[实用新型]抗工频灭弧封装压敏电阻器

说明书

一种抗工频灭弧封装压敏电阻器，是在压敏芯片外用绝缘塑胶和防弧材料混合对压敏芯片进行封装；或者在压敏芯片外先包封绝缘敷形层然后再包封绝缘塑胶与防弧混合材料；或者在上述封装完成后再在其外包封一层固沙保护层。防弧材料首选石英砂或硅烷化石英，绝缘材料首选环氧树脂、硅酮树脂、硅树脂、硅橡胶。通过固定石英砂位置利用石英砂软化温度低于氧化锌压敏器件熔点的特点，在压敏芯片劣化过程中首先熔融的SiO2能对压敏器件进行修复、阻断其劣化过程的发生。本技术封装的压敏器件的工频耐受性、抗拉弧和抗浪涌冲击能力都有很大的提高，同时制造成本也有一定的下降。

技术领域

本实用新型涉及电子器件技术领域，特别涉及具有高灭弧性能的压敏电阻的结构及封装方法。

背景技术

压敏电阻由于其出色的浪涌脉冲响应时间及强大的电流通过能力被广泛应用于各种电路的浪涌保护电路中。但是，他有一个致命的弱点，那就是在持续工频电压的作用下，会有持续的漏电流产生，并持续地破坏压敏的内在结构，使得漏电流通道阻抗逐渐变小，漏电流扩大。随着压敏器件性能的退化或工频电压的波动，最后导致压敏晶体局部熔穿甚至发生拉弧，电弧使周围的空气、水分、环氧等介质被电离，形成明火，导致烧机甚至火灾。通常弧外温度为1500～1600℃，弧内温度则高达2500～3500℃。

严重的是，与金属性短路不同，是这种燃烧的形成并不需要太大的漏电流，只要达到mA级就可能发生；所以，其他的过流防护电路，比如保险丝、空气开关等均不会产生保护动作，因此较难防护，十分危险。

金属性短路发生时，大电流通过较大的接触电阻，形成高温可使金属熔化。熔化后的金属，在表面张力的作用下，会收缩成球形，使电路中断。金属性短路虽然起火危险大，但只要按规范要求安装短路防护电器并保持其防护的有效性，这种短路火灾是不难避免的。但压敏工频失效并不会产生这种自动断开的动作。

压敏电阻的另外两种失效模式有：短波大电流冲击下的炸裂和爬电拉弧(也称为侧闪)造成的短路。炸裂一般发生在50us以内的短波冲击下，当浪涌能量远远高出压敏的吸收功率时，会发生炸裂现象。而穿孔失效模式则主要发生在脉冲宽度大于100us的电流的作用下。爬电模式导致的失效则在两种情况下都可能发生。

如果导体间施加不大于300V的电压，那么不论导体间空气间隙多小，间隙是不会击穿燃弧的。如果空气间隙为10mm，则需施加3kV 的电压才能击穿燃弧。维持这10mm的电弧只需要20V的电压。电弧的局部温度甚高，会引燃近旁的可燃物，成为火灾的起源。电气线路的短路火灾大多是电弧性短路而非金属性短路引起。

SPD防雷器件中，为防止压敏芯片承受长期工频电压的造成工频漏电流逐渐增大乃至发生火灾的影响，特地制作了一种脱扣结构，芯片本体由于漏电流过大温度升高到一定值时，便会自动脱扣，使芯片与被保护电路脱离，切断压敏芯片的电流，防止灾害的发生。但是这种方式有三个缺陷；第一、脱扣机构未必能及时脱扣；二、很可能脱扣机构在器件焊接到PCB版上时由于焊接温度较高，就已经发生脱扣，从而失去保护作用，给被保护电路系统带来隐患。第三、脱扣以后，压敏器件失去作用，被保护电路系统处于雷击损坏的威胁之下， SPD就完全失去了保护作用。若不能及时发现，危害十分巨大。这种设计是一种十分无奈的设计。

因此，提高压敏电阻工频耐受能力，使之阻燃并具有灭弧能力就非常重要。从上述机理可见，这些能力是与压敏的封装有关的。

压敏电阻的封装目前主要有两种方式，一是环氧树脂包封，如现在大多数的插件压敏电阻。二是在压敏电环氧树脂包封层外再在外面包裹石英砂来阻断电弧的形成，最后再用一个外壳来包裹石英砂。

塑封材料的改进已使塑封器件的性能有很大改善，但由于一些本质的特性，仍存在一些可靠性问题。

第一是温度适应性问题：塑封材料玻璃化转换温度为130～160℃，由于芯片、引线、树脂各自的膨胀系数不同，树脂模注后会产生内应力。这种应力作用下，包装之下或引线之间易产生裂纹。