ESD器件-叠层片式压敏电阻器.ppt

1、理想的过电压保护器件和ESD防护元件,叠层片式压敏电阻器,2009.01,内容,1、过电压及ESD基础知识 ESD的危害 ESD 波形 信号线的保护 2、顺络公司的压敏电阻器 保护机理 术语和解释 产品编号方式 产品可靠性 压敏电阻与TVS二极管 型号对照 3、应用 压敏电阻应用试验规律 如何选择压敏电阻器 应用案例,雷电过电压：当大气中产生雷电过电压时，在雷击点的周围空间内会产生强大的交变电磁波向外发散式、通过传导、电磁感应传播 。对仪器或设备内部的元器件以致命性的毁坏。 操作过电压: 仪器设备突然停止和启动时，在线路上产生高能量的过电压或谐振过电压，导致功能器件性能劣化、毁坏而失效。 静电

2、过电压（ESD）: ESD随时、随机、随处发生时，产生静电场击穿、电荷转移及电磁辐射，对功能器件具有严重的毁坏性及电磁干扰。,过电压的产生分类,物体的静电带电又称静电起电，它是由于处于不同带电序列位置的物质之间接触分离（摩擦）使物体上正负电荷失去平衡而发生的静电现象。在大多数情况下，静电起电与放电是同时发生的，而且静电起电-放电是一个随机的动态过程，在这过程中，不仅有静电能量的传导输出，而且有电磁脉冲场的辐射。,静电（ESD）的产生,静电放电时, 最高可达45A的峰值电流在1nS内流过，并且伴随着强电场及磁场。 静电放电可以破坏电路 ，所以需要抗静电器件以及优良的布线来抑制电子设备中的瞬态破坏

3、。,ESD的危害,ESD 波形,ESD: 上升时间 1 sec 要求ESD 抑制器具有快速响应时间 对人体不致命, 却可以在生产过程或现场损坏电子设备 要求ESD抑制器必须拥有很强的能量耗散能力 ESD随机发生，无处不在 要求专用的ESD抑制器提供防护,100%,Current(A),0.7-1 ns,30 ns,60 ns,上升时间,ESD波形,片式氧化锌压敏电阻器满足上述ESD 抑制器的技术要求,IEC61000-4 标准,*除部分半导体外，电子线路中元器件的ESD耐压最少应为2kV,半导体器件的ESD失效电压,过电压产生源,过电压保护器件,形成能量耦合通道,过电压危害形成的必要条件,控制

4、静电起电率防止危险静电源的形成 增大电荷消散速率防止电荷积聚（连接、接地、屏蔽） 采用抗静电元器件及ESD防护设计提高电路抗ESD/EMP能力（电容、二极管、压敏电阻）,静电（ESD）防护原则,ESD防护方法比较,*从设计及防护效果来看，ESD器件是最有效且经济的防护方式,I/O 线路的保护,没有 ESD 抑制器, 放电电流直接流向回路。,使用 ESD抑制器, 放电电流流过 ESD 抑制器 并通过包装转向大地.,内容,1、过电压及ESD基础知识 ESD的危害 ESD 波形 信号线的保护 2、顺络公司的压敏电阻器 保护机理 术语和解释 产品编号方式 产品可靠性 压敏电阻与TVS二极管 型号对照

5、3、应用 压敏电阻应用试验规律 如何选择压敏电阻器 应用案例,主体材料：氧化锌压敏陶瓷(避雷器所用材料),氧化锌电压敏陶瓷的微观结构,片式压敏电阻器微观结构,TVS二极管：只有P-N结，仅传导能量 压敏电阻：数百万P-N结及晶粒串并联，吸收及传导能量,晶粒晶界缺陷模型,晶界层形成的势垒导致了压敏特性,氧化锌压敏陶瓷的伏安特性,I 通过压敏电阻器的电流 V 加载在压敏电阻器的电压 k 材料常数 (取决于材料) 非线性系数,等效电路,Rg,Rb,Cb,Rg 晶粒电阻 Rb 晶界电阻 Cb 晶界电容,应用原理,限制电压,系统额定电压,过电压/ESD,varistor,容许电压,Vdc,片式压敏电阻器

6、的内部结构,氧化锌压敏陶瓷技术与片式叠层技术相结合; 内电极浆料与陶瓷共烧匹配技术; 片式氧化锌压敏电阻表面绝缘层技术.,片式压敏电阻器排内部结构,叠层片式压敏电阻工艺流程示意图,氧化锌材料,有机添加剂,浆料,流延,切割,排胶、烧结、涂敷,形成外部电极 上端电极、烧银、电镀、 清洗,分选编带,流延,内电极印刷,压敏电阻电性参数 VDC直流工作电压 VAC交流工作电压 漏电流 压敏电压 限制电压 电容 通流能量 脉冲能量,术语解释,VDC直流工作电压（使用参数） 压敏电阻器在最高操作温度下使用时的最大持续直流工作电压, 被用来作为测试漏电流的对应电压点. 该电压总是比压敏电压小. 测试方法：12

7、5条件下工作1000h，压敏电压变化率10,VAC交流工作电压（使用参数） 压敏电阻器在最高操作温度下使用时的最大持续正弦交流工作电压。,Il额定直流电压下的漏电流（制造/使用参数） 压敏电阻器在不导通模式下处在高阻抗状态,表现出近似开路额状态, 在该情况下测的电流为漏电流，其值非常低为uA级。,术语解释,VB压敏电压（制造参数） 压敏电阻器从开路状态切换至工作状态进入导通的阙口电压。该电压值通常在1mA电流时测量，具有最大值和最小值范围的限定。,VC 限制电压（使用参数） 在指定脉冲电流和8/20us波形条件或者ESD波形条件下，在压敏电阻器上承受的最大电压。 要注意限制电压不一定是在最大峰

8、值电流下测得。,CP电容（制造/使用参数） 这是压敏电阻在1MHz频率和0.5V电压（交流）下测试出来的电容值。,术语解释,IP通流容量（ 制造/使用参数） 压敏电阻器在8/20us脉冲电流波冲击一次时不会导致设备损坏的最大峰值电流。一般以压敏电压的变化率在10以内来限定。不同极性脉冲加载效果相同。,ET脉冲能量（ 制造/使用参数） 压敏电阻器在10/1000us脉冲电流波冲击一次时不会导致设备损坏的最大瞬时额定能量。一般以压敏电压的变化率在10以内来限定。,术语解释,ESD Life (ESD寿命) 这是压敏电阻可靠性试验的一个项目。压敏电阻将在10秒内在8KV 的电压下进行10次接触放电。

9、包括两项要求：外观没有机械损伤，压敏电压的变化率在10%内。,ESD Test (ESD测试) 这是压敏电阻可靠性试验的一个项目。压敏电阻将在10秒内在15KV 的电压下进行10次空气放电。包括两项要求：外观没有机械损伤，压敏电压的变化率在10%内。,术语解释,响应时间短: 0.5nS 产品种类多（1005/1608/2012/3216） 小尺寸 (SMD) 高通流容量、能量耐量 超低电容: 1pF 低漏电流 低限制电压 双向伏安特性,Features,SUNLORD压敏电阻器,SDV 1608 A 180 C151 F P T F , 尺寸代号 (LW) (mm) 1005 0402 1.0

10、0.5 1608 0603 1.60.8 2012 0805 2.01.25 3216 1206 3.21.6, 类型 SDV 片式压敏电阻器, 最大直流工作电压 Example Nominal Value 5R5 5.5V 180 18V, 包装 B 散装 T 盘装, 电容 1MHz Example Nominal Value C151 150pF C152 1500pF, 电容公差 F +30%/-80% N 30% Y +100/-50% G Maximum, 特征代号 A 过电压用 E ESD防护用 H 高速信号线用 S 特殊要求, 端头代号 P Sn电镀 S Pt/Pd/Ag可焊端浆

11、,无有害物质产品 F,SUNLORD压敏电阻器,SDVA 2082 VA 180 C100 F P T F , 尺寸代号 (LW) (mm) 2080 0805 2.01.25 2082 0805 2.01.25, 类型 SDVA 片式压敏电阻器排, 最大直流工作电压 Example Nominal Value 5R5 5.5V 180 18V, 包装 B 散装 T 盘装, 电容 1MHz Example Nominal Value C100 10pF, 电容公差 N 30% Y +100/-50% G Maximum, 特征代号 RA/RB/RC EMI/ESD防护用 FL EMI/ESD防

12、护用 VA ESD防护用, 端头代号 P Sn电镀 S Pt/Pd/Ag可焊端浆,无有害物质产品 F,SUNLORD压敏电阻器,SDV-A Type：大电容 (100pF) 系列，具有高的耐电能量，适合过 电压抑制、浪涌吸收和普通的ESD防护 SDV-E Type：较小电容 (12100pF)系列， 适合普通的ESD防护 SDV-H Type：小电容 (12pF)系列， 适合高速信号线的ESD防护 SDV-S Type: 小电容、低直流工作电压，满足客户特殊要求 SDVA Type: 压敏电阻排系列，适合于多路数据线ESD防护,SUNLORD压敏电阻器,压敏电阻器产品性能表,SUNLORD压敏

13、电阻产品可靠性,1、完善的质量保证体系： ISO9001、 ISO14001、QC08000 2、正常工作电压下的产品可靠性： 高温负载试验、高温高湿负载试验 3、ESD冲击下产品可靠性： 脉冲电流（8/20s、10/1000s）、静电放电发生器及其测量系统， ESD冲击次数试验,脉冲电流及静电放电发生器,SUNLORD压敏电阻产品可靠性,脉冲电流(8/20s、10/1000s)发生器,静电放电(ESD)发生器,SUNLORD压敏电阻产品可靠性,SUNLORD压敏电阻产品可靠性,SUNLORD压敏电阻产品可靠性,ESD寿命,不同产品压敏电压变化率随ESD次数变化 (8KV),压敏电阻与TVS均

14、能承受上千次的ESD冲击，性能稳定,ESD防护器件比较,导电机理 TVS二极管 雪崩击穿 热电子发射(正常工作时) 压敏电阻 隧道电子击穿(过电压产生时),TVS二极管&压敏电阻比较,TVS二极管 (1nS),焊脚的存在使得高频下的感抗增大，响应时间增加,响应时间,压敏电阻 (0.5nS),端头电镀层在高频下产生的感抗极小，响应时间短,TVS二极管&压敏电阻比较,尺寸,在相同电性能要求下， TVS二极管设计尺寸大于压敏电阻,TVS二极管&压敏电阻比较,能量耐量,浪涌电流能量,与TVS二极管只有1个P-N结相比，压敏电阻的迭层结构包含了数百万个PN结与晶粒，因此具有高通流能量和能量耐量， TVS

15、二极管只是传导能量,TVS二极管&压敏电阻比较,温度特性,脉冲电流温度降额曲线,压敏电阻在高达85时仍保持脉冲电流稳定的温度特性， TVS二极管温度特性从25脉冲电流开始衰减,TVS二极管&压敏电阻比较,TVS二极管没有吸能能力， 电荷一直在电路中存在，由此形成的电位差会带来线路干扰,氧化锌陶瓷晶粒具有吸能力,信号 /电源,EMC效果,TVS二极管&压敏电阻比较,阻燃特性,TVS二极管&压敏电阻比较,型号对应,Benchmarking,内容,1、过电压及ESD基础知识 ESD的危害 ESD 波形 信号线的保护 2、顺络公司的压敏电阻器 保护机理 术语和解释 产品编号方式 产品可靠性 压敏电阻与

16、TVS二极管 型号对照 3、应用 压敏电阻应用试验规律 如何选择压敏电阻器 应用案例,压敏电阻内阻匹配设计计算,根据IEC61000-4-2 标准，电子线路中元器件耐压至少应为2kV（7.5A），要 使IC不受ESD影响，即IC中无脉冲电流通过。 （1）当线路中出现 8KV ESD时，即 I RV+I R=30A,故 I RV3 I R. Rv R /3 ；（2）当线路中出现15KV ESD时，即 I RV+I R=45A,故 I RV5 I R. , Rv R /5。 为了保险起见,选压敏电阻时,其瞬态电阻 Rv应小于R /5. 例如：如果被保护元器件(线路)内阻 R为16 ,则压敏电阻瞬态

17、电阻 Rv应选择 3.2 5.3 。,R,压敏电阻应用试验规律,压敏电阻内阻测量计算,压敏电阻ESD限制电压测量,Cp=1pf 压敏电阻频谱特性,最大直流工作电压(Vdc): 压敏电阻器的最大直流工作电压 必须大于信号线的直流工作电压（Vn）,即 Vdc Vn 电容 Cp (Capacitance ): 对于高频率传输信号,电容Cp应小些,反之亦然。如在 USB3.0、IEEE1394、HDMI 接口使用 1pf 压敏电阻。 内阻匹配(Resistance Match )：被保护元器件(线路)内阻 R （ R 2）与压敏电阻瞬态内阻 Rv 关系: R 5 Rv；对于内阻较小的被保护元器件，在不

18、影响信号传输速率的情况下，尽量采用大电容压敏电阻。 空间位置(Space )：因地制宜,选取合适尺寸的压敏电阻 放置位置( Layout ): 接近ESD源，即离接口部位越近越好 接地设计( Ground Design ): 良好的接地,如何选择压敏电阻器,推荐电容选择,传输速率与压敏电阻,不同的布线 (已知静电源),静电源,被保护器件,GOOD,POOR,POOR,应用案例1： MP4 中的应用,USB 2.0 Signal line SDV1005H260C030YPTF 显示屏 (SDV1005E180C150NPTF) 按键 (SDV1005E180C150NPTF ) 音频输出口 (SDV1005A5R5C201NPTF or TVS) Power line (SDV1005A5R5C201NPTF),An