(57)【要約】【課題】本発明は、より高い保護機能が得られる過電圧保護部品および過電圧保護部品用の過電圧保護材料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、過電圧保護部４が第１の放電電極２と第２の放電電極３との間に所定電圧以下の電圧が印加される通常状態では絶縁体の性質を有し、第１の放電電極２と第２の放電電極３との間に前記所定電圧より大きな過電圧が印加される状態では導通する性質を有するものであり、過電圧保護部４は絶縁性を有する樹脂と、絶縁性を有する無機化合物と、導電性粒子と、電圧非直線性抵抗体粒子との混合物により構成されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の放電電極と、
第２の放電電極と、
前記第１の放電電極と前記第２の放電電極との間に形成された過電圧保護部とを備え、
前記過電圧保護部は前記第１の放電電極と前記第２の放電電極との間に所定電圧以下の電圧が印加される通常状態では絶縁体の性質を有し、前記第１の放電電極と前記第２の放電電極との間に前記所定電圧より大きな過電圧が印加される状態では導通する性質を有するものであり、
前記過電圧保護部は絶縁性を有する樹脂と、導電性粒子と、電圧非直線性抵抗体粒子との混合物を含有した過電圧保護部品。
【請求項２】
前記電圧非直線性抵抗体粒子の過電圧保護部に対する割合は、１５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％である請求項１記載の過電圧保護部品。
【請求項３】
絶縁性を有する樹脂と、導電性粒子と、電圧非直線性抵抗体粒子との混合物を含有し、所定電圧以下の電圧が印加される通常状態では絶縁性を有し、前記所定電圧より大きな過電圧が印加される状態では導通する性質を有する過電圧保護部品用の過電圧保護材料。
【請求項４】
前記電圧非直線性抵抗体粒子の過電圧保護材料に対する割合は、１５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％である請求項３記載の過電圧保護部品用の過電圧保護材料。
【請求項５】
前記絶縁性を有する樹脂がシリコーン樹脂、前記導電性粒子がＬａＢ6、前記電圧非直線性抵抗体粒子がＺｎＯを主成分として粒界層にＳｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｒのうち少なくとも１つの酸化物を含有する材料を粉砕したものとした請求項３記載の過電圧保護部品用の過電圧保護材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気などの過電圧から電子部品や電子回路等を保護する過電圧保護部品および過電圧保護部品用の過電圧保護材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や電子回路を静電気などの過電圧から保護する方法として、保護したい電子部品等の入力または出力の端子とグランドとの間に過電圧保護部品を接続する方法が広く知られている。ここで、過電圧保護部品は、通常の使用状態においては絶縁体として機能し、過電圧が印加されると部品自体のインピーダンスが低下したり、過電圧保護部品内部で放電したりすることにより保護したい電子部品等に低電圧の電気を通すようにした部品である。
【０００３】
そのような過電圧保護部品は、一対の電極間に、通常は絶縁性を有し、過電圧が印加されるとその過電圧を通過させる過電圧保護材料を形成していた。
【０００４】
また、過電圧保護材料としては、表面に不動態層を形成した金属粒子を樹脂中に混練したものを使用していた。
【０００５】
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が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６５７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来の過電圧保護部品においては、過電圧保護部品によって静電気などの過電圧から保護される電子部品や電子回路に比較的大きな電圧が印加されたり、より高い電圧が印加されないと過電圧保護部品で放電されなかったりする可能性があるため、過電圧保護部品として高い保護機能が得られない場合があるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、より高い保護機能を有す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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、第１の放電電極と、第２の放電電極と、前記第１の放電電極と前記第２の放電電極との間に形成された過電圧保護部とを備え、前記過電圧保護部は前記第１の放電電極と前記第２の放電電極との間に所定電圧以下の電圧が印加される通常状態では絶縁体の性質を有し、前記第１の放電電極と前記第２の放電電極との間に前記所定電圧より大きな過電圧が印加される状態では導通する性質を有するものであり、前記過電圧保護部は絶縁性を有する樹脂と、導電性粒子と、電圧非直線性抵抗体粒子を含有している。また、前記電圧非直線性抵抗体粒子の過電圧保護部に対する割合を１５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％としている。
【発明の効果】
【００１０】
過電圧保護部に含有された電圧非直線性抵抗体粒子は、所定電圧以下では絶縁体であり高い抵抗値を有しているが、ある程度以上に電圧が高くなると急激に電気抵抗が低くなる性質を有しているため、過電圧が印加された場合は過電圧保護部の導電粒子に加えて電圧非直線性抵抗体粒子にも電流が流れることで保護される電子部品や電子回路に大きな電圧が印加されることはなく、また、比較的小さな電圧が印加されても過電圧保護部で放電し、この結果、より高い保護機能が得られ、また、電圧非直線性抵抗体粒子を含有せずに過電圧保護部の導電性粒子含有量を単純に増やした場合と比べて、過電圧が印加されない通常使用での絶縁性を高める効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の一例を示す正面断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。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一例を示す正面断面図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態の過電圧保護部品は、絶縁基板１と、第１の放電電極２と、第２の放電電極３と、過電圧保護部４と、保護層５と、裏面電極６、７と、端面電極８、９とを備える。絶縁基板１は電気的絶縁性と耐熱性を備えた基板で、アルミナからなる。第１の放電電極２および第２の放電電極３は、絶縁基板１上に形成された電極であり、互いにその先端部で対向して形成されている。第１の放電電極２および第２の放電電極３は、導体である。第１の放電電極２および第２の放電電極３の材質は、化学的な安定性を求めるならば金が好ましく、高い導電性を求めるならば銅などが好ましく、耐熱性を求めるならばタングステンなどの高融点材料を選択することができる。本実施の形態においては、第１の放電電極２および第２の放電電極３の材質はＣｕＮｉ合金を用いている。
【００１４】
第１の放電電極２および第２の放電電極３の製造方法は以下の通りである。まず、第１の放電電極２および第２の放電電極３を形成する位置および、この第１の放電電極２および第２の放電電極３間に、ＣｕＮｉ合金のペーストを印刷焼成する。その後に、レーザー光線を照射して第１の放電電極２および第２の放電電極３を分離させる。この第１の放電電極２および第２の放電電極３は、５μｍ〜１０μｍの厚みで形成される。第１の放電電極２および第２の放電電極３の厚みが薄いと、過酷な繰り返し放電試験により第１の放電電極２および第２の放電電極３のダメージが一箇所に集中しやすくなる。この場合、ダメージを受けた第１の放電電極２または第２の放電電極３の部分が溶融する恐れがある。しかし、第１の放電電極２および第２の放電電極３の厚みを厚くすることで、過酷な繰り返し放電試験によるダメージを分散することができる。その結果、第１の放電電極２および第２の放電電極３が溶融する恐れを低減することができる。また、第１の放電電極２と第２の放電電極３の距離は、６〜１０μｍにしている。この距離は、所謂ギャップ間距離と呼ばれるもので、短い方が放電開始電圧を下げることができる。このように、第１の放電電極２および第２の放電電極３を５μｍ〜１０μｍの厚みにすることで、第１の放電電極２および第２の放電電極３を印刷などの厚膜工法で形成することができる。
【００１５】
過電圧保護部４は第１の放電電極２および第２の放電電極３間に充填されるように形成されている。過電圧保護部４は、第１の放電電極２および第２の放電電極３間に所定電圧以下の電圧が印加される通常状態では絶縁体の性質を有する。また、過電圧保護部４は、第１の放電電極２および第２の放電電極３間に所定電圧より大きな過電圧が印加される状態では導通する性質を有する。ここで、上記所定電圧は、過電圧保護部４を構成する材料やその組成、あるいは、第１の放電電極２および第２の放電電極３間の距離などにより決定される電圧である。
【００１６】
保護層５は過電圧保護部４を覆い、過電圧保護部４を機械的衝撃や、湿気等から保護する。
【００１７】
裏面電極６および裏面電極７は、第１の放電電極２および第２の放電電極３が形成された絶縁基板１の上面に対向する面、即ち絶縁基板１の裏面に形成された電極である。
【００１８】
端面電極８は、第１の放電電極２および裏面電極６を電気的に接続するように、絶縁基板１の上面側の端部から絶縁基板１の側面を経て絶縁基板１の裏面側の端部まで形成された電極である。同様に、端面電極９は、第２の放電電極３および裏面電極７を電気的に接続するように、絶縁基板１の上面側の端部から絶縁基板１の側面を経て絶縁基板１の裏面側の端部まで形成された電極である。
【００１９】
端面電極８、９の表面にはＮｉめっきを行い、その後にＳｎめっきを行うことにより、めっき層（図示せず）が形成される。
【００２０】
ここで、過電圧保護部４について詳細に説明する。過電圧保護部４は絶縁性を有する樹脂と、絶縁性を有する無機化合物と、導電性粒子と、電圧非直線性抵抗体粒子との混合物からなる過電圧保護材料である。この樹脂としてはシリコーン樹脂を用いている。過電圧保護部４は、シリコーン樹脂中に導電性粒子と絶縁性を有する無機化合物と電圧非直線性抵抗体を分散させたものである。
【００２１】
絶縁性を有する無機化合物としては、絶縁性と熱伝導性に優れたＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2のような酸化物が適している。さらに高い熱伝導性が求められる場合には、無機化合物としてＡｌＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4のような非酸化物を用いても良い。なお、この絶縁性を有する無機化合物は無くてもよい。
【００２２】
導電性粒子としては、ＴｉＢ2粉、ＺｒＢ2粉、ＬａＢ6粉等のホウ化金属化合物粉を用いる。なお、ＬａＢ6粉を使用すれば、高絶縁抵抗を実現できる。
【００２３】
電圧非直線性抵抗体粒子は、電圧が低い場合には電気抵抗が高いが、ある程度以上に電圧が高くなると急激に電気抵抗が低くなる性質を持つ、いわゆるバリスタ粒子である。この電圧非直線性抵抗体粒子としては、ＺｎＯを主成分として粒界層にＳｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｃｒのうち少なくとも１つの酸化物を含有する材料、例えば、一般式（１−ｘ）ＺｎＯ＋ｘ〔Ｓｒ（１−ｙ）Ｍｙ〕（１−ａ）〔Ｃｏ（１−ｚ）Ｃｒｚ〕（１＋ａ）Ｏ3で表した時、ＭはＣａおよびＢａの少なくとも１種であり、ｘ、ｙ、ｚおよびａはモル比を表し、０．０００５≦ｘ≦０．１０、０≦ｙ≦０．８、０≦ｚ≦０．８および−０．１≦ａ≦０．２である電圧非直線性抵抗体組成物を使用する。そして、このような組成物を熱処理して得られた焼結体を粉砕して形成する。なお、上記材料は、低バリスタ電圧、低静電容量化を実現できる。
【００２４】
上記のような構成の過電圧保護部品の動作について、以下、説明する。
【００２５】
過電圧保護部品の第１の放電電極２を保護したい電子回路の入力側に、第２の放電電極３をグランド側に電気的に接続する。過電圧が印加されない通常時は過電圧保護部４は絶縁体として機能するので、第１の放電電極２から第２の放電電極３へ電流は流れず、電気信号等は電子回路の入力側に流れる。
【００２６】
このような接続方法において、電子回路の入力側に静電気などの過電圧が印加された時には、第１の放電電極２の電位も上昇してグランドの電位である第２の放電電極３との間で過電圧が印加された状態になる。この時、過電圧保護部４は導体として電気を通すので、過電圧に起因する電流は、保護したい電子回路の入力側に流れず、第１の放電電極２から過電圧保護部４を通って第２の放電電極３へ流れる。これにより、電子回路を過電圧から保護することができる。
【００２７】
以下、過電圧保護部４の導電性粒子、電圧非直線性抵抗体粒子、絶縁性無機化合物、絶縁性樹脂の含有率の異なる過電圧保護部品の評価結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
ここで、過電圧保護部４については導電性粒子としてＬａＢ6、電圧非直線性抵抗体粒子としてＺｎＯを主成分とした材料、絶縁性無機化合物としてＡｌ2Ｏ3、絶縁性樹脂としてシリコーン樹脂を使用した。なお、絶縁性樹脂の含有率が少なくなると過電圧保護材料をスクリーン印刷で形成できないため、含有率の下限となる４０ｖｏｌ％とした。
【００３０】
特性についてはピーク電圧、放電開始電圧、ＥＳＤ破壊の有無の３つを評価した。ピーク電圧はＩＥＣ６１０００−４−２に基づき８ｋＶの接触放電にて静電気を印加した際の抑制電圧波形の最大値であり、３００Ｖを超えるものを静電気抑制特性が不十分（△）、３００Ｖ未満を良好（○）、２００Ｖ未満を非常に良好（◎）と判定した。放電開始電圧はＩＥＣ６１０００−４−２に基づき接触放電にて０．４ｋＶから０．２ｋＶ間隔で電圧値を増加させた際に観測される抑制電圧波形において静電気抑制効果が現れた電圧であり、２ｋＶを超えると不十分（△）、２ｋＶ以下を良好（○）、１．５ｋＶ以下を非常に良好（◎）とした。ＥＳＤ破壊についてはＩＥＣ６１０００−４−２に基づき接触放電８ｋＶを各１０回印加後の絶縁抵抗が１ＭΩ未満の場合を不良（×）と判定した。表１において試料番号に＊を付したものは本発明の範囲外の比較例である。
【００３１】
電圧非直線性抵抗体粒子を含有しない試料番号１と比較して電圧非直線性抵抗体粒子を含有した試料番号２、３はピーク電圧、放電開始電圧が低下している。しかし、電圧非直線性抵抗体粒子の含有率を４５ｖｏｌ％まで増やした試料番号４は導電性粒子の含有率を２０ｖｏｌ％から１５ｖｏｌ％に減らしたことでピーク電圧、放電開始電圧が高くなった。
【００３２】
電圧非直線抵抗体粒子を含有せずに導電性粒子の含有率を高くした試料番号８はピーク電圧、放電開始電圧は非常に良好であるもののＥＳＤ印加後の絶縁抵抗が低下しＥＳＤ破壊不良が発生したのに対して、試料番号５、６の本発明の実施範囲ではＥＳＤ破壊不良を起こすことなく試料番号８の同等以上のピーク電圧、放電開始電圧を確保できている。また、試料番号８より導電性粒子の含有量を減らした資料番号７でも、試料番号５、６よりピーク電圧、放電開始電圧が高く、電圧非直線抵抗体粒子を含有する必要があることが分かる。
【００３３】
以上のことから、電子回路を過電圧から保護するには、過電圧保護材料中の電圧非直線性抵抗体粒子の含有率は１５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％が好ましい。過電圧保護材料中の電圧非直線性抵抗体粒子の含有率が上記含有率よりも少ない場合は、過電圧が印加されても、過電圧に起因する電流は、第１の放電電極２から過電圧保護部４を通って第２の放電電極３へ流れにくくなる。また、過電圧保護材料中の電圧非直線性抵抗体粒子の含有率が上記含有率よりも多い場合は導電性粒子の含有率を減らす必要があり、過電圧印加時の導電性は電圧非直線性抵抗体粒子よりも導電性粒子の方が高いために過電圧に起因する電流が第１の放電電極２から過電圧保護部４を通って第２の放電電極３へ流れにくくなる。
【００３４】
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は、過電圧保護部４に含有された電圧非直線性抵抗体粒子は、ある程度以上に電圧が高くなると急激に電気抵抗が低くなるため、過電圧に起因する電流は、保護したい電子部品等の入力側には流れず、第１の放電電極２から過電圧保護部４を通って第２の放電電極３へ流れ、この結果、保護したい電子部品等へは非常に低い電圧の電気しか通らず、これにより、保護される電子部品や電子回路に大きな電圧が印加されることはなく、また、比較的小さな電圧が印加されても過電圧保護部４で放電し、この結果、より高い保護機能が得られるという効果が得られる。
【００３５】
そして、過電圧保護部４に含有された電圧非直線性抵抗体粒子は、電圧が低い場合には電気抵抗が高く絶縁性を有するため、過電圧が印加されない通常時は、第１の放電電極２から第２の放電電極３へ電流は流れず、電気信号等は電子回路の入力側に流れる。
【００３６】
なお、過電圧保護部品としては、図１の構成に限定されるものではなく、別の構成であってもよく、例えば、第１の放電電極２と第２の放電電極３とがそれぞれの先端部で互いに対向するのではなく、それぞれの面方向で互いに対向させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る過電圧保護部品および過電圧保護部品用の過電圧保護材料は、より高い保護機能が得られるという効果を有するものであり、特に静電気などの過電圧から電子部品や電子回路等を保護する過電圧保護部品等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１    絶縁基板
２    第１の放電電極
３    第２の放電電極
４    過電圧保護部
【図１】
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