JPH07245878A - チップ型マイクロギャップ式サージアブソーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 瞬間的なサージ電圧を吸収して電子機器を保
護する機能に加えて、製作時の静電容量の調整を容易に
し、チップ化してプリント回路基板等への表面実装を可
能とする。放電開始電圧が大気の状態により変動しな
い。 【構成】 絶縁スペーサ１１を挟持することにより所定
のマイクロギャップ１２をあけて一対の絶縁基板１３，
１４が互いに平行にかつ重ね合わされる。基板１３，１
４の両端部に一対の端子電極１６，１７が設けられる。
一方の基板１３の対向面に端子電極１６に一端が電気的
に接続された導電性薄膜１８が形成され、他方の基板１
４の対向面に端子電極１７に一端が電気的に接続された
導電性薄膜１９が形成される。基板１３，１４と絶縁ス
ペーサ１１とにより密閉空間を形成し、この密閉空間に
不活性ガスを封入することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電話機、ファクシミリ、
電話交換機、モデム等の通信機器用の電子機器に印加さ
れるサージ電圧を吸収するサージアブソーバに関する。
更に詳しくは、プリント回路基板に表面実装可能なマイ
クロギャップを有するチップ型マイクロギャップ式サー
ジアブソーバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロギャップ式のサージアブ
ソーバとして、図８に示すようなサージアブソーバ９が
知られている。このサージアブソーバ９に内蔵されるマ
イクロギャップ式サージ吸収素子１は、導電性皮膜１ａ
で被包した円柱状のセラミック素体１ｂの中央に円周方
向に幅数１０μｍのマイクロギャップ１ｃを形成し、こ
のセラミック素体１ｂの両端部に一対のキャップ電極１
ｄ，１ｅを冠着して作られる。サージアブソーバ９は、
サージ吸収素子１をその両端部のキャップ電極１ｄ，１
ｅに接続したリード線６，７とともにガラス管８で封止
して作られる。ガラス管８にはアルゴンガスのような不
活性ガス５が封入される。また図７に示すように、チッ
プ型マイクロギャップ式サージアブソーバ２として、上
面にマイクロギャップ４を挟んで導電性薄膜３ａ，３ｂ
を形成した単一のセラミック絶縁基板３の両端部に導電
性薄膜３ａ，３ｂにそれぞれ接続する端子電極３ｃ，３
ｄを設けられたものが試みられている。このサージアブ
ソーバ２は不活性ガス中に封入されない。

【０００３】前記マイクロギャップ１ｃ及びこのマイク
ロギャップ４は被包した導電性皮膜及び絶縁基板上に帯
状に形成された導電性薄膜の各中央部をレーザ等でカッ
トしてそれぞれ作られる。上記サージアブソーバ９又は
２では雷サージ等に起因してリード線６，７又は端子電
極３ｃ，３ｄにサージ電圧が印加されると、最初に導電
性皮膜１ａ又は導電性薄膜３ａ，３ｂに沿ってグロー放
電が起こり、最終的に一対のキャップ電極１ｄ，１ｅ間
又は端子電極３ｃ，３ｄ間でのアーク放電に移行してサ
ージ電圧を吸収する。

【０００４】上記サージアブソーバ９又は２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、
電子機器の使用電圧より高い電圧で動作するように構成
される。即ち、上記サージアブソーバはその放電開始電
圧より低い電圧では抵抗値の高い抵抗体であるが、印加
電圧がその放電開始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放電し、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。電子機
器の前段にこの種のサージアブソーバを設けないと、異
常電圧（サージ）が電子機器内に侵入し、絶縁破壊等を
起こさせ、電子機器の動作不良等を発生させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記サージア
ブソーバ９及び２はともに製作時に所望の静電容量の値
を得るための調整が至難であった。またサージアブソー
バ９はサージアブソーバ２と異なり、形状が円筒になる
ためにチップ化が非常に困難であって、かつサージアブ
ソーバ素子をガラス管で封止するため、形状が大きくな
る不具合があった。更にサージアブソーバ２は一対の導
電性薄膜を不活性ガスで封止しようとしても、極めて難
しい問題点があった。

【０００６】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して電子機器を保護する機能に加え
て、製作時の静電容量の調整が容易であって、チップ化
してプリント回路基板等に表面実装可能なチップ型マイ
クロギャップ式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、一対の導電性薄膜を不活性ガ
スで封止することにより放電開始電圧が大気の状態によ
り変動しないチップ型マイクロギャップ式サージアブソ
ーバを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図１に示すように、本発明のサージアブソーバ１０
は、絶縁スペーサ１１を挟持することにより所定のマイ
クロギャップ１２をあけて互いに平行にかつ重ね合わさ
れた一対の絶縁基板１３，１４と、一対の絶縁基板１
３，１４の両端部に設けられた一対の端子電極１６，１
７と、一対の絶縁基板１３，１４のうち一方の基板１３
の対向面に形成され一対の端子電極１６，１７のうち一
方の端子電極１６に一端が電気的に接続された第１導電
性薄膜１８と、一対の絶縁基板１３，１４のうち他方の
基板１４の対向面に形成され一対の端子電極１６，１７
のうち他方の端子電極１７に一端が電気的に接続された
第２導電性薄膜１９とを備えたものである。

【０００８】以下、本発明を詳述する。 (a) 絶縁スペーサ 絶縁スペーサ１１はガラス、セラミックス等により作ら
れる。この絶縁スペーサ１１は絶縁スペーサを挟んで一
対の絶縁基板を重ね合わせたとき、これらの絶縁基板を
互いに平行にして所定のマイクロギャップ１２を作り出
すことができれば、形状及び大きさは特に限定されな
い。その配置場所は導電性薄膜１８，１９の先端部分を
除くところであればよい。ただし、導電性薄膜１８，１
９の放電部分を絶縁基板とともに密閉空間を作り出し、
この密閉空間に不活性ガスを封止するときには、所定の
形状でこの部分を囲む必要がある。この場合の絶縁スペ
ーサ１１の形状は、図２及び図３に示すようにリング状
にすると製造が簡便で好ましい。しかし、図６に示す枠
状にしてもよい。図６に示すように絶縁基板１３，１４
の外形に合わせれば、一体化したときに絶縁基板１３，
１４間にほこり、塵埃等の侵入を防ぐことができる。絶
縁スペーサによりサージアブソーバのマイクロギャップ
の大きさが決められ、その厚さは１０μｍ〜１ｍｍ、好
ましくは１０〜１００μｍ、特に好ましくは３０〜５０
μｍの範囲から選ばれる。この厚さは吸収すべき異常電
圧、即ち放電開始電圧の大きさにより決められる。絶縁
スペーサを絶縁基板と別個に作製する以外に、ガラスペ
ースト等を配設すべき箇所にスクリーン印刷乾燥して焼
成することにより、或いはスパッタリング等の薄膜形成
技術を用いることにより、導電性薄膜を形成した後で、
絶縁スペーサを一方の絶縁基板の上面に形成してもよ
い。このときには当然、絶縁スペーサは導電性薄膜より
厚く形成しなければならない。

【０００９】(b) 絶縁基板と導電性薄膜の形成 一対の絶縁基板１３及び１４はそれぞれアルミナ、ベリ
リア、ムライト、ステアタイト、フォルステライト等か
ら同形同大に作られる。形状は三角形状、四角形状、多
角形状等、板状であればよいが、四角形状がチップ化し
たときに取扱い易く好ましい。一対の絶縁基板１３，１
４はそれぞれ対向面に導電性薄膜１８，１９が形成され
る。薄膜１８，１９は互いに対向したときに放電可能な
形状であればその形状は特に制限されず、三角形、四角
形、多角形等に形成される。薄膜１８と薄膜１９の形状
が互いに異なってもよい。図には同じ大きさの長方形の
薄膜１８，１９が示される。絶縁基板１３，１４の両端
部に端子電極１６，１７を形成したときに、端子電極１
６，１７に電気的に接続するように導電性薄膜１８，１
９の各一端は絶縁基板１３，１４の一端縁又はその近傍
まで延びて形成される。これらの薄膜１８，１９はスク
リーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレ
ーティング法、めっき法、ＣＶＤ法等の薄膜形成法によ
り絶縁基板１３，１４の上面に形成される。薄膜の厚さ
は０．０５〜５００μｍ、好ましくは０．５〜１００μ
ｍ、特に好ましくは１〜５μｍの範囲から選ばれる。導
電性薄膜１８と１９は、図１の符号ｔに示すように、一
対の絶縁基板をその重ね合わせ方向から透視したときに
薄膜１８と薄膜１９とが部分的に重なるように形成する
ことも、図４に示すように薄膜１８と薄膜１９が丁度連
続面を作り出すように形成することも、或いは図５に示
すように薄膜１８と薄膜１９とがギャップｘを作り出す
ように形成することもできる。重なり部分ｔ又はギャッ
プｘを変えることによりサージアブソーバの静電容量を
所望の値に変えることができる。

【００１０】(c) 絶縁基板と絶縁スペーサとの一体化 図３又は図６に示すように、導電性薄膜１８，１９の放
電部分を覆わないように、絶縁スペーサ１１を絶縁基板
１３，１４の対向面に配置して絶縁基板１３，１４によ
りこれを挟持する。不活性ガスを封入するときには、挟
持する際に内部の空気と不活性ガスとを入れ替える。不
活性ガスとしてはアルゴンガス、ネオンガス、窒素ガス
等が挙げられる。絶縁スペーサ１１の封着温度まで絶縁
スペーサを挟持した一対の絶縁基板を加熱し、絶縁基板
と絶縁スペーサとを一体化する。

【００１１】(d) 端子電極の形成 絶縁スペーサ１１を挟持した絶縁基板１３，１４の両端
部に金属粉末と無機結合材を含む導電性ペーストを絶縁
基板１３，１４の両端部を包込むように塗布し乾燥す
る。この塗布は導電性ペースト中に絶縁基板１３，１４
の両端部を浸漬させるディッピング法が好ましい。導電
性ペーストに含まれる金属粉末はＡｇ，Ａｕ，Ｐｄ又は
Ｐｔの貴金属粉末、又はこれらを混合した粉末が挙げら
れる。導電性ペーストに含まれる無機結合材を例示すれ
ば、ＳｉＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃，Ｎａ₂Ｏ，ＰｂＯ，ＺｎＯ又はＢ
ａＯのいずれか１種又は２種以上の酸化物を主成分とす
る、ほうけい酸系ガラス、ほう酸亜鉛系ガラス、ほう酸
カドミウム系ガラス、けい酸鉛亜鉛系ガラス等のガラス
微粒子が挙げられる。図１、図４及び図５に示すよう
に、導電性ペーストは焼付けによって焼付け電極１６
ａ，１７ａを形成し、これらの焼付け電極１６ａ，１７
ａはその焼付け時に絶縁基板１３，１４の導電性薄膜１
８，１９に電気的に接続する。

【００１２】(e) めっき層の形成 焼付け電極１６ａ，１７ａの各表面にめっき層が電解バ
レルめっき法により形成される。このめっき層は図１、
図４及び図５に示すように、Ｎｉめっき層１６ｂ，１７
ｂを形成した後、Ｓｎめっき層１６ｃ，１７ｃを形成し
て二重構造にすることが好ましい。Ｎｉめっき層１６
ｂ，１７ｂははんだ耐熱性を向上して、はんだによる焼
付け電極の電極食われを防止し、Ｓｎめっき層１６ｃ，
１７ｃははんだ付着性を向上する。図１、図２、図４及
び図５に示すように、焼付け電極１６ａ，１７ａ、めっ
き層１６ｂ，１６ｃ，１７ｂ及び１７ｃからなる端子電
極１６，１７を有するチップ型マイクロギャップ式サー
ジアブソーバ１０が得られる。

【００１３】

【作用】本発明のサージアブソーバ１０の端子電極１
６，１７にサージ電圧が印加されると、絶縁スペーサ１
１により作り出されるマイクロギャップ１２で決められ
る放電開始電圧に基づき、導電性薄膜１８，１９間でア
ーク放電が起こり、サージ電圧を吸収する。製作時に薄
膜１８と薄膜１９との重なり部分ｔ又はギャップｘの大
きさを変えることによりサージアブソーバ１０の静電容
量を所望の値に変えることができる。また導電性薄膜１
８，１９の放電部分が絶縁スペーサ１１で封止され、そ
の密閉空間に不活性ガスが封入されていれば、大気の湿
度等に拘わらず、放電開始電圧は一定になる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。 ＜実施例＞図１に示すチップ型マイクロギャップ式サー
ジアブソーバ１０を次の方法により製造した。先ず２枚
の同形同大の絶縁基板１３，１４を用意した。これらの
絶縁基板１３，１４は厚さ０．５ｍｍ、長さ４．５ｍ
ｍ、幅３．２ｍｍの長方形状のアルミナ焼結板からな
る。これらの絶縁基板１３，１４の片面には図３に示す
ように導電性薄膜１８，１９が形成される。これらの薄
膜はそれぞれＡｇペーストをスクリーン印刷し、乾燥し
た後、これを焼付けて厚さ２μｍ、長さ３．２５ｍｍ、
幅２ｍｍの長方形状に形成される。導電性薄膜１８，１
９の一端は絶縁基板１３，１４の端縁まで延びる。

【００１５】絶縁スペーサ１１として内径２ｍｍ、外径
３ｍｍ、厚さ７０μｍのリング状の硬質ガラスを用意し
た。図３に示すように絶縁基板１３と１４の間の薄膜１
８，１９の放電部分に絶縁スペーサ１１を配置し、絶縁
基板１３，１４で絶縁スペーサ１１を治具（図示せず）
により堅牢に挟持した。この状態でこれらをカーボンヒ
ータを設けた封着室（図示せず）に配置した。封着室を
負圧にすることにより絶縁スペーサ１１の内部の空気を
抜いた後、代わりに不活性ガスとしてアルゴンガスを封
着室に供給して８００Ｔｏｒｒの圧力で絶縁スペーサ１
１と絶縁基板１３，１４で密閉された空間にこのアルゴ
ンガスを導入した。この状態でカーボンヒータにより絶
縁基板１３，１４及び絶縁スペーサ１１を９５０℃、１
分間加熱した。絶縁スペーサのガラスと絶縁基板とを濡
らして封着した。このとき導電性薄膜１８，１９の先端
同士の重なり部分ｔは２ｍｍであった。

【００１６】絶縁スペーサ１１と一体化した絶縁基板１
３，１４の両端部にＡｇペーストをディッピング法によ
り絶縁基板の両端部を包込むように塗布した。Ａｇペー
ストを塗布した絶縁基板を大気圧下、乾燥した後、３０
℃／分の速度で、８２０℃まで昇温しそこで１０分間保
持し、３０℃／分の速度で室温まで降温してＡｇからな
る焼付け電極１６ａ，１７ａを得た。次いで電解バレル
めっき法で焼付け電極１６ａ，１７ａの表面に厚さ２〜
３μｍのＮｉめっき層１６ｂ，１７ｂを形成し、続いて
厚さ１〜２μｍのＳｎめっき層１６ｃ，１７ｃを形成
し、図１及び図２に示すチップ型マイクロギャップ式サ
ージアブソーバ１０を得た。

【００１７】＜実施例２＞導電性薄膜１８，１９の先端
同士の重なり部分ｔを１ｍｍとした以外は実施例１と同
様にしてサージアブソーバ１０を作製した。

【００１８】＜実施例３＞図４に示すように、導電性薄
膜１８，１９の先端同士を突き合わせて丁度連続面を作
り出し、図１の重なり部分ｔを０ｍｍとした以外は実施
例１と同様にしてサージアブソーバ１０を作製した。

【００１９】＜実施例４＞図５に示すように、導電性薄
膜１８，１９の先端同士に１ｍｍのギャップｘを設けた
以外は実施例１と同様にしてサージアブソーバ１０を作
製した。

【００２０】＜比較例１＞図８に示すマイクロギャップ
式のサージアブソーバ９を比較例１とした。先ず低融点
の鉛ガラス管８内に収容されるサージ吸収素子１を用意
した。このサージ吸収素子１の円柱状のセラミック素体
１ｂはムライト焼結体からなり、この表面はスパッタリ
ングによりチタンからなる導電性皮膜１ａで被包され
る。このセラミック素体１ｂの両端部にステンレス製の
キャップ電極１ｄと１ｅが冠着される。セラミック素体
１ｂの中央部にレーザビームを照射して導電性皮膜１ａ
を円周方向にトリミングして幅約３０μｍのマイクロギ
ャップ１ｃが形成され、サージ吸収素子１が作製され
る。

【００２１】ガラス管８をカーボンヒータを設けた封着
室（図示せず）に配置した。ガラス管８の内部にサージ
吸収素子１を入れ、不活性ガスとしてアルゴンガスを封
着室に供給して８００Ｔｏｒｒの圧力でサージ吸収素子
１をガラス管８内に封入した。アルゴンガスが封入され
たガラス管８からリード線６，７が突出した。このサー
ジアブソーバ９のガラス管８の大きさは長さ２１ｍｍで
外径６ｍｍであった。

【００２２】＜比較例２＞図７に示すサージアブソーバ
２を比較例２とした。このサージアブソーバ２は実施例
１と同じ厚さ０．５ｍｍ、長さ４．５ｍｍ、幅３．２ｍ
ｍの長方形状のアルミナ焼結板からなる絶縁基板３の上
面に帯状の導電性薄膜をスクリーン印刷により形成し、
その中央部をレーザでカットして幅約３０μｍのギャッ
プ４を有する導電性薄膜３ａ，３ｂを形成した。また実
施例１の端子電極１６，１７と同様に端子電極３ｃ及び
３ｄが形成された。このサージアブソーバ２は不活性ガ
ス中に封入されない。

【００２３】＜比較試験と評価＞実施例１〜４と比較例
１と比較例２のサージアブソーバについて、それぞれ
静電容量、放電開始電圧、放電開始電圧のばらつき
（σ）及びサージアブソーバの物理的な占有体積を測
定した。その結果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明らかなように、実施例１〜３の
サージアブソーバは薄膜同士の重なり部分ｔを２ｍｍ、
１ｍｍ及び０ｍｍと変えることにより、放電開始電圧を
変化させることなく、３００Ｖと同一にして、静電容量
を制御することができた。また実施例４のサージアブソ
ーバのように薄膜同士の間にギャップｘを１ｍｍにする
ことにより、封入ガス圧を変えることなく、放電開始電
圧を制御することができる。また実施例１〜４のサージ
アブソーバはいずれも比較例１のサージアブソーバと比
べて、容積、即ち占有体積を非常に小さくすることがで
きる。更に実施例１〜４のサージアブソーバはアルゴン
ガスを封入しているため、アルゴンガスを封入しない占
有体積が同程度の比較例２と比べて、放電開始電圧のば
らつきが非常に小さい。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、一
対の絶縁基板の各対向面に形成される導電性薄膜が所定
のマイクロギャップを有するようにしたので、このマイ
クロギャップに基づく放電開始電圧により雷サージのよ
うな瞬間的なサージ電圧を吸収することができる。また
基板の重ね合わせ方向から透視したときの導電性薄膜同
士の重なり部分又はギャップの大きさを変えることによ
り、製作時にサージアブソーバの静電容量を所望の値に
容易にすることができる。更に従来のガラス管に不活性
ガスとともにサージ吸収素子を封入したサージアブソー
バと比べて、占有体積が小さくかつプリント回路基板等
への表面実装が可能なため、僅かな占有スペースでプリ
ント回路基板等へ実装することができる。特に互いに対
向する導電性薄膜の放電部分を絶縁基板と絶縁スペーサ
とで密閉し、その密閉空間を不活性ガスで封止すること
により、大気の湿度等に影響されずに、一定した放電開
始電圧が得られる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチップ型マイクロギャップ式サージア
ブソーバの中央縦断面図。

【図２】その外観斜視図。

【図３】その組立て斜視図。

【図４】その重ね合わせ方向から透視したときに導電性
薄膜同士が丁度連続面を作り出している状態を示す図１
に対応する断面図。

【図５】その重ね合わせ方向から透視したときに導電性
薄膜同士がギャップを作り出している状態を示す図１に
対応する断面図。

【図６】本発明の別の絶縁スペーサを用いた図２に対応
する組立て斜視図。

【図７】従来例のチップ型マイクロギャップ式サージア
ブソーバの外観斜視図。

【図８】従来例のマイクロギャップ式サージアブソーバ
の中央縦断面図。

【符号の説明】

１０ チップ型マイクロギャップ式サージアブソーバ １１ 絶縁スペーサ １２ マイクロギャップ １３，１４ 絶縁基板 １６，１７ 端子電極 １８，１９ 導電性薄膜

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【手続補正書】

【提出日】平成６年５月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁スペーサ(11)を挟持することにより
   所定のマイクロギャップ(12)をあけて互いに平行にかつ
   重ね合わせされた一対の絶縁基板(13,14)と、 前記一対の絶縁基板(13,14)の両端部に設けられた一対
   の端子電極(16,17)と、 前記一対の絶縁基板(13,14)のうち一方の基板(13)の対
   向面に形成され前記一対の端子電極(16,17)のうち一方
   の端子電極(16)に一端が電気的に接続された第１導電性
   薄膜(18)と、 前記一対の絶縁基板(13,14)のうち他方の基板(14)の対
   向面に形成され前記一対の端子電極(16,17)のうち他方
   の端子電極(17)に一端が電気的に接続された第２導電性
   薄膜(19)とを備えたチップ型マイクロギャップ式サージ
   アブソーバ。
2. 【請求項２】 一対の絶縁基板(13,14)と絶縁スペーサ
   (11)とにより密閉空間が形成され、前記密閉空間に不活
   性ガスが封入された請求項１記載のチップ型マイクロギ
   ャップ式サージアブソーバ。
3. 【請求項３】 一対の絶縁基板(13,14)をその重ね合わ
   せ方向から透視したときに第１導電性薄膜(18)と第２導
   電性薄膜(19)とが部分的に重なるように一対の絶縁基板
   (13,14)に形成された請求項１記載のチップ型マイクロ
   ギャップ式サージアブソーバ。
4. 【請求項４】 一対の絶縁基板(13,14)をその重ね合わ
   せ方向から透視したときに第１導電性薄膜(18)と第２導
   電性薄膜(19)とが丁度連続面を作り出すように一対の絶
   縁基板(13,14)に形成された請求項１記載のチップ型マ
   イクロギャップ式サージアブソーバ。
5. 【請求項５】 一対の絶縁基板(13,14)をその重ね合わ
   せ方向から透視したときに第１導電性薄膜(18)と第２導
   電性薄膜(19)とがギャップを作り出すように一対の絶縁
   基板(13,14)に形成された請求項１記載のチップ型マイ
   クロギャップ式サージアブソーバ。