CN104733143A - 一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，其特征是压敏电阻有多个管脚，管脚的位置和数量通过计算和电流密度仿真得出，输入、输出端多于一个管脚时可用电极片连接。这样的设计可在不改变原有压敏电阻基片的面积和体积的前提下，使电流充分流过压敏电阻中的填充物质，提升压敏电阻通流能力、耐冲击能力等特性，提高压敏电阻使用寿命和防护等级。

Description

一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻

技术领域

本发明属于电气电子元件领域。主要针对压敏电阻，改变其引脚结构，使通流性能更好。

背景技术

压敏电阻是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件，依据其结构、制造过程、使用材料、伏安特性等可划分为很多种类型，常见的压敏电阻器件为金属氧化物压敏电阻，尤其是氧化锌压敏电阻。压敏电阻与普通电阻器不同，它是根据半导体材料的非线性特性制成的，普通电阻器遵守欧姆定律，而压敏电阻器的电压与电流则呈特殊的非线性关系。当压敏电阻器两端所加电压低于标称额定电压值时，压敏电阻器的电阻值接近于无穷大，内部几乎没有电流流过，在电路中相当于开路；当压敏电阻器两端电压略高于标称额定电压时，压敏电阻器将迅速击穿导通，并由高阻态变为低阻态，工作电流急剧增大；当其两端电压恢复到低于标称额定电压时，压敏电子器又恢复为高阻状态；但到压敏电阻两端电压超过其能承受的最大限制电压时，压敏电阻将被完全击穿并损坏，即使电压降下来也无法恢复。

根据压敏电阻这一非线性特性，其被广泛用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。雷电流不同于普通线路中的干扰、噪声、操作过电压，雷电流是一种瞬间的大脉冲，在几十微秒内电流可达上百千安培；通过电磁感应在线路中产生的雷电电磁脉冲也可达数十千安培。压敏电阻作为电气电子***浪涌防护的主要器件，其必须可以在瞬间将如此大的雷电流或雷电电磁脉冲泄放入地，保证其后面的被保护设备的安全使用，这对压敏电阻的通流能力、抗冲击能力等参数的要求格外高。

现在国内外市场上的压敏电阻的封装方式，有贴片式、管脚式，但都只是两个接触极，即对于其内部的填充物质(常见的为氧化锌晶粒和晶界层)来说，电流流经它们的通路是“一进一出”的单一路径，并且电流一定是选择电阻最小的通路通过，所以这条单一的路径非常短，也就是说一块完整的压敏电阻的内部填充物质，只有一小部分被用于抗击电流冲击从而泄放电流。现有压敏电阻的“一进一出”的两管脚设计，在通流和耐冲击上都有一些缺陷，宏观上反映出压敏电阻的使用寿命短，其在雷电防护上不足以抵抗较大的雷电流冲击，难以达到国家标准的要求。

发明内容

为了有效解决现有技术中的以上问题，本发明提出一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，来全面改进现有压敏管脚“一进一出”单一路径造成的通流能力差、耐冲击能力差的问题，通过这种新型的管脚设计方式可以有效延长同一压敏电阻基片的使用寿命，并改善其实际应用效果。这种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，在压敏电阻制造业内会是一个具有创新性的发明成果，可以更好地应用在各种防雷器件中，从而带来巨大的经济效益；同时提升该行业在国际竞争中的优势地位。

本发明采用以下技术方案：本发明是一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，在不增加或改变压敏电阻基片体积的前提下，管脚的数量和位置是通过计算和电流密度仿真确定的、对内部填充物质利用率最大的结果，从而提升压敏电阻通流能力、耐冲击能力特性，提高压敏电阻的使用寿命和保护等级。本发明主要包括压敏电阻基片、电极片、管脚。

本发明的特征在于：

1.此采用新型管脚设计方法的压敏电阻的管脚位置和数量，是根据计算和电流密度仿真来确定的，这样的设计可使电流充分流过内部填充物质，提高内部物质的利用率，从而在不增大或改变压敏电阻基片体积的前提下提高整个压敏电阻的通流能力和耐冲击能力。

2.此采用新型管脚设计方法的压敏电阻可设计为“两进一出”的典型结构，电流流入方向为两个管脚，用一块电极片连接；电流流出方向为一个管脚。

3.此采用新型管脚设计方法的压敏电阻可设计为“一进两出”的典型结构，电流流入方向为一个管脚；电流流出方向为两个管脚，用一块电极片连接。

4.此采用新型管脚设计方法的压敏电阻可设计为“两进两出”的典型结构，电流流入方向为两个管脚，用一块电极片连接；电流流出方向也为两个管脚，用一块电极片连接。

5.此采用新型管脚设计方法的压敏电阻的设计，还包括“多进一出”、“一进多处”、“多进多出”等形式，大于一个管脚的进线端或出线端，用电极片来连接。

附图说明

图1为本发明第一典型实施例的原理示意图。

图2为本发明第二典型实施例的原理示意图。

图3为本发明第三典型实施例的原理示意图。

图4-图6为本发明第一典型实施例的电流密度仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

如图1为本发明的第一典型实施例，电流“两进一出”型，1-1为电流输入电极片，1-2a为电流输入管脚1，1-2b为电流输入管脚2，1-3为电流输出管脚，1-4为压敏电阻基片。

如图2为本发明的第二典型实施例，电流“一进两出”型，2-1为电流输入管脚，2-2为压敏电阻基片，2-3a为电流输出管脚1，2-3b为电流输出管脚2，2-4为电流输出电极片。

如图3为本发明的第三典型实施例，电流“两进两出”型，3-1为电流输入电极片，3-2a为电流输入管脚1，3-2b为电流输入管脚2，3-3a为电流输出管脚1，3-3b为电流输出管脚2，3-4为电流输出电极片，3-5为压敏电阻基片。

除图1、2、3所示的三个典型实施例外，本发明还可以为电流“多进一出”型、“一进多出”型、“多进多出”型的其它实施例。

图4-图6为本发明第一典型实施例的电流密度仿真图，在压敏电阻进、出管脚位置不同的情况下，将进端的两电极并联在一起，施加相同大小的电流，观察电极上和压敏电阻芯片上的电流分布情况，确定引脚最佳位置，从而更好的提高产品性能。通过多次仿真实验观察，如图4-图6各模型中，压敏电阻芯片最大电流密度依次为1.69×e⁹A/m²、6.15×e⁸A/m²、5.35×e⁸A/m，图6模型所用管脚位置效果相对更好；且适当增大电极宽度，对电阻的性能亦有所提高。第二典型实施例、第三典型实施例的电流密度仿真亦同此理，几种连接方式、连接位置得到的数据相比较，通过对比得到最终的压敏电阻管脚连接方案，即通过对实验数据的采集最终决定采用何种连接方式实现电阻率的最小化。

电流的输入、输出管脚的数量，是根据计算和电流密度仿真得到的，管脚的位置和数量决定电流在压敏电阻填充物质中的路径和密度。

大于一个管脚的进线端或出线端，用电极片来连接。电极片可作为压敏电阻在使用时，连接导线的固定端。

此新型管脚设计方法，是对原有压敏电阻基片的改进和提升，不改变原有压敏电阻基片的面积和体积。

利用本发明的技术方案，达到相应的技术效果的，或者在不脱离本发明的设计思想下的技术方案等同变换，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，其特征是：压敏电阻有多个管脚，管脚的位置和数量通过计算和仿真得出，输入、输出端多于一个管脚可用电极片连接；由压敏电阻基片、管脚、电极片组成。

2.根据权利要求1所述的一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，其特征是：不改变原有压敏电阻基片的面积和体积。

3.根据权利要求1所述的一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，其特征是：压敏电阻的输入输出管脚采用“两进一出”型设计。

4.根据权利要求1所述的一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，其特征是：压敏电阻的输入输出管脚采用“一进两出”型设计。

5.根据权利要求1所述的一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，其特征是：压敏电阻的输入输出管脚采用“两进两出”型设计。

6.根据权利要求1所述的一种采用新型管脚设计方法的压敏电阻，其特征是：压敏电阻的输入输出管脚还可采用“多进一出”、“一进多出”、“多进多出”型设计。