氧化锌压敏电阻器的性能及失效后的三种表现

氧化锌压敏电阻
氧化锌压敏电阻是一种特殊的可变电阻，它可以根据外加压力的大小而发生变化。

它具有很好的直流和交流电性能，广泛应用于各种电子设备中，例如手机、MP3播放器、笔记本电脑、汽车导航系统、家庭影院系统等，这是最常用的电子元器件之一。

氧化锌压敏电阻的原理是由一个氧化锌片和一个金属片组成，金属片上覆盖有一层氧化锌薄膜，当外界的外加压力发生变化时，氧化锌薄膜会发生变形，使得氧化锌片与金属片之间的电阻发生变化，从而调节整个电路的电流。

氧化锌压敏电阻具有体积小、重量轻、可以调节电阻值、耐久性强、容易操作等优点，适用于各种电子产品和工业设备，可以满足不同应用场合的需求。

氧化锌压敏电阻有两种结构：单片结构和双片结构。

单片结构由一块氧化锌片和一块金属片组成，外加压力可以使氧化锌片发生变形，从而改变氧化锌片与金属片之间的电阻。

双片结构由两块氧化锌片和两块金属片组成，这种结构可以更好地表现压力变化对电阻的影响。

氧化锌压敏电阻的制作原理是将氧化锌薄膜覆盖在金属表面上，然后将金属片和氧化锌片组装成一个电阻元件，焊接在PCB板上，使其形成电路回路。

氧化锌压敏电阻的制作过程主要包括：氧化锌薄膜的制作、金属片的制作、氧化锌片的制作、焊接，以及电阻器的测试，确保电阻器的质量符合要求。

由于其性能稳定，可靠性高，使用寿命长，耐高温等优点，氧化锌压敏电阻在电子产品中的应用越来越广泛，它可以用来调节电流、调节电压、检测外部压力以及实现传感功能等，可以满足不同应用场合的需求。

氧化锌压敏电阻在电子设备中的应用越来越多，它能够提供准确可靠的信号控制，解决复杂的控制问题，为电子设备的控制提供高性能的保障，是当今高新技术领域的重要元器件之一。

【集成电路(IC)】氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用【集成电路氧化锌压敏电阻器的原理简介与使用性能参数】“压敏电阻是中国大陆的名词，意思是"在一定电流电压范围内电阻值随电压而变"，或者是说"电阻值对电压敏感"的阻器。

相应的英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”。

压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。

现在大量使用的"氧化锌"（ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（Zn）和六价元素氧（O）所构成。

所以从材料的角度来看，氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。

在中国台湾，压敏电阻器是按其用途来命名的，称为"突波吸收器"。

压敏电阻器按其用途有时也称为“电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）”。

一、氧化锌压敏电阻器微观结构及特性氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。

它的微观结构如图1所示。

氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的，其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。

图2是压敏电阻器的等效电路。

氧化锌压敏电阻器的典型V-I特性曲线如图3所示：预击穿区：在此区域内，施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压，其导电属于热激发电子电导机理。

因此，压敏电阻器相当于一个10MΩ以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg)，这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路。

该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。

击穿区：压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时，其导电属于隧道击穿电子电导机理(Rb与Rg相当)，其伏安特性呈优异的非线性电导特性，即：I=CVα其中I通过压敏电阻器的电流C与配方和工艺有关的常数V压敏电阻器两端的电压α为非线性系数，一般大于30由上式可见，在击穿区，压敏电阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化，压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起的浪涌能量。

氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。

1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。

压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。

1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。

最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。

1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。

IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。

一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。

1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。

它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。

ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。

电力电子• Power Electronics210 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】氧化锌压敏电阻 结构 特征 伏安特性现阶段氧化锌压敏电阻已经取得了很好的应用，在电力系统和电子系统的过压保护中发挥着重要的作用，但是在实际使用时有很大优化空间，比如氧化锌压敏电阻的老化判定可以进行优化处理，这样可以更好的对氧化锌压敏电阻的老化进行判定防止出现因为受潮而导致性能的老化。

针对这些可优化的空间，笔者对氧化锌压敏电阻的特性进行探讨，有着重要的现实意义。

1 氧化锌结构特征1.1 氧化锌晶体的结构研究氧化锌压敏电阻特性，首先要对氧化锌晶体进行研究。

氧化锌晶体是利用红锌矿为原料制作的金属氧化物，这种氧化物中既包括化学键又包括离子键，属于中间键型，氧化锌压敏电阻的这种独特的键形也就决定着其独有的特性。

氧化锌压敏电阻的基本结构是成六角排布的，并且在六角排布的中间有着很多的锌离子填充。

通常情况下，氧化锌压敏电阻有着三种构型，三种构型分包为六角、立方闪锌、立方岩盐矿等。

这三种结构是可以进行转换的。

1.2 氧化锌晶体结构的缺陷我们在对氧化锌压敏电阻的特质进行使用时，很少有人了解过这些能够被我们使用的特性来源于氧化锌压敏电阻中氧化锌晶体中的结构缺陷，这是这些缺陷使得氧化锌压敏电阻有了很多的电阻特性。

上文我们已经提到过氧化锌压敏电阻通常情况下有三种可以互相转换的构型，这些构型基本决定了他们的缺陷来源。

立方闪锌结构中有很大的孔隙，这些孔隙中不同的离子的扩散不同，有的离子的扩散系数比较高，就易于扩散，有的离子扩散系数低就不容易扩散，这些特性使得锌离子容易集中出现积聚的情况。

同时氧化锌压敏电阻中的晶体也会受到掺杂的杂质影响，这种杂质影响也会导致其内部结构出现缺陷，这种杂质影响的氧化锌压敏电阻特性文/谭智昭 王洋缺陷主要是呈现为空腔和空穴，这些空腔和空穴将会直接影响到氧化锌晶体的电子的流向，导致其载流子发生散射，使得载流体的迁移受到较大的影响。

znr压敏电阻1. 介绍znr压敏电阻（Zinc Oxide Varistor）是一种非线性电阻器件，它能够在一定电压范围内快速变化其电阻值，以保护电路免受过电压的破坏。

znr压敏电阻由氧化锌陶瓷材料制成，具有高分辨率、高灵敏度和快速响应的特点。

2. 结构与原理znr压敏电阻的结构包括两个金属端片和一个氧化锌陶瓷片。

氧化锌陶瓷片是该器件的核心部分，其表面涂有金属导体。

当正常工作时，氧化锌陶瓷片呈现高阻态；当超过器件额定电压时，氧化锌陶瓷片中的结晶粒子会发生定向排列，导致其内部形成导通通道，从而使器件呈现低阻态。

znr压敏电阻的工作原理基于“击穿效应”。

当外加电压超过设定值时，氧化锌陶瓷片中的结晶粒子受到激活，并形成一条导通通道，使电阻急剧下降，以吸收过电压。

当过电压消失时，氧化锌陶瓷片会自动恢复到高阻态。

3. 特性与应用3.1 特性•非线性特性：znr压敏电阻的电阻值随电压的变化呈非线性关系，能够在毫秒级别快速响应。

•宽工作范围：znr压敏电阻可在几伏至几千伏的范围内工作。

•高容量：znr压敏电阻能够承受较大的能量冲击。

•高稳定性：znr压敏电阻具有较高的稳定性和可靠性。

•低功耗：znr压敏电阻在正常工作状态下几乎不消耗能量。

3.2 应用由于其特殊的特性，znr压敏电阻广泛应用于各种领域，包括：3.2.1 电子设备保护znr压敏电阻可用于保护各种类型的电子设备免受过流和过压的损害。

在不同类型的设备中，znr压敏电阻的额定电压和功率需根据具体需求进行选择。

3.2.2 电力系统保护znr压敏电阻可用于保护电力系统中的变压器、发电机和输电设备等。

当系统中出现过电压时，znr压敏电阻能够迅速响应并吸收过电压，避免设备损坏。

3.2.3 通信设备保护znr压敏电阻广泛应用于通信设备中，如电话线路、传输线路和数据接口等。

它能够有效保护通信设备免受雷击、静电放电和突发的过电流等干扰。

3.2.4 汽车电子保护znr压敏电阻在汽车领域中也有着重要的应用。

氧化锌压敏电阻的电性能参数及添加剂的作用压敏电阻是由在电子级ZnO 粉末基料中掺入少量的电子级Bi 2O 3、Co 2O 3、MnO 2、Sb 2O 3、TiO 2、Cr 2O 3、Ni 2O 3等多种添加剂，经混合、成型、烧结等工艺过程制成的精细电子陶瓷；它具有电阻值对外加电压敏感变化的特性，主要用于感知、限制电路中可能出现的各种瞬态过电压、吸收浪涌能量。

1 氧化锌压敏电阻电性能参数1.1 压敏电压U 1mA压敏电阻的电流为1mA 时所对应的电压作为I 随U 迅速上升的电压大小的标准，该电压用U 1mA 表示，称为压敏电压。

压敏电压是ZnO 压敏电阻器伏安曲线中预击穿区和击穿区转折点的一个参数，一般情况下是1mA （Φ5产品为0.1mA ）直流电流通过时，产品的两端的电压值，其偏差为±0.1%。

1.2 最大连续工作电压MCOV最大连续工作电压MCOV 指的是压敏电阻在应用时能长期承受的最大直流电压U DC 或最大交流电压有效值 U RMS 。

最大直流电压的值为80%~92%U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大直流电压；最大交流电压的值为60%~65% U 1mA ，或产品在85℃下，正常工作1000h ，施加的最大交流电压。

1.3 漏电流 I L漏电流(mA)也称等待电流，是指压敏电阻器在规定的温度和最大直流电压下，流过压敏电阻器电流。

IEC 对漏电流 I L 较为普遍的定义是：环境温度25℃时，在压敏电阻上施加其所属规格的最大连续直流工作电压 U DC 时，流过压敏电阻的直流电流。

一般而言，在材料配方和烧结工艺固定的情况下，漏电流适中的压敏电阻具有较好的安全性和较长的寿命。

1.4 非线性指数α非线性指数α指压敏电阻器在给定的外加电压作用下，其静态电阻值与动态电阻值之比。

它是一个元件的电阻值是否随电压或电流变化和变化是否敏感的标志。

ZnO 压敏电阻器是一种非线性导电电阻。

压敏电阻失效模式引言压敏电阻是一种电子元件，具有在一定范围内电阻值随着外加电压的变化而变化的特性。

然而，压敏电阻在使用过程中也存在一些失效模式，本文将对压敏电阻的失效模式进行全面、详细、完整且深入地探讨。

二级标题1：过电压失效三级标题1：过电压原理过电压是指电路中电压超过了元件所能承受的最大电压值。

当压敏电阻遭受到过电压冲击时，其电阻值会出现剧烈的变化，从而导致失效。

三级标题2：过电压失效机制压敏电阻内部由氧化锌颗粒组成，当电压升高时，内部的氧化锌颗粒受到电场力的作用，颗粒之间的距离变小，导致电阻值降低。

然而，当电压超过一定阈值时，氧化锌颗粒之间会发生电击穿，导致电阻值剧烈增大或无限制地变高，失去正常工作状态。

三级标题3：过电压失效防护措施•使用二极管进行过电压保护，将二极管连接在压敏电阻的两端，当电压超过二极管的击穿电压时，二极管会导通，将过电压引至地，保护压敏电阻。

•使用陶瓷套管进行过电压保护，将压敏电阻包装在陶瓷套管中，当电压升高时，陶瓷套管能够抵御电压冲击，保护压敏电阻。

二级标题2：过热失效三级标题1：过热原理过热是指电路中电流超过了元件所能承受的最大电流值，导致压敏电阻温度升高过快。

过热会造成压敏电阻内部的材料损坏，导致失效。

三级标题2：过热失效机制当压敏电阻通电后，其内部会产生电流，导致电阻的能量损耗和内部温度升高。

当电流超过一定值时，电阻内部产生的热量无法及时散出，导致温度升高过快，材料失去正常工作状态，发生失效。

三级标题3：过热失效防护措施•合理设计电路，根据压敏电阻的额定功率和工作环境温度，选择合适的电流限制器来限制电流大小，避免过热失效。

•使用散热片进行散热，提高压敏电阻的散热能力，降低温度升高速度，延长使用寿命。

二级标题3：机械失效三级标题1：机械原理机械失效是指压敏电阻在机械应力作用下产生的失效。

机械应力主要包括振动、冲击、压力等。

三级标题2：机械失效机制在机械应力的作用下，压敏电阻内部的连接线、端子等零部件可能出现疲劳断裂、脱落，导致电阻失去正常连接，发生失效。

氧化锌压敏电阻器的工频过电压（TOV）特性分析发布时间：2021-12-16T02:28:40.820Z 来源：《科技新时代》2021年10期作者：罗致成[导读] 为进一步了解氧化锌压敏电阻器自身工频过电压（TOV）基本特性，便于更好地提升氧化锌压敏电阻器自身耐受性，积极落实此方面细致分析工作现实意义较为突出。

广东南方宏明电子科技股份有限公司广东东莞 523000摘要因低压的供电系统当中工频过电压现象频繁出现，以至于氧化锌压敏电阻器自身耐受性无法得以保证，致使失效情况产生。

故积极分析与了解氧化锌压敏电阻器自身工频过电压（TOV）基本特性较为必要且重要。

关键词：氧化锌；电阻器；压敏；过电压（TOV)；工频；特性；前言为进一步了解氧化锌压敏电阻器自身工频过电压（TOV）基本特性，便于更好地提升氧化锌压敏电阻器自身耐受性，积极落实此方面细致分析工作现实意义较为突出。

1、简述氧化锌压敏电阻器氧化锌压敏式电阻器，属于主体为氧化锌、加入多种不同金属的氧化物质，通过电子陶瓷典型工艺加工制作而成半导体多晶陶瓷元件，所具备优势特点集中表现为大通流容量、低限制电压、快速响应、无续流、无极性、电压低温度系数等[1]。

2、特性分析2.1在特性表征层面氧化锌压敏电阻器TOV基本特性，即TOV施加过程，氧化锌压敏电阻器所表现特性以及可度量各项参数相对较多，包含着TOV幅值、电流变化、温升曲线、TOV耐受时间、耐受最高的温升等。

2.2在影响因素层面1）在自身因素层面氧化锌压敏电阻器形成自身性能，属于配方以及工艺所产生共同作用所致。

针对规格相同的氧化锌压敏电阻器，压敏电压为不同值，有离散分布现象存在，施加同等幅值TOV电压，相比较低压敏电压产品，较高压敏电压产品呈较低负荷[2]。

较高压敏电压产品所表现TOV 耐受为较长时间，也就是，相比较低压敏电压产品，较高压敏电压产品更具TOV耐受性优势。

但压敏电压，其并非属于氧化锌压敏电阻器基本性能当中TOV耐受性在本质上影响因素。