贴片压敏电阻基础知识

压敏电阻用字母"MY"表示，如加J为家用，后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面。压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量，但不能承受毫安级以上的持续电流，在用作过压保护时必须考虑到这一点。压敏电阻的选用，一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。

1、所谓压敏电压
即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值，大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值，其产品的压敏电压范围可以从10－9000V不等。可根据具体需要正确选用。一般 V1mA=1.5Vp=2.2VAC，式中，Vp为电路额定电压的峰值。VAC为额定交流电压的有效值。ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的，它关系到保护效果与使用寿命。如一台用电器的额定电源电压为220V，则压敏电阻电压值 V1mA=1.5Vp=1.5××220V=476V，V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V，因此压敏电阻的击穿电压可选在 470－480V之间。

2、所谓通流容量
即最大脉冲电流的峰值是环境温度为25℃情况下，对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言，压敏电压的变化不超过± 10％时的最大脉冲电流值。为了延长器件的使用寿命，ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量。然而从保护效果出发，要求所选用的通流量大一些好。在许多情况下，实际发生的通流量是很难精确计算的，则选用2－20KA的产品。如手头产品的通流量不能满足使用要求时，可将几只单个的压敏电阻并联使用，并联后的压敏电不变，其通流量为各单只压敏电阻数值之和。要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同，否则易引起分流不均匀而损坏压敏电阻。

1 氧化锌压敏电阻的发展
1967年7月，日本松下电器公司无线电实验室的松冈道雄在研究金属电极-氧化锌陶瓷界面时，无意中发现氧化锌（ZnO）加氧化铋（Bi2O3）复合陶瓷具有非线性的伏安特性。进一步实验又发现，如果在以上二元系陶瓷中再加微量的三氧化二锑（Sb2O3）、三氧化二钴（Co2O3）、二氧化锰（MnO2）、三氧化二铬(Cr2O3)等多种氧化物，这种复合陶瓷的非线性系数可以达到50左右，伏安特性类似两只反并联的齐纳二极管，通流能力不亚于碳化硅（SiC）材料，临界击穿电压可以通过改变元件尺寸方便地加以调节，而且这种性能优异的压敏元件通过简单的陶瓷工艺就能制造出来，其性能价格比极高。
1.1 理论研究
1972年美国通用电气公司（GE）购买了日本松下电器公司有关氧化锌压敏材料的大部分专利和技术决窍。自从美国掌握了氧化锌压敏陶瓷的制造技术以后，大规模地进行了这种陶瓷材料的基础研究工作。自80年代起，对氧化锌压敏陶瓷材料的研究逐渐走进了企业。迄今为止，主要的理论研究工作都是在美国完成的。主要的研究课题有：
(1) 以解释宏观电性为目的的导电模型的微观结构的研究（70～80年代）；
(2) 以材料与产品开发为目的的配方机理和烧结工艺的研究（70～80年代）；
(3) 氧化锌压敏陶瓷材料非线性网络拓扑模型的研究（80～90年代）；
(4) 氧化锌压敏陶瓷复合粉体的制备研究（80～90年代）；
(5) 纳米材料在氧化锌压敏陶瓷中的应用研究（90年代）。
1.2 研制开发
70年代末到80年代，基础理论研究取得了重大进展。据不完全统计，截止到1998年，公开发表的论文和专利说明书等累计达700多篇，其中有关基础研究的约占一半。在基础研究的推动下，80～90年代，压敏陶瓷的材料开发速度大大加快，目前已取得的成果有：
(1) 氧化锌压敏陶瓷的电压梯度已从最初的150V/mm扩散到（20～250）V/mm几十个系列，从集成电路到高压、超高压输电系统都可以使用；
(2) 开发出大尺寸元件，直径达120mm,2ms方波，冲击电流达到1200A，能量容量平均可达300J/cm3左右；
(3) 汽车用（85～120）℃工作温度下的高能元件；
(4) 视在介电常数小于500的高频元件；
(5) 压敏-电容双功能电磁兼容（EMC）元件；
(6) 毫秒级三角波、能量密度750J/cm3以上的低压高能元件；
(7) 老化特性好、电容量大、陡波响应快的无铋（Bi）系氧化锌压敏元件；
(8) 化学共沉淀法和热喷雾分解法压敏电阻复合粉体制备技术；
(9) 压敏电阻的微波烧结技术；
(10) 无势垒氧化锌大功率线性电阻。

2 压敏电阻器的应用原理
压敏电阻器是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，可以用来代替瞬态抑制二极管、齐纳二极管和电容器的组合。压敏电阻器可以对IC及其它设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流（如雷击等）而造成对它们的损坏。使用时只需将压敏电阻器并接于被保护的IC或设备电路上，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻器阻值迅速下降，导通大电流，从而保护IC或电器设备；当电压低于压敏电阻器工作电压值时，压敏电阻器阻值极高，近乎开路，因而不会影响器件或电器设备的正常工作。
压敏电阻器的应用广泛，从手持式电子产品到工业设备，其规格与尺寸多种多样。随着手持式电子产品的广泛使用，尤其是手机、手提电脑、PDA、数字相机、医疗仪器等，其电路系统的速度要求更高，并且要求工作电压更低，这就对压敏电阻器提出了体积更小、性能更高的要求。因此，表面组装的压敏电阻器元件也就开始大量涌现，而其销售年增长率要高于有引线的压敏电阻器一倍多。
预计2002年压敏电阻器的市场增长率为13％，其中，多层片式压敏电阻器市场增长率为 20％～30％，径向引线产品增长率为5％～10％。需求主要来自于电源设备，包括DC电源设备、不间断电源，以及新的消费类电子产品，如数字音频/视频设备、视频游戏，数字相机等。片式压敏电阻器已占美国市场销售总额的40％～45％。（0402）尺寸的片式压敏电阻器最受欢迎。0201尺寸的产品尚未上市。AVX公司的0402片式压敏电阻器有5.6V、9V、14V和18V等几种电压范围的产品，它们的额定功率为50mJ,典型电容值范围从 90pF(18V的产品)～360pF(5.6V的产品)。MaidaDevelopment公司也生产片式系列的压敏电阻器，但目前只推出了非标准尺寸的产品，1210、1206、0805、0603和0402的产品正在试产。
Littelfuse公司在2000年底前推出0201的产品。 AVX和Littelfuse公司已推出电压抑制器阵列，如AVX推出的Multiguard系列四联多层陶瓷瞬态电压抑制器阵列（即压敏电阻器阵列）已经被市场接纳。可节省50％的板上空间，75％的生产装配成本。Multiguad系列采用1206型规格。其中有一种双联元件采用0805规格，工作电压有5.6V、9V、14V和18V等几种，额定功率为0.1J。AVX公司推出Transfeed多层陶瓷瞬态电压抑制器。该产品综合了公司 Transguard系列压敏电阻器和Feedthru系列电容器/滤波器的功能。采用0805规格。该组件具有性能优势，更快的导通时间（或称响应时间，在200ps～250ps之间）和更小的并行系数。
Littelfuse制造的MLN浪涌阵列组件1206规格，内装4只多层压敏电阻器。该产品的ESD达到IEC671000－4－2第四级水平。其主要特性包括：感抗(1nH)，相邻通道串扰典型值50dB（频率1MHz时），在额定电压工作状态下，漏电流为5A,工作电压高达18V，电容值可由用户指定。这种MLN贴片组件可用于板级ESD保护，应用领域包括手持式产品、电脑产品、工业及医疗仪器等。
EPCOS公司推出了T4N－A230XFV集成浪涌抑制器，内含两只压敏电阻器和一种短路装置。该产品用于电信中心局和用户线一侧的通信设备保护。