(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性を有する絶縁基板上に微小間隙を隔てて一対の放電電極が形成され、前記微小間隙を密閉空間内に包囲するキャップが前記絶縁基板上に密着されたサージ吸収素子において、
前記絶縁基板と前記放電電極との間に少なくとも前記絶縁基板より耐熱性の低い低耐熱絶縁層が設けられたことを特徴とするサージ吸収素子。
【請求項２】
前記低耐熱絶縁層が前記絶縁基板の平坦な基板面上に形成され、該低耐熱絶縁層上に前記放電電極が積層されたことを特徴とする請求項１記載のサージ吸収素子。
【請求項３】
耐熱性を有する絶縁基板の平坦な基板面上に該絶縁基板より耐熱性の低い帯状の低耐熱絶縁層を形成する工程と、
該帯状の低耐熱絶縁層上に同一帯状の導電膜を積層する工程と、
該導電膜を、長手方向に直交する方向でレーザーカットにより前記低耐熱絶縁層と共に分断して微小間隙を隔てた一対の放電電極に形成する工程と
を含むことを特徴とするサージ吸収素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷等のサージやノイズから電子回路を保護するサージ吸収素子及びその製造方法に関し、更に詳しくは、放電開始電圧の低電圧化及び長寿命化を左右する微小間隙（以下、「放電ギャップ」という。）構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器等の回路には、雷等によるサージやノイズから回路を保護する目的でサージ吸収素子の設けられることがある。
サージ吸収素子は、耐熱性を有する絶縁基板上に放電ギャップを隔てて一対の放電電極が形成され、放電ギャップを密閉空間内で包囲するキャップが絶縁基板上に密着されて構成され、保護すべき回路に並列に設けられたり、接地回路に設けられる。サージ吸収素子では、一対の放電電極に、放電開始電圧以上のサージ電圧がかかると、放電ギャップにグロー放電が発生し、更に、このグロー放電がアーク放電へと移行して大量のサージが流れ、保護すべき回路へサージを作用させないようにして、回路を保護する。
【０００３】
従来、この種のサージ吸収素子を製造するには、図３、図４に示すように、絶縁性を有し且つ気密を保てる基板１上に、放電電極３を形成し、その中央部に幅０．１〜５００μｍの放電ギャップ５をレーザーカットにより形成する。次いで、基板１上の周辺に、接着剤７を塗布する。次いで、図５に示すように、基板１上に、密閉空間９を有するキャップ１１を被せる。キャップ１１は、密閉空間９の中央に放電ギャップ５が位置し、且つ放電電極３の両端が外部からはみ出すように接着される。また、キャップ１１は、大気中或いは不活性ガス中にて、所望のガスを密閉空間９内に閉じ込めて封止される。最後に、はみ出した放電電極３の両端部に、焼き付け、メッキ等により図６に示す端子電極１３を接続して、サージ吸収素子１５の製造が完了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のサージ吸収素子は、放電ギャップの形成工程において、ギャップ幅がレーザーカットにより調整されながら設定され、その結果形成された放電ギャップにより放電開始電圧が決定される。一方、サージ吸収素子は、放電ギャップの切り込みを深くすることで、サージが連続印加された場合の、放電電極から発生する導電性物質等のちりによる放電ギャップの埋まりが解消でき、サージ吸収の寿命特性を向上させることができる。
【０００５】
しかしながら、これら放電開始電圧の低電圧化と、長寿命化とを同時に達成するには以下の問題があった。
即ち、放電開始電圧を低電圧化するには、放電ギャップを狭い幅でカットする必要があるため、レーザー出力を抑えなければならず、その結果、耐熱性を持たせた基板に深い切り込みを入れるのが困難になる。このため、放電開始電圧を低電圧化した場合には、寿命特性が低下した。
これに対し、大きなパワーを投入してレーザーカットを行えば、基板上には深い切り込みを入れることができ、寿命特性を向上させることができるものの、放電ギャップが深くなるに従って放電ギャップ幅が拡がり、放電開始電圧の低電圧化が達成できなくなった。
【０００６】
また、長寿命化のための深い切り込みは、以下の理由でも困難となった。
即ち、耐熱性を有する基板は、放熱性が悪いため、放電時に発生する熱の逃げる経路が放電電極から端子電極への経路のみとなる。この経路で、放電電極の厚みが足りないと、十分な熱伝導が行えず、サージが連続印加された場合には、発生する放電の熱量を十分に放熱できず、放電電極が劣化して素子の電気特性に変化が生じる。この解決策として、放電電極を厚く形成し、放熱特性を上げることが有効な手段となるが、放電電極を厚くすれば、絶縁基板に深い切り込みを入れるのが困難となった。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、放電開始電圧の低電圧化と、長寿命化とを同時に達成することのできるサージ吸収素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載のサージ吸収素子は、耐熱性を有する絶縁基板上に微小間隙を隔てて一対の放電電極が形成され、前記微小間隙を密閉空間内に包囲するキャップが前記絶縁基板上に密着されたサージ吸収素子において、前記絶縁基板と前記放電電極との間に少なくとも前記絶縁基板より耐熱性の低い低耐熱絶縁層が設けられたことを特徴とする。
【０００９】
このサージ吸収素子では、絶縁基板と放電電極との間に少なくとも絶縁基板より耐熱性の低い低耐熱絶縁層が設けられ、放電電極の微小間隙がレーザーカットで形成される際に、低耐熱絶縁層も容易に深く切り込まれる。これにより、幅狭で且つ深い微小間隙が形成可能になり、放電開始電圧が低く、しかも、導電性物質等のちりが埋まり難くなる。
【００１０】
請求項２記載のサージ吸収素子は、前記低耐熱絶縁層が前記絶縁基板の平坦な基板面上に形成され、該低耐熱絶縁層上に前記放電電極が積層されたことを特徴とする。
【００１１】
このサージ吸収素子では、絶縁基板の平坦な基板面上から低耐熱絶縁層と放電電極とが突出して積層され、放電電極と共に低耐熱絶縁層が切り込まれると、放電電極同士の間の微小間隙が、低耐熱絶縁層の厚み分、基板面上から上方に離れた位置に配置される。また、微小間隙で切り込まれた低耐熱絶縁層は、切り込み方向の両端が基板面上で開口する。これにより、微小間隙は、狭い幅でありながら導電性物質等のちりが排出され易くなる。
【００１２】
請求項３記載のサージ吸収素子の製造方法は、耐熱性を有する絶縁基板の平坦な基板面上に該絶縁基板より耐熱性の低い帯状の低耐熱絶縁層を形成する工程と、該帯状の低耐熱絶縁層上に同一帯状の導電膜を積層する工程と、該導電膜を、長手方向に直交する方向でレーザーカットにより前記低耐熱絶縁層と共に分断して微小間隙を隔てた一対の放電電極に形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
このサージ吸収素子の製造方法では、絶縁基板上に低耐熱絶縁層が形成され、この低耐熱絶縁層上に積層された導電膜が低耐熱絶縁層と共にレーザーカットで分断されるので、低出力のレーザーを用いても、導電膜と共に低耐熱絶縁層を深く切り込むことができ、幅が狭く且つ深い微小間隙を有したサージ吸収素子が容易に得られるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るサージ吸収素子及びその製造方法の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るサージ吸収素子の要部側面図、図２は図１に示したサージ吸収素子の平面図である。
【００１５】
耐熱性を有する絶縁基板２１上には絶縁基板２１より耐熱性の低い低耐熱絶縁層２３が帯状に設けられ、低耐熱絶縁層２３は後述の放電電極と共に放電ギャップ２５により長手方向中央部が左右（図１の左右）に分断されている。低耐熱絶縁層２３の上面には放電ギャップ２５を隔てて一対の放電電極２７が形成され、放電電極２７は上述の低耐熱絶縁層２３と共に放電ギャップ２５により長手方向中央部が左右に分断されている。つまり、絶縁基板２１と放電電極２７との間には、絶縁基板２１より耐熱性の低い低耐熱絶縁層２３が設けられている。
【００１６】
絶縁基板２１としては、絶縁性を有し且つ気密を保てる材料、例えばアルミナ、コランダム、ムライト、及びその混合物が挙げられる。低耐熱絶縁層２３としては、レーザーカットが良好に行える絶縁材料、即ち、光の反射及び透過が少なく耐熱性の弱い絶縁材料、例えばＭｇＯ等が挙げられる。また、放電電極２７としては、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＳｎＯ2 、ＢａＡｌ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｌａ及びその混合物等が挙げられる。
【００１７】
絶縁基板２１の基板面は、平坦面に形成される。低耐熱絶縁層２３は、絶縁基板２１の平坦な基板面上に形成される。放電電極２７は、更にその低耐熱絶縁層２３上に積層されている。従って、放電電極２７は、低耐熱絶縁層２３の厚み分、絶縁基板２１から上方に浮上した状態に配置されている。
【００１８】
なお、この実施の形態では、放電電極２７が、低耐熱絶縁層２３の厚み分、絶縁基板２１から浮上した位置に配置される場合を例に説明するが、放電電極２７は、絶縁基板２１との間に低耐熱絶縁層２３が設けられるものであれば、低耐熱絶縁層２３の厚み分浮上して配置されなくともよい。この場合、絶縁基板２１に帯状の溝を形成し、その溝内に低耐熱絶縁層２３を埋入し、絶縁基板２１と同一平面上となったこの低耐熱絶縁層２３上に、放電電極２７を積層すればよい。このような構成とすれば、切り込みを深くしつつ、後述するキャップ内における密閉空間の容積を大きく確保することができる。
【００１９】
また、放電ギャップ２５は、少なくとも放電電極２７と、低耐熱絶縁層２３とを完全に分断するように形成する。この場合、絶縁基板２１は、厚み方向の一部分が放電電極２７によって除去されるものであってもよい。従って、放電ギャップ２５は、放電電極２７の厚みと、低耐熱絶縁層２３の厚みと、絶縁基板２１の除去された厚み方向の一部分との総和の寸法で切り込まれて形成される。
【００２０】
低耐熱絶縁層２３、放電電極２７の形成された絶縁基板２１の上面には、従来と同様なキャップ２９が接着剤３１によって接着される。キャップ２９は、密閉空間３３を有し、密閉空間３３の中央に放電ギャップ２５が位置し、且つ放電電極２７の両端が外部からはみ出すように接着される。キャップ２９からはみ出した放電電極２７の両端部に、焼き付け、メッキ等により従来と同様な端子電極１３（図６参照）が接続される。
【００２１】
このように構成されたサージ吸収素子３５の作用を説明する。
サージ吸収素子３５は、絶縁基板２１と放電電極２７との間に、少なくとも絶縁基板２１より耐熱性の低い低耐熱絶縁層２３が設けられることで、放電ギャップ２５がレーザーカットで形成される際に、低耐熱絶縁層２３も深く切り込まれることになる。これにより、幅狭で且つ深い放電ギャップ２５が形成可能になり、放電開始電圧が低く、しかも、導電性物質等のちりが埋まり難くなる。
【００２２】
また、絶縁基板２１の平坦な基板面上から低耐熱絶縁層２３と放電電極２７とが突出して積層され、放電電極２７と共に低耐熱絶縁層２３が切り込まれると、放電ギャップ２５が、低耐熱絶縁層２３の厚み分、基板面上から上方に離れた位置に配置されることになる。また、放電ギャップ２５により切り込まれた低耐熱絶縁層２３は、切り込み方向の両端が基板面上で開口する。これにより、放電ギャップ２５は、狭い幅でありながら両端の開口が確保され、導電性物質等のちりが排出され易くなる。
【００２３】
このように、上述のサージ吸収素子３５によれば、幅狭で且つ深い放電ギャップ２５が形成でき、放電開始電圧を低くし、しかも、導電性物質等のちりを放電ギャップ２５に埋まり難くすることができ、放電開始電圧の低電圧化と長寿命化とを同時に達成することができる。
【００２４】
次に、上述したサージ吸収素子３５の製造方法を説明する。
サージ吸収素子３５を製造するには、絶縁基板２１の平坦な基板面上に、低耐熱絶縁層２３を帯状に形成する。
次いで、その低耐熱絶縁層２３を覆うようにして、印刷法、蒸着法、スパッタリング法等により導電膜（放電電極２７）を積層する。
次いで、導電膜を、長手方向に直交する方向でレーザーカットにより、低耐熱絶縁層２３と共に分断して放電ギャップ２５を隔てた一対の放電電極２７に形成する。なお、この際に、上述したように、絶縁基板２１の一部分を同時に除去してもよい。
【００２５】
次いで、キャップ２９を、絶縁基板２１上に被せる。キャップ２９は、密閉空間３３を形成するように被せ、絶縁基板２１との接着にはガラスペースト等の接着剤３１を用いる。
キャップ２９は、大気中、或いはガス（Ｎ2 、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｈ2 、ＳＦ6、ＣＦ4 、Ｃ2 Ｆ6、Ｃ3 Ｆ8、ＣＯ2 及びその混合ガス）中にて、所望のガスを密閉空間３３中に閉じ込めて封止する。
キャップ２９の接着後、キャップ２９の外部にはみ出した放電電極２７に図示しない端子電極（図６に示した端子電極１３と同様のもの）を形成する。端子電極は、金属ペーストをディッピング法等により付着させて、絶縁基板２１の両端面、或いはキャップ２９の両側面に形成する。
最後に、端子電極を焼成してサージ吸収素子３５の製造を終了する。
【００２６】
このサージ吸収素子３５の製造方法では、絶縁基板２１上に低耐熱絶縁層２３が形成され、この低耐熱絶縁層２３上に積層された導電膜が低耐熱絶縁層２３と共にレーザーカットで分断されるので、低出力のレーザーを用いても、導電膜と共に低耐熱絶縁層２３を深く切り込むことができ、幅が狭く且つ深い放電ギャップ２５を有したサージ吸収素子３５が容易に得られる。
【００２７】
【実施例】
次に、上述のサージ吸収素子３５を、実際に上述の製造方法により製作し、従来の製造方法により製作した比較例のサージ吸収素子と、サージ寿命を比較した結果を説明する。
〔実施例のサージ吸収素子〕
・絶縁基板の大きさ；３×１．５×厚み０．５ｍｍ
・絶縁基板の材質；アルミナ基板
・低耐熱絶縁層の厚み；１０μｍ
・低耐熱絶縁層の材質；ＭｇＯ
・放電電極の厚み；１μｍ
・放電電極の材質；Ｔｉ
・放電ギャップの幅；７μｍ
・放電ギャップの切り込み深さ；低耐熱絶縁層へ１０μｍ、絶縁基板へ２μｍの合計、１２μｍ
・封止ガス；Ａｒガス８００Ｔｏｒｒ
【００２８】
〔比較例のサージ吸収素子〕
・絶縁基板の大きさ；３×１．５×厚み０．５ｍｍ
・絶縁基板の材質；アルミナ基板
・放電電極の厚み；１μｍ
・放電電極の材質；Ｔｉ
・放電ギャップの幅；１１μｍ
・放電ギャップの切り込み深さ；絶縁基板へ３μｍ
・封止ガス；Ａｒガス８００Ｔｏｒｒ
【００２９】
〔比較結果〕
実施例のサージ吸収素子は、放電開始電圧が１５０Ｖとなり、サージ寿命特性に関しては、波頭長８μｓ、波尾長２０μｓ、印加電流値５０Ａの電流波形のサージを印加して寿命試験を行ったところ、印加回数１０００回以上でも絶縁抵抗が１０9Ω以上を保った。
これに対し、比較例のサージ吸収素子は、放電ギャップ幅１０μｍ以下では絶縁基板への切り込み深さが２μｍ以下となり、ショート不良を起こした。このため、放電ギャップ幅１１μｍ、絶縁基板への切り込み深さを３μｍとしてサージ吸収素子を製作したところ、放電開始電圧は１８０Ｖとなり、サージ寿命特性に関しては、上述同様の寿命試験を行ったところ、印加回数１００回以内で絶縁抵抗が１０9Ωより低下した。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るサージ吸収素子は、絶縁基板と放電電極との間に少なくとも絶縁基板より耐熱性の低い低耐熱絶縁層を設けたので、放電電極の微小間隙をレーザーカットで形成する際、低耐熱絶縁層も容易に深く切り込むことができる。この結果、幅狭で且つ深い微小間隙が形成でき、放電開始電圧を低くし、しかも、導電性物質等のちりを埋まり難くすることができ、放電開始電圧の低電圧化と長寿命化とを同時に達成できる。
【００３１】
本発明に係るサージ吸収素子の製造方法は、絶縁基板上に、耐熱性の低い低耐熱絶縁層を形成した後、この低耐熱絶縁層上に導電膜を積層し、導電膜を低耐熱絶縁層と共にレーザーカットにより分断するので、低出力のレーザーを用いて、導電膜と共に低耐熱絶縁層を深く切り込むことができる。この結果、幅が狭く且つ深い微小間隙を有したサージ吸収素子を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るサージ吸収素子の要部側面図である。
【図２】  図１に示したサージ吸収素子の平面図である。
【図３】  従来のサージ吸収素子の要部側面図である。
【図４】  図３に示したサージ吸収素子の平面図である。
【図５】  従来のサージ吸収素子のキャップ接着工程の側面図である。
【図６】  従来のサージ吸収素子の側面図である。
【符号の説明】
２１  絶縁基板
２３  低耐熱絶縁層
２５  放電ギャップ（微小間隙）
２７  放電電極
２９  キャップ
３３  密閉空間
３５  サージ吸収素子
【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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