電子元器件技術論文：電路保護元件的發(fā)展與應用一

1引言

    隨著科學技術的發(fā)展,電力/電子產品日益多樣化、復雜化,所應用的電路保護元件己非昔日的簡單的玻璃管保險絲,而是己經發(fā)展成為一個門類繁多的新興電子元件領域。 2000年全球銷售額達到44億美元。例如,Littelfuse公司有15大類產品,2000年銷售額達3.71億美元;美國AEM公司的宇航級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品的重要部位的電路保護中。Cooper/Bussmann、GCL、 WickmannWerke、Schurter、Raychem、上海維安、上無十五廠、功得利、好利來、精科、興勤、雅寶等廠家研發(fā)生產各種特性的電路保護元件,供客戶選擇。隨著電子產品的更新?lián)Q代,對可靠性和安全性的要求日益提高,尤其是我國加入WTO之后,世界電子產品組裝業(yè)向中國轉移,人們對各種電路保護元件的發(fā)展和應用將更加關注。本文對此作簡要介紹。

2電路保護元件的重要性日益增加

    在各類電子產品中,設置過電流保護和過電壓保護元件的趨勢日益增強,之所以如此,歸納起來主要有以下幾個方面的因素：

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

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

    （3）移動式電子產品越來越多,如手持機、PDA、筆記本電腦、攝錄機、數(shù)碼相機、光盤機等,這些電子產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元件。

    （4）在現(xiàn)代豪華型汽車中,裝備的電子設備越來越多,而且工作條件比一般的電子產品更惡劣,如汽車行駛狀況和環(huán)境瞬息萬變、汽車起動時會產生很大的瞬間峰值電壓等。因此,在為這些電子設備配套的電源適配器中,一般都需要同時安裝過電流和過電壓保護元件。

    （5）眾多電力/電子產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/電子產品的發(fā)展,過電流/過電壓保護元件的需求呈上升趨勢。

    （6）據(jù)統(tǒng)計,在電子產品出現(xiàn)的故障中，有75％是由于過電流/過電壓造成的。IBM曾分析過計算機電源的故障原因,其中88.5％是由于過電流/過電壓造成的。隨著人們對電子產品質量的苛求,制造廠家為了提高市場競爭力,就必須大量采用電路保護元件。

3過電流保護元件

　　圖1金屬薄膜表面貼裝型熔斷器的結構和尺寸（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)熔斷器的結構（美國AEM公司）

　　圖4高可靠固態(tài)熔斷器（FM12型）特性曲線（美國AEM公司）

　　圖5疊層型陶瓷壓敏電阻器特性曲線（深圳順絡公司）

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置放金屬保險絲而成,其特點是一次性使用,出現(xiàn)故障后需要更換。使用方便,價格低廉，仍是目前熔斷器中數(shù)量最多的產品，品種規(guī)格齊全，廣泛應用于各類電力/電子產品中。有些廠家的這類熔斷器通過了UL認證,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SMT的需求,近年來一些熔斷器廠家開發(fā)了多種表面貼裝型SMD熔斷器。美國 AEM公司最近在網上發(fā)表了疊層多元獨石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，相當于將幾個熔斷絲并聯(lián)，因而它具有體積小、能量密度大、獨石結構可靠性高、精度高、響應速度快、易與其它元件集成等諸多優(yōu)點，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 SMD熔斷器,其外形結構與尺寸如圖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。當負荷電流為額定電流的200％時,斷開時間為5s,當為300％時,斷開時間不超過0.2s。斷開后的隔離電阻大于10kΩ。工作溫度范圍為－55℃～90℃。其特點是瞬間電流響應速度快、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),為關鍵的IC和重要的電路部位提供過流保護。