多層片式壓敏電阻

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更新時間: 2013-12-04

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多層片式壓敏電阻是用流延工藝製成的化合物陶瓷半導體非線性元件。採取與氧化鋅壓敏電阻器及其他保護元件相比較的方法,表明多層片式壓敏電阻具有優良的工業使用性能,並介紹這類壓敏電阻在涉及通信、電力、交通、工業控制、汽車電子、醫用設備和家用電器等行業中的IC、CMOS、MOSFET器件保護方面的應用。

多層片式壓敏電阻 -簡介
多層片式壓敏電阻多層片式壓敏電阻

像片式電容、電感等元件一樣,多層片式壓敏電阻器是通過交錯電極層和半導體陶瓷層的工藝方法製造的。多層片式壓敏電阻是一種金屬氧化物陶瓷半導體電阻器,它是以氧化鋅(ZnO)為主體材料,添加多種其他微量元素,用陶瓷工藝製成的化合物半導體非線性元件。它具有雙向對稱性,可以用來保護來自正反方向的瞬態浪涌電壓,且沒有電壓過沖。由於元件體積小,響應速度快,通流容量大,溫度特性好,因而被廣泛用於抑制集成電路中瞬態浪涌電壓,以及汽車電路保護等工程方面。

正是由於多層片式壓敏電阻器所具有的體積小,響應快,吸能本領強,抗熱性能好,無電壓過沖的特性,體積可以做得很小,而且耐焊接熱,因而使得它很容易投入到集成電路生產中去,可以被廣泛地應用在IC保護及CMOS,MOSFET器件保護中,涉及通信、電力、交通、工業控制、汽車電子、醫用設備和家用電器等行業,而且隨著技術的不斷改進,它的應用會越來越廣。

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多層片式壓敏電阻 -特性
多層片式壓敏電阻內部結構

多層片式壓敏電阻器是一種電壓非線性元件,具有類似於背靠背二極體特性,它可以用來保護正反方向的瞬脈衝,符合I=KVa關係。目前能夠製造的多層片式壓敏電阻器電壓最低為5V,最高可以達到90V;最大額定電壓下的泄露電流小於50uA,單脈衝(8/20uS)峰值電流可達250A;能量耐量(10/1000)最大可達1.2J。
多層片式壓敏電阻器與氧化鋅壓敏電阻器相比具有以下特點:

(1)快速響應特性:氧化鋅壓敏電阻器響應時間一般小於50ns.但多層片式壓敏電阻器屬於表面安裝型元件,由於其無引線,因而電感可視為零,響應速度可達到1-5ns,其快速響應能夠對瞬態浪湧進行有效地抑制。

(2)良好的限制電壓特性:限制電壓的測量是在規定了某一試驗電流和波形下進行,通常選用(8/20uS)。多層片式壓敏電阻器能夠有效地把順態浪涌電壓限制在被保護元件的擊穿電壓之下,從而避免元件遭受浪涌電壓的危害。

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(3)較好的溫度特性:多層片式壓敏電阻器的電壓和電流呈非線性變化。當達到擊穿電壓時,多層片式壓敏電阻器相當於短路狀態,限制電壓在整個導通狀態下,不隨溫度的變化而發生變化。

(4)良好的通流能力:多層片式壓敏電阻器由於體積小,且多層電極和半導體陶瓷層疊加,使得具有較大的有效導電面積,因此,通流容量好是其出色的優點之一。如尺寸為3MM×1.5MM多層片式壓敏電阻器通流容量(8/20uS)可達180A。這是低壓徑向引線氧化鋅壓敏電阻器在相同導電面積下所不能比擬的。

(5)較大的電容量:多層片式壓敏電阻器是多層結構,它比相同體積的徑向引線的氧化鋅壓敏電阻器有較大的電容量,一般可達6520PF。

多層片式壓敏電阻 -應用
多層片式壓敏電阻多層片式壓敏電阻的大小

正是由於多層片式壓敏電阻器具有諸多優點,因而在生產實際中得到廣泛使用。

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(一)IC保護
在印刷線路板上為防止瞬態能量對線路破壞,通常採用在電源的輸入埠並聯一個耦電容來吸收瞬態的能量,但電容儲存的能量(E=1/2 CV²)太小,因而沒有起到有效地保護作用。也有人採用在輸入端並聯較大體積的電解電容的方法,但這些電容在高頻下響應速度十分緩慢,容易致使保護失敗。而多層片式壓敏電阻器的使用,就能夠十分有效地保護5V和2V電源輸入的集成電路。

對PC板對板、不同功能線路與線路、電器與線路之間,也必須考慮消除瞬態能量的問題,長期以來,也有人曾使用過較小的放電間隙和硅壓敏電阻對線路進行保護。但就放電間隙而言,它在線路中仍然需要齊納二極體來降低觸發放電間隙的初始上升電壓,雖然硅壓敏電阻器具有優良的V-I特性,也被廣泛地應用在集成電路保護等方面。但是由於硅壓敏電阻器的齊納效應,使其具有較低的浪涌能量吸收值,其結果是硅晶元把能量轉化成熱量,隨著溫度的升高,致使部分晶元蝕化,從而引起元件失效。而使用多層片式壓敏電阻器后,就能有效地彌補了上述兩種原器件的不足,並且提高了保護集成電路免遭大電流破壞的能力。

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(二)CMOS器件的保護
閉鎖現象是CMOS器件結構的固有現象,主要由外部因素引起,而且是很隨機的。一旦引發是很難恢復的,唯一的辦法就是斷掉晶元上的電源。對它的保護我們可以通過並聯多層壓敏電阻器來防止上述現象的產生,一個多層片式壓敏電阻器與接地端串聯,就可消除大部分由於輸入過電壓引起的閉鎖現象。此外在輸入端與接地端之間另外接一個多層片式壓敏電阻器,也可以有效地幫助保護靜態放電引起的瞬態浪涌電壓產生的閉鎖現象。

(三)汽車電路系統的保護
隨著表面安裝技術的廣泛應用,使得汽車電路需要體積小、能封裝於線路板中的電子元件,且具有良好的電氣特性。多層片式壓敏電阻器正好適應這種要求。

在汽車電路中經常會產生許多瞬態浪涌脈衝,這是人們最容易理解的事情。如當發電機正在給蓄電池充電時,突然負載斷開,瞬態浪涌電壓的峰值可達到125V,延續時間200-400ms。另外,汽車突然啟動,也會產生很高的瞬態浪涌電壓,且延續3-5min.汽車的點火脈衝可產生75V的電壓,延續90min,其他的瞬態浪涌電壓來源於汽車電子線路中的繼電器動作和電磁開關的動作。目前國際上普遍採用多層片式壓敏電阻器對上述浪涌電壓進行有效抑制,以避免對汽車線路的危害。

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