JP4122510B2 - 小寸化にもすぐれた耐久性を長期に亘って発揮するチップ型サージアブソーバ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、小寸化しても雷サージや異常電流による電撃に対してすぐれた耐久性を長期に亘って発揮するチップ型サージアブソーバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に、電話機、ファクシミリ、およびモデムなどの通信機器用電子機器における通信線と接続する部分や、ＣＲＴ駆動回路などの雷サージや静電気などの異常電流（サージ電流）による電撃を受け易い部分に、これらを電気的損傷や熱的損傷、発火などの破壊から防止する目的でサージアブソーバが取りつけられている。
また、サージアブソーバには各種の構造のものが提案されているが、これらの中で、中央部に放電ギャップが形成されたトリガ電極と、前記トリガ電極の長さ方向両端部に連続して形成された主放電電極が内部に封入されたチップ本体の両側端部に、前記主放電電極と接続して端子電極を形成してなる構造のチップ型サージアブソーバが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
上記の構造のチップ型サージアブソーバにおいては、トリガ電極間にサージ電流が印加されると、放電ギャップ間で初期グロー放電がトリガされ（以下、トリガ放電という）、このトリガ放電がＡｒガスなどの放電制御ガスが封入された空間内を主放電電極まで瞬時に進展して、前記主放電電極間でグロー放電、アーク放電することにより前記サージ電流が吸収されるものであり、したがって前記トリガ電極は前記サージ電流の印加によって強い電撃（トリガ放電）に曝されることになる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−０３５６３３号公報
【特許文献２】
特開２００１−０３５６３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の通信機器用電子機器に対するさらに一段の小型化および軽量化の要求は強く、これに伴い、これに組み込まれるサージアブソーバにも小寸化が強く求められているが、上記の従来チップ型サージアブソーバの場合、これを小寸化すればするほどトリガ電極の放電ギャップ間での初期トリガ放電面積、すなわちトリガ電極の放電ギャップ間の対向面積（幅および厚さ）が小さくなり、この結果前記放電ギャップ間におけるサージ電流によって発生する電撃（トリガ放電）が一段と烈しくなり、この強いトリガ放電によって放電ギャップ形状が短時間で著しく変形する結果、極端な場合には短絡・導通してしまう等してサージ電流の吸収を満足に行なうことができなくなり、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特にトリガ電極の放電ギャップ形状がサージ電流によって発生する電撃（トリガ放電）に対して、すぐれた耐久性を長期に亘って発揮するチップ型サージアブソーバを開発すべく研究を行った結果、チップ型サージアブソーバのチップ本体を酸化アルミニウム（以下、Ａｌ₂Ｏ₃で示す）で構成すると共に、トリガ電極および主放電電極を、いずれも化学蒸着形成された、窒化チタン（以下、ＴｉＮで示す）の導電性薄層とＡｌ₂Ｏ₃の保護薄層の一体積層で構成すると、前記ＴｉＮ薄層は、高い導電性を有し、かつ高融点高硬度を有することから、放電に対してきわめて安定した特性を発揮し、このＴｉＮ薄層のもつすぐれた特性は、導電性がないので放電による影響を全く受けず、さらに化学的熱的安定性にすぐれ、かつ高温硬さおよび耐熱性にもすぐれたＡｌ₂Ｏ₃薄層の一体積層によって保護され、さらに前記ＴｉＮ薄層の前記Ａｌ₂Ｏ₃薄層およびＡｌ₂Ｏ₃製チップ本体に対する高い密着性と相俟って、トリガ電極の放電ギャップ形状がサージ電流で発生するトリガ放電によってほとんど影響されることがなくなり、この現象は小寸化によっても変らず維持され、この結果放電ギャップ形状の経時的変形が著しく小さなものとなり、前記放電ギャップ間に安定した初期トリガ放電が確保されるようになることから、変らぬアーク放電特性が保持され、長期に亘っての使用が可能となる、という研究結果を得たのである。
【０００６】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
中央部に電極長手方向に対して直角方向に放電ギャップが形成されたトリガ電極と、前記トリガ電極の長さ方向両端部に連続して形成された主放電電極が内部に封入されたチップ本体の両側端部に、前記主放電電極と接続して端子電極を形成してなるチップ型サージアブソーバにおいて、
上記チップ本体をＡｌ_２Ｏ_３で構成すると共に、上記トリガ電極および主放電電極を、いずれも化学蒸着形成された、ＴｉＮの導電性薄層、望ましくは０．０１〜１０μｍ、さらに望ましくは０．１〜１μｍの平均層厚を有するＴｉＮの導電性薄層と、０．０１〜０．５μｍの平均層厚を有するＡｌ_２Ｏ_３の保護薄層、望ましくは０．０２〜０．１μｍの平均層厚を有するＡｌ_２Ｏ_３の保護薄層の一体積層で構成してなる、小寸化にもすぐれた耐久性を長期に亘って発揮するチップ型サージアブソーバに特徴を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明のチップ型サージアブソーバを実施例により具体的に説明する。
図１，２に製造工程（ａ）〜（ｉ）［ただし、図１の（ａ）〜（ｅ）は単位区画を示す］が概略斜視図で示される通り、
（１）それぞれ表１に示される純度、並びに横：６０ｍｍ×縦：４９．５ｍｍ×厚さ：０．５ｍｍの全体寸法、さらにＲａ：０．３μｍの表面粗さを有し、かつ表面が細溝により横：３．０ｍｍ×縦：１．４８ｍｍの寸法で区画（単位区画という）されたＡｌ₂Ｏ₃製基板素材を用意する。
（２）上記基板素材を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、通常の化学蒸着装置に装入し、
ガス組成−容量％で、ＴｉＣｌ₄：４％、Ｎ₂：４０％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：１０００℃、
反応雰囲気圧力：２０ｋＰａ、
の条件で、図１（ａ）に示される通り、全面にＴｉＮからなり、かつそれぞれ表１に示される平均層厚を有する導電性薄層を蒸着形成する。
（３）同じく上記の化学蒸着装置にて、上記導電性薄層の表面に、
ガス組成−容量％で、ＡｌＣｌ₃：２％、ＣＯ₂：６％、ＨＣｌ：２％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：１０００℃、
反応雰囲気圧力：５ｋＰａ、
の条件で、図１（ｂ）に示される通り、Ａｌ₂Ｏ₃からなり、かつそれぞれ表１に示される平均層厚を有する保護薄層を一体積層形成する。
（４）上記の導電性薄層と保護薄層の一体積層にマスキングを施し、アンモニア（ＮＨ₄）と過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）の質量比で１：１のエッチング液を用い、前記エッチング液を８５℃に加熱した状態で、基板素材に対してエッチング処理を行うことにより前記一体積層を図１（ｃ）に示される形状とする。
（５）図１（ｄ）に示される通り、レーザー刻印装置を用いて、上記のエッチング処理後の導電性薄層と保護薄層の一体積層の中央部に、同じく表１に示される寸法の放電ギャップを形成する。
（６）単位区画毎に取り付けられるＡｌ₂Ｏ₃製蓋材の取り付け位置に、ガラスペーストを用いて、スクリーン印刷により図１（ｅ）に示される形状に３０μｍの厚さで印刷し、ついで温度：１５０℃に１０分間保持して乾燥した後、温度：５５０℃に１０分間保持の条件で焼成を行なって接着用ガラス枠を形成する。
（７）上記の単位区画毎に、それぞれトリガ電極および主放電電極と同じ作用を有する導電性薄層と保護薄層の一体積層、放電ギャップ、および接着用ガラス枠を形成したＡｌ₂Ｏ₃製基板素材を区分細溝に沿って分割して図２（ｆ）に示される基板素子とする。
（８）図２（ｇ）に示される通り、上記の基板素子に、９７質量％の純度を有するＡｌ₂Ｏ₃製蓋材を載置し、Ａｒ雰囲気で、温度：５５０℃に１０分間保持し、接着用ガラス枠溶融による封止を行い、さらに図２（ｈ）に示される通り、研削加工を施して、チップ本体を形成する。
（９）図２（ｉ）に示される通り、上記のチップ本体の長さ方向両端部に、Ａｇ粉末ペーストを用いて、２０μｍの厚さに塗布した後、温度：５５０℃に１０分間保持の条件で焼成して、端子電極を形成する。
以上（１）〜（９）の工程により本発明チップ型サージアブソーバ（以下、本発明サージアブソーバという）１〜１０をそれぞれ製造した。
【０００８】
また、比較の目的で、図３，４に製造工程（ａ´）〜（ｉ´）［ただし、図１の（ａ´）〜（ｅ´）は単位区画を示す］が概略斜視図で示される通り、
（１）それぞれ表１に示される純度、並びに横：６０ｍｍ×縦：４９．５ｍｍ×厚さ：０．５ｍｍの全体寸法、さらにＲａ：０．３μｍの表面粗さを有し、かつ表面が細溝により１区画（単位区画）が横：３．０ｍｍ×縦：１．４８ｍｍの寸法に区分されたＡｌ₂Ｏ₃製基板素材を用意する。
（２）上記基板素材表面に、Ａｇ−５質量％Ｐｄ合金粉末のペーストを用いてスクリーン印刷により図３（ａ´）に示される形状に印刷し、ついで温度：１５０℃に１０分間保持して乾燥した後、温度：８５０℃に昇温して１０分間保持の条件で焼成を行い、それぞれ表２に示される平均層厚の１次主放電電極を単位区画毎に形成する。
（３）両側部にそれぞれ形成された上記の１次主放電電極に接続（ブリッジ）して、中央部に純度：９９質量％のＡｌ粉末のペーストを用いてスクリーン印刷により図３（ｂ´）に示される形状に印刷し、ついで同じく温度：１５０℃に１０分間保持後、温度：６１０℃に１０分間保持の条件で焼成して、同じく表２に示される平均層厚のトリガ電極を形成する。
（４）上記１次主放電電極に重ねて、同じくＡｇ−０．５質量％Ｐｄ合金粉末のペーストを用いてスクリーン印刷により図３（ｃ´）に示される形状に印刷し、ついで温度：１５０℃に１０分間保持後、温度：５５０℃に１０分間保持の条件で焼成して、同じく表２に示される平均層厚の２次主放電電極を形成する。
（５）レーザー刻印装置を用いて、図３（ｄ´）に示される上記トリガ電極の中央部に、同じく表２に示される寸法の放電ギャップを形成する。
（６）単位区画毎に取り付けられるＡｌ₂Ｏ₃製蓋材の取り付け位置に、ガラスペーストを用いて、スクリーン印刷により図３（ｅ´）に示される形状に３０μｍの厚さで印刷し、ついで温度：１５０℃に１０分間保持後、温度：５５０℃に１０分間保持の条件で焼成を行なって接着用ガラス枠を形成する。
（７）上記の単位区画毎に、それぞれ１次主放電電極、トリガ電極、２次主放電電極、放電ギャップ、および接着用ガラス枠を形成したＡｌ₂Ｏ₃製基板素材を区分細溝に沿って分割して図４（ｆ´）に示される基板素子とする。
（８）図４（ｇ´）に示される通り、上記の基板素子に、９７質量％の純度を有するＡｌ₂Ｏ₃製蓋材を載置し、Ａｒ雰囲気で、温度：５５０℃に１０分間保持し、接着用ガラス枠溶融による封止を行い、さらに図４（ｈ´）に示される通り、研削加工を施して、チップ本体を形成する。
（９）上記のチップ本体の長さ方向両端部の図４（ｉ´）に示される個所を、Ａｇ粉末ペーストを用いて、塗布した後、温度：５５０℃に１０分間保持の条件で焼成して、厚さ：２０μｍの端子電極を形成する。
以上（１）〜（９）の工程より従来チップ型サージアブソーバ（以下、従来サージアブソーバという）１〜１０をそれぞれ製造した。
【０００９】
ついで、この結果得られた本発明サージアブソーバ１〜１０および従来サージアブソーバ１〜１０の耐久性を評価する目的で、これをそれぞれサージ発生装置に装着し、前記サージ発生装置の容量、抵抗、および電圧を、それぞれ容量：５００μＦ、抵抗：１００Ω、電圧：２５ｋＶとした条件で、前記サージアブソーバに繰り返しのアーク放電を発生させ、１０回のサージ電流印加毎に前記サージアブソーバの放電開始電圧を測定し、前記繰り返しのサージ電流印加後のサージアブソーバの放電開始電圧が１５０Ｖに低下するに至る迄のアーク放電回数を測定した。これらの測定結果をサージアブソーバ：１０個の平均値で表１，２に示した。
【００１０】
【表１】

【００１１】
【表２】

【００１２】
【発明の効果】
表１，２に示される結果から、本発明サージアブソーバ１〜１０は、いずれも小寸化によって放電ギャップの寸法、すなわち放電ギャップにおける導電性薄層の対向面積（幅および厚さ）が小さくなっても、長期に亘って安定した初期トリガ放電を示し、サージ印加回数が２００回を越えても放電開始電圧が１５０Ｖを下回らないのに対して、従来サージアブソーバ１〜１０は、これを小寸化、すなわち放電ギャップの寸法が小さくなればなるほど、強いトリガ放電によって放電ギャップ形状が短期間で著しく変形し、サージ電流の吸収を満足に行なうことができなくなることから、サージ印加回数１００回未満で使用寿命に至ることが明かである。
上述のように、この発明のチップ型サージアブソーバは、従来チップ型サージアブソーバにおけるトリガ電極および主放電電極を、いずれも化学蒸着形成された、ＴｉＮの導電性薄層と０．０１〜０．５μｍの平均層厚を有するＡｌ_２Ｏ_３の保護薄層の一体積層で構成することにより、小寸化しても放電ギャップ形状の経時的変形がきわめて少なく、前記放電ギャップ間に安定した初期トリガ放電が確保され、すぐれた耐久性を長期に亘って発揮するものであるから、各種の通信機器用電子機器の一段の小型化および軽量化に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明チップ型サージアブソーバの製造工程（ａ）〜（ｉ）の前半工程（ａ）〜（ｅ）を単位区画で示す概略斜視図である。
【図２】本発明チップ型サージアブソーバの製造工程（ａ）〜（ｉ）の後半工程（ｆ）〜（ｉ）を示す概略斜視図である。
【図３】従来チップ型サージアブソーバの製造工程（ａ´）〜（ｉ´）の前半工程（ａ´）〜（ｅ´）を単位区画で示す概略斜視図である。
【図４】従来チップ型サージアブソーバの製造工程（ａ´）〜（ｉ´）の後半工程（ｆ´）〜（ｉ´）を示す概略斜視図である。

Claims (1)

1. 中央部に電極長手方向に対して直角方向に放電ギャップが形成されたトリガ電極と、前記トリガ電極の長さ方向両端部に連続して形成された主放電電極が内部に封入されたチップ本体の両側端部に、前記主放電電極と接続して端子電極を形成してなるチップ型サージアブソーバにおいて、
   上記チップ本体を酸化アルミニウムで構成すると共に、上記トリガ電極および主放電電極を、いずれも化学蒸着形成された、窒化チタンの導電性薄層と０．０１〜０．５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウムの保護薄層の一体積層で構成したこと、
   を特徴とする小寸化にもすぐれた耐久性を長期に亘って発揮するチップ型サージアブソーバ。

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