貼片壓敏電阻基礎知識

壓敏電阻用字母“my”示意，如加j為家用，后面的字母w、g、p、l、h、z、b、c、n、k分袂用于穩壓、過壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、彌補、消磁、高能或高穩定等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的電涌電能量，但不能經受毫安級以上的繼續電流，在用作過壓保護時必須思索到這一點。壓敏電阻的選用，一般決定標稱壓敏電壓v1ma和通流容量兩個參數。一、所謂壓敏電壓即擊穿電壓或閾值電壓。指在規定電流下的電壓值，大多半環境下用1ma直流電疏通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產品的壓敏電壓范疇能夠從10-9000v不等。可按照細心需求正確選用。一般 v1ma=1.5vp=2.2vac，式中，vp為電路額定電壓的峰值。vac為額定交流電壓的無效值。zno壓敏電阻的電壓值決定是相當重要的，它相干到保護結果與應用壽命。如一臺用電器的額定電源電壓為220v，則壓敏電阻電壓值 v1ma=1.5vp=1.5××220v=476v，v1ma=2.2vac=2.2×220v=484v，是以壓敏電阻的擊穿電壓可選在 470-480v之間。二、所謂通流容量即最大脈沖電流的峰值是環境溫度為25℃環境下，對付規定的襲擊電流波形和規定的襲擊電流次數而言，壓敏電壓的變化不超過± 10%時的最大脈沖電流值。為了延伸器件的應用壽命，zno壓敏電阻所吸收的電涌電流幅值應小于手冊中給出的產品最大通流量。但是從保護結果解纜，要求所選用的通流量大一些好。在良多環境下，理論產生的通流量是很難切確打算的，則選用2-20ka的產品。如手頭產品的通流量不能愜心應用要求時，可將幾只單個的壓敏電阻并聯應用，并聯后的壓敏電不亂，其通流量為各單只壓敏電阻數值之和。要求并聯的壓敏電阻伏安個性只管類似，不然易誘發分流不均勻而毀壞壓敏電阻。1 氧化鋅壓敏電阻的發展1967年7月，日本松下電器公司無線電推行室的松岡道雄在研討金屬電極—氧化鋅陶瓷界面時，有時中發現氧化鋅(zno)加氧化鉍(bi2o3)復合陶瓷具備非線性的伏安個性。進一步推行又發現，若是在以上二元系陶瓷中再加微量的三氧化二銻(sb2o3)、三氧化二鈷(co2o3)、二氧化錳(mno2)、三氧化二鉻(cr2o3)等多種氧化物，這類復合陶瓷的非線性系數能夠達到50左右，伏安個性相通兩只反并聯的齊納二極管，通流手段不亞于碳化硅(sic)材料，臨界擊穿電壓能夠通過篡改元件尺寸方便地加以療養，并且這類機能優良的壓敏元件通過重大的陶瓷工藝就能夠制造出來，其機能代價比極高。1.1 理論研討1972年美國通用電氣公司(ge)采辦了日本松下電器公司無關氧化鋅壓敏材料的大局部專利和技術決竅。自從美國操作把持了氧化鋅壓敏陶瓷的制造技術以后，大范圍地舉辦了這類陶瓷材料的基礎研討任務。自80年代起，對氧化鋅壓敏陶瓷材料的研討逐漸走進了企業。迄今為止，重要的理論研討任務都是在美國完成的。重要的研討課題有：(1) 以詮釋微觀電性為目的的導電模型的微觀布局的研討(70～80年代);(2) 以材料與產品斥地為目的的配方機理和燒結工藝的研討(70～80年代);(3) 氧化鋅壓敏陶瓷材料非線性網絡拓撲模型的研討(80～90年代);(4) 氧化鋅壓敏陶瓷復合粉體的制備研討(80～90年代);(5) 納米材料在氧化鋅壓敏陶瓷中的運用研討(90年代)。1.2 研制斥地70年代末到80年代，基礎理論研討取患了重大平息。據不徹底統計，截至到1998年，地下揭曉的論文和專利闡明書等累計達700多篇，個中無關基礎研討的約占一半。在基礎研討的鞭策下，80～90年代，壓敏陶瓷的材料斥地速度大大加快，現在已獲得的問題有：(1) 氧化鋅壓敏陶瓷的電壓梯度已從最初的150v/mm疏散到(20～250)v/mm幾十個系列，從集成電路到高壓、超高壓輸電系統都能夠應用;(2) 開發出大尺寸元件，直徑達120mm,2ms方波，襲擊電流達到1200a，能量容量平都可達300j/cm3左右;(3) 汽車用(85～120)℃任務溫度下的高能元件;(4) 視在介電常數小于500的高頻元件;(5) 壓敏—電容雙機能電磁兼容(emc)元件;(6) 毫秒級三角波、能量密度750j/cm3以上的低壓高能元件;(7) 老化個性好、電容量大、陡波響應快的無鉍(bi)系氧化鋅壓敏元件;(8) 化學共積淀法和熱噴霧理會法壓敏電阻復合粉體制備技術;(9) 壓敏電阻的微波燒結技術;(10) 無勢壘氧化鋅大功率線性電阻。2 壓敏電阻器的運用原理壓敏電阻器是一種具備瞬態電壓抑制機能的元件，能夠用來代替瞬態抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器能夠對ic及其它設備的電路舉辦保護，脅制因靜電放電、電涌及其它瞬態電流(如雷擊等)而形成對它們的毀壞。使歷時只需將壓敏電阻器并接于被保護的ic或設備電路上，當電壓瞬間高于某一數值時，壓敏電阻器阻值迅速升高，導通大電流，從而保護ic或電器設備;當電壓低于壓敏電阻器任務電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，于是不會影響器件或電器設備的失常任務。壓敏電阻器的運用遍及，從手持式電子產品到工業設備，其規格與尺寸多種多樣。隨入手持式電子產品的遍及應用，特別是手機、手提電腦、pda、數字相機、醫療儀器等，其電路系統的速度要求更高，并且要求任務電壓更低，這就對壓敏電阻器提出了體積更小、機能更高的要求。是以，表面組裝的壓敏電阻器元件也就開端大量涌現，而其販賣年增長率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。估量2002年壓敏電阻器的市場增長率為13%，個中，多層片式壓敏電阻器市場增長率為 20%～30%，徑向引線產品增長率為5%～10%。需求重要來自于電源設備，蘊含dc電源設備、不一連電源，以及新的斲喪類電子產品，如數字音頻/視頻設備、視頻游戲，數字相機等。片式壓敏電阻器已占美國市場販賣總額的40%～45%。(0402)尺寸的片式壓敏電阻器最受歡迎。0201尺寸的產品尚無上市。avx公司的0402片式壓敏電阻器有5.6v、9v、14v和18v等幾種電壓范疇的產品，它們的額定功率為50mj,典范榜樣電容值范疇從 90pf(18v的產品)～360pf(5.6v的產品)。maidadevelopment公司也出產片式系列的壓敏電阻器，但現在只推出了非標準尺寸的產品，12十、120六、080五、0603和0402的產品正在試產。littelfuse公司在2000年底前推出0201的產品。 avx和littelfuse公司已推出電壓抑制器陣列，如avx推出的multiguard系列四聯多層陶瓷瞬態電壓抑制器陣列(即壓敏電阻器陣列)曾經被市場領受。可華侈50%的板上空間，75%的出產裝配本錢。multiguad系列給與1206型規格。個中有一種雙聯元件給與0805規格，任務電壓有5.6v、9v、14v和18v等幾種，額定功率為0.1j。avx公司推出transfeed多層陶瓷瞬態電壓抑制器。該產品綜合了公司 transguard系列壓敏電阻器和feedthru系列電容器/濾波器的機能。給與0805規格。該組件具備機能劣勢，更快的導通時間(或稱響應時間，在200ps～250ps之間)和更小的并行系數。littelfuse制造的mln電涌陣列組件1206規格，內裝4只多層壓敏電阻器。該產品的esd達到iec671000-4-2第四級水平。其重要個性蘊含：感抗(1nh)，相鄰通道串擾典范榜樣值50db(頻率1mhz時)，在額定電壓任務狀態下，泄電流為5a,任務電壓高達18v，電容值可由用戶指定。這類mln貼片組件可用于板級esd保護，運用范疇蘊含手持式產品、電腦產品、工業及醫療儀器等。epcos公司推出了t4n-a230xfv集成電涌抑制器，內含兩只壓敏電阻器和一種短路裝配。該產品用于電信中心局和用戶線一側的通信設備保護。3 壓敏電阻的選用選用壓敏電阻器前，應先了解如下相關技術參數：標稱電壓(即壓敏電壓)是指在規定的溫度和直流電流下，壓敏電阻器兩端的電壓值。泄電流是指在25℃條件下，當施加最大一連直流電壓時，壓敏電阻器中流過的電流值。等第電壓是指壓敏電阻中通過8/20等第電流脈沖時在其兩端泛起的電壓峰值。通流量是示意施加規定的脈沖電流(8/20μs)波形時的峰值電流。電涌環境參數蘊含最大電涌電流ipm(或最大電涌電壓vpm和電涌源阻抗zo)、電涌脈沖寬度tt、相鄰兩次電涌的最小時間隔絕tm以及在壓敏電阻器的預定任務壽命期內，電涌脈沖的總次數n等。3.1 標稱電壓拔取一般地說，壓敏電阻器經常與被保護器件或裝配并聯應用，在失常環境下，壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低于標稱電壓，即使在電源擺蕩環境最壞時，也不應高于額定值當決定的最大一連任務電壓，該最大一連任務電壓值所對應的標稱電壓值即為選用值。對付過壓保護方面的運用，壓敏電壓值應大于理論電路的電壓值，一般應應用下式舉辦決定：vma=av/bc式中：a為電路電壓擺蕩系數，一般取1.2;v為電路直流任務電壓(交流時為無效值);b為壓敏電壓偏差，一般取0.85;c為元件的老化系數，一般取0.9;這樣打算獲得的vma理論數值是直流任務電壓的1.5倍，在交流狀態下還要思索峰值，是以打算問題應擴充1.414倍。其它，選歷時還必須屬意：(1) 必須擔保在電壓擺蕩最大時，一連任務電壓也不會超過最大準許值，不然將壓縮壓敏電阻的應用壽命;(2) 在電源線與大地間應用壓敏電阻時，有時由于接地不良而使線與地之間電壓回升，以是通常給與比線與線間應用處合更高標稱電壓的壓敏電阻器。3.2 通流量的拔取通常產品給出的通流量是按產品標準給定的波形、襲擊次數和間隙時間舉辦脈沖試驗時產品所能經受的最大電流值。而產品所能經受的襲擊數是波形、幅值和間隙時間的函數，當電流波形幅值低落50%時襲擊次數可添加一倍，以是無理論運用中，壓敏電阻所吸收的電涌電流應小于產品的最大通流量。3.3 應 用圖1所示是給與壓敏電壓器舉辦電路電涌和瞬變防護時的電路銜接圖。對付壓敏電阻的運用銜接，約略可分為四種類型：第一種類型是電源線之間或電源線和大地之間的銜接，如圖1(a)所示。作為壓敏電阻器，最具備代表性的應用處合是在電源線及長距離傳輸的信號線遇到雷擊而使導線存在電涌脈沖等環境下對電子產品起保護作用。一般在線間接入壓敏電阻器可對線間的認為脈沖無效，而在線與地間接入壓敏電阻則對傳輸線和大地間的認為脈沖無效。若進一步將線間銜接與線地銜接兩種模式組合起來，則可對電涌脈沖有更好的吸收作用。第二種類型為負荷中的銜接，見圖1(b)。它重要用于對感性負載溘然開閉誘發的認為脈沖舉辦吸收，以脅制元件遭到破碎摧毀。一般來說，只需并聯在感性負載上便能夠了，但按照電流種類和能量大小的不同，能夠思索與r-c勾串吸收電路實用。第三種類型是接點間的銜接，見圖1(c)。這類銜接次如果為了脅制認為電荷開關接點被電弧燒壞的環境產生，一般與接點并聯接入壓敏電阻器即可。第四種類型重要用于半導體器件的保護銜接，見圖1(d)。這類銜接形勢重要用于可控硅、大功率三極管等半導體器件，一般給與與保護器件并聯的形勢，以限定電壓低于被保護器件的耐壓等第，這對半導體器件是一種無效的保護。4 氧化鋅壓敏電阻存在的題目現有壓敏電阻在配方和機能上分為互相不能接替的兩大類：4.1 高壓型壓敏電阻高壓型壓敏電阻，其益處是電壓梯度高(100～250v/mm)、大電流個性好(v10ka/v1ma≤1.4)但僅對窄脈寬(2≤ms)的過壓和電涌有志向的防護手段，能量密度較小，(50～300)j/cm3。4.2 高能型壓敏電阻高能型壓敏電阻，其益處是能量密度較大(300j/cm3～750j/cm3)，經受長脈寬電涌手段強，但電壓梯度較低(20v/mm～500v/mm)，大電流個性差(v10ka/v1ma>2.0)。這兩種配方的機能區別形成為了良多運用上的“死區”，譬喻：在10kv電壓等第的輸配電系統中曾經遍及給與了真空開關，由于它行徑速度快、拉弧小，會在利用瞬間形成極高過壓和電涌能量，若是選用高壓型壓敏電阻加以保護(如氧化鋅避雷器)，雖然它電壓梯度高、本錢較低，但能量容量小，容易毀壞;若是選用高能型壓敏電阻，雖然它能量容量大，壽命較長，但電壓梯度低，本錢過高，是前者的5～13倍。在中小功率變頻電源中，過壓保護的工具是功率半導體器件，它對壓敏電阻的大電流個性和能量容量的要求都很嚴峻，并且要同時做到元件的小型化。高能型壓敏電阻在能量容量上能夠愜心要求，但大電流機能不夠志向，小直徑元件的殘壓對照高，通常達不到限壓要求;高壓型壓敏電阻的大電流個性較好，易于小型化，但能量容量不夠，達不到吸能要求。現在中小功率變頻電源在國內外發展無比迅速，國際販賣量已近100億元/年，但壓敏電阻在這一范疇的運用簡直照舊空缺。處置上述題目的無效要領是進步高壓型壓敏電阻的能量密度，或進步高能型壓敏電阻的電壓梯度和非線性系數(低落殘壓比)，即斥地高壓高能型壓敏電阻。5 運用納米材料改性壓敏電阻氧化鋅壓敏陶瓷屬體型壓敏材料，電壓、電流個性對稱，壓敏電壓和通流手段能夠掌握，具備很高的非線性系數，成為當今壓敏材估中的一個重要分支。為了處置高壓型壓敏電阻與高能型壓敏電阻運用上的“死區”，提出添加納米材料舉辦壓敏電阻改性推行研討，制得高壓高能型壓敏電阻，將能大幅度進步電壓梯度、非線性系數和能量密度。到現在為止，在亞微米級前驅粉體基礎上舉辦的各類傳統改性研討(粉體制備要領的改革、配方和燒結工藝調劑等)，均沒法處置高壓高能題目，完成高壓高能壓敏電阻是公認的難題。壓敏行業的專家遍及以為：發展多學科交*研討，利用新技術、新材料對壓敏電阻舉辦改性是處置題目的關鍵。在各類新技術、新材料的運用方面，納米材料已獲得遍及珍重，也正在組成一種新的發展趨勢。現在國內外有相當一批學者正在入手這方面的研討，初步研討問題曾經顯示出給與納米材料是完成高壓高能的無效路徑。在國外由前南斯拉夫塞爾維亞科學院milosevic1994年應用高能球磨法，制成均勻粒徑100nm如下的復合zno壓敏電阻粉末，經高溫燒結而成的壓敏電阻，非線性系數達到45，燒成密度達到理論密度的99%，并且泄電流對照小。由此可見，納米材料能夠大幅度進步電壓梯度、非線性系數(即低落殘壓比，改革大電流個性)和能量密度，對完成壓敏電阻和高壓高能具備重要意義。可是，以后文獻報道所波及的研討要領僅限于全數應用納米材料，這類要領工藝煩復、本錢高，未便于出產運用。而在給與納米添加法范疇內(應用大量或微量的納米粉與亞微米粉相連絡的要領)，對壓敏電阻舉辦改性研討，這類要領的益處在于：納米添加法具備決定性，可按照不同的運用需求，有目的地舉辦單組份納米添加推行，尋求改性結果最好的納米材料和添加比例，于是質料本錢不會大幅度添加。制備要領重大，根本上篡改壓敏電阻的現有出產要領，研討問題便于直接運用到出產理論中去。6 結 論綜上所述，壓敏電阻器運用趨勢為：有引線的壓敏電阻器近兩年來仍有肯定幅度的增長，現在為總需求的55%～60%;由于手持式電子產品的遍及應用，片式無引線壓敏電阻器市場增長率將一向進步，將逐漸超過有引線的壓敏電阻器產量，成為而后的支流產品。在研討和產品斥地方面，給與納米添加改性壓敏電阻，研討斥地一種全新觀點的氧化鋅壓敏電阻，完成壓敏電阻的高壓高能化，將具備很好的市場前景和理論運用價值。