JP2010086841A - Overvoltage protection component and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器を静電気やサージ等の過電圧から保護する過電圧保護部品に関するものである。 The present invention relates to an overvoltage protection component that protects an electronic device from overvoltage such as static electricity or surge.
近年、電子機器の小型化、高性能化が急速に進み、それに伴い電子機器に用いられる電子部品の小型化も急速に進んでいる。しかしながら、その反面、この小型化に伴って電子機器や電子部品の静電気やサージ等の過電圧に対する耐性は低下しており、その対策として、マイクロギャップ式の過電圧保護部品等の対策部品が用いられている。 In recent years, downsizing and high performance of electronic devices are rapidly progressing, and accordingly, downsizing of electronic parts used in electronic devices is also progressing rapidly. However, with this miniaturization, the tolerance of overvoltages such as static electricity and surges of electronic devices and electronic parts has decreased, and countermeasure parts such as microgap-type overvoltage protection parts have been used as countermeasures. Yes.
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1,2が知られている。
従来の過電圧保護部品としてのチップ型サージアブソーバは、図15に示すように、放電空間1内においてマイクロギャップ2を隔てて対向する一対の電極3,4を有しているもので、この電極3,4の間に静電気やサージ等の過電圧が印加されるとマイクロギャップ2が放電して電流が流れ、そして、この電流をグランドにバイパスさせることにより電子機器を保護するようにしていた。
As shown in FIG. 15, a conventional surge surge absorber as an overvoltage protection component has a pair of
しかしながら、静電気やサージ等の過電圧が繰り返し印加されると、マイクロギャップ2の放電が繰り返されることになり、これにより、マイクロギャップ2を構成する一対の電極3,4が発熱して徐々に溶解し、そして、マイクロギャップ2の間隔が広がって過電圧保護部品の動作するピーク電圧は上昇することになり、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧から保護する効果が満足に得られないものであった。
However, when an overvoltage such as static electricity or surge is repeatedly applied, the discharge of the
また、特許文献2には、密封された容器の中に、放電ギャップG1を隔てて対向する炭素電極と放電ギャップG2を隔てて対向する金属箱とを設け、そして、前記放電ギャップG1より放電ギャップG2を大きくした構成とすることにより、過電圧が印加された場合、低い電圧領域においては炭素電極部分(G1)が放電し、一方、高い電圧領域においては金属箱部分(G2)が放電することによって、炭素電極の劣化を遅らせることにより、長期間使用しても放電特性が安定しているサージアブソーバが示されている。しかしながら、この特許文献2に示された構成においては、筒状の絶縁体の両端開口部を一対の金属板で封止する構成であるため、構造が複雑となり、これにより、量産性も乏しく、かつ小型化するのも困難なものであった。
Further, in
本発明は上記従来の課題を解決するもので、静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加に対しても耐性があり、かつ過電圧保護部品にかかるピーク電圧も低く電子機器を過電圧から保護する特性も安定している過電圧保護部品およびその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, is resistant to repeated application of overvoltage such as static electricity and surge, and has a low peak voltage applied to overvoltage protection components and stable characteristics for protecting electronic devices from overvoltage. It is an object of the present invention to provide an overvoltage protection component and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の発明は、基体と、この基体の内部に形成された空洞と、この空洞内において第1のギャップを隔てて互いに対向する第1の電極および第2の電極とを備え、前記基体の上面において第2のギャップを隔てて互いに対向する第3の電極および第4の電極を設け、かつ前記基体の一方の側面において前記第1の電極と第3の電極を電気的に接続する第1の端子電極を形成し、さらに前記基体の他方の側面において前記第2の電極と第4の電極を電気的に接続する第2の端子電極を形成したもので、この構成によれば、前記基体の上面において第2のギャップを隔てて互いに対向する第3の電極および第4の電極を設け、かつ前記基体の一方の側面において前記第1の電極と第3の電極を電気的に接続する第1の端子電極を形成し、さらに前記基体の他方の側面において前記第2の電極と第4の電極を電気的に接続する第2の端子電極を形成した構成としているため、静電気やサージ等の過電圧印加の初期段階においては、放電開始電圧が低く、基体内部の空洞に設けられた第1のギャップのみが放電して過電圧保護部品が動作し、そして、その後過電圧印加が繰り返されて第1のギャップが劣化して、第1のギャップの放電開始電圧が上昇した場合には、基体の上面に設けられた第2のギャップも第1のギャップと同時に機能して放電することにより過電圧保護部品が引き続き動作することになるため、第1のギャップのみに電界が集中することはなくなり、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加から確実に保護することができる過電圧保護部品が得られるという作用効果を有するものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a substrate, a cavity formed in the substrate, a first electrode and a second electrode facing each other with a first gap in the cavity. A third electrode and a fourth electrode facing each other across a second gap are provided on the upper surface of the substrate, and the first electrode and the third electrode are electrically connected to one side surface of the substrate. A first terminal electrode that is electrically connected, and a second terminal electrode that electrically connects the second electrode and the fourth electrode is formed on the other side surface of the substrate. According to the above, the third electrode and the fourth electrode facing each other with a second gap are provided on the upper surface of the substrate, and the first electrode and the third electrode are provided on one side surface of the substrate. First terminal electrode to be electrically connected In addition, since the second terminal electrode for electrically connecting the second electrode and the fourth electrode is formed on the other side surface of the base, an initial stage of applying an overvoltage such as static electricity or surge , The discharge start voltage is low, only the first gap provided in the cavity inside the base body is discharged, the overvoltage protection component operates, and then the overvoltage application is repeated to degrade the first gap. When the discharge start voltage of the first gap rises, the second gap provided on the upper surface of the substrate also functions and discharges simultaneously with the first gap, so that the overvoltage protection component continues to operate. Therefore, the electric field is not concentrated only in the first gap, and thus the electronic device can be reliably protected from repeated application of overvoltage such as static electricity or surge. And it has a effect that the voltage protection components obtained.
また、基体の上面に第2のギャップを隔てて互いに対向する第3の電極および第4の電極を形成するとともに、基体の内部に第1のギャップを隔てて互いに対向する第1の電極および第2の電極を形成しているため、基体の上面と基体の内部を有効に活用することができ、これにより、過電圧保護部品を小型化することができるという作用効果を有するものである。 In addition, a third electrode and a fourth electrode facing each other with a second gap are formed on the upper surface of the base, and a first electrode and a second electrode facing each other with a first gap are formed inside the base. Since the second electrode is formed, the upper surface of the base body and the inside of the base body can be effectively used, and thereby, the overvoltage protection component can be reduced in size.
本発明の請求項2に記載の発明は、特に、基体を低温焼成セラミックシートの積層および焼成によって構成し、かつ第1の電極および第2の電極を金、銀パラジウム合金、銀のいずれかを主成分とする材料で構成したもので、この構成によれば、基体を低温焼成セラミックシートの積層および焼成によって構成し、かつ第1の電極および第2の電極を金、銀パラジウム合金、銀のいずれかを主成分とする材料で構成しているため、基体を構成する第1の絶縁層から第3の絶縁層および第1の電極から第4の電極を1000℃以下で同時焼成することができ、これにより、量産性に優れたものが得られるため、過電圧保護部品のコストダウンが図れるという作用効果を有するものである。
In the invention described in
本発明の請求項3に記載の発明は、第1の絶縁層の上面に第1のギャップを隔てて対向するように第1の電極と第2の電極を形成する工程と、前記第1の絶縁層のうち、前記第1のギャップの近傍における空洞形成部以外の部分を覆うように第2の絶縁層を形成する工程と、前記空洞形成部に樹脂を充填する工程と、前記第2の絶縁層および前記樹脂を完全に覆うように第3の絶縁層を形成する工程と、この第3の絶縁層の上面に形成した導体層をレーザーで切削して第2のギャップを形成することにより、この第2のギャップを隔てて互いに対向する第3の電極および第4の電極を形成する工程と、前記第1の絶縁層から第3の絶縁層および前記第1の電極から第4の電極を同時に焼成して前記空洞形成部内に充填された樹脂を消失させ、前記第1のギャップの近傍に空洞を形成する工程と、前記第1の電極と第3の電極が電気的に接続されるように導電性ペーストを塗布して第1の端子電極を形成する工程と、前記第2の電極と第4の電極が電気的に接続されるように導電性ペーストを塗布して第2の端子電極を形成する工程とを備えたもので、この製造方法によれば、基体内部の空洞において第1の電極と第2の電極が第1のギャップを隔てて互いに対向し、かつ基体の上面において第3の電極と第4の電極が第2のギャップを隔てて互いに対向し、そして基体の一方の側面において前記第1の電極と第3の電極が第1の端子電極によって電気的に接続され、さらに基体の他方の側面において前記第2の電極と第4の電極が第2の端子電極によって電気的に接続された構成となっているため、静電気やサージ等の過電圧印加の初期段階においては、放電開始電圧が低く、基体内部の空洞に設けられた第1のギャップのみが放電して過電圧保護部品が動作し、そして、その後過電圧印加が繰り返されて第1のギャップが劣化して、第1のギャップの放電開始電圧が上昇した場合には、基体の上面に設けられた第2のギャップも第1のギャップと同時に機能して放電することにより過電圧保護部品が引き続き動作することになるため、第1のギャップのみに電界が集中することはなくなり、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加から確実に保護することができる過電圧保護部品が得られるという作用効果を有するものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a step of forming the first electrode and the second electrode so as to face the upper surface of the first insulating layer with a first gap therebetween, and Forming a second insulating layer so as to cover a portion of the insulating layer other than the cavity forming portion in the vicinity of the first gap; filling the cavity forming portion with a resin; and A step of forming a third insulating layer so as to completely cover the insulating layer and the resin, and a second gap is formed by cutting the conductor layer formed on the upper surface of the third insulating layer with a laser. Forming a third electrode and a fourth electrode facing each other across the second gap, the first insulating layer to the third insulating layer, and the first electrode to the fourth electrode Is fired simultaneously to eliminate the resin filled in the cavity forming part, A step of forming a cavity in the vicinity of the first gap, and a step of forming a first terminal electrode by applying a conductive paste so that the first electrode and the third electrode are electrically connected. And a step of forming a second terminal electrode by applying a conductive paste so that the second electrode and the fourth electrode are electrically connected. According to this manufacturing method, The first electrode and the second electrode are opposed to each other with a first gap in the cavity inside the substrate, and the third electrode and the fourth electrode are opposed to each other with a second gap on the upper surface of the substrate. Oppositely, the first electrode and the third electrode are electrically connected by a first terminal electrode on one side surface of the substrate, and the second electrode and the fourth electrode are further connected on the other side surface of the substrate. Are electrically connected by the second terminal electrode; Therefore, in the initial stage of application of overvoltage such as static electricity or surge, the discharge start voltage is low, only the first gap provided in the cavity inside the base body is discharged, the overvoltage protection component operates, and After that, when overvoltage application is repeated and the first gap deteriorates and the discharge start voltage of the first gap rises, the second gap provided on the upper surface of the substrate also functions simultaneously with the first gap. Since the overvoltage protection component continues to operate by discharging the electric field, the electric field is not concentrated only in the first gap, thereby reliably preventing the electronic device from being repeatedly applied with an overvoltage such as static electricity or surge. The overvoltage protection component that can be protected is obtained.
また、第1の絶縁層から第3の絶縁層および第1の電極から第4の電極を同時に焼成して前記空洞形成部内に充填された樹脂を消失させているため、積層された複数の絶縁層と複数の電極を焼成する工程と同時に樹脂を消失させて第1のギャップの近傍に空洞を形成することができ、これにより、工数が削減されて過電圧保護部品のコストダウンが図れるという作用効果を有するものである。 In addition, since the first insulating layer to the third insulating layer and the first electrode to the fourth electrode are simultaneously fired to eliminate the resin filled in the cavity forming portion, a plurality of stacked insulating layers Simultaneously with the step of firing the layer and the plurality of electrodes, the resin can be lost to form a cavity in the vicinity of the first gap, thereby reducing the number of steps and reducing the cost of the overvoltage protection component. It is what has.
本発明の請求項4に記載の発明は、第1の絶縁層の上面に第1の電極を形成する工程と、前記第1の絶縁層の上に前記第1の電極の一部を覆わないように一方の第2の絶縁層を形成する工程と、前記第1の電極の上に前記一方の第2の絶縁層と第1のギャップを隔てて対向するように他方の第2の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層上で前記第2の絶縁層で覆われていない前記第1のギャップの近傍における空洞形成部に樹脂を充填する工程と、前記両方の第2の絶縁層上に前記樹脂と少なくとも一部が重なるように第2の電極を形成する工程と、前記第2の絶縁層および前記第2の電極を完全に覆うように第3の絶縁層を形成する工程と、この第3の絶縁層の上面に形成した導体層をレーザーで切削して第2のギャップを形成することにより、この第2のギャップを隔てて互いに対向する第3の電極および第4の電極を形成する工程と、前記第1の絶縁層から第3の絶縁層および前記第1の電極から第4の電極を同時に焼成して前記空洞形成部内に充填された樹脂を消失させ、前記第1のギャップの近傍に空洞を形成する工程と、前記第1の電極と第3の電極が電気的に接続されるように導電性ペーストを塗布して第1の端子電極を形成する工程と、前記第2の電極と第4の電極が電気的に接続されるように導電性ペーストを塗布して第2の端子電極を形成する工程とを備えたもので、この製造方法によれば、基体内部の空洞において第1の電極と第2の電極が第1のギャップを隔てて互いに対向し、かつ基体の上面において第3の電極と第4の電極が第2のギャップを隔てて互いに対向し、そして基体の一方の側面において前記第1の電極と第3の電極が第1の端子電極によって電気的に接続され、さらに基体の他方の側面において前記第2の電極と第4の電極が第2の端子電極によって電気的に接続された構成となっているため、静電気やサージ等の過電圧印加の初期段階においては、放電開始電圧が低く、基体内部の空洞に設けられた第1のギャップのみが放電して過電圧保護部品が動作し、そして、その後過電圧印加が繰り返されて第1のギャップが劣化して、第1のギャップの放電開始電圧が上昇した場合には、基体の上面に設けられた第2のギャップも第1のギャップと同時に機能して放電することにより過電圧保護部品が引き続き動作することになるため、第1のギャップのみに電界が集中することはなくなり、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加から確実に保護することができる過電圧保護部品が得られるという作用効果を有するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a step of forming a first electrode on the upper surface of the first insulating layer, and a portion of the first electrode is not covered on the first insulating layer. Forming one second insulating layer as described above, and the other second insulating layer on the first electrode so as to face the one second insulating layer with a first gap therebetween A step of filling the cavity forming portion in the vicinity of the first gap that is not covered with the second insulating layer on the first insulating layer, and both the second Forming a second electrode on the insulating layer so as to at least partially overlap the resin, and forming a third insulating layer so as to completely cover the second insulating layer and the second electrode; The step and the conductor layer formed on the upper surface of the third insulating layer are cut with a laser to form the second gap. And forming a third electrode and a fourth electrode facing each other with the second gap therebetween, a first insulating layer to a third insulating layer, and a first electrode to a fourth electrode. Simultaneously firing the electrodes to eliminate the resin filled in the cavity forming portion and forming a cavity in the vicinity of the first gap, and electrically connecting the first electrode and the third electrode. A step of applying a conductive paste to form a first terminal electrode, and applying a conductive paste so that the second electrode and the fourth electrode are electrically connected to each other. According to this manufacturing method, the first electrode and the second electrode are opposed to each other with a first gap in the cavity inside the substrate, and the substrate is formed on the substrate. On the top surface, the third electrode and the fourth electrode have a second gap. The first electrode and the third electrode are electrically connected by a first terminal electrode on one side surface of the substrate, and the second electrode and the third electrode on the other side surface of the substrate. In the initial stage of application of overvoltage such as static electricity or surge, the discharge start voltage is low and the
また、第1の絶縁層から第3の絶縁層および第1の電極から第4の電極を同時に焼成して前記空洞形成部内に充填された樹脂を消失させているため、積層された複数の絶縁層と複数の電極を焼成する工程と同時に樹脂を消失させて第1のギャップの近傍に空洞を形成することができ、これにより、工数が削減されて過電圧保護部品のコストダウンが図れるという作用効果を有するものである。 In addition, since the first insulating layer to the third insulating layer and the first electrode to the fourth electrode are simultaneously fired to eliminate the resin filled in the cavity forming portion, a plurality of stacked insulating layers Simultaneously with the step of firing the layer and the plurality of electrodes, the resin can be lost to form a cavity in the vicinity of the first gap, thereby reducing the number of steps and reducing the cost of the overvoltage protection component. It is what has.
以上のように本発明の過電圧保護部品は、基体と、この基体の内部に形成された空洞と、この空洞内において第1のギャップを隔てて互いに対向する第1の電極および第2の電極とを備え、前記基体の上面において第2のギャップを隔てて互いに対向する第3の電極および第4の電極を設け、かつ前記基体の一方の側面において前記第1の電極と第3の電極を電気的に接続する第1の端子電極を形成し、さらに前記基体の他方の側面において前記第2の電極と第4の電極を電気的に接続する第2の端子電極を形成した構成としているため、静電気やサージ等の過電圧印加の初期段階においては、放電開始電圧が低く、基体内部の空洞に設けられた第1のギャップのみが放電して過電圧保護部品が動作し、そして、その後過電圧印加が繰り返されて第1のギャップが劣化して、第1のギャップの放電開始電圧が上昇した場合には、基体の上面に設けられた第2のギャップも第1のギャップと同時に機能して放電することにより過電圧保護部品が引き続き動作することになるため、第1のギャップのみに電界が集中することはなくなり、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加から確実に保護することができる。 As described above, the overvoltage protection component of the present invention includes a base, a cavity formed in the base, and the first electrode and the second electrode facing each other with a first gap in the cavity. A third electrode and a fourth electrode facing each other across a second gap are provided on the upper surface of the substrate, and the first electrode and the third electrode are electrically connected to one side surface of the substrate. A first terminal electrode that is electrically connected, and a second terminal electrode that electrically connects the second electrode and the fourth electrode is formed on the other side surface of the base. In the initial stage of application of overvoltage such as static electricity or surge, the discharge start voltage is low, only the first gap provided in the cavity inside the substrate is discharged, the overvoltage protection component operates, and then overvoltage application is repeated. When the first gap deteriorates and the discharge start voltage of the first gap increases, the second gap provided on the upper surface of the substrate also functions and discharges simultaneously with the first gap. Since the overvoltage protection component continues to operate, the electric field is not concentrated only in the first gap, and thus the electronic device can be reliably protected from repeated application of overvoltage such as static electricity or surge.
また、基体の上面に第2のギャップを隔てて互いに対向する第3の電極および第4の電極を形成するとともに、基体の内部に第1のギャップを隔てて互いに対向する第1の電極および第2の電極を形成しているため、基体の上面と基体の内部を有効に活用することができ、これにより、過電圧保護部品を小型化することができるという優れた効果を奏するものである。 In addition, a third electrode and a fourth electrode facing each other with a second gap are formed on the upper surface of the base, and a first electrode and a second electrode facing each other with a first gap are formed inside the base. Since the second electrode is formed, the upper surface of the base body and the inside of the base body can be used effectively, thereby producing an excellent effect that the overvoltage protection component can be reduced in size.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1〜3に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the invention described in the first to third aspects of the present invention will be described using the first embodiment with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態1における過電圧保護部品の断面図、図2(a)〜(d)、図3(a)〜(d)、図4(a)〜(d)および図5(a)〜(d)は同過電圧保護部品の製造方法を示す製造工程図である。なお、図2(a)〜(d)および図3(a)〜(d)は個片状の仕掛かり品の断面図を示し、また、図4(a)〜(d)および図5(a)〜(d)は個片状の仕掛かり品の上面図を示しているものである。
1 is a cross-sectional view of an overvoltage protection component according to
以下、本発明の実施の形態1における過電圧保護部品の製造方法について説明する。
Hereinafter, the manufacturing method of the overvoltage protection component in
まず、図2(a)および図4(a)に示すように、未焼成のセラミックシートからなる第1の絶縁層11の上面に、間隔が20〜50μmの第1のギャップ12を隔てて互いに対向するように第1の電極13と第2の電極14をスクリーン印刷工法を用いて2〜10μmの厚みで形成する。ここで、第1の絶縁層11を構成するセラミックシートには、例えば、アルミナ粉末とガラス粉末の重量比が40対60の混合物からなり、かつ厚みが20〜50μmで焼成温度が800〜1000℃である低温焼成セラミックを用いるのが好ましく、また、第1の電極13と第2の電極14には、金、銀パラジウム合金、銀のいずれかを主成分とする材料を用いるのが好ましい。なお、この図2(a)および図4(a)には、過電圧保護部品の個片サイズである長辺がL(mm)で短辺がW(mm)の矩形状の第1の絶縁層11が示されているもので、以下の製造工程の説明でもこの個片サイズの絶縁層を用いて説明しているが、実際の製造工程では、この個片サイズの絶縁層を多数個縦横に得ることができるシート状の絶縁層を用いており、後述する焼成工程の前に個片状に分割しているものである。
First, as shown in FIG. 2A and FIG. 4A, the first insulating
次に、図2(b)および図4(b)に示すように、第1の絶縁層11の上面に、空洞の形成部を避けるように、すなわち第1のギャップ12とその近傍を避けるように中央部に正方形または長方形の開口部を設けた未焼成のセラミックシートからなる第2の絶縁層15を形成する。この第2の絶縁層15を構成するセラミックシートにも、第1の絶縁層11と同様に低温焼成セラミックを用いるのが好ましいものである。
Next, as shown in FIG. 2B and FIG. 4B, on the upper surface of the first insulating
次に、図2(c)および図4(c)に示すように、第1の電極13と第2の電極14の各先端部間に位置する第1のギャップ12の近傍における放電空間となる空洞形成部内に樹脂16を充填する。この樹脂16の材料としては、後述する焼成工程において燃焼して分解・気化して消失するものであれば良く、例えばアクリル樹脂の一種であるアクリルビーズを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2C and FIG. 4C, a discharge space is formed in the vicinity of the
次に、図2(d)および図4(d)に示すように、第2の絶縁層15および樹脂16を完全に覆うように、未焼成のセラミックシートからなる第3の絶縁層17を形成する。この第3の絶縁層17を構成するセラミックシートにも、第1の絶縁層11と同様に低温焼成セラミックを用いるのが好ましいものである。また、第3の絶縁層17を形成した後、積層された絶縁シート全体を平坦化して寸法精度を確保するために、プレス工程を実施するのが好ましいものである。
Next, as shown in FIGS. 2D and 4D, a third insulating
次に、図3(a)および図5(a)に示すように、第3の絶縁層17の一端から他端にかけて導体層18を形成する。この導体層18は耐熱性に優れた導電性材料を用いて薄く均一に形成することが好ましく、この場合、第1の電極13および第2の電極14と同一の材料を用いて形成してもよく、あるいはチタン、ニッケル、タングステン、モリブデンのいずれかを主成分とするスパッタ膜を単層あるいは複層構造にして形成してもよいものである。特に導体層18を第1のチタン薄膜、中間のタングステン薄膜、第2のチタン薄膜の3層構造とした場合には、第1のチタン薄膜で第3の絶縁層17との密着性を確保し、そして中間のタングステン薄膜により抵抗値が低くかつ耐熱性に優れたものを得ることができ、さらに第2のチタン薄膜で中間のタングステン薄膜表面の酸化に起因する抵抗値の増加を抑制することができるもので、このような3層構造の構成によって抵抗値が低くかつ耐熱性に優れた導体層18が得られるものである。また、この導体層18は、第1の電極13および第2の電極14の幅よりも広く形成しているものである。
Next, as shown in FIGS. 3A and 5A, a
次に、図3(b)および図5(b)に示すように、導体層18をUVレーザーを用いて切削することにより間隔が5〜20μmの第2のギャップ19を形成し、この第2のギャップ19を隔てて互いに対向する第3の電極20および第4の電極21を形成する。この場合、第2のギャップ19の間隔は第1のギャップ12の間隔よりも狭く形成し、また、第2のギャップ19を隔てて互いに対向する第3の電極20および第4の電極21の幅は、第1のギャップ12を隔てて互いに対向する第1の電極13および第2の電極14の幅よりも広く形成しているものである。
Next, as shown in FIGS. 3B and 5B, the
この第2のギャップ19を形成した後、シート状の仕掛かり品をブレイク工法、ダイシング工法等を用いて個片状態とし、そして第1の絶縁層11、第2の絶縁層15、第3の絶縁層17、第1の電極13、第2の電極14、第3の電極20および第4の電極21を同時に焼成することにより、基体22を形成する。この焼成工程を行うことにより、空洞形成部内に充填された樹脂16を分解・気化させて消失させ、図3(c)および図5(c)に示すように、第1のギャップ12の近傍に放電空間となる空洞23を形成する。
After the
最後に、図3(d)および図5(d)に示すように、第1の電極13と第3の電極20が電気的に接続されるように個片状態の基体22の一端部に、銀ペースト等の抵抗値の低い導電性ペーストを塗布して硬化させることによって第1の端子電極24を形成するとともに、第2の電極14と第4の電極21が電気的に接続されるように個片状態の基体22の他端部に、銀ペースト等の抵抗値の低い導電性ペーストを塗布して硬化させることによって第2の端子電極25を形成する。その後、図1に示すように、この第1の端子電極24および第2の端子電極25に、はんだ付け性を確保するためにニッケルめっき層26および錫めっき層27を形成して、本発明の実施の形態1における過電圧保護部品を得るものである。
Finally, as shown in FIG. 3 (d) and FIG. 5 (d), at one end of the
上記した製造方法によって製造された本発明の実施の形態1における過電圧保護部品は、通常使用時(定格電圧下)においては、第1の端子電極24と第2の端子電極25との間は電気的にオープンになっている。しかしながら、静電気やサージ等の過電圧が印加された場合には、第1のギャップ12および/または第2のギャップ19で放電して電流が流れるため、本発明の実施の形態1における過電圧保護部品はその現象を利用して静電気やサージ等の過電圧をグランドにバイパスさせて、電子機器を過電圧から保護するものである。
The overvoltage protection component according to
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項1,2,4に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the second and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図6は本発明の実施の形態2における過電圧保護部品の断面図、図7(a)〜(e)、図8(a)〜(d)、図9(a)〜(e)および図10(a)〜(d)は同過電圧保護部品の製造方法を示す製造工程図である。なお、図7(a)〜(e)および図8(a)〜(d)は個片状の仕掛かり品の断面図を示し、また、図9(a)〜(e)および図10(a)〜(d)は個片状の仕掛かり品の上面図を示しているものである。
6 is a cross-sectional view of the overvoltage protection component according to
以下、本発明の実施の形態2における過電圧保護部品の製造方法について説明する。
Hereinafter, the manufacturing method of the overvoltage protection component in
まず、図7(a)および図9(a)に示すように、未焼成のセラミックシートからなる第1の絶縁層31の上面に第1の電極32をスクリーン印刷工法を用いて2〜10μmの厚みで形成する。ここで、第1の絶縁層31を構成するセラミックシートには、例えば、アルミナ粉末とガラス粉末の重量比が40対60の混合物からなり、かつ厚みが20〜50μmで焼成温度が800〜1000℃である低温焼成セラミックを用いるのが好ましく、また、第1の電極32には、金、銀パラジウム合金、銀のいずれかを主成分とする材料を用いるのが好ましい。なお、この図7(a)および図9(a)には、過電圧保護部品の個片サイズである長辺がL(mm)で短辺がW(mm)の矩形状の第1の絶縁層31が示されているもので、以下の製造工程の説明でもこの個片サイズの絶縁層を用いて説明しているが、実際の製造工程では、この個片サイズの絶縁層を多数個縦横に得ることができるシート状の絶縁層を用いており、後述する焼成工程の前に個片状に分割しているものである。
First, as shown in FIG. 7A and FIG. 9A, the
次に、図7(b)および図9(b)に示すように、第1の絶縁層31の上面と第1の電極32の上面に、第1の絶縁層31と第1の電極32の一部が露出するように中央部に正方形または長方形の開口部を設けた未焼成のセラミックシートからなる第2の絶縁層33を形成する。この第2の絶縁層33を構成するセラミックシートにも、第1の絶縁層31と同様に低温焼成セラミックを用いるのが好ましいものである。
Next, as shown in FIGS. 7B and 9B, the first insulating
次に、図7(c)および図9(c)に示すように、第1の絶縁層31と第1の電極32の露出部分を埋めるように樹脂34を充填する。この樹脂34の材料としては、後述する焼成工程において燃焼して分解・気化して消失するものであれば良く、例えばアクリル樹脂の一種であるアクリルビーズを用いることができる。
Next, as shown in FIGS. 7C and 9C, a
次に、図7(d)および図9(d)に示すように、第2の絶縁層33の一部と樹脂34の一部に重なるように、第2の電極35をスクリーン印刷工法を用いて2〜5μmの厚みで形成する。ここで、第2の電極35に用いる材料も第1の電極32と同様に、金、銀パラジウム合金、銀のいずれかを主成分とする材料を用いるのが好ましい。
Next, as shown in FIG. 7D and FIG. 9D, the
次に、図7(e)および図9(e)に示すように、第2の絶縁層33,樹脂34および第2の電極35を完全に覆うように、未焼成のセラミックシートからなる第3の絶縁層36を形成する。この第3の絶縁層36を構成するセラミックシートにも、第1の絶縁層31と同様に低温焼成セラミックを用いるのが好ましいものである。
Next, as shown in FIGS. 7 (e) and 9 (e), the third insulating
次に、図8(a)および図10(a)に示すように、第3の絶縁層36の一端から他端にかけて導体層37を形成する。この導体層37は耐熱性に優れた導電性材料を用いて薄く均一に形成することが好ましく、この場合、第1の電極32および第2の電極35と同一の材料を用いて形成してもよく、あるいはチタン、ニッケル、タングステン、モリブデンのいずれかを主成分とするスパッタ膜を単層あるいは複層構造にして形成してもよいものである。特に導体層37を第1のチタン薄膜、中間のタングステン薄膜、第2のチタン薄膜の3層構造とした場合には、第1のチタン薄膜で第3の絶縁層36との密着性を確保し、そして中間のタングステン薄膜により抵抗値が低くかつ耐熱性に優れたものを得ることができ、さらに第2のチタン薄膜で中間のタングステン薄膜表面の酸化に起因する抵抗値の増加を抑制することができるもので、このような3層構造の構成によって抵抗値が低くかつ耐熱性に優れた導体層37が得られるものである。また、この導体層37は、第1の電極32および第2の電極35の幅よりも広く形成しているものである。
Next, as shown in FIGS. 8A and 10A, a
次に、図8(b)および図10(b)に示すように、導体層37をUVレーザーを用いて切削することにより間隔が5〜20μmの第2のギャップ38を形成し、この第2のギャップ38を隔てて互いに対向する第3の電極39および第4の電極40を形成する。
Next, as shown in FIGS. 8B and 10B, the
この第2のギャップ38を形成した後、シート状の仕掛かり品をブレイク工法、ダイシング工法等を用いて個片状態とし、そして第1の絶縁層31、第2の絶縁層33、第3の絶縁層36、第1の電極32、第2の電極35、第3の電極39および第4の電極40を同時に焼成することにより、基体41を形成する。この焼成工程を行うことにより、第1の絶縁層31と第1の電極32の露出部分を埋めるように充填された樹脂34を分解・気化させて消失させ、図8(c)および図10(c)に示すように、放電空間となる空洞42を形成して、第1の電極32と第2の電極35が第1のギャップ43を隔てて互いに対向するような構成とする。この場合、前記第2のギャップ38の間隔は第1のギャップ43の間隔よりも狭く形成し、また、第2のギャップ38を隔てて互いに対向する第3の電極39および第4の電極40の幅は、第1のギャップ43を隔てて互いに対向する第1の電極32および第2の電極35の幅よりも広く形成しているものである。
After the
最後に、図8(d)および図10(d)に示すように、第1の電極32と第3の電極39が電気的に接続されるように個片状態の基体41の一端部に、銀ペースト等の抵抗値の低い導電性ペーストを塗布して硬化させることによって第1の端子電極44を形成するとともに、第2の電極35と第4の電極40が電気的に接続されるように個片状態の基体41の他端部に、銀ペースト等の抵抗値の低い導電性ペーストを塗布して硬化させることによって第2の端子電極45を形成する。その後、図6に示すように、この第1の端子電極44および第2の端子電極45に、はんだ付け性を確保するためにニッケルめっき層46および錫めっき層47を形成して、本発明の実施の形態2における過電圧保護部品を得るものである。
Finally, as shown in FIG. 8 (d) and FIG. 10 (d), at one end of the
上記した製造方法によって製造された本発明の実施の形態2における過電圧保護部品は、通常使用時(定格電圧下)においては、第1の端子電極44と第2の端子電極45との間は電気的にオープンになっている。しかしながら、静電気やサージ等の過電圧が印加された場合には、第1のギャップ43および/または第2のギャップ38で放電して電流が流れるため、本発明の実施の形態2における過電圧保護部品はその現象を利用して静電気やサージ等の過電圧をグランドにバイパスさせて、電子機器を過電圧から保護するものである。
The overvoltage protection component according to
次に、上記のように構成した本発明の実施の形態1,2における過電圧保護部品について、以下に示すような試験を実施した。図11に示すように、本発明の実施の形態1,2における過電圧保護部品51の一方の端子をグランド52に接地するとともに、他方の端子から引き出した静電気パルス印加部53に静電気試験ガン54を接触させて静電気パルスを印加した。静電気試験の条件は放電抵抗を330Ω、放電容量を150pF、印加電圧を8kVとした。
Next, the following tests were performed on the overvoltage protection components according to
図12は、図11に示す静電気試験の試験結果を、従来の過電圧保護部品と本発明の実施の形態1,2における過電圧保護部品においてそれぞれ示したグラフである。このグラフにおいて、横軸は静電気パルスを印加した繰り返し回数を示し、また縦軸はその際のピーク電圧を示す。なお、ピーク電圧の増加は、より高い電圧の静電気が印加されないと過電圧保護部品が動作しなくなることを意味するため、過電圧保護部品の電極の劣化を示すものである。 FIG. 12 is a graph showing the test results of the electrostatic test shown in FIG. 11 for the conventional overvoltage protection component and the overvoltage protection component according to the first and second embodiments of the present invention. In this graph, the horizontal axis indicates the number of repetitions of applying the electrostatic pulse, and the vertical axis indicates the peak voltage at that time. The increase in the peak voltage means that the overvoltage protection component does not operate unless static electricity of a higher voltage is applied, and thus indicates deterioration of the electrode of the overvoltage protection component.
上記図12からも明らかなように、本発明の実施の形態1,2における過電圧保護部品においては、静電気印加を繰り返した場合でも、過電圧保護部品が動作するピーク電圧の上昇傾向が従来の過電圧保護部品に比べて緩やかであるため、静電気印加を繰り返した場合でもピーク電圧が低く静電気放電(ESD)の抑制特性が安定している効果が得られていることがわかる。この理由は次のように考えられる。 As is clear from FIG. 12, in the overvoltage protection component according to the first and second embodiments of the present invention, even when static electricity is repeatedly applied, the rising tendency of the peak voltage at which the overvoltage protection component operates is the conventional overvoltage protection. Since it is gentler than the parts, it can be seen that even when the application of static electricity is repeated, the peak voltage is low and the electrostatic discharge (ESD) suppression characteristics are stable. The reason is considered as follows.
上記した本発明の実施の形態1,2のように、基体22,41の内部において第1のギャップ12,43を隔てて互いに対向する第1の電極13,32および第2の電極14,35を形成し、かつ基体22,41の上面において第2のギャップ19,38を隔てて互いに対向する第3の電極20,39および第4の電極21,40を形成し、そして、基体22,41の一方の側面において第1の電極13,32と第3の電極20,39を第1の端子電極24,44によって電気的に接続し、さらに基体22,41の他方の側面において第2の電極14,35と第4の電極21,40を第2の端子電極25,45によって電気的に接続した構成の過電圧保護部品においては、この過電圧保護部品に静電気を印加した場合、まず基体22,41の内部の放電空間内に位置する第1のギャップ12,43から放電を開始する。そして、静電気印加を繰り返した場合、第1のギャップ12,43を隔てて互いに対向する第1の電極13,32および第2の電極14,35を構成する材料が発熱して少しずつ溶解し、第1のギャップ12,43の間隔が広がる傾向が見られる。このように、静電気印加が繰り返されて第1のギャップ12,43の間隔が広がることによって放電開始電圧が高くなった後は、基体22,41の上面に形成された第2のギャップ19,38も第1のギャップ12,43と同時に機能して過電圧保護部品が引き続き動作するため、第1のギャップ12,43のみに電界が集中することはなくなり、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加から確実に保護することができるものである。この動作原理を、図13を用いて説明する。
As in the first and second embodiments of the present invention described above, the
図13は、本発明の実施の形態1,2における過電圧保護部品の動作原理を示す図である。一般に、ギャップを隔てて対向する一対の電極間に静電気やサージ等の過電圧が印加された際のギャップの放電開始電圧は、ギャップへの電界の集中度合いによって決まるため、ギャップの間隔が広くなるほど放電開始電圧が高くなり、また電極の幅が広くなるほど放電開始電圧が高くなることが知られている。そこで、横軸にギャップの間隔を、縦軸に電極の幅をとって、ギャップの放電開始電圧がV1,V2(V1<V2)である場合の放電可能領域をグラフで示すと、それぞれ図13の太い実線および太い点線で示される双曲線より下側の領域となる。本発明の実施の形態1,2における過電圧保護部品においては、基体22,41の内部に設けられた第1のギャップ12,43は、ギャップの間隔は広いものの電極の幅が狭いため、電界が集中しやすい設計となっている。一方、基体22,41の上面に設けられた第2のギャップ19,38は、ギャップの間隔は狭いものの電極の幅が広いため、電界が集中しにくい構造となっている。
FIG. 13 is a diagram showing an operation principle of the overvoltage protection component in the first and second embodiments of the present invention. Generally, the discharge start voltage of a gap when an overvoltage such as static electricity or surge is applied between a pair of electrodes facing each other across the gap is determined by the degree of concentration of the electric field in the gap. It is known that the discharge start voltage increases as the start voltage increases and the electrode width increases. Therefore, when the gap interval is taken on the horizontal axis and the electrode width is taken on the vertical axis, the dischargeable region in the case where the discharge start voltage of the gap is V1, V2 (V1 <V2) is shown as a graph in FIG. The region is below the hyperbola indicated by the thick solid line and thick dotted line. In the overvoltage protection component according to
ここで、第1のギャップ12,43の初期のギャップ間隔をG1s、静電気が繰り返し印加されて第1のギャップ12,43が劣化した後のギャップ間隔をG1e、第2のギャップ19,38の初期のギャップ間隔をG2s、第1の電極13,32および第2の電極14,35の幅をW1、第3の電極20,39および第4の電極21,40の幅をW2とした場合、静電気を印加した初期で放電開始電圧がV1の時には、図13のA点に示されるように、第1のギャップ12,43のみが放電を開始する。その後、第1のギャップ12,43の放電が繰り返されて第1のギャップ12,43が劣化し、これにより、第1のギャップ12,43の間隔が広がってG1sからG1eに変化した場合には、図13のB点に示されるように、放電開始電圧がV1からV2に上昇する。この時、図13のC点に示されるように、第1のギャップ12,43のみならず第2のギャップ19,38でも放電が開始するようになる。
Here, the initial gap interval of the
このように、静電気やサージ等の過電圧印加が繰り返されて第1のギャップ12,43が劣化し、放電開始電圧がV1からV2に上昇した場合には、第1のギャップ12,43のみならず第2のギャップ19,38でも放電が開始して、第1のギャップ12,43と第2のギャップ19,38に電流が分かれて流れることになり、これにより、第1のギャップ12,43のみに電界が集中することはなくなるため、第1の電極13,32および第2の電極14,35の劣化を抑制することができ、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加から確実に保護することができるものである。
As described above, when the
以上のような理由により、図15に示すような従来の過電圧保護部品に比べて、本発明の実施の形態1,2における過電圧保護部品は、基体22,41の内部において第1のギャップ12,43を隔てて互いに対向する第1の電極13,32および第2の電極14,35を形成し、かつ基体22,41の上面において第2のギャップ19,38を隔てて互いに対向する第3の電極20,39および第4の電極21,40を形成して、そして、基体22,41の一方の側面において第1の電極13,32と第3の電極20,39を第1の端子電極24,44によって電気的に接続し、さらに基体22,41の他方の側面において第2の電極14,35と第4の電極21,40を第2の端子電極25,45によって電気的に接続した構成としているため、静電気やサージ等の過電圧印加の初期段階においては、放電開始電圧が低く、基体22,41の内部の空洞に設けられた第1のギャップ12,43のみが放電して過電圧保護部品が動作し、そして、その後過電圧印加が繰り返されて第1のギャップ12,43が劣化して、第1のギャップ12,43の放電開始電圧が上昇した場合には、基体22,41の上面に設けられた第2のギャップ19,38も第1のギャップ12,43と同時に機能して放電することにより過電圧保護部品が引き続き動作することになるため、第1のギャップ12,43のみに電界が集中することはなくなり、これにより、電子機器を静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加から確実に保護することができる過電圧保護部品が得られるものである。
For the reasons described above, the overvoltage protection component according to the first and second embodiments of the present invention has the
なお、上記本発明の実施の形態1,2においては、基体22,41の内部において第1のギャップ12,43を隔てて互いに対向する第1の電極13,32および第2の電極14,35を設けた構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、例えば図14に示す構成のように、絶縁層や電極を積層するプロセスを繰り返して第1のギャップ12を基体22の厚み方向に複数個形成してもよく、このような構成にした場合においても、上記した本発明の実施の形態1,2と同様の効果が得られるものである。
In the first and second embodiments of the present invention, the
また、上記本発明の実施の形態1,2においては、基体22,41の上面において第2のギャップ19,38を隔てて互いに対向する第3の電極20,39および第4の電極21,40を設けた構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、第2のギャップ19,38を基体22,41の上面に複数本並列に、あるいは複数本直列に設けてもよく、このような構成にした場合においても、上記した本発明の実施の形態1,2と同様の効果が得られるものである。
In the first and second embodiments of the present invention, the
そしてまた、上記本発明の実施の形態1,2においては、第1の絶縁層11,31、第2の絶縁層15,33および第3の絶縁層17,36を形成する際に、アルミナ粉末とガラス粉末の重量比が40対60の混合物からなる低温焼成セラミックシートを用いた構成について説明したが、この構成に限定されるものではなく、第1の絶縁層11,31、第2の絶縁層15,33および第3の絶縁層17,36に他の絶縁シート、例えば96アルミナ、ムライト、フォルステライト等を用いてもよく、このような構成にした場合においても、上記した本発明の実施の形態1,2と同様の効果が得られるものである。
In the first and second embodiments of the present invention, when forming the first insulating
本発明に係る過電圧保護部品は、電子機器を静電気やサージ等の繰り返し印加から確実に保護することができるという効果を有するものであり、特に、高い信頼性が要求される車載用の電子機器を静電気から保護する過電圧保護部品に適用することにより有用となるものである。 The overvoltage protection component according to the present invention has an effect that the electronic device can be reliably protected from repeated application of static electricity, surge, etc. In particular, an in-vehicle electronic device that requires high reliability is provided. It is useful when applied to overvoltage protection components that protect against static electricity.
11,31 第1の絶縁層
12,43 第1のギャップ
13,32 第1の電極
14,35 第2の電極
15,33 第2の絶縁層
16,34 樹脂
17,36 第3の絶縁層
18,37 導体層
19,38 第2のギャップ
20,39 第3の電極
21,40 第4の電極
22,41 基体
23,42 空洞
24,44 第1の端子電極
25,45 第2の端子電極
11, 31
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