ZnO压敏电阻的寿命

ZnO压敏电阻工作时总是承受一稳态工作电压，它的寿命是由漏电流IR的大小，以及它随温度、电压和时间的增加而增加决定的。由于IR的增加，不易散失的热量使压敏电阻的温度迅速上升。在维持初始的稳态之后，很快就达到了可能热击穿的条件，它的使用寿命也就结束了。
文章综述了ZnO压敏电阻的热稳定条件，压敏电阻的寿命，长期荷电寿命的预测。
2  热稳定性条件
通常预测寿命的方法是假定在给定温度和施加电压的情况下，当电流或功率达到临界值时，寿命就结束了[1~3]。
Gupta假定当压敏电阻达到了极限功率密度(PL)，定义为产生的功率(PG)超过了耗散功率(PD)那一点，或者
PG＞PD                                        (1)
且
                             (2)
                      (3)
式中，当x<1时，xE0.5=VSS是稳定电压，单位kV/cm；
IR ——漏电流的电阻分量mA/cm2；
A和h ——压敏电阻的面积(cm2)和厚度(cm)；
λ ——压敏电阻的散热系数W/cm2·℃；
RT ——压敏电阻的热阻 ℃/W；
S ——压敏电阻的总表面积；
T和TS ——压敏电阻圆片和周围的温度(T>TS )；
PG和PD以W计量， PG具有指数温度关系， PD具有线性温度关系。
利用式(2)和(3)，热稳定性条件在图1中用图解法插述。
2.1 恒定工作电压
对于施加恒定工作电压，产生和耗散的曲线在点B和点C相互交叉，在那里产生的热量等于耗散的热量。因而，在两点之间耗散的热量总是大于产生的热量，而由于瞬时电压过载，压敏电阻经历了一个瞬时的向较高温度偏移后，总是能够返回它的稳态工作点B。
如果瞬态值大到压敏电阻的温度超过了稳态下C点的温度（图1(a)），那么产生的热将大于耗散的热，压敏电阻将热击穿并被损坏。
B和C两点间的区域是压敏电阻的稳定范围。
2.2 工作电压增加
当施加电压增加到V2……VL时，如图1(b)所示，将会有：
(1) 稳态点B和不稳态点C之间的温差渐渐减少，压敏电阻所能吸收的因瞬时过载而产生的能量减少；
(2)当产生的功率达到由有PG线与曲线PD的切点定义的极限功率PL时，压敏电阻就不能吸收任何瞬间放电。在大于限制电压VL的任何外电压下，压敏电阻都将被热击穿。
所以对给定功率密度极限，确定外加电压的最大极限，这对设计是很有益处的。
2.3 工作温度上升
产生的功率随温度的增加而增加，将出现以下两种情况：
(1) 当外加电压保持一定，工作温度上升（如在夏季和加速寿命试验时产生的情况）时，产生的功率将如图1(c)所示那样增加，那么压敏电阻将在新的平衡点D而不是C点处工作。
(2) 在更高的（稳态）功率发生情况下，对于施加给压敏电阻的任何超载状态，压敏电阻的承受能力将降低，直到在某一临界温度TC时，压敏电阻被击穿。
在这两种情况下，极限功率越高，寿命就越长。极限功率的大小很明显是随热传输条件而变化的，但从(0.01~0.10)W/cm3范围内是在设计目标之内的。在该范围的低端所选择的值代表了最差情况的条件，在较高端所选择的值代表更好一些的设计条件。