JP6044418B2

JP6044418B2 - サージアブソーバ及びその製造方法

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Publication number: JP6044418B2
Application number: JP2013066890A
Authority: JP
Inventors: 社藤　康弘; 康弘社藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: JP2014192011A

Description

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サージアブソーバ及びその製造方法に関する。

サージアブソーバは、例えば電話機、モデム、家電製品等の電子機器において通信線、電源線、アンテナ等の外部から信号や電力を得るための入力部に接続され、外部から侵入する雷サージや静電気等の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。

放電タイプのサージアブソーバにおいても、近年、表面実装化（ＳＭＤ）が進んでいる。例えば、特許文献１及び２には、絶縁性基体と、該絶縁性基体と共に放電ガスが充填された箱状の気密室を形成する絶縁性の気密キャップと、気密室の両端部に設けられた端子電極と、端子電極と導通し気密室内に放電ギャップを形成して設けられた放電電極とを備えたチップ型サージアブソーバが提案されている。

特開２００１−３５６３３号公報特開２００２−４３０２０号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上述したように、表面実装可能な種々のサージアブソーバが提案、開発され、製品化されているが、上記特許文献１及び２に示されたサージアブソーバでは、ガラス製やセラミックス製の筐体や気密キャップの封止部材を用いて気密室となる放電空間を形成している。しかしながら、これらの封止部材を用いると部材コストが増大してしまうという問題があった。また、放電によって放電電極の金属材料が飛散し、封止部材の内面に付着し、放電特性が変化してしまうという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、より低コストで製造できると共に安定した放電特性を得ることができる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、第１の発明に係るサージアブソーバは、絶縁性基板と、該絶縁性基板上に形成され互いに放電間隙を隔てて対向配置された一対の放電電極と、前記一対の放電電極の少なくとも対向部分の直上に放電空間を有して前記絶縁性基板上に多孔質な絶縁性材料で形成された通気性を有する放電空間バリア層と、該放電空間バリア層の外表面を絶縁性材料で覆って形成され内側を密封する気密層とを備えていることを特徴とする。

このサージアブソーバでは、一対の放電電極の少なくとも対向部分の直上に放電空間を有して絶縁性基板上に多孔質な絶縁性材料で形成された通気性を有する放電空間バリア層と、該放電空間バリア層の外表面を絶縁性材料で覆って形成され内側を密封する気密層とを備えているので、封止部材を別途用意して接着する必要がなく、部材コストの低減を図ることができる。また、多孔質な絶縁性材料で放電空間バリア層が形成されているので、その内面の凹凸が大きく、放電によって飛散した金属が内面に付着しても連続した膜状になり難く、放電特性に影響を与え難い。さらに、放電空間が多孔質な放電空間バリア層で囲まれて形成されているので、放電衝撃を放電空間バリア層が緩衝層として緩和することで、外側の気密層の破損等を防ぐことができる。したがって、繰り返しの放電に対しても放電特性が安定していると共に高寿命化を図ることができる。

第２の発明に係るサージアブソーバは、第１の発明において、前記絶縁性基板の両端部に形成され前記一対の放電電極に接続された一対の端子電極を備えていることを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバでは、絶縁性基板の両端部に形成され前記一対の放電電極に接続された一対の端子電極を備えているので、端子電極により表面実装が容易になる。

第３の発明に係るサージアブソーバは、第１又は第２の発明において、前記気密層が、非晶質ガラスで形成され、該気密層の外表面が、樹脂で形成された保護層で覆われていることを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバでは、非晶質ガラスの気密層により、高い強度と放電空間の高い気密性とが得られると共に、樹脂の保護層により、実装時のチャッキングによる非晶質ガラスの気密層にクラックが発生することを抑制し、封止不良が生じることを防ぐことができる。

第４の発明に係るサージアブソーバの製造方法は、第１から第３の発明のいずれかのサージアブソーバを製造する方法であって、絶縁性基板上に互いに放電間隙を隔てて対向配置された一対の放電電極を形成する工程と、前記一対の放電電極の少なくとも対向部分の直上に放電空間を有して前記絶縁性基板上に多孔質な絶縁性材料で通気性を有するドーム状の放電空間バリア層を形成する工程と、該放電空間バリア層の外周面を絶縁性材料で覆って内側を密封する気密層を形成する工程とを有し、前記放電空間バリア層を形成する工程が、予め前記放電空間となる領域に一定の温度以上で分解・気化可能な材料で放電空間形成層を形成する工程と、該放電空間形成層の外表面に前記一定の温度よりも高い融点であると共に加熱により多孔質な絶縁性材料で通気性を有する放電空間バリア層となる仮バリア層を形成する工程と、前記一定の温度以上に加熱し、形成された前記放電空間バリア層を介して前記放電空間形成層を外部に分解・気化させ前記放電空間を形成する工程とを有していることを特徴とする。

すなわち、このサージアブソーバの製造方法では、通気性を有する放電空間バリア層となる仮バリア層を放電空間形成層の外表面に形成した後、前記一定の温度以上に加熱し、形成された放電空間バリア層を介して放電空間形成層を外部に分解・気化させるので、放電空間バリア層の内側に容易に放電空間を形成することができる。

第５の発明に係るサージアブソーバの製造方法は、第４の発明において、前記放電空間形成層を形成する工程で、予め前記放電空間形成層を形成する領域を囲った絶縁性の枠部を前記絶縁性基板及び前記放電電極の上に形成しておき、前記枠部内に前記分解・気化可能な材料を塗布又は印刷し、乾燥させることで前記放電空間形成層を形成することを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバの製造方法では、枠部内に前記分解・気化可能な材料を塗布又は印刷し、乾燥させることで放電空間形成層を形成するので、枠部内で規定された領域からはみ出さずに位置決めされて放電空間形成層を高精度に形成できる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサージアブソーバによれば、一対の放電電極の少なくとも対向部分の直上に放電空間を有して絶縁性基板上に多孔質な絶縁性材料で形成された通気性を有する放電空間バリア層と、該放電空間バリア層の外表面を絶縁性材料で覆って形成され内側を密封する気密層とを備えているので、部材コストの低減と高寿命化とを図ることができる。
また、本発明に係るサージアブソーバの製造方法によれば、通気性を有する放電空間バリア層となる仮バリア層を放電空間形成層の外表面に形成した後、前記一定の温度以上に加熱し、形成された放電空間バリア層を介して放電空間形成層を外部に分解・気化させるので、放電空間バリア層の内側に容易に放電空間を形成することができる。

本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態において、サージアブソーバを示す断面図である。第１実施形態において、放電間隙の形成工程を示す断面図（ａ）及び放電空間形成層の形成工程を示す断面図（ｂ）である。第１実施形態において、仮バリア層の形成工程を示す断面図（ａ）及び放電空間の形成工程を示す断面図（ｂ）である。本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態において、放電空間形成層の形成工程（ａ）を示す断面図及びサージアブソーバを示す断面図（ｂ）である。

以下、本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。

本実施形態のサージアブソーバ１は、図１に示すように、チップ型サージアブソーバであって、絶縁性基板２と、該絶縁性基板２上に形成され互いに放電間隙Ｇを隔てて対向配置された一対の放電電極３と、一対の放電電極３の少なくとも対向部分の直上に放電空間Ｓを有して絶縁性基板２上に多孔質な絶縁性材料で形成された通気性を有する放電空間バリア層４と、該放電空間バリア層４の外表面を絶縁性材料で覆って形成され内側を密封する気密層５と、絶縁性基板２の両端部に形成され一対の放電電極３に接続された一対の端子電極６とを備えている。

上記一対の放電電極３は、基端が絶縁性基板２の端部側で端子電極６に接続されていると共に互いに先端が対向配置された一対の主電極部３ａと、主電極部３ａの先端に基端が接続されていると共に互いに先端が放電間隙Ｇを介して対向配置された一対のトリガ電極部３ｂとで構成されている。
上記主電極部３ａは、例えば導電性ペーストを絶縁性基板２上にそれぞれ長方形状にスクリーン印刷して、乾燥、焼成して形成したものである。上記主電極部３ａは、例えばＡｇ／Ｐｄなどで形成されている。

上記トリガ電極部３ｂは、長方形状に形成されたトリガ被膜である。これらのトリガ電極部３ｂは、スパッタ法、印刷法、蒸着法、イオンプレーティング法、焼き付け法等によって所定の膜厚で成膜される。
なお、一対のトリガ電極部３ｂの間隙（放電間隙Ｇ）は、それぞれグロー放電がトリガ可能な放電ギャップとして所定距離に設定されている。
トリガ電極部３ｂは、例えばＡｇ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ／Ｐｄ，Ｃｕ，ＩＴＯ，ＳｎＯ_２，ＲｕＯ_２−ガラス系材料などで形成されている。なお、主電極部３ａとトリガ電極部３ｂとは、同一材料で形成されていても構わない。

上記絶縁性基板２は、アルミナ、ムライト、コランダムムライト等のセラミックス材料で形成されている。
上記放電空間Ｓ内には、放電ガスが封入されており、該放電ガスは、不活性ガス等であって、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，ＳＦ_６，ＣＯ_２，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，Ｈ_２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。

上記一対の端子電極６は、Ａｇペースト等の導電性ペースト、Ｎｉめっきやはんだめっき又は導電性樹脂等により形成される。例えば、絶縁性基板２の両端面にＡｇ焼き付けを行い、その上に導電性樹脂を形成し、さらにその上にＮｉ／Ｓｎめっきを行って端子電極６を形成する。

上記放電空間バリア層４は、例えば結晶化ガラス又はアルミナなどの絶縁性粉末が添加された結晶化ガラスでドーム状に形成され、通気性があり多数の微細孔を有した絶縁性の多孔質材料で形成されている。
上記気密層５は、例えば非晶質ガラスなどで形成されている。なお、気密層５の内側は放電空間バリア層４の外面内に一部が侵入して外面の微細孔を充填して埋めていても構わない。

次に、本実施形態のサージアブソーバの製造方法について説明する。
上記サージアブソーバ１の製造方法は、絶縁性基板２上に互いに放電間隙Ｇを隔てて対向配置された一対の放電電極３を形成する工程と、一対の放電電極３の少なくとも対向部分の直上に放電空間Ｓを有して絶縁性基板２上に多孔質な絶縁性材料で通気性を有するドーム状の放電空間バリア層４を形成する工程と、該放電空間バリア層４の外周面を絶縁性材料で覆って内側を密封する気密層５を形成する工程とを有している。

また、上記放電空間バリア層４を形成する工程は、予め放電空間Ｓとなる領域に一定の温度以上で分解・気化可能な材料で放電空間形成層７を形成する工程と、該放電空間形成層７の外表面に前記一定の温度よりも高い融点であると共に加熱により多孔質な絶縁性材料で通気性を有する放電空間バリア層４となる仮バリア層４ａを形成する工程と、前記一定の温度以上に加熱し、形成された放電空間バリア層４を介して放電空間形成層７を外部に分解・気化させ放電空間Ｓを形成する工程とを有している。

より詳しく各工程を具体例で説明すると、まずアルミナで形成された絶縁性基板２上に、主電極部３ａ及びトリガ電極部３ｂをスクリーン印刷によってＡｇ／Ｐｄで印刷し、１５０℃で乾燥させた後に、ベルト炉にて８５０℃で焼成する。
なお、放電間隙Ｇは、図２の（ａ）に示すように、繋がっているトリガ電極部３ｂの中間部にレーザ光を照射してカットする方法や、予めトリガ電極部３ｂの形成時に間隙を設けて放電用のギャップとする方法で形成する。このようにして、互いに対向配置された一対の放電電極３を形成する。

次に、互いに対向配置された一対のトリガ電極部３ｂの上に、図２の（ｂ）に示すように、５００℃以下で分解・気化する樹脂を塗布し、１５０℃で乾燥させてバインダ層である放電空間形成層７を形成する。この放電空間形成層７を構成する材料としては、例えばアクリル系樹脂又はエチルセルロース系樹脂などが採用可能である。
さらに、放電空間形成層７を覆うように作業温度が８００℃以上の結晶化ガラス又はアルミナ等の絶縁性粉末が添加された結晶化ガラスを印刷し、１５０℃で乾燥させて、図３の（ａ）に示すように、仮バリア層４ａを形成する。この後、図３の（ｂ）に示すように、大気中又は不活性ガス中で６００〜６５０℃程度焼成することで、仮バリア層４ａが、多数の気孔を内在した通気性のある多孔質の放電空間バリア層４となる。

またこの際、放電空間バリア層４の一次焼結が行われると共に、樹脂で形成された放電空間形成層７が加熱によって分解・気化させることで、通気性のある放電空間バリア層４から外部に放出されて消失する脱バインダ処理が行われる。これにより、最終的に放電空間バリア層４内側の放電空間形成層７が無くなり、該放電空間形成層７が存在していた放電空間バリア層４の内側領域に、内部空間として放電空間Ｓが形成される。

この後、雰囲気ガスを放電ガスとして放電空間バリア層４を介して放電ガスで放電空間Ｓを満たし、さらに、放電空間バリア層４を覆うようにして焼き付け温度６００℃程度の非晶質ガラスを形成することで、保護コート層として気密層５を形成する。これにより、多孔質で内部構造が疎な状態の放電空間バリア層４の外面の気孔が充填されて、放電空間Ｓが密閉される。
次に、絶縁性基板２の両端部にＡｇ焼き付け及び導電性樹脂の形成を行い、さらにその上にＮｉ／Ｓｎめっきを行って一対の端子電極６を形成することで、本実施形態のサージアブソーバ１が作製される。

このように本実施形態のサージアブソーバ１では、一対の放電電極３の少なくとも対向部分の直上に放電空間Ｓを有して絶縁性基板２上に多孔質な絶縁性材料で形成された通気性を有する放電空間バリア層４と、該放電空間バリア層４の外表面を絶縁性材料で覆って形成され内側を密封する気密層５とを備えているので、封止部材を別途用意して接着する必要がなく、部材コストの低減を図ることができる。

また、多孔質な絶縁性材料で放電空間バリア層４が形成されているので、その内面の凹凸が大きく、放電によって飛散した金属が内面に付着しても連続した膜状になり難く、放電特性に影響を与え難い。さらに、放電空間Ｓが多孔質な放電空間バリア層４で囲まれて形成されているので、放電衝撃を放電空間バリア層４が緩衝層として緩和することで、外側の気密層５の破損等を防ぐことができる。したがって、繰り返しの放電に対しても放電特性が安定していると共に高寿命化を図ることができる。

また、絶縁性基板２の両端部に形成され一対の放電電極３に接続された一対の端子電極６を備えているので、端子電極６により表面実装が容易になる。
さらに、このサージアブソーバ１の製造方法では、通気性を有する放電空間バリア層４となる仮バリア層４ａを放電空間形成層７の外表面に形成した後、前記一定の温度以上に加熱し、形成された放電空間バリア層４を介して放電空間形成層７を外部に分解・気化させるので、放電空間バリア層４の内側に容易に放電空間Ｓを形成することができる。

次に、本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態について、図４を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、放電空間形成層７を放電電極３の上に単に印刷して形成しているのに対し、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、図４の（ａ）に示すように、予め放電空間形成層７を形成する領域を囲った樹脂等の絶縁性の枠部２８を絶縁性基板２及び放電電極３の上に形成しておき、枠部２８内に樹脂等の前記分解・気化可能な材料を塗布又は印刷し、乾燥させることで放電空間形成層７を形成している点である。
すなわち、第２実施形態では、例えば長方形状の枠部２８内に前記分解・気化可能な材料を塗布又は印刷し、乾燥させることで放電空間形成層７を形成するので、枠部２８内で規定された領域からはみ出さずに位置決めされて放電空間形成層７を高精度に形成できる。

また、第２実施形態では、気密層５の外表面が、樹脂で形成された保護層２９で覆われている点でも第１実施形態と異なる。
すなわち、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、樹脂の保護層２９により、実装時のチャッキングによる非晶質ガラスの気密層５にクラックが発生することを抑制し、封止不良が生じることを防ぐことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各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。

１，２１…サージアブソーバ、２…絶縁性基板、３…一対の放電電極、４…放電空間バリア層、４ａ…仮バリア層、５…気密層、２８…枠部、２９…保護層、Ｇ…放電間隙、Ｓ…放電空間

Claims

絶縁性基板と、
該絶縁性基板上に形成され互いに放電間隙を隔てて対向配置された一対の放電電極と、
前記一対の放電電極の少なくとも対向部分の直上に放電空間を有して前記絶縁性基板上に多孔質な絶縁性材料で形成された通気性を有する放電空間バリア層と、
該放電空間バリア層の外表面を絶縁性材料で覆って形成され内側を密封する気密層とを備え、
前記気密層が、非晶質ガラスで形成されていることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
前記絶縁性基板の両端部に形成され前記一対の放電電極に接続された一対の端子電極を備えていることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項１又は２に記載のサージアブソーバにおいて、
前記気密層の外表面が、樹脂で形成された保護層で覆われていることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項１から３のいずれか一項に記載のサージアブソーバを製造する方法であって、
絶縁性基板上に互いに放電間隙を隔てて対向配置された一対の放電電極を形成する工程と、
前記一対の放電電極の少なくとも対向部分の直上に放電空間を有して前記絶縁性基板上に多孔質な絶縁性材料で通気性を有する放電空間バリア層を形成する工程と、
該放電空間バリア層の外周面を絶縁性材料で覆って内側を密封する気密層を形成する工程とを有し、
前記放電空間バリア層を形成する工程が、予め前記放電空間となる領域に一定の温度以上で分解・気化可能な材料で放電空間形成層を形成する工程と、
該放電空間形成層の外表面に前記一定の温度よりも高い融点であると共に加熱により多孔質な絶縁性材料で通気性を有する放電空間バリア層となる仮バリア層を形成する工程と、
前記一定の温度以上に加熱し、形成された前記放電空間バリア層を介して前記放電空間形成層を外部に分解・気化させ前記放電空間を形成する工程とを有していることを特徴とするサージアブソーバの製造方法。
請求項４に記載のサージアブソーバの製造方法において、
前記放電空間形成層を形成する工程で、予め前記放電空間形成層を形成する領域を囲った絶縁性の枠部を前記絶縁性基板及び前記放電電極の上に形成しておき、前記枠部内に前記分解・気化可能な材料を塗布又は印刷し、乾燥させることで前記放電空間形成層を形成することを特徴とするサージアブソーバの製造方法。