JPH09199259A - サージアブソーバおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ギャップ方式のサージアブソーバはギャップ
を高精度に形成することが困難であり、また放電時のス
パッタ現象によって、ギャップ部分に導電性物質が溜ま
り、寿命が短くなる欠点がある。 【解決手段】 補助電極層１４ａの表面に除去可能なレ
ジスト材料の薄膜１３ａを形成し、薄膜１３ａの中央部
分を残して絶縁層１９，１９を形成する。前記薄膜上の
中央部分から絶縁層１９，１９の上面まで、導電性材料
を成長させ補助電極層１４ｂを形成する。その後に薄膜
１３ａをエッジングなどで除去すると、補助電極層１４
ａと１４ｂの間に空間ギャップ１３が形成される。空間
ギャップ１３はギャップ長を短くでき、また静電容量が
小さいため、サージが印加された後の応答を速くでき
る。また補助電極層１４ａ，１４ｂからスパッタされた
物質が空間ギャップ１３に溜りにくく、短絡が生じにく
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子回路や電子部品
をサージから保護するためのサージアブソーバに係り、
特に応答速度が速く且つ放電開始電圧を安定させること
のできるサージアブソーバおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のギャップ方式のサージア
ブソーバを示し、（Ａ）は全体構造を示す斜視図、
（Ｂ）は（Ａ）のギャップ付近の拡大断面図である。こ
のサージアブソーバ１Ａは、ガラス封止体２の内部に、
アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ₂Ｏ₃）などにより形
成された丸棒状の基体３ａが設けられ、この基体３ａの
表面に、ギャップ７を介して対向する補助電極層４ａ，
４ｂが形成されている。このサージアブソーバ１Ａで
は、丸棒状の基体３ａの外周面に補助電極層を形成する
ため酸化スズ（ＳｎＯ₂）などの高抵抗材料が塗布さ
れ、その後にレーザ加工などにより補助電極層を形成す
る導電性材料が除去されて、丸棒の外周に、所定のギャ
ップ長Ｇのギャップ７が形成され補助電極層が４ａと４
ｂとに分割される。（Ｂ）ではギャップ７の間隔（ギャ
ップ長）をＧａで示している。レーザ加工の加工精度の
限界から、ギャップ長Ｇａは数１０μｍ程度であり、実
際のものは最小のギャップ長で３０μｍ程度である。

【０００３】基体３ａの両端部には、それぞれの補助電
極層４ａ，４ｂに導通する主電極５ａ，５ｂが設けられ
ている。この主電極５ａ，５ｂは抵抗値の低い金属材料
によりキャップ状に形成され、補助電極層４ａ，４ｂの
上から基体３ａの両端部に嵌着されたものである。両主
電極５ａ，５ｂにはリード線６ａ，６ｂが接続され、こ
のリード線６ａ，６ｂがガラス封止体２の外部に延びて
いる。ガラス封止体２の内部は１００〜５００ｍｍＨｇ
程度に設定され、この内部にはアルゴン（Ａｒ）、ヘリ
ウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）などの不活性ガスが充填
されている。

【０００４】図４は、他の構造のサージアブソーバ１Ｂ
の構造を示す側面図である。主電極５ａと５ｂは図３
（Ａ）に示したものと同様に、ガラス封止体２の内部に
封止されており、主電極５ａと５ｂの外端に接続された
リード線はガラス封止体２の外部に延びている。主電極
５ａにはブロック状の補助電極層８ａが接合され、主電
極５ｂにはブロック状の補助電極層８ｂが接合されてい
る。この補助電極層８ａと８ｂは、例えばＳｉなどの所
定の電気抵抗値を有する導電性材料により形成されてい
る。そして補助電極層８ａと８ｂがＳｉＯ₂などの絶縁
層９を介して接合され、この絶縁層９の厚さ分がギャッ
プ長Ｇｂのギャップとなっている。

【０００５】上記のサージアブソーバ１Ａ、１Ｂでは、
主電極５ａ，５ｂ間にサージが印加されると、ギャップ
を挟んで対向している補助電極層のエッジＥa，Ｅb間で
電離衝突を起こす。例えば主電極５ａを陽極とするサー
ジが印加された場合、初めに陰極側となる補助電極層の
エッジＥbから電子が放出され、陽極側のエッジＥaで不
活性ガスの分子と電離衝突が行われる。陰極側から放出
された電子が電離衝突を起こす場所は、印加されるサー
ジ電圧の上昇とともに補助電極層を伝わって主電極５ａ
側に移動して行く。エッジＥbから飛び出した電子が主
電極５ａに達すると、主電極５ａと５ｂ間がアークで橋
絡されサージ電圧が吸収される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３に示す従来のサー
ジアブソーバ１Ａでは、ギャップ７がレーザ加工などの
加工手段により形成されるが、ギャップ長Ｇａを短くで
きず最短で３０μｍ程度である。したがって、放電開始
電圧は高く設定できるが、ギャップ長Ｇａが長いため
に、補助電極層４ａと４ｂ間の絶縁耐圧が大きく、エッ
ジＥaとＥb間で放電が開始されるまでの時間が長くなっ
て、応答性の悪いものとなる。また、レーザ加工により
形成されたギャップ７は、基体３ａの周方向においてギ
ャップ長のばらつきが大きい。よって放電開始電圧およ
び放電開始速度のばらつきの大きい欠点がある。

【０００７】これに対し、図４に示すサージアブソーバ
１Ｂでは、Ｓｉなどで形成された補助電極層８ａと８ｂ
のギャップ部分での接合端面の平滑度を高精度に設定で
き、また絶縁層９はスパッタなどの手段で成膜できるた
め、その膜厚を均一に形成することが可能である。した
がって、図４に示すものでは、図３に示すサージアブソ
ーバに比べてギャップ長のばらつきが少なく放電開始電
圧を安定させることができる。しかし、ギャップ長Ｇｂ
が短く、また絶縁層９の誘電率が大きいため、ギャップ
部分の静電容量が大きくなる。

【０００８】その結果、補助電極層８ａと８ｂの抵抗値
と前記静電容量とで決まる時定数が大きくなり、主電極
５ａと５ｂ間にサージ電圧が印加されてから、ギャップ
の部分に充電されギャップ部分において補助電極層８ａ
と８ｂの間で放電が開始されるに至る電圧に立ち上がる
まに長い時間を要し、その結果放電開始の応答性の劣る
ものとなる。

【０００９】また、図３および図４のサージアブソーバ
に共通する問題として、主電極５ａと５ｂ間にて放電が
開始されると、ガラス封止体２内に封入されている例え
ばアルゴンガスのイオンやラジカルなイオン原子などが
補助電極層の表面をたたき、補助電極層の表面がターゲ
ットとなったスパッタ現象が生じる。図３（Ｂ）に示す
ものでは、基体３ａの表面にて補助電極層４ａと４ｂが
ほぼ平面的に配置されているため、補助電極層の表面か
らスパッタされた導電性物質がギャップ７の部分に堆積
しやすい。また図４に示すものでも、補助電極層８ａと
８ｂの外周面と絶縁層９の外周面とがほぼ同一面となっ
ている。よって補助電極層８ａと８ｂの表面からスパッ
タされた導電性物質が補助電極層８ａと８ｂの間で堆積
しやすくなっている。

【００１０】この再付着する導電性物質がギャップの部
分に堆積されると、補助電極層４ａと４ｂ間、または補
助電極層８ａと８ｂ間が短絡され、サージアブソーバと
して機能できなくなる。この点からの従来のサージアブ
ソーバでは、サージ印加回数に制限が与えられるものと
なる。

【００１１】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
であり、補助電極層により形成されるギャップの長さを
短くし且つ静電容量を可能な限り小さくして応答速度を
速くするとともに、ギャップ部分に導電性物質が再付着
しにくくし、使用寿命を長くできるようにしたサージア
ブソーバを提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のサージアブソー
バは、一対の主電極と、両主電極間に設けられた補助電
極層とを有し、一方の補助電極層が他方の補助電極層ま
たは主電極に対して空間ギャップを介して対向し、前記
空間ギャップを保持するための絶縁層が、前記一方の補
助電極層と、他方の補助電極層または主電極との間に設
けられていることを特徴とするものである。

【００１３】上記において、補助電極層に凸部が形成さ
れ、この凸部の端面が前記空間ギャップに面している構
造とすることが好ましい。

【００１４】また本発明のサージアブソーバの製造方法
は、補助電極層または主電極上に除去可能な薄膜を形成
する工程と、補助電極層または主電極上の薄膜が形成さ
れていない領域に絶縁層を部分的に形成する工程と、前
記絶縁層が形成されていない部分で且つ前記薄膜上に導
電性材料を積層して補助電極層を形成する工程と、前記
薄膜を除去して補助電極層または主電極と、補助電極層
との間に空間ギャップを形成する工程と、を有すること
を特徴とするものである。

【００１５】本発明のサージアブソーバは、補助電極層
と補助電極層との間、または補助電極層と主電極との間
に空間ギャップが形成されている。空間ギャップは、均
一なギャップ長を有するものとして形成でき、またギャ
ップ長も短くできる。ギャップ長を短くできることによ
り絶縁耐圧を小さくでき、空間ギャップで放電が開始さ
れる時間を速くできる。また空間ギャップであるため誘
電率が小さく、ギャップでの静電容量を小さくでき、こ
の静電容量と補助電極層の電気抵抗値とで決まる時定数
を小さくできるため、主電極間にサージ電圧が印加さ
れ、ギャップに充電されてギャップ部分で放電が開始さ
れるまでの電圧の立ち上り時間を速くでき、この点にお
いても放電開始に至る時間を短縮できる。また補助電極
層に凸部を形成し、凸部の端面を空間ギャップに対面さ
せると、空間ギャップでの電極の対向面積を小さくで
き、さらに静電容量を低下できる。

【００１６】また補助電極層と、相手側の補助電極層ま
たは主電極とが空間を介して対面しているため、放電時
のスパッタ現象により補助電極層から飛び出した導電性
物質が、ギャップ部分に堆積しにくく、空間ギャップで
の短絡が生じにくいものとなっている。したがって、サ
ージの印加繰返し回数を多くでき、サージアブソーバと
しての使用寿命を長くできる。

【００１７】また本発明のサージアブソーバの製造方法
では、補助電極層または主電極に薄膜を形成し、この薄
膜上に補助電極層を積層してから薄膜を除去し、薄膜が
除去された部分を空間ギャップとしている。薄膜をスパ
ッタなどで成膜するとその膜厚寸法を高精度に設定でき
且つ膜厚を均一にできる。また膜表面を平滑にできるた
め、これに積層される補助電極層の面も平滑なものとな
る。したがって、薄膜を除去した後に形成される空間ギ
ャップは、ギャップ長のばらつきが小さく且つ均一なも
のとなる。したがって、放電開始時間および放電開始電
圧が安定し、さらに応答性の良好なサージアブソーバを
構成できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明におけるサージアブソー
バの内部構造を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）
をＩＩ方向から見た側面図である。図１（Ａ），（Ｂ）
に示されるサージアブソーバ１０では、両端に主電極１
５ａ，１５ｂが設けられている。この主電極１５ａ，１
５ｂは、例えばジメットと呼ばれる銅の表面に酸化銅膜
が形成されている低抵抗の導電性材料で形成されてい
る。また、図１に示すように、補助電極層１４ａ，１４
ｂ、絶縁層１９，１９、空間ギャップとは一体に構成さ
れている。補助電極層１４ａは、所定の電気抵抗値を有
する導電性材料で且つ平滑性が優れた、例えばシリコン
（Ｓｉ：珪素）基板などが用いられる。補助電極層１４
ｂは、シリコン（Ｓｉ：珪素）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）な
どの所定の抵抗値の導電性材料で形成されている。

【００１９】補助電極層１４ｂには凸部１４ｂ1が形成
されている。この凸部１４ｂ1は、Ｘ方向へは連続して
伸び、Ｚ方向の両側には段差１４ｂ2が形成されてい
る。この段差１４ｂ2の部分には絶縁層１９，１９が設
けられている。この絶縁層１９，１９は、例えばＳｉＯ
2などの電気絶縁材料により形成されている。

【００２０】図１（Ｂ）に示すように、絶縁層１９，１
９には段差１９ａ，１９ａが形成されており、この段差
１９ａ，１９ａの窪み底面と、前記補助電極層１４ｂの
凸部１４ｂ1の先端面１４ｂ3とは同一面であり、前記先
端面１４ｂ3と、補助電極層１４ａの端面１４ａ1との間
に、ギャップ長Ｇ0の空間ギャップ１３が形成されてい
る。補助電極層１４ａの端面１４ａ1と、補助電極層１
４ｂの凸部先端面１４ｂ3とは空間ギャップ１３におい
て対面し、互いに接触していない。そして前記絶縁層１
９，１９が、前記空間ギャップ１３の間隔を保持するも
のとなっている。また、上記空間ギャップ１３は、Ｘ方
向に貫通しており、空間ギャップ１３の内部空間は、補
助電極層１４ａおよび１４ｂの外部空間に連通してい
る。

【００２１】上記の主電極１５ａ，１５ｂおよび補助電
極層１４ａ，１４ｂは、ガラス封止体１２の内部に収納
されて封止される。主電極１５ａ，１５ｂの外面にはリ
ード線１６ａ，１６ｂが接続され、ガラス封止体１２の
外部に突出する。ガラス封止体１２の内部は、ほぼ真空
に近い低圧に設定され、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム
（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）などの不活性ガスが充填され
ている。

【００２２】図２（Ａ）〜（Ｆ）は、上記サージアブソ
ーバの製造方法の一例を工程順に示している。以下、製
造工程を順に説明する。（１）図２（Ａ）は、補助電極
層１４ａを示している。この補助電極層１４ａとして
は、例えば、表面の平滑性に優れたＳｉ基板などが用い
られる。

【００２３】（２）図２（Ｂ）では、前記補助電極層１
４ａの表面に、溶解除去が可能な材料、例えば感光性ポ
リイミドなどの有機系のレジスト材料が薄膜状に塗布さ
れる。このレジスト材料は、プリベークされ、フォトマ
スクを用いて紫外線光による露光が行われる。この露
光、さらには現像、リンス、乾燥およびポストベークに
より、不要なレジスト材料が除去され、後に形成される
空間ギャップ１３よりもわずかに広い面積のレジスト材
料が残されて薄膜１３ａが形成される。

【００２４】（３）図２（Ｃ）では、補助電極層１４ａ
上に残された薄膜１３ａの両端に絶縁層１９が形成され
る。この絶縁層１９の成膜工程では、薄膜１３ａの表面
の中心部がマスキングされ、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）
などの絶縁材料がスパッタされて成膜される。絶縁材料
はマスキングされていない部分に成膜され、絶縁層１９
が形成される。このときのマスキングに使用される材料
は、前記薄膜１３ａ（レジスト材料）とは異なるものが
使用され、絶縁材料がスパッタされて成膜された後にマ
スキング部分が湿式エッチングにより除去されるとき
に、薄膜１３ａが除去されないようにする。

【００２５】（４）次に、図２（Ｄ）に示すように、前
記絶縁層１９が形成されていない薄膜１３ａ上に、シリ
コン（Ｓｉ）または他の金属材料などの導電性材料をス
パッタまたは蒸着により積層する。図２（Ｄ）は、前記
導電性材料が絶縁層１９と１９の間に積層され、補助電
極層１４ｂが途中まで形成された状態を示している。

【００２６】（５）図２（Ｅ）は、前記（４）の工程に
連続して導電性材料がスパッタまたは蒸着などにより成
膜され、絶縁層１９，１９の上面まで膜が成長した状態
を示している。このようにして完成した補助電極層１４
ｂは、絶縁層１９と１９で囲まれた部分が凸部１４ｂ1
となる。なお、補助電極層１４ｂの（イ）の部分（凸部
１４ｂ1の部分）のみをスパッタなどにより成膜し、補
助電極層１４ｂの（ロ）の部分を別体の導電性材料で形
成し、絶縁層１９，１９の上に載せて（イ）の部分と
（ロ）の部分を接合してもよい。または補助電極層１４
ｂとして（イ）の部分のみを形成し、（イ）の部分の補
助電極層１４ｂおよび絶縁層１９，１９を主電極１５ｂ
に接合してもよい。

【００２７】（６）図２（Ｆ）では、上記補助電極層１
４ａ、補助電極層１４ｂを残し、薄膜１３ａのみのエッ
チングが行われ、薄膜１３ａが除去されて空間ギャップ
１３が形成される。このとき、薄膜１３ａを除去するエ
ッチング材料（エッチャント）として、補助電極層１４
ａ、補助電極層１４ｂを形成している材料（上記例では
Ｓｉ）および絶縁層１９を形成する材料（上記例ではＳ
ｉＯ₂）などがエッチングされない溶剤などが使用され
る。例えばアセトン（ＣＨ₃ＣＯＣＨ₃）などを用いるこ
とが可能である。

【００２８】上記製造工程により、凸状に形成された補
助電極層１４ｂの端面１４ｂ3と、補助電極層１４ａの
端面１４ａ1との間に空間ギャップ１３が形成され、且
つ補助電極層１４ａと１４ｂとが絶縁層１９，１９によ
り保持されたものとなる。

【００２９】上記製造方法では、一方の補助電極１４ａ
としてＳｉ基板が使用されるが、このＳｉ基板は表面が
平滑である。この平滑面に薄膜１３ａがスパッタなどで
成膜されるため、薄膜１３ａの表面も平滑である。しか
も薄膜１３ａの膜厚も高精度に決められ且つ膜厚が均一
である。よって、薄膜１３ａが除去されることにより形
成される空間ギャップ１３は、ギャップ長Ｇ0が均一で
且つ高精度であり、またギャップ長Ｇ0を５μｍ以下の
短いものにすることが十分に可能であり、さらには１μ
ｍ以下あるいはそれ以下とすることも可能である。

【００３０】上記（１）〜（６）の工程により製造され
た後に、補助電極層１４ａ、補助電極層１４ｂの両端に
主電極１５ａ，１５ｂが接合され、ガラス封止体１２内
にアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎ
ｅ）などの不活性ガスと一緒に封止され真空に近い内圧
とされてサージアブソーバが完成する。

【００３１】上記において、補助電極層１４ａおよび１
４ｂと、薄膜１３ａの材料の組み合せとしては、エッチ
ング工程において、薄膜１３ａのみが除去され、補助電
極層１４ａと１４ｂが溶解されない材料を選択すること
が必要である。例えば薄膜１３ａがレジスト材料などの
有機材料で形成される場合には、補助電極層１４ａと１
４ｂが、シリコン（Ｓｉ）またはアルミニウム（Ａ
ｌ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）な
どの金属を使用できる。また薄膜１３ａがクロム（Ｃ
ｒ）またはアルミニウム（Ａｌ）である場合、補助電極
層１４ａ，１４ｂを銅（Ｃｕ）で形成し、薄膜１３ａの
みエッチング可能なエッチャントを用いて空間ギャップ
１３を形成することが可能である。

【００３２】上記のサージアブソーバ１０では、主電極
１５ａ，１５ｂ間にサージが印加されると、空間ギャッ
プ１３を介して対面する補助電極層１４ａの端面１４ａ
1と、補助電極層１４ｂの凸部の先端面１４ｂ3のうちの
陰極側から電子が放出され、不活性ガスの原子とで電離
衝突が発生し、補助電極１４ａと１４ｂ間で放電が開始
される。この放電は陽極側の補助電極層を伝わって主電
極に達し、主電極１５ａ，１５ｂ間が放電により短絡さ
れる。サージ電圧はこれ以上ピークの電圧値まで上昇す
ることができないので結果的に吸収される。

【００３３】空間ギャップ１３のギャップ長Ｇ0をきわ
めて短いものにできるために、補助電極層１４ａと１４
ｂ間の絶縁耐圧が小さく、放電を開始しやすいものとな
る。また空間ギャップ１３は誘電率が小さく、また凸部
１４ｂ1の端面１４ｂ3は面積が小さい。そのためにギャ
ップ１３での静電容量Ｃ（Ｃ＝ε・Ｓ／Ｇ0：但し、ε
は誘電率、Ｓは面積、Ｇ0はギャップ長）を小さくする
ことができ、この値によって決定されるギャップ１３の
充電時間τ（τ＝Ｃ・Ｒ：但し、Ｒは充電時の抵抗）を
短くすることが可能となる。したがって、主電極１５ａ
と１５ｂにサージが印加され、ギャップ１３に充電され
放電が開始される応答電圧までの立ち上りが速くなり、
応答時間を短くできる。

【００３４】また空間ギャップ１３は、Ｘ方向へ貫通す
るように形成されており、また貫通していない部分は絶
縁層１９，１９で覆われている。よって、補助電極層１
４ａと補助電極層１４ｂの表面からスパッタされた導電
性物質が空間ギャップ１３に溜りにくい構造であり、補
助電極層１４ａと１４ｂが短絡しにくいものとなる。な
お、図１と図２では、補助電極層１４ａと１４ｂの間に
空間ギャップが形成されているが、補助電極層１４ｂが
空間ギャップを介して主電極１５ａに対向している構造
であってもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、ギャップ
間の容量Ｃを小さくできることにより、充電時間τを短
くできるので、高速応答性に優れたサージアブソーバと
することが可能となる。また放電によって発生する導電
性物質の再付着が原因となって起こる短絡を生じ難くす
ることができるのでサージアブソーバの寿命を長くする
ことができる。さらに薄膜を除去する工程を採用するこ
とで、空間ギャップを高精度に形成することができ、放
電開始電圧のばらつきの少ない安定したサージアブソー
バとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるサージアブソーバの内部構造を
示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）をＩＩ方向から
見た側面図、

【図２】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）は、図
１に示すサージアブソーバの製造方法を工程順に示す説
明図、

【図３】従来のギャップ方式のサージアブソーバを示
し、（Ａ）は全体構造斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の拡大断
面図、

【図４】従来の他のサージアブソーバの構造を示す側面
図、

【符号の説明】

１２ ガラス封止体 １３ 空間ギャップ １３ａ 薄膜 １４ａ 補助電極層 １４ｂ 補助電極層 １４ｂ1 凸部 １５ａ，１５ｂ 主電極 １６ａ、１６ｂ リード線 １９ 絶縁層 １９ａ 段差 Ｇ0 ギャップ長

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の主電極と、両主電極間に設けられ
   た補助電極層とを有し、一方の補助電極層が他方の補助
   電極層または主電極に対して空間ギャップを介して対向
   し、前記空間ギャップを保持するための絶縁層が、前記
   一方の補助電極層と、他方の補助電極層または主電極と
   の間に設けられていることを特徴とするサージアブソー
   バ。
2. 【請求項２】 補助電極層に凸部が形成され、この凸部
   の端面が前記空間ギャップに面している請求項１記載の
   サージアブソーバ。
3. 【請求項３】 補助電極層または主電極上に除去可能な
   薄膜を形成する工程と、補助電極層または主電極上の薄
   膜が形成されていない領域に絶縁層を部分的に形成する
   工程と、前記絶縁層が形成されていない部分で且つ前記
   薄膜上に導電性材料を積層して補助電極層を形成する工
   程と、前記薄膜を除去して補助電極層または主電極と、
   補助電極層との間に空間ギャップを形成する工程と、を
   有することを特徴とするサージアブソーバの製造方法。