JP3439746B2 - 面実装型サージ吸収素子、及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、面実装型のサージ
吸収素子に関し、特に、複数個の素子を同時に製造する
ことを可能とする面実装型サージ吸収素子の構造、及び
そのサージ吸収素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電話機や通信機器等には、雷等により生
じた異常電流が進入して機器破壊や動作障害を招くこと
が多々ある。そのため、異常電流の浸入に備え、この異
常電流を放電により他に逃がすためのサージ吸収素子を
取り付け、これら通信機器等の保護を図っている。放電
型のサージ吸収素子は、円筒状容器内に微少間隔のスパ
ークギャップを形成した放電電極部品を封入し、これに
端子用のリード線を導出させた形態が一般的であった。
近年、電子機器の小型化、軽量化にともない電子素子類
の省スペース化、実装密度の追求から、平板構造にした
面実装型が多く採用されてきている。

【０００３】従来の面実装型の放電型サージ吸収素子と
しては、例えば、（１）図７（Ａ）に示すように、スパ
ークギャップｓを電極基板ｂの表面ｂ１に形成すると共
に、端子電極ｔを電極基板ｂの外周を回って電極基板ｂ
の裏面ｂ２まで延長形成してなる第１電極基板ｂに、放
電室ｃを形成した第２電極基板ｄを封着して一体化させ
た素子構造のものがある（特開平１１‐１５４５８
０）。または（２）図７（Ｂ）に示すように、スパーク
ギャップｓを構成する放電電極ｅを第１チップ体ｆの表
面ｆ１に形成し、貫通孔ｇを介してこの放電電極ｅと接
続させた端子電極ｈを第１チップ体ｆの裏面ｆ２に形成
し、放電室ｉを形成する第２チップ体ｊと接合一体化さ
せた素子構造のものがある（特開平８‐２３６２６
０）。さらに、（３）図示は省略するが、平面電極基板
に複数個の放電用のスパークギャップを形成し、放電室
形成用電極基板、外囲器電極基板と接合して３層構造と
し、これを切断して個々の放電室を形成した後、端子電
極を組立て封着して一体化させた素子構造のものが、特
開２０００−９１０５３として開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで今後は、従来
の電話・通信機器のみならず、急速に普及したインター
ネット機器類に加えて、テレビ、電子レンジ、エアコン
等の家庭電気器具へ通信機能を備えた電子回路の付加に
より、放電型のサージ吸収素子は、その保護回路として
の需要が飛躍的に増大しつつあり、性能劣化を招かずに
生産性の向上とコスト低減を図るため、簡易な素子構造
による製造工程の簡素化と大量生産化が益々要求されて
きている。

【０００５】かかる観点から、上記した従来例には、次
のような課題があった。すなわち、（１）記載の素子構
造では、端子電極が電極基板の外周を経て裏面に導出さ
れた構造であるため、広い電極基板に多数の素子を同時
に形成する事ができ難く、生産性向上やコスト低減のネ
ックとなっていた。

【０００６】また、（２）記載の素子構造では、絶縁電
極基板中の貫通孔に金属を充填するものであるため、金
属と絶縁物の膨張係数特性の違いにより、温度サイクル
で放電ガスの密封が不完全となったり、金属の膨張によ
る電極基板へのクラックが生じ易いなど、信頼性に問題
があった。加えて、多数個を同時に製造する場合、電極
基板内部の素子への放電ガス導入が困難で、これを解決
する他の手段が必要となり、コスト面で不利であった。

【０００７】さらに、（３）記載の素子構造のサージ吸
収素子及びその製造方法では、放電電極形成、外囲器の
一部を、各１枚の電極基板に複数個形成し、これを組合
せて、複数の放電室を同一工程で完成させているため、
生産性、コスト低減の面では、上記（１）、（２）のサ
ージ吸収素子の欠点を大きく改善してはいるが、端子電
極との接合工程は、個別の組立てが必要であり、生産
性、コスト低減の面からは未だ不十分であった。

【０００８】この様に、従来の面実装型サージ吸収素子
では、多数素子を同時に製造することに次のような問題
があった。一つには、スパークギャップを電極基板に多
数個形成し、かつ端子電極を独立して外部に導出する信
頼性の高い手段が実現していない問題があった。もう一
つには、これらの素子が放電ガス雰囲気中で密封される
ためには、密封工程で、真空および真空中での予熱で放
電電極、放電室内の清浄化が必要であり、単に、多数個
の電極群を形成した平面状の電極基板と多数個の外囲器
キャップを形成した蓋基板を接合して放電ガスを封入し
ようとしても、電極基板内部への給排気コンダクタンス
（気流の流れやすさの度合い、又は能力）が小さく、更
に、真空にした電極基板内部と、導入するガスの圧力差
により電極基板と蓋基板が密着し、給排気コンダクタン
スが更に低下し、電極基板内部の素子群に充分な放電ガ
スが充填困難になるという問題があった。一般に、放電
型のサージ吸収素子の放電空間に封入するガスの圧力
は、０．１〜数気圧であり、その圧力差は、絶縁性電極
基板や未溶融接着層を変形させ、ガス封入前に蓋基板と
電極基板の電極形成面とを密着させてしまっていた。

【０００９】

【目的】そこで、本願発明は、上記課題に鑑みてなされ
たものであり、電極基板内部の放電空間内の給排気コン
ダクタンスを増強するための手段を平面電極基板に付加
すると共に、この付加手段が素子の放電電極と端子電極
面を電気的に接続する確実な手段を兼ねさせる結果、生
産性、信頼性及び耐久性の高い面実装型サージ吸収素
子、及びその製造方法を提供するものである。

【００１０】

【問題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の面実装型サージ吸収素子及びその製造方法
は、以下のように構成している。

【００１１】すなわち、本願の面実装型サージ吸収素子
（以下「本願素子」）は、多数の放電電極素子パターン
を形成した基板に表裏面を貫通する貫通孔が、接合する
放電室（凹部）に連通するように配設しているため、電
極基板と蓋基板との溶着時における放電室３１の真空清
浄化、放電ガス導入に充分な給排気コンダクタンスを高
めることができることから、マトリックス状に配列した
各素子の放電室を同質状態に形成することができ、規格
の安定したバラツキのないサージ吸収素子を同時に多数
個製造することができることを特徴としている。

【００１２】そして、その製造方法は、平板状の電極基
板（２）に表裏面（２１、２２）を貫通する多数の貫通
孔（４）を所定間隔で形成し、該貫通孔（４）を含み、
スパークギャップ（２３）を構成する一対の放電電極
（２４）を１素子パターンとする多数素子パターンを電
極基板（２）の表面（２１）に形成し、前記貫通孔
（４）の裏面側開口を含み、各放電電極（２４）にそれ
ぞれ対応させた端子電極（２５）を電極基板（２）の裏
面（２２）に形成し、前記貫通孔（４）の内周面には、
前記放電電極（２４）と前記端子電極（２５）とを電気
的に接続する導電性薄膜材を形成し、次いで、前記電極
基板（２）の表面（２１）に、前記各スパークギャップ
（２３）を内包する放電室（３１）を区画する凹部（３
２）を多数形成した絶縁性の蓋基板（３）を、真空清浄
化及び放電ガス雰囲気下で前記貫通孔（４）を介して前
記凹部（３２）の排気と放電ガスを導入して充填させた
後に接合して一体化させ、前記貫通孔（４）を分割する
切断線（５）をもって各スパークギャップ（２３）単位
毎の素子に切り分けることにより、多数のサージ吸収素
子を得ることを特徴とする。

【００１３】なお、上記の特許請求の範囲及び課題を解
決するための手段の欄で記載した括弧付き符号は、発明
の構成の理解を容易にするため参考として図面符号を付
記したもので、この図面上の形態に限定するものでない
ことはもちろんである。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本願素子１及びその製造方
法の具体的実施例について、図面に基づき詳細に説明す
る。図１は本実施例の平面実装型サージ吸収素子の一部
切欠き斜視図であり、図２は本実施例の平面実装型サー
ジ吸収素子の縦断面図であり、図３は本願素子の製造工
程における接合前の状態を示す一部切欠き斜視図であ
り、図４は本願素子の製造工程における接合一体化の状
態を示す一部切欠き斜視図であり、図５は本願素子の製
造工程における素子切り分け工程において要部を透過さ
せて示す透過斜視図である。

【００１５】図示する電極基板２は、平板矩形状の絶縁
性材で形成され、例えば、アルミナ磁器、ムライト磁
器、ステアタイト磁器、などの焼結体、又は樹脂に無機
材を混合させたガラスエポキシ基材、などが用いられる
が、本実施例ではアルミナ磁器により形成している。該
電極基板２には、表裏面２１、２２を連絡するように貫
通させた円筒状の貫通孔４を、所定間隔でマトリックス
状に開設している。この貫通孔４は、電極基板２の焼成
前に、プレス成形、金型成形、切削などの手段により形
成され、その断面形状は、給排気コンダクタンス増強の
目的に合致するものであれば、円、長円、矩形など、接
合させる後述の蓋基板３の凹部３２の封着に支障が無い
範囲で如何なる形状であっても良い。

【００１６】該電極基板２の表面２１及び貫通孔４に
は、切断分離後に個々の本願素子１の放電電極２４とな
る高融点金属からなる導電性薄膜材を、貫通孔４を囲む
ようにして形成している。放電電極２４の先端部を半円
形状にして、所定の間隔で対向配置してスパークギャッ
プ２３を構成している。図示する本実施例では、対向さ
せた放電電極２４の間に、適宜に設定されるもので必須
要素ではないが、円形のトリガー電極２７を配置して、
放電開始の安定化を図っている。

【００１７】これらの導電性薄膜材は、タングステン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等の高融点の金属あるい
は合金からなり、対向させた一対の放電電極２４とスパ
ークギャップ２３とを１素子パターンとする多数素子パ
ターンを蒸着、印刷、エッチング、フォトリソグラフィ
ー等の手段により形成している。この素子パターンは、
本願素子１を効率的に生産するため、かつ前記貫通孔４
のほぼ中心を通る切断線５が直線になるよう、マトリッ
クス状に配置している。逆に言うと、貫通孔４は、全て
の本願素子１の、放電電極２４の切断線５上に、略その
中心が配置される様に予め設計される。

【００１８】該電極基板２の裏面２２側には、一対の各
放電電極２４内に含まれた貫通孔４を連続して結ぶ直線
帯状の高導電性薄膜材を配設し、切断分離後は各放電電
極２４の外部接続用の電極となる端子電極２５を形成し
ている。この形成は、ニッケル、コバール、金、銀、銅
などの高導電性薄膜材を、蒸着、印刷、鍍金、フォトリ
ソグラフィー等の手段により行う。

【００１９】また、同様に貫通孔４の内周面にも、上記
手段により高導電性薄膜材を敷設して導通部２６を形成
して、これにより、上記放電電極２４と対応する端子電
極２５との電気的な接続を図っている。

【００２０】図示する蓋基板３は、電極基板２と同様に
アルミナ磁器、ムライト磁器、ステアタイト磁器等の絶
縁性焼結体から形成され、電極基板２と接合する際にス
パークギャップ２３と対向する部位に、プレス成形、金
型成形、切削等の手段により多数の凹部３２をその焼結
成形前に形成している。なお、複数個の凹部３２、３
２、・・・を形成するため、切り分け時に凹部３２を切
断しない様、又は凹部３２が電極基板２の貫通孔４にか
からない様に隣接する凹部３２との間に所定の間隔を配
慮する。この凹部３２は、接合後はスパークギャップ２
３を含む放電室３１として機能するものである。なお、
本実施例の蓋基板３は電極基板２と同様に、アルミナ磁
器により形成している。

【００２１】また電極基板２の表面２１側には、貫通孔
４のほぼ中心を通る切断線５に沿って敷設した帯状の接
着層６を形成している。この接着層６はペースト状ガラ
ス粉末、熱硬化樹脂、等を、シート状の敷設や印刷等の
手段により格子状に配設する。なお、この接着層６の形
成は上記実施例のように電極基板２の側に限定するもの
ではなく、蓋基板３の対応する位置、または電極基板２
と蓋基板３の両方側に形成するようにしてもよい。

【００２２】次に、電極基板２に、表面のスパークギャ
ップ２３を凹部３２で覆うようにして蓋基板３を当接さ
せ、真空ベーキングにより排気すると共に、放電ガス
（希ガス、Ａｒ，Ｎ_２，ＣＯ_２，等の不活性ガスが主成
分。）を充填させたガス封入チャンバー内で加熱するこ
とにより、接着層６を溶融させ、電極基板２と蓋基板３
とを接合一体化させる。この時、全素子１の放電室３１
（又は凹部３２）は、貫通孔４及び接着層６と蓋基板３
との間隙を介して、排気後に放電ガスを導入して充填し
た後、封着されることとなる。すなわち、全素子１に
は、少なくとも２個の貫通孔４があり、放電室３１の真
空清浄化、放電ガス導入に充分な給排気コンダクタンス
を与え、個別に本願素子１を製造する場合と同様に、放
電ガスは貫通孔４を介して接着層６と蓋基板３の間隙か
ら設定した圧力で進入することとなる。

【００２３】なお、各素子１の放電室３１内への放電ガ
スの導入を更に確実にする手段として、図６に示すよう
に、接着層６と同材料で突起を設けたり、接着層６の上
面を波状するなどの凹凸６１に形成して蓋基板３と接着
層６の空隙を大きくするようにしたり、電極基板２と蓋
基板３の接合面を凹凸状に形成してもよい。これらは、
貫通孔４で電極基板２内外の圧力差が小さい場合には特
に有効である。

【００２４】上記のガス封入工程を経た上記電極基板２
と蓋基板３との接合体は、ワイヤーソーやダイシングソ
ーなどの切断装置（図示省略。）で、貫通孔４を通り放
電電極２４を分離する方向、及びこれと垂直な素子側壁
を形成する方向に切断して分離される。なお、この切断
装置の切断刃のガイドとして、または切断面角部の面取
りとして、電極基板２と蓋基板３との反接合面（接合面
の反対面）に切断線５に沿ったＶ字状断面、又はＵ字状
断面などの溝５１を両基板１、２の焼結成形前に予め、
又は接合後の切断前に形成するようにしてもよい。

【００２５】このようにして切り分けられたそれぞれの
本願素子１は、スパークギャップ２３を含み、内部に放
電ガスを充填させた放電室３１を有し、電極基板２側の
対向する側端面には、貫通孔４の分割により形成された
切欠凹部内に導電性薄膜材が敷設されてなる導通部２６
を有する。そして、この導通部２６により電気的に接続
された端子電極２５が電極基板２の裏面２２側に配設さ
れた形態となる。

【００２６】かかる製造方法により、本願素子１は、同
時に多数個製造されることになり、それぞれへの均質な
ガス封入、及び部品点数の削減による信頼性と生産性を
高め、併せて効果的なコスト低減を図ることを可能とし
た。

【００２７】なお、本願素子１の裏面２２側に位置する
端子電極２５は、面実装型の素子の接続電極として機能
し、半田ペースト、半田鍍金を介し、被実装回路基板へ
接続固定される。また、リード線付金具で端子電極２５
を挟持して、リード付部品として利用する事も可能であ
る。

【００２８】

【他の実施形態の可能性】上記実施例では、先端半円状
の対向させた放電電極２４からなるスパークギャップ２
３の例を示したが、放電電極の形状、スパークギャップ
２３の個数は、必要な放電特性を得るために、任意に設
定することができる。また、各放電電極２４に一個の貫
通孔４を対応させて形成しているが、これに限らず給排
気コンダクタンスを高めるため複数個を開設するように
してもよい。

【００２９】更に、放電特性を改善するために、放電電
極２４の上面に、他の電極を付加しても本願の主旨を損
なうものではない。この付加電極は、金属ブロック、金
属板からなり、薄膜電極への溶接、導電性接着剤による
接着、金属弾性を利用した接触、などの手段で薄膜電極
上に固定接続される。

【００３０】さらにまた、上記付加電極のほかに、薄膜
電極の上面に抵抗体やヒューズ等の機能素子を配設して
複合機能素子とすることも可能である。

【００３１】

【効果】本願発明は、上記したように、多数の放電電極
素子パターンを形成した基板に表裏面を貫通する貫通孔
を、接合する放電室（凹部）に連通するように配設して
いるため、電極基板と蓋基板との溶着時の給排気コンダ
クタンスを高めることができ、マトリックス状に配列し
た各素子の放電室を同質状態に形成することガでき、規
格の安定したバラツキのないサージ吸収素子を同時に多
数個製造することができる。

【００３２】また、上記貫通孔の内周面に導電材を配設
して放電電極と端子電極とを電気的に接続する構成とし
ているため、この形成を放電電極、スパークギャップ、
及び端子電極の形成と同時に行うことができ、部品点数
の軽減と共に生産工程の簡略化を図ることができる。

【００３３】その結果、各サージ吸収素子の規格の均一
化と動作安定性の向上が図られると共に、素子当りのコ
ストの低減を図ることができ、本願発明が属する分野へ
の産業的寄与は著しいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の平面実装型サージ吸収素子の一部
切欠き斜視図である。

【図２】 本実施例の平面実装型サージ吸収素子の縦断
面図である。

【図３】 本願素子の製造工程における接合前の状態を
示す一部切欠き斜視図である。

【図４】 本願素子の製造工程における接合一体化の状
態を示す一部切欠き斜視図である。

【図５】 本願素子の製造工程における素子切り分け工
程において要部を透過させて示す透過斜視図である。

【図６】 本願素子の他の実施例の要部を示す側面図で
ある。

【図７】 従来例を示す断面図である。

【符号の説明】 １ 本願素子（平明実装型サージ吸収素子） ２ 電極基板 ２１ 表面 ２２ 裏面 ２３ スパークギャップ ２４ 放電電極 ２５ 端子電極 ２６ 導通部 ２７ トリガー電極 ３ 蓋基板 ３１ 放電室 ３２ 凹部 ４ 貫通孔 ５ 切断線 ５１ 溝 ６ 接着層 ６１ 凹凸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−223566（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64336（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−236260（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−82452（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−7730（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−124983（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−148092（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−118882（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−12188（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01T 4/10 H01T 4/12 H01T 4/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状の電極基板（２）に表裏面（２１、
   ２２）を貫通する多数の貫通孔（４）を所定間隔で形成
   し、 該貫通孔（４）を含み、スパークギャップ（２３）を構
   成する一対の放電電極（２４）を１素子パターンとする
   多数素子パターンを電極基板（２）の表面（２１）に形
   成し、 前記貫通孔（４）の裏面側開口を含み、各放電電極（２
   ４）にそれぞれ対応させた端子電極（２５）を電極基板
   （２）の裏面（２２）に形成し、 前記貫通孔（４）の内周面には、前記放電電極（２４）
   と前記端子電極（２５）とを電気的に接続する導電性薄
   膜材を形成し、 次いで、前記電極基板（２）の表面（２１）に、前記各
   スパークギャップ（２３）を内包する放電室（３１）を
   区画する凹部（３２）を多数形成した絶縁性の蓋基板
   （３）を、真空清浄化及び放電ガス雰囲気下で前記貫通
   孔（４）を介して前記凹部（３２）の排気と放電ガスを
   導入して充填させた後に接合して一体化させ、 前記貫通孔（４）を分割する切断線（５）をもって各ス
   パークギャップ（２３）単位毎の素子に切り分けること
   により、多数のサージ吸収素子を得ることを特徴とした
   面実装型サージ吸収素子の製造方法。
2. 【請求項２】電極基板（２）と蓋基板（３）との接合に
   おいて、接着層（６）の接着面を凹凸（６１）状に構成
   したことを特徴とする請求項１記載の面実装型サージ吸
   収素子の製造方法。
3. 【請求項３】電極基板（２）と蓋基板（３）との接合面
   の反対面に切断線（５）に沿って溝（５１）を形成した
   ことを特徴とする請求項１、又は２記載の面実装型サー
   ジ吸収素子の製造方法。