1  引言
随着移动设备如移动电话的普及，防静电放电（ESD）的保护变得日益重要。随着设备体积的减小和所需电源电压的降低，越来越多的设备需要ESD保护。与此同时，信号频率增加以便处理大量数据，这可由USB2.0（通用串行总线）接口的广泛应用得到生动地说明。
片式压敏电阻，如那些通用片式元件一样可用于此目的。TDK公司可提供0603（公制）规格的片式压敏电阻，这是同类产品中尺寸最小的一种。对这类片式压敏电阻的需求在增加，因为它们没有极性而便于元件排列和具有较高的线路板设计自由度。由于它们具有电容器的功能，仅片式压敏电阻就可起到齐纳二极管和电容器的组合功能。然而在高速信号线中，它们的电容量分量可使波形衰退，从而限制了它们的线路应用。
现在市场上可提供各种ESD保护的元件。传统的用于高速信号线ESD保护的元件没有足够的保护能力，尽管它们的电容量较小。如在齐纳二极管情况下，它们的电容量可通过减少其接触面积而做的很低，但造成的较低功率或较小的ESD抵抗能力也是不可避免的。
对于具有有限电容量的放电间隙的产品及其它同类产品，尽管它们的电容量较小，但它们的放电起始电压较高。因此，不能说它们对低电压驱动的IC（集成电路）具有足够的保护能力。
2   产品设计和产品特性
2.1 低电容量、低电压为开发点
片式压敏电阻的等效电路图如图1。在异常电压侵入压敏电阻时，它的阻抗值降低使其分流，最终，片式压敏电阻把它转化为热量并吸收。因此，它可提供两种功能的组合，一种功能为允许设定高速信号线路中不影响信号质量的电容量值，另一种功能为具有其它传统产品一样的ESD吸收能力。
2.2 开发方法
公司片式压敏电阻的开发起始于对材料的考察，把性能已确定的氧化锌和稀土元素添加物作为陶瓷材料。此外，研究了各种降低片式压敏电阻器电容量的添加物。
对于内部结构，研究了内电极最佳间距和最佳电极面积的设定，从而开发出了可能降低电容量的材料，同时击穿电压（压敏电压）被设定在较低水平。在制造工艺中，开发了使电容量偏差为最小的高精度多层工艺。研究了烧结工艺对实现其性能的重要性。因此， 公司在2003年11月开始批量生产其新的片式压敏电阻-AVRL系列。
2.3 产品特性
公司提供两类片式压敏电阻，一类是电容量为3.3pF，一类是电容量为6.8pF（图2）。电容量为3.3pF的一类尤其适合USB2.0接口的ESD保护；电容量为6.8pF类型的可用于普通电容量为15pF产品不适合的线路。外形尺寸为1.0mm×0.5mm×0.5mm，是适合移动设备的片式尺寸（图3）。公司计划将来提供不同的片式形状。
最大工作电压为10Vdc（直流），这类产品的设计符合从IC保护线路开始的许多线路。由于具有足够的绝缘电阻水平，它对耗电量的影响很小。作为片式元件，压敏电阻保证简单的焊接结构，因此压敏电阻可用于ESD保护，同时可为线路板设计和元件排列提供自由度。
结构上，端电极象传统产品一样为电镀并符合无铅焊接，这类产品满足IEC61000-4-2规定的接触放电8kV和空气放电15kV的ESD吸收能力。
2.4 ESD耐受特性
可按IEC61000-4-2规定的人体模式进行ESD试验，这种模式可设计为重现使人体带静电再放电现象。IEC标准规定储能电容为150pF，放电电阻为330Ω。ESD试验可根据放电电压的变化而相应实现。与IEC标准比较，试验显示这类产品在ESD耐受上具有足够的容差(图4)。
2.5 ESD吸收波形
谈到测试系统，放电电压波形由使用两级30dB衰减器的静电放电发生器来测量。图5为无压敏电阻时的断路波形和连接压敏电阻后吸收ESD的电压波形。正如图中所示，ESD的放电波形为急剧上升，在不大于1纳秒内达到峰值。图例显示了IEC61000-4-2所规定的ESD波形。由于测量系统的限制， 测量条件被限制到2kV。为了比较，普通15pF产品的吸收波形也表示出来了。从图中可清楚地看到公司3.3pF产品和普通15pF产品几乎具有相同的ESD限制（箝位）特性。
图6为公司3.3pF产品用于USB2.0接口的一个例子，片式压敏电阻与被保护的线路并联。在大多数情况下，直流电源线路中电容值并不会产生问题，因此可根据电源电压选择压敏电阻。具有压敏电压（上升电压）8V-12V的普通AVR-M系列产品可推荐用于USB2.0Vcc（阴极电压）线。此外，推荐AVRL101A3R3NT产品用于不同信号线路。对于内部设备的不同传输线，可根据信号频率，分别用3.3pF和6.8pF的产品便能很有效地实现其防止ESD的措施。
3.2 其它应用
片式压敏电阻在移动设备的外部总线和LCD（液晶显示器）控制板的ESD保护中也很有效。
4  展望
TDK公司批量地生产了1005尺寸的产品，并计划将来提供0603和1608尺寸的产品，因此其片式压敏电阻可满足范围广泛的应用。片式元件的尺寸在减小，已开发出外形尺寸为0.4mm×0.2mm×0.2mm的片式电容器，同样，片式压敏电阻的尺寸也可望做的更小。
在国内，河南金冠王码信息产业股份有限公司应市场需要，也已经成功研制出1005尺寸3pF，6pF和15pF的系列防静电产品，并开始批量投放市场。
将来，尺寸减小与ESD耐受性增加的组合将成为片式压敏电阻的一个主要技术任务。随着设备频率的增加，ESD保护元件需进一步降低其电容量。1pF片式压敏电阻产品对高频线路的ESD防护将变得更加重要。

作者简介：吕呈祥，男，硕士，河南金冠王码信息产业股份有限公司，现从事片式敏感元件研发。