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            靜電防護和多層壓敏電阻

            作者: 時間:2008-11-05 來源:網(wǎng)絡 收藏

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/258610.htm  正如圖4所示波形,有以下幾個特點。

              1)發(fā)生的時間特別短,在0.7~1ns之間。

              2)雖然總體能量不大,但是瞬間電壓的峰值特別大,到了千伏甚至幾十千伏量級。如果考慮到防護的對象主要對IC電路,即對工作電壓低,傳輸頻率高和較窄管腳布線的保護,還要求保護器件具有特點:

              3)低的擊穿電壓。

              4)極低電容。

              下圖是Littlefuse對被保護設備傳輸頻率與保護器件電容的一個關系圖。

              其中圖的頂端橫軸顯示的是傳輸頻率,單位是Mbps/s,縱軸顯示的是Littlefuse的器件。查對Litttlefuse相應的產(chǎn)品可知,電容為3pF的保護器件能用在傳輸頻率是400Mbps的傳輸頻率保護上。而超過480Mbps,就只能用電容小于1pF的保護器件了,否則,保護器件就對高頻傳輸信號有較大的損耗,使傳輸波形失真。

              符合靜電防護的器件通常有多層壓敏(MLV),TVS二極管兩種。其中TVS二極管因為較大的結面積使能承受較大的沖擊能量,但是因為封裝尺寸較大,價格較高等因素,使得TVS二極管并不比MLV更占優(yōu)勢,同時因為TVS二極管的電容很難做到1pF以下,從而在480Mbps以上的頻率應用上并不合適。而多層壓敏因為以下特點使得特別適合靜電保護。

              1)極快反應時間,通常小于1ns.

              2)小尺寸,現(xiàn)在村田公司和松下公司已經(jīng)有了0201的產(chǎn)品。

              3)極高的能量處理能力。因為采用疊層技術,使得通流能力大大加強。

              4)極低的價格。

              5)低的觸發(fā)動作電壓,最小的保護不動作電壓已經(jīng)到了3V的量級。

              6)雙向導通功能,因為瞬間的電壓可能是正電壓,也可能是負電壓。

              下圖是Littlefuse的3pF的MLV在USB接口保護中的一個典型應用實例。通用于一般的過電壓保護器件,MLV的用法相當簡單,只要把MLV并聯(lián)在被保護的設備兩端即可,在本例中,在每根數(shù)據(jù)線上并聯(lián)一個MLV完成對USB接口的保護。

            圖6:MLV在USB防護中的應用實例


              5.MLV技術特點和種類

              多層壓敏的技術并不是什么新技術,實際上最早在20世紀70年代后期,美國電腦電氣公司率先采用類似獨石陶瓷電容器生產(chǎn)工藝制成了疊層壓敏電阻器。這種技術跟市場上流行的多層電容的技術是一致的,因為采用了疊層技術,所以使得MLV的通流能力大大加強。下圖是一個多層壓敏電阻結構示意圖和的金相圖。

            圖7:多層壓敏電阻結構示意圖和金相圖多層壓敏電阻


              從參數(shù)設定上非常簡單,從上圖可以看出,多層壓敏電阻相當于很多單層的壓敏電阻并聯(lián)在一起,所以對同一種材料來說,擊穿電壓就由單層的厚度決定,而電容則是跟疊層數(shù)直接成正比。如果要得到小的電容值,一個是減少層數(shù),還有一個就是把單層的厚度變小,所以擊穿電壓就勢必變大。

              多層壓敏電阻的工作原理相同于普通插腳式的壓敏電阻,其IV曲線如下圖所示。

            圖8:壓敏電阻的IV曲線圖


              正是因為壓敏電阻的這種IV非線性特征,使得壓敏電阻在外加電壓升高到某個值時,變成低阻狀態(tài),從而保護設備免受過電壓的損害。但是也應該看到,這種多層結構目前能達到的最低電容通常是2pF的量級,比如Littlefuse的MLN、MLA等系列產(chǎn)品,而另外一類產(chǎn)品,也稱為MLV系列,比如BournsMLC系列產(chǎn)品。實際上這種產(chǎn)品和Litttlefuse的Pulseguard產(chǎn)品一樣,是基于在某種基底材料上(比如Littlefuse用聚合物,而Bourns用陶瓷材料)沉積某種靜電吸收材料,因為沉積材料的體積大幅度減小,從而使得電容值小于1pF.比如Bourns的MLC系列可以達到0.5pF,而Littlefuse的Pulseguard材料更是號稱能達到0.025pF9,10,11.除了上面提到的兩大類MLV靜電防護器件,MLV防護器件還向集成化發(fā)展,做成多個MLV陣列的形式是最普通的集成方式,比如Epcos系列,就是把四個獨立的MLV集成在一個器件上,同時進行4線保護。Litttlfuse的SP系列,最多能進行18個器件的集成。除了同類MLV器件的集成,還有的公司把其他的一些功能元件與MLV集成在一起,漸漸成為了本行業(yè)的技術發(fā)展趨勢。比如AVX公司把MLV與濾波器集成在一起做成TransFeed系列產(chǎn)品,還有的公司把MLV與多層壓敏電阻集成在一起。EPCOS公司推出了T4NA230XFV集成浪涌抑制器,內含兩只壓敏電阻器和一種短路裝置。該產(chǎn)品用于電信中心局和用戶線一側的通信設備保護12。

              4.MLV市場和全球競爭態(tài)勢

              多層壓敏電阻器因為其自身的優(yōu)點可以對IC及其它靜電敏感設備進行保護,防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流而造成對它們的損壞,所以其應用范圍十分廣泛,主要應用領域有三個:手機、汽車電子和計算機技術。下表是Paumanok對該應用在2003年的調查結果。

              圖9:多層壓敏電阻的主要應用領域實際上多層壓敏電阻的應用遠遠不止上面說的三種,在數(shù)碼相機、MP3、機頂盒、PDA、醫(yī)療器械、GPS導航系統(tǒng)和衛(wèi)星發(fā)射接受設備中都有多層壓敏的應用。多層壓敏電阻在中國大陸的需求總量,據(jù)Epcos估計在2007年將會達到1400萬歐元。

            圖10:Epcos對2007年中國大陸壓敏電阻需求量的估計



              根據(jù)無源器件專業(yè)市場調研公司

              PAUMANOK的調查,在2003年多層壓敏電阻的銷售已經(jīng)達到了75億只的規(guī)模。今后幾年全球市場的年增長率將保持在15%,而銷售額每年將增長11%。雖然多層壓敏電阻的市場需求非常強勁,但是因為技術門檻并不高,所以競爭非常激烈。下圖是在2003年參與競爭的國際上重要供應商。

              圖11:多層壓敏電阻供應商在2003年的銷售額在臺灣也有大量的供應商,如下表所示。

              圖12:多層壓敏電阻臺灣地區(qū)部分供應商除了以上提到的供應商,在臺灣還有像佳邦、國巨和立昌等也陸續(xù)加入了競爭。雖然在國外和臺灣多層壓敏電阻的生產(chǎn)已經(jīng)批量并且技術成熟,但是在國內大陸,卻剛剛處于起步階段,只有深圳順絡、廣東風華、河南金冠和常州星翰等具有生產(chǎn)能力,從目前的情況看,因為知名度和技術等原因,國內企業(yè)被市場認可的程度并不高。而據(jù)中國電子元件行業(yè)協(xié)會信息中心估計,2004年國內對多層壓敏電阻的需求達到23億只,而到2005年則至少達到26億只的規(guī)模,但是我們在2005年國內的生產(chǎn)能力卻只有區(qū)區(qū)2億只,需求的90%以上依靠進口13,巨大的需求和遠遠落后的生產(chǎn)能力形成巨大的反差,這一差距隨著電子工業(yè)的快速增長而加大。國內發(fā)展多層壓敏電阻的任務任重而道遠。

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