张丕荣、张育铭
天津力神电池股份有限公司 天津市 300384
摘要：近些年来，电子产品更新换代的频率越来越高，因此对于电子产品的可靠性和安全性受到了人们的广泛关注，特别是我国加入世界贸易组织后，世界电子产品组装业开始向中国转移，对此各种电路保护元件的发展与应用十分重要。本文对此进行研究。
关键词：电路保护，熔断器，ESD保护
科学技术的不断发展，使得电子产品的形式更加多样化，复杂化，过去应用于电路保护元件的玻璃管保险丝已经无法适应现在的需求，现如今电路保护元件已经成为一个新型领域，涉及到的门类，十分繁多，在电子产品不断更新换代的趋势下，电路保护元件的可靠性和安全性要求越来越高。
一、过电流保护元件
1.1通用金属丝型熔断器
这个熔断器主要是利用玻璃或陶瓷管内置放金属保险丝而制成的。从特征上来讲，金属丝形熔断器只能使用一次，一旦出现故障必须立即更换，使用起来相对方便，而且价格低廉，在当前熔断器中，产品数量最多，品种规格比较齐全，在各类电子产品中都有应用。目前，大部分的金属丝形熔断器已经通过了UL认证，满足UL248和IEC127规范的要求，安装这类熔断器的终端产品可以很容易通过各准入认证。
1.2表面贴装型
近年来一些熔断器厂家开发了多种表面贴装型SMD熔断器，这种类型的熔断器实际上是为了适应SMT的需求，美国AEM公司最近在网上发表了叠层多元独石SMD熔断器，这种熔断器是利用该公司的专利工艺制造而成，相当于将几个熔断丝并联，因其体积小，密度大，可靠性高，精度高，响应快，所以在世界上是单位体系承受功率最大的熔断器。
1.3高可靠厚膜固态熔断器
这是美国AEM公司的专利产品，规格种类非常多，涵盖了低压到高压多种类型，目前这种熔断器的最高电压能够达到DC660V/100A，完全符合MIL PRF 23419/12（即FM12）的要求，而且其最高电压保持了多年零故障的优异记录，AEM公司在世界上是唯一一家被美国航天总署认证的熔断器生产厂家，所以这种熔断器在航天和军事装置上的应用比较广泛，从类型上来讲，这种固态熔断器分为引仙是和片式，它是在陶瓷基体上用厚膜工艺制备设定形状的特殊合金导电带，这种合金导电带的电阻具有正温度系数。
1.4有机高分子聚合物自恢复型保险丝
这种类型的保险丝近些年来是美国Raychem 公司率先开发的是一种新型的过电流保护元件，从本质上来讲，它是一个正温度系数热敏电阻器，有有机高分子聚合物，加入导电颗粒构成，这种保险丝具有自恢复性，也就是说当电流通过以后又恢复到常态，不需更换，让它安置在电子产品手可触及的部位，所以对于用户来讲是一种非常受欢迎的保险丝，它所带来的便利是无可替代的，其不足之处就是阻抗比较高，通常情况下在电路正常的状态下，这种保险丝的阻抗要比相同金属性熔断器高一些，是电子产品的电能消耗也会随之增加，另外在一些电路中，由于其电阻较大就会出现热噪声，相对于金属型熔断器而言，这种保险丝的响应速度相对较慢，而且存在老化现象，个别电路中发生过电流时，它就会起到保护作用，使电流回到正常状态，但是如果引发电流的故障原因没有有及时被排除，那么就会反复循环，一直处于过电流状态—正常状态－过电流状态，这对于电路本身而言是一种麻烦，因此在使用过程中需要它和其他保护元件组合使用，虽然这种过电流保护软件存在诸多不足之处，但是其自恢复性的优点还是非常可观的，很多生产厂家都在对他进行研究改进，最主要的方向还是为了降低电阻，提高其强度和稳定性，使其能够发挥出价值。
1.5片式陶瓷PTCR
PTCR在过电流保护中应用的十分广泛，通常情况下，大多数电路保护元件都会采用PTCR，近些年来除了引线型分立元件之外，片式PTCR因其优点显著，发展的十分迅速。SMT在不断发展过程中，片式陶瓷PTCR的需求量显著增加，一般的温度动态范围在85℃～150℃，精度达±5℃。但由于BaTiO3的固有特性，致使单层型片式PTCR的阻值较高，是无法满足一些电路的要求的，多个很薄的PTCR的并联形成叠层型片式PTCR，不仅可以明显的减少组织，而且其响应速度也明显提高，将其以适当的方式贴在半导体功率管和安心芯片上，就可以对这些关键器件起到保护作用，如果能够将PTCR加入到LCD控制的电路中，那么就可以在宽温度范围内保持良好的显示效果，但是这种叠层型片式PTCR的制造工艺难度大，在国内尚且处于开发初期，但从前景上来讲十分广阔。
二、过电压保护元件
过电压状态是极其容易影响电子设备运行状态的不良因素之一，他对于电路具有较大的危害，而过电压状态又分为两种，其中一种电压峰值范围极大，由mV级到kV级，但持续时间较短，这种状态为瞬间尖峰电压；另一种始终保持在正常值数倍的电压变化幅度，但持续时间较长，可达ms乃至s级，这种状态为浪涌电压。随着电子设备高速数字化发展，半导体器件与IC在运行时对于电压的需求越来越低，这也导致发生过电压和静电放电现象的概率越来越高。针对这一问题，市面开发出了大量的如TVS二极管、陶瓷压敏电阻器、瞬态电压抑制器（Surgector）、ESD抑制器等过电压保护元件。
2.1叠层型片式陶瓷压敏电阻器
陶瓷压敏电阻器是一种发展时间较长且应用较为广泛的过电压保护元件，但面对现代电子产品电路过电压保护需求，传统引线型陶瓷压敏电阻器在体积及性能方面皆有所欠缺。而面对这一现象，相关企业研发出了更为精细的叠层型片式陶瓷压敏电阻器，该电阻器主要利用MLCC工艺进行制造，其压敏电压可低至2V，响应速度可快至ns级，同时它具备大通流量、极佳的温度特性、体积小、更便于SMT组装等优势，未来具有广阔的发展前景。
2.2多功能组合件
在具体电路保护过程中，不仅要面对变化幅度较宽的瞬态电压，同时还要随时做好准备承受浪涌电流及热效应的影响，在这种复杂的情况下单一的电路保护元件很难满足电路保护的需求。因此，在具体应用中往往选择多功能组合远见进行电路保护。例如压敏电阻／陶瓷电容器组合、片式压敏阵列、片式压敏／电容阵列等，而这种形式也必然成为未来电路保护元件发展的必然趋势。
2.3内置ESD保护IC
IC的功能随着半导体工艺的精细化而愈加强大，对于工作电压的需求也日益降低，而这也导致其抗ESD的能力有所削弱，更加需要保护元件的存在。但这样不仅增加了元件的数目，而且制作工艺也较为麻烦，所以相关厂家研发出了内置ESD用以保护IC，使IC本身具备防ESD的能力。
总结：随着世界电子产品行业的发展核心向中国转移，电路保护元件也迎来了巨大的发展机遇，相关企业也开始重视对电路保护元件的开发与生产。目前，国内市面上主要的电路保护元件为玻璃管金属丝型熔断器，它占据了国内大部分市场。但随着科技的不断突破，部分企业已经开始进行可恢复聚合物保险丝、叠层型片式热敏电阻器和压敏电阻器的研发与生产，这必然能够带领相关企业实现进一步的提升。但是，宇航级高可靠固态熔断器和高能量密度SMD熔断器因为生产技术较难，目前国内少有企业将其研发与生产作为重点内容，这也是国内电路保护元件市场中尚且空白的领域。
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