JP2011124102A

JP2011124102A - チップ型サージアブソーバおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2011124102A
Application number: JP2009281062A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Takahashi; 正訓高橋; Satoru Higano; 哲日向野; Yasuhiro Shato; 康弘社藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-23
Also published as: CN102097748A

Abstract

【課題】放電開始電圧を下げて低電圧で動作可能なチップ型サージアブソーバおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】絶縁性基板２と、該絶縁性基板２の一方の面上に対向配置されそれぞれ絶縁性基板２の異なる縁部まで延在する一対の接続電極３と、放電間隙４を介して互いに対向配置され一対の接続電極３のそれぞれに接続される一対の放電電極５と、一対の接続電極３の基端部を含む絶縁性基板２の外周部上に固定されて該絶縁性基板２の上部に放電空間を形成する箱状の蓋体６と、縁部にて露出された一対の接続電極３に導通した状態で絶縁性基板２の両端部に配される一対の端子電極７と、を備えたチップ型サージアブソーバ１であって、放電間隙４が、略一定幅の帯状に形成されていると共に一対の放電電極５の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する屈曲部４ａを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導雷や誘導サージ、静電気サージに起因した電流やノイズを吸収して電気機器、電子機器またはこれらの回路を保護するチップ型サージアブソーバおよびその製造方法に関する。

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の接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ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接続されている。

従来のチップ型サージアブソーバとして、例えば特許文献１に記載されているように、アルミナ等の絶縁性基板の上面に放電間隙を介して一対の放電電極を対向配置させたものが知られている。このチップ型サージアブソーバでは、放電電極を切削加工やレーザ加工により分断してマイクロギャップと称される放電間隙を施すことにより、放電開始電圧を下げている。

特開２００４−１７９１１１号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来のチップ型サージアブソーバでは、マイクロギャップを設けることにより放電開始電圧を下げているが、パッシェンの法則を利用した平行ギャップ間での放電機構では、マイクロギャップの狭帯化の限界などにより放電電圧が飽和しており、放電開始電圧の低電圧化に限界があるという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、さらに放電開始電圧を下げて低電圧で動作可能なチップ型サージアブソーバおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のチップ型サージアブソーバは、絶縁性基板と、該絶縁性基板の一方の面上に対向配置されそれぞれ前記絶縁性基板の異なる縁部まで延在する一対の接続電極と、放電間隙を介して互いに対向配置され前記一対の接続電極のそれぞれに接続される一対の放電電極と、前記一対の接続電極の基端部を含む前記絶縁性基板の外周部上に固定されて該絶縁性基板の上部に放電空間を形成する箱状の蓋体と、前記縁部にて露出された前記一対の接続電極に導通した状態で前記絶縁性基板の両端部に配される一対の端子電極と、を備えたチップ型サージアブソーバであって、前記放電間隙が、略一定幅の帯状に形成されていると共に一対の前記放電電極の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する湾曲部または屈曲部を有していることを特徴とする。

このチップ型サージアブソーバでは、放電間隙が、略一定幅の帯状に形成されていると共に一対の前記放電電極の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する湾曲部または屈曲部を有しているので、湾曲部または屈曲部によって形成された凸部に局所的に電界集中が生じて放電開始電圧が下がり、低電圧で動作する。

また、本発明のチップ型サージアブソーバは、前記湾曲部または前記屈曲部が、複数箇所設けられていることが好ましい。
すなわち、このチップ型サージアブソーバでは、湾曲部または屈曲部が、複数箇所設けられていることで、複数箇所の電界集中部分が存在することにより、放電によるダメージで湾曲部や屈曲部の先端部分に劣化（放電電極の飛散などにより放電間隔が広くなるなど）が起こっても、ダメージの少ない放電電極で放電することができ、寿命特性を向上させることができる。
特に、湾曲部または屈曲部を、偶数個設けることで、放電間隔の形状が対称的になって極性が起こらない。

また、本発明のチップ型サージアブソーバは、前記放電間隙が、２０〜５０μｍの略一定幅の帯状に形成されていると共に、曲率半径が１０〜７５μｍの前記湾曲部または角度１５°以上１８０°未満の前記屈曲部を有していることが好ましい。
このチップ型サージアブソーバでは、放電間隙が、上記幅範囲の帯状に形成されていると共に、上記曲率半径範囲の湾曲部または上記角度範囲の屈曲部を有しているので、動作電圧が安定し、良好な低電圧動作を得ることができる。

なお、上記放電間隙の幅を上記範囲に設定した理由は、２０μｍ未満であると、初回の放電時に発生したデブリによって動作電圧が安定しなくなり、５０μｍを超えると、電界集中させるための形態（湾曲部または屈曲部）を形成しても低電圧動作が困難になるためである。
また、上記湾曲部の曲率半径を上記範囲に設定した理由は、１０μｍ未満であると、面粗さと同じオーダーになり上記効果を得ることができないためであり、７５μｍを超えると、電界集中の効果を得ることができないためである。
さらに、上記屈曲部の角度を１５°以上に設定した理由は、１５°未満であると、上記放電間隙の幅サイズの範囲で設計できないためである。

本発明のチップ型サージアブソーバの製造方法は、上記本発明のチップ型サージアブソーバを作製する方法であって、絶縁性基板の一方の面上に対向配置されそれぞれ該絶縁性基板の異なる縁部まで延在する一対の接続電極を形成する接続電極形成工程と、放電間隙を介して互いに対向すると共に前記一対の接続電極のそれぞれに接続される一対の放電電極を形成する放電電極形成工程と、前記一対の接続電極の基端部を含む前記絶縁性基板の外周部上に箱状の蓋体を固定する封止工程と、前記縁部にて露出した前記一対の接続電極と導通するように前記絶縁性基板の両端部に一対の端子電極を形成する端子電極形成工程と、を有し、前記放電電極形成工程において、前記絶縁性基板の面上に前記放電電極となる帯状導電膜を形成する工程と、該帯状導電膜の中間部に波長１９０〜５５０ｎｍのレーザ光を、繰り返し周波数１０〜２００ｋＨｚおよび走査速度１５〜１０００ｍｍ／ｓで照射し、前記帯状導電膜を分断して前記放電間隙を形成する工程と、を有していることを特徴とする。

すなわち、このチップ型サージアブソーバの製造方法では、帯状導電膜の中間部に上記波長のレーザ光を、上記繰り返し周波数および上記走査速度で照射し、帯状導電膜を分断して放電間隙を形成するので、放電間隔に上記湾曲部および屈曲部の微細な形態を高精度に形成することができる。

なお、レーザ光の波長を１９０ｎｍ以上に設定した理由は、１９０ｎｍ未満であると真空紫外領域で空気中を伝播し難くなり、加工効率が悪くなるためである。また、レーザ光の波長を５５０ｎｍ以下に設定した理由は、５５０ｎｍを超えると回折限界の効果によって集光が困難になるためである。
また、繰り返し周波数を上記範囲に設定した理由は、１０ｋＨｚ未満であると、パルスエネルギーが大きくなるため除去能力が高すぎて微細な上記形態加工ができないためであり、２００ｋＨｚを超えると、Ｑスイッチの動作が不安定になるためである。
さらに、レーザ光の走査速度を上記範囲に設定した理由は、１５ｍｍ／ｓ未満であると、レーザ光のビーム重なりが多くなり除去能力が高すぎて微細な形態加工が困難になるためであり、１０００ｍｍ／ｓを超えると、レーザ光のビームを最適に重ねることが困難になるためである。
なお、レーザ光のピークパワー密度は、０．５〜１０ＭＷ／ｃｍ^２に設定することが好ましい。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るチップ型サージアブソーバによれば、放電間隙が、略一定幅の帯状に形成されていると共に一対の放電電極の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する湾曲部または屈曲部を有しているので、湾曲部または屈曲部により形成された凸部に局所的に電界集中が生じて放電開始電圧が下がり、低電圧化を図ることができる。したがって、本発明のチップ型サージアブソーバは、低い放電開始電圧で応答可能であり、通信機器向け等に好適である。
また、本発明に係るチップ型サージアブソーバの製造方法によれば、該帯状導電膜の中間部に上記波長のレーザ光を、上記繰り返し周波数および上記走査速度で照射し、帯状導電膜を分断して放電間隙を形成するので、放電間隔に上記湾曲部および屈曲部の微細な形態を高精度に形成することができ、高性能なチップ型サージアブソーバを得ることができる。

本発明に係るチップ型サージアブソーバおよびその製造方法の第１実施形態において、チップ型サージアブソーバを示す斜視図である。第１実施形態において、チップ型サージアブソーバを示す断面図である。第１実施形態において、チップ型サージアブソーバを示す蓋部を外した状態での平面図である。本発明に係るチップ型サージアブソーバおよびその製造方法の第２実施形態において、チップ型サージアブソーバを示す蓋部を外した状態での平面図である。本発明に係るチップ型サージアブソーバおよびその製造方法の第３実施形態において、チップ型サージアブソーバを示す蓋部を外した状態での平面図である。

以下、本発明に係るチップ型サージアブソーバおよびその製造方法の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態のチップ型サージアブソーバ１は、図１から図３に示すように、絶縁性基板２と、該絶縁性基板２の一方の面上に対向配置されそれぞれ絶縁性基板２の異なる縁部まで延在する一対の接続電極３と、マイクロギャップと称される放電間隙４を介して互いに対向配置され一対の接続電極３のそれぞれに接続される一対の放電電極５と、一対の接続電極３の基端部を含む絶縁性基板２の外周部上に固定されて該絶縁性基板２の上部に放電空間を形成する箱状の蓋体６と、前記縁部にて露出された一対の接続電極３に導通した状態で絶縁性基板２の両端部に配される一対の端子電極７と、を備えている。

上記絶縁性基板２および蓋体６の原料となる絶縁性材料としては、例えば、アルミナ、コランダム、ムライト、コランダムムライト、またはこれらの混合物等が用いられる。

上記放電間隙４は、図３に示すように、略一定幅Ｗの帯状に形成されていると共に一対の放電電極５の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する屈曲部４ａを有している。なお、この放電間隙４は、２０〜５０μｍの略一定幅Ｗの帯状に形成されていると共に、屈曲部４ａの角度θを１５°以上１８０°未満に設定されている。また、屈曲部４ａは、複数箇所に設けられている。なお、本実施形態では、角度９０°の屈曲部４ａが３箇所設けられている。

上記放電電極５は、例えばＡｌ、Ｔｉ、ＳｎＯ_２、Ｗ、Ｎｉ、Ｎｂ、ＴｉＮ、Ｂａ、Ｃｕ、もしくはＦｅ、またはこれらの材料のうち２つ以上を含有する合金材料によって形成される。
上記接続電極３は、例えばＡｇ等の導電性材料で形成されている。

また、上記端子電極７は、Ａｇペースト等の導電性ペーストやＮｉめっきやはんだめっき等により形成される。例えば、Ａｇペースト等の導電性ペーストを塗布して焼成することで、一対の端子電極７が形成される。
なお、上記絶縁性基板２と蓋体６との間に形成された放電空間には、放電に好適な所定の放電制御ガスが満たされている。
上記放電制御ガスは、例えばＨｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ_６、ＣＯ_２、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｈ_２及びこれらの混合ガス等の不活性ガスである。

このチップ型サージアブソーバ１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まずグロー放電が放電間隙４の屈曲部４ａを介して生じて一対の放電電極５間でトリガーされ、さらに放電が沿面放電の形態で進展して一対の放電電極５の基端側同士の間でアーク放電が生じることにより、サージ電圧が吸収される。

次に、本実施形態のチップ型サージアブソーバ１の製造方法について説明する。

まず、絶縁性基板２の一方の面上に対向配置されそれぞれ該絶縁性基板２の異なる縁部まで延在する一対の接続電極３を形成する（接続電極形成工程）。
例えば、Ａｇペースト等をスクリーン印刷によって絶縁性基板２上にパターン形成して焼結させることで、Ａｇ等で形成された接続電極３を作製する。

次に、放電間隙４を介して互いに対向すると共に一対の接続電極３のそれぞれに接続される一対の放電電極５を形成する（放電電極形成工程）。
例えば、放電電極５を、上述した材料を含むペーストを絶縁性基板２の上面にスクリーン印刷によってパターン形成したのちに焼結することで形成するほか、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、焼き付け法等の一般的な薄膜形成方法が採用可能である。

この放電電極形成工程において、まず絶縁性基板２の面上に放電電極５となる帯状導電膜を形成し、さらに該帯状導電膜の中間部にレーザ光を照射し、帯状導電膜を分断して放電間隙４を形成する。この際、波長１９０〜５５０ｎｍのレーザ光を、繰り返し周波数１０〜２００ｋＨｚおよび走査速度１５〜１０００ｍｍ／ｓで照射する。なお、レーザ光のピークパワー密度は、０．５〜１０ＭＷ／ｃｍ^２に設定することが好ましい。また、本実施形態では、レーザ光を１往復させて放電間隙４を形成する。なお、この際の放電間隙４における溝深さは、約２０μｍである。

次に、一対の接続電極３の基端部を含む絶縁性基板２の外周部上に箱状の蓋体６を固定する。
例えば、一対の接続電極３の基端部を含む絶縁性基板２の外周部上に接着剤をスクリーン印刷等によりパターン形成し、上述した放電制御ガス雰囲気中において接着剤上に蓋体６を載せた状態で加熱することで、蓋体６と絶縁性基板２とを接合すると共に内部に放電空間を気密状態で形成する（封止工程）。

ここで、接着剤としては、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＰｂＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_３Ｏ_５のうち、一種または二種以上を混合してなるガラスを用いることができる。

さらに、前記縁部にて露出した一対の放電電極５と導通するように絶縁性基板２の両端部に一対の端子電極７を形成する（端子電極形成工程）。
例えば、ディッピング等によりＡｇペースト等の導電性ペーストを絶縁性基板２及び蓋体６の両端部に設けて、これを焼結することにより端子電極７を形成する。
このようにして、本実施形態のチップ型サージアブソーバ１が作製される。

上述したように本実施形態のチップ型サージアブソーバ１では、放電間隙４が、略一定幅Ｗの帯状に形成されていると共に一対の放電電極５の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する屈曲部４ａを有しているので、屈曲部４ａにより形成される凸部に局所的に電界集中が生じて放電開始電圧が下がり、低電圧で動作する。
また、放電間隙４が、上記幅範囲の帯状に形成されていると共に、上記角度範囲の屈曲部４ａを有しているので、動作電圧が安定し、良好な低電圧動作を得ることができる。

また、屈曲部４ａが複数箇所設けられていることで、複数箇所の電界集中部分が存在することにより、放電によるダメージで屈曲部４ａの先端部分に劣化（放電電極５の飛散などにより放電間隙４が広くなるなど）が起こっても、ダメージの少ない放電電極５で放電することができ、寿命特性を向上させることができる。

さらに、本実施形態の製法によれば、帯状導電膜の中間部に上記波長のレーザ光を、上記繰り返し周波数および上記走査速度で照射し、帯状導電膜を分断して放電間隙４を形成するので、放電間隙４に屈曲部４ａの微細な形態を高精度に形成することができる。

次に、本発明に係るチップ型サージアブソーバおよびその製造方法の第２及び第３実施形態について、図４および図５を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、放電間隙４に屈曲部４ａが３箇所設けられているのに対し、第２実施形態のチップ型サージアブソーバ２１では、図４に示すように、放電間隙２４に屈曲部４ａが２箇所設けられている点である。
すなわち、第２実施形態のチップ型サージアブソーバ２１では、放電間隙２４に屈曲部４ａが偶数個設けられているので、放電間隙２４の放電間隔の形状が対称的になって極性が起こらない。

また、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、放電間隙２４に屈曲部４ａが設けられているのに対し、第３実施形態のチップ型サージアブソーバ３１では、図５に示すように、放電間隙３４に湾曲部３４ａが設けられている点である。
すなわち、第３実施形態では、放電間隙３４が、略一定幅Ｗの帯状に形成されていると共に一対の放電電極５の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する２つの湾曲部３４ａを有している。これら２つの湾曲部３４ａは、互いの中間に変曲点を有して互いに反対側に湾曲している。なお、上記放電間隙３４は、２０〜５０μｍの略一定幅Ｗの帯状に形成されていると共に、上記湾曲部３４ａの曲率半径Ｒは１０〜７５μｍに設定されている。

このように第３実施形態のチップ型サージアブソーバ３１では、放電間隙３４が、略一定幅Ｗの帯状に形成されていると共に一対の放電電極５の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する湾曲部３４ａを有しているので、湾曲部３４ａによって形成された凸部に局所的に電界集中が生じて、第２実施形態と同様に、放電開始電圧が下がり、低電圧で動作する。

次に、上記第３実施形態のチップ型サージアブソーバを上記製法で実際に作製した実施例について、放電開始電圧を測定した結果を説明する。
作製した本実施例は、放電間隙の幅Ｗを３０μｍ、溝深さを２０μｍ、湾曲部の曲率半径Ｒを３０μｍに設定した。また、放電間隙の作製時におけるレーザ加工条件は、レーザ光の繰り返し周波数を１２０ｋＨｚ、波長３５５ｎｍに設定した。なお、比較例として、放電間隙を直線状に形成したチップ型サージアブソーバも作製した。

これらについて直流電圧を１００Ｖ／ｓで昇圧したときの放電開始電圧について測定したところ、直線状の放電間隙を有する比較例では、放電開始電圧が１３０Ｖであったのに対し、本実施例では、放電開始電圧が１１０Ｖであり、低電圧化が確認された。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、放電電極と接続電極とを別々に設けたが、これらが一体となった電極を採用しても構わない。

１，２１，３１…チップ型サージアブソーバ、２…絶縁性基板、３…接続電極、４，２４，３４…放電間隙、４ａ…屈曲部、５…放電電極、６…蓋体、７…端子電極、３４ａ…湾曲部

Claims

絶縁性基板と、
該絶縁性基板の一方の面上に対向配置されそれぞれ前記絶縁性基板の異なる縁部まで延在する一対の接続電極と、
放電間隙を介して互いに対向配置され前記一対の接続電極のそれぞれに接続される一対の放電電極と、
前記一対の接続電極の基端部を含む前記絶縁性基板の外周部上に固定されて該絶縁性基板の上部に放電空間を形成する箱状の蓋体と、
前記縁部にて露出された前記一対の接続電極に導通した状態で前記絶縁性基板の両端部に配される一対の端子電極と、を備えたチップ型サージアブソーバであって、
前記放電間隙が、略一定幅の帯状に形成されていると共に一対の前記放電電極の先端に互いに対向する凸部および凹部を形成する湾曲部または屈曲部を有していることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
請求項１に記載のチップ型サージアブソーバにおいて、
前記湾曲部または前記屈曲部が、複数箇所設けられていることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
請求項１または２に記載のチップ型サージアブソーバにおいて、
前記放電間隙が、２０〜５０μｍの略一定幅の帯状に形成されていると共に、曲率半径が１０〜７５μｍの前記湾曲部または角度１５°以上１８０°未満の前記屈曲部を有していることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
請求項１から３のいずれか一項に記載されたチップ型サージアブソーバを作製する方法であって、
絶縁性基板の一方の面上に対向配置されそれぞれ該絶縁性基板の異なる縁部まで延在する一対の接続電極を形成する接続電極形成工程と、
放電間隙を介して互いに対向すると共に前記一対の接続電極のそれぞれに接続される一対の放電電極を形成する放電電極形成工程と、
前記一対の接続電極の基端部を含む前記絶縁性基板の外周部上に箱状の蓋体を固定する封止工程と、
前記縁部にて露出した前記一対の接続電極と導通するように前記絶縁性基板の両端部に一対の端子電極を形成する端子電極形成工程と、を有し、
前記放電電極形成工程において、前記絶縁性基板の面上に前記放電電極となる帯状導電膜を形成する工程と、
該帯状導電膜の中間部に波長１９０〜５５０ｎｍのレーザ光を、繰り返し周波数１０〜２００ｋＨｚおよび走査速度１５〜１０００ｍｍ／ｓで照射し、前記帯状導電膜を分断して前記放電間隙を形成する工程と、を有していることを特徴とするチップ型サージアブソーバの製造方法。