TDK超小型AVRH系列贴片压敏电阻产品特点与优势

随着汽车先进驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶技术的发展，摄像头、雷达、麦克风等传感设备的搭载量急剧增加。随着高性能设备的增多，一级供应商面临着“高可靠性”、为实现小型化的“电路板面积缩减”以及“降低成本”三大课题。在高性能化过程中，尤其是防护静电（ESD）成为影响车载通信稳定性的关键因素。 为满足这些需求，TDK推出了面向车载通信的ESD保护元件“贴片压敏电阻AVRH系列”，作为传统TVS二极管的全新替代方案，实现了更小型化和更高性能的ESD保护。

TVS二极管与贴片压敏电阻有何不同？

贴片压敏电阻和TVS二极管不仅用于过电流、过电压保护，还用于ESD防护和浪涌保护等应对不同的瞬态现象。贴片压敏电阻以氧化锌为主体的陶瓷多结晶结构，具有耐高能量浪涌的特点。多数情况下采用叠层结构，并且正在推进用于小型化形状的ESD防护。另一方面，TVS二极管采用硅的PN结结构，凭借纳秒级的高速响应，非常适合用于ESD保护。

贴片压敏电阻AVRH系列 产品特点与优势

AVRH系列以小型1005尺寸为主，产品阵容齐全，并符合车规AEC-Q200标准。具备与车载用1608尺寸同等的可靠性，可作为传统产品的替代品使用。此外，系列中最小的0603尺寸“AVRH06C270KT200NA7”也已开发完成。
量产前的数据手册也可在本文下方下载。

超小型0603尺寸：与传统TVS二极管相比，最大可减少约80%的安装面积

高性能ESD防护：±25kV静电耐受能力，确保车载通信的可靠性

低静电容量：适用于高速通信线路

高耐热性：最高工作温度125℃，最适合车载环境

成本优势：小型化带来元件本身及安装成本的降低

专注于车载通信ESD防护的AVRH系列于2019年开始量产，预计到2025年出货量将达到约300Mpcs/M以上。此前车载通信用ESD防护贴片压敏电阻以1608尺寸为主流，而AVRH系列在保持特性的同时，实现了向1005尺寸的小型化。
凭借安装面积缩减和小型化带来的成本降低等优势，越来越多客户正在考虑并采用该系列产品。

图1：AVRH系列销售增长趋势图

AVRH-1005 尺寸（mm）与新产品 0603 尺寸（mm）之比较

为进一步减少安装面积而开发的0603尺寸产品，在保持与1005尺寸同等性能的同时，实现了产品的小型化。

ESD耐受性的评估

IEC61000-4-2：人体模型（150pF/330欧姆）测试

图2: AVRH-1005 mm 型与新产品 0603 mm 型的比较

产品技术规格的详细对比

压敏电阻材料主要分为Bi(铋)系和Pr(镨)系。Bi系材料于1960年代由松下开发并实现商业化。当时为应对浪涌，推出了大型盘式等产品，但为了应对静电防护，逐步实现了小型化和SMD化。另一方面，Pr系材料于1990年代开发并商业化。这种材料具有优异的可靠性，适用于对高可靠性有要求的工业设备和车载领域。

1. 与其他厂商贴片压敏电阻的对比数据

1-1. Bi系材料压敏电阻与AVRH系列的比较

如下图所示，采用Bi系材料的SMD产品在ESD施加后会发生特性劣化。Bi系压敏电阻在压敏特性出现后电阻值相对较高，因ESD施加等容易发热。

因此，仅一次ESD施加就会导致特性劣化，难以保持初始特性。

另一方面，AVRH系列在ESD施加后能够保持稳定的特性。

从该图可以看出，在IEC61000-4-2/HBM条件下，最高可达30kV而不会发生特性劣化。

ESD耐受性评估

ESD 条件：150 pF / 330 Ω

印加电压：±2 kV ～ ±30 kV

印加次数：每一电压值各施加 10 次(接触放电)

判定基準：ΔV1mA / V1mA ≦ 10%

说明：ΔV1mA / V1mA = (V1mA_after − V1mA_before) / V1mA_before ≤ 10%

备注：在施加 ESD 前后测量压敏电阻在 1 mA 时的电压(V1mA)，以判定是否发生劣化

＜A厂商产品＞

在施加电压超过 2 kV 时出现特性劣化

＜AVRH10C220YT201MA8＞

在施加电压达 30 kV 时未观察到特性劣化

压敏电阻厂商	车规用途	型号	压敏电阻电压 V1mA	静电容量@C1kHz	额定电压
A厂商	LIN	-	6.8 - 10.2V	175 pF	DC 5.6V max.
TDK	LIN	AVRH10C220YT201MA8	19 - 26V	160 - 240 pF	DC 16V

结果

关于ESD耐量

A厂商的压敏电阻在2kV时确认出现压敏特性劣化，压敏电压变化率在施加30kV前后最大约有50%的劣化。

TDK的压敏电阻在施加到30kV时未确认有特性劣化。

关于ESD耐量，TDK的压敏电阻更强，可以说具有承受更高电压和电气负荷的能力。

1-2. 与使用Pr系材料的其他厂商制造的压敏电阻与AVRH系列的比较

以下评价是与使用Pr系材料的B厂商制造的压敏电阻进行的比较。Pr系材料对ESD施加具有稳定性，比Bi系材料具有更稳定的特性。然而，B厂商制造的压敏电阻在30kV时出现了短路破坏的情况。

另一方面，AVRH系列虽然有一些特性波动，但在30kV时仍能保持其特性。

ESD耐受性评估

ESD 条件：150 pF / 330 ΩF / 330Ω

施加电压：±2 kV ～ ±30 kV

施加次数：每一电压值各施加 10 次(接触放电)

备注：在施加 ESD 前后测量压敏电阻电压，以判定是否发生劣化。

＜B厂商产品＞

3在施加电压达30 kV 时，发生短路破坏的个体

＜AVRH10C270KT150NA8＞

在施加电压达 30 kV 时未观察到特性劣化

在施加电压达 30 kV 时未观察到特性劣化

压敏电阻厂商	型号	压敏电阻电压 V1mA	静电容量@C1kHz	额定电压 (DC max.)
B厂商	-	21.6 - 32.4V	16.5 typ.	18V
TDK	AVRH10C270KT150NA8	24 - 30V	10.5～19.5	19V
TDK	AVRH10C270KT350NA8	24 - 30V	24.5～45.5	19V

结果：

B厂商的15pF产品在施加±30kV电压时有个别出现短路损坏。

TDK的15pF产品（AVRH10C270KT150N）以及35pF产品（AVRH10C270KT350N）在施加±30kV电压时没有出现劣化，表现出稳定的耐久性。

2. 其他厂商的TVS二极管和AVRH系列的比较

用于车载通信的TVS二极管在施加ESD后有些可承受30kV，但也有在达到30kV之前就发生短路的情况。对于TVS二极管来说，器件的电气特性通常不会逐渐变化，而是在某个电压下突然发生短路损坏的情况较多。
如下图ESD耐量测试结果可见，AVRH系列与TVS二极管（C品牌）相比，虽然特性有些许变化，但可以看出其具有同等程度的ESD耐久性。

ESD耐受性评估

ESD 条件：150 pF / 330 Ω

施加电压：±2 kV ～ ±30 kV

施加次数：每一电压值各施加 10 次（接触放电）

备注：在施加 ESD 前后测量压敏电阻电压与齐纳电压，以判定是否发生劣化。
合否判定基准：ΔV1mA / V1mA 在 ±10% 以内（即变化率＜＝±10%）

＜C厂商产品＞

在升压至 28 kV 时确认到二极管发生短路

在施加电压达 30 kV 时未观察到特性劣化

在施加电压达 30 kV 时未观察到特性劣化

厂商 / 产品	型号	Varistor Voltage / Zener Voltage	静电容量@C1kHz	额定电压 (DC max.)
C厂商	-	26.2~32.0 V	30 pF typ.	24 V
TDK / Varistor	AVRH10C270KT350NA8	24~30 V	24.5~45.5 pF	19 V
TDK / Varistor	AVRH10C270KT150NA8	24~30 V	10.5~19.5 pF	19 V

结果：

由于AEC-Q200将25kV定位为最大等级，可以认定上述器件具有最大等级的ESD耐久性。

3. 电路板面积缩减率（0603/1005尺寸对比）

AVRH系列为1005尺寸，与TVS二极管相比，可以大幅减少安装面积。大约可以削减70～80%左右。

图3：与 TVS 二极管的占板面积比较

另外，0603尺寸和普通的1005尺寸相比可以削减约15%的安装面积。和TVS二极管相比，则安装面积最大可以削减85%。

图4：与 TVS 二极管的占板面积比较

应用领域

“AVRH06C270KT200NA7”已经在以下用途中被采用：

车载麦克风：用于语音识别和通话功能的噪声抑制

Telematics ECU：通过对通信模块的ESD保护，实现稳定的数据收发

除了上述用途外，在安装空间有限的设备中，噪声对策和ESD保护的应用也在增加。由于采用0603尺寸的小型封装，可以减少安装面积，从而提高电路板设计的自由度，有助于实现多功能化和小型化。未来的实际应用还有望扩展至ADAS周边模块、信息娱乐系统、车内传感器网络、电动车的高密度控制电路板等领域。