多層片式壓敏電阻

多層片式壓敏電阻器是一種電壓非線性元件，具有類似于背靠背二極管特性，它可以用來保護(hù)正反方向的瞬脈沖，符合I=KVa關(guān)系。目前能夠制造的多層片式壓敏電阻器電壓最低為5V，最高可以達(dá)到90V;最大額定電壓下的泄露電流小于50uA，單脈沖(8/20uS)峰值電流可達(dá)250A;能量耐量(10/1000)最大可達(dá)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(diǎn):

(1)快速響應(yīng)特性:氧化鋅壓敏電阻器響應(yīng)時間一般小于50ns.但多層片式壓敏電阻器屬于表面安裝型元件，由于其無引線，因而電感可視為零，響應(yīng)速度可達(dá)到1-5ns，其快速響應(yīng)能夠?qū)λ矐B(tài)浪涌進(jìn)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(guī)定了某一試驗(yàn)電流和波形下進(jìn)行，通常選用(8/20uS)。多層片式壓敏電阻器能夠有效地把順態(tài)浪涌電壓限制在被保護(hù)元件的擊穿電壓之下，從而避免元件遭受浪涌電壓的危害。

(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(dāng)達(dá)到擊穿電壓時，多層片式壓敏電阻器相當(dāng)于短路狀態(tài)，限制電壓在整個導(dǎo)通狀態(tài)下，不隨溫度的變化而發(fā)生變化。

(4)良好的通流能力:多層片式壓敏電阻器由于體積小，且多層電極和半導(dǎo)體陶瓷層疊加，使得具有較大的有效導(dǎo)電面積，因此，通流容量好是其出色的優(yōu)點(diǎn)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(dá)180A。這是低壓徑向引線氧化鋅壓敏電阻器在相同導(dǎo)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(jié)構(gòu)，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(dá)6520PF。

正是由于多層片式壓敏電阻器具有諸多優(yōu)點(diǎn)，因而在生產(chǎn)實(shí)際中得到廣泛使用。

(一)IC保護(hù)

在印刷線路板上為防止瞬態(tài)能量對線路破壞，通常采用在電源的輸入端口并聯(lián)一個耦電容來吸收瞬態(tài)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(hù)作用。也有人采用在輸入端并聯(lián)較大體積的電解電容的方法，但這些電容在高頻下響應(yīng)速度十分緩慢，容易致使保護(hù)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(hù)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(tài)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(jìn)行保護(hù)。但就放電間隙而言，它在線路中仍然需要齊納二極管來降低觸發(fā)放電間隙的初始上升電壓，雖然硅壓敏電阻器具有優(yōu)良的V-I特性，也被廣泛地應(yīng)用在集成電路保護(hù)等方面。但是由于硅壓敏電阻器的齊納效應(yīng)，使其具有較低的浪涌能量吸收值，其結(jié)果是硅芯片把能量轉(zhuǎn)化成熱量，隨著溫度的升高，致使部分芯片蝕化，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(bǔ)了上述兩種原器件的不足，并且提高了保護(hù)集成電路免遭大電流破壞的能力。

(二)CMOS器件的保護(hù)

閉鎖現(xiàn)象是CMOS器件結(jié)構(gòu)的固有現(xiàn)象，主要由外部因素引起，而且是很隨機(jī)的。一旦引發(fā)是很難恢復(fù)的，唯一的辦法就是斷掉芯片上的電源。對它的保護(hù)我們可以通過并聯(lián)多層壓敏電阻器來防止上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，一個多層片式壓敏電阻器與接地端串聯(lián)，就可消除大部分由于輸入過電壓引起的閉鎖現(xiàn)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(hù)靜態(tài)放電引起的瞬態(tài)浪涌電壓產(chǎn)生的閉鎖現(xiàn)象。

(三)汽車電路系統(tǒng)的保護(hù)

隨著表面安裝技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得汽車電路需要體積小、能封裝于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(yīng)這種要求。

在汽車電路中經(jīng)常會產(chǎn)生許多瞬態(tài)浪涌脈沖，這是人們最容易理解的事情。如當(dāng)發(fā)電機(jī)正在給蓄電池充電時，突然負(fù)載斷開，瞬態(tài)浪涌電壓的峰值可達(dá)到125V，延續(xù)時間200-400ms。另外，汽車突然啟動，也會產(chǎn)生很高的瞬態(tài)浪涌電壓，且延續(xù)3-5min.汽車的點(diǎn)火脈沖可產(chǎn)生75V的電壓，延續(xù)90min，其他的瞬態(tài)浪涌電壓來源于汽車電子線路中的繼電器動作和電磁開關(guān)的動作。目前國際上普遍采用多層片式壓敏電阻器對上述浪涌電壓進(jìn)行有效抑制，以避免對汽車線路的危害。

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(dǎo)體陶瓷層的工藝方法制造的。多層片式壓敏電阻是一種金屬氧化物陶瓷半導(dǎo)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，用陶瓷工藝制成的化合物半導(dǎo)體非線性元件。它具有雙向?qū)ΨQ性，可以用來保護(hù)來自正反方向的瞬態(tài)浪涌電壓，且沒有電壓過沖。由于元件體積小，響應(yīng)速度快，通流容量大，溫度特性好，因而被廣泛用于抑制集成電路中瞬態(tài)浪涌電壓，以及汽車電路保護(hù)等工程方面。

正是由于多層片式壓敏電阻器所具有的體積小，響應(yīng)快，吸能本領(lǐng)強(qiáng)，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(chǎn)中去，可以被廣泛地應(yīng)用在IC保護(hù)及CMOS，MOSFET器件保護(hù)中，涉及通信、電力、交通、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)用設(shè)備和家用電器等行業(yè)，而且隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，它的應(yīng)用會越來越廣。