半導體器件滲入電路保護市場(chǎng) 現融合趨勢

　　雖然變阻器、保險絲和PPTC熱敏電阻等被動(dòng)元器件一直是電路保護中的主角，但電子產(chǎn)品便攜化和可靠化等發(fā)展需求，使得半導體分立器件和芯片開(kāi)始在電路保護中鋒芒漸甚，例如在ESD靜電保護中，TVS/齊納二極管已經(jīng)取代了變阻器成為主角。面對這種趨勢，傳統被動(dòng)元件制造商在積級開(kāi)發(fā)新材料的同時(shí)，也嘗試與半導體材料進(jìn)行融合，例如泰科電子的PolyZen聚合物增強型齊納二極管微型集成模塊，就成功地融合了PPTC與半導體材料，可以提供過(guò)流過(guò)壓綜合保護。

　　“過(guò)去幾年來(lái)業(yè)界開(kāi)始對整個(gè)保護重視起來(lái)，即保護不再僅僅是局限在安全方面，開(kāi)始上升到使功能不受影響和提高產(chǎn)品可靠性角度上來(lái)”，泰科瑞侃(Tyco-Raychem)電路保護產(chǎn)品應用工程經(jīng)理董?ケ硎荊?“到了這個(gè)層面，你會(huì )發(fā)現原來(lái)電路保護的主角是被動(dòng)元件，現在開(kāi)始有一些主動(dòng)元件或芯片充當保護產(chǎn)品，比如電池充電管理芯片。”

　　主動(dòng)元件不僅加入電路保護，甚至也替代原有被動(dòng)元件，一個(gè)典型的例子就是，在手機等便攜產(chǎn)品的ESD保護中，TVS/齊納二極管已經(jīng)取代了可變電阻/變阻器(Varistor)成為主角。安森美亞太區標準產(chǎn)品部市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁麥滿(mǎn)權表示，幾年前電子產(chǎn)品對器件封裝要求不嚴格，都選擇變阻器，不用TVS，但隨著(zhù)便攜產(chǎn)品對尺寸要求越來(lái)越嚴格，TVS越來(lái)越受歡迎，變阻器將逐漸退出市場(chǎng)。

　　麥滿(mǎn)權解釋說(shuō)，兩者最大區別在于，變阻器是利用材料特性吸收能量，鉗位電壓高，而TVS則利用開(kāi)關(guān)動(dòng)作泄放能量，鉗位電壓低。被保護IC隨著(zhù)尺寸縮小而更容易受到ESD損壞，因此要求鉗位電壓變低。變阻器的工作原理決定其封裝越小，鉗制能力越低(鉗位電壓越高)，但TVS的性能則不會(huì )隨著(zhù)小型化而降低。另外，變阻器在長(cháng)期受到電壓沖擊后，漏電流越來(lái)越大，而TVS漏電流很小，而且基本不變。他總結說(shuō)：“與變阻器相比，TVS有更好的鉗制性能、更低的泄漏、更長(cháng)的使用壽命。”

　　隨著(zhù)尺寸縮小，變阻器越來(lái)越難以滿(mǎn)足IC的ESD防護需求。

　　安森美的TVS面向三大類(lèi)ESD應用：標準/低速ESD保護(鍵區、按鈕、電池接頭、充電器插口、旁鍵)、高速ESD保護(USB1.1、USB2.0FS、FM天線(xiàn)、SIM卡)和雙向ESD保護(音頻線(xiàn)路、揚聲器、麥克風(fēng))，最小封裝為SOD-923封裝，尺寸和鉗制性能均大大優(yōu)于0402變阻器。安森美還即將推出更小的SOD-1123封裝。不過(guò)，對于USB2.0HS、HDMI和RF天線(xiàn)等超高速ESD保護來(lái)說(shuō)，TVS仍不能很好滿(mǎn)足需求。由于速度越高，要求TVS的寄生電容越低(低至1pF以下)以減少信號損耗，但電容越低，鉗制能力也越低，這是兩個(gè)相互矛盾的需求。

　　董?ケ硎荊骸澳殼?TVS的電容最低為2~3pF，而我們低電容變阻器的典型值為0.25pF，相差一個(gè)數量級”。由于大量的變阻器和二極管廠(chǎng)商充斥ESD保護市場(chǎng)，泰科瑞侃專(zhuān)注于HDMI等超高速市場(chǎng)，以避開(kāi)競爭。

　　安森美也坦承同時(shí)滿(mǎn)足低電容和高鉗制能力需求的困難，目前其用于USB的TVS電容最低為5pF。但麥滿(mǎn)權自豪地表示，安森美已經(jīng)采用與現有器件完全不同的技術(shù)，研發(fā)出名為ESD9L的新型TVS工作樣片，不久將推出工程樣片，電容為1pF左右，鉗制能力甚至比現有器件還好，他稱(chēng)：“這將將確定安森美在全球ESD行業(yè)的領(lǐng)袖地位”。

　　面對這種半導體器件加入電路保護應用，甚至取代部分被動(dòng)元件的趨勢，董?ケ硎荊?未來(lái)泰科在不斷改進(jìn)現有材料的同時(shí)，也會(huì )做一些半導體產(chǎn)品，更重要的是，泰科將利用現有技術(shù)積累，開(kāi)發(fā)一些被動(dòng)和半導體材料融合的產(chǎn)品。他表示：“如果單單從被動(dòng)元件的技術(shù)發(fā)展曲線(xiàn)來(lái)看，它經(jīng)過(guò)最初高速創(chuàng )新后已經(jīng)到了一個(gè)頂部，比較成熟，目前沒(méi)有非常大的創(chuàng )新，都是一些細節上改善。很顯然，業(yè)界需要另外一個(gè)新的開(kāi)始，新的創(chuàng )新從哪里開(kāi)始，主要還是新材料的開(kāi)發(fā)，包括我們和其它技術(shù)進(jìn)行融合，我相信未來(lái)被動(dòng)和半導體技術(shù)可能會(huì )融合。”

　　經(jīng)過(guò)不斷嘗試后，以PPTC材料聞名的泰科已經(jīng)成功推出了PolyZen產(chǎn)品，它也是PPTC和半導體材料融合的第一個(gè)成功例子。PolyZen微型集成模塊組件內置了一個(gè)穩壓齊納二極管和一個(gè)非線(xiàn)性PPTC電阻層，為采用圓桶型插口作為直流電源輸入的便攜設備提供過(guò)流過(guò)壓綜合保護，避免由于感應電壓尖峰、電壓瞬變、不正確電源和極性接反所導致的損壞現象，首款PolyZen48V過(guò)電壓抑制器件現已上市，具有13.2V齊納鉗位電壓。董?ブ賦觶骸凹?成模塊雖然成本比分立方案貴一些，但好處是空間和元件數量減少，更重要的是性能的提高。兩個(gè)器件耦合在一起，一是工程師不需要通過(guò)很多實(shí)驗來(lái)比對各種故障條件下的耦合，匹配過(guò)壓和過(guò)流參數，二是兩個(gè)器件耦合在一起時(shí)有一個(gè)熱傳導，能利用過(guò)壓過(guò)流之間的熱聯(lián)系，互相保護?？傊?，集成能夠讓這兩個(gè)器件相互匹配，互相保護。”

　　與PolyZen類(lèi)似的是，泰科還推出了融合PPTC和MOV(金屬氧化物壓敏電阻)器件的2Pro單片過(guò)壓/過(guò)流保護器，可以為無(wú)繩電話(huà)、VoIP網(wǎng)關(guān)、數據調制解調器、機頂盒和傳真機等低成本電信設備提供綜合保護。董?デ康魎擔?除了現有的獨立過(guò)壓和過(guò)流產(chǎn)品外，我們現在更主要的目光放在綜合保護上，未來(lái)我們將推出更多相關(guān)的產(chǎn)品，例如將2Pro衍生產(chǎn)品用于采用市電的家電上，推出面向ESD保護的PolyZen類(lèi)似產(chǎn)品。