半導(dǎo)體器件滲入電路保護市場 現(xiàn)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(chǎn)品便攜化和可靠化等發(fā)展需求，使得半導(dǎo)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(jīng)取代了變阻器成為主角。面對這種趨勢，傳統(tǒng)被動元件制造商在積級開發(fā)新材料的同時，也嘗試與半導(dǎo)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(dǎo)體材料，可以提供過流過壓綜合保護。

　　“過去幾年來業(yè)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(chǎn)品可靠性角度上來”，泰科瑞侃(Tyco-Raychem)電路保護產(chǎn)品應(yīng)用工程經(jīng)理董?ケ硎荊?“到了這個層面，你會發(fā)現(xiàn)原來電路保護的主角是被動元件，現(xiàn)在開始有一些主動元件或芯片充當保護產(chǎn)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(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(qū)標準產(chǎn)品部市場營銷副總裁麥滿權(quán)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，但隨著便攜產(chǎn)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(quán)解釋說，兩者最大區(qū)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(guān)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(jié)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(yīng)用：標準/低速ESD保護(鍵區(qū)、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(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，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(shù)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(quán)自豪地表示，安森美已經(jīng)采用與現(xiàn)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(xiàn)有器件還好，他稱：“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(dǎo)體器件加入電路保護應(yīng)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(xiàn)有材料的同時，也會做一些半導(dǎo)體產(chǎn)品，更重要的是，泰科將利用現(xiàn)有技術(shù)積累，開發(fā)一些被動和半導(dǎo)體材料融合的產(chǎn)品。他表示：“如果單單從被動元件的技術(shù)發(fā)展曲線來看，它經(jīng)過最初高速創(chuàng)新后已經(jīng)到了一個頂部，比較成熟，目前沒有非常大的創(chuàng)新，都是一些細節(jié)上改善。很顯然，業(yè)界需要另外一個新的開始，新的創(chuàng)新從哪里開始，主要還是新材料的開發(fā)，包括我們和其它技術(shù)進行融合，我相信未來被動和半導(dǎo)體技術(shù)可能會融合。”

　　經(jīng)過不斷嘗試后，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(dǎo)體材料融合的第一個成功例子。PolyZen微型集成模塊組件內(nèi)置了一個穩(wěn)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(shè)備提供過流過壓綜合保護，避免由于感應(yīng)電壓尖峰、電壓瞬變、不正確電源和極性接反所導(dǎo)致的損壞現(xiàn)象，首款PolyZen48V過電壓抑制器件現(xiàn)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(shù)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(shù)，二是兩個器件耦合在一起時有一個熱傳導(dǎo)，能利用過壓過流之間的熱聯(lián)系，互相保護?？傊?，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(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、機頂盒和傳真機等低成本電信設(shè)備提供綜合保護。董?デ康魎擔?除了現(xiàn)有的獨立過壓和過流產(chǎn)品外，我們現(xiàn)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(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類似產(chǎn)品。