压敏电阻类EMI对策元件

瞬变电压和浪涌电压是经常出现的电磁干扰的一种形式。瞬变电压和浪涌电压有所不同，一般瞬变电压持续时间短，而电压范围很宽，从毫伏至万伏；浪涌电压持续时间长，其幅度仅为正常值的几倍。在大多数情况下不做严格区分，统称为瞬变浪涌电压。开关启动、短路故障、火花放电、电磁脉冲、静电放电、雷击等都可能引起不同程度的瞬变浪涌电压，对电子、电工设备造成巨大危害。2000年北京技术监督局抽检的42种开关电源产品中有21种不合格，基中静电放电及瞬变浪涌电压项目不符合电磁兼容要求的产品达16种之多，可见问题之严重。防瞬变浪涌电压成为电磁兼容的主要内容之一，IEC、欧盟、美国FCC都已制定了相应的标准。

近年来，电子产品向高速数字化发展，电路中所用的IC和各种半导体器件的工作电压越来越低，这就大大增加了瞬变浪涌电压的危害性。瞬变浪涌电压往往造成IC和半导体器件PN结烧毁、氧化层击穿、镀敷金属膜破坏等，使它失效或产生误动作。为了防止这些危害的发生，人们采用了多种保护元器件，如气体放电管、齐纳二极管、碳化硅压敏电阻器、氧化锌陶瓷压敏电阻器、钛酸锶陶瓷压敏电阻器等。实践表明，陶瓷压敏电阻器是最优良的瞬变浪涌电压保护元件，并已获得了十分广泛的应用。

1．引线型陶瓷压敏电阻器它是由氧化锌（或钛酸锶）陶瓷体与引线（电极）构成，根据其特性和应用，可以分为低压压敏电阻器、高压压敏电阻器、大通流量压敏电阻器、防雷压敏电阻器等类型。它们都是已经生产了多年的老产品，不再详细介绍。国内陶瓷压敏电阻器的主要生产厂家有西安无线电二厂、西安华星压敏电阻器厂、北京七九八厂等。

2．叠层型片式陶瓷压敏电阻器随着SMT的发展，世界上一些厂家利用陶瓷叠层共烧技术将陶瓷压敏电阻器片式化，制出了各种尺寸规格和性能的叠层型片式陶瓷压敏电阻器，图18和19是其结构和伏-安特性曲线示意图。叠层片式压敏电阻器具有压敏电压低、响应速度快、通流量大、温度特性好、体积小、适用于SMT电路要求等诸多优点，已被日益广泛地用于各种IC、CMOS、MOSFET等半导体器件的瞬变浪涌保护，效果非常理想。

对于这种结构的压敏电阻器而言，其压敏电压仅取决于两个相邻电极间的距离，即半导体陶瓷膜的厚度，与层数和电极面积基本上关系不大；通流量随层数与电极面积的增加而上升。每一层就相当一个压敏电阻器，通过端电极并联在一起。虽然其结构和制造工艺与MLCC十分相似，但工艺要求却严格得多，需要高精度设备和严格的工艺流程控制。所以，叠层片式压敏电阻器产业化是比较困难的。我国中科院新疆物理所与成都七一五厂合作，研究成功了这种新型片式电子元件，并已投入生产。日、美、欧、韩已有几家公司大量生产。韩国CTC公司生产1005、1608、2012、3216和4532几种规格的产品。表6列出了成都七一五厂与西门子、CTC的产品性能比较。

表7列出了叠层型片式陶瓷压敏电阻器与目前市场上的一种半导体二极管瞬态电压抑制器(TVS)的性能比较。不难看出叠层片式压敏电阻器的优越性。

3．叠层片式压敏电阻器阵列在一个2012片式元件内并列两个压敏电阻器；在一个3216片式元件内并列四个压敏电阻器，其性能基本上与相应的单个压敏电阻器的性能相当。

4．叠层片式浪涌吸收器有些厂家利用陶瓷叠层共烧技术将以Zn0为主体的半导体陶瓷材料制成了叠层片式浪涌吸收器，尺寸系列为1005、1608、2012、3216四种；工作电压100～500V；最大漏电流小于50μA；压敏电压(④1mA．DC)在100～700V之间；电容量1～10pF，这种产品特别适用于静电放电(ESD)保护。

5．三引线圆片压敏一电容器有些厂家用既有良好的压敏特性又有较高的介电常数的陶瓷材料制成三引线压敏电阻一电容器，其结构与等效电路如图20所示。它是一个单片结构，二条引线串联在信号线上，另一条引线接地。这样，既可以起到旁路电容滤除高频干扰，又起到瞬变电压保护作用。例如村田公司生产的VRF303系列。用来保护半导体器件，其压敏电压约50V，电容量130pF，在100MHz以上对电磁干扰的抑制在20dB以上。

6．带铁氧体磁珠的三引线圆片压敏一电容器图21是在输入/输出引线上串上两个铁氧体磁珠的三引线圆片压敏一电容器的结构与等效电路，相当于在电路中串联了两个电感器，图22是这种EMI元件对电磁干扰的抑制特性和压敏特性。村田的DSS710系列，压敏电压22V，电容量可达22000pF，再加上铁氧体磁珠的作用，其对电磁干扰的抑制频率可以降低到3MHz以上，衰减大于20dB，且抑制频率范围明显展宽。

7．叠层片式三端压敏一电容器利用陶瓷叠层共烧技术制出了叠层片式三端压敏一电容器，其结构、外形和等效电路如图23所示。两端为端电极，中间是接地电极，这种EMI片式元件既有电容特性将高频干扰旁路到地，同时又有压敏特性以防止瞬变电压的破坏。村田的叠层片式三端压敏一电容器产品，其压敏电压为27V，电容量2200pF，在20～1000MHz以上衰减都超过20dB。这种片式EMI元件适用于汽车电子、便携电子、通信终端、OA及各种自动控制系统。