JPH09121452A - 表面実装型サージアブソーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 継続的な過電圧又は過電流が印加されたとき
に迅速に放電を停止して電子機器等の過熱又は発火を防
止する。また継続的な過電圧又は過電流が印加されても
回路が開くことなく、繰返しの使用が可能である。 【解決手段】 中央に端子Ａとなる突出部１６ａを有す
る電極板１６の一端上面に２端子双方向性サイリスタ素
子１１の電極面１１ａが接合され、その他端上面に正特
性サーミスタ素子１２の電極面１２ａが接合される。サ
イリスタ素子１１の他方の電極面１１ｂに電極板１７の
一端が接合され、端子Ｂとなる他端が突出部１６ａと同
一平面上に位置する。サーミスタ素子１２の他方の電極
面１２ｂに電極板１８の一端が接合され、端子Ｃとなる
他端が突出部１６ａと同一平面上に位置する。端子Ａと
端子Ｂと第３端子Ｃとを露出した状態で素子１１と素子
１２と電極板１６、１７、１８とが樹脂体１９により被
包される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電話機、ファクシミ
リ、モデム等のように電話回線を使用した電子機器、又
はＣＡＴＶや有線放送にように有線回線使用した電子機
器に印加されるサージ電圧の吸収機能に加えて、継続的
な過電圧又は過電流の電子機器への負荷時に電子機器や
この機器を搭載するプリント回路基板の熱的損傷又は発
火を防止する表面実装型サージアブソーバに関するもの
である。本明細書で、過電圧又は過電流とは、サージア
ブソーバのブレークオーバ電圧を上回る異常電圧とこれ
に伴う異常電流をいう。

【０００２】

【従来の技術】この種のサージアブソーバは、電子機器
の一対の入力線路にこの電子機器に並列に接続され、電
子機器に使用される最大の電圧より高い電圧で動作する
ように構成される。即ち、サージアブソーバはそのブレ
ークオーバ電圧より低い電圧では抵抗値の高い抵抗体で
あるが、印加電圧がそのブレークオーバ電圧以上のとき
には数１０Ω以下の抵抗値の低い抵抗体になる。電子機
器に雷サージ等の数ｋＶ〜数１０ｋＶのサージ電圧が瞬
間的に印加されると、上記サージアブソーバがターンオ
ンし、このサージ電圧を吸収して電子機器を保護するよ
うになっている。

【０００３】しかし、電子機器を含む回路に過電圧又は
過電流（例えばＡＣ６００Ｖで３００ｍＡ）が何らかの
原因により継続して加わると、上記サージアブソーバに
電流が流れ続ける。この結果、サージアブソーバが発熱
し周辺の電子機器の発火の原因となる。通常、このよう
な過電圧又は過電流が回路に継続して侵入することは考
えられないが、不慮の事故を想定して最大限の安全対策
を施していく考えが広まってきている。例えば、米国の
ＵＬ（Underwriter's Laboratories Inc.）では、この
ような継続的な過電圧又は過電流の侵入時にサージアブ
ソーバが通信機器に火災や電撃の危険を与えてはならな
いように、サージアブソーバに対して所定の安全規格を
制定している。

【０００４】従来、こうした安全規格に適合し、継続的
な過電圧又は過電流に起因した電子機器の発火を防止し
得る別のサージアブソーバとして、ヒューズや低融点金
属線等と避雷管、或いはヒューズや低融点金属線等とバ
リスタを組み合わせたものが知られている。このサージ
アブソーバは、侵入してくる雷サージ等のサージに対し
ては、サージアブソーバの応答電圧、即ち避雷管の場合
は放電開始電圧、またバリスタの場合はバリスタ電圧よ
り低い電圧に抑えることにより後段に接続されている電
子機器を保護する。一方、継続的な過電圧又は過電流
（例えばＡＣ６００Ｖで３００ｍＡ）の侵入があるとヒ
ューズや低融点金属線が直ちに溶断して、サージアブソ
ーバの異常発熱のみならず、電子機器やこの機器を搭載
するプリント回路基板の熱的損傷、発火等を防止する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のサ
ージアブソーバでは、継続的な過電圧又は過電流の侵入
によりヒューズや低融点金属線が溶断するため、過電圧
又は過電流の侵入がなくなった後では電話機、ＣＡＴＶ
等は使用不可能なままであり、溶断したヒューズや低融
点金属線を新しいものに交換する必要や、場合によって
はサージアブソーバも新しく交換する必要がある。本発
明の目的は、雷サージのような瞬間的なサージ電圧を吸
収することに加えて、継続的な過電圧又は過電流の侵入
があった場合にはサージアブソーバの異常発熱のみなら
ず、電子機器やこの機器を搭載するプリント回路基板の
熱的損傷、発火等を防止する表面実装型サージアブソー
バを提供することにある。本発明の別の目的は、継続的
な過電圧又は過電流の侵入により回路が開くことなく、
即ち新品に交換することなく繰返し使用可能な表面実装
型サージアブソーバを提供することにある。本発明の更
に別の目的は、プリント回路基板への実装面積を広く必
要とせず、僅かな工数で実装できる表面実装型サージア
ブソーバを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１に示すように、本願
請求項１に係る発明は、中央に第１端子Ａとなる突出部
１６ａを有する第１電極板１６と、この第１電極板１６
の一端上面に一方の電極面１１ａが接合された２端子双
方向性サイリスタ素子１１と、上記第１電極板１６の他
端上面に一方の電極面１２ａが接合された正特性サーミ
スタ素子１２と、上記サイリスタ素子１１の他方の電極
面１１ｂに一端が接合され第２端子Ｂとなる他端が上記
突出部１６ａと同一平面上に位置するように形成された
第２電極板１７と、上記サーミスタ素子１２の他方の電
極面１２ｂに一端が接合され第３端子Ｃとなる他端が上
記突出部１６ａと同一平面上に位置するように形成され
た第３電極板１８と、上記第１端子Ａと上記第２端子Ｂ
と上記第３端子Ｃとを露出した状態で上記サイリスタ素
子１１と上記サーミスタ素子１２と上記第１電極板１６
と上記第２電極板１７と上記第３電極板１８とを被包し
た樹脂体１９とを備えた表面実装型サージアブソーバ２
０である。

【０００７】本願請求項２に係る発明は、請求項１に係
る発明であって、正特性サーミスタ素子１２の公称無負
荷抵抗値が６Ω〜１ｋΩであって、スイッチング温度が
６５〜１６５℃である表面実装型サージアブソーバであ
る。公称無負荷抵抗値が６Ω未満では過電流が流れたと
きに電流制限ができず、過電流が流れ続けることによっ
てサーミスタ素子が破壊する危険性があり、１ｋΩを超
えるとエネルギロスを伴い回路に与える影響が大きくな
り不都合である。スイッチング温度が６５℃未満である
と、保護すべき機器類の使用温度や環境温度によって動
作する可能性があり、１６５℃を超えると、樹脂製のプ
リント回路基板が熱的損傷する恐れがある。

【０００８】正特性サーミスタ素子はそれ自体に過電流
が流れると発熱し、その温度が上昇すると抵抗値が急激
に増加する性質を有する。この抵抗値の急上昇によりサ
ーミスタ素子に流れる電流は極少に抑制される。図２に
示すように、交流電源２１に接続される電子機器２２の
前段にサージアブソーバ２０を設ける場合に、サージア
ブソーバ２０の第１端子Ａと第３端子Ｃが線路２３及び
２４を介してそれぞれ交流電源２１に接続され、その第
３端子Ｃと第２端子Ｂが線路２３及び２５を介してそれ
ぞれ電子機器２２に接続される。また図３に示すよう
に、一対の電話回線２６及び２７に接続される電話機３
０の前段にサージアブソーバ２０を設ける場合に、サー
ジアブソーバ２０の第１端子Ａと第３端子Ｃが線路２６
及び２７にそれぞれ接続され、その第３端子Ｃと第２端
子Ｂが線路２６及び２８を介してそれぞれ電話機３０に
接続される。

【０００９】この線路２３，２４（又は回線２６，２
７）に雷サージ等の数ｋＶ〜数１０ｋＶのサージ電圧が
瞬間的に印加されると、室温下におかれる正特性サーミ
スタ素子１２の抵抗値及び２端子双方向性サイリスタ素
子１１の抵抗値はそれぞれ低いため、サイリスタ素子１
１は導通状態になり、このサージ電圧を吸収して電子機
器２２を保護する。またこの線路２３，２４（又は回線
２６，２７）に継続的な過電圧又は過電流の侵入がある
と、先ずそのときにサイリスタ素子１１に発生している
電圧と流れている電流の積によってサイリスタ素子自体
が発熱する。即ちサイリスタ素子がオン・オフを繰返し
ながら、流れる電流によって素子自体が過熱する。同時
に正特性サーミスタ素子１２に過電流が流れる。サーミ
スタ素子１２に過電流が流れることにより、サーミスタ
素子自体も発熱する。サイリスタ素子１１、サーミスタ
素子１２及び第１電極板１６は樹脂体１９に被包される
ため、サイリスタ素子１１の発熱は他に放散することな
く第１電極板１６を介してサーミスタ素子１２に伝導す
る。このためサーミスタ素子１２はそれ自体の発熱とサ
イリスタ素子１１からの伝導熱とにより、サーミスタ素
子１２の抵抗値が速やかにかつ急激に上昇する。これに
よりサイリスタ素子１１に流れる電流及びその印加電圧
は急激に減少し、サイリスタ素子１１の発熱又は発火は
回避される。また、２端子双方向性サイリスタ素子１１
と正特性サーミスタ素子１２とを３枚の電極板１６、１
７及び１８により一体化し後、樹脂モールドすることに
より、各電極板を表面に設けた３端子の単一の表面実装
型サージアブソーバ２０が作製される。この結果、サー
ジアブソーバ２０を広いスペースを必要とせずに、また
僅かな工数で実装することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の２端子双方向性サイリス
タ素子は、比較的小型でサージ耐量の大きなシリコン半
導体素子が好ましい。サイリスタ素子とサーミスタ素子
と３枚の電極板を接合して、この接合体を樹脂体で被包
する方法としては、サイリスタ素子及びサーミスタ素子
をそれぞれ第１電極板にはんだ又は導電性接着剤により
接合した後、第２電極板及び第３電極板をはんだ又は導
電性接着剤によりそれぞれサイリスタ素子及びサーミス
タ素子に接合し、この接合体を所定の型枠に入れ、型枠
に封止用樹脂を注入した上、熱硬化して、最後に型枠を
取除く方法が好適である。本発明の電極板はＣｕ又はＣ
ｕ合金からなることが、電気抵抗が小さくかつ熱伝導性
が高いため好ましい。また樹脂体としては電気絶縁性が
高く耐熱性のあるエポキン系樹脂が好ましい。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともに図面
に基づいて詳しく説明する。本発明は以下の実施例に限
るものではない。

【００１２】＜実施例１＞図１に示すように、長さ約
２．５ｍｍ、幅約２．５ｍｍ、厚さ約１．０ｍｍの２端
子双方向性サイリスタ素子１１と直径約５．０ｍｍ、厚
さ１．０ｍｍの正特性サーミスタ素子１２を用意した。
２端子双方向性サイリスタ素子１１はシリコン半導体で
作られたサイリスタ構造をなす。正特性サーミスタ素子
１２はスイッチング温度が８０℃で公称無負荷抵抗値は
８Ωのものを用いた。これらの素子１１及び１２の両面
にはそれぞれＮｉ又はＡｌからなる電極面１１ａ，１１
ｂ及び１２ａ，１２ｂが形成される。これらの素子１１
及び１２を、中央に突出部１６ａを有する断面形状がＴ
字状の第１電極板１６の両端上面にそれぞれ載せ、素子
１１の一方の電極面１１ａと素子１２の一方の電極面１
２ａを電極板１６の両端上面にはんだ付けにより接合し
た。

【００１３】これらの素子が接合された第１電極板１６
を図示しない固定具により固定した後、第２電極板１７
の一端の下面を素子１１の他方の電極面１１ｂに、また
第３電極板１８の一端の下面を素子１２の他方の電極面
１２ｂにそれぞれはんだ付けにより接合した。第２及び
第３電極板１７及び１８はそれぞれ第１電極板１６と同
一幅を有しかつサイリスタ素子１１と接合した状態で図
１においてそれぞれ左右対称になるように折曲げられ
る。また電極板１７及び１８の各他端は第１電極板１６
の突出部１６ａと同一平面上に位置するように形成され
る。電極板１６、１７及び１８はそれぞれＣｕのリード
フレームである。続いて、２端子双方向性サイリスタ素
子１１と正特性サーミスタ素子１２と３枚の電極板１
６，１７，１８からなる接合体を、図示しない内寸が縦
約５ｍｍ×横約１０ｍｍ×高さ約３ｍｍの型枠に入れた
後、型枠内にエポキシ系樹脂を注入した。樹脂が硬化し
た後、型枠を取除いて、表面実装型サージアブソーバ２
０を得た。図１に示すように、樹脂体１９の両側面から
底面にかけてそれぞれ端子Ｂ及びＣが露出し、かつ樹脂
体１９の底面の中央部に端子Ａが露出するように、予め
型枠は形成される。端子Ｂ及びＣは第２及び第３電極板
１７，１８の各他端に、端子Ａは突出部１６ａにそれぞ
れ相応する。

【００１４】＜実施例２＞スイッチング温度が１２０℃
で公称無負荷抵抗値が８Ωの正特性サーミスタ素子１２
を用いた以外は、実施例１と同様にして表面実装型サー
ジアブソーバ２０を得た。

【００１５】＜比較例１＞図４に示す表面実装型サージ
アブソーバ１を比較例とした。このサージアブソーバ１
は実施例１と同じ単一の２端子双方向性サイリスタ素子
２と、このサイリスタ素子２の上下の両電極面２ａ，２
ｂに各一端を接続し各他端を互いに同一平面上に位置す
るように形成した一対の電極板３，４と、電極板３，４
の各他端を露出した状態でサイリスタ素子２を被包した
樹脂体５とを備える。電極板３，４の各他端が同一平面
上に位置する。

【００１６】＜比較試験と評価＞先ず図１に示すよう
に、実施例１及び実施例２のサージアブソーバ２０は各
端子をプリント回路基板４０にはんだ付けすることによ
り基板４０に実装した。また図４に示すように、比較例
１のサージアブソーバ１は各端子をプリント回路基板６
にはんだ付けすることにより基板６に実装した。図２に
示すように、実施例１と実施例２のサージアブソーバ２
０を交流電源２１に接続される電子機器２２の前段に設
けた。具体的にはサージアブソーバ２０の端子Ａと端子
Ｃを線路２３及び２４を介してそれぞれ交流電源２１に
接続し、その端子Ｃと端子Ｂを線路２３及び２５を介し
てそれぞれ電子機器２２に接続した。図示しないが、比
較例１のサージアブソーバ１を実施例１及び実施例２と
同様に図２に示される交流電源２１に接続される電子機
器２２の前段に設けた。この比較例１ではサージアブソ
ーバ１は電子機器２２に並列に接続した。

【００１７】実施例１、２と比較例１のサージアブソー
バについて、それぞれブレークオーバ電圧を測定し、そ
の後過電圧・過電流の印加試験を行った。過電圧・過電
流の印加試験は、米国のＵＬ試験試験（UL497）に準じ
た次の表１及び国際電信電話諮問委員会の試験条件（CC
ITT-K.20）に準じた次の表２に基づいた。この試験で
は、第１次印加で２端子双方向性サイリスタ素子の電流
値の変化を調べ、第２次印加でサージアブソーバ及び基
板の発熱又は発火の状況を調べ、更に第３次印加でその
後のサージアブソーバの特性を調べた。実施例１の結果
及び実施例２の結果は同一であったので、まとめて表３
に示す。また比較例１の結果を表４に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】表３から明らかなように、実施例１及び実
施例２のサージアブソーバでは、継続的な過電圧又は過
電流がサージアブソーバに印加されたときに、基板が発
煙又は発火することなく、約０．０１〜５秒で正特性サ
ーミスタ素子が２端子双方向性サイリスタ素子に流れる
電流を制限し、印加された過電圧又は過電流を遮断し
た。これにより後段の電子機器の熱的損傷はなく、更に
試験後、新品と代替することなく繰返しサージアブソー
バを使用することができた。これに対して比較例１のサ
ージアブソーバでは、表４に示す第１次印加時間でショ
ートし、このサージアブソーバ単体では過電圧又は過電
流の遮断機能は無かった。従って第１次印加試験により
後段の電子機器は熱的損傷を受け、第１次印加試験後の
サージアブソーバの特性に関してはサージ吸収機能が喪
失し、再使用は不可能であった。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、雷
サージのような瞬間的なサージ電圧を吸収することに加
えて、継続的な過電圧又は過電流の侵入があった場合に
は正特性サーミスタ素子の抵抗値の急上昇により、速や
かに本発明のサージアブソーバに流れる電流を制限し、
サージアブソーバの異常発熱のみならず、電子機器及び
この機器を搭載するプリント回路基板の熱的損傷、発火
等を防止することができる。また本発明のサージアブソ
ーバは、表面実装型であるため占有スペースが僅かで済
み、組立が簡便で量産性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面実装型サージアブソーバの中央縦
断面図。

【図２】そのサージアブソーバを電子機器の前段に接続
した回路構成図。

【図３】そのサージアブソーバを電話機の前段に接続し
た回路構成図。

【図４】比較例１のサージアブソーバを電子機器の前段
に接続した回路構成図。

【符号の説明】

１１ ２端子双方向性サイリスタ素子 １１ａ，１１ｂ 電極面 １２ 正特性サーミスタ素子 １２ａ，１２ｂ 電極面 １６ 第１電極板 １６ａ 突出部 １７ 第２電極板 １８ 第３電極板 １９ 樹脂体 ２０ 表面実装型サージアブソーバ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央に第１端子(A)となる突出部(16a)を
   有する第１電極板(16)と、 前記第１電極板(16)の一端上面に一方の電極面(11a)が
   接合された２端子双方向性サイリスタ素子(11)と、 前記第１電極板(16)の他端上面に一方の電極面(12a)が
   接合された正特性サーミスタ素子(12)と、 前記サイリスタ素子(11)の他方の電極面(11b)に一端が
   接合され第２端子(B)となる他端が前記突出部(16a)と同
   一平面上に位置するように形成された第２電極板(17)
   と、 前記サーミスタ素子(12)の他方の電極面(12b)に一端が
   接合され第３端子(C)となる他端が前記突出部(16a)と同
   一平面上に位置するように形成された第３電極板(18)
   と、 前記第１端子(A)と前記第２端子(B)と前記第３端子(C)
   とを露出した状態で前記サイリスタ素子(11)と前記サー
   ミスタ素子(12)と前記第１電極板(16)と前記第２電極板
   (17)と前記第３電極板(18)とを被包した樹脂体(19)とを
   備えた表面実装型サージアブソーバ。
2. 【請求項２】 正特性サーミスタ素子(12)の公称無負荷
   抵抗値が６Ω〜１ｋΩであって、スイッチング温度が６
   ５〜１６５℃である請求項１記載の表面実装型サージア
   ブソーバ。