JP2002373759A - チップ型サージ吸収素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 放電空間の気密性を十分に確保することがで
きるチップ型サージ吸収素子を実現する。 【解決手段】 絶縁基板12の表面12ａと、該表面12ａを
覆う蓋部材14とを、活性銀ろうよりなるシール材16を介
して気密封止して、絶縁基板12の表面12ａと蓋部材14と
の間に放電空間18を形成すると共に、放電空間18内に放
電ガスを封入し、また、上記放電空間18内の絶縁基板表
面12ａに、微小放電間隙20を隔てて対向配置される一対
のトリガ放電電極膜22，22を被着形成し、さらに、トリ
ガ放電電極膜22と電気的に接続され、活性銀ろうよりな
る一対の主放電電極26，26の基端部26ａを、放電空間18
内に位置する絶縁基板12に形成した一対の貫通孔24，24
にそれぞれ挿入すると共に、貫通孔24を気密封止すると
共に、導電性シール材30を介して、主放電電極26の基端
部26ａ底面とリード端子32の先端とを接続してなるチッ
プ型サージ吸収素子10。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、気密容器内に封入し
た放電間隙における放電現象を利用して誘導雷等のサー
ジを吸収することにより、電子機器が損傷することを防
止するサージ吸収素子に係り、特に、気中放電に対する
トリガ手段として沿面コロナ放電を用いると共に、素子
の一面が平面化され、回路基板への表面実装に適したチ
ップ型サージ吸収素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘導雷等のサージから電子機器の
電子回路を保護するためのサージ吸収素子として、電圧
非直線特性を有する高抵抗体素子よりなるバリスタや、
放電間隙を気密容器内に収容したガスアレスタ等、種々
のサージ吸収素子が使用されている。そして、かかるサ
ージ吸収素子の中、高い応答性を実現するために沿面コ
ロナ放電をトリガ放電として利用し、また、回路基板へ
装着し易くするために素子の一面が平面となされた、チ
ップ型サージ吸収素子が多く用いられている。

【０００３】図４乃至図６は、かかるチップ型サージ吸
収素子60の一例を示すものであり、このチップ型サージ
吸収素子60は、セラミック等よりなる絶縁基板62と、該
絶縁基板62の表面を覆う蓋部材64と、上記絶縁基板62の
表面に微小放電間隙66を隔てて被着形成される一対のト
リガ放電電極膜68，68と、上記絶縁基板62の表面に主放
電間隙70を隔てて被着形成される一対の主放電電極膜7
2，72とを有してなる。上記主放電電極膜72は、絶縁基
板62の表面から側面及び底面に至るまで延設されてお
り、また、その一端は上記トリガ放電電極膜70の一端と
接続されている。上記蓋部材64は、セラミック等の絶縁
物質からなり、該蓋部材64の側面下端と絶縁基板62の表
面とを低融点ガラス等からなるシール材74を介して固着
することにより、絶縁基板62の表面と蓋部材64との間に
気密の放電空間76が形成され、該放電空間76内には放電
ガスが封入されている。

【０００４】上記チップ型サージ吸収素子60に、定格電
圧以上のサージが印加された場合、まず微小放電間隙66
を隔てたトリガ放電電極膜68，68間に電位差が生じ、こ
れにより微小放電間隙66に電子が放出されて沿面コロナ
放電が発生する。次いで、この沿面コロナ放電に伴って
生ずる電子のプライミング効果によってグロー放電へと
移行する。そして、このグロー放電がサージ電流の増加
によって主放電間隙70へと転移し、さらに主放電として
のアーク放電に移行し、該アーク放電の大電流を通じて
サージの吸収が行われるのである。このように、上記チ
ップ型サージ吸収素子60は、微小放電間隙66に生ずる元
来応答速度の速い沿面コロナ放電をトリガ放電として利
用するものであるため、高い応答性を実現できると共
に、主放電間隙70に生ずる主放電たるアーク放電によっ
てサージを吸収するものであるため、大きな電流耐量を
も実現できるものである。また、上記チップ型サージ吸
収素子60は、絶縁基板62が平面形状をなしているため、
絶縁基板62裏面の主放電電極膜72をハンダ付けすること
によって、容易に回路基板への表面実装が可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記チップ型サージ吸収素子60にあっては、主放電電極
膜72が、絶縁基板62の表面側から放電空間76外へ取り出
されているため、絶縁基板62表面と蓋部材64の側面下端
との間に主放電電極膜72が介在することとなり、その結
果、主放電電極膜72の厚さに相当する隙間が、蓋部材64
の側面下端と絶縁基板62表面との間に形成されることと
なる。上記隙間は、図６に示すように、シール材74によ
って埋められているが、蓋部材64の側面下端と絶縁基板
62表面との離間距離が比較的大きいため、上記シール材
74によって隙間を完全に埋めることが困難であり、この
結果、放電空間76の気密性が十分に確保されない場合が
生じていた。

【０００６】この発明は、従来の上記問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、放電空間の
気密性を十分に確保することができるチップ型サージ吸
収素子を実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るチップ型サージ吸収素子は、絶縁基板
の表面と、該表面を覆う蓋部材とを、シール材を介して
気密封止して、上記絶縁基板の表面と蓋部材との間に放
電空間を形成すると共に、該放電空間内に放電ガスを封
入し、また、上記放電空間内の絶縁基板表面に、微小放
電間隙を隔てて対向配置される一対のトリガ放電電極膜
を被着形成し、さらに、上記トリガ放電電極膜と電気的
に接続され、導電性金属材料よりなる一対の主放電電極
の基端部を、上記放電空間内に位置する絶縁基板に形成
した一対の貫通孔にそれぞれ挿入すると共に、先端部を
上記放電空間内に露出させて、露出した主放電電極の先
端部間に主放電間隙を形成し、さらにまた、上記主放電
電極を、上記貫通孔を通じて絶縁基板の裏面側から取り
出すと共に、絶縁基板の裏面側において、上記主放電電
極と同一の金属材料で構成された導電性シール材によっ
て、主放電電極の基端部底面及び上記貫通孔の開口部を
覆い、以て、上記貫通孔を気密封止したことを特徴とす
る。

【０００８】本発明のチップ型サージ吸収素子にあって
は、放電空間内に位置する絶縁基板に形成した貫通孔に
主放電電極を挿入し、該貫通孔を通じて主放電電極を絶
縁基板の裏面側から取り出すようにしているので、絶縁
基板表面と蓋部材とを気密封止して放電空間を形成する
際、従来のチップ型サージ吸収素子の如く、絶縁基板表
面と蓋部材との間に主放電電極が介在することがない。
このため、シール材を介して絶縁基板表面と蓋部材とを
気密封止する際における両者間の離間距離が小さくなる
ので、シール材で封止することにより放電空間の気密性
を十分に確保することができる。尚、貫通孔の開口部
は、絶縁基板の裏面側において導電性シール材によって
気密封止されるので、上記放電空間の気密性が損なわれ
ることはない。

【０００９】また、本発明のチップ型サージ吸収素子に
あっては、導電性シール材を主放電電極と同一の金属材
料で構成していることから、貫通孔を導電性シール材で
封止する際に、主放電電極の基端部底面と導電性シール
材との馴染みが非常に良く、貫通孔の気密封止を確実に
行うことができる。

【００１０】貫通孔を通じた絶縁基板裏面側からの主放
電電極の取り出しは、例えば、上記導電性シール材を介
して、絶縁基板の裏面に接合されたリード端子と、上記
主放電電極の基端部とを接続することにより行われる。

【００１１】上記シール材、導電性シール材としては、
シール性が高く、また、非金属材料と直接接合できると
活性銀ろうが好適に使用できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るチップ
型サージ吸収素子10を示す断面図、図２は、本発明のチ
ップ型サージ吸収素子10を構成する絶縁基板12の平面
図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。このチップ型
サージ吸収素子10は、アルミナやフォルステライト等の
セラミックよりなる絶縁基板12と、該絶縁基板12の表面
12ａを覆う蓋部材14を備えている。該蓋部材14も、上記
絶縁基板12と同様に、アルミナやフォルステライト等の
セラミックよりなり、その側面14ａ下端と絶縁基板表面
12ａとを、活性銀ろうよりなるシール材16を介して固着
し、両者間を気密封止することにより、絶縁基板12の表
面12ａと蓋部材14との間に放電空間18が形成されてい
る。該放電空間18内には、アルゴン、ネオン、ヘリウ
ム、キセノン等の希ガスあるいは窒素ガス等の不活性ガ
スの単体又は混合ガスより成る放電ガス、又は上記放電
ガスに水素、六フッ化硫黄ガス、二酸化炭素を混合して
成る放電ガスが封入されている。

【００１３】上記放電空間18内の絶縁基板表面12ａに
は、２０〜１５０μｍ程度の微小放電間隙20を隔てて対
向配置された一対のトリガ放電電極膜22，22が被着形成
されている。このトリガ放電電極膜22は、Ｎｉ−Ｃｒ、
Ｗ、Ｍｏ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮ、ＴｉＣＮ、ＬａＢ
_６、ＳｉＣ等の材料で構成されている。また、放電空間
18内に位置する絶縁基板12の適宜箇所に、一対の貫通孔
24，24が形成されており、各貫通孔24に、「活性銀ろ
う」よりなる略円柱状の主放電電極26が挿入されてい
る。該主放電電極26は、その基端部26ａは上記貫通孔24
内に挿入されて、その外面が貫通孔24の壁面に当接する
と共に、先端部26ｂは、上記貫通孔24から突出して放電
空間18内に露出しており、この露出した一対の主放電電
極26，26の対向する先端部26ｂ，26ｂ間に主放電間隙28
が形成されている。また、一方の主放電電極26の先端部
26ｂと、一方のトリガ放電電極膜22とが電気的に接続さ
れると共に、他方の主放電電極26の先端部26ｂと、他方
のトリガ放電電極膜22とが電気的に接続されており、こ
の結果、上記微小放電間隙20と主放電間隙28とが並列接
続されることとなる。

【００１４】上記貫通孔24は、絶縁基板12の裏面12ｂ側
において、主放電電極26の基端部26ａ底面及び貫通孔24
の開口部を覆う活性銀ろうよりなる導電性シール材30に
よって気密封止されると共に、該導電性シール材30を介
して、主放電電極26の基端部26ａ底面とリード端子32の
先端とが接続されている。さらに、上記リード端子32
は、導電性シール材30によって絶縁基板12の裏面12ｂに
接合されている。上記の通り、絶縁基板12の貫通孔24
を、導電性シール材30で被覆することにより気密封止し
ているので、上記放電空間18の気密性が損なわれること
はない。しかも、主放電電極26と導電性シール材30と
が、同じ材料の活性銀ろうで構成されていることから、
貫通孔24を導電性シール材30で封止する際に、主放電電
極26の基端部26ａ底面と導電性シール材30との馴染みが
非常に良く、貫通孔24の気密封止を確実に行うことがで
きる。同様に、導電性シール材30を介して主放電電極26
の基端部26ａ底面とリード端子32の先端とを接続する際
に、主放電電極26の基端部26ａ底面と導電性シール材30
との馴染みが非常に良いので、リード端子32と主放電電
極26とを強固に接続することができる。

【００１５】上記シール材16としては、活性銀ろう以外
に、低融点ガラスや銀ろうを用いることができる。銀を
主成分とした金属材料である活性銀ろう及び銀ろうは、
低融点ガラスに比べてシール性が高いので、上記蓋部材
の側面14ａ下端と絶縁基板表面12ａとの気密封止を良好
に行うことができる。但し、シール材16が銀ろうの場
合、活性銀ろうや低融点ガラスとは異なり、非金属材料
と直接接合できないことから、蓋部材の側面14ａ下端と
絶縁基板表面12ａとの接合面を、Ｍｏ−Ｍｎで被覆後、
Ｎｉメッキを行う等のメタライズ処理を施す必要があ
る。従って、シール材16の材料としては、上記活性銀ろ
うを用いるのが好適であるといえる。

【００１６】上記導電性シール材30として、活性銀ろう
以外に、銀ろうを用いることもできるが、上記の通り、
銀ろうは非金属材料と直接接合できないことから、気密
封止する貫通孔24近傍の絶縁基板裏面12ｂを、Ｍｏ−Ｍ
ｎで被覆後、Ｎｉメッキを行う等のメタライズ処理を施
す必要がある。また上記の通り、導電性シール材30とし
て、主放電電極26の構成材料と同一の活性銀ろうを用い
た場合には、貫通孔24の気密封止、主放電電極26とリー
ド端子32との接続を良好に行えるので、導電性シール材
30の材料としては、活性銀ろうを用いるのが最も好適で
ある。

【００１７】上記チップ型サージ吸収素子10は、絶縁基
板12が平面形状をなしているため、絶縁基板12裏面に接
合されたリード端子32をハンダ付けすることによって、
図示しない回路基板への表面実装が可能である。

【００１８】而して、上記本発明のチップ型サージ吸収
素子10にリード端子32を介してサージが印加されると、
まず微小放電間隙20を隔てたトリガ放電電極膜22，22間
に電位差が生じ、これにより微小放電間隙20に電子が放
出されてトリガ放電としての沿面コロナ放電が発生す
る。次いで、この沿面コロナ放電は、電子のプライミン
グ効果によってグロー放電へと移行する。そして、この
グロー放電がサージ電流の増加によって主放電間隙28へ
と転移し、さらに主放電としてのアーク放電に移行して
サージの吸収が行われるのである。このチップ型サージ
吸収素子10は、微小放電間隙20に生ずる元来応答速度の
速い沿面コロナ放電をトリガ放電として利用するもので
あるため、高い応答性を実現できるものであり、また、
主放電間隙28に生ずる大電流を通じるアーク放電によっ
てサージを吸収するものであるため、大きな電流耐量を
も実現できるものである。

【００１９】また、本発明のチップ型サージ吸収素子10
にあっては、放電空間18内に位置する絶縁基板12に形成
した貫通孔24内に主放電電極26を挿入し、該貫通孔24を
通じて主放電電極26を絶縁基板12の裏面12ｂ側から取り
出すようにしているので、絶縁基板12表面12ａと、蓋部
材14側面14ａ下端とを気密封止して放電空間18を形成す
る際、従来のチップ型サージ吸収素子60の如く、絶縁基
板12表面12ａと蓋部材側面14ａ下端との間に主放電電極
26が介在することがない。このため、図３に示すよう
に、シール材16を介して絶縁基板12表面12ａと蓋部材14
とを固着する際における絶縁基板12表面12ａと蓋部材14
側面14ａ下端との離間距離が小さくなるので、シール材
16で封止することにより放電空間18の気密性を十分に確
保することができる。

【００２０】さらに、本発明のチップ型サージ吸収素子
10にあっては、活性銀ろうを略円柱状に形成した強度の
大きい主放電電極26，26間で大電流のアーク放電を生成
するようにしているので、上記した従来のチップ型サー
ジ吸収素子60の如く、強度の小さい「膜状」の主放電電
極膜72，72間でアーク放電を生成する場合に比べ、主放
電電極26がスパッタされて発生するスパッタ物質の発生
量を少なくすることができる。この結果、スパッタ物質
の付着による微小放電間隙20や主放電間隙28の絶縁劣化
の可能性を減少させることができ、チップ型サージ吸収
素子10の長寿命化を図ることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明に係るチップ型サージ吸収素子に
あっては、放電空間内に位置する絶縁基板に形成した貫
通孔に主放電電極を挿入し、該貫通孔を通じて主放電電
極を絶縁基板の裏面側から取り出すようにしているの
で、絶縁基板表面と蓋部材とを気密封止して放電空間を
形成する際、従来のチップ型サージ吸収素子の如く、絶
縁基板表面と蓋部材との間に主放電電極が介在すること
がない。このため、シール材を介して絶縁基板表面と蓋
部材とを気密封止する際における両者間の離間距離が小
さくなるので、シール材で封止することにより放電空間
の気密性を十分に確保することができる。

【００２２】また、本発明のチップ型サージ吸収素子に
あっては、導電性シール材を主放電電極と同一の金属材
料で構成していることから、貫通孔を導電性シール材で
封止する際に、主放電電極の基端部底面と導電性シール
材との馴染みが非常に良く、貫通孔の気密封止を確実に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るチップ型サージ吸収素子を示す断
面図である。

【図２】本発明に係るチップ型サージ吸収素子を構成す
る絶縁基板の平面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】従来のチップ型サージ吸収素子を示す断面図で
ある。

【図５】従来のチップ型サージ吸収素子を構成する絶縁
基板の平面図である。

【図６】図４のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

10 チップ型サージ吸収素子 12 絶縁基板 14 蓋部材 16 シール材 18 放電空間 20 微小放電間隙 22 トリガ放電電極膜 24 貫通孔 26 主放電電極 28 主放電間隙 30 導電性シール材 32 リード端子

フロントページの続き (72)発明者 茂木 一行 埼玉県行田市斉条字江川1003 岡谷電機産 業株式会社埼玉製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板の表面と、該表面を覆う蓋部材
   とを、シール材を介して気密封止して、上記絶縁基板の
   表面と蓋部材との間に放電空間を形成すると共に、該放
   電空間内に放電ガスを封入し、また、上記放電空間内の
   絶縁基板表面に、微小放電間隙を隔てて対向配置される
   一対のトリガ放電電極膜を被着形成し、さらに、上記ト
   リガ放電電極膜と電気的に接続され、導電性金属材料よ
   りなる一対の主放電電極の基端部を、上記放電空間内に
   位置する絶縁基板に形成した一対の貫通孔にそれぞれ挿
   入すると共に、先端部を上記放電空間内に露出させて、
   露出した主放電電極の先端部間に主放電間隙を形成し、
   さらにまた、上記主放電電極を、上記貫通孔を通じて絶
   縁基板の裏面側から取り出すと共に、絶縁基板の裏面側
   において、上記主放電電極と同一の金属材料で構成され
   た導電性シール材によって、主放電電極の基端部底面及
   び上記貫通孔の開口部を覆い、以て、上記貫通孔を気密
   封止したことを特徴とするチップ型サージ吸収素子。
2. 【請求項２】 上記導電性シール材を介して、絶縁基板
   の裏面に接合されたリード端子と、上記主放電電極の基
   端部とを接続してなることを特徴とする請求項１に記載
   のチップ型サージ吸収素子。
3. 【請求項３】 上記シール材及び導電性シール材が、活
   性銀ろうであることを特徴とする請求項１または２に記
   載のチップ型サージ吸収素子。