JP2011155090A

JP2011155090A - 過電圧保護部品

Info

Publication number: JP2011155090A
Application number: JP2010014962A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yoshioka; 功一吉岡; Hideki Iwao; 英樹岩尾; Takeshi Izeki; 健井関
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】印加電圧のさらなる高電圧化、および繰り返し印加回数の増加による電極の先端部以外における電極のダメージを低減す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、過電圧保護部１１と、第１の放電電極３と、第２の放電電極４とを備え、過電圧保護部１１は、基板１上に形成された第１の過電圧保護部２と、少なくとも第１の放電電極３の先端部および少なくとも第２の放電電極４の先端部とを覆うように形成された第２の過電圧保護部５とを有し、第１の放電電極３は過電圧保護部１１の側面に接する第１の放電電極面対向部３ａを備え、第２の放電電極４は過電圧保護部１１の側面に接し、第１の放電電極面対向部３ａと互いに面で対向する第２の放電電極面対向部４ａ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。

そのような、過電圧保護部品の一例として、先端部を互いに対向させた一対の内部電極の上下をバリスタ層で挟んだ構成の過電圧保護部品が知られている（特許文献１参照。）。

また、繰り返しの放電による性能の低下を防ぐため、一対の放電電極の先端部に凹凸を設けて、最初の放電の起点を多くなるようにした過電圧保護部品も知られている（特許文献２参照。）。

特開平１１−２０４３０９号公報特開２００７−２４２４０４号公報

繰り返しの過電圧の印加により、一対の電極において、最初に放電が開始される部分はこの一対の電極における先端部である。この先端部は最初の放電が繰り返し行われることによりダメージが生じ易いことは知られている。しかし、発明者らは、印加電圧のさらなる高電圧化、および繰り返し印加回数の増加により、この電極の先端部ではない部分でもダメージを受けることを見い出した。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、印加電圧のさらなる高電圧化、および繰り返し印加回数の増加による電極の先端部以外におけるダメージを低減す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に、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、基板と、前記基板上に形成され、通常は絶縁体として機能し過電圧が印加されると電気を流す過電圧保護部と、前記基板上と前記過電圧保護部内に形成された第１の放電電極と、前記基板上と前記過電圧保護部内に形成され、かつ前記第１の放電電極の先端部と互いに間隔を隔てて位置する第２の放電電極とを備え、前記過電圧保護部は、前記基板上に形成された第１の過電圧保護部と、少なくとも前記第１の放電電極の先端部および少なくとも第２の放電電極の先端部とを覆うように形成された第２の過電圧保護部とを有し、前記第１の放電電極は前記過電圧保護部の側面に接する第１の放電電極面対向部を備え、前記第２の放電電極は前記過電圧保護部の側面に接し、前記第１の放電電極面対向部と互いに面で対向する第２の放電電極面対向部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、最初の放電が開始された後の放電を面で対向している第１の放電電極面対向部および第２の放電電極面対向部とで行わせることが可能となり、これにより、放電を行うことができる面積が増えるので、放電によるダメージを低減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の放電電極面対向部における前記第２の放電電極面対向部と対向する面には突起が形成され、前記第２の放電電極面対向部における前記第１の放電電極面対向部と対向する面には突起が形成されたものである。

この構成により、請求項２に記載の発明は、突起が、過電圧による放電が開始された後の放電を誘発することができるので、より円滑に放電を第１の放電電極面対向部および第２の放電電極面対向部とで行わせることができ、第１の放電電極の先端部および第２の放電電極の先端部のダメージを低減させることができる。

本発明の過電圧保護部品は、放電によるダメージを低減させることができ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正面断面図同過電圧保護部品の正面断面の一部拡大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、２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、図２は同過電圧保護部品の正面断面図である。

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の上面には第１の過電圧保護部２が形成されている。第１の過電圧保護部２は通常は絶縁体として機能するが、過電圧が印加されると電気を流す特性を有する。第１の過電圧保護部２の具体的な材料としては、絶縁体中に導体粉を分散させたものや、酸化亜鉛を主成分とするバリスタの材料などを用いることができる。

第１の放電電極３は、第１の過電圧保護部２の上面の一部に重畳するように、基板１の端部においては基板１に、そして基板１の中央部においては第１の過電圧保護部２の上面に形成されている。同様に第２の放電電極４は、第１の過電圧保護部２の上面の一部に重畳するように、基板１の端部においては基板１に、そして基板１の中央部においては第１の過電圧保護部２の上面に形成されている。第１の放電電極３と第２の放電電極４はその先端部において、同一平面上で互いに対向している。また、第１の放電電極３と第２の放電電極４とは、第１の放電電極面対向部３ａと第２の放電電極面対向部４ａとで互いに面で対向している。この第１の放電電極面対向部３ａと第２の放電電極面対向部４ａとは、いずれも第１の過電圧保護部２の側面部と接触している。第１の放電電極３および第２の放電電極４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、化学反応に対する安定性を優先させるならば金が好適である。

第２の過電圧保護部５は、第１の放電電極３と第２の放電電極４とが互いに先端部で対向している部分に充填されるとともに、第１の放電電極３および第２の放電電極４の先端部を含む一部を覆うように形成されている。第２の過電圧保護部５は上面側から見ると、第１の過電圧保護部２と重なるような形状をしている。また、その材質は第１の過電圧保護部２と同じものを用いている。この第１の過電圧保護部２と第２の過電圧保護部５とにより過電圧保護部１１を構成する。

第１の再上面電極６は、第１の放電電極３と重畳するように基板１の上面に形成されており、第１の放電電極３とは電気的に接続している。同様に、第２の再上面電極７は、第２の放電電極４と重畳するように基板１の上面に形成されており、第２の放電電極４とは電気的に接続している。

保護層８は、第１の過電圧保護部２、第１の放電電極３、第２の放電電極４、第２の過電圧保護部５、第１の再上面電極６および第２の再上面電極７の一部並びに過電圧保護部１１を覆う保護膜であり、エポキシ樹脂やポリアミド樹脂などを用いることができる。

第１の端面電極９は、基板１の端面に設けられ第１の放電電極３および第１の再上面電極６と電気的に接続している。第１の端面電極９は、銀などの良導体の表面にニッケルめっきを施し、さらにその表面にスズめっきを施したものである。同様に、第２の端面電極１０は、基板１の端面に設けられ第２の放電電極４および第２の再上面電極７と電気的に接続している。第２の端面電極１０は、銅などの良導体の表面にニッケルめっきを施し、さらにその表面にスズめっきを施したものである。

図３は、本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の正面断面の一部拡大図である。図３は、第１の放電電極面対向部３ａ近傍を拡大したものである。第１の放電電極面対向部３ａには、第２の放電電極面対向部４ａと対向する面に突起３ｂが設けられている。同様に第２の放電電極面対向部４ａの第１の放電電極面対向部３ａと対向する面にも突起（図示せず）が設けられている。

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、以下に説明する。

図４、図５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る。

図４（ａ）に示すように、まず基板１を準備する。

次に、図４（ｂ）に示すように、基板１の中央部近傍に第１の過電圧保護層２１を形成する。第１の過電圧保護層２１は、印刷工法により形成することができる。

次に、図４（ｃ）に示すように、第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３を形成する。この製造方法としては、印刷方向により最初から第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３とを分離した形状で形成することができる。また、第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３とを一体的に形成した後に、エッチングにより第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３間にギャップを形成する方法で行うこともできる。また別の方法としては、第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３とを一体的に形成した後に、レーザーを照射することによりギャップを形成する方法で行うこともできる。このエッチングでギャップを形成する方法では、より正確に第１の放電電極層２２と第２の放電電極層２３間のギャップを形成することができる。レーザーによりギャップを形成する方法では、より狭いギャップを形成することができる。

次に、図４（ｄ）に示すように、第２の過電圧保護層２４を印刷工法により形成する。

以上の工程の終了後に、焼成工程を行う。焼成工程後の図が図５（ａ）である。この焼成工程では、第１の過電圧保護層２１が第１の過電圧保護部２に、第２の過電圧保護層２４が第２の過電圧保護部５に、第１の放電電極層２２が第１の放電電極３に、第２の放電電極層２３が第２の放電電極４へと、それぞれが含有する樹脂成分の全てまたは一部を消失や分解等をさせることで変化させる。なお、この焼成工程により、第１の過電圧保護層２１と第２の過電圧保護層２４とは、一体的になって過電圧保護部１１を構成することになる。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１の再上面電極層２５および第２の再上面電極層２６を印刷工法により形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、保護樹脂層２７を形成する。

これらの工程後にも、再び焼成工程を行い、第１の再上面電極層２５、第２の再上面電極層２６および保護樹脂層２７をそれぞれ、第１の再上面電極６、第２の再上面電極７および保護層８へ変化させる。

次に、図５（ｄ）に示すように基板１の端面に第１の端面電極９および第２の端面電極１０を形成する。これらの形成は、ペースト状にした銀を印刷工程により塗布し、これを乾燥させた後に、その表面に電解めっき工法によりニッケルめっき層を施し、さらにその表面にスズめっき層を施すことにより行うことができる。

ここで、突起３ｂの形成方法について説明をする。

図４（ｂ）において第１の過電圧保護層２１を形成した後に、この第１の過電圧保護層２１の側面に穴を形成し、その後、この穴にも第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３を構成する物質が充填されるように第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３を形成する。これにより突起３ｂを形成することができる。なお、第１の過電圧保護層２１の側面に形成する穴は、機械的に穴を形成する方法や、化学的に第１の過電圧保護層２１の側面の表面を粗すことで形成することができる。

別の方法としては、第１の過電圧保護層２１の側面部にアクリルビーズを埋設した状態にしておき、図４（ｄ）に示す状態の後に行う焼成工程で、このアクリルビーズを消失させることで穴を形成し、その穴に第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３を入り込ませることで形成する方法もある。この場合、穴を形成するアクリルビーズが消失する温度より第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３が焼成により固まる温度の方が高い必要がある。

さらに別の方法として、第１の過電圧保護部２の側面部にアクリルビーズを埋設した状態にしておき、第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３を形成するまえに焼成を行い、アクリルビーズを消失させることによって第１の過電圧保護部２の側面部に穴を形成し、その後に第１の放電電極層２２および第２の放電電極層２３を形成する方法がある。

以上のように構成され、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の動作について、以下に説明をする。

本発明の過電圧保護部品は、静電気等の過電圧から保護したい電気回路や電子部品と電気的に並列に接続する。通常は、第１の過電圧保護部２は絶縁体として機能するので、電流は電気回路等に流れる。

一方、過電圧が印加された場合には、第１の過電圧保護部２は電気を流すので、過電圧による電流は本発明の過電圧保護部品を通り、前記の電気回路等には流れない。これにより過電圧から前記の電気回路等を保護することができる。

この場合において、過電圧により最初に第１の過電圧保護部２を電気が流れる際には、第１の放電電極３の先端部と第２の放電電極４の先端部との間で電気が流れる。しかし、一度電気が流れると、同じ場所で電気が流れ続けるとは限らず、その場所が移動することがある。特に過電圧が印加されたときに、第１の過電圧保護部２の内部を放電現象により電気が流れる場合には、その傾向が強い。本発明の過電圧保護部品は第１の放電電極面対向部３ａと第２の放電電極面対向部４ａとは互いに面で対向しているので、最初の放電位置からの移動先の放電位置となりうる場所を大幅に増加させることができる。これにより、放電による第１の放電電極３および第２の放電電極４のダメージを低減させることができる。

さらに、第１の放電電極面対向部３ａおよび第２の放電電極面対向部４ａに突起３ｂを形成しているので、最初の放電場所からの放電位置の移動を誘発させ易く、最初の放電が生じる第１の放電電極３の先端部および第２の放電電極４の先端部のダメージを低減させることもできる。

尚、本実施の形態においては、保護層８が第２の過電圧保護部５の上面に直接形成されるものであるが、保護層８と第２の過電圧保護部５との間に中間層（図示せず）を形成してもよい。この中間層は、シリコン系の絶縁性樹脂やガラスで形成することができ、シリカや、アルミナなどをフィラーとして含む材質のものを用いることもできる。この中間層は、放電の際にエポキシ樹脂等で形成された保護層８の炭化を防止することができ、より信頼性を向上させることができる。

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
２第１の過電圧保護部
３第１の放電電極
３ａ第１の放電電極面対向部
３ｂ突起
４第２の放電電極
４ａ第２の放電電極面対向部
５第２の過電圧保護部
６第１の再上面電極
７第２の再上面電極
８保護層
９第１の端面電極
１０第２の端面電極
１１過電圧保護部
２１第１の過電圧保護層
２２第１の放電電極層
２３第２の放電電極層
２４第２の過電圧保護層
２５第１の再上面電極層
２６第２の再上面電極層
２７保護樹脂層

Claims

基板と、
前記基板上に形成され、通常は絶縁体として機能し過電圧が印加されると電気を流す過電圧保護部と、
前記基板上と前記過電圧保護部内に形成された第１の放電電極と、
前記基板上と前記過電圧保護部内に形成され、かつ前記第１の放電電極の先端部と互いに間隔を隔てて位置する第２の放電電極とを備え、
前記過電圧保護部は、前記基板上に形成された第１の過電圧保護部と、少なくとも前記第１の放電電極の先端部および少なくとも第２の放電電極の先端部とを覆うように形成された第２の過電圧保護部とを有し、
前記第１の放電電極は前記過電圧保護部の側面に接する第１の放電電極面対向部を備え、
前記第２の放電電極は前記過電圧保護部の側面に接し、前記第１の放電電極面対向部と互いに面で対向する第２の放電電極面対向部を備えた過電圧保護部品。
前記第１の放電電極面対向部における前記第２の放電電極面対向部と対向する面には突起が形成され、
前記第２の放電電極面対向部における前記第１の放電電極面対向部と対向する面には突起が形成された請求項１記載の過電圧保護部品。