用于保护电系统免受过电压放电的插接连接器及其应用以及其制造方法

摘要

本发明涉及一种用于保护电系统、尤其是电子设备、半导体元件或电缆树免受过电压放电的插接连接器，其中所述插接连接器包括接触销，所述接触销嵌入在塑料体中，其中塑料具有在接触销之间的区域，所述区域（a）在直至极限电压的工作范围中具有带有基本上电绝缘特性的电阻，和（b）在极限电压之上具有减小的电阻，通过所述减小的电阻可以对在接触销之间的过电压进行放电。此外，本发明涉及用于制造插接连接器的方法以及插接连接器的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于保护电系统免受过电压放电的插接连接器、用于制造插接连接器的方法以及插接连接器的应用。

背景技术

电系统、尤其是常见的电子装置、电子设备、半导体元件、电缆树和用于机动车的控制设备可能被过电压放电损坏或甚至完全破坏。过电压可能在制造或生产、存放、包装、处理时或在连接时通过静电充电形成。通过放电可能发生损坏或破坏。静电充电可能通过在包装或制造情况下的工作期间的摩擦、通过机器、设备和人员的电荷（感应）传输到电系统上而形成。

为了防止通过静电放电对这样的灵敏电系统造成的损坏，经常对于插接连接器的每个接触销，尤其是在电子装置的电路板上设置比较贵的和需要安装空间的部件，诸如电容器、线圈或变阻器。

从公开文献DE 43 26 486 A1中已知一种具有板条体的滤波插接器，所述滤波插接器由来自绝缘材料和铁氧体粉末的混合物制造以用于抑制高频干扰。

从由H.J.Mair和S.Roth发行的“Elektrisch leitende Kunststoffe”，Carl Hanser Verlag München Wien，第10页中已知能导电的塑料用于避免外壳的静电充电的应用。这样的外壳由塑料-炭黑混合物组成并且应该具有小于10⁹欧姆的表面电阻。

欧洲专利申请EP 0 649 150 A1涉及一种复合材料，所述复合材料具有填料和嵌入该填料的基质。填料主要包含具有核壳结构的粒子的组分。核壳结构的粒子的壳由绝缘材料组成，而所述粒子的核由导电的或半导电的材料组成。在确定的前提条件下，当在电场的作用下适当地选择核的材料时，该复合材料的导电性可以两次非线性改变。第一次非线性改变引起限压，第二次非线性改变引起限流。

公开文献DE 37 02 780A1描述了一种用于半导体器件的载体，在所述载体中集成有防电磁场或静电荷的作用的变阻器保护设备。要保护的半导体器件的连接端通过夹层结构彼此连接。该夹层结构具有由变阻器材料组成的第一层、与给定的电势相连接的第一电极、由变阻器材料组成的第二层以及与地连接的第二电极。

从专利文献US 5 616 881中已知一种用于气囊的点火器的插座，该点火器具有两个室。在第一室中布置具有两个插接销和金属氧化物变阻器的接头用于保护点火器免受静电放电。

DE 199 45 426 C1描述了具有接触销的电设备的插接连接器，所述接触销嵌入在塑料体中，所述塑料体具有以下材料，所述材料在电压处于工作电压之上的范围中时具有导电特性并且在电压处于工作电压的范围中时具有电绝缘特性。作为在达到击穿电压时具有良好导电性的适当材料公开了具有碳粉末的基于丙烯的聚合物混合物。该插接器应该在生产技术上被简单地制造并且不具有需要安装空间的、防静电放电的保护。

但是，需要使用技术上耗费的材料是不利的，所述材料由塑料与碳粉末的混合物组成。

因此本发明的任务是消除现有技术的缺点。应该提供一种用于保护电系统免受过电压放电的插接连接器，这样的插接连接器的进一步简化的制造方法以及插接连接器的改善的应用，其中所述插接连接器可以被更简单地制造并且同样不具有用于保护免受静电放电的、需要安装空间的附加装置。

发明内容

上述任务通过根据权利要求1的用于保护电系统免受过电压放电的插接连接器解决。插接连接器包括接触销，所述接触销嵌入在塑料体中。塑料具有在接触销之间的区域，所述区域

（a）在直至极限电压的工作范围中具有带有基本上电绝缘特性的电阻，和

（b）在极限电压之上具有减小的电阻，通过所述减小的电阻可以对在接触销之间的过电压进行放电。

其他有利的实施方式在权利要求2至7中定义。

与现有技术相比，根据本发明的插接连接器可以以简单的方式由市场上常见的插接连接器制造，所述市场上常见的插接连接器包括接触销，所述接触销嵌入在塑料体中，其中市场上常见的插接连接器的塑料体基本上是电绝缘体，所述电绝缘体的电阻通常基本上为至少2 GΩ、优选地至少30GΩ、特别优选地为至少200GΩ。因此不必如在现有技术中那样使用变阻器材料，例如由塑料和碳粉末组成的混合物。

根据本发明的插接连接器具有至少两个接触销或引脚，但是也可以包括明显更多的接触销或引脚，直至200个。

本发明插接连接器的优点在于，所述插接连接器在直至极限电压的工作范围中具有带有基本上电绝缘的特性的电阻并且从而以改善的可靠性保护电系统免受过电压放电。电阻在该范围中可以例如为至少2 GΩ、优选地至少30GΩ、特别优选地为至少200GΩ。

极限电压可以在60V至1100V之间，优选地250V至350V，特别优选地在270V和310V之间并且完全特别优选地为275V。

在极限电压之上，本发明插接连接器的塑料具有在至少两个接触销之间的区域，所述区域具有减小的电阻，并且通过所述区域可以对在接触销之间的过电压进行放电。该区域在极限电压之上可以具有小于20GΩ、优选地小于200kΩ、特别优选地小于60kΩ的减小的电阻。

本发明插接连接器的塑料可以是热固性塑料或热塑性塑料，该热固性塑料或热塑性塑料优选地被增强、特别优选地被玻璃纤维增强。

在优选的实施方式中，插接连接器的塑料包括聚乙烯或聚丙烯。特别优选地，所述塑料以关于质量的直至50%、特别优选直至30%用玻璃纤维增强。

在本发明的权利要求1中所述的区域可以具有0.05mm至0.2mm、优选为0.1mm的层厚。该厚度可以通过在根据本发明的制造方法中所输送的能量量来控制，也即经由电流施加的电压、电流强度和持续时间来控制。

根据权利要求1的用于制造本发明插接连接器的本发明方法详细地包括以下步骤：在具有接触销的插接连接器上，其中所述接触销嵌入在塑料体中，其中塑料具有基本上电绝缘的特性，在两个接触销之间利用例如函数发生器或任意波形信号发生器的可时变的电流电压源经由例如欧姆电阻或电容器的限流元件将电流施加到接触销之间的区域上，使得在该区域中出现电阻的减小。由此，在塑料体中在两个接触销之间注入电流流动。

作为电压源可以使用直流电流源、交流电流源或可时变的电流源，例如任意波形发生器。在使用直流电流源时，电流输送必须一再被中断。因此交流电流源是优选的，因为在电压变化曲线过零时电流流动被停止。

在优选的实施方式中，使用具有1kV至10kV、优选5kV至6kV的电压、5mA至50mA、优选10mA至20mA的电流强度和50Hz至200kHz、优选1kHz至5kHz、特别优选100Hz至150Hz的频率的交流电流。

本发明插接器的另一优点在于，即使在最不利的空间比例情况下也能防止直接向被危及的部件的静电放电，因为对于部件不产生附加的位置需求。不产生用于部件、装配、电路板面、布局或其他结构应用的附加成本。

本发明的插接连接器适用于保护电系统、尤其是电子设备、半导体元件和电缆树免受过电压放电。

本发明的插接连接器也适用于触发机动车中的气囊或安全带绷紧器的电点火器。

现在根据示例描述本发明的特别优选的实施形式。

示例1

在具有100个接触销的插接连接器上，所述接触销嵌入在塑料体中，其中基于聚丙烯的塑料以关于质量的30%用玻璃纤维加强并且具有200GΩ的电阻，在两个接触销之间利用可时变的电流电压源经由具有60kΩ的串联电阻将具有5kV电压、100kHz频率和100mA电流强度的正弦形交流电流施加给在接触销之间的区域，使得在大约30V时在该区域中出现电阻减小到28MΩ并且获得本发明的插接连接器。在电压处于30V之上时，电阻减小到大约27.5kΩ（齐纳效应）。

示例2

如在示例1中那样制造本发明的插接连接器，其中与示例1不同地例如施加6kV电压。在接触销之间产生的区域具有0.1mm的层厚。在该区域中减小的电阻为28kΩ。