JP4123981B2

JP4123981B2 - Chip-type surge absorber and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4123981B2
Application number: JP2003059721A
Authority: JP
Inventors: 康弘社藤; 正己越村; 卓栗原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP2004273188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サージから種々の電子機器等を保護し、事故を未然に防ぐために使用されるチップ型サージアブソーバ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電話機、ファクシミリ、モデム等の通信機器用の電子機器が通信線と接続される部分、あるいはＣＲＴ駆動回路等、雷サージや静電気等の異常電圧（サージ電圧）による電撃を受けやすい部分には、異常電圧によって電子機器やこの機器を搭載するプリント基板の熱的損傷または発火等による破壊を防止するために、サージアブソーバが接続されている。
【０００３】
このようなサージアブソーバには、たとえば図５に示す第１従来例のように、マイクロギャップを有するサージ吸収素子を用いたものがある。
サージ吸収素子１は、導電性皮膜２で全面を被包した円柱状のセラミックス部材（絶縁性部材）３の周面に、いわゆるマイクロギャップＭが形成され、セラミックス部材３の両端には、一対のキャップ電極４，４が取り付けられている。このように構成されたサージ吸収素子１は、不活性ガスＧと共にガラス管５内に収容され、このガラス管５の両端を相対向する一対の封止電極６，６により高温加熱で封着することにより放電型のサージアブソーバとなる。
なお、このサージアブソーバは、面実装型（メルフ型）のサージアブソーバであり、封止電極６にリード線がなく、実装するときは封止電極６と基板側とを半田付けで接続して固定するものである。（たとえば、特許文献１参照）
【０００４】
しかし、上述した第１従来例のサージアブソーバは、ガラス管５の内部に円柱状のセラミックス部材３を封入するため、小型化が困難である。このため、電子回路の小型化、高密度化という産業上の要請に応えることができなかった。
また、メルフ型の場合、素子表面が平坦でなく、基板実装持にチャッキング不良を生じる。
【０００５】
一方、上述したマイクロギャップ型の性能を維持して小型化が可能なサージアブソーバとして、たとえば図６に示す第２従来例のようなチップ型サージアブソーバ１０がある。
この場合、絶縁性基体１１の表面に、放電ギャップ１２を形成した放電電極１３が設けられている。また、絶縁性基体１１の両端には、放電電極１３と導通する１組の端子電極１４が配置されている。さらに、放電ガスが充填される気密室１５を形成するために、放電電極１３及び放電ギャップ１２とを覆って気密キャップ１６が接着されている。なお、図中の符号１７は、放電電極１３と端子電極１４との接続面であり、放電電極１３は、印刷法、蒸着法スパッタリング法などによって形成された厚さ１μｍ〜４０μｍ程度の導電性薄膜である。
【０００６】
このような構成のサージアブソーバでは、端子電極１４と図示しない外部回路との間をハンダで電気的に接続することにより、表面実装が可能であり、かつ、封入用のガラス管やキャップ電極を必要としないので、小型化が可能である。しかも、基本的な作動原理は第１従来例に記載されたものと同様であるから、性能面でも遜色のないものとなる。（たとえば、特許文献２参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１３４２４７号公報（段落番号００１１〜００１４及び図１）
【特許文献２】
特開２００２−１５８３２号公報（段落番号００１３〜００２３及び図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のサージアブソーバには、小型化と共に大電流を流せるようにすることが求められている。
しかしながら、上述した第２従来例のチップ型サージアブソーバ１０は、小型化の面では有利になる反面、印刷法等により形成された導電性薄膜の放電電極１３と端子電極１４との接続面１７において、その接触面積が小さくなることもあって、放電時に大電流を流すのは困難である。
また、主放電Ｓのアーク放電時には、導電性薄膜よりなる放電電極１３の基端部に点状態でアーク電流が流れ込むので、その部分が局所的に電流密度の高い状態となる。このため、局所的な高温の影響で接合部が破損することも考えられるため、やはり大電流を流すのは困難である。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、小型で大電流を流すことができるサージアブソーバの提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載のチップ型サージアブソーバは、中空四角形状の筒状碍子と、周面に放電ギャップを介して導電性皮膜が分割形成された柱状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端面を覆うように接触して対向配置された一対の板状主放電電極と、前記絶縁性部材及び前記板状主放電電極を前記筒状碍子の内部に不活性ガスと共に封止する一対の封止電極とを具備し、前記板状主放電電極を前記筒状碍子の軸方向へそれぞれ逆向きに延長してなる電極先端部を前記封止電極に接触させ、かつ、前記一対の板状主放電電極を前記筒状碍子の矩形断面とした中空部の対向面にそれぞれ接して該筒状碍子の内部に収納したことを特徴とするものである。
【００１０】
このようなチップ型サージアブソーバによれば、絶縁性部材の両端面を覆うように接触して対向配置された一対の板状主放電電極間で主放電が行われるので、比較的小型のまま主放電電極の面積を大きくし、局所的な温度上昇を防止して大電流の放電を可能にする。また、板状主放電電極の電極先端部を封止電極に接触させているので、導電性薄膜と比較して電極間の接触面積が増加するので、これによっても大電流を流すことができる。
この場合、板状主放電電極は、適度な撓みをもって確実に封止電極と接触するような長さに設定するのが好ましい。
【００１１】
請求項１記載のチップ型サージアブソーバにおいては、前記電極先端部を曲面にすることが好ましく、これにより、封止電極との接触面積を大きくでき、かつ、接触の安定性を増すことができる。
【００１２】
請求項３記載のチップ型サージアブソーバの製造方法は、周面に放電ギャップを介して導電性皮膜が分割形成された柱状の絶縁性部材の両端面を覆うように一対の板状主放電電極を接触させて対向配置し、これら絶縁性部材及び板状主放電電極を中空四角形状の筒状碍子の内部に、前記一対の板状主放電電極を前記筒状碍子の矩形断面とした中空部の対向面にそれぞれ接した状態で、不活性ガスと共に挿入して一対の封止電極で封止して、前記筒状碍子の軸方向へそれぞれ逆向きに延長してなる前記板状主放電電極の電極先端部を前記封止電極に接触させることを特徴とするものである。
【００１３】
このようなチップ型サージアブソーバの製造方法によれば、周面に放電ギャップを介して導電性皮膜が分割形成された柱状の絶縁性部材の両端面を覆うように一対の板状主放電電極を接触させて対向配置し、筒状碍子の軸方向へそれぞれ逆向きに延長してなる板状主放電電極の電極先端部を封止電極に接触させるようにして封止するので、比較的小型のまま主放電電極の面積を大きくし、局所的な温度上昇を防止して大電流の放電が可能になる。また、板状主放電電極の電極先端部を封止電極に接触させるため、導電性薄膜と比較して電極間の接触面積が増加するので、これによっても大電流を流すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るチップ型サージアブソーバ及びその製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１において、（ａ）はチップ型サージアブソーバ（以下では、「サージアブソーバ」と呼ぶ）の全体構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図中の符号２０はサージアブソーバ、２１は筒状碍子、２２はセラミックス部材（絶縁性部材）、２３は導電性皮膜、２４は放電ギャップ（マイクロギャップ）、２５は板状主放電電極、２６は封止電極、２７は気密室（封止空間）である。
【００１５】
筒状碍子２１は、たとえばアルミナ等の絶縁性セラミックスや鉛ガラスにより成形された筒型の四角柱であり、略矩形断面を有して貫通する中空部が後述する気密室２７となる。なお、この場合の略矩形断面とは、長方形または正方形は勿論のこと、角部が直角でないものや曲面のものなどを包含する。
また、筒状碍子２１の両端面には、たとえばＭｏ−Ｍｎのメタライズ処理後、Ｎｉメッキを行う。なお、両端面のメタライズについては、Ｍｏ−Ｍｎに限定されることはなく、たとえばＭｏ−Ｗ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ等でもよいし、Ｎｉメッキを行わなくてもよい。あるいは、メタライズ層を形成する代わりに活性金属ろう材を使用することも可能である。
【００１６】
絶縁性部材として用いられるセラミックス部材２２は、たとえばムライト焼結体等よりなる円柱形状のセラミックス碍子であり、その表面にはＴｉ薄膜等の導電性被膜２３が形成されている。なお、セラミックス部材２２として採用可能なものには、アルミナ、ベリリア、ステアライト、フォルステライト、ジルコン、普通磁器、ガラスセラミック、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素等の絶縁性セラミックスがある。
導電性被膜２３は、円柱の周面に形成されたマイクロギャップと呼ばれる放電ギャップ２４を介して、軸方向で二分割された状態に形成されている。なお、導電性被膜２３の形成には、スパッタや蒸着等のＰＶＤ法、あるいは、ＣＶＤ法を採用することができ、上述したＴｉ薄膜以外にも、たとえばＡｇ，Ａｇ／Ｐｄ，ＳｎＯ_２，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，ＴｉＮ，Ｔａ，Ｗ，ＳｉＣ，ＢａＡｌ，Ｃ，Ａｇ／Ｐｔ，ＴＩＯ，ＴｉＣ，ＴｉＣＮなどの薄膜を採用することができる。
【００１７】
放電ギャップ２４は、セラミックス碍子２２の全表面（周面及び両端面）に対し一様に形成された導電性被膜２３を、周面の軸方向中央部で円周方向へ除去した部分である。このような放電ギャップ２４の形成は、レーザーカット、ダイシングまたはエッチング等の手法を用いて行うことができる。なお、放電ギャップ２４は、おおよそ０．０１〜１．５ｍｍ程度の幅で、１〜１００本程度形成されている。
【００１８】
上述したセラミックス部材２２は、円筒形状の両端面を覆うように接触して対向配置された一対の板状主放電電極２５，２５によって挟まれている。板状主放電電極２５は、たとえばリン青銅の板材を帯状など所望の形状に切断したものである。なお、板状主放電電極２５は、上述したリン青銅の他にも、たとえばステンレス（ＳＵＳ）材、ベリリウム銅、銅、鉄、ニッケル等の導電性物質板材を用いることができる。
【００１９】
この板状主放電電極２５は、セラミックス部材２２に対して、それぞれが筒状碍子２１の軸方向逆向きに延長された状態として配設されている。そして、板状主放電電極２５は、延長側の先端部分が後述する封止電極２６と接触する電極先端部２５ａとされる。すなわち、図示の例では、セラミックス部材２２の上端面に接触する板状主放電電極２５が紙面左側へ延長され、下端面に接触する板状主放電電極２５が紙面右側へ延長されている。換言すれば、上下一対の板状主放電電極２５，２５を同じ長さとし、それぞれ筒状碍子２１の軸方向において逆方向へずらした端部付近にセラミックス部材２２を接触させている。
【００２０】
また、板状主放電電極２５の寸法は、セラミックス部材２２を筒状碍子２１内の所定位置（中間位置）に設置した状態で、電極先端部２５ａが共に筒状碍子２１の両端開口から適度に突出する長さに設定する。これは、後述する封止電極２６により封止を行った後、適度な撓みを生じさせて弾性により確実に接触するようにしたものである。また、電極先端部２５ａを曲面にすることで、封止電極との接触がより一層安定し、接触面積を増加させることもできる。
なお、板状主放電電極２５とセラミックス部材２２との接触部分（面）は、板状主放電電極２５に凹部を設けて位置決めされるが、必要に応じてろう材等を用いて接着してもよい。
【００２１】
上述したように、セラミックス部材２２を一対の板状主放電電極２５，２５で挟持してなる構成のサージ吸収素子は、筒状碍子２１の両端に形成された開口部のうち、いずれか一方から挿入して中空部内の所定位置に収納される。この時、板状主放電電極２５，２５は、略矩形断面とした中空部の対向面にそれぞれ接して収納されるような寸法設定となっている。すなわち、中間部内に収納されたサージ吸収素子は、板状主放電電極２５とセラミックス部材２２との間が接着されていなくても、対向面間に挟持されるため位置ずれすることなく所定の位置関係を維持できる。
【００２２】
筒状碍子２１は、サージ吸収素子を収納した後、たとえばアルゴン等の不活性ガス雰囲気中において、両端の開口部が封止電極２６，２６により封止される。この封止電極２６は、中空部を塞ぐようにして開口部の両端面に当接させて筒状碍子２１を挟み込み、ろう付けやガラス等を用いて接着される。この結果、筒状碍子２１の中空部は、サージ吸収素子及び不活性ガスが封入された封止空間の気密室２７となる。なお、図中の符号２８は、封止電極２６を筒状端子２１の端面に接着するろう材である。
【００２３】
封止電極２６となる電極材には、たとえばコバールの他、Ｃｕ、Ｃｕ系及びＮｉ系の合金材などの使用が可能である。この封止電極２６は、サージから保護する回路等に接続されるサージアブソーバ２０の端子電極として機能する。
また、上述した不活性ガスはアルゴンに限定されることはなく、放電ガスとして機能するものであればよい。従って、高温でイオン化する気体（ガス）であれば空気を含めて使用可能であるが、高温での安定性を考慮すると、Ｈｅ，Ｎ_２，Ｎｅ，Ｘｅ，ＳＦ_６，ＣＯ_２，Ｈ_２，Ｃ_２Ｆ_６などの１種または２種以上の混合ガスを使用することができる。
【００２４】
上述した構成のサージアブソーバ２０は、図示の例では、紙面右側の封止電極２６と下側の導電性皮膜２３とが右側の板状主放電電極２５を介して電気的に接続され、かつ、紙面左側の封止電極２６と上側の導電性皮膜２３とが左側の板状主放電電極２５を介して電気的に接続されているが、上下に分割された導電性皮膜２３は、放電ギャップ２４の存在により電気的に絶縁されている。このため、回路が平常の状態で作動している時には、放電ギャップ２４に絶縁されてサージアブソーバ２０を電流が流れるようなことはない。
【００２５】
しかし、回路に誘電雷などのサージが侵入すると、そのサージに対応した電圧が放電ギャップ２４の両端にかかる。このサージ電圧が当該サージアブソーバ２０に設定された直流放電開始電圧（Ｖｓ）以上であると、放電ギャップ２４間の絶縁が破壊され、放電ギャップ２４にグロー放電が発生する。さらに、サージが継続すると、放電ガスが高温となってイオン化し、グロー放電からアーク放電へと移行すると共に、板状主放電電極２５，２５間の放電となり、さらに大電流のサージを流すことができる。
【００２６】
すなわち、本発明の構成では、板状主放電電極２５，２５間で主放電Ｓのアーク放電が行われるので、主放電用の電極に大きな放電面積を確保し、局所的に電流密度が高くなるのを防止することができる。
また、板状主放電電極２５の電極先端部２５ａと封止電極２６との間でも、板状部材の電極先端部２５ａが接触して通電するので、薄膜の場合と比較してはるかに大きな接触面積を確保することができる。この場合、電極先端部２５ａは板状の端面が封止電極２６と接触するようにしてもよいが、曲面の電極先端部２５ａとすることで、接触面積を増加させたり、接触の安定性をより一層向上させることができる。
【００２７】
以下では、上述した構成のサージアブソーバ２０を製造する工程を図２ないし図４に基づいて具体的に説明する。
図２は、セラミックス部材２２に導電性皮膜２３を形成した後、周面に放電ギャップ２４を形成するトリガ電極製造工程を示している。
このトリガ電極製造工程では、（ａ）に示すように、最初に絶縁性部材のセラミックス部材２２として、ムライト焼結材よりなる円柱形状碍子を用意する。
【００２８】
このセラミックス部材２２は、（ｂ）に示すように、周面及び両端面の全表面が導電性皮膜２３のＴｉ薄膜によって覆われる。この導電性皮膜２３は、スパッタや蒸着等により形成される。
次の工程では、（ｃ）に示すように、軸方向中心位置の導電性薄膜２３を全周にわたりレーザーカット等の方法で除去する。この結果、セラミックス部材２２を微小の幅で露出させた放電ギャップ２４が形成される。この放電ギャップ２４を形成したことにより、導電性皮膜２３は、セラミックス部材２２の軸方向において電気的に絶縁されて二つに分割される。
【００２９】
図３は、トリガ電極製造工程でトリガ電極とされたセラミックス部材２２を板状主放電電極部材２５，２５間に挟み、サージ吸収素子を組み立てる工程を示している。
図３（ａ）は、板状の電極素材から帯状（長方形）とした板状主放電電極２５を、複数枚同時に形成する様子を示したものである。第１リードフレーム３０Ａは、リン青銅の１枚の板材から第２リードフレーム３０Ｂを切り抜くことにより残った部分であり、第１及び第２リードフレーム３０Ａ，３０Ｂには、それぞれ基部３１Ａ，３１Ｂで連結された複数の板状主放電電極２５が一定のピッチで平行に配列されている。
【００３０】
また、各板状主放電電極２５の一方の端部近傍には、トリガ電極となったセラミックス部材２２を上下から挟み込んで位置決めするため、たとえば切断と同時にプレス成形された凹部３２Ａ，３２Ｂが形成されている。この場合、下側となる第２リードフレーム３０Ｂの板状主放電電極２５に形成された凹部３２Ｂにセラミックス部材２２を載置するが、必要に応じてろう材等で接着してもよい。
【００３１】
続く図３（ｂ）の工程では、各凹部３２Ｂにそれぞれセラミックス部材２２を載置または接着した第２リードフレーム３０Ｂに対し、セラミックス部材２２にそれぞれ凹部３２Ａを被せるように位置合わせして第１リードフレーム３０Ａを載置または接着する。この場合の接着にも、ろう材等を使用してもよい。
【００３２】
このようにして複数のサージ吸収素子が並列に形成された後、図３（ｃ）に示すように、第２リードフレーム３０Ｂから不要部分である基部３１Ｂを切断除去する。この時、第２リードフレーム３０Ｂ側では、電極先端部２５ａが曲面となるように切断するとよい。すなわち、板状主放電電極２５の一方の端部であり、後に封止電極２６と接触する側の電極先端部２５ａが、セラミックス部材２２側へ上向きに曲げられた曲面となるように切断する。
なお、この時点において第１リードフレーム３０Ａ側の基部３１Ａはそのまま残り、複数のサージ吸収素子は連結された状態にある。
【００３３】
図３（ａ）〜（Ｃ）の工程でできたサージ吸収素子は、続いて図４に示す組立工程へ送られる。
図４（ａ）の工程では、筒型四角柱としたアルミナ製の筒状碍子２１に、一方の開口部からサージ吸収素子を挿入する。なお、筒状碍子２１は、サージ吸収素子と同数が適当な治具により保持されて等ピッチで並んでいる。
【００３４】
筒状碍子２１内に挿入されたサージ吸収素子は、図４（ｂ）に示すように、セラミックス部材２２が所定位置（軸方向の中心位置）に設置され、曲面とした電極先端部２５ａが他方の開口部から若干突出する。
次に、図４（ｃ）に示すように、第１リードフレーム３０Ａの不要部分である基部３１Ａを切断する。この時、第１リードフレーム３０Ａ側の電極先端部２５ａについても、曲面となるように切断するとよい。すなわち、板状主放電電極２５の一方の端部であり、後に封止電極２６と接触する側の電極先端部２５ａが、セラミックス部材２２側へ下向きに曲げられた曲面となるように切断する。
この結果、各サージ吸収素子は分断され、それぞれが独立して筒状碍子２１内の所定位置に収納された状態となる。なお、ここで切断された電極先端部２５ａの曲面も、筒状碍子２１の開口部から若干突出した状態になる。
【００３５】
続いて、図４（ｄ）に示すように、サージ吸収素子を収納した筒状碍子２１の両端開口を封止電極２６で封止する。この時、アルミナ（セラミックス）の筒状碍子２１とコバール（金属）の封止電極２６とを接着するため、間にろう材２８を介在させる。
封止電極２６による封止は、図４（ｅ）に示すように、カーボンヒーター４０内のＡｒガス雰囲気中で加熱処理し、ろう材２８により封止電極２６を筒状碍子２１の両端面に接着して行われる。この結果、筒状碍子２１の中空部内は、サージ吸収素子がＡｒガスと共に封止された気密室２７となる。なお、ここではカーボンヒータ４０を使用して加熱処理したが、封止電極２６の接着工程は、部品を固定する治具であれば特に限定されるものではない。
最後に、適当なメッキ処理を行い、サージアブソーバ２０が完成する。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のチップ型サージアブソーバによれば、サージ吸収素子となる絶縁性部材の両端面を覆うように接触して対向配置され、比較的小型のまま放電面積を大きく確保できる一対の板状主放電電極間で主放電が行われるので、局所的な温度上昇を防止して大電流の放電が可能なサージアブソーバとなる。また、板状主放電電極の電極先端部が封止電極に接触しているので、従来構造の導電性薄膜と比較して電極間の接触面積が増加し、これによっても大きなサージ電流を流すことができるようになる。
特に、電極先端部を曲面にすれば、封止電極との接触面積を大きくし、かつ、接触の安定性を増すことができるので、より大きなサージ電流を流すことができる。
【００３８】
また、板状主放電電極と封止電極との間で接触が安定すると、接触不良が生じないので、直流サージ電圧（Ｖｓ）にばらつきがなく、性能が安定して信頼性の高いチップ型サージアブソーバとなる。
さらに、チップ型サージアブソーバの気密室内に入る部品を小型にすることができるので、小型化及び低コスト化が容易である。
【００３９】
また、本発明のチップ型サージアブソーバの製造方法によれば、比較的小型のまま主放電電極の面積を大きくし、局所的な温度上昇を防止して大電流の放電が可能な製品を容易に製造することができる。また、板状主放電電極の電極先端部を封止電極に接触させるため、導電性薄膜と比較して電極間の接触面積が増加するので、より一層大電流を流すことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るチップ型サージアブソーバの一実施形態を示す図で、（ａ）組立状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】トリガ電極作成の工程を示す図である。
【図３】サージ吸収素子の組立工程を示す図である。
【図４】チップ型サージアブソーバの組立工程を示す図である。
【図５】第１従来例を示す断面図である。
【図６】第２従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
２０チップ型サージアブソーバ
２１筒状碍子
２２セラミックス部材（絶縁性部材）
２３導電性被膜
２４放電ギャップ（マイクロギャップ）
２５板状主放電電極
２５ａ電極先端部
２６封止電極
２７気密室（封止空間）
２８ろう材
３０Ａ第１リードフレーム
３０Ｂ第２リードフレーム
３１Ａ，３１Ｂ基部
３２Ａ，３２Ｂ凹部
４０カーボンヒーター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chip-type surge absorber used for protecting various electronic devices and the like from surges and preventing accidents, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, electronic devices for communication equipment such as telephones, facsimiles, modems, etc. are connected to communication lines, or parts that are susceptible to electric shock caused by abnormal voltage (surge voltage) such as lightning surge or static electricity, such as CRT drive circuits. Is connected to a surge absorber in order to prevent the electronic device and the printed circuit board on which this device is mounted from being damaged due to thermal damage or fire due to abnormal voltage.
[0003]
As such a surge absorber, there is one using a surge absorbing element having a micro gap as in the first conventional example shown in FIG.
In the surge absorbing element 1, a so-called microgap M is formed on the peripheral surface of a cylindrical ceramic member (insulating member) 3 that is entirely covered with a conductive film 2. Cap electrodes 4 and 4 are attached. The surge absorbing element 1 configured as described above is accommodated in the glass tube 5 together with the inert gas G, and both ends of the glass tube 5 are sealed by a pair of sealing electrodes 6 and 6 facing each other by high-temperature heating. As a result, it becomes a discharge type surge absorber.
This surge absorber is a surface mount type (Melph type) surge absorber, and the sealing electrode 6 has no lead wire, and when mounted, the sealing electrode 6 and the substrate side are fixed by soldering. To do. (For example, see Patent Document 1)
[0004]
However, since the above-described surge absorber of the first conventional example encloses the cylindrical ceramic member 3 inside the glass tube 5, it is difficult to reduce the size. For this reason, it has not been possible to meet industrial demands for downsizing and increasing the density of electronic circuits.
In the case of the Melf type, the surface of the element is not flat, and a chucking defect occurs when the board is mounted.
[0005]
On the other hand, as a surge absorber capable of reducing the size while maintaining the above-described microgap-type performance, there is a chip-type surge absorber 10 such as a second conventional example shown in FIG.
In this case, a discharge electrode 13 having a discharge gap 12 is provided on the surface of the insulating substrate 11. A pair of terminal electrodes 14 that are electrically connected to the discharge electrode 13 are disposed at both ends of the insulating substrate 11. Further, an airtight cap 16 is bonded to cover the discharge electrode 13 and the discharge gap 12 in order to form the airtight chamber 15 filled with the discharge gas. In addition, the code | symbol 17 in a figure is a connection surface of the discharge electrode 13 and the terminal electrode 14, and the discharge electrode 13 is a conductive thin film about 1 micrometer-40 micrometers formed by the printing method, the vapor deposition method sputtering method, etc. It is.
[0006]
The surge absorber having such a structure can be surface-mounted by electrically connecting the terminal electrode 14 and an external circuit (not shown) with solder, and requires a glass tube or cap electrode for encapsulation. Therefore, downsizing is possible. In addition, since the basic operating principle is the same as that described in the first conventional example, the performance is not inferior. (For example, see Patent Document 2)
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-134247 A (paragraph numbers 0011 to 0014 and FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 2002-15832 A (paragraph numbers 0013 to 0023 and FIG. 2)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, recent surge absorbers are required to allow a large current to flow along with downsizing.
However, the above-described chip type surge absorber 10 of the second conventional example is advantageous in terms of downsizing, but on the connection surface 17 between the discharge electrode 13 and the terminal electrode 14 of a conductive thin film formed by a printing method or the like. Since the contact area becomes small, it is difficult to flow a large current during discharge.
Further, at the time of arc discharge of the main discharge S, arc current flows in a point state to the base end portion of the discharge electrode 13 made of a conductive thin film, so that the portion is locally in a state of high current density. For this reason, it is conceivable that the joint is damaged under the influence of a local high temperature, so it is still difficult to flow a large current.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a surge absorber that is small in size and capable of flowing a large current.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The chip-type surge absorber according to claim 1 includes a hollow rectangular cylindrical insulator, a columnar insulating member in which a conductive film is divided and formed on a peripheral surface via a discharge gap, and both ends of the insulating member A pair of plate-shaped main discharge electrodes arranged in contact with each other so as to cover the surface, and a pair of seals for sealing the insulating member and the plate-shaped main discharge electrode together with an inert gas inside the cylindrical insulator A pair of plate- shaped main discharge electrodes, wherein the plate-shaped main discharge electrodes are extended in opposite directions in the axial direction of the cylindrical insulators so that the tip ends of the electrodes are in contact with the sealing electrodes. The discharge electrode is housed inside the cylindrical insulator in contact with the opposing surfaces of the hollow portion having a rectangular cross section of the cylindrical insulator .
[0010]
According to such a chip-type surge absorber, main discharge is performed between a pair of plate-like main discharge electrodes arranged in contact with each other so as to cover both end faces of the insulating member. The area of the discharge electrode is increased to prevent a local temperature rise and to discharge a large current. Further, since the electrode tip portion of the plate-shaped main discharge electrode is in contact with the sealing electrode, the contact area between the electrodes is increased as compared with the conductive thin film, so that a large current can flow.
In this case, it is preferable that the plate-shaped main discharge electrode is set to such a length as to ensure contact with the sealing electrode with appropriate bending.
[0011]
In the chip type surge absorber according to the first aspect, it is preferable that the tip of the electrode has a curved surface, whereby the contact area with the sealing electrode can be increased and the stability of the contact can be increased.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a chip type surge absorber manufacturing method comprising: a pair of plate-like main discharge electrodes so as to cover both end faces of a columnar insulating member having a conductive film divided and formed on a peripheral surface through a discharge gap. The insulating member and the plate-shaped main discharge electrode are placed in contact with each other, the hollow main body is formed into a hollow quadrangular cylindrical insulator, and the pair of plate-shaped main discharge electrodes are formed into a rectangular cross section of the cylindrical insulator. The plate-shaped main discharge electrode that is inserted in an inactive gas, sealed with a pair of sealing electrodes, and extended in opposite directions in the axial direction of the cylindrical insulator, in contact with the opposing surfaces. The electrode tip is brought into contact with the sealing electrode.
[0013]
According to such a chip type surge absorber manufacturing method, a pair of plate-like main discharge electrodes are provided so as to cover both end faces of a columnar insulating member in which a conductive film is divided and formed on the peripheral surface via a discharge gap. Since the electrode tip of the plate-like main discharge electrode formed in contact with each other and extending in the opposite direction in the axial direction of the cylindrical insulator is brought into contact with the sealing electrode, the sealing is relatively small. The area of the main discharge electrode is increased as it is, and a local temperature rise is prevented to discharge a large current. Moreover, since the electrode tip portion of the plate-shaped main discharge electrode is brought into contact with the sealing electrode, the contact area between the electrodes is increased as compared with the conductive thin film, so that a large current can flow.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a chip type surge absorber and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
1A is a perspective view showing the overall configuration of a chip-type surge absorber (hereinafter referred to as “surge absorber”), and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Reference numeral 20 is a surge absorber, 21 is a cylindrical insulator, 22 is a ceramic member (insulating member), 23 is a conductive film, 24 is a discharge gap (microgap), 25 is a plate-shaped main discharge electrode, and 26 is a sealing electrode. 27 are hermetic chambers (sealing spaces).
[0015]
The cylindrical insulator 21 is a cylindrical quadrangular column formed of, for example, insulating ceramics such as alumina or lead glass, and a hollow portion having a substantially rectangular cross section is an airtight chamber 27 described later. In addition, the substantially rectangular cross section in this case includes not only a rectangle or a square but also a corner whose corner is not a right angle or a curved surface.
Further, both end surfaces of the cylindrical insulator 21 are subjected to Ni plating after, for example, Mo—Mn metallization. Note that the metallization of both end faces is not limited to Mo—Mn. For example, Mo—W, Ag, Cu, Au, or the like may be used, or Ni plating may not be performed. Alternatively, an active metal brazing material can be used instead of forming the metallized layer.
[0016]
The ceramic member 22 used as the insulating member is a cylindrical ceramic insulator made of, for example, a mullite sintered body, and a conductive film 23 such as a Ti thin film is formed on the surface thereof. Examples of the ceramic member 22 that can be used include insulating ceramics such as alumina, beryllia, stearite, forsterite, zircon, ordinary porcelain, glass ceramic, silicon nitride, aluminum nitride, and silicon carbide.
The conductive coating 23 is formed in a state of being divided into two parts in the axial direction through a discharge gap 24 called a micro gap formed on the circumferential surface of the cylinder. The conductive film 23 can be formed by a PVD method such as sputtering or vapor deposition, or a CVD method. In addition to the Ti thin film described above, for example, Ag, Ag / Pd, SnO ₂ , Al, Thin films such as Ni, Cu, TiN, Ta, W, SiC, BaAl, C, Ag / Pt, TIO, TiC, and TiCN can be employed.
[0017]
The discharge gap 24 is a portion where the conductive coating 23 formed uniformly on the entire surface (circumferential surface and both end surfaces) of the ceramic insulator 22 is removed in the circumferential direction at the central portion in the axial direction of the peripheral surface. The discharge gap 24 can be formed using a technique such as laser cutting, dicing, or etching. Note that about 1 to 100 discharge gaps 24 are formed with a width of about 0.01 to 1.5 mm.
[0018]
The above-described ceramic member 22 is sandwiched between a pair of plate-like main discharge electrodes 25 and 25 arranged so as to be in contact with each other so as to cover both cylindrical end faces. The plate-like main discharge electrode 25 is obtained by cutting a phosphor bronze plate material into a desired shape such as a belt shape. In addition to the phosphor bronze described above, the plate-shaped main discharge electrode 25 may be made of a conductive material plate such as stainless steel (SUS), beryllium copper, copper, iron, nickel, or the like.
[0019]
The plate-shaped main discharge electrodes 25 are arranged in a state where the plate-shaped main discharge electrodes 25 are each extended in the axial direction opposite to the cylindrical insulator 21. The plate-like main discharge electrode 25 is an electrode tip portion 25a in which the tip portion on the extension side contacts a sealing electrode 26 described later. In other words, in the illustrated example, the plate-shaped main discharge electrode 25 that contacts the upper end surface of the ceramic member 22 is extended to the left side of the drawing, and the plate-shaped main discharge electrode 25 that contacts the lower end surface is extended to the right side of the drawing. In other words, the pair of upper and lower plate-shaped main discharge electrodes 25, 25 have the same length, and the ceramic member 22 is brought into contact with the vicinity of the end shifted in the opposite direction in the axial direction of the cylindrical insulator 21.
[0020]
Further, the dimensions of the plate-shaped main discharge electrode 25 are appropriately set so that both the electrode tip portions 25a are opened from both ends of the cylindrical insulator 21 in a state where the ceramic member 22 is installed at a predetermined position (intermediate position) in the cylindrical insulator 21. Set to the protruding length. In this case, after sealing with a sealing electrode 26 described later, an appropriate deflection is generated so as to be surely brought into contact with elasticity. In addition, by making the electrode tip portion 25a a curved surface, the contact with the sealing electrode can be further stabilized and the contact area can be increased.
The contact portion (surface) between the plate-shaped main discharge electrode 25 and the ceramic member 22 is positioned by providing a recess in the plate-shaped main discharge electrode 25, but is bonded using a brazing material or the like as necessary. Also good.
[0021]
As described above, the surge absorbing element having the structure in which the ceramic member 22 is sandwiched between the pair of plate-like main discharge electrodes 25, 25 is formed from either one of the openings formed at both ends of the cylindrical insulator 21. It is inserted and stored in a predetermined position in the hollow portion. At this time, the plate-shaped main discharge electrodes 25, 25 are dimensioned so as to be accommodated in contact with the opposing surfaces of the hollow portion having a substantially rectangular cross section. That is, the surge absorbing element housed in the intermediate portion is sandwiched between the opposing surfaces even if the plate-like main discharge electrode 25 and the ceramic member 22 are not bonded, so that the surge absorbing element is not displaced. You can maintain the relationship.
[0022]
After accommodating the surge absorbing element, the cylindrical insulator 21 is sealed with the sealing electrodes 26 and 26 at both ends in an inert gas atmosphere such as argon. This sealing electrode 26 is brought into contact with both end faces of the opening so as to close the hollow portion, sandwiches the cylindrical insulator 21, and is bonded using brazing, glass or the like. As a result, the hollow portion of the cylindrical insulator 21 becomes an airtight chamber 27 in a sealed space in which a surge absorbing element and an inert gas are enclosed. Reference numeral 28 in the figure denotes a brazing material that bonds the sealing electrode 26 to the end face of the cylindrical terminal 21.
[0023]
As the electrode material to be the sealing electrode 26, for example, other than Kovar, Cu, Cu-based and Ni-based alloy materials can be used. The sealing electrode 26 functions as a terminal electrode of the surge absorber 20 connected to a circuit or the like that protects against surge.
Moreover, the inert gas mentioned above is not limited to argon, What is necessary is just to function as discharge gas. Therefore, any gas (gas) that ionizes at high temperatures can be used including air, but considering the stability at high temperatures, He, N ₂ , Ne, Xe, SF ₆ , CO ₂ , H ₂ , One or two or more mixed gases such as C ₂ F ₆ can be used.
[0024]
In the illustrated example, the surge absorber 20 having the above-described configuration is electrically connected to the sealing electrode 26 on the right side of the paper and the lower conductive film 23 via the plate-shaped main discharge electrode 25 on the right side, and The sealing electrode 26 on the left side of the paper and the upper conductive film 23 are electrically connected via the left plate-shaped main discharge electrode 25, but the conductive film 23 divided in the vertical direction has a discharge gap 24. Is electrically insulated by the presence of For this reason, when the circuit is operating in a normal state, no current flows through the surge absorber 20 by being insulated by the discharge gap 24.
[0025]
However, when a surge such as dielectric lightning enters the circuit, a voltage corresponding to the surge is applied to both ends of the discharge gap 24. If this surge voltage is equal to or higher than the DC discharge start voltage (Vs) set in the surge absorber 20, the insulation between the discharge gaps 24 is broken and glow discharge is generated in the discharge gaps 24. Furthermore, if the surge continues, the discharge gas becomes high in temperature and ionizes to shift from glow discharge to arc discharge, and discharge is generated between the plate-like main discharge electrodes 25 and 25, and a larger current surge can flow. it can.
[0026]
That is, in the configuration of the present invention, since the arc discharge of the main discharge S is performed between the plate-shaped main discharge electrodes 25, 25, a large discharge area is secured in the main discharge electrode, and the current density is locally increased. Can be prevented.
Further, since the electrode tip portion 25a of the plate-like member is in contact and energized also between the electrode tip portion 25a of the plate-like main discharge electrode 25 and the sealing electrode 26, the contact is much larger than in the case of the thin film. An area can be secured. In this case, the electrode tip 25a may have a plate-like end surface in contact with the sealing electrode 26. However, by using the curved electrode tip 25a, the contact area can be increased or the contact stability can be improved. This can be further improved.
[0027]
Below, the process of manufacturing the surge absorber 20 having the above-described configuration will be specifically described with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a trigger electrode manufacturing process in which the discharge gap 24 is formed on the peripheral surface after the conductive film 23 is formed on the ceramic member 22.
In this trigger electrode manufacturing process, as shown in (a), a cylindrical insulator made of a mullite sintered material is first prepared as the ceramic member 22 of the insulating member.
[0028]
As shown in (b), the ceramic member 22 is covered with the Ti thin film of the conductive film 23 on the entire surface of the peripheral surface and both end surfaces. The conductive film 23 is formed by sputtering or vapor deposition.
In the next step, as shown in (c), the conductive thin film 23 at the axial center position is removed by a method such as laser cutting over the entire circumference. As a result, a discharge gap 24 in which the ceramic member 22 is exposed with a minute width is formed. By forming the discharge gap 24, the conductive film 23 is electrically insulated in the axial direction of the ceramic member 22 and divided into two.
[0029]
FIG. 3 shows a process of assembling the surge absorbing element by sandwiching the ceramic member 22 that was made the trigger electrode in the trigger electrode manufacturing process between the plate-like main discharge electrode members 25 and 25.
FIG. 3A shows a state in which a plurality of plate-like main discharge electrodes 25 having a strip shape (rectangular shape) are formed simultaneously from a plate-like electrode material. The first lead frame 30A is a portion left by cutting out the second lead frame 30B from one phosphor bronze plate, and is connected to the first and second lead frames 30A and 30B by base portions 31A and 31B, respectively. The plurality of plate-like main discharge electrodes 25 are arranged in parallel at a constant pitch.
[0030]
Also, in the vicinity of one end of each plate-like main discharge electrode 25, for example, concave portions 32A and 32B that are press-formed simultaneously with cutting are formed in order to sandwich and position the ceramic member 22 serving as a trigger electrode. ing. In this case, the ceramic member 22 is placed in the concave portion 32B formed in the plate-like main discharge electrode 25 of the second lead frame 30B on the lower side, but may be bonded with a brazing material or the like as necessary.
[0031]
In the subsequent step of FIG. 3B, the first lead is obtained by aligning the second lead frame 30B in which the ceramic member 22 is placed or bonded to each concave portion 32B so that the ceramic member 22 covers the concave portion 32A. The frame 30A is placed or bonded. In this case, brazing material or the like may be used.
[0032]
After the plurality of surge absorbing elements are formed in parallel in this way, as shown in FIG. 3C, the base portion 31B which is an unnecessary portion is cut and removed from the second lead frame 30B. At this time, on the second lead frame 30B side, the electrode tip portion 25a may be cut so as to be a curved surface. That is, it cuts so that the electrode front-end | tip part 25a of the one end part of the plate-shaped main discharge electrode 25 and the side which contacts the sealing electrode 26 later may become the curved surface bent upward toward the ceramic member 22 side.
At this time, the base portion 31A on the first lead frame 30A side remains as it is, and the plurality of surge absorbing elements are in a connected state.
[0033]
The surge absorbing element produced in the steps of FIGS. 3A to 3C is subsequently sent to the assembly step shown in FIG.
In the process of FIG. 4A, the surge absorbing element is inserted into one of the cylindrical insulators 21 made of alumina that is a cylindrical quadrangular column. It should be noted that the cylindrical insulators 21 are held in an equal pitch while being held by an appropriate jig in the same number as the surge absorbing elements.
[0034]
As shown in FIG. 4 (b), the surge absorbing element inserted into the cylindrical insulator 21 has a ceramic member 22 installed at a predetermined position (a central position in the axial direction), and a curved electrode tip 25a. It protrudes slightly from the opening.
Next, as shown in FIG. 4C, the base 31A, which is an unnecessary part of the first lead frame 30A, is cut. At this time, the electrode leading end portion 25a on the first lead frame 30A side may be cut so as to be a curved surface. That is, one end of the plate-like main discharge electrode 25 is cut so that the electrode tip 25a on the side that comes into contact with the sealing electrode 26 later becomes a curved surface bent downward toward the ceramic member 22 side.
As a result, each surge absorbing element is divided, and each surge absorbing element is independently housed in a predetermined position in the cylindrical insulator 21. In addition, the curved surface of the electrode tip portion 25 a cut here also slightly protrudes from the opening of the cylindrical insulator 21.
[0035]
Subsequently, as shown in FIG. 4 (d), both end openings of the cylindrical insulator 21 containing the surge absorbing element are sealed with a sealing electrode 26. At this time, a brazing filler metal 28 is interposed between the cylindrical insulator 21 made of alumina (ceramics) and the sealing electrode 26 made of kovar (metal).
Sealing with the sealing electrode 26 is performed by heat treatment in an Ar gas atmosphere in the carbon heater 40 as shown in FIG. 4 (e), and the sealing electrode 26 is attached to both end faces of the cylindrical insulator 21 by the brazing material 28. It is done by gluing. As a result, the inside of the hollow portion of the cylindrical insulator 21 becomes an airtight chamber 27 in which the surge absorbing element is sealed together with Ar gas. Although the carbon heater 40 is used for the heat treatment here, the bonding process of the sealing electrode 26 is not particularly limited as long as it is a jig for fixing components.
Finally, an appropriate plating process is performed to complete the surge absorber 20.
[0037]
【The invention's effect】
According to the chip-type surge absorber of the present invention, a pair of plate-shaped main discharges that are disposed in contact with each other so as to cover both end surfaces of an insulating member that serves as a surge absorbing element and can ensure a large discharge area while being relatively small. Since the main discharge is performed between the electrodes, the surge absorber can prevent a local temperature rise and discharge a large current. In addition, since the electrode tip of the plate-shaped main discharge electrode is in contact with the sealing electrode, the contact area between the electrodes increases compared to the conductive thin film of the conventional structure, and this also causes a large surge current to flow. Will be able to.
In particular, if the electrode tip is curved, the contact area with the sealing electrode can be increased and the stability of the contact can be increased, so that a larger surge current can flow.
[0038]
In addition, when contact between the plate-shaped main discharge electrode and the sealing electrode is stabilized, contact failure does not occur, so there is no variation in DC surge voltage (Vs), stable performance, and reliable chip-type surge. Become an absorber.
Furthermore, since the components that enter the hermetic chamber of the chip type surge absorber can be reduced in size, it is easy to reduce the size and cost.
[0039]
Further, according to the manufacturing method of the chip type surge absorber of the present invention, a product capable of discharging a large current by increasing the area of the main discharge electrode while keeping a relatively small size and preventing a local temperature rise can be easily obtained. Can be manufactured. In addition, since the electrode tip of the plate-shaped main discharge electrode is brought into contact with the sealing electrode, the contact area between the electrodes is increased as compared with the conductive thin film, so that a larger current can flow.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are views showing an embodiment of a chip-type surge absorber according to the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view showing an assembled state, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating a process of creating a trigger electrode.
FIG. 3 is a view showing an assembly process of the surge absorbing element.
FIG. 4 is a view showing an assembling process of a chip type surge absorber.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first conventional example.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second conventional example.
[Explanation of symbols]
20 Chip type surge absorber 21 Cylindrical insulator 22 Ceramic member (insulating member)
23 Conductive coating 24 Discharge gap (micro gap)
25 Plate Main Discharge Electrode 25a Electrode Tip 26 Sealing Electrode 27 Airtight Chamber (Sealing Space)
28 Brazing material 30A First lead frame 30B Second lead frames 31A, 31B Base portions 32A, 32B Recess 40 Carbon heater

Claims

A hollow quadrangular cylindrical insulator, a columnar insulating member having a conductive film divided and formed on the peripheral surface via a discharge gap, and arranged to contact each other so as to cover both end surfaces of the insulating member A pair of plate-shaped main discharge electrodes; and a pair of sealing electrodes for sealing the insulating member and the plate-shaped main discharge electrode together with an inert gas inside the cylindrical insulator; An electrode tip formed by extending the electrodes in opposite directions in the axial direction of the cylindrical insulator is brought into contact with the sealing electrode, and the pair of plate-shaped main discharge electrodes is formed into a rectangular cross section of the cylindrical insulator. A chip-type surge absorber, wherein the tip-type surge absorber is housed inside the cylindrical insulator in contact with the opposing surfaces of the hollow portion .

2. The tip surge absorber according to claim 1, wherein the electrode tip is curved.

A pair of plate-shaped main discharge electrodes are placed in contact with each other so as to cover both end surfaces of a columnar insulating member having a conductive film divided and formed on the peripheral surface via a discharge gap. The main discharge electrode is inserted into the hollow rectangular cylindrical insulator, and the pair of plate-shaped main discharge electrodes are inserted with an inert gas in contact with the opposing surface of the hollow portion having the rectangular cross section of the cylindrical insulator. Then, sealing with a pair of sealing electrodes, the tip of the plate-shaped main discharge electrode formed by extending in the opposite direction in the axial direction of the cylindrical insulator is brought into contact with the sealing electrode. A manufacturing method of a chip type surge absorber.