要求日趨嚴苛，防雷及ESD保護器件面臨挑戰(zhàn)

近年來，由于高壓瞬變脈沖的情況越加嚴重，對于雷擊浪涌及ESD靜電放電的要求也日趨嚴苛，且處理器及其他核心集成電路對電氣干擾(浪涌、ESD、EFT等)變得越來越敏感，因此保護難度越來越高。

Littelfuse副總裁兼電子業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Deepak Nayar指出，在雷擊浪涌部分，電信及數(shù)據(jù)通信市場的需求導(dǎo)致峰值脈沖電流不斷增加，例如中國電信行業(yè)標準YD5098《通信局(站)防雷與接地設(shè)計的工程設(shè)計規(guī)范》便將直流保護的測試值增加至15kA。

Littelfuse副總裁兼電子業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Deepak Nayar

在消費性電子方面，由于全球經(jīng)濟與科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品已迅速深入世界的各個角落，晶焱科技設(shè)計研發(fā)部副總姜信欽強調(diào)指出，許多偏遠地區(qū)或是極地氣候的地方，或是基礎(chǔ)建設(shè)不佳，或是氣候極端，電子產(chǎn)品遭受雷擊的機率與能量提高，電子產(chǎn)品的反修率也隨之提升。

因此，中國大陸自家電下鄉(xiāng)計劃之后，便不斷提高電子產(chǎn)品雷擊耐受度(IEEE 61000-4-5)的規(guī)格，從原有的1kV漸漸提升至4kV，甚至已有產(chǎn)品要求6kV的規(guī)格。針對這些要求，在雷擊保護領(lǐng)域，保護體器件廠商所要面臨的是更高的浪涌電流及較低的箝制電壓。

在ESD測試方面，盡管IEC 61000-4-2規(guī)定等級4(8kV接觸放電，15kV空氣放電)的最高值，但許多公司卻在更高的電壓上進行測試，以確保設(shè)備的長期可靠性。針對ESD靜電防護，IEC 61000-4-2 Level-4所定義的ESD測試電壓值是contact 8kV、air 15kV，所以選用的ESD保護組件當然必須要能承受該等級level的ESD轟擊而不會受破壞，這是基本要求。

晶焱科技設(shè)計研發(fā)部副總姜信欽

不過，姜信欽強調(diào)，真正重要的是，產(chǎn)品的失效標準是選用哪一種？在過去，Class-C(ESD轟擊后，需手動重設(shè))就足夠了，但隨著產(chǎn)品質(zhì)量的提升要求，現(xiàn)在都至少要求選用Class-B(ESD轟擊后，系統(tǒng)會自動回復(fù)異常動作)，甚至要求選用Class-A(ESD轟擊后，系統(tǒng)不會出現(xiàn)任何異常動作)作為失效標準。這時需按照箝制電壓的高低來當做選用ESD保護組件的依據(jù)，越低的箝制電壓越有機會通過Class-A的ESD測試。所以，ESD保護組件的關(guān)鍵性能指標就是其低箝制電壓。

小型化及更低的電壓及電容值

冠寶科技/麗智電子總經(jīng)理張子岳

針對防雷及靜電保護的整體趨勢，冠寶電子科技股份有限公司(麗智電子(昆山)有限公司)總經(jīng)理張子岳則指出，近年市場對于防雷及ESD靜電保護組件的需求，大致可分為兩大發(fā)展方向，一是越來越低的等效電容，這是由于近年各項傳輸port的加速發(fā)展，帶動帶寬越來越大且速度越來越快，例如USB 3.0的數(shù)據(jù)傳輸速度達到5Gbps，比現(xiàn)有的USB 2.0快上十倍；Thunderbolt的數(shù)據(jù)傳輸速度更高達10Gbps，使得客戶端對于ESD靜電保護組件的等效電容要求越嚴苛，對于保護組件廠商而言，如何降低等效電容已是主要的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展方向。

Bourns產(chǎn)品經(jīng)理Ian Doyle

另一主要趨勢則是小型化封裝。面向小型化封裝的趨勢，張子岳表示，最近防雷擊和ESD靜電保護組件小型化的趨勢越來越明顯。特別是超極本、平板計算機及智能手機等產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，更顯得客戶端對此需求越來越殷切。如SOT-26的需求慢慢轉(zhuǎn)至SOT-363，甚至SOT563等封裝產(chǎn)品，此外，則是從手機客戶的材料清單(BOM)中可看到由DFN1006封裝轉(zhuǎn)至更小的DFN0603封裝的需求，這些都顯示小型化的封裝趨勢。

敦南科技市場部資深營銷經(jīng)理劉法剛

Bourns產(chǎn)品經(jīng)理Ian Doyle也強調(diào)，更小的SMT封裝、更低的電壓等級、更低的電容值及更低的電流等級等，是防雷及靜電保護器件所要面臨的挑戰(zhàn)，和其他組件一樣，防雷及靜電保護器件始終必須朝提供更高的效能、加速上市時間及降低成本等方向發(fā)展。

敦南科技市場部資深營銷經(jīng)理劉法剛則指出，近年由于手持式產(chǎn)品日益增多，半導(dǎo)體體積縮小是必然的趨勢，在此市場因素的推動下，終端產(chǎn)品的標準防護不斷向上提升，也使得分離式保護方式日益受到重視，這主要是因為分離式半導(dǎo)體特性包含高防護標準、長時間的質(zhì)量保證等。

承受高達100A的瞬間電流

針對防雷擊保護，敦南科技已推出L60ESDL2V8S8-4、L2KESD3V3S8-2及L2KESD3V3MA-2來保護IEC61001-4-5標準所定的最高等級，能承受高達100A的瞬間電流，目前已通過多家通訊大廠測試，應(yīng)用于如RJ45/RJ11等網(wǎng)絡(luò)端口上以及Gateway/Router/STB/Switch等產(chǎn)品應(yīng)用上。敦南科技的分離式組件主要產(chǎn)品為橋堆、TVS/TSPD保護元器件等。

保護元器件為該公司目前的重點發(fā)展產(chǎn)品，以ESD靜電保護組件及Surge保護為主，主要客戶鎖定PC相關(guān)及移動通訊制造商。未來敦南科技還將以提高靜電防護能力、降低箝制電壓能力、提升電流承受能力、降低寄生電容及減少體積面積作為未來ESD靜電保護器件開發(fā)的五大方向。

突破低電容ESD靜電保護WAFER開發(fā)

整體而言，為求充分滿足客戶需求，各家廠商無不積極加速研發(fā)。冠寶科技/麗智電子張子岳便指出，近幾年ESD靜電保護組件一直是各家供貨商的競爭焦點，新供貨商產(chǎn)能也在陸續(xù)增加。其中，各家亟欲克服的瓶頸是低電容ESD靜電保護WAFER開發(fā)技術(shù)，而該公司的研發(fā)最近出現(xiàn)突破性發(fā)展，已針對RF、USB 3.0、HDMI等I/O Port開發(fā)出系列低容靜電保護芯片。

不過，由于競爭者越來越多，市場價格也逐年降低。因此冠寶科技/麗智電子也特別于去年導(dǎo)入DFN1006封裝生產(chǎn)線，目前已投入量產(chǎn)。由于同時掌握芯片開發(fā)與封裝技術(shù)，因此將能夠提供更低的成本及更佳的服務(wù)。

冠寶科技/麗智電子業(yè)務(wù)處長謝建達

針對未來的布局，冠寶科技/麗智電子業(yè)務(wù)處長謝建達指出，未來兩年內(nèi)，封裝方面，該公司將會陸續(xù)開發(fā)DFN0603、DFN2510 10P、DFN1006 3P、DFN1610 4P等Array封裝，以滿足手機、NB和網(wǎng)通等客戶的需求。在芯片方面，則會推出更小等效電容Cj<0.3pF的ESD、TVS Array靜電保護芯片及更小尺寸、適合DFN0603封裝的低電容ESD靜電保護芯片，預(yù)計于2013年后陸續(xù)發(fā)表。冠寶電子科技股份有限公司隸屬金仁寶集團，成立于1988年，以生產(chǎn)電阻與排組為主，1998年起開始發(fā)展輕薄短小的貼片二極管制造工藝，并于1999年取得專利，2010年起推出DFN 1006 (0402)系列產(chǎn)品。

滿足各種高速傳輸接口標準的需求

晶焱科技則已針對USB 3.0的防護需求推出AZ1065系列ESD防護組件。姜信欽指出，AZ1065設(shè)計的寄生電容低于0.3pF，ESD箝制電壓(Clamping Voltage)極低，可讓具有USB3.0端口的電子系統(tǒng)通過最嚴苛Class-A的 IEC 61000-4-2系統(tǒng)級靜電放電防護測試。

為了縮小印刷電路板(PCB)面積與降低布局(Layout)復(fù)雜度，AZ1065設(shè)計采用交錯型式的接腳，以提供PCB Layout時可利用穿透式(Feed through)的設(shè)計，單顆AZ1065組件就能提供一個USB 3.0埠最佳的ESD防護。此外，晶焱科技ESD保護組件研發(fā)團隊也特別針對高速影音數(shù)字接口如HDMI 1.4/1.3埠或 DisplayPort埠，推出AZ1045系列的ESD防護解決方案。

針對雷擊保護，晶焱科技推出了AZ3系列雷擊保護方案，提供低電容、高雷擊耐受度的防護組件，目前晶焱科技防雷保護&ESD靜電保護器件的單月出貨量已超過100Mpcs，且出貨量持續(xù)成長中。

在產(chǎn)品開發(fā)方面，繼今年推出50A雷擊保護組件后，晶焱科技目前正積極研發(fā)100A的雷擊保護組件，預(yù)計2013年Q1可以完成開發(fā)。在ESD靜電保護器件上，除針對高速端口應(yīng)用推出箝制電壓更低的產(chǎn)品外，晶焱科技另外一個研發(fā)重點則是應(yīng)用于低電壓的(如2.5V/1.8V/1.2V)的保護組件。

姜信欽表示，目前IC所使用的電源通常都小于2.5V甚至只有1V，傳統(tǒng)5V或是3.3V的保護組件因為導(dǎo)通電壓較高，且ESD箝制電壓過高，不足以作為保護，所以需要低電壓的保護組件。晶焱科技將在2012年Q4陸續(xù)推出低電壓的保護組件。晶焱科技為臺灣第一家靜電防護解決方案專業(yè)服務(wù)團隊，成立于2006年，專門提供各項ESD(靜電保護措施)相關(guān)解決方案，及內(nèi)建ESD保護電路的EMI Filter及接口(RS Transceiver、HDMI Switch & Analog Switch)IC。晶焱科技的研發(fā)團隊從1992年起開始從事IC的靜電放電防護設(shè)計技術(shù)的研究。

以一個二極管取代一串分立組件

針對高壓瞬變脈沖越加嚴重對雷擊保護組件所產(chǎn)生的要求，Nayar表示，AK系列正足以滿足上述要求，AK系列為集成Littlefuse Foldbak技術(shù)的TVS二極管產(chǎn)品，提供高達15kA的保護，且是市面上能提供最低箝制電壓的產(chǎn)品。本質(zhì)上來看，只需一個這樣的器件便可替代一大串為了獲得相同的浪涌電流保護水平而并聯(lián)起來的分立TVS二極管。因此AK系列可節(jié)省大量電路板空間，簡化了設(shè)計并減少了組件數(shù)量，且在一個單一的通孔封裝(高達15kA浪涌)或一個SMD封裝(高達10kA浪涌)中便能做到這些。

另一種可替代TVS二極管技術(shù)的方法則是在設(shè)備的直流電源埠上運用基于壓敏電阻的解決方案。Littelfuse所推出的創(chuàng)新解決方案——SMOV25S和SMOV34S系列既能提供高達40kA的高浪涌處理能力，且具備內(nèi)置熱保護和故障安全顯示技術(shù)。

在ESD測試方面，Littlefuse的主推產(chǎn)品為SP3012及SP3021系列。SP3012系列為極具空間效率的2.5×1.0mm DFN封裝四通道數(shù)組產(chǎn)品。SP3021為SOD882封裝(1.0×0.6mm)的分立二極管。這些器件都具有0.5pF的電容值，且SP3012具有12kV接觸放電的ESD保護額定值。

此外，針對不適合采用TVS二極管或數(shù)組的應(yīng)用，Littfuse提供另外兩種產(chǎn)品技術(shù)。其中之一為多層壓敏電阻(MLV)，用于較大的ESD浪涌和汽車級瞬變(如負載突降)。此外，被稱為PulseGuard的聚合物ESD抑制器，能提供類似于二極管的保護，但其具有低至0.07pF的超低電容。不過，這兩種技術(shù)的缺點之一是它們的箝制速度較二極管慢，因此多被用于已受保護的集成電路中，且足以應(yīng)付一些浪涌水平的解決方案。

瞬時電流抑制器搭配TVS二極管

針對電信及工業(yè)設(shè)備的電路保護需求，Bourns所推出的最新產(chǎn)品則是瞬時電流抑制器(Transient Current Suppressor，TCSTM)，此產(chǎn)品為小體積、超高速、雙向、低電阻的固態(tài)電流抑制組件，能符合電信及工業(yè)設(shè)備的電路及保護需求。Doyle指出，基本上，使用TCS能大幅降低進入裝置的瞬時電流，可針對xDSL、Gb-Ethernet等超高速數(shù)據(jù)傳輸提高極具成本效率及超快速的保護作用。當與電壓限制器件例如TVS二極管一起搭配運作時，能同時提供電流限制及電壓隔離的保護作用。它能在提供最佳防雷保護的同時維持系統(tǒng)效能。在大部分情況中，設(shè)計中能輕易將TCS器件加入既有的TVS保護設(shè)計中，可以大幅加速上市時間。

整體而言，防雷及ESD靜電保護組件的需求仍不斷上升，因此廠商也都積極擴充產(chǎn)能，在價格方面，業(yè)者表示，一般而言，防雷保護的需求以規(guī)格為主，所以對價錢的敏感度較弱；而ESD靜電保護上的需求也不曾斷過，甚至每季的需求大約以十個百分點的幅度向上成長，但預(yù)計今年下半年價格會有小幅度波動。