[實用新型]抗工頻滅弧封裝壓敏電阻器

有效

• 申請號: 201821962833.6
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN210535433U
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 肖小駒
• 申請（專利權）人: 深圳市辰駒電子科技有限公司
• 主分類號: H01C7/12
• 分類號: H01C7/12;H01C1/032;H01C17/02
• 代理公司: 深圳市千納專利代理有限公司 44218
• 代理人: 胡堅

一種抗工頻滅弧封裝壓敏電阻器，是在壓敏芯片外用絕緣塑膠和防弧材料混合對壓敏芯片進行封裝；或者在壓敏芯片外先包封絕緣敷形層然后再包封絕緣塑膠與防弧混合材料；或者在上述封裝完成后再在其外包封一層固沙保護層。防弧材料首選石英砂或硅烷化石英，絕緣材料首選環氧樹脂、硅酮樹脂、硅樹脂、硅橡膠。通過固定石英砂位置利用石英砂軟化溫度低于氧化鋅壓敏器件熔點的特點，在壓敏芯片劣化過程中首先熔融的SiO2能對壓敏器件進行修復、阻斷其劣化過程的發生。本技術封裝的壓敏器件的工頻耐受性、抗拉弧和抗浪涌沖擊能力都有很大的提高，同時制造成本也有一定的下降。

技術領域

本實用新型涉及電子器件技術領域，特別涉及具有高滅弧性能的壓敏電阻的結構及封裝方法。

背景技術

壓敏電阻由于其出色的浪涌脈沖響應時間及強大的電流通過能力被廣泛應用于各種電路的浪涌保護電路中。但是，他有一個致命的弱點，那就是在持續工頻電壓的作用下，會有持續的漏電流產生，并持續地破壞壓敏的內在結構，使得漏電流通道阻抗逐漸變小，漏電流擴大。隨著壓敏器件性能的退化或工頻電壓的波動，最后導致壓敏晶體局部熔穿甚至發生拉弧，電弧使周圍的空氣、水分、環氧等介質被電離，形成明火，導致燒機甚至火災。通常弧外溫度為1500～1600℃，弧內溫度則高達2500～3500℃。

嚴重的是，與金屬性短路不同，是這種燃燒的形成并不需要太大的漏電流，只要達到mA級就可能發生；所以，其他的過流防護電路，比如保險絲、空氣開關等均不會產生保護動作，因此較難防護，十分危險。

金屬性短路發生時，大電流通過較大的接觸電阻，形成高溫可使金屬熔化。熔化后的金屬，在表面張力的作用下，會收縮成球形，使電路中斷。金屬性短路雖然起火危險大，但只要按規范要求安裝短路防護電器并保持其防護的有效性，這種短路火災是不難避免的。但壓敏工頻失效并不會產生這種自動斷開的動作。

壓敏電阻的另外兩種失效模式有：短波大電流沖擊下的炸裂和爬電拉弧(也稱為側閃)造成的短路。炸裂一般發生在50us以內的短波沖擊下，當浪涌能量遠遠高出壓敏的吸收功率時，會發生炸裂現象。而穿孔失效模式則主要發生在脈沖寬度大于100us的電流的作用下。爬電模式導致的失效則在兩種情況下都可能發生。

如果導體間施加不大于300V的電壓，那么不論導體間空氣間隙多小，間隙是不會擊穿燃弧的。如果空氣間隙為10mm，則需施加3kV 的電壓才能擊穿燃弧。維持這10mm的電弧只需要20V的電壓。電弧的局部溫度甚高，會引燃近旁的可燃物，成為火災的起源。電氣線路的短路火災大多是電弧性短路而非金屬性短路引起。

SPD防雷器件中，為防止壓敏芯片承受長期工頻電壓的造成工頻漏電流逐漸增大乃至發生火災的影響，特地制作了一種脫扣結構，芯片本體由于漏電流過大溫度升高到一定值時，便會自動脫扣，使芯片與被保護電路脫離，切斷壓敏芯片的電流，防止災害的發生。但是這種方式有三個缺陷；第一、脫扣機構未必能及時脫扣；二、很可能脫扣機構在器件焊接到PCB版上時由于焊接溫度較高，就已經發生脫扣，從而失去保護作用，給被保護電路系統帶來隱患。第三、脫扣以后，壓敏器件失去作用，被保護電路系統處于雷擊損壞的威脅之下， SPD就完全失去了保護作用。若不能及時發現，危害十分巨大。這種設計是一種十分無奈的設計。

因此，提高壓敏電阻工頻耐受能力，使之阻燃并具有滅弧能力就非常重要。從上述機理可見，這些能力是與壓敏的封裝有關的。

壓敏電阻的封裝目前主要有兩種方式，一是環氧樹脂包封，如現在大多數的插件壓敏電阻。二是在壓敏電環氧樹脂包封層外再在外面包裹石英砂來阻斷電弧的形成，最后再用一個外殼來包裹石英砂。

塑封材料的改進已使塑封器件的性能有很大改善，但由于一些本質的特性，仍存在一些可靠性問題。

第一是溫度適應性問題：塑封材料玻璃化轉換溫度為130～160℃，由于芯片、引線、樹脂各自的膨脹系數不同，樹脂模注后會產生內應力。這種應力作用下，包裝之下或引線之間易產生裂紋。