JP2002353006A - キャパシタンスの小さい積み重ね式過電圧保護素子 - Google Patents

キャパシタンスの小さい積み重ね式過電圧保護素子

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JP2002353006A
JP2002353006A JP2001151112A JP2001151112A JP2002353006A JP 2002353006 A JP2002353006 A JP 2002353006A JP 2001151112 A JP2001151112 A JP 2001151112A JP 2001151112 A JP2001151112 A JP 2001151112A JP 2002353006 A JP2002353006 A JP 2002353006A
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Shuntatsu Lee
俊 逹 李
Kono Jo
康 能 徐
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KAHO KAGI KOFUN YUGENKOSHI
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KAHO KAGI KOFUN YUGENKOSHI
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用周波性の過電圧の継続を遮断して、系統
上の設備を過電圧から保護するための過電圧保護素子を
提供する。 【解決手段】 セラミック基板300と、当該基板30
0の上に形成されるプリント式電導性下部電極層311
およびプリント式電導性下部電極リード層312と、当
該下部電極層311の上に形成される電圧に対して敏感
な材料層320と、当該材料層の上に形成されるキャパ
シタンスを制限した低絶縁性ガラス層331、332お
よびプリント式電導性上部電極層340と、保護層35
0から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過電圧保護素子、
特に、上・下二重の電極層の間に電圧に対して敏感な材
料層を挟んだ、キャパシタンスの小さい積み重ね式過電
圧保護素子に関する。
【0002】
【従来の技術】可変抵抗で積層されたチップ型は、広く
応用されている過電圧保護素子の内の1つである。この
種の素子は、従来、3pF位にまでにしか、そのキャパ
シタンスを小さくすることができなかった。また、特殊
な構造の半導体ダイオードを用いたとしても、従来、3
pF位にまでにしか、そのキャパシタンスを小さくする
ことができなかった。
【0003】ところで、この種の過電圧保護素子は、キ
ャパシタンスを小さくするため、電極の表面積を小さく
し、かつ、その両端の電極面間の微少なギャップに電圧
に敏感な物質を充填する必要がある。
【0004】従来、上記過電圧保護素子の構造として、
以下の2つの構造が知られている。その1つ目は、米国
特許603,028号と5,974,661号に開示さ
れた、図1に示すような通常のPCB(Print C
ircuit Board)の製作工程でできたもので
ある。これは、絶縁性薄板材料の基板100と、基板1
00上に形成された普通の銅フォイルよりなる分離され
た左右の電極層111と112と、左右の電極層11
1、112上およびその間に形成された、電圧に対して
敏感な材料層120と、以上の主要構造を被覆する保護
層130よりなる。
【0005】その2つ目は、米国特許6,013,35
8号に開示された図2に示すような標準的な厚膜プリン
ト工程により製作されたもので、セラミック基板200
と、当該基板200の上に形成され微少なギャップに分
割された緩衡性ガラス層220と、ガラス層220上に
プリント工程により形成され、互いに分離して緩衡性ガ
ラス層220上を覆っている左右の電極層231,23
2と、この両電極層231,232の上に形成され、そ
の一部分が緩衡性ガラス層220内に存在する電圧に対
して敏感な材料層240と、全体の構造の最上層に被覆
している保護層250とからなる。
【0006】かかる標準的な厚膜プリント工程で製作さ
れた過電圧保護素子によれば、かなり小さいキャパシタ
ンスを得ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
過電圧保護素子は、その微少ギャップを特殊なカッティ
ング工程により形成しなければならないので、次のよう
な問題がある。すなわち、プリント工程においては、サ
ージ電圧放電開始電圧と、適宜に過電圧の継続を制限で
きる放電電圧を、保持するのに足りるまで、ギャップの
間隔を小さくすることができないという問題がある。
【0008】一方、標準厚膜プリント工程と特殊のカッ
ティング工程では、PCB工程に比べて微少ギャップの
形成が可能であるが、これらの工程では、ギャップ間の
表面にギザギザが生じやすいため、尖端放電が起こりや
すくなり、製品の不良率が高くなるという問題がある。
そして、これを防止するために生産速度を落とすとすれ
ば、生産コストが非常に高くなってしまうという問題が
生じる。
【0009】そこで、本発明は、前記した積み重ね式過
電圧保護素子において、かかる問題を解決することを目
的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記した問題は、前記特
許請求の範囲に記載した発明により解決される。すなわ
ち、請求項1記載の発明は、過電圧保護素子であって、
基板と、当該基板の上に形成される電導性下部電極層
と、当該下部電極層の上に形成される電圧に対して敏感
な材料層と、当該材料層の上に形成される電導性上部電
極層と、からなることを特徴とする、キャパシタンスの
小さい積み重ね式過電圧保護素子である。
【0011】請求項2記載の発明は、前記材料層の厚さ
が、3μmから150μmであることを特徴とする、請
求項1記載のキャパシタンスの小さい積み重ね式過電圧
保護素子である。
【0012】請求項3記載の発明は、過電圧保護素子で
あって、基板と、当該基板の上に形成される電導性下部
電極層と、当該下部電極層の上に形成される電圧に対し
て敏感な材料層と、当該電圧に対して敏感な材料層の上
に形成され、1つの接続孔がある、キャパシタンスの制
限された低絶縁性材料層と、前記電圧に対して敏感な材
料層の上に形成される電導性上部電極層と、からなるこ
とを特徴とする、キャパシタンスの小さい積み重ね式電
圧保護素子である。
【0013】請求項4記載の発明は、前記電圧に対して
敏感な材料層の厚さが、3μmから150μmであるこ
とを特徴とする、請求項3記載のキャパシタンスの小さ
い積み重ね式過電圧保護素子である。
【0014】請求項5記載の発明は、前記低絶縁材料層
に使用する材料が、ガラスであることを特徴とする、請
求項3記載のキャパシタンスの小さい積み重ね式電圧保
護素子である。
【0015】請求項6記載の発明は、記低絶縁材料層に
使用する材料が、高分子物質であることを特徴とする、
請求項3記載のキャパシタンスの小さい積み重ね式電圧
保護素子である。
【0016】請求項7記載の発明は、前記低絶縁材料層
に使用する材料が、セラミックであることを特徴とす
る、請求項3記載のキャパシタンスの小さい積み重ね式
電圧保護素子である。
【0017】
【作用】本発明によれば、積み重ねた素子の表面積と電
圧に対して敏感な材料層の厚さをうまく調整できるた
め、積み重ね式過電圧素子の構造全体におけるキャパシ
タンスを1pF以下にすることが可能となる。
【0018】また、プリント工程の用具と工程における
パラメータを調整して、電圧に対して敏感な材料層の厚
さを適当な厚さに保つため、素子のサージ電圧放電開始
電圧と放電中の端子電圧を適宜なレベルに設定すること
も可能となる。
【0019】そして、標準の厚膜プリント工程におい
て、普通一般の工具と設備を用いて、過電圧保護素子を
低コストで大量生産することも可能となる。さらに、本
発明によれば、ギャップを挟んだ両電極の相対面をスム
ースな平面に仕上げることができるため、尖端放電の発
生を防止することをも可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】系統最高電圧を超える電圧である
過電圧は電気系統に大きなダメージを与えるものである
ため、現今、系統における周波数の高速化により、精密
な低電圧系統においては、過電圧保護素子に固有のキャ
パシタンスを小さくして、過電圧保護素子の呼応速度を
高めることがますます重要になってきている。
【0021】そこで、本発明は、サージ電圧に対する放
電開始電圧を低くすることにより、その放電中の両端の
端子電圧、すなわち、IR効果を適宜な値に保ち、商用
周波性の過電圧の継続を遮断して、系統上の設備を過電
圧から保護するため、キャパシタンスの小さい過電圧保
護素子について述べるものである。
【0022】図3は、本発明による過電圧保護素子の第
1の実施の形態を示す図である。図3に示すように、本
発明に係るプリント工程による積み重ねられた過電圧保
護素子の主要部分は、1つのセラミック基板300と、
基板300の上に分離して形成された電導性下部電極層
311と、電導性上部電極リード線層312と、電導性
下部電極層311の上に形成された、電圧に対して敏感
な材料層320と、電導性上部電極リード線層312お
よび電圧に対して敏感な材料層320との上に形成され
た電導性上部電極340とからなる。そして、この主要
部分の上に保護層350をかぶせると、本発明に係る第
1の実施の形態としての過電圧保護素子が完成する。
【0023】図4は、本発明による過電圧保護素子のも
う1つの実施の形態を示す図である。当該実施形態の製
作工程は順を追って図5A〜5E(平面図)、および図
6A〜6E(側面図)に示した。この過電圧保護素子
は、基板300と、基板300の上に形成された電導性
下部電極層311と電導性上部電極リード線層312
(図5A、図6A参照)と、電導性下部電極層311の
上に形成された、電圧に対して敏感な材料層320(図
5B、図6B参照)と、材料層320の上に形成された
2つのキャパシタンスを制限された低絶縁性ガラス層3
31、332(図5C、図6C参照)とを含み、材料層
320にはあらかじめ1つの電極接続孔335が開設さ
れてあり、その面積は実際の需要により決められる。こ
のようにして、素子のキャパシタンスはさらに小さくな
る。その次に電導性上部電極リード線層312が低絶縁
性ガラス層331、332の上に形成され、さらに電導
性上部電極層340(図5D、図6D参照)が前記接続
孔335の上に形成されて、本実施の形態のプリント工
程による積み重ね式過電圧保護素子の主要部分ができあ
がり、最後にその上に保護層(図5E、図6E参照)を
かぶせると、本発明に係る第2の実施の形態としての過
電圧保護素子が完成する。
【0024】また、従来から、過電圧保護素子として用
いる材料層の物質はいろいろ知られているが、その中で
も、電気抵抗の変化に富む酸化亜鉛は有名である。ま
た、米国特許4,726,991号には、数百Å(an
gstrom)以下の厚さの絶縁層に導体、あるいは、
半導体粉末を被覆したものが前記物質の構造として開示
されている。その他、いろいろな類似した物質が発明さ
れている。たとえば、米国特許3,685,026号、
5,393,596号、5,807,509号などに
は、電圧に対して敏感な物質として、各種の導体、半導
体、または絶縁物質の混合した粉末を接着した物質が開
示されている。これらは、すべて、本発明において使用
することができる。
【0025】また、本発明による積み重ね式過電圧保護
素子に使用する基板の材質は典型的にはセラミックであ
るが、その他、たとえばガラス、シリコン、ウェファ
ー、あるいは高分子物資ダイエレクトリック・コンスタ
ントの低いセラミック材料などで構成してもよい。
【0026】なお、電圧に対して敏感な材料層の厚さは
3μmから150μmの間でプリントに使用する材料の
性質や、設備および工具などのパラメータを考慮して適
当に設定する。もし、キャパシタンスを、一層小さくし
たいならば、1つのキャパシタンス制限用の低絶縁性ガ
ラス層をプリントすれば満足できる効果が得られる。
【0027】図7に本発明による積み重ね式過電圧保護
素子のIECスタンダード31000−4−2による、
8kVサージ電圧に対する放電特性曲線を示す。放電電
流曲線1によれば、最大放電電流は30Aで、電圧曲線
3から端子電圧のピークは、300kV以下に制限され
ていることが分かる。この実験に使われた、素子の電圧
に対して敏感な材料層の使用材料は、厚さ50μmで
0.015mm2の接続孔を有する酸化亜鉛である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
サージ電圧に対する放電開始電圧を低くすることができ
るため、商用周波性の過電圧の継続を遮断して、系統上
の設備を、過電圧から強力に保護することができる。
【0029】上記した本発明の実施形態は、各種の形態
に変形でき、本発明に係る特許請求の範囲が上記実施形
態に限定されることはない。よって、特許請求の範囲に
記載の発明に含まれる発明は、すべて、本発明に該当す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のPCB型キャパシタンスの小さい積み重
ね式過電圧保護素子の断面図である。
【図2】従来の厚膜プリント型微少ギャップのあるキャ
パシタンスの小さい過電圧保護素子の断面図である。
【図3】本発明による、キャパシタンスの小さい積み重
ね式過電圧保護素子の第1の実施形態の断面図である。
【図4】本発明による、キャパシタンスの小さい積み重
ね式過電圧保護素子の第2の実施形態の断面図である。
【図5】本発明によるキャパシタンスの小さい積み重ね
式過電圧保護素子の製作手順を平面から示す図である。
【図6】本発明によるキャパシタンスの小さい積み重ね
式過電圧保護素子の製作手順を側面から示す図である。
【図7】本発明によるキャパシタンスの小さい積み重ね
式過電圧保護素子の8kVサージ電圧下における放電特
性曲線図である。
【符号の説明】
100…PCB基板 111…銅フォイルの左右電極層 112…銅フォイルの左右電極層 120…材料層 130…保護層 200…セラミック基板 220…微少ギャップのあるカットされた緩衡用ガラス
層 231…左右電極層 232…左右電極層 240…電圧に対して敏感な材料層 250…保護層 300…セラミック基板 311…プリント式電導性下部電極層 312…プリント式電導性下部電極リード線層 320…電圧に対して敏感な材料層 330…キャパシタンスを制限した低絶縁性ガラス層 331…キャパシタンスを制限した低絶縁性ガラス層 332…キャパシタンスを制限した低絶縁性ガラス層 335…低絶縁性ガラス層上の電極接続孔 340…プリント式電導性上部電極層 350…保護層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 過電圧保護素子であって、 基板と、 当該基板の上に形成される電導性下部電極層と、 当該下部電極層の上に形成される電圧に対して敏感な材
    料層と、 当該材料層の上に形成される電導性上部電極層と、 からなることを特徴とする、キャパシタンスの小さい積
    み重ね式過電圧保護素子。
  2. 【請求項2】 前記材料層の厚さが、3μmから150
    μmであることを特徴とする、請求項1記載のキャパシ
    タンスの小さい積み重ね式過電圧保護素子。
  3. 【請求項3】 過電圧保護素子であって、 基板と、 当該基板の上に形成される電導性下部電極層と、 当該下部電極層の上に形成される電圧に対して敏感な材
    料層と、 当該電圧に対して敏感な材料層の上に形成され、1つの
    接続孔がある、キャパシタンスの制限された低絶縁性材
    料層と、 前記電圧に対して敏感な材料層の上に形成される電導性
    上部電極層と、 からなることを特徴とする、キャパシタンスの小さい積
    み重ね式電圧保護素子。
  4. 【請求項4】 前記電圧に対して敏感な材料層の厚さ
    が、3μmから150μmであることを特徴とする、請
    求項3記載のキャパシタンスの小さい積み重ね式過電圧
    保護素子。
  5. 【請求項5】 前記低絶縁材料層に使用する材料が、ガ
    ラスであることを特徴とする、請求項3記載のキャパシ
    タンスの小さい積み重ね式電圧保護素子。
  6. 【請求項6】 前記低絶縁材料層に使用する材料が、高
    分子物質であることを特徴とする、請求項3記載のキャ
    パシタンスの小さい積み重ね式電圧保護素子。
  7. 【請求項7】 前記低絶縁材料層に使用する材料が、セ
    ラミックであることを特徴とする、請求項3記載のキャ
    パシタンスの小さい積み重ね式電圧保護素子。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009128592A1 (en) * 2008-04-15 2009-10-22 Lattron Co., Ltd Esd protective device possible low capacitance and stability special quality and thereof.

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WO2009128592A1 (en) * 2008-04-15 2009-10-22 Lattron Co., Ltd Esd protective device possible low capacitance and stability special quality and thereof.

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