高能贴片压敏电阻的特殊应用和发展趋势探讨
贴片压敏电阻器作为电路保护领域的关键元件,其核心功能在于吸收瞬态过电压、抑制浪涌电流并稳定电路运行。器件通过非线性的电压电流特性,在正常工作电压下呈现高阻态,而在超过阈值电压时迅速转为低阻态,从而将过电压电流导向接地路径或分散吸收,有效保护敏感电子设备或者线路免受损坏。近年来,随着电子产品的小型化、薄型化和轻量化的发展,对电子元器件也相应的提出了贴片化、小型化以及高能化的要求,贴片压敏电阻正式适应这种发展趋势的一类新型的过压保护器件,得到了市场的广泛关注。
市场预测显示,2023年中国贴片压敏电阻器市场规模已达82亿元,未来五年将保持12.8%的年均复合增长率,预计到2030年市场规模突破200亿元。产品结构方面,车规级产品占比将从2023年的28%提升至2030年的45%,工业级产品占比稳定在35%左右。
产业政策层面,"十四五"国家战略性新兴产业发展规划明确提出要重点突破高端电子元器件技术瓶颈,世界上发达国家电子元器件片式化率已高达80%以上,而我国仅为约30%【1】,预计到2025年国内贴片压敏电阻器自给率将从当前的不到30%提升到75%或以上,这就为该贴片压敏电阻的国产替代创造了政策红利窗口期。
贴片压敏电阻器目前可分为二类,一类为ESD静电防护型,二类为高能型。ESD静电防护型主要用于对IC及其它设备的信号电路进行保护,防止因静电放电、浪涌及其它瞬态电流而造成对它们的损坏。高能型主要用于替代插件压敏电阻(5D,7D)和瞬态抑制二极管TVS,在某些对体积和外观有特殊要求的压敏电阻产品上作过电压浪涌保护用。本文所探讨的,是对高能贴片压敏电阻进行探讨。
据权威部门的市场调研报告,在2003年插脚压敏电阻产品的出货量是100亿只,而在2019年全球的出货量超过500亿只。按照中国电子元件行业协会信息中心,全球有72亿元的市场规模,大概720亿只的出货,如果按照贴片叠层压敏对插脚压敏电阻的10%的替换率,每年就有72亿只的市场空间,对于高能贴片压敏电阻的应用潜力巨大。
高能贴片压敏电阻的另外一个重要的应用是对大功率瞬态抑制二极管TVS等半导体二级管的替代,因为优异的高温稳定性能和高压大通流性能,使得高能贴片压敏电阻在细分应用有不可替代的优势,按照中国电子元件行业协会信息中心,2024年全球有191亿元的规模,如果也是按照10%的替换率,2024年高能贴片压敏也至少有19亿元的规模【2】。
早期国际压敏电阻领导品牌比如力特、松下和EPCOS等知名压敏厂家都在推广高能贴片压敏电阻【3】,却因为价格原因和耐雷击电流不大的原因,虽然压敏电阻产品市场需求刚性,发展空间广大,推广起来举步蹒跚,导致一直以来压敏电阻产品市场的供货量并不大,应用也仅仅局限在汽车电子和5G通讯安防等有限的领域。
近几年来,得益于低温共烧技术的发展,低银钯和纯银内电极的使用,降低了高能压敏电阻的制造成本,而通流密度的加大,也使得高能贴片压敏在高电压领域的使用成为可能,比如某企业在LED照明行业大力推广高能贴片压敏电阻,目前整个照明行业都已经广泛的接受和采用高能贴片压敏电阻作为浪涌防护器件,2024年估计中国的出货量10亿只。
消费电子领域构成高能贴片压敏电阻的最大应用市场, 2022年全球智能手机出货量12.1亿部,按每个充电器一颗计算,仅手机市场年需求规模即达12亿颗。智能家电领域,全屋智能解决方案推动户均用量从传统家电的5颗跃升至30颗,以2025年预计的4亿户城镇家庭计算,潜在需求空间超120亿颗。通信设备市场呈现高速增长态势,2023年市场规模同比增长31.5%。5G基站建设催生新需求,单基站AAU设备所需压敏电阻产品数量从4G时代的20颗增至58颗,主要应用于电源管理单元(PMU)和天线调谐模块(ATU)。截至2023年底,中国已建成328万座5G基站,按每年新建60万座计算,对应年新增需求3.48亿颗。新能源汽车与储能系统开辟增量空间,2023年车规级产品市场规模同比增长89%。需满足AECQ200认证标准,工作温度范围拓宽至40℃至150℃。800V高压平台架构的普及推动耐压等级从650V向1200V升级,相关压敏电阻产品研发投入占比从2021年的12%提升至2023年的27%。储能电池管理系统(BMS)需求爆发, 2025年全球储能新增装机量预计达300GWh,直流快充桩因1500V系统应用需要开发特种密封型产品,而交流桩趋向标准化模组设计。车规级产品认证体系完善度不足仍是主要制约因素,目前国内通过IATF 16949认证的压敏电阻产品制造商不足3家,产能缺口巨大【4】。
综上所述,需要对现有的高能贴片压敏电阻在国际领导品牌同类产品的替代方面,在高能贴片压敏电阻在自身固有属性优势的应用方面,以及新的技术趋势的新的保护特点对高能贴片压敏电阻的发展提出新的发展方向方面,做出有益的探讨,以促进高能贴片压敏电子行业的发展,从而促进电子行业的发展。以下就高能贴片压敏电阻跟其他同类过压保护器件的比较,高能贴片压敏电阻在高电压应用,在低电压的应用以及在汽车电子马达保护中对插脚压敏的替代应用,高能贴片压敏电阻跟随新技术发展,在PD快充和汽车抛负载应用,以及失效开路产品开发方面做出探讨。

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