre de 102à 4.102 ; dans une structure sandwich, pour une surface de croisement -2 2 de l'ordre de 0,5 x 0,5 mm, (soit 25.10 2 mm on obtient des capacités comprises entre 4 et 16 pF. Dans la structure coplanaire selon l'invention, pour une épaisseur d'électrode de l'ordre de 5 à 10 pm et des longueurs en regard de l'ordre du millimètre, on obtient 2 une section de l'ordre de 5 à 10-3 mm , soit environ 25 à 50 fois moins pour la section, et donc la capacité, que dans la structure sandwich connue. By way of example, the dielectric constant E of a varistor material based on screen-printed zinc oxide is of the order of 102 to 4.102; in a sandwich structure, for a crossing surface -2 2 of the order of 0.5 x 0.5 mm, (ie 25.10 2 mm, capacities are obtained between 4 and 16 pF. In the coplanar structure according to Invention, for an electrode thickness of the order of 5 to 10 μm and lengths opposite of the order of a millimeter, a section 2 of the order of 5 to 10-3 mm is obtained, ie approximately 25 to 50 times less for the section, and therefore the capacity, than in the known sandwich structure.
La figure 3 représente partiellement une variante de la figurel, vue également de dessus. FIG. 3 partially represents a variant of the figurel, also seen from above.
Sur cette figure, on retrouve l'embase E portant le composant
C et les pistes 2 reliées (fils 5) aux plots 1 du composant.In this figure, we find the base E carrying the component
C and the tracks 2 connected (wires 5) to the pads 1 of the component.
Dans cette variante, des pistes 14 sont disposées entre les pistes 2. L'une des extrémités de chacune des pistes 14, située vers l'extérieur est reliée à la masse par exemple par l'intermédiaire d'un trou 15 pratiqué dans l'embase E vers un plan de masse placé dans l'épaisseur de l'embase. L'autre extrémité des pistes 14 peut être reliée, en tant que besoin, aux plots I du composant C. In this variant, tracks 14 are arranged between the tracks 2. One of the ends of each of the tracks 14, situated towards the outside, is connected to ground, for example by means of a hole 15 made in the base E towards a ground plane placed in the thickness of the base. The other end of the tracks 14 can be connected, as necessary, to the pads I of the component C.
Le matériau varistance V est, dans la présente variante, déposé sur les pistes 2 et 14 et non sur leurs extrémités. Pour la clarté de l'exposé, les parties 22 et 16 des pistes 2 et 14 qui jouent le rôle des extrémités 21 et 41 de la figure 1 ont été hachurées. The varistor material V is, in the present variant, deposited on tracks 2 and 14 and not on their ends. For the sake of clarity, the parts 22 and 16 of the tracks 2 and 14 which play the role of the ends 21 and 41 of FIG. 1 have been hatched.
Enfin, on a représenté par deux simples pointillés Cal et Ca2 les positions possibles pour le capot venant fermer le boîtier à l'intérieur ou à l'extérieur du cadre varistance V. Finally, two simple dotted lines Cal and Ca2 represent the possible positions for the cover closing the housing inside or outside of the varistor V frame.
La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du dispositif de protection selon l'invention, vu de dessus ; les figures 5 et 6 représentent des vues partielles en coupe de ce même dispositif, selon des axes YY et ZZ, respectivement. FIG. 4 represents a second embodiment of the protection device according to the invention, seen from above; Figures 5 and 6 show partial sectional views of the same device, along axes YY and ZZ, respectively.
Sur la figure 4, on a représenté à titre d'exemple le même type d'embase "chip carrier" que sur la figure 1, portant le composant C en son centre. In Figure 4, there is shown by way of example the same type of base "chip carrier" as in Figure 1, carrying the component C in its center.
Selon l'invention, le dispositif de protection est constitué par une structure de type sandwich, disposée sensiblement en forme d'anneau carré, comportant un premier matériau varistance V1, visible seulement sur les coupes des figures 5 et 6, disposé sur les pistes 2 et recouvert par une première électrode 7, également visible seulement sur les figures 5 et 6, portée à un potentiel P. According to the invention, the protection device is constituted by a sandwich type structure, arranged substantially in the form of a square ring, comprising a first varistor material V1, visible only on the sections of FIGS. 5 and 6, arranged on the tracks 2 and covered by a first electrode 7, also visible only in FIGS. 5 and 6, brought to a potential P.
Cette dernière électrode est recouverte par un second matériau varistance V2, lui-même enfin surmonté d'une électrode 8, reliée à la masse par exemple par la piste 3. Ces différents dépôts (V1, V2, 7 et 8) affectent de préférence sensiblement la même forme. Les matériaux varistance V1 et V2 peuvent être les mêmes ; ils peuvent également être différents et choisis pour leurs caractéristiques physiques, notamment E et Vc. This last electrode is covered by a second varistor V2 material, itself finally surmounted by an electrode 8, connected to ground for example by track 3. These different deposits (V1, V2, 7 and 8) preferably affect substantially the same shape. The varistor materials V1 and V2 can be the same; they can also be different and chosen for their physical characteristics, in particular E and Vc.
L'axe YY de coupe de la figure 5 est pris parallèlement aux anneaux de protection V1, V2, 7 et 8, au droit de ces derniers. The cutting axis YY of FIG. 5 is taken parallel to the protection rings V1, V2, 7 and 8, in line with the latter.
L'axe de coupe ZZ de la figure 6 est pris perpendiculairement aux anneaux de protection, au droit d'une des pistes 2, repérée 27, qui est reliée au potentiel P, pour illustrer un mode de réalisation de la connexion de l'électrode 7. The cutting axis ZZ of FIG. 6 is taken perpendicular to the protection rings, in line with one of the tracks 2, marked 27, which is connected to the potential P, to illustrate an embodiment of the connection of the electrode 7.
Le fonctionnement de cette structure est le suivant. The operation of this structure is as follows.
Soient:
- Vcl la tension de seuil du matériau varistance formant la couche V1 et Vc2, celle de la couche V2
- V27 la différence de potentiel entre les conducteurs 2 et 7,
V78 entre les conducteurs 7 et 8, et V entre les conducteurs 2 et 8
- c27 la capacité formée par les parties en regard des conducteurs 2 et 7, c78 entre les conducteurs 7 et 8, et c entre les conducteurs 2 et 8;
- el l'épaisseur de la couche V1 et e2, celle de la couche V2
- v la surtension présente sur les conducteurs 2, qui doit rendre le sandwich varistance conducteur ; comme mentionné cidessus, v peut être de l'ordre de 20 à 25 volts, voire 30 volts.Let:
- Vcl the threshold voltage of the varistor material forming the layer V1 and Vc2, that of the layer V2
- V27 the potential difference between conductors 2 and 7,
V78 between conductors 7 and 8, and V between conductors 2 and 8
- c27 the capacity formed by the opposite parts of the conductors 2 and 7, c78 between the conductors 7 and 8, and c between the conductors 2 and 8;
- and the thickness of layer V1 and e2, that of layer V2
- v the overvoltage present on the conductors 2, which must make the varistor sandwich conductor; as mentioned above, v can be of the order of 20 to 25 volts, or even 30 volts.
On sait que la tension de seuil (Vc) d'un matériau varistance donné est proportionnelle à son épaisseur. L'épaisseur el est choisie pour que le seuil Vcl soit un multiple de la tension v, par exemple le double, ou légèrement inférieur à celui-ci. Le potentiel P est alors choisi égal à -v de façon qu'une surtension v sur un conducteur 2 entraîne une tension V27 égale à 2v, provoquant ainsi la conduction à travers la couche varistance Vl. We know that the threshold voltage (Vc) of a given varistor material is proportional to its thickness. The thickness el is chosen so that the threshold Vcl is a multiple of the voltage v, for example double, or slightly less than this. The potential P is then chosen equal to -v so that an overvoltage v on a conductor 2 causes a voltage V27 equal to 2v, thus causing conduction through the varistor layer Vl.
Par ailleurs, les caractéristiques de la couche varistance V2 sont choisies pour que le seuil Vc2 soit légèrement supérieur à P, c'est-à-dire à v dans l'exemple dessus. Furthermore, the characteristics of the varistor layer V2 are chosen so that the threshold Vc2 is slightly greater than P, that is to say v in the example above.
Sachant, d'une part, que la valeur d'une capacité est proportionnelle à la constante diélectrique et aux surfaces conductrices en regard, inversement proportionnelle à l'épaisseur du diélectrique et, d'autre part, que deux capacités (cl et c2) en série forment un pont diviseur de tension, les matériaux varistances formant les couches
V1 et V2 sont choisis pour que la capacité c2 soit grande par rapport à cl, par exemple 25 à 50 fois ou même davantage. Le résultat en est que la tension V est très voisine de la tension V27. A titre C1 1 d'exemple, si v = 25 volts, on a V27 =50 volts, V78 = 1 volt si 50 donc V = 51 volts, ce qui est effectivement très proche de la valeur de V27.Lorsqu'il existe une surtension v sur un conducteur 2, on a alors une différence de potentiel V très proche de 2v entre les conducteurs 2 et 8, et donc supérieure au seuil Vc2. I1 y aura alors conduction à travers la structure 2-V1-7-V2-8.Knowing, on the one hand, that the value of a capacitor is proportional to the dielectric constant and to the conductive surfaces opposite, inversely proportional to the thickness of the dielectric and, on the other hand, that two capacitors (cl and c2) in series form a voltage divider bridge, the varistor materials forming the layers
V1 and V2 are chosen so that the capacitance c2 is large with respect to cl, for example 25 to 50 times or even more. The result is that the voltage V is very close to the voltage V27. As C1 1 for example, if v = 25 volts, we have V27 = 50 volts, V78 = 1 volt if 50 therefore V = 51 volts, which is effectively very close to the value of V27. overvoltage v on a conductor 2, there is then a potential difference V very close to 2v between the conductors 2 and 8, and therefore greater than the threshold Vc2. There will then be conduction through the structure 2-V1-7-V2-8.
Cette structure permet notamment, par polarisation (P) de l'électrode intermédiaire (7), de réduire la capacité c entre les connexions (2) du composant à protéger et la masse. En effet, la capacité résultante c s'écrit
c 1 . C2
c =
c l+C2
La capacité cl étant négligeable devant c2, on a c Nc1. Or cl a une valeur deux fois plus faible que celle qu'elle aurait en l'absence de l'électrode intermédiaire 7 : en effet, son épaisseur el est ici le double de ce qu'elle serait dans une structure simple 2-V1-8, pour que le matériau varistance V1 devienne conducteur en cas de surtension v sur l'électrode 2.This structure makes it possible in particular, by polarization (P) of the intermediate electrode (7), to reduce the capacitance c between the connections (2) of the component to be protected and the ground. Indeed, the resulting capacity c is written
c 1. C2
c =
c l + C2
The capacity cl being negligible compared to c2, we ac Nc1. Now cl has a value twice as small as that which it would have in the absence of the intermediate electrode 7: indeed, its thickness el is here twice what it would be in a simple structure 2-V1- 8, so that the varistor material V1 becomes conductive in the event of overvoltage v on the electrode 2.
De plus, une valeur plus importante pour el permet d'en faciliter la fabrication. In addition, a higher value for el makes it easier to manufacture.
Par ailleurs, il est à noter qu'une telle structure à trois niveaux de conducteurs permet de réaliser un dispositf assurant le déclenchement d'une tension élevée (entre les conducteurs 2 et 8) à partir d'une tension plus faible (sur le conducteur 2). Furthermore, it should be noted that such a structure with three levels of conductors makes it possible to produce a device ensuring the triggering of a high voltage (between conductors 2 and 8) from a lower voltage (on the conductor 2).
La description faite dessus ne l'a été bien entendu qu'à titre d'exemple non limitatif. C'est ainsi par exemple que la couche de matériau varistance V peut être disposée non plus sur les pistes 2 et 4 (figures 1 et 2) ou 2 et 14 (figure 3), mais entre celles-ci et l'embase E. The description given above was clearly understood by way of non-limiting example. Thus, for example, the layer of varistor material V can no longer be placed on tracks 2 and 4 (FIGS. 1 and 2) or 2 and 14 (FIG. 3), but between these and the base E.
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