静电防护和多层压敏电阻

作者：时间：2008-11-05 来源：网络收藏

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/258610.htm　　正如图4所示静电波形，静电有以下几个特点。

　　1）发生的时间特别短，在0.7~1ns之间。

　　2）虽然总体能量不大，但是瞬间电压的峰值特别大，到了千伏甚至几十千伏量级。如果考虑到静电防护的对象主要对IC电路，即对工作电压低，传输频率高和较窄管脚布线的保护，还要求保护器件具有特点：

　　3）低的击穿电压。

　　4）极低电容。

　　下图是Littlefuse对被保护设备传输频率与保护器件电容的一个关系图。

　　其中图的顶端横轴显示的是传输频率，单位是Mbps/s，纵轴显示的是Littlefuse的器件。查对Litttlefuse相应的产品可知，电容为3pF的保护器件能用在传输频率是400Mbps的传输频率保护上。而超过480Mbps，就只能用电容小于1pF的保护器件了，否则，保护器件就对高频传输信号有较大的损耗，使传输波形失真。

　　符合静电防护的器件通常有多层压敏电阻（MLV），TVS二极管两种。其中TVS二极管因为较大的结面积使能承受较大的冲击能量，但是因为封装尺寸较大，价格较高等因素，使得TVS二极管并不比MLV更占优势，同时因为TVS二极管的电容很难做到1pF以下，从而在480Mbps以上的频率应用上并不合适。而多层压敏电阻因为以下特点使得特别适合静电保护。

　　1）极快反应时间，通常小于1ns.

　　2）小尺寸，现在村田公司和松下公司已经有了0201的产品。

　　3）极高的能量处理能力。因为采用叠层技术，使得通流能力大大加强。

　　4）极低的价格。

　　5）低的触发动作电压，最小的保护不动作电压已经到了3V的量级。

　　6）双向导通功能，因为瞬间的电压可能是正电压，也可能是负电压。

　　下图是Littlefuse的3pF的MLV在USB接口保护中的一个典型应用实例。通用于一般的过电压保护器件，MLV的用法相当简单，只要把MLV并联在被保护的设备两端即可，在本例中，在每根数据线上并联一个MLV完成对USB接口的保护。

图6：MLV在USB防护中的应用实例

5.MLV技术特点和种类

　　多层压敏电阻的技术并不是什么新技术，实际上最早在20世纪70年代后期，美国电脑电气公司率先采用类似独石陶瓷电容器生产工艺制成了叠层压敏电阻器。这种技术跟市场上流行的多层电容的技术是一致的，因为采用了叠层技术，所以使得MLV的通流能力大大加强。下图是一个多层压敏电阻结构示意图和的金相图。

图7：多层压敏电阻结构示意图和金相图多层压敏电阻

　　从参数设定上非常简单，从上图可以看出，多层压敏电阻相当于很多单层的压敏电阻并联在一起，所以对同一种材料来说，击穿电压就由单层的厚度决定，而电容则是跟叠层数直接成正比。如果要得到小的电容值，一个是减少层数，还有一个就是把单层的厚度变小，所以击穿电压就势必变大。

　　多层压敏电阻的工作原理相同于普通插脚式的压敏电阻，其IV曲线如下图所示。

图8：压敏电阻的IV曲线图

　　正是因为压敏电阻的这种IV非线性特征，使得压敏电阻在外加电压升高到某个值时，变成低阻状态，从而保护设备免受过电压的损害。但是也应该看到，这种多层结构目前能达到的最低电容通常是2pF的量级，比如Littlefuse的MLN、MLA等系列产品，而另外一类产品，也称为MLV系列，比如BournsMLC系列产品。实际上这种产品和Litttlefuse的Pulseguard产品一样，是基于在某种基底材料上（比如Littlefuse用聚合物，而Bourns用陶瓷材料）沉积某种静电吸收材料，因为沉积材料的体积大幅度减小，从而使得电容值小于1pF.比如Bourns的MLC系列可以达到0.5pF,而Littlefuse的Pulseguard材料更是号称能达到0.025pF9，10，11.除了上面提到的两大类MLV静电防护器件，MLV防护器件还向集成化发展，做成多个MLV阵列的形式是最普通的集成方式，比如Epcos系列，就是把四个独立的MLV集成在一个器件上，同时进行4线保护。Litttlfuse的SP系列，最多能进行18个器件的集成。除了同类MLV器件的集成，还有的公司把其他的一些功能元件与MLV集成在一起，渐渐成为了本行业的技术发展趋势。比如AVX公司把MLV与滤波器集成在一起做成TransFeed系列产品，还有的公司把MLV与多层压敏电阻集成在一起。EPCOS公司推出了T4NA230XFV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12。

4.MLV市场和全球竞争态势

　　多层压敏电阻器因为其自身的优点可以对IC及其它静电敏感设备进行保护，防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流而造成对它们的损坏，所以其应用范围十分广泛，主要应用领域有三个：手机、汽车电子和计算机技术。下表是Paumanok对该应用在2003年的调查结果。

　　图9：多层压敏电阻的主要应用领域实际上多层压敏电阻的应用远远不止上面说的三种，在数码相机、MP3、机顶盒、PDA、医疗器械、GPS导航系统和卫星发射接受设备中都有多层压敏的应用。多层压敏电阻在中国大陆的需求总量，据Epcos估计在2007年将会达到1400万欧元。

图10：Epcos对2007年中国大陆压敏电阻需求量的估计

根据无源器件专业市场调研公司

　　PAUMANOK的调查，在2003年多层压敏电阻的销售已经达到了75亿只的规模。今后几年全球市场的年增长率将保持在15%，而销售额每年将增长11%。虽然多层压敏电阻的市场需求非常强劲，但是因为技术门槛并不高，所以竞争非常激烈。下图是在2003年参与竞争的国际上重要供应商。

　　图11：多层压敏电阻供应商在2003年的销售额在台湾也有大量的供应商，如下表所示。

　　图12：多层压敏电阻台湾地区部分供应商除了以上提到的供应商，在台湾还有像佳邦、国巨和立昌等也陆续加入了竞争。虽然在国外和台湾多层压敏电阻的生产已经批量并且技术成熟，但是在国内大陆，却刚刚处于起步阶段，只有深圳顺络、广东风华、河南金冠和常州星翰等具有生产能力，从目前的情况看，因为知名度和技术等原因，国内企业被市场认可的程度并不高。而据中国电子元件行业协会信息中心估计，2004年国内对多层压敏电阻的需求达到23亿只，而到2005年则至少达到26亿只的规模，但是我们在2005年国内的生产能力却只有区区2亿只，需求的90%以上依靠进口13，巨大的需求和远远落后的生产能力形成巨大的反差，这一差距随着电子工业的快速增长而加大。国内发展多层压敏电阻的任务任重而道远。