JP2003282217A - サージアブソーバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サージ吸収素子を簡単かつ容易に製作できて
量産化を図ること。 【解決手段】 数十センチ程度の外径をなす二枚の半導
体ウエハからなる導電性の板状体２１、２２を用い、そ
の一方の板状体２１の表面に絶縁層２３が設けられる。
その後、板状体２１の上に板状体２２を重ねて貼り合わ
せることでサンドイッチ構造体２０が形成される。その
後、サンドイッチ構造体２０を格子状に切断すること
で、サンドイッチ構造体２０からサージ吸収素子１１が
複数形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、サージから様々
な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用するサージ
アブソーバ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電話機、ファクシミリ、モデム等の通信
機器用の電子機器が通信線と接続する部分、或いはＣＲ
Ｔ駆動回路等、雷サージや静電気等の異常電圧（サージ
電圧）による電撃を受けやすい部分には、異常電圧によ
って電子機器やこの機器を搭載するプリント基板の熱的
損傷又は発火等による破壊を防止するために、サージア
ブソーバが設けられている。

【０００３】このようなサージアブソーバの従来例とし
ては、例えば図６に示すようなものが知られている。こ
のサージアブソーバ１は、長さ方向の中間部にマイクロ
ギャップ３を有する導電性素体２の両端が、キャップ電
極４ａ，４ｂに圧入されてサージ吸収素子５が構成さ
れ、サージ吸収素子５のキャップ電極４ａ、４ｂに対向
電極６ａ、６ｂが接続され、またこれら対向電極６ａ、
６ｂとサージ吸収素子５とが不活性ガスＧと共にガラス
管７内に封入されると共に、対向電極６ａ、６ｂの外端
にリード端子８ａ、８ｂが接続された構成となってい
る。

【０００４】そして、サージアブソーバ１に、異常電圧
または異常電流が印加されると、マイクロギャップ３で
グロー放電がトリガされる。この放電は、導電性素体２
の長さに沿いサージ吸収素子５の両端側まで延展して、
最終的に対向するキャップ電極４ａ、４ｂ間にアーク放
電が発生し、これによって異常電圧または異常電流がサ
ージアブソーバに吸収されるようになっている。

【０００５】このサージアブソーバ１を製造するには、
図７のように、カーボンヒータ３０の穴３１内に、リー
ド端子８ａと、ガラス管７と、対向電極６ａと、サージ
吸収素子５と、対向電極６ｂ、リード端子８ｂとをこの
順番で収納し、その後、穴３１の雰囲気が真空に排気さ
れると共に、不活性ガスの雰囲気に晒されたときにガラ
ス管７を加熱すると、ガラス管７の両端が対向電極６
ａ、６ｂに接着されることでサージアブソーバ１が製作
される。

【０００６】サージ吸収素子５としては、例えば図８
（ａ）のように円柱状のセラミックス部材（絶縁性部
材）２ａの表面に導電性皮膜２ｂが着膜されることで導
電性素体２が形成され、その導電性素体２の両端にキャ
ップ電極４ａ、４ａが図６のように圧入された後、導電
性素体２の中央部の周囲にレーザ光線を照射することで
マイクロギャップ３が設けられる。或いは、図８（ｂ）
のように半導体素子などのような角柱状のチップ２ｃを
一対用意し、それを図示のようにガラスやシリコン酸化
膜からなる絶縁材２ｄを介在させて貼り合わせることで
導電性素体２が構成され、これを同様にしてキャップ電
極を設けることにより、サージ吸収素子が形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記に示す
従来のサージアブソーバ１においては、サージ吸収素子
５の導電性素体２が図８（ａ）のように円柱状のセラミ
ックス部材等によって構成したり、同図（ｂ）のように
一対のチップ２ｃを貼り合わせて構成されたりしている
ものの、何れも、個々に製作されているので、製造工程
数の増加を招くばかりでなく、労力も多大となる結果、
量産性に乏しい問題があった。また、円柱状セラミック
ス部材等によって導電性素体２を形成するサージ吸収素
子５にあっては、レーザ加工でマイクロギャップ３を形
成するため、大規模の設備や高度な技術を必要とするば
かりでなく、その形成精度を高く保つことが非常に難し
く、安定したマイクロギャップ３を得るために多大な労
力を要していた。更に、チップ２ｃによって導電性素体
２を形成するサージ吸収素体５にあっては、レーザ加工
が不要となるものの、一対のチップ２ｃを貼り合わせる
とき、互いの位置が略軸線上に位置させなければならな
いので、位置決めするのが困難となっていた。

【０００８】この発明は、このような事情を考慮してな
されたもので、その目的は、サージ吸収素子を簡単かつ
容易に製作できて、量産化を図ることができるサージア
ブソーバの製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は以下の手段を提案している。請求項１に
係る発明は、一対の導電体間にマイクロギャップを設け
てサージ吸収素子を個々に形成するサージアブソーバの
製造方法において、導電性からなる一対の板状体を、マ
イクロギャップを構成する絶縁層を介して互いに貼り合
わせてサンドイッチ構造体が形成された後、そのサンド
イッチ構造体を格子状に切断して、サンドイッチ構造体
からサージ吸収素子を複数形成することを特徴とする。

【００１０】この発明に係るサージアブソーバの製造方
法によれば、サンドイッチ構造体を形成して縦横に切断
することで、複数のサージ吸収素子を同時に形成でき、
サージ吸収素子を量産化することができる。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１記載のサ
ージアブソーバの製造方法において、前記サンドイッチ
構造体は、一方の板状体の表面に前記絶縁層が設けられ
た後、一方の板状体に他方の板状体が貼り合わせて形成
されることを特徴とする。

【００１２】この発明に係るサージアブソーバの製造方
法によれば、一方の板状体の表面に絶縁層が設けられた
後、この板状体に他方の板状体が貼り合わせて形成され
るので、サンドイッチ構造体を極めて簡単に形成するこ
とができる。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１又は２記
載のサージアブソーバの製造方法において、前記サージ
吸収素子が複数形成された後、各サージ吸収素子におけ
る前記絶縁層の周縁を一対の板状体の周面より外方に突
出させて、ギャップ突出サージ吸収素子を形成すること
を特徴とする。

【００１４】この発明に係るサージアブソーバの製造方
法によれば、サージ吸収素子における一対の板状体の両
側面より前記絶縁層の周縁を外方に突出させて、ギャッ
プ突出サージ吸収素子が形成されるので、サージ電流の
発生によって導電材が浮遊しても、絶縁層の突出部分に
付着することを極力抑制でき、サージアブソーバとして
の機能低下を図り、耐久性が得られる。

【００１５】請求項４に係る発明は、請求項３記載のサ
ージアブソーバの製造方法において、前記ギャップ突出
サージ吸収素子は、サージ吸収素子における一対の板状
体の外周面をエッチングにより欠落させて縮小形成する
ことを特徴とする。

【００１６】この発明に係るサージアブソーバの製造方
法によれば、サージ吸収素子における一対の板状体の両
側面をエッチングにより除去して薄肉に形成されるの
で、絶縁層の周縁を一対の板状体から容易に露出させる
ことができ、ギャップ突出サージ吸収体の形成を容易に
行うことができる。

【００１７】請求項５に係る発明は、請求項１から４の
一項記載のサージアブソーバの製造方法において、前記
導電性の板状体は、シリコンウエハからなることを特徴
とする。この発明に係るサージアブソーバの製造方法に
よれば、二枚のシリコンウエハを用いることにより、複
数のサージ吸収素子を容易に形成することができる。ま
た、シリコンウエハの純度について、一般的に使われて
いる高純度のシリコンだけでなく、低純度のシリコンで
も使用できる。

【００１８】請求項６に係る発明は、請求項１から５の
一項記載のサージアブソーバの製造方法において、前記
絶縁層は、熱酸化膜からなることを特徴とする。この発
明に係るサージアブソーバの製造方法によれば、熱酸化
膜からなるので、絶縁層を容易に形成することができ、
絶縁性の高い緻密な絶縁層が容易に得られる。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項１から６の
一項記載のサージアブソーバの製造方法において、前記
サージ吸収素子は、ガラス管内に対し、不活性ガスが封
入された状態で、かつ一対の板状体の外端に接続される
対向電極と共に封止されて作製されることを特徴とす
る。

【００２０】この発明に係るサージアブソーバの製造方
法によれば、サージ吸収素子が、不活性ガスの封入され
ているガラス管に対向電極と共に封止されることで作製
されるので、サージアブソーバの製造作業を速やかに行
うことができると共に、製造時間の短縮化を図ることも
できる。

【００２１】請求項８に係る発明は、請求項１から７の
一項記載の製造方法で作製されたサージ吸収素子を備え
ることを特徴とする。この発明に係るサージアブソーバ
によれば、サンドイッチ構造体から複数形成されるサー
ジ吸収素子を備えることで、生産性が高く、かつ廉価性
及び耐久性にも優れたサードアブソーバを提供すること
ができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、この発明の
実施の形態について説明する。図１から図５はこの発明
の一実施の形態に係るサージアブソーバの製造方法を示
す図であって、図１は製造されたサージアブソーバを示
す断面図、図２はサージアブソーバをカーボンヒータに
振り込んで加熱するときの状態を示す説明図、図３はサ
ージアブソーバにおけるサージ吸収体の形成課程を示す
サンドイッチ構造体の形成過程を示す説明図、図４はサ
ンドイッチ構造体から切断して形成されたサージ吸収体
を示す側面図である。図１に示すこの実施形態のサージ
アブソーバ１０は、マイクロギャップ１２を有するサー
ジ吸収素子１１が、一対の対向電極１３ａ、１３ｂに接
続されてガラス管１４内に不活性ガスと共に封止され、
対向電極１３ａ、１３ｂのガラス管１４から露出してい
る外端面にはリード１５ａ、１５ｂ線がそれぞれ接続さ
れている。

【００２３】この場合、サージアブソーバ１０の製作時
には、予め、リード端子１５ａを一方の対向電極１３ａ
の外端にスポット溶接等により接続しておくと共に、他
方の対向電極１３ｂの外端にも同様にリード端子１５ｂ
を接続しておく。次いで、図２に示すように、カーボン
ヒータ３０の穴３１内に、リード端子１５ａを有する一
方の対向電極１３ａと、ガラス管１４と、サージ吸収素
子１１と、リード端子１５ｂを有する他方の対向電極１
３ｂとが順次振り込まれる。その後、穴３１内を真空排
気した後、不活性ガスを導入したガス雰囲気内に生成
し、その雰囲気中でガラス管１４が加熱処理されると、
ガラス管１１の両端に対向電極１３ａ、１３ｂが接合さ
れと共に、対向電極１３ａ、１３ｂとサージアブソーバ
１０とが接続されることで、図１に示すサージアブソー
バ１０が作製されるようになっている。

【００２４】そして、この実施形態においては、サージ
吸収素子１１が、個々に作製されるのではなく、複数個
が一括的に製作されるようにしている。即ち、例えば図
３（ａ）のように数十センチ程度の外径をなす二枚の半
導体ウエハからなる導電性の板状体２１、２２を用い、
その一方の板状体２１の表面に絶縁層２３が設けられ
る。この絶縁層２３としては、例えばシリコン酸化膜
（ＳｉＯ₂）、若しくはシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）、
更にはペースト状のガラスであってもよい。

【００２５】絶縁層２３が設けられた後、絶縁層２３の
上に図３（ｂ）のように他方の板状体２２を重ねて貼り
合わせることにより、サンドイッチ構造体２０が形成さ
れる。その後、サンドイッチ構造体２０を図示しないダ
イシングにより、図３（ｃ）のように格子状に切断する
ことで、サンドイッチ構造体２０から図４のようなサー
ジ吸収素子１１が複数形成される。

【００２６】つまり、板状体２１の切断品２１ａと、板
状体２２の切断品２２ａとが、絶縁層２３の切断品２３
ａを介して貼り合わせられると共に、切断品２３ａがマ
イクロギャップとして機能できるようになっている。そ
のため、板状体２１、２２間に設けられる絶縁層２３の
厚みとしては、マイクロギャップを構成する寸法であ
り、本例では、サージアブソーバ１０の仕様に応じ適宜
選定され、例えば数μｍ〜数十μｍの範囲である。

【００２７】このサージアブソーバ１０は、上記のよう
に構成されるので、これを製造するには、予め、シリコ
ンウエハのように外径が数十センチからなる絶縁性の板
状体２１、２２を用意し、一方の板状体２１の表面にマ
イクロギャップをなす絶縁層２３が設けられた後、その
板状体２１上に他方の板状体２２を重ねて貼り合わせる
ことでサンドイッチ構造体２０が形成される。

【００２８】次いで、サンドイッチ構造体２０の形成
後、サンドイッチ構造体２０が格子状に切断されること
で、板状体２１、２２の切断品２１ａ、２２ａとこれら
に介設された絶縁層２３の切断品２３ａとからなるサー
ジ吸収体１１が複数形成される。

【００２９】このようにして複数のサージ吸収体１１が
形成された後、これらのサージ吸収体１１、リード端子
１５ａを有する対向電極１３ａ、ガラス管１４、リード
端子１５ｂを有する対向電極１３ｂがカーボンヒータ３
０のそれぞれの所定の穴３１内に振り込まれると共に、
加熱処理されることで、複数のサージアブソーバ１０が
製作されることとなる。

【００３０】従って、この実施形態の製造方法によれ
ば、サンドイッチ構造体２０を形成すると共に、サンド
イッチ構造体２０を切断することで複数のサージ吸収素
子１１を同時に形成できるので、従来のようにサージ吸
収素子をいちいち個別に形成すると異なり、大量に生産
することができ、サージアブソーバの量産化を図ること
ができる。

【００３１】また、サンドイッチ構造体２０は、一方の
板状体２１の表面に絶縁層２３が設けられた後、これに
他方の板状体２２が貼り合わせて形成されるので、容易
に形成することができる。しかも、板状体２１、２２が
シリコンウエハからなっていて数十センチもの大きさで
あるので、サンドイッチ構造体２０の一度の製造工程
で、多量のサージ吸収素子１１を確実に製作できる。更
に、絶縁層２３として、例えばシリコン酸化膜とシリコ
ン窒化膜等のように熱酸化膜を採用すると、絶縁性の高
い緻密な層を容易に形成することができる。

【００３２】そして、サージ吸収素子１１がガラス管内
に対し、不活性ガスが封入された状態で、かつ一対の板
状体の外端に接続される対向電極と共に封止されて作製
されるので、サージアブソーバの製造作業を速やかに行
うことができると共に、製造時間の短縮化を図ることも
できる。

【００３３】図５はこの発明の第２の実施の形態に係る
サージアブソーバの製造装置を示している。この実施形
態では、サンドイッチ構造体２０から図３のようにして
複数のサージ吸収素子１１が形成されたとき、これら各
サージ吸収素子１１における絶縁層２３（切断品２３
ａ）の露出している周縁を、板状体２１、２２（切断品
２１ａ、２２ａ）の外周面より外方に突出させて、ギャ
ップ突出サージ吸収体２０Ａが形成される。

【００３４】この場合、ギャップ突出サージ吸収体２０
Ａは、サージ吸収素子１１が形成された後、このサージ
吸収素子１１をエッチング処理し、一対の板状体２１、
２２の外周面が削り取られて細い形状となることで、絶
縁層２３の周縁が板状体２１、２２の外周から突出した
状態に形成される。そのため、エッチング液としては、
絶縁層２３を浸食せず、かつ板状体２１、２２としての
シリコンウエハを所望の膜厚にエッチングできる材質で
選定されている。

【００３５】一般に、絶縁層２３の周縁が絶縁層２３の
側面と同一面上にある場合、サージ電圧の発生によって
アーク放電が起こると、その放電に伴って発生する浮遊
導電物が、絶縁層２３の露出している周縁に付着して次
第に堆積してしまい、サージアブソーバとして寿命特性
が低下して性能劣化を招くおそれがある。しかしなが
ら、この実施形態のように、絶縁層２３の周縁が板状体
２１、２２の外周面より突出していると、アーク放電に
よって導電物自体がスパークされてしまい、それにより
発生する浮遊導電物が、絶縁層２３の突出部分に付着す
るのを抑制することができ、両板状体２１、２２間のマ
イクロギャップとしての絶縁機能を保ち続けることがで
きるので、サージアブソーバ１０としての寿命特性が下
がるのを防ぎ、長寿命化を図ることができる。

【００３６】また、各ギャップ突出サージ吸収体２０Ａ
は、複数のサージ吸収素子１１が形成されたとき、これ
らを一括的にエッチング処理することで複数のものが同
時に形成できるので、個々にいちいち製作する必要もな
く、簡単に形成できる。

【００３７】なお、図示実施形態では、リード端子を有
するリード端子型に適用した例を示したが、リード端子
のないタイプ、いわゆるメルフ型（面実装型）に適用し
ても同様の効果が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、サンドイッチ構造体を形成して縦横に切断
することで、複数のサージ吸収素子を同時に形成できる
ように構成したので、サージ吸収素子を量産化すること
ができる結果、サージアブソーバの量産化を実現できる
効果が得られる。

【００３９】請求項２に係る発明によれば、一方の板状
体の表面に絶縁層が設けられた後、この板状体に他方の
板状体が貼り合わせることでサンドイッチ構造体が形成
されるので、サンドイッチ構造体を極めて簡単に形成す
ることができる効果が得られる。

【００４０】請求項３に係る発明によれば、サージ吸収
素子における一対の板状体の両側面より絶縁層の周縁を
外方に突出させるので、サージ電流の発生によって導電
材が浮遊しても、絶縁層の突出部分に付着することを極
力抑制でき、サージアブソーバとしての機能低下を図
り、かつ耐久性を図る効果が得られる。

【００４１】請求項４に係る発明によれば、サージ吸収
素子における一対の板状体の両側面をエッチングにより
削除することで、絶縁層の周縁を一対の板状体から容易
に露出させることができるので、ギャップ突出サージ吸
収体の形成を容易に行うことができる効果が得られる。

【００４２】請求項５に係る発明によれば、二枚のシリ
コンウエハを用いることにより、複数のサージ吸収素子
を容易に形成することができる効果が得られる。また、
シリコンウエハの純度について、一般的に使用される高
純度のシリコンだけでなく、低純度のシリコンでも使用
できるので、更に安価に提供することができる。

【００４３】請求項６に係る発明によれば、絶縁層を容
易に形成することができ、特にシリコン窒化膜を採用す
ることで、密な絶縁構造が容易に得られる。

【００４４】請求項７に係る発明によれば、サージ吸収
素子が、不活性ガスの封入されているガラス管に対向電
極と共に封止されることで作製されるので、サージアブ
ソーバの製造作業を速やかに行うことができると共に、
製造時間の短縮化を図ることもできる効果が得られる。

【００４５】請求項８に係る発明によれば、生産性が高
く、かつ廉価性及び耐久性にも優れたサージアブソーバ
を提供することができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態に係るサージアブソ
ーバの製造方法を示す図であって、製造されたサージア
ブソーバを示す断面図である。

【図２】 サージアブソーバをカーボンヒータに振り込
んで加熱するときの状態を示す説明図である。

【図３】 サージアブソーバにおけるサージ吸収体の形
成課程を示すサンドイッチ構造体の形成過程を示す説明
図である。

【図４】 サンドイッチ構造体から切断して形成された
サージ吸収体を示す側面図である。

【図５】 この発明の第２の実施の形態に係るサージア
ブソーバの製造装置を示す図であって、サージ吸収素子
がギャップ突出サージ吸収素子として形成された説明図
である。

【図６】 従来のサージアブソーバを示す断面図であ
る。

【図７】 従来のサージアブソーバの製造過程を示す説
明図である。

【図８】 （ａ）は従来のサージアブソーバにおけるサ
ージ吸収素子の製造過程の一例を示す図、（ｂ）は同じ
くサージ吸収素子の他の製造過程を示す図である。

【符号の説明】

１０ サージアブソーバ １１ サージ吸収素子 １２ マイクロギャップ １３ａ、１３ｂ 対向電極 １４ ガラス管 １５ａ、１５ｂ リード端子 ２０ サンドイッチ構造体 ２１、２２ 導電性の板状体 ２１ａ、２２ａ 板状体の切断品 ２３ 絶縁層 ２３ａ 絶縁層の切断品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 卓 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三 菱マテリアル株式会社セラミックス工場電 子デバイス開発センター内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の導電体間にマイクロギャップを設
   けてサージ吸収素子を個々に形成するサージアブソーバ
   の製造方法において、 導電性からなる一対の板状体を、マイクロギャップを構
   成する絶縁層を介して互いに貼り合わせてサンドイッチ
   構造体を形成した後、 そのサンドイッチ構造体を格子状に切断して、サンドイ
   ッチ構造体からサージ吸収素子を複数形成することを特
   徴とするサージアブソーバの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のサージアブソーバの製造
   方法において、 前記サンドイッチ構造体を、一方の板状体の表面に前記
   絶縁層を設けた後、前記絶縁層に他方の板状体を貼り合
   わせて形成することを特徴とするサージアブソーバの製
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のサージアブソーバ
   の製造方法において、 前記サージ吸収素子を複数形成した後、各サージ吸収素
   子における前記絶縁層の周縁を一対の板状体の周面より
   外方に突出させて、ギャップ突出サージ吸収素子を形成
   することを特徴とするサージアブソーバの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のサージアブソーバの製造
   方法において、 前記ギャップ突出サージ吸収素子は、サージ吸収素子に
   おける一対の板状体の外周面をエッチングにより欠落さ
   せて縮小形成することを特徴とするサージアブソーバの
   製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１から４の一項記載のサージアブ
   ソーバの製造方法において、 前記導電性の板状体は、シリコンウエハからなることを
   特徴とするサージアブソーバの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５の一項記載のサージアブ
   ソーバの製造方法において、 前記絶縁層は、熱酸化膜からなることを特徴とするサー
   ジアブソーバの製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１から６の一項記載のサージアブ
   ソーバの製造方法において、 前記サージ吸収素子を、ガラス管内に対し、不活性ガス
   が封入された状態で、かつ一対の板状体の外端に接続さ
   れる対向電極と共に封止して作製することを特徴とする
   サージアブソーバの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１から６の一項記載の製造方法で
   作製されたサージ吸収素子を備えることを特徴とするサ
   ージアブソーバ。