JP4349107B2 - チップ型サージアブソーバ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用するチップ型サージアブソーバに関する。

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、例えばマイクロギャップを有するサージ吸収素子を用いたサージアブソーバが提案されている。このサージアブソーバは、導電性被膜で被覆した円柱状セラミックス部材の周面に、いわゆるマイクロギャップが形成され、セラミックス部材の両端に一対のキャップ電極を有するサージ吸収素子が不活性ガスと共にガラス管内に収容され、円筒状のガラス管の両端にリード線を有する封止電極が高温加熱で封着された放電型サージアブソーバである（例えば、特許文献１参照）。

近年、このような放電タイプのサージアブソーバにおいても、表面実装化が進んでいる。上記サージアブソーバに適用した例としては、面実装型（メルフ型）として、封止電極にリード線がなく、実装するときは封止電極と基板側とを半田付けで接続して固定するものがある。
特開２００２−１１０３１１号公報（図１）

しかしながら、上記従来のサージアブソーバには、以下の課題が残されている。すなわち、従来のサージアブソーバを面実装した場合、リード線で取り付けられる場合と異なりサージアブソーバが実装基板に密着するため、温度サイクル試験等の温度変化試験又は温度変化の繰り返し試験により実装基板とサージアブソーバとの熱膨張差が原因となり、サージアブソーバ内部の円柱状セラミックス部材に応力によるクラックが入るおそれがあった。このため、放電開始電圧が上昇し、サージアブソーバとしての性能を十分に発揮させることができなかった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、面実装した場合でも熱応力によるクラック発生を防ぐことができるチップ型サージアブソーバ及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、周面に導電性被膜が分割形成されたギャップを有する絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、前記一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に不活性ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたチップ型サージアブソーバであって、前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とろう材で接着される外縁部と、前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出すると共に径方向内側面で前記絶縁性部材を支持する複数の突出支持部とを備え、前記突出支持部が、前記絶縁性部材の端部と突出支持部に囲まれた端子電極部材の中央領域との間に間隙をもって絶縁性部材を支持することを特徴とする。

温度サイクル試験等の温度変化試験又は温度変化の繰り返し試験により、サージアブソーバを実装した実装基板とサージアブソーバとの熱膨張差に起因する熱応力が、サージアブソーバを撓ませる応力となる。
この発明によれば、絶縁性部材を複数の突出支持部によって支持することで、絶縁性部材にかかる応力を突出支持部が撓むことにより緩和することができる。したがって、絶縁性部材のクラック発生を抑制する。また、間隙が設けられていることによって、軸方向に加わる応力をより効果的に緩和させることができる。

また、本発明に係るチップ型サージアブソーバは、前記絶縁性管の一側面が実装面とされ、前記突出支持部が、前記絶縁性部材の軸線を通り前記実装面に垂直な面から外れた位置に配されていることが好ましい。
発生した熱応力によってサージアブソーバにかかる応力は、絶縁性部材の軸線を通り実装面に垂直な面上で大きい値となる。
この発明によれば、突出支持部が、絶縁性管の軸線を通り実装面に垂直な面から外れた位置に配されているため、発生した熱応力によって突出支持部にかかる応力が軽減される。したがって、突出支持部に支持される絶縁性部材にかかる応力の緩和効果が効率よくできる。

また、本発明に係るチップ型サージアブソーバは、前記突出支持部が、先細のテーパ形状とされていることが好ましい。
この発明によれば、突出支持部が、先細のテーパ形状であるため、絶縁性部材の取り付け作業性を向上させることができる。また、絶縁性部材に接触される面積が小さくなる。また、突出支持部先端側の剛性が低くなり、効率よく応力の緩和が行える。

また、本発明に係るチップ型サージアブソーバは、複数の前記突出支持部が、周方向に等間隔に配列され、一対の前記端子電極部材のうち一方の前記突出支持部は、その周方向配置が他方の突出支持部の周方向配置に対して突出支持部の周方向間隔の半分だけ周方向にずれていることが好ましい。
この発明によれば、一対の前記端子電極部材のうち一方の前記突出支持部が、その周方向配置を他方の突出支持部の周方向配置に対して突出支持部の周方向間隔の半分だけ周方向にずらしているため、サージを放電する際に、１つの突出支持部と、この突出支持部に対向して配され、等距離にある２つの突出支持部の少なくとも一方との間で放電する。すなわち、これら２つの突出支持部のうち一方が繰り返しの放電により徐々に短くなった場合、他方の突出支持部で放電が行われ、次にこの他方の突出支持部が繰り返しの放電により一方の突出支持部よりも短くなると、また一方の突出支持部で放電が行われる。したがって、２つの突出支持部が同時又は交互に放電に寄与するので、一対一で対向する突出支持部に比べてチップ型サージアブソーバの安定動作が得られ、特性維持ができる。

また、本発明に係るチップ型サージアブソーバは、前記絶縁性部材の前記導電性被膜と前記突出支持部とが、絶縁性部材よりも硬度の低い金属部材を介して接触していることが好ましい。
この発明によれば、絶縁性部材と突出支持部とが絶縁性部材よりも硬度の低い金属部材を介して接触しているため、突出支持部が撓んだ際に絶縁性部材にかかる圧力が、金属部材によって軽減される。したがって、効率のよい応力緩和ができる。

また、本発明に係るチップ型サージアブソーバは、前記絶縁性管が、セラミックス材料で形成されていることが好ましい。
この発明によれば、絶縁性管が、硬度の高いセラミックス材料で形成されているため、ガラス材料に比べて大きなサージ耐量を付加させることができる。

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は、周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材を、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と絶縁性管とによって不活性ガスと共に内部に封止する封止工程を備えたチップ型サージアブソーバの製造方法であって、前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とろう材で接着される外縁部と、前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出すると共に径方向内側面で前記絶縁性部材を支持する複数の突出支持部とを備え、前記突出支持部が、前記絶縁性部材の端部と突出支持部に囲まれた端子電極部材の中央領域との間に間隙をもって絶縁性部材を支持することを特徴とする。
この発明によれば、上記に示す端子電極部材を用いて封止を行うので、絶縁性部材を複数の突出支持部によって支持することで、絶縁性部材にかかる応力を突出支持部が撓むことにより緩和するチップ型サージアブソーバを製造することができる。また、間隙が設けられていることによって、軸方向に加わる応力をより効果的に緩和させることができる。

本発明のチップ型サージアブソーバによれば、基板に面実装した場合でも熱応力による柱状絶縁性部材のクラック発生を防ぐことができる。したがって、安定した放電特性を長期にわたって有するチップ型サージアブソーバを得ることができる。

以下、本発明に係るチップ型サージアブソーバの第１の実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態によるチップ型サージアブソーバ１は、図１に示されるように、いわゆるマイクロギャップを使用した放電型サージアブソーバであって、周面に中央の放電ギャップ２を介して導電性被膜３が分割形成された円柱状セラミックス（絶縁性部材）４と、この円柱状セラミックス４の両端に対向配置され、導電性被膜３に接触する一対の端子電極部材５と、これら一対の端子電極部材５を両端に配して、円柱状セラミックス４を内部にＡｒ（アルゴン）等の不活性ガス６と共に封止する筒型セラミックス（絶縁性管）７とを備えている。

円柱状セラミックス４は、ムライト焼結体等のセラミックス材料からなり、表面に導電性被膜３としてスパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法などの薄膜形成技術によるＴｉＮ（窒化チタン）等の薄膜が形成されている。
放電ギャップ２は、レーザーカット、ダイシング、エッチング等の加工によって０．０１から１．５ｍｍの幅で１から１００本形成されるが、本実施形態では、７０μｍのものを１本形成している。

図２（ａ）、及び（ｂ）に示されるように、端子電極部材５は、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、及びＣｏ（コバルト）の合金であるコバール（登録商標）等の金属で形成されている。
この一対の端子電極部材５は、それぞれ筒型セラミックス７の端面７Ａと銀を含むロウ材８で接着される外縁部５Ａと、筒型セラミックス７の内側且つ軸方向に突出する突出支持部９と、中央領域に円形の凹部５Ｂとを備えている。
これら外縁部５Ａ、突出支持部９、及び凹部５Ｂはプレス加工によって一体成形されている。

凹部５Ｂは、円柱状セラミックス４の直径とほぼ同じ径を有しており、端子電極部材５の中央を中心とし、外周上に周方向を等間隔に４本の突出支持部９が配列されている。この突出支持部９は、もう一方の突出支持部９と共に導電性被膜３に接触するように、円柱状セラミックス４を支持しており、主放電部とされている。
このとき、突出支持部９の周方向配置は、対向して配されたもう一方の突出支持部９の周方向と一致するように配されている。
また、突出支持部９が、円柱状セラミックス４の端部と突出支持部９に囲まれた端子電極部材５の中央領域との間に間隙１０が設けられている。

筒型セラミックス７は、断面長方形を有し、両端面外形が端子電極部材５の外周寸法と一致している。この筒型セラミックス７は、例えばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の絶縁性セラミックスからなり、両端面には、例えばＭｏ（モリブデン）−Ｗ（タングステン）のメタライズ処理を施した後、Ｎｉ（ニッケル）メッキによってメタライズ層が形成されている。

次に、以上の構成からなる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。
先ず、端子電極部材５の中央領域上に、円柱状セラミックス４を載置して突出支持部９の内周面と円柱状セラミックス４とを接触させる。次に、外縁部５Ａにロウ材８を搭置し、その上に筒型セラミックス７の端面を載置する。
更に、筒型セラミックス７のもう一方の端面にロウ材８を搭置し、その上にもう一方の端子電極部材５を載置して円柱状セラミックス４の上方を突出支持部９の内周面と接触させることで仮組みの状態とする。

続いて、一対の端子電極部材５と、筒型セラミックス７とによって円柱状セラミックス４をＡｒガスと共に内部に封止する封止工程について説明する。
上述のように仮組した状態の素子をＡｒ雰囲気中で加熱処理することでロウ材８を溶融させることで封止する。
その後、Ｎｉ、Ｓｎメッキを施すことでチップ型サージアブソーバ１が製造される。

続いて、一対の端子電極部材５と、筒型セラミックス７とによって円柱状セラミックス４をＡｒガスと共に内部に封止する封止工程について説明する。
上述のように仮組した状態の素子をＡｒ雰囲気中で加熱処理することでロウ材８を溶融させることで封止する。
その後、Ｎｉ、Ｓｎメッキを施すことでチップ型サージアブソーバ１が製造される。

上記の構成からなるチップ型サージアブソーバ１において、温度サイクル試験を行うと、チップ型サージアブソーバ１とチップ型サージアブソーバ１を実装した基板Ｂとの間の熱膨張の差が原因となり、基板Ｂとチップ型サージアブソーバ１との間に熱応力が発生する。
この応力の円柱状セラミックス４に与える応力成分は、円柱状セラミックス４を支持する突出支持部９が撓むことによって緩和される。

上記の構成によれば、円柱状セラミックス４を突出支持部９によって支持することで、円柱状セラミックス４にかかる応力を突出支持部９が撓むことにより緩和することができる。したがって、円柱状セラミックス４のクラック発生を抑制できる。
また、円柱状セラミックス４の軸線から実装面７Ｂへの垂直面上で最も強い応力が加わるが、突出支持部９が円柱状セラミックス４の軸線を通り、実装面７Ｂに垂直な面から外れた位置に配されていることによって、突出支持部９にかかる応力を軽減できる。したがって、円柱状セラミックス４にかかる応力を緩和することができる。
また、間隙１０が設けられていることによって、突出支持部９が撓んだ際、円柱状セラミックス４の端部が端子電極部材５に衝突しない。

次に、第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。
なお、ここで説明する実施形態はその基本的構成が上述した第１の実施形態と同様であり、上述の第１の実施形態に別の要素を付加したものである。したがって、図４においては、図１と同一構成要素に同一符号をし、この説明を省略する。

この実施形態おけるチップ型サージアブソーバ２０は、図４に示されるように、円柱状セラミックス４の両端部には、椀状に形成された一対のキャップ電極（金属部材）２１が係合されている。この一対のキャップ電極２１は、円柱状セラミックス４よりも硬度の低い、例えばステンレスなどの金属からなり、外周部が端子電極部材２２の突出支持部２３の先端よりも軸方向内方に延びて断面略Ｕ字状に形成され、主放電部とされている。
また、４本の突出支持部２３は、先端方向へ向けて先細のテーパ形状とされている。

上記の構成によれば、円柱状セラミックス４よりも硬度の低いキャップ電極２１が設けられていることによって、突出支持部２３が撓んだ際に円柱状セラミックス４にかかる圧力が軽減される。
また、突出支持部２３が先端方向に向けて先細のテーパ形状となっているため、円柱状セラミックス４の取り付け作業性を向上させることができる。更に、円柱状セラミックス４に接触される面積が小さくなる。また、突出支持部２３先端側の剛性が低くなり、効率のよい応力の緩和が行える。

なお、本発明は上記実施形態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、上記第１の実施形態では、端子電極部材５が、４本の突出支持部９を有していたが、３本であってもよい。
また、このとき図５（ａ）、及び（ｂ）に示されるように、突出支持部９は、その周方向配置が他方の突出支持部９の周方向配置に対して突出支持部９の周方向間隔の半分だけ周方向にずらしてもよい。
このようにすることによって、図６に示されるように、主放電を行う際に、突出支持部９Ａと、この突出支持部９Ａに対向して配された突出支持部９Ｂとの間で放電する。繰り返しの放電により突出支持部９Ａと９Ｂとの距離Ｌ１が、突出支持部９Ａと９Ｃとの距離Ｌ２よりもある程度短くなると、突出支持部９Ａと９Ｃとの間で放電が行われる。次に、繰り返しの放電によりＬ２がＬ１よりも短くなると、また突出支持部９Ａと９Ｂとの間で放電が行われる。したがって、２つの突出支持部９Ｂ、９Ｃが同時又は交互に放電に寄与するので、一対一で対向する突出支持部に比べてチップ型サージアブソーバ１の安定動作が得られ、特性維持ができる。

更に、突出支持部は、楕円柱、四角柱等の多角形であってもよい。
また、導電性被膜は、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ合金、ＳｎＯ_２、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＢａＡｌ、Ｃ、Ａｇ／Ｐｔ合金、ＩＴＯ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ等でもよい。
また、端子電極部材は、ＣｕやＮｉ系の合金でもよい。
また、筒型セラミックス両端面のメタライズ層は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ−Ｍｎでもよく、また、メタライズ層を用いず活性金属ろう材だけで封止してもよい。
また、封止する際の雰囲気、すなわち内部の不活性ガスは、放電特性に応じて決定され、例えば、大気（空気）でもよく、Ｎ_２、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｈ_２、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＯ_２、及びこれらの混合ガスでもよい。

本発明にかかる第１の実施形態におけるチップ型サージアブソーバを示す軸方向断面図である。 本発明にかかる第１の実施形態における端子電極部材を示すもので、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線矢視断面図である。 本発明にかかる第１の実施形態におけるチップ型サージアブソーバを基板上に実装したときの断面図である。 本発明にかかる第２の実施形態におけるチップ型サージアブソーバを示す軸方向断面図である。 本発明に係る第１の実施形態における端子電極部材の別形態の平面図である。 本発明に係る第１の実施形態における端子電極部材の別形態の放電状態を示す概略図である。

符号の説明

１、２０ チップ型サージアブソーバ
２ 放電ギャップ
３ 導電性被膜
４ 円柱状セラミックス（絶縁性部材）
５、２２ 端子電極部材
５Ａ 外縁部
６ 不活性ガス
７ 筒型セラミックス（絶縁性管）
７Ｂ 実装面
８ ロウ材
９、２３ 突出支持部
１０ 間隙
２１ キャップ電極（金属部材）

Claims (7)

1. 周面に導電性被膜が分割形成されたギャップを有する絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、前記一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に不活性ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたチップ型サージアブソーバであって、
   前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とろう材で接着される外縁部と、
   前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出すると共に径方向内側面で前記絶縁性部材を支持する複数の突出支持部とを備え、
   前記突出支持部が、前記絶縁性部材の端部と突出支持部に囲まれた端子電極部材の中央領域との間に間隙をもって絶縁性部材を支持することを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
2. 請求項１に記載のチップ型サージアブソーバにおいて、
   前記絶縁性管の一側面が実装面とされ、
   前記突出支持部が、前記絶縁性部材の軸線を通り前記実装面に垂直な面から外れた位置に配されていることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
3. 請求項１又は２に記載のチップ型サージアブソーバにおいて、
   前記突出支持部が、先細のテーパ形状とされていることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のチップ型サージアブソーバにおいて、
   複数の前記突出支持部が、周方向に等間隔に配列され、
   一対の前記端子電極部材のうち一方の前記突出支持部は、その周方向配置が他方の突出支持部の周方向配置に対して突出支持部の周方向間隔の半分だけ周方向にずれていることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のチップ型サージアブソーバにおいて、
   前記絶縁性部材の前記導電性被膜と前記突出支持部とが、前記絶縁性部材よりも硬度の低い金属部材を介して接触していることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のチップ型サージアブソーバにおいて、
   前記絶縁性管が、セラミックス材料で形成されていることを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
7. 周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材を、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と絶縁性管とによって不活性ガスと共に内部に封止する封止工程を備えたチップ型サージアブソーバの製造方法であって、
   前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とろう材で接着される外縁部と、
   前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出すると共に径方向内側面で前記絶縁性部材を支持する複数の突出支持部とを備え、
   前記突出支持部が、前記絶縁性部材の端部と突出支持部に囲まれた端子電極部材の中央領域との間に間隙をもって絶縁性部材を支持す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。

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