CN1072853C - 浪涌吸收管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种浪涌吸收管，包括外壳，电极柱，引线和气室，所述的气室注入氩气或氩气与其他惰性气体或氮气混合后的混合气体，或者六氟化硫，其特征在于电极柱之间具有由导电层材料和非导电层材料多层相互迭加构成的管芯。管芯的形状可为阶梯或塔形。
该吸收管可广泛用于各种电子线路，吸收由于各种原因产生的静电和浪涌杂波，并兼有过电压保护作用。

Description

浪涌吸收管
本发明涉及一种电子器件，特别是一种浪涌吸收管(surge absorber)。
杂波或静电干扰是现代电子设备的顽敌，在各种突来杂波(surge)中，即使是一般的高压脉冲电波的突入，也能引起电子设备的半导体器件动作偏差，甚至造成半导体及设备本身的损坏。浪涌吸收管可用来解决上述存在的技术问题。
已知的浪涌吸收管是一种由一微小沟槽分割导电膜的结构构成，这种浪涌吸收管不能自由地选择开关电压，因此，应用大大地受到限制。US4,727,350公开了一种浪涌吸收管，它包括一个包有导电膜的圆柱形管芯，所述的导电膜上具有交叉的微小沟槽，外层封有玻壳。这种结构的吸收管应用范围加大了。但是这一结构加工较难，体积较大，特别是工作速度慢，稳定性和耐久性差，从而还是不能满足实际需要。
为了克服现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种结构简单，体积小，性能优良，反应速度快之新型浪涌吸收管。
本发明的目的是按如下技术方案达到的：
本发明涉及一种浪涌吸收管，它包括外壳，电极柱，同该电极柱相联的引线或接点和气室，其特征是所述电极柱之间具有由一层导电层材料和一层非导电层材料构成的管芯，所述的气室注入的气体包括，氩气，或氩气同一种或一种以上的其他惰性气体的混合气体如氩气与氦、氖、氪、氙和氡气体混合的混合气体，或者六氟化硫(SF6)，其中，该吸收管的工作电压为80伏至3600伏或更大，浪涌吸收时间为＜0.000001秒(10-6秒)。
本发明的管芯可以由至少一层所述的导电层材料和至少一层非导电层材料构成，另外，本发明的管芯可以由导电层材料和非导电层材料多层顺序相互迭加构成一整体，也可以由导电层材料和非导电层材料多层无顺序地相互迭加构成整体。
上述的管芯形状可为立方体，圆柱体、优选为阶梯形或塔状。
在本发明的浪涌吸收管中，所述的管芯也可以由至少两个以上的由一层导电层材料和一层非导电层材料构成的管芯任意相互迭加成一不规则的管芯。
所述管芯的非导电层的材料包括陶瓷或玻璃或者陶瓷和玻璃的混合物。所述的导电层材料包括单晶硅(P型，N型或NP混合型)、硬质金属，如钨，铜，铝，或金属合金如不锈钢、硬铝(duralumin)。
本发明的浪涌吸收管的外壳可采用玻璃或塑料封装的外壳。
在所述的混合气体中氩气的含量大于等于30％。
所述的吸收管可被广泛地应用在高难电子技术线路中。如用于大储量高速运算的电子计算机中作为复位复零的重要元件。它能彻底解决计算机显示器或其他电器由于频繁闪灭断通而产生的浪涌电波造成的对电器本身的影响。
另外，还可用于与电话线连接的设备中，如电话机，收音机，传真机，调制解调器，程控交换机；与天线及信号线路连接的设备中，如放大器，收录机，车用收音机，无线收发机，传感器的信号线路等以及必须采用静电对策的设备，如显示器，监视器等和家用电器、电脑控制的电子产品中。它还兼有过电压保护作用。它是解决破坏性巨大的静电产生的不良后果的高效电子元器件。
附图简要说明：
图1是本发明浪涌吸收管的一种实施方案的结构图；
图2是本发明浪涌吸收管的另一种实施方案的结构图；
图3是本发明浪涌吸收管管芯的一种结构图；
图4是本发明浪涌吸收管管芯的另一种结构图；
图5是本发明浪涌吸收管管芯的另一种结构图；
图6是本发明浪涌吸收管管芯的另一种结构图；
图7是本发明浪涌吸收管管芯的另一种结构图；
图8是本发明浪涌吸收管管芯的另一种结构图；
图9是本发明浪涌吸收管管芯的另一种结构图；
以下将结合附图和实施例详细描述本发明：
参见图1，本发明之浪涌吸收管，包括一外壳，通常为玻璃外壳1，电极柱2，如DUMET电极柱，同该电极柱相联的两条引线3，或者是一无引线的接点或接头3(见图2)；在所述的电极柱之间具有一同一个电极柱端相联接的管芯5，该管芯形状可以是立方体或圆柱体(见图10)，优选为阶梯形结构(steppedstructure)，其阶梯的底层较宽，顶层较窄，或者为塔形(tower-like structure)结构。管芯的底层为导电材料层5a，如金属钨，管芯的顶层为非导电材料层5b，如陶瓷。换言之，在该塔型导电材料5a的顶端表面上分布非导电材料层5b。在密封的外壳内，两电极柱之间形成一充满气体，如惰性气体的气室4。优选是氩气。
本发明是利用电能转化光能，消耗吸收电能的原理制成的一种高效吸收高电压杂波，浪涌脉冲的二极管。该吸收管在反应特性的本质上不同于发光二极管。该吸收管的发光是瞬间的，而发光二极管或放电管的发光现象是由大亮度逐渐转弱至熄灭。
本发明人发现管芯表面积愈大，气室容积愈大，其电光能转化速度则愈快。本发明浪涌吸收管管芯采用了本发明特定的管芯结构，如阶梯形或塔形结构，不规则迭加结构，它可是多个相联的并依次减小的立方体或圆柱体等。这种结构大大地增加了管芯导电材料层5a同气室内气体的接触面积，加快其电能转化成光能的速度。这种所述的转化速度，或称浪涌吸收速度同本发明吸收管的技术性能直接相关。
同上述的US4,727,350中所述的浪涌吸收管相比，本发明的吸收管的使用寿命，耐久性，大大地提高，使之在电器产品应用中失效率大大降低。
在本发明中，其管芯由一层导电材料和一层非导电材料构成的管芯(见图3)并非唯一的，限定性的实施方案。本发明的管芯还可以制成一体的由至少一层导电物材料和至少一层非导电物材料相互任意迭加的多层结构。例如可按以下顺序相互迭加：如非导电层、导电层、非导电层、导电层(见图4所示的阶梯形结构)；或者导电层，非导电层、导电层(见图5)；或者非导电层、导电层、非导电层(见图6)；非导电层、导电层、非导电层、导电层、非导电层(见图7)，非导电层、导电层、非导电层、导电层(见图8)以及图9所示的结构等。可见以这种迭加的顺序是非限定性的，而且对迭加的层数一般也无限制。
上述的迭加形管芯的形状可以是立方体形，圆柱形，凸形体，或阶梯结构或塔形结构。
本发明中，可以采用本领域技术人员公知的技术，如薄膜工艺或厚膜工艺制备本发明的管芯。
通常，对于管芯中的导电层材料和非导电层材料的厚度不加以限定，可根据吸收管的工作电压和浪涌耐量，以及它的寿命需要决定它们的厚度，有时导电层的厚度大于非导电层的厚度，有时非导电层的厚度大于导电层的厚度。
如前所述，在本发明的浪涌吸收管中，所述的管芯也可以由至少两个以上的由一层导电层材料和一层非导电层材料构成的管芯任意相互迭加成一不规则的管芯。这种迭加是在制造本发明的浪涌吸收管的过程中完成的，在实际操作中，选用至少两个由一层导电层材料和一层非导电层材料构成的芯片；先后装入管壳中，使这两个或多个芯片相互无规则地接触，从而形成一个无固定形状的管芯，但是最终形成的管芯的导电层面和非导电层面两者必须与两个电极柱之间的轴线呈垂直状。实施例1
选用国际上通用的DO-34型的二极管玻壳，其内径是约0.66mm，采用图3所示结构的本发明的管芯，其大小为适用于DO-34型的内径尺寸，即管芯底部直径或四边形的对角线为约0.66mm，管芯底层的导电层材料为0.20mm厚的单晶硅，顶层为陶瓷，厚度为0.04mm，采用本领域技术人员公知的方法，如制备通常玻封二级管的方法，在充入氩气状态下，烧结密封制成所述的浪涌吸收管，称管1。
其气室内充填的气体为：纯氩气。
实施例2
选用国际上通用的DO-35型的二极管玻壳，其内径是约0.76mm，按实施例1相同的方法，制成一种浪涌吸收管，只是该浪涌吸收管内的管芯形状为图1所示结构，其导电层材料为金属钨，非导电层材料为玻璃，制得的浪涌吸收管称管2。该吸收管管芯的导电层的厚度为0.28mm，非导电层的厚度为0.08mm。
其气室内充填写的气体为：氩气与氮气的混合气体，其中氩气的含量为30％。
实施例3
按实施例1相同的方法，制成一种浪涌吸收管，只是该浪涌吸收管内的管芯形状为图8所示结构，其导电层材料为金属钨，非导电层材料为陶瓷，制得浪涌吸收管称管3。该吸收管管芯为两片如图3所示结构迭加而成的管芯。
其气室内充填的气体为：氩气与氦气的混合气体，其中氩气的含量为70％。
实施例4
选用通用的DO-42型的二极管玻壳，其内径约为1.53mm，引线直径为0.5mm(Φ0.5mm)，按实施例1相同的方法，制成一种浪涌吸收管，只是该浪涌吸收管内的管理体制芯形状为图5所示结构，其导电层材料为单晶硅，非导电层材料为陶瓷，制得的浪涌吸收管称管4。该吸收管管芯的导电层的厚度为0.20mm，非导电层的厚度为0.28mm。该吸收管管芯尺寸为10×1.0mm。
其气室内充填的气体为：氩气与氡气的混合气体，其中氩气的含量为90％。
实施例5
选用外径为2.6mm(Φ2.6)的二极管玻壳，其内径约为1.53mm引线直径为0.5mm(Φ0.5mm)，按实施例1相同的方法，制成一种浪涌吸收管，只是该浪涌吸收管内的管芯形状为图6所示结构，即图3所示的管芯相互迭加而形成一体的管芯。但其导电层材料为单晶硅，非导电层材料为玻璃，制得的浪涌吸收管称管5。
其气室内充填的气体为：纯氩气
实施例6
选用外径为3.1(Φ3.1)mm的二极管玻壳，其内径约为1.75mm，引线直径为0.5mm(Φ0.5mm)，按实施例1相同的方法，制成一种浪涌吸收管，只是该浪涌吸收管内的管芯形状为图9所示结构，其导电层材料为金属钨，非导电层材料为玻璃，制得的浪涌吸收管称管6。
其气室内充填的气为：六氟化硫，其纯度为99.99％。实验例1
在以下的实验中，分别采用本领域技术人员公知的方法测定经上述实施例1-6制得的浪涌吸收管(管1-管6)，选用的测得值为下表1和表2中所记载的技术参数，如，工作始电压，绝缘电阻，静电容量，寿命，浪涌耐量。
它们的技术性能和结果分别见表1和表2。
在本实验例中，所述电流，电压值是采用“可变直流定电压定电流电源”(METRONIX,Model HSV2K-100,Power supplies 0-2 KV,100mA)所制成的耐电压装置测得。所述电阻值是采有Component Tester(ADEX Corporation,Model1-808-BTL)测得。表1
    工作电压    绝缘电阻       静电容量      寿命
                  (IR)           C(pF)    ESD:500pF-
      Vs(V)        Ω                     5000-10000V
                                            times管1       80         ＞100M/
                 DC50V          ＜0.6       ＞300管2      206         ＞100M/
                 DC100V         ＜0.6       ＞300管3      315         ＞100M/
                 DC100V         ＜0.6       ＞300表2
   工作电压   绝缘电阻寿命   静电容量  浪涌耐量  寿命
    Vs(v)       IRΩ                     C(pF)    (8×20)    DOC
                                        μsec    循环*管4     560        ＞100M/
               DC250v          ＜0.6    500A     DOCl循环管5    1000        ＞100M/                          (8×20)
               DC500V          ＜1      2000A    μsec-100A
                                                 300times管6    3668        ＞100M/
               DC500V          ＜1      2000A    (8×20)
                                                 μsec-100A
                                                 300times
注：*DOC循环：分别为(10×1000)μsec,(100×1000)μsec-lKV 12次实验例2
采用本领域技术人员公知的手段和方法分别测定由实施例1-6得到的本发明之浪涌吸收管稳定性，其中采用的技术参数为：使用寿命，耐寒性，耐热性，耐湿性，温度适应性，其结果见下表3。表3项目                 试验方法                           结果使用寿命     向1500pF电容施加10KV直流充电        实验前后的测定值在±30％内变化
         ，加2K的电阻接触式放电，
         间隔为10秒，200次。耐寒性       负40℃/1000小时放置，然后，常温放置2
         小时后再测定。                         实验前后同值耐热性       125℃/1000小时放置，
         然后，常温放置2小
         时后再测定。耐湿性       45℃，相对湿度90-95％，
         1000小时放置后然后，常
         温放置2小时后再测定。温度适应性   负40℃(30分钟)-
         常温2分钟-125℃(30分钟)，
         反复10次以上，然后，常温放置
         2小时后再测定。
经过上述方法对以上六种浪涌吸收管的实验，这些浪涌吸收管的如表1和表2所述的工作电压，绝缘电阻，静电容量，寿命，浪涌耐量的变化均在上述各表的规定值内。

Claims (9)

1．一种浪涌吸收管，包括外壳，电极柱，同该电柱相连的引线或接点和气室，所述的气室注入氩气或氩气与其它惰性气体或氮气混合后的混合气体，或者六氟化硫，其特征在于电极柱之间具有由导电层材料和非导电层材料多层相互迭加构成的管芯。
2．如权利要求1所述的吸收管，其特征是所述的管芯可具有阶梯行结构或塔形结构。
3．如权利要求1或2所述的吸收管，其特征是所述的导电层材料包括单晶硅，硬质金属或金属合金。
4．如权利要求1或2所述的吸收管，其特征是所述的非导电层材料包括陶瓷、玻璃或陶瓷和玻璃的混合物。
5．如权利要求1或2所述的吸收管，其特征是所述的氩气和其他惰性气体混合后的气体的混合气体中，氩气的含量为大于等于30％。
6．如权利要求1或2所述的吸收管，其特征在于电极柱之间具有由至少两个以上的由一层导电层材料和一层非导电层材料构成的管芯任意相互迭加成一不规则的管芯。
7．如权利要求6所述的吸收管，其特征是所述的导电层材料包括单晶硅，硬质金属或金属合金。
8．如权利要求6所述的吸收管，其特征是所述的非导电层材料包括陶瓷、玻璃或陶瓷和玻璃的混合物。
9．如权利要求6所述的吸收管，其特征是所述的氩气和其他惰性气体混合后的气体的混合气体中，氩气的含量为大于等于30％。
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