JP4221885B2

JP4221885B2 - チップ型サージアブソーバ

Info

Publication number: JP4221885B2
Application number: JP2000232208A
Authority: JP
Inventors: 和崇藤原; 芳幸田中; 宏一郎原田; 康弘社藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2002043021A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サージから種々の電子機器を保護し、事故を未然に防ぐために使用され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】
チップ型サージアブソーバは、電話機，モデムなどの電子機器が通信線と接続する部分、或いはＣＲＴ駆動回路など、雷サージや静電気等の異常電圧による電撃を受けやすい部分に接続され、異常電圧によって電子機器が破壊されるのを防ぐために使用されている。
【０００３】
従来のチップ型サージアブソーバは、図４に示すように、アルミナ基板（絶縁性基板）２１の板面に対向配置された放電電極２２，２３と、放電電極２２と放電電極２３との間に形成されるマイクロギャップと称される放電間隙２４とを備えている。これら放電電極２２，２３は箱状をなすガラス製（絶縁物製）の蓋体２６に覆われており、この蓋体２６の周縁部は絶縁性基板２１上に接着されている。そして、放電電極２２，２３と蓋体２６との間に形成された内部空間２５には放電に好適な所定のガスが満たされる。また、蓋体２６と絶縁性基板２１との両端部には、これらを被覆するように形成された端子電極２７，２８が設置されており、各放電電極２２，２３に接続されている。
【０００４】
そして、放電電極２２，２３間に放電間隙２４を介してサージ電圧が印加された際には、図４の符号ａで示すように、グロー放電が放電間隙２４を介して放電電極２２，２３の先端側間でトリガされる。そして、この放電は、矢印ｂで示すように、空間２５内を沿面放電の形態で両放電電極２２，２３の基端側まで次第に伸展し、符号ｃで示すように、両放電電極２２，２３の基端側の間でアーク放電する。以上によって、サージ電圧は吸収されるようになっている（以上、第１従来例）。
【０００５】
また、他の従来技術として、例えば特開２０００−１２１８６号公報に示されるものがある。
これは、放電電極の下にダイヤモンドからなる放電開始電極が形成されているものであって、このダイヤモンド固有の特性、即ち、仕事関数が小さく、電子を放出しやすいといった特性から、サージ電圧の発生時において、ダイヤモンド製の放電開始電極からの電界電子放出によって低電圧でも容易に初期電子を放出し、低電圧で動作できるようになっている（以上、第２従来例）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、チップ型サージアブソーバは、低電圧化にも対処でき、かつ高周波回路にも使用できることが要請されている。
しかしながら、図４に示す第１従来例のチップ型サージアブソーバは、絶縁性基板２１の比誘電率が一定であって、絶縁性基板２１内において電界を強める働きが顕著ではなく、使用される放電電極２２，２３の仕事関数と、蓋体２６の内部空間２５内に使用されるガスとによってのみ放電開始電圧を決定するようにしており、低電圧化を達成するためには、放電電極２３，２３やガスの材質が特定されてしまい、それ以外の材質で放電開始電圧を下げることができない問題があった。
【０００７】
また、上記第２従来例では、ダイヤモンドによって放電開始電極が形成されるが、このような技術では、例えばＣＶＤ法，スラリー法等によりダイヤモンド薄膜を形成すると、装置が大がかりとなってしまうばかりでなく、厳密な製造管理が必要となり、容易に製作しにくい問題があった。
【０００８】
さらに図示しないが、絶縁性基板２１を誘電体によって形成し、その誘電率を増大させることで電界を集中して低電圧化することが容易に考えられるが、このような構成にすると、全体の静電容量が増大し、絶縁性基板２１がローパスフィルタとして機能してしまうことから、低電圧で動作可能でかつ高周波回路にも使用可能なサージアブソーバを作製することが困難であつた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低電圧化に対処できるとともに、高周波回路にも使用可能なチップ型サージアブソーバを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のチップ型サージアブソーバは、絶縁性基板上に、放電間隙を介して互いに対向配置された放電電極を備えるチップ型サージアブソーバにおいて、前記絶縁性基板上であって前記それぞれの放電電極に対応する各部位に前記絶縁性基板の比誘電率より大きな比誘電率を持つ誘電体層を備え、
前記誘電体層は、互いに対向配置され、かつ、前記放電間隙に前記各誘電体層の少なくとも一部が露出していることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、絶縁性基板とその上に形成された放電電極とのそれぞれの間に、絶縁性基板の比誘電率より高い比誘電率を持つ誘電体層が放電間隙に露出して設けられているので、サージ電圧が印加された場合、放電電極を介し誘電体層に電界が集中し、両誘電体層に接する電極から電界電子の放出が行われる。したがって、放電電極間で低電圧で初期電子放電させることができるので、従来のように放電電極の仕事関数やガスの材質に制約を受けることなく、低電圧でも確実に動作することができる。しかも、誘電体層は、放電間隙に露出するように、すなわち、絶縁性基板上に放電電極と対応する部位にのみ設けられるだけでよく、全体の静電容量が増大するおそれもないので、高周波回路にも使用可能となる。
【００１２】
このとき、前記誘電体層は、絶縁性基板の比誘電率より少なくとも２倍以上の比誘電率を有する材質とすることが好ましい。このように、誘電体層の比誘電率が絶縁性基板の比誘電率より一桁値が大きいと、誘電体層に電界が集中し、放電電極間に低電圧でも確実に動作させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図３に基づいて説明する。図１は本発明のチップ型サージアブソーバの一実施形態を示す全体斜視図、図２は図１の縦断面図、図３は図２の一部拡大図である。
図１、図２に示すように、チップ型サージアブソーバ１は、アルミナ等からなる絶縁性基板２と、この絶縁性基板２上に設けられた放電電極３，４と、絶縁性基板２とそれぞれの放電電極３，４との間に設けられた誘電体層１０，１１と、放電電極３と放電電極４との間に所定の寸法をもって形成された放電間隙５とを備えている。
【００１４】
図１に示すように、放電電極３，４及び放電間隙５を備えた絶縁性基板２上には、ガラス製（絶縁物製）の蓋体６が被着されている。この蓋体６は、その周縁部が絶縁性基板２の外周部にガラス製（絶縁物製）の接着剤によって被着されており、絶縁性基板２と蓋体６との間には内部空間７が形成される。この内部空間７は、放電に好適な所定のガスが満たされるように封止されており、内部空間７に配置されている両放電電極３，４及び放電間隙５は前記所定のガス雰囲気に晒されるようになっている。
【００１５】
図２に示すように、放電電極３，４の基端部３ａ，４ａは、絶縁性基板２と蓋体６との外端面まで延びており、これら絶縁性基板２及び蓋体６の両端部を被覆する端子電極８，９に接続されて、チップ型サージアブソーバ１が構成される。したがって、放電電極３，４の基端部３ａ，４ａ及び絶縁性基板２の外周部上に蓋体６が被着されている。
【００１６】
絶縁性基板２と、放電電極３，４とのそれぞれの間には誘電体層１０，１１が設けられている。この誘電体層１０，１１は、絶縁性基板２の上面に放電電極３，４と対応する位置を含むように積層されており、絶縁性基板２の比誘電率より値が２倍以上大きな比誘電率を有する材質からなっている。このとき、誘電体層１０，１１の一部は放電間隙５に露出している。本実施形態では、絶縁性基板２としてアルミナ基板（比誘電率ε_r：１０程度）を用い、誘電体層１０，１１の比誘電率は３５０００となっている。
【００１７】
以上、説明したような構成を有するチップ型サージアブソーバを製造するには、まず、絶縁性基板２の上に印刷によって誘電体層１０，１１を予め形成し、さらにその上に重ねて放電電極３，４を印刷によって形成する。そして、放電電極３，４間にレーザを照射することによって放電間隙５を形成する。このとき、誘電体層１０，１１は、その放電間隙５と同様の間隙を形成されることにより、コンデンサとして機能しないようになっている。
【００１８】
このようなチップ型サージアブソーバ１は、サージ電圧が印加されると、放電間隙５を介して放電電極３，４の先端部間でグロー放電がトリガされ、この放電が沿面放電の形態で放電電極３，４の基端部３ａ，４ａにまで伸展し、これら基端部３ａ，４ａ間でアーク放電することにより、サージ電圧を吸収する（図４参照）。
【００１９】
上記放電時において、絶縁性基板２と放電電極３，４とのそれぞれの間に、絶縁性基板２の比誘電率より高い比誘電率を持つ誘電体層１０，１１が設けられているので、サージ電圧が印加された場合、放電電極３，４を介して誘電体層１０，１１に電界が集中し、両誘電体層１０，１１に接する電極３，４から電界電子の放出が行われる。したがって、放電電極３，４間で低電圧で初期電子放電させることができ、従来のように放電電極３，４の仕事関数やガスの材質に制約を受けることなく、低電圧でも確実に動作することができる。
【００２０】
しかも、絶縁性基板２上に放電電極３，４と対応する部位にのみに誘電体層１０，１１を設けるだけでよく、この誘電体層１０，１１にもギャップが設けられるために、全体の静電容量が増大するおそれもないので、高周波回路にも使用可能となる。さらに、絶縁性基板２と放電電極３，４との間に誘電体層１０，１１を設けるだけであるので、第２従来例のようなＣＤＶ法やスラリー法等によってダイヤモンドを形成するのに比較し、容易に形成することができる。
【００２１】
なお、本実施形態において、絶縁性基板２としてアルミナ基板を用い、これに比誘電率が３５００の誘電体層１０，１１を５μｍの厚さで形成するとともに、ＢａＡｌからなる放電電極３，４を１０μｍの厚さで形成し、幅２０μｍでかつ深さ２０μｍの放電間隙５を設けてチップ型サージアブソーバを作製した場合、静電容量が１ｐＦ以下で、直流放電開始電圧を１００Ｖにすることができた。
【００２２】
比較例１として、上述と同寸法のアルミナ基板，放電電極を用い、誘電体層１０，１１を有しないチップ型サージアブソーバを作製すると、静電容量が１ｐＦであっても直流放電開始電圧が２００Ｖとなってしまい、また比較例２として、アルミナ基板を比誘電率εｒが３５００の誘電体に置き換えて作製すると、静電容量が５ｐＦで、直流放電開始電圧が１４０Ｖであった。これより、誘電体層を設けることにより確実に低電圧化を達成できることが確認できる。
【００２３】
本実施形態においては、絶縁性基板２としてアルミナ基板を用いている関係上、比誘電率（ε_r）が３５００の誘電体層１０，１１を用いた例を示したが、絶縁性基板２の材料によっては比誘電率が１０〜１０００００の範囲であってもよく、特に１０００〜３００００程度が好ましい。また、誘電体層１０，１１の厚さとして１〜１０００μｍ程度の厚みでもよいが、容量的には１０〜２０μｍ程度が望ましい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のチップ型サージアブソーバは以下のような効果を有するものである。
請求項１に記載の発明によれば、サージ電圧が印加された場合、放電電極を介し誘電体層に電界が集中し、放電間隙に露出した両誘電体層に接する電極上で電界電子の放出が行われるように構成したので、放電電極間で低電圧で初期電子放電させることができ、従来のように放電電極の仕事関数やガスの材質に制約を受けることなく、低電圧でも確実に動作することができ、しかも高周波回路にも使用可能となる効果がある。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、誘電体層の比誘電率が絶縁性基板の比誘電率より一桁値が大きいと、誘電体層に電界が集中し、放電電極間に低電圧でも確実に動作させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にチップ型サージアブソーバの一実施形態を示す全体斜視図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】図２の一部拡大説明図である。
【図４】従来のチップ型サージアブソーバを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１チップ型サージアブソーバ
２絶縁性基板
３，４放電電極
５放電間隙
６蓋体
７内部空間
８，９端子電極
１０，１１誘電体層

Claims

絶縁性基板上に、放電間隙を介して互いに対向配置された放電電極を備えるチップ型サージアブソーバにおいて、前記絶縁性基板上であって前記それぞれの放電電極に対応する各部位に前記絶縁性基板の比誘電率より大きな比誘電率を持つ誘電体層を備え、
前記誘電体層は、互いに対向配置され、かつ、前記放電間隙に前記各誘電体層の少なくとも一部が露出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、
前記誘電体層は、絶縁性基板の比誘電率より少なくとも２倍以上の比誘電率を有する材質からなることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。