半導體器件滲入電路保護市場 現融合趨勢

　　雖然變阻器、保險絲和PPTC熱敏電阻等被動元器件一直是電路保護中的主角，但電子產品便攜化和可靠化等發展需求，使得半導體分立器件和芯片開始在電路保護中鋒芒漸甚，例如在ESD靜電保護中，TVS/齊納二極管已經取代了變阻器成為主角。面對這種趨勢，傳統被動元件制造商在積級開發新材料的同時，也嘗試與半導體材料進行融合，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，可以提供過流過壓綜合保護。

　　“過去幾年來業界開始對整個保護重視起來，即保護不再僅僅是局限在安全方面，開始上升到使功能不受影響和提高產品可靠性角度上來”，泰科瑞侃(Tyco-Raychem)電路保護產品應用工程經理董?ケ硎荊?“到了這個層面，你會發現原來電路保護的主角是被動元件，現在開始有一些主動元件或芯片充當保護產品，比如電池充電管理芯片。”

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

　　麥滿權解釋說，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則利用開關動作泄放能量，鉗位電壓低。被保護IC隨著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的性能則不會隨著小型化而降低。另外，變阻器在長期受到電壓沖擊后，漏電流越來越大，而TVS漏電流很小，而且基本不變。他總結說：“與變阻器相比，TVS有更好的鉗制性能、更低的泄漏、更長的使用壽命。”

　　隨著尺寸縮小，變阻器越來越難以滿足IC的ESD防護需求。

　　安森美的TVS面向三大類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、SIM卡)和雙向ESD保護(音頻線路、揚聲器、麥克風)，最小封裝為SOD-923封裝，尺寸和鉗制性能均大大優于0402變阻器。安森美還即將推出更小的SOD-1123封裝。不過，對于USB2.0HS、HDMI和RF天線等超高速ESD保護來說，TVS仍不能很好滿足需求。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，相差一個數量級”。由于大量的變阻器和二極管廠商充斥ESD保護市場，泰科瑞侃專注于HDMI等超高速市場，以避開競爭。

　　安森美也坦承同時滿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。但麥滿權自豪地表示，安森美已經采用與現有器件完全不同的技術，研發出名為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：“這將將確定安森美在全球ESD行業的領袖地位”。

　　面對這種半導體器件加入電路保護應用，甚至取代部分被動元件的趨勢，董?ケ硎荊?未來泰科在不斷改進現有材料的同時，也會做一些半導體產品，更重要的是，泰科將利用現有技術積累，開發一些被動和半導體材料融合的產品。他表示：“如果單單從被動元件的技術發展曲線來看，它經過最初高速創新后已經到了一個頂部，比較成熟，目前沒有非常大的創新，都是一些細節上改善。很顯然，業界需要另外一個新的開始，新的創新從哪里開始，主要還是新材料的開發，包括我們和其它技術進行融合，我相信未來被動和半導體技術可能會融合。”

　　經過不斷嘗試后，以PPTC材料聞名的泰科已經成功推出了PolyZen產品，它也是PPTC和半導體材料融合的第一個成功例子。PolyZen微型集成模塊組件內置了一個穩壓齊納二極管和一個非線性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流過壓綜合保護，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。兩個器件耦合在一起，一是工程師不需要通過很多實驗來比對各種故障條件下的耦合，匹配過壓和過流參數，二是兩個器件耦合在一起時有一個熱傳導，能利用過壓過流之間的熱聯系，互相保護。總之，集成能夠讓這兩個器件相互匹配，互相保護。”

　　與PolyZen類似的是，泰科還推出了融合PPTC和MOV(金屬氧化物壓敏電阻)器件的2Pro單片過壓/過流保護器，可以為無繩電話、VoIP網關、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?除了現有的獨立過壓和過流產品外，我們現在更主要的目光放在綜合保護上，未來我們將推出更多相關的產品，例如將2Pro衍生產品用于采用市電的家電上，推出面向ESD保護的PolyZen類似產品。