電子元器件技術(shù)論文：電路保護元件的發(fā)展與應用一

1引言

    隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電力/電子產(chǎn)品日益多樣化、復雜化,所應用的電路保護元件己非昔日的簡(jiǎn)單的玻璃管保險絲,而是己經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)門(mén)類(lèi)繁多的新興電子元件領(lǐng)域。 2000年全球銷(xiāo)售額達到44億美元。例如,Littelfuse公司有15大類(lèi)產(chǎn)品,2000年銷(xiāo)售額達3.71億美元;美國AEM公司的宇航級高可靠熔斷器己廣泛用于歐、美、日的各種航天器和新一代電子產(chǎn)品的重要部位的電路保護中。Cooper/Bussmann、GCL、 WickmannWerke、Schurter、Raychem、上海維安、上無(wú)十五廠(chǎng)、功得利、好利來(lái)、精科、興勤、雅寶等廠(chǎng)家研發(fā)生產(chǎn)各種特性的電路保護元件,供客戶(hù)選擇。隨著(zhù)電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代,對可靠性和安全性的要求日益提高,尤其是我國加入WTO之后,世界電子產(chǎn)品組裝業(yè)向中國轉移,人們對各種電路保護元件的發(fā)展和應用將更加關(guān)注。本文對此作簡(jiǎn)要介紹。

2電路保護元件的重要性日益增加

    在各類(lèi)電子產(chǎn)品中,設置過(guò)電流保護和過(guò)電壓保護元件的趨勢日益增強,之所以如此,歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面的因素：

    （1）隨著(zhù)電子產(chǎn)品發(fā)展的需求,IC的功能(集成度)也越來(lái)越強,其“身價(jià)”自然越來(lái)越高貴,因而需要加強保護。

    （2）為了降低功耗、減少發(fā)熱、延長(cháng)使用壽命,半導體元件和IC的工作電壓越來(lái)越低,據SIA(美國半導體行業(yè)協(xié)會(huì ))統計,目前工作電壓在1.5V左右,到2004年將降到1.2V以下,因而其抗過(guò)電流/過(guò)電壓的能力需要適應新的保護要求。

    （3）移動(dòng)式電子產(chǎn)品越來(lái)越多,如手持機、PDA、筆記本電腦、攝錄機、數碼相機、光盤(pán)機等,這些電子產(chǎn)品都需要電池組件作為電源,在電池組件和電池充電器中都必須配備保護元件。

    （4）在現代豪華型汽車(chē)中,裝備的電子設備越來(lái)越多,而且工作條件比一般的電子產(chǎn)品更惡劣,如汽車(chē)行駛狀況和環(huán)境瞬息萬(wàn)變、汽車(chē)起動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生很大的瞬間峰值電壓等。因此,在為這些電子設備配套的電源適配器中,一般都需要同時(shí)安裝過(guò)電流和過(guò)電壓保護元件。

    （5）眾多電力/電子產(chǎn)品都需要防止雷擊以及電源線(xiàn)與電話(huà)線(xiàn)的交擾,以保證正常通信和用戶(hù)人身安全。所以,隨著(zhù)電力/電子產(chǎn)品的發(fā)展,過(guò)電流/過(guò)電壓保護元件的需求呈上升趨勢。

    （6）據統計,在電子產(chǎn)品出現的故障中，有75％是由于過(guò)電流/過(guò)電壓造成的。IBM曾分析過(guò)計算機電源的故障原因,其中88.5％是由于過(guò)電流/過(guò)電壓造成的。隨著(zhù)人們對電子產(chǎn)品質(zhì)量的苛求,制造廠(chǎng)家為了提高市場(chǎng)競爭力,就必須大量采用電路保護元件。

3過(guò)電流保護元件

　　圖1金屬薄膜表面貼裝型熔斷器的結構和尺寸（Littelfuse公司）

　　圖2金屬薄膜表面貼裝型熔斷器的特性曲線(xiàn)（Littelfuse公司）

　　圖3高可靠厚膜固態(tài)熔斷器的結構（美國AEM公司）

　　圖4高可靠固態(tài)熔斷器（FM12型）特性曲線(xiàn)（美國AEM公司）

　　圖5疊層型陶瓷壓敏電阻器特性曲線(xiàn)（深圳順絡(luò )公司）

3.1通用金屬絲型熔斷器

    這類(lèi)熔斷器主要是在玻璃或陶瓷管內置放金屬保險絲而成,其特點(diǎn)是一次性使用,出現故障后需要更換。使用方便,價(jià)格低廉，仍是目前熔斷器中數量最多的產(chǎn)品，品種規格齊全，廣泛應用于各類(lèi)電力/電子產(chǎn)品中。有些廠(chǎng)家的這類(lèi)熔斷器通過(guò)了UL認證,能夠滿(mǎn)足UL248和IEC127規范的要求。因此,安裝這類(lèi)熔斷器的產(chǎn)品可以在世界各地銷(xiāo)售。

3.2表面貼裝型SMD熔斷器

    為了適應SMT的需求,近年來(lái)一些熔斷器廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)了多種表面貼裝型SMD熔斷器。美國 AEM公司最近在網(wǎng)上發(fā)表了疊層多元獨石SMD熔斷器（USPatent6,034,589: MultilayerandMultielementMonolithicSurfaceFuse）,它是用該公司的UV專(zhuān)利工藝制造的陶瓷疊層元件，相當于將幾個(gè)熔斷絲并聯(lián)，因而它具有體積小、能量密度大、獨石結構可靠性高、精度高、響應速度快、易與其它元件集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，是目前世界上單位體積承受功率最大的SMD熔斷器，其封裝系列有0402/0603/0805/1206等。又如Littelfuse公司最近推出一種0402封裝的快速響應 SMD熔斷器,其外形結構與尺寸如圖1所示,性能曲線(xiàn)如圖2所示，它是在環(huán)氧樹(shù)脂基體上制作金屬薄膜熔斷絲,聚合物包封。當負荷電流為額定電流的200％時(shí),斷開(kāi)時(shí)間為5s,當為300％時(shí),斷開(kāi)時(shí)間不超過(guò)0.2s。斷開(kāi)后的隔離電阻大于10kΩ。工作溫度范圍為－55℃～90℃。其特點(diǎn)是瞬間電流響應速度快、額定電流精確。該公司的0603封裝系列的性能為0.25A/32V～5A/32V;1206系列為0.5A/63V～3A/32V。AVX公司在氧化鋁陶瓷基體上制作金屬簿膜熔斷絲的AccuGuard系列SMD熔斷器，封裝尺寸為0402/0603/0805/1206,從0.25A/32V 至3A/63V。BUSSMANN、WICKMANN、Schurter等公司也有同類(lèi)產(chǎn)品供用戶(hù)選擇,這類(lèi)熔斷器可用于高檔電腦、電信、數據傳送系統,為關(guān)鍵的IC和重要的電路部位提供過(guò)流保護。