貼片壓敏電阻基礎(chǔ)知識

壓敏電阻用字母“MY”表示，如加J為家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩(wěn)壓、過壓保護、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補償、消磁、高能或高可靠等方面。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量，但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流，在用作過壓保護時必須考慮到這一點。壓敏電阻的選用，一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數(shù)。

1、所謂壓敏電壓

即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值，大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值，其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等。可根據(jù)具體需要正確選用。一般 V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp為電路額定電壓的峰值。VAC為額定交流電壓的有效值。ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，它關(guān)系到保護效果與使用壽命。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，因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在 470-480V之間。

2、所謂通流容量

即最大脈沖電流的峰值是環(huán)境溫度為25℃情況下，對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言，壓敏電壓的變化不超過± 10%時的最大脈沖電流值。為了延長器件的使用壽命，ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊中給出的產(chǎn)品最大通流量。然而從保護效果出發(fā)，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發(fā)生的通流量是很難精確計算的，則選用2-20KA的產(chǎn)品。如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿足使用要求時，可將幾只單個的壓敏電阻并聯(lián)使用，并聯(lián)后的壓敏電不變，其通流量為各單只壓敏電阻數(shù)值之和。要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同，否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。

1 氧化鋅壓敏電阻的發(fā)展

1967年7月，日本松下電器公司無線電實驗室的松岡道雄在研究金屬電極—氧化鋅陶瓷界面時，無意中發(fā)現(xiàn)氧化鋅(ZnO)加氧化鉍(Bi2O3)復(fù)合陶瓷具有非線性的伏安特性。進一步實驗又發(fā)現(xiàn)，如果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，這種復(fù)合陶瓷的非線性系數(shù)可以達到50左右，伏安特性類似兩只反并聯(lián)的齊納二極管，通流能力不亞于碳化硅(SiC)材料，臨界擊穿電壓可以通過改變元件尺寸方便地加以調(diào)節(jié)，而且這種性能優(yōu)異的壓敏元件通過簡單的陶瓷工藝就能制造出來，其性能價格比極高。

1.1 理論研究

1972年美國通用電氣公司(GE)購買了日本松下電器公司有關(guān)氧化鋅壓敏材料的大部分專利和技術(shù)決竅。自從美國掌握了氧化鋅壓敏陶瓷的制造技術(shù)以后，大規(guī)模地進行了這種陶瓷材料的基礎(chǔ)研究工作。自80年代起，對氧化鋅壓敏陶瓷材料的研究逐漸走進了企業(yè)。迄今為止，主要的理論研究工作都是在美國完成的。主要的研究課題有：

(1) 以解釋宏觀電性為目的的導(dǎo)電模型的微觀結(jié)構(gòu)的研究(70～80年代);

(2) 以材料與產(chǎn)品開發(fā)為目的的配方機理和燒結(jié)工藝的研究(70～80年代);

(3) 氧化鋅壓敏陶瓷材料非線性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷难芯?80～90年代);

(4) 氧化鋅壓敏陶瓷復(fù)合粉體的制備研究(80～90年代);

(5) 納米材料在氧化鋅壓敏陶瓷中的應(yīng)用研究(90年代)。

1.2 研制開發(fā)

70年代末到80年代，基礎(chǔ)理論研究取得了重大進展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到1998年，公開發(fā)表的論文和專利說明書等累計達700多篇，其中有關(guān)基礎(chǔ)研究的約占一半。在基礎(chǔ)研究的推動下，80～90年代，壓敏陶瓷的材料開發(fā)速度大大加快，目前已取得的成果有：

(1) 氧化鋅壓敏陶瓷的電壓梯度已從最初的150V/mm擴散到(20～250)V/mm幾十個系列，從集成電路到高壓、超高壓輸電系統(tǒng)都可以使用;

(2) 開發(fā)出大尺寸元件，直徑達120mm,2ms方波，沖擊電流達到1200A，能量容量平均可達300J/cm3左右;

(3) 汽車用(85～120)℃工作溫度下的高能元件;

(4) 視在介電常數(shù)小于500的高頻元件;

(5) 壓敏—電容雙功能電磁兼容(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) 老化特性好、電容量大、陡波響應(yīng)快的無鉍(Bi)系氧化鋅壓敏元件;

(8) 化學(xué)共沉淀法和熱噴霧分解法壓敏電阻復(fù)合粉體制備技術(shù);

(9) 壓敏電阻的微波燒結(jié)技術(shù);

(10) 無勢壘氧化鋅大功率線性電阻。

2 壓敏電阻器的應(yīng)用原理

壓敏電阻器是一種具有瞬態(tài)電壓抑制功能的元件，可以用來代替瞬態(tài)抑制二極管、齊納二極管和電容器的組合。壓敏電阻器可以對IC及其它設(shè)備的電路進行保護，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流(如雷擊等)而造成對它們的損壞。使用時只需將壓敏電阻器并接于被保護的IC或設(shè)備電路上，當(dāng)電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，導(dǎo)通大電流，從而保護IC或電器設(shè)備;當(dāng)電壓低于壓敏電阻器工作電壓值時，壓敏電阻器阻值極高，近乎開路，因而不會影響器件或電器設(shè)備的正常工作。

壓敏電阻器的應(yīng)用廣泛，從手持式電子產(chǎn)品到工業(yè)設(shè)備，其規(guī)格與尺寸多種多樣。隨著手持式電子產(chǎn)品的廣泛使用，尤其是手機、手提電腦、PDA、數(shù)字相機、醫(yī)療儀器等，其電路系統(tǒng)的速度要求更高，并且要求工作電壓更低，這就對壓敏電阻器提出了體積更小、性能更高的要求。因此，表面組裝的壓敏電阻器元件也就開始大量涌現(xiàn)，而其銷售年增長率要高于有引線的壓敏電阻器一倍多。

預(yù)計2002年壓敏電阻器的市場增長率為13%，其中，多層片式壓敏電阻器市場增長率為 20%～30%，徑向引線產(chǎn)品增長率為5%～10%。需求主要來自于電源設(shè)備，包括DC電源設(shè)備、不間斷電源，以及新的消費類電子產(chǎn)品，如數(shù)字音頻/視頻設(shè)備、視頻游戲，數(shù)字相機等。片式壓敏電阻器已占美國市場銷售總額的40%～45%。(0402)尺寸的片式壓敏電阻器最受歡迎。0201尺寸的產(chǎn)品尚未上市。AVX公司的0402片式壓敏電阻器有5.6V、9V、14V和18V等幾種電壓范圍的產(chǎn)品，它們的額定功率為50mJ,典型電容值范圍從 90pF(18V的產(chǎn)品)～360pF(5.6V的產(chǎn)品)。MaidaDevelopment公司也生產(chǎn)片式系列的壓敏電阻器，但目前只推出了非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的產(chǎn)品，1210、1206、0805、0603和0402的產(chǎn)品正在試產(chǎn)。