電子元器件技術(shù)論文：電路保護(hù)元件的發(fā)展與應(yīng)用一

1引言

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電力/電子產(chǎn)品日益多樣化、復(fù)雜化,所應(yīng)用的電路保護(hù)元件己非昔日的簡(jiǎn)單的玻璃管保險(xiǎn)絲,而是己經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)門類繁多的新興電子元件領(lǐng)域。 2000年全球銷售額達(dá)到44億美元。例如,Littelfuse公司有15大類產(chǎn)品,2000年銷售額達(dá)3.71億美元;美國(guó)AEM公司的宇航級(jí)高可靠熔斷器己廣泛用于歐、美、日的各種航天器和新一代電子產(chǎn)品的重要部位的電路保護(hù)中。Cooper/Bussmann、GCL、 WickmannWerke、Schurter、Raychem、上海維安、上無(wú)十五廠、功得利、好利來(lái)、精科、興勤、雅寶等廠家研發(fā)生產(chǎn)各種特性的電路保護(hù)元件,供客戶選擇。隨著電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代,對(duì)可靠性和安全性的要求日益提高,尤其是我國(guó)加入WTO之后,世界電子產(chǎn)品組裝業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移,人們對(duì)各種電路保護(hù)元件的發(fā)展和應(yīng)用將更加關(guān)注。本文對(duì)此作簡(jiǎn)要介紹。

2電路保護(hù)元件的重要性日益增加

    在各類電子產(chǎn)品中,設(shè)置過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)元件的趨勢(shì)日益增強(qiáng),之所以如此,歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面的因素：

    （1）隨著電子產(chǎn)品發(fā)展的需求,IC的功能(集成度)也越來(lái)越強(qiáng),其“身價(jià)”自然越來(lái)越高貴,因而需要加強(qiáng)保護(hù)。

    （2）為了降低功耗、減少發(fā)熱、延長(zhǎng)使用壽命,半導(dǎo)體元件和IC的工作電壓越來(lái)越低,據(jù)SIA(美國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì))統(tǒng)計(jì),目前工作電壓在1.5V左右,到2004年將降到1.2V以下,因而其抗過(guò)電流/過(guò)電壓的能力需要適應(yīng)新的保護(hù)要求。

    （3）移動(dòng)式電子產(chǎn)品越來(lái)越多,如手持機(jī)、PDA、筆記本電腦、攝錄機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、光盤機(jī)等,這些電子產(chǎn)品都需要電池組件作為電源,在電池組件和電池充電器中都必須配備保護(hù)元件。

    （4）在現(xiàn)代豪華型汽車中,裝備的電子設(shè)備越來(lái)越多,而且工作條件比一般的電子產(chǎn)品更惡劣,如汽車行駛狀況和環(huán)境瞬息萬(wàn)變、汽車起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的瞬間峰值電壓等。因此,在為這些電子設(shè)備配套的電源適配器中,一般都需要同時(shí)安裝過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)元件。

    （5）眾多電力/電子產(chǎn)品都需要防止雷擊以及電源線與電話線的交擾,以保證正常通信和用戶人身安全。所以,隨著電力/電子產(chǎn)品的發(fā)展,過(guò)電流/過(guò)電壓保護(hù)元件的需求呈上升趨勢(shì)。

    （6）據(jù)統(tǒng)計(jì),在電子產(chǎn)品出現(xiàn)的故障中，有75％是由于過(guò)電流/過(guò)電壓造成的。IBM曾分析過(guò)計(jì)算機(jī)電源的故障原因,其中88.5％是由于過(guò)電流/過(guò)電壓造成的。隨著人們對(duì)電子產(chǎn)品質(zhì)量的苛求,制造廠家為了提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,就必須大量采用電路保護(hù)元件。

3過(guò)電流保護(hù)元件

　　圖1金屬薄膜表面貼裝型熔斷器的結(jié)構(gòu)和尺寸（Littelfuse公司）

　　圖2金屬薄膜表面貼裝型熔斷器的特性曲線（Littelfuse公司）

　　圖3高可靠厚膜固態(tài)熔斷器的結(jié)構(gòu)（美國(guó)AEM公司）

　　圖4高可靠固態(tài)熔斷器（FM12型）特性曲線（美國(guó)AEM公司）

　　圖5疊層型陶瓷壓敏電阻器特性曲線（深圳順絡(luò)公司）

3.1通用金屬絲型熔斷器

    這類熔斷器主要是在玻璃或陶瓷管內(nèi)置放金屬保險(xiǎn)絲而成,其特點(diǎn)是一次性使用,出現(xiàn)故障后需要更換。使用方便,價(jià)格低廉，仍是目前熔斷器中數(shù)量最多的產(chǎn)品，品種規(guī)格齊全，廣泛應(yīng)用于各類電力/電子產(chǎn)品中。有些廠家的這類熔斷器通過(guò)了UL認(rèn)證,能夠滿足UL248和IEC127規(guī)范的要求。因此,安裝這類熔斷器的產(chǎn)品可以在世界各地銷售。

3.2表面貼裝型SMD熔斷器

    為了適應(yīng)SMT的需求,近年來(lái)一些熔斷器廠家開發(fā)了多種表面貼裝型SMD熔斷器。美國(guó) AEM公司最近在網(wǎng)上發(fā)表了疊層多元獨(dú)石SMD熔斷器（USPatent6,034,589: MultilayerandMultielementMonolithicSurfaceFuse）,它是用該公司的UV專利工藝制造的陶瓷疊層元件，相當(dāng)于將幾個(gè)熔斷絲并聯(lián)，因而它具有體積小、能量密度大、獨(dú)石結(jié)構(gòu)可靠性高、精度高、響應(yīng)速度快、易與其它元件集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上單位體積承受功率最大的SMD熔斷器，其封裝系列有0402/0603/0805/1206等。又如Littelfuse公司最近推出一種0402封裝的快速響應(yīng) SMD熔斷器,其外形結(jié)構(gòu)與尺寸如圖1所示,性能曲線如圖2所示，它是在環(huán)氧樹脂基體上制作金屬薄膜熔斷絲,聚合物包封。當(dāng)負(fù)荷電流為額定電流的200％時(shí),斷開時(shí)間為5s,當(dāng)為300％時(shí),斷開時(shí)間不超過(guò)0.2s。斷開后的隔離電阻大于10kΩ。工作溫度范圍為－55℃～90℃。其特點(diǎn)是瞬間電流響應(yīng)速度快、額定電流精確。該公司的0603封裝系列的性能為0.25A/32V～5A/32V;1206系列為0.5A/63V～3A/32V。AVX公司在氧化鋁陶瓷基體上制作金屬簿膜熔斷絲的AccuGuard系列SMD熔斷器，封裝尺寸為0402/0603/0805/1206,從0.25A/32V 至3A/63V。BUSSMANN、WICKMANN、Schurter等公司也有同類產(chǎn)品供用戶選擇,這類熔斷器可用于高檔電腦、電信、數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng),為關(guān)鍵的IC和重要的電路部位提供過(guò)流保護(hù)。