CN1244304A - 电涌吸收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设置在输入和输出电路或者设置在通信装置中可能产生电涌噪声的其他部位处的感应式减轻电涌装置,或者涉及用于避免因交流(AC)电路的交叉接触等引起电子装置的故障和误操作的电涌吸收器,其中第一终端电极2、具有微间隙3的导电膜5和第二终端电极4在平板形绝缘衬底1上制成同心圆形状。

Description

电涌吸收器

技术领域

本发明涉及一种电涌吸收器，用于吸收作用在电子装置上的电涌噪声。

背景技术

经审查的日本专利公告No.JP-B-63-57918公开了一种电涌吸收器，其结构为：在一圆柱形绝缘件的表面上形成有导电陶瓷薄膜，形成一微间隙以将导电陶瓷薄膜沿圆周方向分开，而整个薄膜被气密地密封于一圆柱形玻璃体内，该玻璃体内部充满了气体。另外，未经审查的日本实用新型公告No.JU-A-49-80351提出一种电涌吸收器，其中各电极形成在平板形的绝缘衬底上，每个电极具有向着微间隙变尖的尖顶形状。

图17和图18示出通用的电涌吸收器的截面图。

图17示出一种圆柱形电涌吸收器。其工作原理是这样的，当电涌被加到圆柱形电涌吸收器40上时，在微间隙41内引起电弧放电，并且密封的气体因该放电而被连续地离子化，从而引起电晕放电，电涌因电晕放电而被吸收。

图18示出一种平板形电涌吸收器42，其工作原理基本上与圆柱形电涌吸收器的一样。

然而，按照通用电涌吸收器中的圆柱形电涌吸收器，其导线从圆柱形两端的中心部延伸，因此产生其表面难以安装或难以自动安装的问题。并且，外部形状是圆柱形的，所以气密盖材料除玻璃外难以采用别的材料。

此外，按照平板形的电涌吸收器，其在微间隙处的前端是变尖的，从而产生在加上电涌时该前端易被放电削掉的问题，结果是缩短了寿命。

本发明的公开内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种易于表面安装并在反复放电方面具备高度可靠性的电涌吸收器。

本发明第一方面的特征在于，它包括：

(1)一平板形的绝缘衬底；

(2)一具有环形间隙的导电膜，它在绝缘衬底上制成为与该间隙

   同心的圆盘形；

(3)设置在导电膜中心部的第一电极；

(4)环形的第二电极，它与设置在导电膜周边部的间隙同心；

(5)与绝缘衬底共同气密密封导电膜、第一电极和第二电极的气

   密顶盖，其内部充满了预定的气体；

(6)设置在气密顶盖外部的第一终端，用于电连接到第一电极

   上；以及

(7)设置在气密顶盖外部的第二终端，用于电连接到第二电极

   上。

在此，按照本发明的电涌吸收器，其第一电极和第一终端可通过在绝缘衬底上设置有第一电极的部分上所形成的一通孔电连接起来，该通孔贯穿绝缘衬底的表面和背面并填充以导电体，该导电体在该通孔内部电连接到第一电极上，并且一导电膜形成在绝缘衬底的背面，以便使通孔内的导电体与第一终端电连接，或者第一电极和第一终端可通过在绝缘衬底上设置有第一电极的部分所形成的通路孔电连接起来，该通路孔填充以导电体，该导电体在该通路孔内部电连接到第一电极上，并在绝缘衬底的内部形成导电层，该导电层电连接于第一终端并在通路孔的底部电连接于通路孔内部的导电体，或者本发明的电涌吸收器可以包括一个形成在绝缘衬底上的绝缘膜：导电膜、第一电极和第二电极形成或设置在绝缘膜上；并且第一电极和第一终端可通过在绝缘膜上设置有第一电极的位置所形成的通路孔电连接起来，该通路孔填充以导电体，该导电体在该通路孔内部电连接于第一电极，并且在绝缘衬底与绝缘膜之间形成一导电膜，用于将通路孔内部的导电体与第一终端电连接。

按照本发明的电涌吸收器，第一电极、第二电极、导电膜和微间隙都设置在平板形绝缘衬底上方的同一平面上，因此其外部构形能够在平板上构成，在此平板上表面安装更为方便。

并且，由于外部构形能够是平板形状，铝土陶瓷材料等可以用作气密顶盖的材料。

此外，按照本发明的电涌吸收器，第一电极、第二电极、导电膜和微间隙都形成在同一平面上并成同心圆的形状，因此在微间隙的整个区域引起的放电是均匀的，即使当导电膜的一部分由于放电被削掉，放电起始电压也不改变并且在反复放电方面可靠性是很高的。

并且，按照本发明的电涌吸收器，用以连接设置在中心部的第一电极和与外部连接的第一终端的连接装置，例如可以采用设置在绝缘衬底上的通孔和位于衬底背面上的导电膜，或者采用设置在绝缘衬底上的通路孔和在衬底内部形成的导电层或设置在绝缘膜上的通路孔和位于绝缘膜下面的导电层，凭借这些装置，能够获得具有包括少量零件的结构而仍具有高度可靠性的电涌吸收器。

另外，本发明的电涌吸收器的基本原理与上述经审查的日本专利公告No.JP-A-63-57918所公开的是一样的，因此实际上保持了该公告中所公开的电涌吸收器的优良电涌吸收特性和高度可靠性。

按照本发明的第二方面，具有按照第一方面的电涌吸收器，其中第二电极构成气密顶盖。

在这种情况下，第二电极可以是气密顶盖的一部分或可以为其整体。

以这种方式构造电涌吸收器，与第一实施方案的情况相比可以减小尺寸以及其安装于电路等的面积。

此外，按照本发明的第三方面，具有本发明第一或第二方面提供的电涌吸收器，其中每个第一终端分别形成在绝缘衬底相互远离的两侧面上而每个第二终端分别形成在绝缘衬底的另外两侧面上。

以这种方式构造电涌吸收器，如以下参照附图所说明的，电涌吸收器可以跨越在信号线或接地线上或者跨在信号线或接地线上安置，借此可以增加电路板上的布线密度。

按照本发明的第四方面，具有按照第一至第三任一方面提供的电涌吸收器，它还包括设置在气密顶盖外部的第三终端，该第三终端通过借助于绝缘衬底背面形成的膜式电连接线路连接于第一终端和第二终端的任一个终端上而构成，其中至少膜式线路的一部分为膜式保险丝。

按照通用的电涌吸收器，不管其类型如何，保险丝都可以与电涌吸收器结合使用以便防止过电压或过电流。其理由是防止在电涌电流长期延续时因电涌吸收器本身的过热而烧毁电路。在这种情况下，保险丝必须与电涌吸收器分开连接，因此产生增加安装面积和增加安装费用等等问题。虽然按常规已公开了解决这些问题的方法(例如，未经审查的日本专利公告No.JP-A-3-230485)，但由于其保险丝为单独集成的结构，其制造工序是复杂的，结果提高了成本。

然而，按照本发明的电涌吸收器，保险丝形成在与形成有导电膜的绝缘衬底面相对的背面上，因此其成形更为方便且防止了产品本身尺寸变大。并且，保险丝不会被机械振动切断，于是可靠性较高。

按照本发明的第五方面，具有按照第一至第四实施方案中的任一个实施方案提供的电涌吸收器，它还包括一电容器，电容器包括多片导电膜，至少其中一个膜片在绝缘衬底的内部延伸，各膜片相互平行延伸，该电容器形成在第一终端和第二终端之间。

按照通用的电涌吸收器，具有低电压和高频率的高频噪声不可能被排除，并且当需要排除高频噪声时将电涌吸收器与一电容器结合使用。然而，当采用多个部件时，不可能避免增加安装面积和提高安装费用的问题。并且，虽然已提出的电涌吸收器为了解决这些问题都包括一电容器(未经审查的日本专利公告No.JP-A-8-83670，未经审查的日本专利公告No.JP-A-8-102355)，但这些电涌吸收器的结构复杂且成本高。

相比之下，按照具有本发明第五方面的电涌吸收器，其电容器设立在内部，因此具有低电压和高频率的高频噪声同样可以被排除。为构成排除高频噪声的电容器，导电膜形成在绝缘衬底的内部，因此这不会引起例如因将排除高频噪声所用的电容器连接至电涌吸收器而产生的元件尺寸变大和表面安装面积增大等问题。并且，排除高频噪声所用的电容器可以通过采用制造多层衬底的通用方法来形成，并可降低形成电容器的成本。

附图简述

图1是一透视图，示出本发明电涌吸收器的第一方面并通过部分切去盖示出其内部结构；

图2是一平面图，透过盖示出本发明电涌吸收器的第一方面；

图3是沿图1和图2中A-A线截取的剖面图，示出本发明电涌吸收器的第一方面的一个实施方案；

图4是沿图1和图2中A-A线截取的剖面图，示出本发明电涌吸收器的第一方面的另一个实施方案；

图5是沿图1和图2中A-A线截取的剖面图，示出本发明电涌吸收器的第一方面的又一个实施方案；

图6是一透视图，示出本发明电涌吸收器的第二方面并通过切去盖示出其内部结构；

图7是一透视图，示出本发明电涌吸收器的第三方面并通过部分切去盖示出其内部结构；

图8是沿图7中A-A线截取的剖面图；

图9是沿图7中B-B线截取的剖面图；

图10示出本发明电涌吸收器的第三方面和电路的接线图，电路中安装了电涌吸收器；

图11是一透视图，示出本发明电涌吸收器的第四方面；

图12是沿图11中A-A线截取的剖面图；

图13是沿图11中A-A’线截取的剖面图；

图14是本发明电涌吸收器的第四方面的等效电路图；

图15是一剖面图，示出本发明电涌吸收器的第五方面；

图16是一剖面图，按照本发明电涌吸收器的第五方面的另一个实施方案；

图17是一透视图，示出圆柱型式的通用电涌吸收器；

图18是一透视图，示出平板型式的通用电涌吸收器。

实施本发明的最佳模式

虽然对本发明的诸实施方案将说明如下，但本发明并不限于这些实施方案。

图1至图5示出按照本发明电涌吸收器的第一方面的各实施方案。

图1是一透视图，通过部分切去盖示出其内部结构，图2是透过盖的平面图，而图3至图5是沿图1和图2中A-A线截取的剖面图。

一通孔11(参见图3)形成在平板形铝土衬底1中，该衬底1按众所周知的通用技术形成为绝缘衬底，通孔11内填充导电体，一导电膜10形成在铝土衬底1的表面上，一导电膜12形成在衬底背面，第一终端8和第二终端9形成在铝土衬底1的两侧面上，通过连续喷涂将氮化钛(TiN)粘附到铝土衬底的表面上作为导电膜5，通过光刻制出宽度约50μm的环形微间隙3且将导电膜5制成所需的环形，并且第一电极2和第二电极4被连接成与微间隙3同心的导电膜5相接触。此外，铝土陶瓷制的盖6用熔结玻璃7焊上，借此，微间隙3、第一电极2和第二电极4被密封于氩气中。因此，获得一种电涌吸收器，其外形为平板形，它适于表面安装且对于反复放电具备高度可靠性。

图4是一剖面图，示出按照本发明电涌吸收器的第一方面的另一个实施方案。

按照这个实施方案，采用烧结的多层衬底15作为绝缘衬底，其中形成有导电层14和填充以导电体的通路孔16，导电膜10形成在衬底15的表面上，终端8和9形成在衬底的两侧面上，氮化钛膜通过连续喷涂粘附到衬底15的表面上作为导电膜5，通过光刻制出宽度约50μm的环形微间隙3且将导电膜5制成所需的环形，并且第一电极2和第二电极4连接于与微间隙3同心的导电膜5。铝土陶瓷制的盖6用熔结玻璃7焊上，借此，微间隙被密封于氩气中。

按照这个实施方案，类似于上述第一实施方案，获得一种电涌吸收器，其外形为平板形，它很好地适用于表面安装且对于反复放电具备高度可靠性。

图5是一剖面图，示出按照本发明电涌吸收器的第一方面的又一个实施方案。

按照这个实施方案，采用具有绝缘层23、通路孔24和在铝土衬底1上形成的内部导电膜25的多层结构的衬底，该内部导电膜25形成在铝土衬底1上，且该铝土衬底1是用厚膜多层工艺制成的绝缘衬底，导电膜10形成在绝缘衬底和绝缘层的表面上，终端8和9形成在衬底1的两侧面上，氮化钛通过连续喷涂粘附到绝缘层的表面上作为导电膜5，通过光刻制出宽度约50μm的环形微间隙3且将导电膜5制成所需的环形，并且第一电极2和第二电极4连接于与微间隙3同心的导电膜5。铝土陶瓷制的盖6用熔结玻璃7焊上，借此，微间隙3被密封于氩气中。

按照这个实施方案，类似于上述两个实施方案，获得一种电涌吸收器，它具备优良的表面安装适应性和高度可靠性。

图6示出本发明电涌吸收器的第二方面。该图为一透视图，通过部分切去盖示出其内部结构。

通孔11(参见图3)形成在平板形铝土衬底1中，该衬底1是一种按众所周知的通用技术制成的绝缘衬底，通孔11内填充导电体，导电膜10形成在铝土衬底1的表面上，导电膜12(类似于图3中)形成在其背面，第一终端8和第二终端9形成在铝土衬底1的两侧面上，氮化钛通过连续喷涂粘附到铝土衬底的表面上作为导电膜5，通过光刻制出宽度约50μm的环形微间隙3且将导电膜5制成所需的环形，并且第一电极2和第二电极4连接成与微间隙3同心的导电膜5相接触。第二电极4为一环形件，其高度等于或高于第一电极2的高度。此外，通过熔结玻璃7将铝土陶瓷制的圆盘形盖6焊在第二电极的上表面，与铝土衬底1和第二电极4相结合使微间隙3和第一电极2密封于氩气中。第一电极2和第一终端8通过设置在铝土衬底1之通孔11中所填充的导电体和位于铝土衬底背面的导电膜12相互连接。此外，第二电极4和第二终端9通过铝土衬底1表面上的导电膜10相互连接。因此，获得一种电涌吸收器，其外观制成平板形，它适于表面安装且对于反复放电具有高度可靠性。

此外，按照这个实施方案，本发明中涉及的气密顶盖由第二电极4和盖6制成圆盘形，气密顶盖的外径与第二电极4的直径相同，与将气密顶盖与第二电极4分开来构造以便将第二电极4气密密封在气密顶盖内部的情况相比还可缩小尺寸。

并且，按照这个实施方案，气密顶盖可只由第二电极4来构造。即，将金属制的盖用作第二电极并钎焊到绝缘衬底上。

图7至图9示出按照本发明的第三方面的实施方案。

图7是一透视图，通过部分切去盖示出其内部结构，图8是沿图7中A-A线截取的剖面图而图9是沿其B-B线截取的剖面图。

制备铝土衬底1，它按众所周知的通用技术是一个设有通孔11的绝缘衬底，一导电体填充于铝土衬底1的通孔11中，导电膜10形成在铝土衬底1的表面上，导电膜12形成在其背面，各第一终端8分别形成在铝土衬底1相互远离的两侧面上而各第二终端9分别形成在另外两侧面上，氮化钛通过连续喷涂粘附到铝土衬底1的表面上作为导电膜5，通过光刻制出宽度约50μm的环形微间隙3且将导电膜5制成所需的环形，并且第一电极2和第二电极4与微间隙3同心地连接。

并且，用熔结玻璃7将铝土陶瓷制的盖6焊接上，微间隙3和第一电极2以及第二电极4被密封于氩气中。

在这种情况下，各第一终端8和第二终端9设置在铝土衬底1的相应侧面上以便连接第一终端的直线和连接第二终端9的直线相互正交。第一电极2和两个第一终端8通过设置在衬底1上的通孔11和位于衬底1背面的导电体12相互连接，而第二电极4和两个终端9通过衬底表面上形成的导电膜相互连接。

按照这个实施方案，类似于图4也可构成一种采用通路孔的实施方案。

图10是一示意图，示出电路板上的布线型式，其上安装有按照第三方面的电涌吸收器。

电路板上的信号线31和接地线32在电涌吸收器30的接线位置断开，而信号线31通过电涌吸收器30的两终端8连接。并且接地线32通过电涌吸收器30的另外两终端9被连接。

这样，由于采用本发明的电涌吸收器，可增加衬底上的布线密度并可增加安装电涌吸收器的密度。因此可以缩小电路的尺寸。

图11至图13示出本发明的第四方面的实施方案。

图11是一透视图，其中盖6朝下，图12是沿图11中A-A线截取的剖面图而图13是沿图11中A-A’线截取的剖面图。

通孔11按照众所周知的通用技术形成在平板形铝土衬底1中，该衬底1是一绝缘衬底，通孔11内填充导电体，导电膜10形成在铝土衬底1的表面上，而导电膜12与保险丝19形成在其背面。保险丝19通过蒸汽沉积工艺粘附一铅合金膜而形成。此外，氮化钛通过连续喷涂粘附到铝土衬底1的表面上作为导电膜5，通过光刻制出宽度约50μm的环形微间隙3并将导电膜5制成所需的环形，并且第一电极2和第二电极4被连接成与微间隙3同心的导电膜5相接触。并且，通过用熔结玻璃7焊接铝土陶瓷制的盖6，微间隙3、第一电极2和第二电极5被密封于氩气中，并且连接上导电件33、34和20，它们的形状如图11和图12所示。按照这个实施方案，导电件33和34分别相当于第一终端和第二终端，且在这个实施方案中。设置了通过保险丝19连接至第一电极2的第三终端20。

因此，获得一种电涌吸收器，它具有如图14所示的设有保险丝19的等效电路。

按照这个实施方案，获得一种与保险丝成一体的电涌吸收器，它具有高度可靠性、小的安装面积和低的成本。

按照这个实施方案，也可以构造设有通路孔的电涌吸收器，该通路孔相当于图4所示第一方面的实施方案中的那样。

图15示出本发明的第五方面的实施方案。

在这个实施方案中，采用多层衬底1作为绝缘衬底，在衬底1内按众所周知的通用技术制有导电膜17和18以及通孔11，导电膜10和12分别形成在衬底1的表面和背面上，第一电极8和第二电极9分别形成在衬底1的两侧面上，氮化钛通过连续喷涂粘附到衬底1的表面上作为导电膜5，通过光刻制出宽度约50μm的环形微间隙且将导电膜5制成所需的环形，并且第一电极2和第二电极4被连接成与微间隙3同心的导电膜5相接触。

此外，用熔结玻璃7焊接铝土陶瓷制的盖6，借此，微间隙3被密封于氩气中。

第一电极2和衬底内部的导电膜18经设置在衬底1上的通孔11连接至第一终端8。

并且，在衬底1内部形成的导电膜17在一部分上穿有一个孔，通孔11穿过该部分，并且导电膜17通过其位于第二终端9侧面的衬底端面而连接至第二终端9并通过第二终端9和导电膜10连接至第二电极4。

因此，获得一种电涌吸收器，其外形制成平板形状，它适于表面安装且对于反复放电具备高度可靠性，而且它设有吸收高频噪声的一个电容器。

此外，本发明的第五方面可以提供以图16所示的实施方案。

按照这个实施方案，获得一种电涌吸收器，其中在绝缘衬底内部的导电膜27电连接于通路孔16，另一导电膜28电连接于第二终端9，由该两导电膜形成一个电容器。

Claims (11)

1.一种电涌吸收器，它包括：

一平板形绝缘衬底；

一具有环形间隙的导电膜，它在绝缘衬底上制成为与该间隙同心的圆盘形；

设置在导电膜中心部的第一电极；

环形的第二电极，该环形构成与设置在导电膜周边部的间隙同心的一个圆；

与绝缘衬底共同气密密封导电膜、第一电极和第二电极的气密顶盖，其内部充满了预定的气体；

设置在气密顶盖外部的第一终端，用于电连接至第一电极；和

设置在气密顶盖外部的第二终端，用于电连接至第二电极。

2.按照权利要求1所述的电涌吸收器，其特征在于第一电极和第一终端通过在绝缘衬底上设置有第一电极的那部分上所形成的通孔电连接起来，该通孔贯穿在绝缘衬底的表面和背面并填充以导电体，该导电体在该通孔内部电连接至第一电极，并在绝缘衬底的背面形成有导电膜用于使通孔内的导电体与第一终端电连接。

3.按照权利要求1所述的电涌吸收器，其特征在于第一电极和第一终端通过在绝缘衬底上设置有第一电极的那部分上所形成的通路孔电连接起来，该通路孔填充以导电体，该导电体在该通路孔内部电连接于第一电极，并在绝缘衬底的内部形成有导电层，该导电层电连接于第一终端并在通路孔的底部电连接于通路孔内部的导电体。

4.按照权利要求1所述的电涌吸收器，它还包括形成于绝缘衬底上的一绝缘膜，导电膜、第一电极和第二电极被形成或设置在该绝缘膜上，

其特征在于第一电极和第一终端由在绝缘膜上设置有第一电极的位置所形成的通路孔电连接起来，该通路孔填充以导电体，该导电体在该通路孔内部电连接于第一电极，并在绝缘衬底与绝缘膜之间形成有导电膜，用于使通路孔内部的导电体与第一终端电连接。

5.按照权利要求1至4中任一项所述的电涌吸收器，其特征在于第二电极构成气密顶盖的一部分。

6.按照权利要求1至4中任一项所述的电涌吸收器，其特征在于第二电极用作气密顶盖。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的电涌吸收器，其特征在于各第一终端分别形成在绝缘衬底相互远离的两侧面上，而各第二终端分别形成在绝缘衬底的未形成有第一终端的两侧面上。

8.按照权利要求1至7中任一项所述的电涌吸收器，它还包括：

设置在气密顶盖外部的第三终端，该第三终端通过借助于在绝缘衬底背面形成的膜式电连接线路连接于第一终端和第二终端中的任一个终端而构成，其中至少膜式线路的一部分由膜式保险丝构成。

9.按照权利要求8所述的电涌吸收器，其特征在于第一电极和第一终端通过在绝缘衬底上设置有第一电极的那部分上所形成的通孔电连接起来，该通孔贯穿绝缘衬底的表面与背面并填充以导电体，该导电体在该通孔内部电连接于第一电极，并在绝缘衬底的背面形成有一导电膜，用于使通孔中的导电体与第一终端电连接；并且

导电膜和第三终端通过在绝缘衬底的背面上形成的膜式保险丝电连接起来。

10.按照权利要求9所述的电涌吸收器，其特征在于第一电极和第一终端通过在绝缘衬底上设置有第一电极的那部分上所形成的通路孔电连接起来，该通路孔填充以导电体，该导电体在该通路孔内部电连接于第一电极，并在绝缘衬底的内部形成有一导电层，该导电层电连接于第一终端并在通路孔的底部电连接于通路孔内部的导电体，而第一终端和第二终端中的任一终端通过在绝缘衬底的背面上形成的膜式保险丝电连接于第三终端。

11.按照权利要求1至10中任一项所述的电涌吸收器，它还包括一电容器，该电容器包括多片导电膜片，其至少一个膜片在绝缘衬底的内部延伸，并且该膜片相互平行延伸，该电容器形成在第一终端和第二终端之间。

Images