(57)【要約】  本発明は、第１の電極（１）と第２の電極（２）とを有する過電圧保護素子（１０）に関する。また、前記過電圧保護素子（１０）は、前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）の間に配置された放電領域（６）を有する。多孔質の放電性誘電体（３）が放電領域（６）に配置され、前記過電圧保護素子（１０）は、前記放電性誘電体（３）の細孔（７）からガスが放出されることにより、前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）の間に導電結合が形成されるよう構成されている。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
・第１の電極（１）及び第２の電極（２）と、
・前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）の間に配置された放電領域（６）と、
を備える過電圧保護素子（１０）であって、
前記放電領域（６）には、多孔質の放電性誘電体（３）が配置され、前記過電圧保護素子（１０）は、前記放電性誘電体（３）の細孔（７）からガスを放出することにより、前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）の間に導電接続を形成するように形成されている、過電圧保護素子（１０）。
【請求項２】
前記放電領域（６）が、５μｍから５０μｍの厚さを有する、請求項１に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項３】
前記放電性誘電体（３）が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び／又は酸化マグネシウムを含み、或いはこれらの材料の１又は複数からなる、請求項１又は２に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項４】
結合領域（５）が設けられ、当該結合領域（５）には、結合性誘電体（４）が配置され、その上下に、前記第１及び第２の電極（１、２）が、相互に機械的に強固に結合している、請求項１から３のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項５】
前記結合性誘電体（４）が、前記第１及び第２の電極（１、２）の間に設けられた空隙に少なくとも部分的に設けられた、請求項４に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項６】
前記結合性誘電体（４）が、前記放電性誘電体（３）より、前記第１及び第２の電極（１、２）と機械的に安定に結合している、請求項４又は５に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項７】
前記放電領域（６）と前記結合領域（５）とが隣接して配置されている、請求項４から６のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項８】
前記過電圧保護素子（１０）を上から見たときに、前記結合領域（５）が前記放電領域（６）を取り囲んでいる、請求項４から７のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項９】
前記放電性誘電体（３）が、結合性誘電体（４）よりも大きなポロシティを有する、請求項４から８のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項１０】
前記結合性誘電体（４）及び前記放電性誘電体（３）が、共通の誘電材料（３、４）の異なる物質相によって形成されている、請求項４から９のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項１１】
前記放電性誘電体（３）及び前記結合性誘電体（４）が、異なる材料からなる２つの異なる成分によって形成されている、請求項４から９のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項１２】
前記第１の電極（１）が、膜厚１０μｍから１００μｍの銅箔である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項１３】
表面実装可能に構成された、請求項１から１０のいずれか１項に記載の過電圧保護素子（１０）。
【請求項１４】
過電圧保護素子（１０）の製造方法であって、
・前記過電圧保護素子（１０）用の第１の電極（１）を用意する工程と、
・前記第１の電極（１）に、放電性誘電体（３）の原料を塗布する工程と、
・前記原料が塗布された第１の電極（１）に結合性誘電体（４）の結合材料を塗布する工程と、
・前記原料が塗布された第１の電極（１）に第２の電極（２）を取付けて、基板を形成する工程と、
・前記結合材料が、前記第１及び第２の電極（１、２）と共に焼結され、結合性誘電体（４）が形成され、前記原料から放電性誘電体（３）が形成され、当該放電性誘電体（３）が多孔質となるように選択された温度に前記基板を曝露する工程と、
を備える、製造方法。
【請求項１５】
前記温度が銅の融点よりも低い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の電極（１）に前記原料を塗布するために、これらに構造を付与する、請求項１４又は１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記結合材料が前記原料の近傍に配置される、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の電極（１）の広い範囲に前記原料が塗布され、前記原料の範囲に前記結合材料が存在しないままであるように、前記結合材料を前記原料上にせり上がらせ、温度を５００℃から１０５０℃に保持する請求項１４から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
前記温度に曝露している間に、前記結合材料が前記原料内に拡散し、それにより前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）との間の機械的安定性が付与される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電圧保護素子及び過電圧保護素子の製造方法に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
解決すべき課題は、特に、コンパクトで、低コストで、かつ／又はコスト効果が高い製造可能な改良された過電圧保護素子、及び／又は改良された過電圧保護部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
この課題は、独立請求項の特徴によって達成される。有利な改良及び発展は、従属請求項の主題である。
【０００４】
本発明の過電圧保護素子は、第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置された放電領域とを有し、前記放電領域には、多孔質の放電性誘電体が配置されている。第１の電極は、過電圧保護素子の安定化部材を形成していてもよい。過電圧保護素子は、さらに、多孔質の放電性誘電体の細孔からガスが放出されることにより、第１の電極と第２の電極の間に導電結合が形成されるように形成されている。放電性誘電体は、好ましくは、第１の電極を第２の電極から電気的に絶縁させ、及びその逆のために用いられる。有利には、過電圧保護素子は、高さが通常１００μｍ未満、好ましくは５０μｍ未満の低い構造で製造可能であり、或いは製造される。さらに、或いはそのようにして、本発明の過電圧保護素子は、例えば高周波用途に使用するために、静電容量が非常に小さくなるように設計することが可能になる。また、有利な点として、高価な貴金属電極の代わりに、銅箔又はスクリーン印刷した銅（Ｃｕ）電極を主要な構成部品として用いることができる。
【０００５】
過電圧保護素子は、好ましくは、大気放電又はバリア放電を行わせることにより、電子機器等を過電圧から保護する。放電は、好ましくは誘電体バリア放電であり、ガスは、好ましくは、空気又はＮ２及びＨ２の混合ガスである。更に、多孔質の放電性誘電体の細孔は、放電ギャップとして作用する。
【０００６】
多孔質の放電性誘電体の細孔内での放電により、好ましくは、空気等から自由電子及び／又はイオン化ガス分子が生成し、これが、２つの電極に印加された電圧が過電圧を超えた場合に、２つの電極間を導通させる。導電結合は、好ましくは、特に大電流を導通させることができる。
【０００７】
例えば、過電圧保護素子が、機器を保護するために、破壊又は損傷を受ける所定のしきい値を超えた場合を、上述の過電圧と定めることができる。このような過電圧は、好ましくは、過電圧保護素子が作動中に、アースに逃がすことができる。
【０００８】
ある実施形態において、放電性誘電体は、低い誘電率を有している。この構成により、静電容量、特に寄生容量は、過電圧保護素子の動作中、抑制され、又は低く抑えられる。
【０００９】
ある実施形態において、第１の電極及び第２の電極は、卑金属からなるものである。この実施形態は、電極材料として高価な貴金属材料を用いなくてよいという利点を有している。
【００１０】
ある実施形態において、第１の電極及び第２の電極は、銅（Ｃｕ）からなるものである。この実施形態により、過電圧保護素子の動作時に、高い電気伝導率及び熱伝導率を有するという利点をもたらすことができる。
【００１１】
ある実施形態において、放電領域、すなわち放電性誘電体が、５μｍから５０μｍの厚さを有する。
【００１２】
ある実施形態において、過電圧保護素子は、３０μｍから１００μｍの素子の厚さを示す。
【００１３】
上述の２つの実施形態は、特に高さにおいて、過電圧保護素子をコンパクトにできる点において有利である。これによって、コスト及び空間効率に有効な小型化をも達成できる。更に、高さを抑えることにより、基板にマウントされた、保護対象となる機器の下に配置したり、或いは基板と一体化したりすることにより、機器の省スペース化の可能性がもたらされる。
【００１４】
ある実施形態において、放電性誘電体は、ＺｒＯ２等の酸化ジルコニウム、Ａｌ２Ｏ３等の酸化アルミニウム及び／又はＭｇＯ等の酸化マグネシウムを含み、或いはこれらの物質の１又は複数からなる。酸化ジルコニウムは、誘電率が低く、上述の寄生容量が低くなる点において、過電圧保護素子の動作時に、特に電子機器等の機器を過電圧から保護できる点との関連において有利である。
【００１５】
ある実施形態において、過電圧保護素子は結合領域を有しており、該結合領域には結合性誘電体が配置されており、その上に、第１及び第２の電極が、相互に機械的に安定に結合している。結合性誘電体は、便宜上、第１及び第２の電極間を電気的に絶縁することも兼ねて設けられており、好ましくは、誘電率が低く、好ましくは上に示すような値を有する。
【００１６】
結合性誘電体を配置することにより、過電圧保護素子の結合領域の機械的安定性、特に第１及び第２の電極間の機械的安定性及び密着性を達成し、或いはもたらすことができる。
【００１７】
ある実施形態において、第１及び第２の電極間の隙間に少なくとも部分的に、結合性誘電体が配置されている。本実施形態により、有利に結合領域を形成することができ、それにより、過電圧保護素子において、第１及び第２の電極間の機械的安定性をもたらすことができる。
【００１８】
ある実施形態において、結合性誘電体は、放電性誘電体より、第１及び第２の電極と機械的に安定に結合している。このような結合は、誘電体材料と電極材料との焼結による結合等の標準的な結合と関連づけられる。
【００１９】
ある実施形態において、放電領域及び結合領域が隣接するように配置されている。この様な構成は、過電圧保護素子の薄膜構造等の、コンパクトな構造を可能にする点において有利である。さらに、この様な構成は、共通の、或いは同様な誘電体を、過電圧保護素子の結合性誘電体及び放電性誘電体として用い、又は作用させることができる点において有利である。
【００２０】
ある実施形態において、結合領域は、過電圧保護素子を上面から見た場合、放電領域を取り囲んでいる。この様な構成により、放電領域の周囲の機械的に安定な結合及び／又は過電圧保護素子の機械的安定性をもたらすことができる点で有利である。
【００２１】
好ましい実施形態において、放電性誘電体は、結合性誘電体よりも大きなポロシティを有している。本実施形態により、放電領域及び結合領域を介した機械的安定性又は結合をもたらすことができる点で有利である。換言すると、放電領域のポロシティを大きくすることにより、放電性誘電体の細孔からガスを放出させることができ、結合性誘電体のポロシティを小さくし、かつ／又は、例えば、それに伴い密度を大きくすることにより、第１及び第２の電極間の機械的安定性及び／又は過電圧保護素子の機械的安定性をもたらすことができる。
【００２２】
ある実施形態において、放電性誘電体及び結合性誘電体は、例えば、誘電体等の、異なる材料からなる２つの異なる、かつ／又は別個の成分又は物質によって形成されている。本実施形態によると、放電性誘電体及び結合性誘電体の材料は、好ましくは結合していない。その代わりに、好ましくは、放電性誘電体と結合性誘電体の材料の異なる相間に、明確な層転位が存在する。この場合における物質相は、好ましくは凝集状態にはない。
【００２３】
本実施形態によると、結合性誘電体及び放電性誘電体を、好ましくは、例えば、過電圧保護素子の製造時に、個別にかつ／又は連続的に製造することができる。
【００２４】
ある実施形態において、第１及び第２の電極間の結合性誘電体は、少なくとも部分的に放電性誘電体と重なり合っている。本実施形態により、第１の電極と結合性誘電体のみによって、過電圧保護素子の機械的安定性をもたらすことができる。
【００２５】
ある実施形態において、結合性誘電体及び放電性誘電体が、共通の誘電材料の異なる物質相によって形成されている。本実施形態によると、前記物質相は、連続的に転位していてもよい。好ましくは、本実施形態によると、結合性誘電体及び放電性誘電体は互いに密接に関連し、又は互いに緊密に結合している。
【００２６】
ある実施形態において、第１の電極は、厚さ１０μｍから１００μｍの銅層である。本実施形態によると、第１の電極が過電圧保護素子の補強材として作用する点において有利である。
【００２７】
ある実施形態において、第１の電極は過電圧保護素子の補強材を形成している。この構成によると、別個の基板上に過電圧保護素子を形成でき、過電圧保護素子、特にその厚さを小さくすることができる点において有利である。
【００２８】
他の実施形態において、過電圧保護素子は、補強材としてセラミックスの薄膜を有しており、第１の電極はその上に形成され又は配置されている。本実施形態により、表面実装可能な過電圧保護素子の構造が可能になる点において有利である。
【００２９】
ある実施形態において、第１及び第２の電極はパターン状に成形されており、過電圧保護素子は表面実装可能に構成されている。本実施形態によると、プリント基板又は電子回路上に、過電圧保護素子を、具体的にははんだづけにより直接実装可能になる点において有利である。
【００３０】
本発明の他の態様は、上述の過電圧保護素子が複数個並列に配置された過電圧保護装置に関する。本実施形態によると、過電圧保護素子は、好ましくは、互いに隣接し、かつ／又はストリップ状に、又は同一平面上に、或いは同一表面上に配置され、かつ／又は製造されている。更に、本実施形態によると、例えば、過電圧保護素子の基板を電子モジュールと一体化することが可能になり、或いは電子機器を簡素化できる。
【００３１】
過電圧保護装置のある実施形態において、過電圧保護素子は、過電圧保護装置内で積層され、多層実装されている。本実施形態によると、装置の電流容量を大きくできる点において有利であり、かつ／又は過電圧保護装置の耐電流値を向上できる点において有利である。
【００３２】
本発明の他の態様は、上述の過電圧保護素子を少なくとも１つ有し、電子機器を過電圧から保護するために、この過電圧保護素子が組み込まれるように構成された電子部品に関する。
【００３３】
本発明の他の態様は、過電圧保護素子の製造方法に関する。本方法は、過電圧保護素子用の第１の電極を用意する工程と、第１の電極に放電性誘電体の原料を塗布する工程と、原料が塗布された第１の電極に結合性誘電体の結合材料を塗布する工程を有している。該方法は更に、原料が塗布された第１の電極に第２の電極を取付け、基板を形成する工程を有している。好ましくは、第１の電極に第２の電極を取り付ける前に、結合材料が塗布される。該方法は更に、結合材料が、第１及び第２の電極と共に焼結され、結合性誘電体が形成され、原料から放電性誘電体が形成され、多孔質となるよう選択された温度に基板を曝露する工程を有している。好ましくは、焼結の間に、過電圧保護素子における第１及び第２の電極間の機械的安定性及び機械的な強固さが形成される。
【００３４】
結合材料及び原料は、好ましくは両者とも焼結されていない材料である。原料及び結合材料は、共に、例えば、セラミックス粉末を含有している。好ましくは、これらの材料は、原料よりも結合材料の方が、当該温度において、より効果的に、良好に、或いは高密度に焼結され、過電圧保護素子の機械的安定性を発現できるように選択される。
【００３５】
所定の温度、例えば焼結温度に基板を曝露した後、放電性誘電体内に、放出されるガスを充填するための放電性誘電体の細孔として作用する、上述のような細孔が残ることが有利である。
【００３６】
ある実施形態において、該方法において、温度は銅の融点未満である。本実施形態は、銅電極を用いる場合において、過電圧保護素子の製造中に電極の融解を回避できる点において特に有利である。
【００３７】
ある方法の実施形態において、温度が５００℃から１０５０℃に達する。
【００３８】
方法のある実施形態において、不活性ガス雰囲気下で基板を所定の温度に曝露する。この実施形態によると、特に、第１及び第２の電極の酸化を防止できる。第１及び／又は第２の電極が銅製の場合、銅が酸化され電極が使用不能になること及びそれに伴い過電圧保護素子の機能が制限又は阻害されることを防止できる。
【００３９】
第１の電極に原料を塗布する方法のある実施形態において、原料はパターン状に塗布される。上述のとおり、本実施形態によると、原料を、過電圧保護素子又は過電圧保護装置の表面等の所定の領域にのみ塗布することが可能になる。
【００４０】
第１の電極に結合材料を塗布する方法のある実施形態において、結合材料はパターン状に塗布される。本実施形態によると、結合性誘電体を、過電圧保護素子又は過電圧保護装置の表面等の所定の領域、特に結合領域にのみ塗布することが可能になる。
【００４１】
方法のある実施形態によると、結合材料は原料に隣接して塗布される。第１の電極上に両材料を塗布する場合において、結合材料を、上述のように、例えば、同一の層上に、好ましくは両者が少なくとも部分的に互いに重なり合い、原料と完全に隣接するように塗布されていてもよい。
【００４２】
方法のある実施形態において、第１の電極の広い範囲に原料が塗布され、結合材料は原料の上にせり上がるが、原料の領域には材料が塗布されていないままである。結合材料が塗布されていない領域は、好ましくは放電性誘電体を形成する。本実施形態によると、焼結時に、基板を上述の温度に曝露することにより、過電圧保護素子の機械的安定性を向上できるように結合材料を好適に選択できる。
【００４３】
ある実施形態において、温度は、５００℃から１０５０℃である。
【００４４】
方法のある実施形態において、結合材料は当該温度への曝露の間に原料に拡散し、第１及び第２の電極間の機械的安定性が付与される。
【００４５】
方法のある実施形態において、原料及び結合材料は、第１の電極上にスクリーン印刷される。
【００４６】
方法のある実施形態において、第１の電極はドローイングフィルムにより形成される。
【００４７】
本発明の他の態様は、上述の過電圧保護素子が複数個並列に配置された過電圧保護装置の製造方法に関する。個々の過電圧保護素子は、好ましくは、上述の個々の過電圧保護素子の製造方法を同様に過電圧保護装置の製造に適用できるように、同時に製造される。
【００４８】
上述した方法のある実施形態において、過電圧保護装置は、個々の過電圧保護素子に、基板の当該温度への曝露後に分離される。
【００４９】
過電圧保護素子及び／又は過電圧保護装置は、好ましくは、ここで説明した方法、により製作又は製造され、特に過電圧保護素子及び／又は過電圧保護装置について、明らかにされたもの及びそうでない全ての特徴を備えている。
【００５０】
本発明の更なる利点、有利な特徴および利点を、図面と関連づけられた以下の実施形態の説明により、明確に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】過電圧保護素子の概略断面図及び概略側面図を示す。
【図１Ｂ】過電圧保護素子の平面図を示す。
【図１Ｃ】図１Ｂに示した過電圧保護素子の一部分の拡大顕微断面図を示す。
【図２Ａ】過電圧保護装置の概略平面図を示す。
【図２Ｂ】図２Ａに示した過電圧保護装置の概略側面図を示す。
【図２Ｃ】過電圧保護装置の顕微上面図を示す。
【図３Ａ】図１Ａ、１Ｂ及び／又は１Ｃの過電圧保護素子のスイッチ挙動の一例を示す図である。
【図３Ｂ】図１Ａ、１Ｂ及び／又は１Ｃの過電圧保護素子の矩形波パルスに対する応答の一例を示す。
【図４】例えば、図２Ａ及び／又は図２Ｂの過電圧保護装置の概略側面図又は断面図を示す。
【図５】図４の変形例に係る過電圧保護装置の概略側面図又は断面図を示す。
【図６】他の変形例に係る過電圧保護素子の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
同一の、同様の又は同一の作用を示す要素は、図中で同じ参照番号が付されている。複数の図及び複数の図中に示した要素の寸法の関係は、比例関係にあると解してはならない。逆に、個々の要素は、図示を容易にし、かつ／又は理解を容易にするために誇張されている場合がある。
【００５３】
図１Ａは、第１の実施形態に係る過電圧保護素子１０を示す。過電圧保護素子１０は、第１の電極１を有している。第１の電極１は、好ましくは、フィルムドローイング、固体銅箔又はＣｕ加工品等の、バッテリーの製造等において既存又は公知の手段によって製造される。或いは、第１の電極１は、スクリーン印刷又は他の好適な方法によって製造される。第１の電極１は、１０μｍから１００μｍの層の厚さを有していてもよい。
【００５４】
過電圧保護素子１０は、第２の電極２も有している。第１及び第２の電極１、２は、好ましくは、銅又は他の卑金属製である。第１の電極１は、好ましくは過電圧保護素子１０の補強材として作用する。
【００５５】
また、過電圧保護素子１０は、放電性誘電体３を有している。放電性誘電体３は、好ましくは、例えば、５から１００Ａｓ／Ｖｍの低い誘電率を有している。本実施形態に係る放電性誘電体３は、好ましくは、５％のガラスを含む酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２等）からなり、又はこれを重量ガラス含量で５から６％含む。或いは、放電性誘電体３は、Ａｌ２Ｏ３等の酸化アルミニウム及び／又はＭｇＯ等の酸化マグネシウムを含んでいる。放電性誘電体３は、好ましくは多孔質であり、或いは細孔を有している（図１Ｃ中の７参照）。過電圧保護素子１０は、好ましくは、放電性誘電体の細孔からガスが放出されることにより、第１の電極１と第２の電極２の間に導電結合が形成されるよう構成されている。放電性誘電体３は、５μｍから５０μｍの厚さを有していてもよい。図１Aの過電圧保護素子１０における個々の層の厚さの一例を、図の右側に示している。
【００５６】
放電性電解質は、好ましくは５から５０μｍの厚さを有している。
【００５７】
また、過電圧保護素子１０は、結合性誘電体４を有しており、図１Aでは、放電性誘電体３の両隣に配置されている。又、結合性誘電体４は、好ましくは、例えば、５から１００Ａｓ／Ｖｍの低い誘電率を有している。結合性誘電体４は、第１の電極１と第２の電極２の空隙（図示しない）に少なくとも部分的に配置されている。
【００５８】
過電圧保護素子１０の平面図に図示したように、結合性誘電体４は、好ましくは放電性誘電体３を取り囲んでいる。本実施形態によると、結合性誘電体４は、好ましくは、３０％のガラスを含む酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２等）からなり、又はこれを重量ガラス含量で３０％含む。或いは、結合性誘電体４は、例えば、Ａｌ２Ｏ３等の酸化アルミニウム及び／又はＭｇＯ等の酸化マグネシウム若しくは他の物質を含んでおり、例えば、前述のようにガラス含量が高くない場合、当該温度への曝露中に、硬化又は焼結が、全く或いは不完全にしか進行しない。
【００５９】
本実施形態に係る放電性誘電体３及び結合性誘電体４は、好ましくは、セラミックスを含み、或いはセラミックスからなる。
【００６０】
図１Ａ中の領域５は、結合領域であり、第１の電極１と第２の電極２とが、結合性誘電体４を介して互いに接続し、過電圧保護素子１０の機械的安定性を確立又は確保している。また、過電圧保護素子１０は、放電領域６を有しており、第１の電極１及び第２の電極２の間に電圧が印加され、又は過電圧となった場合、これらの電極間での上述のガス放出を誘発させ、或いは起こさせることができる。このような過電圧は、好ましくは、過電圧保護素子１０の接地側端子を介して放電させることができる。
【００６１】
その組成により、結合性誘電体は多孔質材料及び／又は細孔を含んでいてもよい。しかし、放電性誘電体３のポロシティの方が、結合性誘電体４のそれよりも大きい。
【００６２】
結合性誘電体４及び／又は第２の電極２は、好ましくは、スクリーン印刷によりパターン状に塗布又は形成されている。更に、好ましくは、第２の電極２は、例えば、第１の電極１を完全に被覆しないように塗布又は堆積されている。
【００６３】
過電圧保護素子１０の製造の過程において、好ましくは、まず第１の電極１が提供され、次いで、放電性誘電体３の原料が塗布され、その後に、結合性誘電体４の結合材料が塗布される。その後、好ましくは、得られた複合体又は基板上に第２の電極２が形成され、第１及び第２の電極の好ましい材料である銅の融点よりも低い温度に曝露される。温度は、例えば、５００℃から１０５０℃であってよい。当該温度への曝露により、結合材料が第１の電極１、第２の電極２と共に焼結され、結合性誘電体４が形成される。更に、原料が曝露されている間に、放電性誘電体３が形成される。放電性誘電体３及びその原料は、上述の細孔が放電性誘電体３の内部に残るように、完全には圧縮又は焼結されない。
【００６４】
製造方法及び／又は過電圧保護素子１０は、低温同時焼成セラミックスと関連づけることができる。
【００６５】
図１Ｂは、図１Ａに示した実施形態に係る過電圧保護素子１０の顕微鏡写真である。過電圧保護素子１０は、一辺が約２．５ｍｍの正方形状の基板である。内側の白い枠で囲まれた正方形は、放電性誘電体３の領域である。更に、第２の電極２が放電性誘電体３を完全に覆っており、結合領域５が放電領域６を取り囲み、結合領域５が過電圧保護素子１０の機械的安定性をもたらしていることがわかる。
【００６６】
図１Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂに係る過電圧保護素子１０の顕微断面図を示す。図１Ｃに示したように、放電性誘電体３は多孔質構造を有している。放電性誘電体３において、個々の細孔７は、約５μｍの直径を有している。細孔７は、過電圧保護素子１０の動作時に、過電圧保護素子１０又は個々の装置の焼結時に使用された空気又はＮ２及びＨ２の混合ガス等のガスで充填されていてもよい。更に、本実施形態によると、第２の電極２は、例えば、スクリーン印刷により塗布され、多孔質構造を有するが、それについて、本明細書において個別に言及しない。本実施形態によると、第１の電極１は、厚さ約５０μｍのフィルムドローイング等の（シルクスクリーン印刷以外の）他の方法によって製造される。
【００６７】
図２Ａは、複数の過電圧保護素子１０が１箇所に配置された過電圧保護装置１００を示す。図２Ａにおいて、過電圧保護素子１０が、例えば、銅箔製の第１の電極１上に、１５×９で配置されている。図２Ａにおいて、過電圧保護装置１００には、共通の第１の電極１及び過電圧保護素子１０の数に応じた数複の第２の電極２が設けられている。好ましくは、個々の過電圧保護素子１０は、分離により、過電圧保護部品から分離することによって製造される。
【００６８】
この場合において、過電圧保護装置１００の個々の素子又はストリップ毎に、或いは装置全体を、例えば、外部端子又は外部電極と共に、かつ／又は過電圧保護装置を電子機器（図示しない）に一体化した構成で一度に加工してもよい。
【００６９】
図示しないが、１又は並列に配置された過電圧保護素子１０を、多層構造状に互いに配置し、過電圧保護装置を構成してもよい。
【００７０】
図２Ａに係る過電圧保護装置１００の側面図を図２Ｂに示す。図２Ａ及び図２Ｂにおけるハッチングを付した表面は、特に、放電性誘電体３の多孔質構造又は多孔質材料を示す。
【００７１】
過電圧保護装置１００の装置の厚さは、好ましくは、３０μｍから１００μｍである。
【００７２】
図２Ｃは、過電圧保護装置１００の少なくとも一部分の顕微平面図であり、１２×１５個の過電圧保護素子１０からなる。図示したとおり、個々の過電圧保護素子１０は、好ましくは約３ｍｍの幅を有し、第２の電極は、好ましくは、約２ｍｍの幅を有している。
【００７３】
図３Ａは、過電圧保護素子１０（上記参照）のスイッチング挙動の一例を示す。この場合の測定サンプルの放電性誘電体３は、０．８ｍｍ×０．８ｍｍ角であり、第１の電極１及び第２の電極２の間の距離は４０μｍである（例えば、図１Ａ参照）。ここで、第１の電極１の厚さは約５０μｍである。
【００７４】
左側座標軸にスイッチ電圧又はクランプ電圧を示し、スイッチング電流を右側座標軸に２つの異なる測定値で示している。端子間電圧及びＴＬＰパルスはボルト単位で、スイッチング電流はアンペア単位で示している。クランプ電圧が約７００Ｖに達すると、放電性誘電体に形成されるスイッチング経路により導電性になり、電圧が約３０Ｖに低下した。同時に、第１及び第２の電極間の電流も、０．１Ａから、クランプ電圧が１ｋＶで約３０Ａに上昇した。この挙動は同様に測定結果／曲線が２つのサンプルについてあてはまる。
【００７５】
図３Ｂに、１００ｎｓの長さのパルスＴＬＰに対する過電圧保護素子の応答波形又は電圧波形を示す。図３Ｂのダイヤグラムはクランプ電圧、すなわち、パルス時間１００ｎｓのＴＬＰパルスを印加した場合の第１の電極１及び第２の電極２の間の電圧である。英語の「ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｌｉｎｅ  ｐｕｌｓｅ」の略であるＴＬＰは、集積回路の標準的な試験方法であり、スイッチング挙動は、例えば、静電放電又は過電圧に対する応答として試験することができる。ＴＬＰパルスを、図３ＢのＴＬＰで、電圧プロファイルをＵで、ぞれぞれ示す。過電圧保護装置１００は、ＴＬＰパルスにより導電性になり、パルスの初期に電圧上昇が起こり、約１０ｎｓ後に最終残留電圧３０Ｖまで減少する。ＴＬＰパルス電圧は約１ｋＶである。
【００７６】
図４は、過電圧保護装置１００の概略断面図又は側面図を示し、垂直方向の一点鎖線に沿って、個々の過電圧保護素子１０（上記参照）が分離される。分離は、のこ引き、切断又はパンチングにより行うことができる。ここで、放電性誘電体３の幅又は長さは、１００μｍから１０００μｍであり、隣り合う領域間の距離は、２００μｍから２０００μｍであってよい（結合領域の幅／距離を参照）。
【００７７】
図４に示した実施形態は、図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに示したものにほぼ対応している。本実施形態によると、放電性誘電体の原料を、好ましくはスクリーン印刷により塗布できる。更に、図４に示すように、結合性誘電体は、第１の電極１及び第２の電極２の間の領域内で、少なくとも部分的に放電性誘電体３と重なり合っている。それにより、過電圧保護装置１００又は過電圧保護素子１０の機械的安定性が改善され、かつ／又は第２の電極２を形成することなく機械的安定性を発現させることができる。
【００７８】
更に、結合性誘電体４及び第２の電極２は、特に結合領域５において、傾斜した側面を有していることがわかる。これらの側面（図示しない）は、過電圧保護装置１００の製造時に形成することができ、特に、装置の機械的安定性を向上させる。本実施形態（図１及び４参照）によると、好ましくは、製造中の焼結温度は、５００℃から１０５０℃である。
【００７９】
更に、製造時に、銅電極の酸化を防止（第１の電極１及び第２の電極２との比較）するために、焼結中に、不活性ガス、水素ガス及び／又は窒素及び水素の混合ガス（Ｎ２／Ｈ２）等の保護ガスを加える。更に、本実施形態によると、放電性誘電体３及び結合性誘電体４は、好ましくは、異なる又は別個の成分又は誘電性基板等の物質から製造される。
【００８０】
図４に示した実施形態に係る放電性誘電体３及び結合性誘電体４は、好ましくは、互いに直接隣接しており、これらの成分の間には、急峻かつ／又は明瞭な物質相転移が存在している。更に、放電性誘電体３及び結合性誘電体４は、好ましくは、第１の電極１及び第２の電極２の間に直接配置されている。
【００８１】
図５は、他の実施形態に係る過電圧保護装置１００の概略断面図又は側面図を示す。図４に示した実施形態に係るものと異なり、個々の過電圧保護素子１０は、共通の誘電体基板（図示しない）を有し、結合性誘電体４及び放電性誘電体３は、異なる物質相を示し、又は形成している。本実施形態によると、放電性誘電体の原料は、好ましくは、スクリーン印刷法により塗布される。本実施形態によると、結合性誘電体４及び放電性誘電体３は、共通の誘電体基板上で強固に結合している。本実施形態に係る過電圧保護装置１００の製造において、第１の電極１は、好ましくは、上述の原料が、広い範囲又は全面にわたって塗布され、この場合において、温度は５００℃から１０５０℃、好ましくは８００℃未満で、結合材料（上記参照）は、当該温度への曝露、すなわち焼結の間に、原料中に拡散し、第１の電極１と第２の電極２との間の機械的安定性がもたらされる。
【００８２】
本実施形態によると、結合材料は、好ましくはガラスを含み、又はガラスからなる。更には、原料中に拡散する結合材料及び／又は結合性誘電体は、好ましくはセラミックスを含んでいない。
【００８３】
図６は、他の実施形態に係る過電圧保護素子１０の顕微拡大図を示す。図６に示した過電圧保護素子又はその断面は、約１０００μｍ×５００μｍの矩形の領域をカバーしている。図示された実施形態によると、過電圧保護素子１０は表面実装可能に構成されている。換言すると、本実施形態によると、過電圧保護素子１０の第１の電極１及び第２の電極２の両者に対し、上面側から接続可能である。このような表面実装可能な構成により、過電圧保護素子を、プリント基板又は電子機器に直接ハンダ付けできる可能性が開かれる。
【００８４】
本実施形態によると、第１の電極１は、好ましくは、予め個別の基板上に形成され、パターン化されている（図示しない）。放電性誘電体３及び結合性誘電体４の形成後に、第２の電極２が、パターン状に塗布され、かつ／又は接続される。これにより、図６の左右方向の外側面表面実装用の過電圧保護素子１０の両電極について、電気的接続及び／又は接触が可能になる。
【００８５】
本実施形態によると、好ましくは、電極又は電極構造は、好ましくは、スクリーン印刷又は他の好適な方法により形成される。第２工程において、原料及び／又は結合材料として、１又は複数のセラミックスペーストが、層状に塗布される。第１の電極１は、好ましくは、一部又は全部が層によりカバーされ、その層により、電極間の距離が規定される。この場合においても、例えば、上述のとおり、複数の層を互いに積層し、次いで焼結することができる。次いで、サンプル又は装置に、好ましくは、電気的接続のための外部端子又は外部電極が取り付けられる。
【００８６】
本発明は、実施例に基づく説明によって限定されるものではない。むしろ、本発明は、任意の新たな特徴、特に、特徴の任意の組み合わせが、当該機能又は組み合わせ自体が特許請求の範囲又は例示的な実施形態において明示的に示されていない場合であっても、特許請求の範囲に含まれる特徴の任意の組み合わせを包含する。
【００８７】
（付記１）
・第１の電極（１）及び第２の電極（２）と、
・前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）の間に配置された放電領域（６）と、
を備える過電圧保護素子（１０）であって、
前記放電領域（６）には、多孔質の放電性誘電体（３）が配置され、前記過電圧保護素子（１０）は、前記放電性誘電体（３）の細孔（７）からガスを放出することにより、前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）の間に導電接続を形成するように形成されている、過電圧保護素子（１０）。
【００８８】
（付記２）
前記放電領域（６）が、５μｍから５０μｍの厚さを有する、付記１に記載の過電圧保護素子（１０）。
【００８９】
（付記３）
前記放電性誘電体（３）が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及び／又は酸化マグネシウムを含み、或いはこれらの材料の１又は複数からなる、付記１又は２に記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９０】
（付記４）
結合領域（５）が設けられ、当該結合領域（５）には、結合性誘電体（４）が配置され、その上下に、前記第１及び第２の電極（１、２）が、相互に機械的に強固に結合している、付記１から３のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９１】
（付記５）
前記結合性誘電体（４）が、前記第１及び第２の電極（１、２）の間に設けられた空隙に少なくとも部分的に設けられた、付記４に記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９２】
（付記６）
前記結合性誘電体（４）が、前記放電性誘電体（３）より、前記第１及び第２の電極（１、２）と機械的に安定に結合している、付記４又は５に記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９３】
（付記７）
前記放電領域（６）と前記結合領域（５）とが隣接して配置されている、付記４から６のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９４】
（付記８）
前記過電圧保護素子（１０）を上から見たときに、前記結合領域（５）が前記放電領域（６）を取り囲んでいる、付記４から７のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９５】
（付記９）
前記放電性誘電体（３）が、結合性誘電体（４）よりも大きなポロシティを有する、付記４から８のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９６】
（付記１０）
前記結合性誘電体（４）及び前記放電性誘電体（３）が、共通の誘電材料（３、４）の異なる物質相によって形成されている、付記４から９のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９７】
（付記１１）
前記放電性誘電体（３）及び前記結合性誘電体（４）が、異なる材料からなる２つの異なる成分によって形成されている、付記４から９のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９８】
（付記１２）
前記第１の電極（１）が、膜厚１０μｍから１００μｍの銅箔である、付記１から１１のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【００９９】
（付記１３）
表面実装可能に構成された、付記１から１０のいずれか１つに記載の過電圧保護素子（１０）。
【０１００】
（付記１４）
過電圧保護素子（１０）の製造方法であって、
・前記過電圧保護素子（１０）用の第１の電極（１）を用意する工程と、
・前記第１の電極（１）に、放電性誘電体（３）の原料を塗布する工程と、
・前記原料が塗布された第１の電極（１）に結合性誘電体（４）の結合材料を塗布する工程と、
・前記原料が塗布された第１の電極（１）に第２の電極（２）を取付けて、基板を形成する工程と、
・前記結合材料が、前記第１及び第２の電極（１、２）と共に焼結され、結合性誘電体（４）が形成され、前記原料から放電性誘電体（３）が形成され、当該放電性誘電体（３）が多孔質となるように選択された温度に前記基板を曝露する工程と、
を備える、製造方法。
【０１０１】
（付記１５）
前記温度が銅の融点よりも低い、付記１４に記載の方法。
【０１０２】
（付記１６）
前記第１の電極（１）に前記原料を塗布するために、これらに構造を付与する、付記１４又は１５に記載の方法。
【０１０３】
（付記１７）
前記結合材料が前記原料の近傍に配置される、付記１４から１６のいずれか１つに記載の方法。
【０１０４】
（付記１８）
前記第１の電極（１）の広い範囲に前記原料が塗布され、前記原料の範囲に前記結合材料が存在しないままであるように、前記結合材料を前記原料上にせり上がらせ、温度を５００℃から１０５０℃に保持する付記１４から１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１０５】
（付記１９）
前記温度に曝露している間に、前記結合材料が前記原料内に拡散し、それにより前記第１の電極（１）と前記第２の電極（２）との間の機械的安定性が付与される、付記１８に記載の方法。
【符号の説明】
【０１０６】
１  第１の電極
２  第２の電極
３  放電性誘電体
４  結合性誘電体
５  結合領域
６  放電領域
１０  過電圧保護素子
１００  過電圧保護装置
ＴＬＰ  ＴＬＰパルス
Ｕ  電圧曲線
【図１Ａ】
2017509151.tif 000003
【図１Ｂ】
2017509151.tif 000004
【図１Ｃ】
2017509151.tif 000005
【図２Ａ】
2017509151.tif 000006
【図２Ｂ】
2017509151.tif 000007
【図２Ｃ】
2017509151.tif 000008
【図３Ａ】
2017509151.tif 000009
【図３Ｂ】
2017509151.tif 000010
【図４】
2017509151.tif 000011
【図５】
2017509151.tif 000012
【図６】
2017509151.tif 000013
【国際調査報告】
2017509151.tif 000014
2017509151.tif 000015
2017509151.tif 000016
2017509151.tif 000017