JP2011119172A

JP2011119172A - 過電圧保護部品

Info

Publication number: JP2011119172A
Application number: JP2009277288A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yoshioka; 功一吉岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】繰り返し印加される過電圧に対して強い特性を有しつつ、さらに実装密度を向上させることができる過電圧保護部品を提供するものである。
【解決手段】本発明の過電圧保護部品は、基板１と、第１の端面１ｂに形成された第１の端面電極８と、第２の端面に形成された第２の端面電極９と、第１の端面電極８と電気的に接続し、上面１ａにおける第１の短辺１ｄ側から第２の短辺１ｅ方向へ延伸している第１の放電電極２と、第２の端面電極９と電気的に接続し、かつ上面１ａにおける第２の短辺１ｅ側から第１の短辺１ｄ方向へ延伸している第２の放電電極３と、第１の放電電極２の一部と前記第１の短辺１ｄに平行な方向に隔てて対向している第２の放電電極３の一部との間に設けられたギャップ部１０とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は電子機器を静電気やサージ等から保護する過電圧保護部品に関するものである。

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、その対策として過電圧保護部品が使用されている。過電圧保護部品は、過電圧から保護したい電子部品と電気的に並列に接続させ、通常時は電気を通さないが、過電圧印加時には電気を通すことで過電圧による電流が電子部品に流れることを防止するものである（特許文献１参照。）。

国際公開第２００８／０５３７１７号

上記特許文献１において、基板の長辺方向の側面に端面電極を形成し、基板の上面における基板の短辺方向に一対の放電電極を対向させて形成し、一対の放電電極間の幅を広くとることにより、放電によるダメージを分散させ、繰り返し印加される過電圧に対して強い過電圧保護部品を得ることができる。

しかし、一対の端面電極間は、基板の短辺方向に対向して形成されているので、過電圧保護部品の幅、即ち、端面電極が形成された面の長さが長いため、プリント基板において隣接する電子部品との間隔を広げる必要があり、プリント基板における実装密度の向上が困難であった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、繰り返し印加される過電圧に対して強い特性を有しつつ、さらに実装密度を向上させることができる過電圧保護部品を提供するものである。

上記目的を達成するための、本発明は以下の手段を有している。

請求項１に記載の発明は、上面と、前記上面と対向する裏面と、第１の端面と、前記第１の端面と対向する第２の端面と、第１の側面と、前記第１の側面と対向する第２の側面とからなる直方体形状であり、前記上面は第１の長辺と、第２の長辺と、第１の短辺と、第２の短辺とからなる長方形形状であり、前記第１の端面は前記第１の短辺側に位置し、前記第２の端面は前記第２の短辺側に位置し、前記第１の側面は前記第１の長辺側に位置し、前記第２の側面は前記第２の長辺側に位置する基板と、前記第１の端面に形成された第１の端面電極と、前記第２の端面に形成された第２の端面電極と、前記第１の端面電極と電気的に接続し、かつ前記上面における前記第１の短辺側から前記第２の短辺方向へ延伸している第１の放電電極と、前記第２の端面電極と電気的に接続し、かつ前記上面における前記第２の短辺側から前記第１の短辺方向へ延伸している第２の放電電極と、前記第１の放電電極の一部と前記第１の短辺に平行な方向に隔てて対向している前記第２の放電電極の一部との間に設けられたギャップ部とを備えたものである。

この構成により、請求項１に記載の発明は、第１の放電電極におけるギャップ部と接している部分および第２の放電電極におけるギャップ部と接している部分をそれぞれ長くすることができるので、放電によるダメージを分散することができ、これにより繰り返される過電圧に対しても強い特性を有しつつ、第１の端面電極および第２の端面電極が基板の長辺方向に対向して形成されているのでプリント基板への実装密度を向上させることができるという作用効果を有する。

請求項２に記載の発明は、前記第１の放電電極における前記ギャップ部に接する部分は、その周囲より第２の放電電極側に突出している第１の突出部を有し、前記第２の放電電極における前記ギャップ部に接する部分は、その周囲より前記第１の放電電極側に突出している第２の突出部を有しているものである。

この構成により、請求項２に記載の発明は、この構成により、ギャップ部を形成する際に、その形成位置が、第１の短辺に平行な方向にずれた場合であっても第１の放電電極または第２の放電電極におけるギャップ部と接している部分の長さに変化はなく、過電圧保護部品の特性を安定させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記ギャップ部に、通常は絶縁体として機能し、過電圧が印加されると低インピーダンスに低下する電圧依存特性を有するもので、過電圧に対する特性を向上させることができるという作用効果を有する。

請求項４に記載の発明は、前記過電圧保護部は、前記第１の放電電極における前記第１の突出部以外で前記第２の放電電極または前記第２の短辺と対向する部分にもまたがって形成され、かつ、前記第２の放電電極における前記第２の突出部以外で前記第１の放電電極または前記第１の短辺と対向する部分にもまたがって形成されているものである。

この構成により、請求項４に記載の発明は、過電圧による放電をより広い範囲で行わせることができ、放電による第１の放電電極および第２の放電電極のダメージを分散させることができるので、繰り返し印加される過電圧に対して強い特性を有するという作用効果を有する。

本発明の過電圧保護部品は、繰り返し印加される過電圧に対して強い特性を有しながら、プリント基板への実装密度の向上を図ることができる形状を有するという優れた効果を有するものである。

本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の分解斜視図同過電圧保護部品の基板上面の平面図同過電圧保護部品の製造工程図同過電圧保護部品の製造工程図

以下、一実施の形態を用いて、請求項１〜４に記載の発明について説明する。

図１は本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の分解斜視図である。

基板１は絶縁体からなり、その外形は直方体の形状であり、耐熱、対熱衝撃に優れたアルミナ基板を用いている。なお、直方体の形状であっても、加工上の制限等により、その稜線部分や頂点が丸みを帯びていたり、あるいは所謂面取りがなされたものであっても、基板１全体として直方体とみなすことができる形状であればよい。

基板１は、上面１ａと、この上面１ａと対向する裏面（図示せず）と、第１の端面１ｂと、この第１の端面１ｂと対向する第２の端面（図示せず）と、第１の側面１ｃと、この第１の側面１ｃと対向する第２の側面（図示せず）の６面で構成される。また、上面１ａは、第１の端面１ｂ側の第１の短辺１ｄと、第２の端面側の第２の短辺１ｅと、第１の側面１ｃ側の第１の長辺１ｆと、第２の側面側の第２の長辺１ｇの４辺を有している。

上面１ａには、第１の放電電極２および第２の放電電極３が形成されている。これらの第１の放電電極２および第２の放電電極３は、耐熱性、導電性および湿度や化学反応からの安定性の点からその材質は選択することができる。耐熱性を優先させるならばタングステン、導電性を優先させるならば、銀や銅、安定性を優先させるならば金が好適である。

第１の上面電極４は、第１の放電電極２の一部と重畳するように形成されており、第２の上面電極５は、第２の放電電極３の一部と重畳するように形成されている。

過電圧保護部６は、第１の放電電極２と第２の放電電極３の間を跨ぐように形成されており、通常の電圧では絶縁体として機能し、過電圧が印加されるとインピーダンスが大幅に低下して過電流に起因する電流を通す電圧依存特性を備えている。具体的には、ＺｎＯを主成分とするバリスタ材料や、絶縁体中に導体粉末を分散させたものなどが考えられる。

保護膜７は、過電圧保護部６、第１の放電電極２の一部および第２の放電電極３の一部を覆い、これらの構成要素を物理的衝撃や、湿度などの外部環境から保護する機能を有している。具体的には、エポキシ、ポリイミドまたはポリアミドなどの樹脂を使用するのが好適である。

第１の端面電極８は、第１の放電電極２と接続するように、上面１ａから、第１の端面１ｂ、そして基板１の裏面にかけて形成されている。第１の端面電極８は、銀または銅等の導電性に優れる物質で構成されている。

第２の端面電極９は、第２の放電電極３と接続するように、上面１ａから、第２の端面、そして基板１の裏面にかけて形成されている。第２の端面電極９についても、銀または銅等の導電性に優れる物質で構成されている。なお、実装時のはんだ付け性等を考慮し、第１の端面電極８および第２の端面電極９の表面には、ニッケルめっき層、さらにその表面にすずめっき層を形成することが好ましい。

図２は、本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の基板上面の平面図である。図２は、第１の放電電極２、第２の放電電極３の構成を説明するために、過電圧保護部６および保護膜７を除去した状態を記載している。

ギャップ部１０は、第１の放電電極２と第２の放電電極３とが対向している部分に形成されている。また、第１の放電電極２のギャップ部１０と接している部分には、周囲より第２の放電電極３の方向へ突出している第１の突出部２ａが形成されている。同様に、第２の放電電極３のギャップ部１０と接している部分には、周囲より第１の放電電極２の方向へ突出している第２の突出部３ａが形成されている。言い換えると、第１の放電電極２の第１の突出部２ａと第２の放電電極３の第２の突出部３ａとの間にギャップ部１０は形成されている。

以上のように構成された過電圧保護部品の製造方法について、以下、説明をする。

図３および図４は本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の製造工程図であり、図３（ａ）〜（ｄ）および図４（ａ）〜（ｄ）は平面図、図３（ｅ）〜（ｈ）および図４（ｅ）〜（ｈ）は正面断面図である。

最初に、図３（ａ）、（ｅ）において、アルミナ基板からなる基板１を用意する。

次に、図３（ｂ）、（ｆ）において、基板１の上面１ａに放電電極層１１を形成する。放電電極層１１は、第１の放電電極２および第２の放電電極３を構成する材質をペースト状にしたものを用いている。したがって、例えば、第１の放電電極２および第２の放電電極３を金で構成する場合には、金ペーストを用いる。放電電極層１１の形成方法としては、印刷工法をとることができる。また、スパッタ等の薄膜工法で形成してもよい。

次に、図３（ｃ）、（ｇ）において、放電電極層１１の一部を除去することで、第１の放電電極２および第２の放電電極３の形状に加工し、ギャップ部１０も形成する。この放電電極層１１の一部を除去する方法としては、ダイシングや、レーザーの照射などの方法をとることができる。低電圧で過電圧保護部品を動作させようとする場合にはギャップ部１０の幅、即ち第１の放電電極２における第１の突出部２ａと第２の放電電極３における第２の突出部３ａとの間隔が狭い方が良く、そのためには、高精度での加工が可能な、レーザーを照射する方法がよい。

次に、図３（ｄ）、（ｈ）において、第１の上面電極４を第１の放電電極２の一部と重畳するように、第２の上面電極５を第２の放電電極３の一部と重畳するようにそれぞれ形成する。この形成方法は、印刷工法で行うことができる。

次に、図４（ａ）、（ｅ）において、過電圧保護部６を少なくともギャップ部１０に形成する。また、ギャップ部１０ではない、第１の放電電極２と第２の放電電極３との間にも形成している。この過電圧保護部６は印刷工法で形成することができる。

次に、図４（ｂ）、（ｆ）において、保護膜７を過電圧保護部６を覆うように形成する。保護膜７は印刷工法で形成することができる。

次に、図４（ｃ）、（ｇ）において、第１の端面電極８および第２の端面電極９を形成する。その形成方法は、第１の端面電極８および第２の端面電極９を構成する材料をペースト状にしたものを印刷して行うことができる。また、スパッタ等の薄膜工法で行うこともできる。

次に、図４（ｄ）、（ｈ）において、第１の端面電極８および第２の端面電極９の表面にそれぞれ第１のめっき層１２および第２のめっき層１３を形成する。第１のめっき層１２および第２のめっき層１３は、電解めっきにより形成することができ、第１の端面電極８および第２の端面電極９の表面にニッケルめっき層を形成した後に、このニッケルめっき層の表面にすずめっき層を形成することができる。

なお、図４（ｂ）の工程が修了するまでは、１枚の大きなアルミナ基板上に複数の構成要素を形成、加工し、図４（ｂ）の工程の終了後に個片の基板１に分割するようにすると量産性に優れたものとなる。

以上のように構成され、また製造された本発明の一実施の形態における過電圧保護部品は、以下の特徴を備えている。

本実施の形態における過電圧保護部品は、第１の端面電極８および第２の端面電極９が、それぞれ第１の端面１ｂおよびこれと対向する第２の端面に形成されており、さらに第１の放電電極２の一部と第２の放電電極３の一部とを第１の短辺１ｄに平行な方向で間隔を空けて形成されている。

この構成により、第１の放電電極２におけるギャップ部１０と接している部分の長さが、上面１ａにおける第１の長辺１ｆに平行となるので、この長さを長くすることができる。同様に、第２の放電電極３におけるギャップ部１０と接している部分の長さも長くすることができる。第１の短辺１ｄと第１の長辺１ｆとの長さの関係にもよるが、この第１の放電電極２または第２の放電電極３におけるギャップ部１０と接している部分の長さを第１の短辺１ｄの長さと同等、あるいは、第１の短辺１ｄの長さより長くすることができる。このように第１の放電電極２または第２の放電電極３におけるギャップ部１０と接している部分の長さを長くすることができると、繰り返し過電圧が印加された際でも、第１の放電電極２および第２の放電電極３が受けるダメージは小さくすることができる。

また、第１の放電電極２に第１の突出部２ａを、第２の放電電極３に第２の突出部３ａをそれぞれ設けた構成にしている。この構成により、ギャップ部１０を形成する際に、その形成位置が、第１の短辺１ｄに平行な方向にずれた場合であっても第１の放電電極２または第２の放電電極３におけるギャップ部１０と接している部分の長さに変化はなく、過電圧保護部品の特性を安定させることができる。

さらに、過電圧保護部６が、第１の放電電極２における第１の突出部２ａ以外で第２の短辺１ｅと対向する部分にもまたがって形成され、同様に、第２の放電電極３における第２の突出部３ａ以外で第１の短辺１ｄと対向する部分にもまたがって形成されている。図２を用いて説明すると、第１の放電電極２における第１の突出部２ａが位置する部分の右側の部分で第２の短辺１ｅと対向している部分と、第２の放電電極３における第２の突出部３ａが位置する部分の左側の部分で第１の短辺１ｄと対向している部分にまたがって形成されている。一般に、放電は、最も放電が生じ易い場所で起こりやすく、その点で、本実施の形態における過電圧保護部品の第１の突出部２ａと第２の突出部３ａ間で生じ易い。しかし、一度放電が始まると、その放電が開始された場所で放電が続くとは限らず、他の場所、さらには、最初の放電の開始が起こりにくいような場所においても放電が生じることがある。この点で、第１の突出部２ａと第２の突出部３ａ間以外の場所にまで過電圧保護部６をまたがって形成させることにより、放電によるダメージを分散することができる。

なお、本実施の形態において、図３（ｃ）に示すように、第１の放電電極２における第１の突出部２ａ以外の部分は、ギャップ部１０の第１の長辺１ｆと平行な方向の延長上に位置していない。同様に、第２の放電電極３における第２の突出部３ａ以外の部分は、ギャップ部１０の第１の長辺１ｆと平行な方向の延長上に位置していない。これにより、放電電極層１１の一部を除去してギャップ部１０を形成する際の加工が、特にダイシング等により加工する場合に容易になる。さらに、１枚の大きなアルミナ基板上で複数の過電圧保護部品の構成要素を形成、加工する製造を行っている場合には、基板１上の第１の長辺１ｆ方向に並んだ放電電極層１１を一度に加工してギャップ部１０を形成することができるので、より生産性を向上させることができる。

また、本実施の形態においては、過電圧保護部６を形成したが、ギャップ部１０に何も形成させずに、気中放電により過電圧に起因する電流を流すようにすることもできる。

また、過電圧保護部６には、様々な材質のものを用いることができる。ＺｎＯ等のバリスタ材料や、シリコンなどの樹脂中に導電性粒子を分散させたものや、セラミック中に導電物質を分散させたものなど、用途に応じて選択することが可能である。

さらに、第１の放電電極２の先端を第２の端面電極９の方へ延伸させ、第１の放電電極２の先端部においては、第１の短辺１ｄに平行な方向では第２の突出部３ａとは対向せずに、第２の放電電極３の第２の突出部３ａではない部分と対向するようにしてもよい。同様に第２の放電電極３の先端を第１の端面電極８の方へ延伸させてもよい。

本発明にかかる過電圧保護部品は、電子機器を静電気やサージなどの過電圧から保護することができるものである。

１基板
１ａ上面
１ｂ第１の端面
１ｃ第１の側面
１ｄ第１の短辺
１ｅ第２の短辺
１ｆ第１の長辺
１ｇ第２の長辺
２第１の放電電極
２ａ第１の突出部
３第２の放電電極
３ａ第２の突出部
４第１の上面電極
５第２の上面電極
６過電圧保護部
７保護膜
８第１の端面電極
９第２の端面電極
１０ギャップ部
１１放電電極層
１２第１のめっき層
１３第２のめっき層

Claims

上面と、前記上面と対向する裏面と、第１の端面と、前記第１の端面と対向する第２の端面と、第１の側面と、前記第１の側面と対向する第２の側面とからなる直方体形状であり、前記上面は第１の長辺と、第２の長辺と、第１の短辺と、第２の短辺とからなる長方形形状であり、前記第１の端面は前記第１の短辺側に位置し、前記第２の端面は前記第２の短辺側に位置し、前記第１の側面は前記第１の長辺側に位置し、前記第２の側面は前記第２の長辺側に位置する基板と、
前記第１の端面に形成された第１の端面電極と、
前記第２の端面に形成された第２の端面電極と、
前記第１の端面電極と電気的に接続し、かつ前記上面における前記第１の短辺側から前記第２の短辺方向へ延伸している第１の放電電極と、
前記第２の端面電極と電気的に接続し、かつ前記上面における前記第２の短辺側から前記第１の短辺方向へ延伸している第２の放電電極と、
前記第１の放電電極の一部と前記第１の短辺に平行な方向に隔てて対向している前記第２の放電電極の一部との間に設けられたギャップ部とを備えた過電圧保護部品。
前記第１の放電電極における前記ギャップ部に接する部分は、その周囲より第２の放電電極側に突出している第１の突出部を有し、
前記第２の放電電極における前記ギャップ部に接する部分は、その周囲より前記第１の放電電極側に突出している第２の突出部を有している請求項１記載の過電圧保護部品。
前記ギャップ部に、通常は絶縁体として機能し、過電圧が印加されると低インピーダンスに低下する電圧依存特性を有する過電圧保護部を形成した請求項２記載の過電圧保護部品。
前記過電圧保護部は、前記第１の放電電極における前記第１の突出部以外で前記第２の放電電極または前記第２の短辺と対向する部分にもまたがって形成され、かつ、前記第２の放電電極における前記第２の突出部以外で前記第１の放電電極または前記第１の短辺と対向する部分にもまたがって形成されている請求項３記載の過電圧保護部品。