這篇文章對浪涌電阻排(surge resistor networks，也稱為“l(fā)ine feed resistors”或“LFR”)的市場、技術(shù)趨勢、終端用戶和主要制造商進行了評論。LFR是50億美元的全球電路保護元件市場的組成部分，其中不包括模塊和黑匣子市場，但包括過電壓和過電流保護元件的銷售額，過電壓保護元件是本文的內(nèi)容重點。過電壓保護元件包括多種器件，如硅雪崩二極管、齊納二極管、晶閘管、金屬氧化物變阻器、氣體放電管、浪涌電阻排和緩沖器類型的電容器等。

這些器件保護電子電路不受瞬變現(xiàn)象的影響。負載切換，以及多觸點、雙絞線和同軸電纜上面的瞬間阻抗均可導致瞬變現(xiàn)象。電阻網(wǎng)絡(luò)包括傳統(tǒng)的厚膜釕氧化鋁(ruthenium on alumina)單阻值阻排；傳統(tǒng)的厚膜電阻/電容器網(wǎng)絡(luò)(RC)；多片狀電阻陣列，浪涌電阻排和集成無源器件(IPD)。本文的重點是浪涌電阻排(LFR)，這類元件一直被用于保護中心電話局中的話音與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的次級用戶線接口。

市場最新狀況

LFR主要用于電信基礎(chǔ)設(shè)施市場，因此，該市場需求的下滑嚴重打擊了LFR產(chǎn)業(yè)。這種需求下降始于2000年10月，一直持續(xù)到2004年，在此期間需求是逐月下滑。2005年朗訊科技、北電網(wǎng)絡(luò)、阿爾卡特、富士通、愛立信和諾基亞等主要電信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備供應(yīng)商所反映的情況差不多，都稱仍在受電信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備銷售過多的影響。另一方面，思科在數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)方面的業(yè)務(wù)繼續(xù)上升，顯示W(wǎng)eb領(lǐng)域增長，以及市場對于無線，而不是固定線路安裝的興趣較大。

晶閘管和氣體放電管從電信領(lǐng)域獲得的收入與LFR相同，從這點來說它們是LFR的姐妹元件，它們從2001年開始也經(jīng)歷了同樣的下滑局面。但是，晶閘管和氣體放電管在線電壓保護領(lǐng)域較為普遍，而LFR需求主要來自電信領(lǐng)域。因此，LFR在經(jīng)濟蕭條期間受到了沉重打擊。還有一個因素加劇了LFR市場的下滑，即LFR尺寸較大(是為了符合Telcordia [BellCore 1089]規(guī)格)，其電阻層需要含有大量的鈀才能正常工作。這使得LFR非常昂貴，成為經(jīng)濟低迷時期主要電信基礎(chǔ)設(shè)施廠商替換的頭號目標。

在2001年以后，朗訊科技在全面削減成本之后，它的設(shè)計工程師明顯在尋找能夠符合BellCore 1089規(guī)格的替代品。緊接著發(fā)生了兩件事。最大的LFR供應(yīng)商MMC尋求被收購，后來被迫進行重組。2004年，MMC的資產(chǎn)最終被賣給了Bourns公司，而第二大LFR供應(yīng)商C-Mac公司被旭電所收購。不過旭電也開始為其LTCC業(yè)務(wù)及LFR業(yè)務(wù)尋找買家，因為這些業(yè)務(wù)不符合旭電的EMS模式。

在2004年第四季度，以及2005年第三季度，我們聽說電信基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域?qū)τ贚FR的需求增長，這實際上是非常積極的跡象。坦率地說，我們發(fā)現(xiàn)電信應(yīng)用過電壓及過電流的600V認證產(chǎn)品銷售額比去年同期增長了40%。這些都是Telcordia規(guī)格對于上升時間和響應(yīng)要求最為嚴格的元件，因此看來基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)在繼續(xù)發(fā)展，而且所需的元件最大程度地滿足了要求。另外值得指出的是，需求集中在600Vdc產(chǎn)品，進一步顯示需求限于北美自由貿(mào)易協(xié)定(NAFTA)地區(qū)，因為歐洲使用額定電壓為250V的元件。

浪涌電阻排的構(gòu)成

浪涌電阻排主要由鈀+銀構(gòu)成的厚膜電阻元件組成，而不是96%氧化鋁基板電阻排中常規(guī)厚膜所使用的釕和ruthenate pyrochlore基板。因為必須使用鈀以達到Telcordia規(guī)格對于抗雷擊和TCR(電阻溫度系數(shù))的嚴格要求?；逯饕茄趸X，封裝采用單列直插形式，具有2到10個電阻，每個電阻具有不同的阻值。浪涌電阻排廣泛用作電池驅(qū)動的集成電路和聯(lián)機卡中的周邊電路的次級保護器件。聯(lián)機卡用于數(shù)字話音和數(shù)據(jù)交換機之中。每個大型全球聯(lián)機卡供應(yīng)商不是從商業(yè)市場采購這些器件，就是自己生產(chǎn)，因為它們的成本很高(平均單價為1美元)。

由于厚膜電阻網(wǎng)絡(luò)采用單列直插封裝設(shè)計，更適合取放設(shè)備，能夠提高終端用戶的成本效益，因此被普遍用于數(shù)字話音與數(shù)據(jù)交換機之中。目前有向表面貼裝方向發(fā)展的趨勢，之所以采用這種設(shè)計，是因為在遭到過電壓破壞時易于拆卸和更換。LFR的結(jié)構(gòu)多種多樣，我注意到市場上最受歡迎的是八電阻配置LFR，它含有兩個隔離的325.6歐姆厚膜電阻，兩個3870歐姆厚膜電阻，兩個10萬歐姆電阻和兩個20萬歐姆電阻。這種流行的LFR配置還包含兩個溫度驅(qū)動的熱熔絲。其封裝是98%氧化鋁基底，采用12針引線框。這種器件還含有兩個額外的電路，以連接到電池供電的集成電路。這種設(shè)計還有許多變種，包含許多額外的功能和特點。

浪涌電阻排的“技術(shù)經(jīng)濟學”

額定功率各不相同，但在我們對于所研究的每種LFR產(chǎn)品進行的分析中，75℃和25℃產(chǎn)品受到注意。LFR中的每個單獨的電阻都需要處理不同的額定功率，可能是0.25W或0.5W，也可能高達2.0W。當然，這方面也有多種變化，但我們注意到，這些要求對于市場中銷售的多數(shù)產(chǎn)品來說非常典型。但是，有些利用LFR產(chǎn)品的變種來滿足不同的要求，這被視為專門設(shè)計。

最流行的浪涌電阻排的典型最大耐壓是100、1,000和1,500V，對雷涌防護的要求是1,000Vpk或2,500Vpk。一般認為廠商難以達到這些Telcordia要求，因此這限制了競爭者的數(shù)量，并提高了該產(chǎn)業(yè)的價值。為了滿足這些最大電壓和快速上升時間的要求，對于TCR也有嚴格的要求，如網(wǎng)絡(luò)中的任何電阻需要達到±100ppm/oC，工作在-40℃和+85℃的溫度范圍內(nèi)。但在有些較大的設(shè)計中，TCR沒有這么重要，規(guī)格也沒有這么苛刻。我們注意到，當用于PABX設(shè)備之中和用于電源保護時，對于LFR的要求明顯不太嚴格，因為有過多的電路保護層冗余。

對于TCR控制已經(jīng)確定利用鍍金屬法來實現(xiàn)，大約是40%的銀(在39~44%之間就足夠了)，利用56~60%的鈀可以嚴格控制每平方英寸的電阻，所采用的鈀可以提供每平方英寸0.2~1.0歐姆的電阻。對于大于1.0歐姆/平方英寸的應(yīng)用，必須采用比較傳統(tǒng)的金屬鍍層(即氧化釕)，對于小于0.2歐姆/平方英寸的應(yīng)用，浪涌電阻排將需要在鍍層金屬中裝填玻璃，或者提高銀的含量，但是，這將在一定程度上犧牲低TCR的特點。

在浪涌電阻排中采用如此高的鈀裝填，以及較大的物理尺寸，使鈀成為這種設(shè)計的一個問題，因為鈀的價格向來波動劇烈。為了增強浪涌電阻排的性能，在電阻體上面加一層耐火玻璃。這種封裝確保產(chǎn)品在經(jīng)過多次過電壓沖擊后仍能保持性能。這層釉還是良好的散熱器，幫助散發(fā)脈沖能量。它還能防止在強烈的脈沖作用下銀與鈀之間發(fā)生氧化。浪涌電阻排結(jié)構(gòu)中的基板材料通常是96%氧化鋁合成物。

面向電信的浪涌應(yīng)用的電阻網(wǎng)絡(luò)，都內(nèi)置熱熔絲或者聚合物PTC熱敏電阻，以便終端用戶能夠根據(jù)額外電流產(chǎn)生的熱量斷定網(wǎng)絡(luò)什么時候經(jīng)受住了一次電涌(基本與氣體管的方式一樣)。首選的熱熔絲主要是Raychem Polyswitch(大約85%的浪涌電阻排采用Raychem Polyswitch，這是一種聚合體熱敏電阻)，但Bourns、Polytronics和Fuzetech等設(shè)計的其它產(chǎn)品也得到采用。其它產(chǎn)品也可單獨購買，與浪涌電阻排配合使用，采用Tepro設(shè)計或IRC圓柱設(shè)計。一般而言，熱熔絲必須在177oC激活，變化范圍為±4oC。

浪涌電阻排還與氣體放電管及晶閘管半導體技術(shù)有密切關(guān)系。氣體管被普遍用于電信線卡的初級保護，應(yīng)用場合包括電信的服務(wù)入口、為住宅和企業(yè)提供有線電視的臺級連接。中心局級晶閘管和氣體管技術(shù)已被垂直整合成手持插入式模塊，被模壓在塑料之中以便于取放操作。氣體管在全球各地的站級應(yīng)用中很流行。晶閘管模塊則在美國、以色列和日本較受歡迎。

替代性技術(shù)和方案

我們注意到兩種替代性方案，第一種是利用日本Shoei Electronic Materials生產(chǎn)的電阻膏，它引入了一種基于非貴金屬的電阻系統(tǒng)，據(jù)稱可以滿足嚴格的Telcordia規(guī)格。該系統(tǒng)基于銅，因此除了原料成本(在這種情況下，銅的價格比鈀便宜得多)以外，它的價格應(yīng)該取決于與粉末沉積和制造膏相關(guān)的成本。其它替代性方案還包括英國TT Group的子公司IRC Corporation所擁有的一種面向LFR應(yīng)用的鎳鉻電阻，以及美國Tepro為T1線卡產(chǎn)品生產(chǎn)的繞線電阻。兩種設(shè)計都是圓柱形的，都很堅固，能夠達到Telcordia的要求。繼電信產(chǎn)業(yè)在2001年下滑之后，電信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備制造商要求聚合體PTC熔絲廠商提出一種替代性解決方案，不需要利用LFR實現(xiàn)過電壓保護。

面向次級線卡的合理的解決方案是在一個單一的模塊或設(shè)計中提供過電壓和過電流保護，而且模塊的價格應(yīng)該低于單獨的分立元件。同時采用LTCC和FR4模塊化的設(shè)計將采納此類技術(shù)。FR4便于引入晶閘管技術(shù)，從而可節(jié)省大筆成本。但是，聚合體PTC和LFR功能必須是單獨的元件。而且LFR的物理尺寸也首先限制了使用FR4模塊化的好處。與之相對的是采用LTCC的方案更有意義，因為有可以共燒的相似的金屬和陶瓷。

因此，將來可能利用LTCC模塊技術(shù)實現(xiàn)模塊化電路設(shè)計解決方案，以滿足Telcordia/BellCore(1089)要求，而且其價格將低于所有分別購買的單獨元件。這對于LTCC設(shè)計人員來說是很有吸引力的價格點，因為他們相信能夠利用多個分層設(shè)計來實現(xiàn)這種設(shè)計。過去的一年，對于用于用戶線接口卡上的所有電路保護元件的需求似乎都在增長，其中包括LFR、PPTC熱敏電阻和晶閘管，以及相關(guān)的氣體放電管。雖然增長是很好的跡象，但遠低于2000年的銷售額規(guī)模，而且五年來銷售額沒有太大的起色，增幅小得令人吃驚。