(57)【要約】【課題】本発明は、ショート不良が発生しにくく、かつ初期抑制ピーク電圧も低く、さらには静電気等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性にも優れている過電圧保護部品を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の過電圧保護部品は、絶縁基板１１の上面に形成され、かつギャップ１５を隔てて対向する第１の下部電極１３および第２の下部電極１４と、前記ギャップ１５を覆うように形成された過電圧保護材料層１６と、この過電圧保護材料層１６を覆うとともに第２の下部電極１４と電気的に接続されるように形成された上部電極１７とを備え、前記上部電極１７が第１の下部電極１３および過電圧保護材料層１６と重なる部分の長さをＸ、上部電極１７が第１の下部電極１３、第２の下部電極１４および過電圧保護材料層１６と重なる部分の長さをＹとした時に、０．５≦Ｘ／Ｙ≦０．９の関係を満たすように構成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、この絶縁基板の上面に形成され、かつギャップを隔てて対向する第１の下部電極および第２の下部電極と、前記ギャップを覆うように形成された過電圧保護材料層と、この過電圧保護材料層を覆うとともに前記第２の下部電極と電気的に接続されるように形成された上部電極とを備え、前記ギャップの幅を前記過電圧保護材料層の厚みよりも小さくするとともに、前記上部電極が前記第１の下部電極および前記過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＸ、前記上部電極が前記第１の下部電極、第２の下部電極および過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＹとした時に、０．５≦Ｘ／Ｙ≦０．９の関係を満たすように構成した過電圧保護部品。
【請求項２】
過電圧保護材料層に含まれる導電性粒子をパラジウム、白金、またはそれらのうちの少なくとも一つを含む合金で構成した請求項１記載の過電圧保護部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器を静電気やサージ等の過電圧から保護する過電圧保護部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高性能化が急速に進み、それに伴い電子機器に用いられる電子部品の小型化も急速に進んでいる。しかしながら、その反面、この小型化に伴って電子機器や電子部品の静電気やサージ等の過電圧に対する耐性は低下しており、その対策として、過電圧保護部品等の対策部品が用いられている。
【０００３】
以下、このような従来の過電圧保護部品の一例について、図８および図９を用いて説明する。
【０００４】
図８は従来例を示す過電圧保護部品の断面図を示したもので、１はアルミナ等からなる絶縁基板、２，３は前記絶縁基板１の上面に設けられた一対の引出電極で、この一対の引出電極２，３はギャップ４を隔てて互いに対向している。５は前記ギャップ４を少なくとも覆うように設けられた過電圧保護材料層である。
【０００５】
図９は上記図８とは別の従来例を示す過電圧保護部品の断面図を示したもので、６はアルミナ等からなる絶縁基板、７は下部電極、８は前記下部電極７の一部と絶縁基板６に重なるように形成された過電圧保護材料層、９は前記過電圧保護材料層８の一部と絶縁基板６に重なるように形成された上部電極、１０は前記下部電極７、過電圧保護材料層８、上部電極９を覆うように形成された保護層である。
【０００６】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１，２が知られている。
【特許文献１】特表２００１−５０４６３５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６４７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１に記載の過電圧保護部品においては、ギャップ放電による過電圧抑制特性がギャップの幅に依存するため、微小な幅のギャップを形成することにより初期のピーク電圧は低くなり、これにより、優れた過電圧抑制特性が得られるものであり、さらに、電極の重なり部分の面積が小さいため、過電圧保護材料層中の導電性粒子の濃度がある程度高い場合においてもショート不良に至る可能性が低いものであった。しかしながら、電極の重なり部分の面積が小さいと、電流が特定の箇所に集中しやすいため、静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性は劣るものであった。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の過電圧保護部品においては、放電に供する電極の重なり面積が大きいため、電流が特定の箇所に集中せず、その結果、静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性は優れたものとなっていたが、初期のピーク電圧は高いものであった。そこで、初期のピーク電圧を改善しようとする場合は、過電圧保護材料層中の導電性粒子の濃度を高くする必要があるが、この導電性粒子の濃度を高くした場合には、放電に供する電極の重なり面積が大きいため、ショート不良が多発するという可能性を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ショート不良が発生しにくく、かつ初期抑制ピーク電圧も低く、さらには静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性にも優れている過電圧保護部品を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面に形成され、かつギャップを隔てて対向する第１の下部電極および第２の下部電極と、前記ギャップを覆うように形成された過電圧保護材料層と、この過電圧保護材料層を覆うとともに前記第２の下部電極と電気的に接続されるように形成された上部電極とを備え、前記ギャップの幅を前記過電圧保護材料層の厚みよりも小さくするとともに、前記上部電極が前記第１の下部電極および前記過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＸ、前記上部電極が前記第１の下部電極、第２の下部電極および前記過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＹとした時に、０．５≦Ｘ／Ｙ≦０．９の関係を満たすように構成したもので、この構成によれば、前記ギャップの幅を前記過電圧保護材料層の厚みよりも小さくしているため、第１の下部電極と第２の下部電極との間に形成されたギャップが比較的低い電圧で動作することになり、これにより、過電圧保護部品が動作する初期ピーク電圧も低くなって静電気やサージ等の過電圧から電子機器を確実に保護することができるという作用効果を有し、また、前記上部電極が前記第１の下部電極および過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＸ、前記上部電極が前記第１の下部電極、第２の下部電極および過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＹとした時に、Ｘ／Ｙの値を０．５以上としているため、第１の下部電極と過電圧保護材料層との対向面積は増えることになり、これにより、放電に供する面積が大きくなるため、第１の下部電極と第２の下部電極との間に形成されたギャップが放電の繰り返しにより劣化して動作しなくなった場合でも、静電気やサージ等の過電圧が印加された場合には第１の下部電極と上部電極間との間の放電によって引き続き過電圧保護部品が動作するという作用効果を有し、さらに、Ｘ／Ｙの値を０．９以下としているため、第１の下部電極と第２の下部電極間に形成されたギャップをかろうじて覆う位置に過電圧保護材料層が印刷されることにより、すなわち過電圧保護材料層の端部と第２の下部電極の端部がほぼ一致するように印刷されることにより一対の下部電極間に形成されたギャップが消失してショートしてしまうということはなく、これにより、静電気やサージ等の過電圧が印加された際の初期のピーク電圧および過電圧が繰り返し印加された後のピーク電圧は共に低く安定したものとなるため、過電圧の繰り返し印加に対する耐久性においても優れている過電圧保護部品が得られるという作用効果を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、過電圧保護材料層に含まれる導電性粒子をパラジウム、白金、またはそれらのうちの少なくとも一つを含む合金で構成したもので、この構成によれば、過電圧保護材料層に含まれる導電性粒子をパラジウム、白金、またはそれらのうちの少なくとも一つを含む合金で構成しているため、過電圧保護材料層中に含まれる導電性粒子を構成する金属材料の融点は高く耐久性に優れたものが得られることになり、これにより、静電気等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性においても優れている過電圧保護部品が得られるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明の過電圧保護部品は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面に形成され、かつギャップを隔てて対向する第１の下部電極および第２の下部電極と、前記ギャップを覆うように形成された過電圧保護材料層と、この過電圧保護材料層を覆うとともに前記第２の下部電極と電気的に接続されるように形成された上部電極とを備え、前記ギャップの幅を前記過電圧保護材料層の厚みよりも小さくするとともに、前記上部電極が前記第１の下部電極および前記過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＸ、前記上部電極が前記第１の下部電極、第２の下部電極および前記過電圧保護材料層と重なる部分の長さをＹとした時に、０．５≦Ｘ／Ｙ≦０．９の関係を満たすように構成したもので、前記ギャップの幅を前記過電圧保護材料層の厚みよりも小さくしているため、第１の下部電極と第２の下部電極との間に形成されたギャップが比較的低い電圧で動作することになり、これにより、過電圧保護部品が動作する初期ピーク電圧も低くなって静電気やサージ等の過電圧から電子機器を確実に保護することができるという効果を有し、また、Ｘ／Ｙの値を０．５以上としているため、第１の下部電極と過電圧保護材料層との対向面積は増えることになり、これにより、放電に供する面積が大きくなるため、第１の下部電極と第２の下部電極との間に形成されたギャップが放電の繰り返しにより劣化して動作しなくなった場合でも、静電気やサージ等の過電圧が印加された場合には第１の下部電極と上部電極間との間の放電によって引き続き過電圧保護部品が動作するという効果を有し、さらに、Ｘ／Ｙの値を０．９以下としているため、第１の下部電極と第２の下部電極間に形成されたギャップをかろうじて覆う位置に過電圧保護材料層が印刷されることにより、すなわち過電圧保護材料層の端部と第２の下部電極の端部がほぼ一致するように印刷されることにより一対の下部電極間に形成されたギャップが消失してショートしてしまうということはなく、これにより、静電気やサージ等の過電圧が印加された際の初期のピーク電圧および過電圧が繰り返し印加された後のピーク電圧は共に低く安定したものとなるため、過電圧の繰り返し印加に対する耐久性においても優れている過電圧保護部品が得られるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態における過電圧保護部品について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の断面図を示したもので、１１は絶縁基板、１３は第１の下部電極、１４は第２の下部電極で、この第２の下部電極１４と前記第１の下部電極１３との間にギャップ１５が形成されているものである。１６は前記ギャップ１５を覆う過電圧保護材料層、１７は前記過電圧保護材料層１６の一部を覆うとともに第２の下部電極１４と電気的に接続されるように設けられた上部電極、１８は前記過電圧保護材料層１６、上部電極１７および第１の下部電極１３を覆うように設けられた保護層である。１９は前記第１の下部電極１３および第２の下部電極１４とそれぞれ電気的に接続されるように設けられた一対の端面電極、２０は前記一対の端面電極１９を覆う一対のニッケルめっき層、２１は前記一対のニッケルめっき層２０を覆う一対の錫めっき層である。
【００１６】
次に、本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）〜（ｃ）は同過電圧保護部品の製造方法を示す製造工程図を示したもので、以下、この製造工程図にもとづいて、製造方法を説明する。なお、図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）は個片状の仕掛かり品の断面図を示し、また図４（ａ）〜（ｃ）および図５（ａ）〜（ｃ）は個片状の仕掛かり品の上面図を示しているものである。
【００１８】
まず、図２（ａ）および図４（ａ）に示すように、アルミナ等からなる絶縁基板１１の上面に金を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、ピーク温度８００〜９００℃で４５分間焼成することによって導体１２を形成する。なお、この図２（ａ）および図４（ａ）においては、長辺がＬ（ｍｍ）で短辺がＷ（ｍｍ）の個片サイズが示されているもので、以下の製造工程の説明でもこの個片サイズの図面を用いて説明しているが、実際の製造工程では、この個片サイズを多数個縦横に得ることができるシート状の絶縁基板１１を用いており、そして、後述する端面電極形成工程の前に短冊状に分割し、さらにニッケルめっき層形成工程の前に個片状に分割しているものである。また、この図２（ａ）および図４（ａ）には図示していないが、絶縁基板１１の裏面の両端部に、金、銀パラジウム合金、銀等を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷して焼成することによって、裏面電極を形成してもよいものである。
【００１９】
次に、図２（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、波長３５５ｎｍ、出力０．２ＷのＵＶレーザーを用いて導体１２を切削することにより、第１の下部電極１３および第２の下部電極１４を形成する。ここで、第１の下部電極１３および第２の下部電極１４は、ＵＶレーザーによって形成されたギャップ１５を隔てて互いに対向するように形成され、そして、このギャップ１５の幅は７〜１２μｍと狭く形成しているものである。
【００２０】
次に、図２（ｃ）および図４（ｃ）に示すように、ガラス粉末、バリスタ粉末、導電性粒子およびアクリルビーズ粉末からなるペーストをギャップ１５上に印刷して、過電圧保護材料層１６を形成する。ここでは、過電圧保護材料層１６を構成するペーストの組成として、ガラス粉末の含有割合を３７〜４３重量％にし、そして、アクリルビーズ粉末の含有割合を１４〜２６重量％にするとともに、バリスタ粉末の含有割合を１５〜２０重量％、導電性粒子の含有割合を２０〜２５重量％にしているものである。特に、過電圧保護材料層１６を構成するペーストの組成のうち、導電性粒子の割合を２０〜２５重量％の範囲に制御することによって、ショート不良を抑制しながら過電圧保護部品が動作するピーク電圧をも低くすることができるものである。なお、この導電性粒子としては、パラジウムを３０〜７０重量％含有する銀パラジウム合金を用いているが、この構成に限定されるものではなく、過電圧保護材料層１６を構成する導電性粒子として、高融点の材料を用いれば、静電気やサージ等の過電圧に対する耐久性に優れているため、導電性粒子をパラジウム、白金、またはそれらのうちの少なくとも一つを含む合金で構成することにより、静電気やサージ等の過電圧に対する耐久性においても優れたものが得られるものである。また、過電圧保護材料層１６の厚みは、過電圧保護部品のショート不良を抑制するために、ギャップ１５の幅よりも厚く形成しているものである。
【００２１】
次に、図３（ａ）および図５（ａ）に示すように、過電圧保護材料層１６を覆うとともに第２の下部電極１４と電気的に接続されるように、金を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷することによって上部電極１７を形成する。そして、この上部電極１７をスクリーン印刷して形成した後に、過電圧保護材料層１６および上部電極１７をピーク温度８００〜９００℃で４５分間同時に焼成する。このように、過電圧保護材料層１６および上部電極１７を同時に焼成するようにすれば、過電圧保護材料層１６を焼成した後、上部電極１７を印刷した場合において多発するショート不良が抑制されるものである。すなわち、上部電極１７を印刷する前に過電圧保護材料層１６を先に焼成した場合には、過電圧保護材料層１６を構成するペースト中に含まれるアクリルビーズ粉末が消失してポアが形成され、そして、この焼成により形成されたポアに上部電極１７を構成する電極材料が流れ込むことによって、過電圧保護材料層１６の絶縁性が低下し、これにより、ショート不良が多発するものであるが、過電圧保護材料層１６および上部電極１７を同時に焼成するようにすれば、このような不具合は生じないものである。また、この上部電極１７を印刷する際には、上部電極１７が第１の下部電極１３および過電圧保護材料層１６と重なる部分の長さをＸ、上部電極１７が第１の下部電極１３、第２の下部電極１４および過電圧保護材料層１６と重なる部分の長さをＹとした際に、０．５≦Ｘ／Ｙ≦０．９の関係を満たすように、上部電極１７を形成するものである。
【００２２】
次に、図３（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、第１の下部電極１３、過電圧保護材料層１６および上部電極１７を覆うように、ガラスペーストをスクリーン印刷して、ピーク温度５５０〜６５０℃で１時間焼成することによって、焼成後の厚みが１０〜３０μｍである保護層１８を形成する。ここで、保護層１８に用いるガラスペーストとして軟化点が低いものを用いれば、保護層１８の焼成温度を過電圧保護材料層１６および上部電極１７の焼成温度（ピーク温度８００〜９００℃）よりも低くすることができるため、過電圧保護材料層１６の内部にガラス成分が浸透するのを抑えることができるものである。なお、前記保護層１８は、第１の下部電極１３、過電圧保護材料層１６および上部電極１７を覆うようにガラスペーストを印刷して焼成した後、さらにエポキシ樹脂等からなる樹脂ペーストを印刷して乾燥させることによって、ガラスと樹脂からなる２層構造としてもよいものである。
【００２３】
最後に図３（ｃ）および図５（ｃ）に示すように、シート状の絶縁基板１１を短冊状に分割してから、第１の下部電極１３および第２の下部電極１４とそれぞれ電気的に接続されるように銀ペースト等の導電性ペーストを塗布して硬化させることによって端面電極１９を形成し、そして、この端面電極１９を形成した後、短冊状の基板を個片状に分割し、その後、個片状の基板にバレルめっき工法を用いて、図１に示すようにニッケルめっき層２０および錫めっき層２１を形成することにより、本発明の一実施の形態における過電圧保護部品が得られるものである。
【００２４】
ここで、従来の過電圧保護部品と、上記した本発明の一実施の形態における過電圧保護部品について、過電圧印加試験を実施した結果を図６に示す。過電圧印加試験の条件は、放電抵抗３３０Ω、放電容量１５０ｐＦ、印加電圧８ｋＶ（接触放電）の条件で繰り返し１０００回実施し、過電圧保護部品が動作するピーク電圧を初期および１０００回印加後にそれぞれ測定した。
【００２５】
この図６から明らかなように、ギャップ１５の位置を示すＸ／Ｙの値が０の場合（図６（ａ）のＡ）、すなわち第１の下部電極１３の先端と上部電極１７の先端が絶縁基板１１の上面からの投影図において重ならない位置に形成した場合（図６（ｂ））には、第１の下部電極１３と上部電極１７が過電圧保護材料層１６を介して対向する面積が極めて少ないため、第１の下部電極１３の先端部に電界が集中することになり、これにより、第１の下部電極１３の劣化が早まることになるため、初期のピーク電圧が４９０Ｖ、１０００回印加後のピーク電圧が４５０Ｖと高くなり、したがって、静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性は良くないものであった。そこで、ギャップ１５の位置を示すＸ／Ｙの値を増やしていけば、それに従って、すなわちギャップ１５の位置を図１に示す構成において右側に移動させるに従って、初期および１０００回印加後のピーク電圧が共に低下する傾向が見られ、特にＸ／Ｙの値が０．５になった場合（図６（ａ）のＢ、図６（ｃ））には、初期のピーク電圧が４００Ｖ、１０００回印加後のピーク電圧が３６０Ｖと低くなるため、静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性は向上するものである。その理由は、ギャップ１５の位置を示すＸ／Ｙの値を増やしていくに従って、第１の下部電極１３と上部電極１７とが過電圧保護材料層１６を介して対向する面積、すなわち第１の下部電極１３と上部電極１７の放電に供する面積が増大するため、これにより、静電気やサージ等の過電圧の繰り返し印加に対する耐久性が向上するためである。この効果は、Ｘ／Ｙの値を０．５から増やしていった場合において、図６に示すように、Ｘ／Ｙの値が０．９（図６（ａ）のＣ、図６（ｄ））になるまで安定して現れるものである。
【００２６】
一方、Ｘ／Ｙの値をさらに増やして０．９を超えるようにした場合には、図６に示されているように、ピーク電圧が急激に低下する傾向が見られるものである。これは、図７の本発明の参考例に示されるように、過電圧保護材料層１６がギャップ１５をかろうじて覆う位置に印刷されることになるため、過電圧保護材料層１６の端部と第２の下部電極１４の端部はほぼ一致するようになり、その結果、下部電極のギャップ１５が事実上消失して、第１の下部電極１３と上部電極１７がショートする寸前の状態となるからである。したがって、ギャップ１５の位置を示すＸ／Ｙの値は０．５以上０．９以下とすることが好ましいものである。
【００２７】
なお、上記本発明の一実施の形態においては、第１の下部電極１３、第２の下部電極１４および上部電極１７を金を主成分とする導電性ペーストを印刷し焼成することによって形成したものについて説明したが、この構成に限定されるものではなく、第１の下部電極１３、第２の下部電極１４および上部電極１７を他の材料、例えばパラジウムを３０重量％以上含有する銀パラジウム合金ペースト、白金または白金を含む合金ペースト、パラジウムまたはパラジウムを含む合金ペーストのように、貴金属を主成分とする耐腐食性に優れた導電性材料を用いて形成した場合においても、上記本発明の一実施の形態と同様の効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る過電圧保護部品は、電子機器を静電気やサージ等の過電圧が操り返し印加される環境から確実に保護することができるという効果を有するものあり、特に車載用の電子機器を静電気やサージ等の過電圧から保護する微小サイズの過電圧保護部品に適用することにより有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）同過電圧保護部品の製造方法を示す製造工程図
【図３】（ａ）〜（ｃ）同過電圧保護部品の製造方法を示す製造工程図
【図４】（ａ）〜（ｃ）同過電圧保護部品の製造方法を示す製造工程図
【図５】（ａ）〜（ｃ）同過電圧保護部品の製造方法を示す製造工程図
【図６】従来の過電圧保護部品と、本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の過電圧印加試験結果を示す図
【図７】本発明の参考例を示す過電圧保護部品の断面図
【図８】従来例を示す過電圧保護部品の断面図
【図９】別の従来例を示す過電圧保護部品の断面図
【符号の説明】
【００３０】
１１  絶縁基板
１３  第１の下部電極
１４  第２の下部電極
１５  ギャップ
１６  過電圧保護材料層
１７  上部電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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