靜電防護(hù)和多層壓敏電阻
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時(shí)間：2008-11-05
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1）發(fā)生的時(shí)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(jí)。如果考慮到靜電防護(hù)的對(duì)象主要對(duì)IC電路，即對(duì)工作電壓低，傳輸頻率高和較窄管腳布線的保護(hù)，還要求保護(hù)器件具有特點(diǎn)：
3）低的擊穿電壓。
4）極低電容。
下圖是Littlefuse對(duì)被保護(hù)設(shè)備傳輸頻率與保護(hù)器件電容的一個(gè)關(guān)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(duì)Litttlefuse相應(yīng)的產(chǎn)品可知，電容為3pF的保護(hù)器件能用在傳輸頻率是400Mbps的傳輸頻率保護(hù)上。而超過(guò)480Mbps，就只能用電容小于1pF的保護(hù)器件了，否則，保護(hù)器件就對(duì)高頻傳輸信號(hào)有較大的損耗，使傳輸波形失真。
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1）極快反應(yīng)時(shí)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?yàn)椴捎茂B層技術(shù)，使得通流能力大大加強(qiáng)。
4）極低的價(jià)格。
5）低的觸發(fā)動(dòng)作電壓，最小的保護(hù)不動(dòng)作電壓已經(jīng)到了3V的量級(jí)。
6）雙向?qū)üδ?，因?yàn)樗查g的電壓可能是正電壓，也可能是負(fù)電壓。
下圖是Littlefuse的3pF的MLV在USB接口保護(hù)中的一個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例。通用于一般的過(guò)電壓保護(hù)器件，MLV的用法相當(dāng)簡(jiǎn)單，只要把MLV并聯(lián)在被保護(hù)的設(shè)備兩端即可，在本例中，在每根數(shù)據(jù)線上并聯(lián)一個(gè)MLV完成對(duì)USB接口的保護(hù)。
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圖6：MLV在USB防護(hù)中的應(yīng)用實(shí)例 |
5.MLV技術(shù)特點(diǎn)和種類(lèi)
多層壓敏電阻的技術(shù)并不是什么新技術(shù)，實(shí)際上最早在20世紀(jì)70年代后期，美國(guó)電腦電氣公司率先采用類(lèi)似獨(dú)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(shù)跟市場(chǎng)上流行的多層電容的技術(shù)是一致的，因?yàn)椴捎昧睡B層技術(shù)，所以使得MLV的通流能力大大加強(qiáng)。下圖是一個(gè)多層壓敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖和的金相圖。
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圖7：多層壓敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖和金相圖多層壓敏電阻 |
從參數(shù)設(shè)定上非常簡(jiǎn)單，從上圖可以看出，多層壓敏電阻相當(dāng)于很多單層的壓敏電阻并聯(lián)在一起，所以對(duì)同一種材料來(lái)說(shuō)，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(gè)是減少層數(shù)，還有一個(gè)就是把單層的厚度變小，所以擊穿電壓就勢(shì)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。
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圖8：壓敏電阻的IV曲線圖 |
正是因?yàn)閴好綦娮璧倪@種IV非線性特征，使得壓敏電阻在外加電壓升高到某個(gè)值時(shí)，變成低阻狀態(tài)，從而保護(hù)設(shè)備免受過(guò)電壓的損害。但是也應(yīng)該看到，這種多層結(jié)構(gòu)目前能達(dá)到的最低電容通常是2pF的量級(jí)，比如Littlefuse的MLN、MLA等系列產(chǎn)品，而另外一類(lèi)產(chǎn)品，也稱(chēng)為MLV系列，比如BournsMLC系列產(chǎn)品。實(shí)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B(niǎo)ourns用陶瓷材料）沉積某種靜電吸收材料，因?yàn)槌练e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(dá)到0.5pF,而Littlefuse的Pulseguard材料更是號(hào)稱(chēng)能達(dá)到0.025pF9，10，11.除了上面提到的兩大類(lèi)MLV靜電防護(hù)器件，MLV防護(hù)器件還向集成化發(fā)展，做成多個(gè)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(gè)獨(dú)立的MLV集成在一個(gè)器件上，同時(shí)進(jìn)行4線保護(hù)。Litttlfuse的SP系列，最多能進(jìn)行18個(gè)器件的集成。除了同類(lèi)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(shù)發(fā)展趨勢(shì)。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(nèi)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(cè)的通信設(shè)備保護(hù)12。
4.MLV市場(chǎng)和全球競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)
多層壓敏電阻器因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)可以對(duì)IC及其它靜電敏感設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，防止因靜電放電、浪涌及其它瞬態(tài)電流而造成對(duì)它們的損壞，所以其應(yīng)用范圍十分廣泛，主要應(yīng)用領(lǐng)域有三個(gè)：手機(jī)、汽車(chē)電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)。下表是Paumanok對(duì)該應(yīng)用在2003年的調(diào)查結(jié)果。
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圖10：Epcos對(duì)2007年中國(guó)大陸壓敏電阻需求量的估計(jì) |
根據(jù)無(wú)源器件專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)調(diào)研公司
PAUMANOK的調(diào)查，在2003年多層壓敏電阻的銷(xiāo)售已經(jīng)達(dá)到了75億只的規(guī)模。今后幾年全球市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率將保持在15%，而銷(xiāo)售額每年將增長(zhǎng)11%。雖然多層壓敏電阻的市場(chǎng)需求非常強(qiáng)勁，但是因?yàn)榧夹g(shù)門(mén)檻并不高，所以競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。下圖是在2003年參與競(jìng)爭(zhēng)的國(guó)際上重要供應(yīng)商。
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圖12：多層壓敏電阻臺(tái)灣地區(qū)部分供應(yīng)商除了以上提到的供應(yīng)商，在臺(tái)灣還有像佳邦、國(guó)巨和立昌等也陸續(xù)加入了競(jìng)爭(zhēng)。雖然在國(guó)外和臺(tái)灣多層壓敏電阻的生產(chǎn)已經(jīng)批量并且技術(shù)成熟，但是在國(guó)內(nèi)大陸，卻剛剛處于起步階段，只有深圳順絡(luò)、廣東風(fēng)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?yàn)橹群图夹g(shù)等原因，國(guó)內(nèi)企業(yè)被市場(chǎng)認(rèn)可的程度并不高。而據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)信息中心估計(jì)，2004年國(guó)內(nèi)對(duì)多層壓敏電阻的需求達(dá)到23億只，而到2005年則至少達(dá)到26億只的規(guī)模，但是我們?cè)?005年國(guó)內(nèi)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(jìn)口13，巨大的需求和遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(zhǎng)而加大。國(guó)內(nèi)發(fā)展多層壓敏電阻的任務(wù)任重而道遠(yuǎn)。
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