貼片壓敏電阻基礎知識

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?？筛鶕?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重要的，它關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氧化鋅壓敏材料的大部分專利和技術決竅。自從美國掌握了氧化鋅壓敏陶瓷的制造技術以后，大規(guī)模地進行了這種陶瓷材料的基礎研究工作。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電模型的微觀結構的研究(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)絡拓撲模型的研究(80～90年代);

(4) 氧化鋅壓敏陶瓷復合粉體的制備研究(80～90年代);

(5) 納米材料在氧化鋅壓敏陶瓷中的應用研究(90年代)。

1.2 研制開發(fā)

70年代末到80年代，基礎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，其中有關基礎研究的約占一半。在基礎研究的推動下，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、陡波響應快的無鉍(Bi)系氧化鋅壓敏元件;

(8) 化學共沉淀法和熱噴霧分解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 壓敏電阻器的應用原理

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或設備電路上，當電壓瞬間高于某一數(shù)值時，壓敏電阻器阻值迅速下降，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備的正常工作。

壓敏電阻器的應用廣泛，從手持式電子產(chǎn)品到工業(yè)設備，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備，包括DC電源設備、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準尺寸的產(chǎn)品，1210、1206、0805、0603和0402的產(chǎn)品正在試產(chǎn)。