安森美TVS侵吞压敏电阻市场 提供高性能ESD保护

上网时间: 2007年09月04日? 作者:殷春燕? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:安森美? TVS? ESD保护?

静电放电(ESD)现象在生活中无处不在。直观地说,人体能感觉到电击时的静电电压大约为2KV,人眼可见到电火花时的静电电压为5KV,人耳听到放电声音时静电电压高达8KV!而大部分器件的静电破坏电压都在几百至几千伏,有时候甚至仅仅几十伏或更低的静电就足以轻易破坏电路。

电子电路的输入/输出连接器为ESD提供了进入电路及敏感型元件的路径。以手机为例,音量键、语音键、智能键、充电器插口、配件连接端口、扬声器、键区、扩音器、SIM卡、电池接头等都可能成为ESD的进入点。因此保护器件放置在连接器或端口处最有效,能够在ESD进入电路板之前有效抑制ESD事件发生。随着电子设备功能的增加,输入/输出连接器也随之增多,ESD保护问题变得愈发不容忽视。

并且,随着半导体工艺向65nm以下的转移,芯片集成度不断提高,IC的外形尺寸变得越来越小,但同时也更容易受到ESD损坏。与此同时,为了提供有效的静电防护,ESD保护器件的尺寸却越来越大,已经不适合集成在CMOS芯片中。正是为了因应这种市场需求,安森美半导体推出了瞬态电压抑制器(TVS)系列外部ESD保护产品。

TVS后来居上侵吞压敏电阻市场

ESD保护元件主要分为压敏电阻、瞬态电压抑制器(TVS)和聚合物三类,其中压敏电阻是应用最为普遍的一种元件,其主要保护策略是电压钳位,即在受到ESD应力作用时,利用器件的非线性特性将过电压钳位到一个较低的电压值,实现对后级保护。不过,同样采用电压钳位方式的TVS由于具有更好的保护性能、更长的使用寿命以及更小的封装尺寸,因而近年来大有后来居上的架势。安森美半导体亚太区标准产品部市场营销副总裁麦满权证实说:“TVS和压敏电阻的市场份额目前大约是一半一半。”

首先,从保护性能上来看,TVS可以立即将进入的电压钳制到很低的水平,整个过程用时非常短。例如,在IEC61000-4-2 8KV接触ESD脉冲应力作用下,安森美的TVS可以在40纳秒内将8kV静电迅速钳制到5-6V的水平。而压敏电阻的最大钳制电压则要高很多,且电压曲线下降得很缓慢,而且无法降到很低的水平。

其次,压敏电阻采用的是物理吸收原理,所以每受到一次ESD应力作用,材料就会受到一定的物理损伤,形成无法恢复的漏电通道,在多次重复高压电击之后,漏电会越来越严重,无怪乎麦满权形象地将其比喻为“少林硬气功”。而TVS器件则更像是耍“太极拳”,它基于二级管工作原理,受到电击后,会立即击穿,然后关闭,从而对器件本身没有损伤,所以完全不会影响使用寿命。

最后,小尺寸曾经一度是压敏电阻的一个重要优势,但是随着工艺技术的不断提高,TVS已经可以做到更小的封装尺寸。以目前市面上最普及的0402压敏电阻为例,其焊接面积为0.92mm,截面高度为0.9mm,而安森美的超微型ESD保护器件SOD-723 TVS焊接面积已经减小到0.72mm,截面高度为0.5mm,最新一代的SOD-923封装更是将面积减小到0.542mm,截面高度降至0.4mm。除此之外,受工作原理的限制,压敏电阻要想达到更好的吸收效果,就要使用更多的材料,进一步限制了其在小型化产品当中的应用。

麦满权表示:“手机中需要用到大量的ESD保护元件,过去主要都是采用压敏电阻,但是随着TVS在性能、尺寸等各方面的提高,现在有越来越多的手机制造商开始选择和我们合作。”

TVS继续向着低电容小尺寸前进

据介绍,安森美针对便携产品应用,按照TVS电容与传输速率将产品线划分为三大块,其中第一块包括ESD5Z和ESD9X系列,针对单向键区、按钮、旁键、电池触点、充电线路ESD保护,满足100W以上大功率应用;第二块高速率ESD保护既有针对单向USB1.1、FM天线、SIM卡、相机应用新推出的ESD9C和ESD7C系列,也包括针对双向音频线应用的ESD5B和ESD9B系列,其电容在5到40pf之间。

“TVS面对的主要挑战是性能和尺寸。” 麦满权表示。据介绍,安森美正在大力开发的第三块超高速TVS系列,其电容将小于5pf,据麦满权介绍,目前针对USB2.0的超高速产品已经研发成功,相信很快便可以提供样品。

在封装尺寸方面,与现有的SOD-723封装工艺相比,下一代SOD-1123封装尺寸将大幅减小58%,重量也将减轻20%。SOD-1123现已可以提供机械样品,计划明年大批量供货。“超微型封装技术已不是问题,关键是客户的生产线工艺也要同步跟上。”麦满权说。


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  • TVS是什么
  • TVS是Transient Voltage Suppressor的简称,意思是瞬态抑制二极管。TVS是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10的负12次方秒量级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的精密元器件,免受各种浪涌脉冲的损坏。由于TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点,目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、交/直流电源、汽车、电子镇流器、家用电器、仪器仪表(电度表),RS232/422/423/485、I/O、LAN、ISDN、ADSL、USB、MP3、PDAS、GPS、CDMA、GSM、数字照相机的保护、共模/差模保护、RF耦合/IC驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频/视频输入、传感器/变速器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制等各个领域。

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