(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過電圧保護デバイス（１）を製造するための方法であって、
１つの基体（２）を作製するステップであって、当該基体が、２つのセラミック層（３）の間に配設されている少なくとも１つの内部電極（４）を備え、当該少なくとも１つの内部電極（４）が、当該基体（２）の側面（５，６）に達しているステップと、
前記基体（２）の少なくとも１つの側面（５，６）上で前記少なくとも１つの内部電極（４）をエッチングするステップであって、これにより前記基体（２）の当該少なくとも１つの側面（５，６）と前記内部電極（４）との間に１つの空洞（１１）が形成されるステップと、
前記基体（２）の互いに反対側にある２つの側面（５，６）上に、２つの外部電極（７，１０）を取り付けるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記空洞（１１）を１つのガスで充填するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの内部電極（４）は、前記基体（２）の２つの互いに反対側にある側面（５、６）上でエッチングされることを特徴とする、請求項１または２に記載に方法。
【請求項４】
前記方法は、前記基体（２）を焼結するステップをさらに備え、当該ステップは前記内部電極（４）のエッチングの前に実施されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの内部電極（４）をエッチングするステップ用に、過硫酸ナトリウム，硫酸，または塩化鉄（ｉｉｉ）をベースにしたエッチング溶液が用いられることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過電圧保護デバイスならびに過電圧保護デバイスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
過電圧保護デバイスは、過電圧が起こる場合に使用されてよく、これによりこれと接続された回路構成体を過電圧による損傷からの保護として用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決すべき課題は、改善された過電圧保護デバイスおよびこれを製造するための方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題は請求項１に記載の過電圧保護デバイスによって解決される。さらに上記の課題は第２の独立請求項に記載の方法によって解決される。
【０００５】
１つの過電圧保護デバイスが提示され、この過電圧保護デバイスは、２つのセラミック層の間に配設されている少なくとも１つの内部電極を備える１つの基体を備え、ここでこの少なくとも１つの内部電極は、この基体の少なくとも１つの側面から後退しており、ここでこの少なくとも１つの内部電極とこの少なくとも１つの側面との間は、１つのガス充填された空洞となっており、そしてここでこの基体の２つの互いに反対側にある側面上にはそれぞれ１つの外部電極が配設されている。この過電圧保護デバイスは、２つ以上の内部電極を備えてよく、ここで各々の内部電極は、２つのセラミック層の間に配設されている。これらの内部電極の各々は、この基体の少なくとも１つの側面から後退しており、ここでそれぞれの内部電極とこの側面との間は、１つのガス充填された空洞となっている。
【０００６】
このガス充填された空洞は、具体的にはスパークギャップとして利用することができる。これにより、このガス充填された空洞は、上記の内部電極と上記の外部電極との間に電圧が印加され、この電圧が１つの所定の絶縁破壊電圧を越えない限り、絶縁状態となっている。この絶縁破壊電圧を越えると、このガス充填された空洞に配設されているガスはイオン化され、そして上記の外部電極（複数）は、上記の内部電極（複数）およびこの空洞において丁度形成されたスパークギャップを介して、互いに電気的に導通して接続される。このようにして短絡が発生する。この過電圧保護デバイスにおける短絡が引き起こされることによって、この過電圧保護デバイスと回路接続されている回路構成体を損傷から保護することができる。
【０００７】
このガスは、たとえば窒素または希ガスであってよい。代替としてこのガスは、たとえば空気またはガス混合体であってよい。このガス混合体は、アルゴン，ネオン，および水素の１つ以上を含んでよい。
【０００８】
上述した過電圧保護デバイスは、省スペースの構造を特徴としている。上記の内部電極（複数）が、上記の側面に対して後退していることによって、上記のスパークギャップは、この過電圧保護デバイスの基体に一体化することができる。これらの内部電極の後退は、選択的エッチング処理によって実現することができ、この選択的エッチング処理では、上記の内部電極が上記の側面に対して狙いを定めて後退され、ここでこれらの内部電極の材料が除去される。この方法は、非常に小さな空洞を高い精度で作ることを可能とする。たとえば５〜２０μｍの長さ、好ましくは１０μｍの長さを有する空洞を作ることができる。このようにして、所望の絶縁破壊電圧に調整することができる。
【０００９】
ここに記載されているように、この過電圧保護デバイスには、１つの単一の内部電極で充分である。１つの代替の実施形態においては、この過電圧保護デバイスは、積層方向に重なり合って配設されている複数の内部電極を備えてよい。この代替の実施形態による過電圧保護デバイスは、改善された通電容量を備える。さらにこの代替の実施形態による過電圧保護デバイスにおいては、この過電圧保護デバイスが故障して交換されなければならなくなるまで、絶縁破壊が複数回発生し得る。
【００１０】
上記の少なくとも１つの内部電極と上記の少なくとも１つの側面上に配設されている外部電極との間には１つのスパークギャップが形成され得る。このスパークギャップは、上記の２つの外部電極の間に印加される電圧が上記の絶縁破壊電圧を越える場合に、これらの２つの外部電極の短絡を生じるように引き起こされ得る。
【００１１】
こうして上記の過電圧保護デバイスは、上記の２つの外部電極の間に絶縁破壊電圧より大きな電圧が印加される場合に、上記の空洞に配設されたガスが、スパークギャップを用いて、そして上記の少なくとも１つの内部電極を用いて、これらの外部電極を電気的に導通して互いに接続するように構成することができる。
【００１２】
上記の少なくとも１つの内部電極は、上記の基体の２つの互いに反対側にある側面上でそれぞれの側面から後退していてよく、ここでこの少なくとも１つの内部電極とこれらのそれぞれの側面との間に、それぞれ１つのガス充填された空洞が配設されている。このような過電圧保護デバイスは、簡単なエッチング処理で作製することができ、このエッチング処理でこの内部電極は、エッチング溶液に曝露される。１つの側面に対してのみ後退した１つの内部電極を有する過電圧保護デバイスを作製するためには、他の側面はこのエッチング工程の間、保護レジストを用いて覆われていなければならない。こうしてこの方法は、保護レジストの取り付けおよび除去の追加の工程を必要とする。代替として、１つの側面に対してだけ後退している少なくとも１つの内部電極を有する過電圧保護デバイスは、この過電圧保護デバイスが一面でエッチング溶液に浸されることによって作製することができる。この際このデバイスは、第２の側面がこのエッチング溶液に接触しないように浸すことができる。
【００１３】
さらに、上記の内部電極が上記の基体の２つの側面に対して後退している過電圧保護デバイスは、さらに絶縁破壊電圧が方向依存性を全く有しないことを特徴とする。これはこのデバイスが対称的に構成されているからである。
【００１４】
上記の内部電極は、銅を含んでよく、または銅から成っていてよい。上記の内部電極は、タングステンを含んでよく、またはタングステンから成っていてよい。上記の外部電極（複数）は、銅または銀を含んでよく、あるいはこれらの材料の１つから成っていてよい。
【００１５】
上記のセラミック層は、酸化アルミニウム、ガラスフリットが混入された酸化アルミニウム、または酸化ジルコニウムを含んでよい。酸化アルミニウム、ガラスフリットが混入された酸化アルミニウム、または酸化ジルコニウムを含むセラミック層は、上記の過電圧保護デバイスにとりわけ良好に適している。これはこれらが焼結処理に耐え、気密であり、そしてさらに上記の内部電極のエッチング処理に適合しているからである。さらに、小さなキャパシタンスを有する過電圧保護デバイスが有利である。この理由から、酸化アルミニウム、ガラスフリットが混入された酸化アルミニウム、または酸化ジルコニウムを含むセラミック層が適しているが、これはこれらの材料が小さな誘電率を有しているからである。
【００１６】
上記の基体は、その辺長がそれぞれ０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にある設置面を備えてよい。ここで設置面とは、その面法線が上記の基体の積層方向に対し平行となっている面を表している。たとえばこの設置面の辺長は、０．７ｍｍ〜１．５ｍｍとなっていてよい。このデバイスは０６０３サイズのデバイス、０４０２サイズのデバイス、０２０１サイズのデバイス、または０１００５サイズのデバイスであってよい。これらの仕様は、本願出願日で有効な版のＥＩＡ規格によるデバイスの寸法の定義である。たとえばコード０１００５は、このデバイスが０．４ｍｍの長さおよび０．２ｍｍの幅を有することを示している。
【００１７】
過電圧保護デバイスは、表面取り付け用のデバイス、いわゆる表面実装デバイス（ＳＭＤ）であってよい。これに応じて、この過電圧保護デバイスは、１つの配線基板上にはんだ付けされるようになっていてよい。さらにこの過電圧保護デバイスは、はんだ付け可能な接続面（複数）を備えてよく、これらの接続面は、たとえば上記の外部電極（複数）から形成することができる。
【００１８】
さらにこれらの外部電極は、１つの電気メッキ層を備えてよい。この電気メッキ層は、外部メタライジング部の焼成の後の電気メッキ処理において取り付けることができる。
【００１９】
本発明のもう１つの態様は、過電圧保護デバイスを製造するための方法に関する。ここでこの過電圧保護デバイスは、上記の過電圧保護デバイスであってよい。これに応じて、上記の過電圧保護デバイスに関連して開示されたいかなる構造的または機能的特徴も本方法に当てはまるものである。この逆に、この方法に関して開示された機能的および構造的特徴に関する全ては、上記の過電圧保護デバイスにも当てはまり得るものである。
【００２０】
本方法は、以下の処理ステップを備える。
−１つの基体を作製するステップであって、この基体は、２つのセラミック層の間に配設されている少なくとも１つの内部電極を備え、ここでこの少なくとも１つの内部電極が、この基体の側面（複数）に達しているステップ。
−上記の基体の少なくとも１つの側面上で上記の少なくとも１つの内部電極をエッチングするステップであって、こうして上記の基体のこの少なくとも１つの側面と上記の内部電極との間に１つの空洞が形成されるステップ。
−上記の基体の互いに反対側にある２つの側面上に、２つの外部電極を取り付けるステップ。
【００２１】
ここで上記のステップ（複数）は、好ましくはここに示す順序で実施されてよい。上記の２つの外部電極の取り付けによって、上記の空洞は封止することができる。
【００２２】
上記の少なくとも１つの内部電極のエッチングによって、上記の空洞を簡単に作ることができる。さらにこのエッチングは、この空洞を高い精度で所望の深さで作ることを可能とする。
【００２３】
上記の方法は、上記の空洞を１つのガスで充填するステップをさらに備えてよい。このガスは上記の外部電極の焼成の際に封止されるプロセスガスであってよい。銀から成る外部電極を使用する場合には、その焼成は、還元雰囲気下で行われなければならず、たとえば窒素雰囲気下で行われる。この焼成は、還元雰囲気下、たとえば窒素雰囲気下で行われるが、これは上記の内部電極が同またはタングステンを含み得るからであり、そしてこれらの材料は還元雰囲気を必要とするからである。上記の少なくとも１つの内部電極は、上記の基体の２つの互いに反対側にある側面上でエッチングすることができる。代替として、上記の内部電極は、上記の基体の１つの側面上でのみエッチングすることもできる。
【００２４】
上記の方法は、上記の基体を焼結するステップをさらにさらに備えてよく、ここでこのステップは上記の内部電極のエッチングの前に実施される。
【００２５】
上記の内部電極のエッチングのステップ用に、１つのエッチング溶液が用いられてよく、このエッチング溶液は、過硫酸ナトリウム，硫酸，または塩化鉄（ｉｉｉ）をベースにしたエッチング溶液である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
以下では、図を参照して、本発明を詳細に説明する。
【図１】１つの第１の実施形態例による、１つの過電圧保護デバイスを示す。
【図２】１つの第２の実施形態例による、１つの過電圧保護デバイスを示す。
【図３】１つの製造方法の途中の１つの過電圧保護デバイスを示す。
【図４】この製造方法の後の時点での過電圧保護デバイスを示す。
【図５】この製造方法のさらに後の時点での過電圧保護デバイスを示す。
【図６】１つの代替の方法の形態における過電圧保護デバイスを示す。
【００２７】
図１は、１つの第１の実施形態例による、１つの過電圧保護デバイス１を示す。この過電圧保護デバイス１は、１つの基体２を備える。この基体２は２つのセラミック層３を備える。さらにこの基体２は、１つの内部電極４を備え、この内部電極は、上記の２つのセラミック層３の間に積層方向Ｓに配設されている。
【００２８】
この基体２は、１つの第１の側面５および１つの第２の側面６を備え、ここでこの第２の側面６は、この第１の側面５の反対側にある。この基体２の第１の側面５上には、１つの第１の外部電極７が配設されている。この第１の外部電極７は、この第１の側面５を完全に覆っており、さらにこの基体２の上面８および下面９をそれぞれ部分的に覆っている。この基体２の第２の側面６上には、１つの第２の外部電極１０が配設されている。この第２の外部電極１０は、この第２の側面６を完全に覆っており、そしてまたこの基体２の上面８および下面９をそれぞれ部分的に覆っている。
【００２９】
第１および第２の側面５，６は、それぞれこれらの面法線が上記の積層方向Ｓに対し垂直となるように設けられている。上面８および下面９は、これらの面法線が上記の積層方向Ｓに対し平行となるように設けられている。この上面８およびこの下面９は、上記の内部電極４に対し平行となっている。
【００３０】
内部電極４は、基体２の第１の側面５に対して後退している。これに対応して、１つの空洞１１が第１の外部電極７と内部電極４との間に形成されている。この空洞１１は、１つのガスで充填されている。
【００３１】
さらにこの内部電極４は、第２の側面６に対しても後退しており、こうして第２の外部電極１０とこの内部電極４との間にも同様に空洞１１が形成されている。この空洞１１も、１つのガスで充填されている。
【００３２】
上記の過電圧保護デバイス１は、具体的には避雷器として使用することができる。こうしてこのデバイスは、過電圧の場合に短絡スイッチとして用いられる。この過電圧保護デバイス１は、これに回路接続されている回路構成体に対する過電圧保護を可能とする。
【００３３】
この過電圧保護デバイスにおける短絡は、上記のガス充填された空洞１１に形成されている１つのスパークギャップによって実現することができる。第１の外部電極７および第２の外部電極１０は、それぞれこれらに割り当てられる回路構成体と回路接続されていてよい。これに対応して、この第１の外部電極７およびこの第２の外部電極１０には、それぞれ１つの電位が印加されてよい。内部電極４はいわゆる浮遊電極として使用することができ、こうしてこの電極には電位は全く印加されない。
【００３４】
上記の空洞１１に配設されたガスは当初絶縁性として作用する。しかしながら外部電極７，１０の内の１つと内部電極４との間の電位差が、絶縁破壊電圧を越えると、これよりこのガスはイオン化され、そしてスパークギャップを形成し、このスパークギャップを介して、それぞれの外部電極７，１０が内部電極４と電気的に導通して接続される。これらの外部電極７，１０のそれぞれ他の１つとこの内部電極４との間の電位差も絶縁破壊電圧より大きくなると、これよりそれぞれべつの空洞１１におけるこのガスもイオン化され、そしてもう１つのスパークギャップを形成する。この時点でこれら２つの外部電極７，１０は、これらのスパークギャップおよびこの内部電極４を介して電気的に導通して互いに接続され得る。以上により、短絡が生じ得る。
【００３５】
上記の絶縁破壊電圧は、内部電極４と２つの外部電極７，１０との間の距離、および用いられる充填ガスおよびその充填圧によって決定される。上記の絶縁破壊電圧は、パッシェンの法則を用いて計算することができる。この過電圧保護デバイス１は、１００Ｖ以上の絶縁破壊電圧用に設計することができる。
【００３６】
この内部電極４は、銅を含んでよく、または銅から成っていてよい。代替として、この内部電極４は、タングステンを含んでよく、またはタングステンから成っていてよい。図１に示す過電圧保護デバイス１では、外部電極７，１０は、内部電極４と直接接続されていない。このためこれらの外部電極７，１０用に、内部電極用の材料と異なる材料を使用することができる。これらの外部電極７，１０は、たとえば銀を含んでよい。
【００３７】
図２は、１つの第２の実施形態例による、１つの過電圧保護デバイス１を示す。この第２の実施形態による過電圧保護デバイス１は、１つの空洞１１が、内部電極４と第１の外部電極７との間にのみ設けられていることが、図１に示す過電圧保護デバイス１とは異なっている。内部電極４は、基体２の第２の側面６まで引き出されており、そしてこれに対応して第２の外部電極１０に接している。この第２の外部電極１０およびこの内部電極４は、電気的に互いに接続されている。このためこの内部電極４は、浮遊電極として使用されない。その代り、この内部電極４には、第２の外部電極と同じ電位が印加される。
【００３８】
上記の第２の実施形態例による過電圧保護素子１は、小さな限界電圧を特徴とする。上記のスパークギャップは、２つの外部電極７，１０を互いに短絡するためには、ここではただ１つの空洞１１を乗り越えなければならない。このためこのデバイスは、既に上記の第１の実施形態例よりも小さな電圧で、動作可能である。
【００３９】
この第２の実施形態例では、好ましくは、内部電極４と同じ材料を含む外部電極７，１０が用いられてよい。ここでこの内部電極４およびこれらの外部電極７，１０は、たとえば銅を含む。
【００４０】
以下では、図３〜５を参照して、上記の第１の実施形態例による過電圧保護デバイス１を製造するための方法が説明される。
【００４１】
図３は、１つの印刷されたグリーンシート１２を示し、このグリーンシートから複数の過電圧保護デバイス１が作製される。この際このグリーンシート１２から後に基体２のセラミック層３が作製される。このグリーンシート１２上には、導電性の材料１３の帯状体（複数）が印刷され、これらから過電圧保護デバイス１の内部電極４が作製される。この材料１３は、銅ペーストであってよい。
【００４２】
過電圧保護デバイス１が故障するまでの絶縁破壊の回数を大きくするために、２つのセラミック層の間に配設された単一の内部電極４の代わりに、隣り合う複数の細い内部電極４を用いることもできる。この場合、銅ペーストから成る１つの帯状体の代わりに、銅ペーストの複数の細い帯状体が塗布されるであろう。しかしながら、このような過電圧保護デバイス１の構成は、このデバイス１の通電容量を低減し得る。
【００４３】
ここでこれらの印刷されたグリーンシート１２は、重なり合って積層される。グリーン状態の各々のデバイス１は、１つ以上の印刷されたシートを備えてよい。上記の第１の実施形態例による過電圧保護デバイスの作製のために、１つの印刷されたグリーンシートと１つの印刷されていないグリーンシートから成る１つの積層体が形成される。積層方向に重なり合って配設された複数の内部電極を有する１つの代替の過電圧保護デバイス１の作成のために、複数の印刷されたグリーンシートが重なり合って配設されてよい。
【００４４】
この積層の後に、印刷されたグリーンシート（複数）から成るこの積層体はプレスされる。次の方法ステップにおいて、これらのグリーンシート（複数）１２は、図３で点線で示す分離線１４に沿って個々に分離される。
【００４５】
続いてこの積層体は焼結され、そして場合によりラビングされる。図４は、これらの２つのステップの後の、１つの過電圧保護デバイス１を示す。
【００４６】
次のステップにおいて、基体２の少なくとも１つの側面５，６上で上記の内部電極（複数）４は、エッチングされ、こうしてこの基体２のこの少なくとも１つの側面５，６とこの内部電極４との間に１つの空洞１１が形成される。図５は、このステップの後の１つのデバイス１を示し、ここでは第１および第２の側面５，６の両面上で内部電極４がエッチングされている。ここでこのエッチングステップは、内部電極４の材料が除去されるように行われる。これによりこの過電圧保護デバイス１に空洞１１を形成するエッチング溝が形成される。このエッチングステップの持続時間および用いられるエッチング溶液に依存して、このエッチング溝の深さは所望の値に調整することができる。
【００４７】
内部電極４のエッチングのステップのために、上記のデバイスは、たとえば過流酸ナトリウム、硫酸、または塩化鉄（ｉｉｉ）ベースの溶液に曝露される。空洞１１の長さに対応するバックエッチングされた領域の長さは、たとえば５〜２０μｍであってよい。これは湿式化学エッチング処理であってよい。
【００４８】
次の方法ステップにおいては、ここで上記の外部電極７，１０が第１および第２の側面５，６に取り付けられる。これらの外部電極７，１０は、たとえば図４に示す積層体がメタライジングペーストに浸され、そして続いてこのメタライジングペーストが焼成されることによって生成することができる。さらに、このメタライジングペーストは、この外部電極上に電気メッキ層を生成するために電気メッキされてよい。
【００４９】
上記の外部電極７，１０を取り付けるステップにおいて、空洞１１が封止される。これに合わせて、この方法ステップにおいて、この空洞１１は上記のガスで充填されなければならない。こうして図１に示す過電圧保護デバイス１が生成される。
【００５０】
図６は、１つの代替のエッチング処理を実行した後の過電圧保護デバイス１を示し、このエッチング処理では、上記の内部電極４が上記の基体の第１の側面上でのみ選択的にエッチングされている。ここではこの基体の第２の側面６は、このエッチング処理の前にマスキングされている。たとえば基体２は、このエッチング処理の前に、その第２の側面６で保護レジストに浸されてよい。代替として、この基体２は、第１の側面５でのみエッチング溶液に浸されてよく、こうしてこの第２の側面６は、このエッチング溶液と接触することはなく、そしてこれに対応して内部電極４はこの第２の側面６でエッチングされない。こうしてこの内部電極４は、この第２の側面６と面一となっており、そして第１の側面５からバックエッチングされている。
【００５１】
図６に示す過電圧保護デバイスは、複数の重なり合って配設された内部電極４を備え、ここで２つの内部電極４の間には、それぞれ１つのセラミック層３が配設されている。
【符号の説明】
【００５２】
１  ：  過電圧保護デバイス
２  ：  基体
３  ：  セラミック層
４  ：  内部電極
５  ：  第１の側面
６  ：  第２の側面
７  ：  第１の外部電極
８  ：  上面
９  ：  下面
１０  ：  第２の外部電極
１１  ：  空洞
１２  ：  グリーンシート
１３  ：  導電性材料
１４  ：  分離線
Ｓ    ：  積層方向
【図１】
0006711904.tif 000002
【図２】
0006711904.tif 000003
【図３】
0006711904.tif 000004
【図４】
0006711904.tif 000005
【図５】
0006711904.tif 000006
【図６】
0006711904.tif 000007