| 隨著移動(dòng)電話、PDA、MP3播放機(jī)以及數(shù)碼相機(jī)等的迅速發(fā)展,便攜電子設(shè)備需求出現(xiàn)熱潮,消費(fèi)者正要求越來(lái)越先進(jìn)的性能。將來(lái)的便攜電子設(shè)備不僅要能夠處理基于數(shù)據(jù)的正文,而且還要改善圖形乃至視頻率信息處理能力。與此同時(shí),一方面要求設(shè)計(jì)者削減元件數(shù)量和減小電路板占用的空間,另一方面還要保證達(dá)到適當(dāng)?shù)腅MI和ESD的抑制標(biāo)準(zhǔn)。特別是將來(lái),采用亞微米工藝和甚精細(xì)線條寬度布線的復(fù)雜半導(dǎo)體功能電路,對(duì)電路瞬變過(guò)程的影響更加敏感,將導(dǎo)致上述的問(wèn)題更加激化起來(lái)。 此外,在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面,歐共體的IEC 61000-4-2已建立起嚴(yán)格的瞬變沖擊抑制標(biāo)準(zhǔn);電子產(chǎn)品必須符合這一標(biāo)準(zhǔn)之后方能銷往歐共體的各個(gè)成員國(guó)。因此,大多數(shù)生產(chǎn)廠家都把IEC 61000-4-2看作是ESD測(cè)試的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。 然而,也有些人只是把這一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)作為更嚴(yán)格測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于消費(fèi)類電子產(chǎn)品使用超過(guò)15kV的ESD抑制要求,顯然為滿足像這樣的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要十分謹(jǐn)慎。精益求精的現(xiàn)代電子方法,已不再利用以前經(jīng)常采用的一般保護(hù)設(shè)備、開關(guān)二極管和火花隙之類的工作原理或方法。 不一定簡(jiǎn)單 保護(hù)電子設(shè)備免遭損壞并不總是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。關(guān)于電路保護(hù)元件,存在幾種技術(shù)。當(dāng)選擇電路保護(hù)元件時(shí),設(shè)計(jì)師必須小心從事。 選擇不當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)器件,只能提供出錯(cuò)誤的安全概念。電路保護(hù)元件的選擇應(yīng)根據(jù)所要保護(hù)的布線情況、可用的電路板空間以及被保護(hù)電路的電特性來(lái)決定。除此之外,了解保護(hù)元件的特性知識(shí)也是非常必要的。 需要考慮的重要因素之一是器件的鉗位電壓。所謂鉗位電壓是在ESD期間里跨在瞬變電壓消除器TVS(Transient Voltage Suppressor)上的電壓,它是被保護(hù)IC的應(yīng)變電壓。 
圖1：SC-70封裝結(jié)構(gòu)TVS陣列可保護(hù)5條線路 因?yàn)槔孟冗M(jìn)工藝技術(shù)制造的IC電路里氧化層比較薄,柵極氧化層更易受到損害。這意味著較高的鉗位電壓將在被保護(hù)IC器件上產(chǎn)生較高的應(yīng)變電壓,并且增加了失效的概率。 很多保護(hù)元件都被設(shè)計(jì)成可吸收大量的能量,由于元件結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)上的原因也導(dǎo)致其具有很高的鉗位電壓。TVS二極管正是為解決此問(wèn)題而產(chǎn)生的,它已成為保護(hù)便攜電子設(shè)備的關(guān)鍵性技術(shù)。 TVS二極管是專門設(shè)計(jì)用于吸收ESD能量并且保護(hù)系統(tǒng)免遭ESD損害的固態(tài)元件。如果應(yīng)用得當(dāng),TVS二極管將限制跨在被保護(hù)器件上的電壓剛好高過(guò)額定工作電壓,但是卻遠(yuǎn)低于破壞閾值電壓。 TVS二極管的應(yīng)用 TVS二極管有各種各樣的表面貼裝封裝結(jié)構(gòu)和適于在便攜系統(tǒng)中應(yīng)用的外形結(jié)構(gòu),均可用作便攜系統(tǒng)的電路保護(hù)器件。例如,6引線SOT-23封裝的TVS陣列器件,可用于保護(hù)高達(dá)5條數(shù)據(jù)和I/O的線路。TVS二極管常常用于筆記本電腦、PDA和其他電路板空間允許的應(yīng)用領(lǐng)域。但對(duì)于像移動(dòng)電話這類更小的便攜產(chǎn)品則顯得體積過(guò)大,不太適宜。 微型SC-70封裝的TVS陣列應(yīng)用很廣,它占用小于4.8mm2的電路板面積,斷面厚度約為1mm(如圖1)。這種器件大約僅需要SOT-23 6L封裝器件的一半電路板空間。 如今的許多設(shè)計(jì),甚至要求更小的電路保護(hù)器件,其斷面厚度要小于0.8mm。為滿足這些高水平的ESD保護(hù)的小型器件需求,已開發(fā)出倒裝芯片 (Flip-chip)或圓片級(jí)CSP封裝結(jié)構(gòu)的TVS二極管新產(chǎn)品。倒裝芯片技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：削減了幾何尺寸和重量,改善電性能和實(shí)現(xiàn)薄斷面的厚度。 倒裝芯片TVS器件 倒裝芯片TVS器件是由帶有專門表面鈍化的硅IC和在該器件的有效邊上的焊料球或凸臺(tái)構(gòu)成的。焊料-凸臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)于器件的長(zhǎng)期可靠性是非常關(guān)鍵的部分,并且也考慮到要有利于器件的裝配。 焊料凸臺(tái)實(shí)際上是冶金學(xué)系統(tǒng),它包括有金屬焊盤,下面的凸臺(tái)金屬和焊料球。Semtech公司提供的SFC05-4型器件就是這類封裝型器件之一。SFC05-4是倒裝芯片結(jié)構(gòu)的TVS二極管陣列產(chǎn)品,它被設(shè)計(jì)成可保護(hù)4條數(shù)據(jù)線或I/O線的器件,而占居電路板空間與同類封裝結(jié)構(gòu)的器件相比小70％以上。該SFC05-4封裝的幾何尺寸為1.5×1.0×0.65mm3,并且具有間距為0.5mm的凸臺(tái)共計(jì)6個(gè)(如圖2)。 更小型的器件 CPS封裝結(jié)構(gòu)TVS的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在不損害鉗位電壓性能的前提條件下生產(chǎn)出更小型化的器件。利用與SFC05-4相比鉗位電壓相近的SOT-23 6L封裝器件（如Semtech SMS05）可以實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)。結(jié)果表明,采用CSP封裝結(jié)構(gòu)的TVS,即使是在占居空間比上述的這些封裝器件小70％的情況下,其鉗位電壓特性在實(shí)際上卻是毫無(wú)兩樣的。兩種器件對(duì)于30A脈沖,都可鉗位10V以下。這個(gè)電流值與由IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)第4級(jí)規(guī)定的在8kV ESD脈沖下預(yù)期的電流相等。 
CSP封裝結(jié)構(gòu)的TVS器件性能之所以如此良好,原因在于其芯片有效面積在實(shí)際上與大型SOT-23 6L封裝的器件總是相等的。事實(shí)上,對(duì)于以SOT-23 6L封裝結(jié)構(gòu)包封等同于4位組TVS陣列的芯片時(shí),其封裝與芯片的面積比是10:1的關(guān)系,而對(duì)于CSP封裝結(jié)構(gòu)的TVS器件,封裝與芯片的面積比是1:1的關(guān)系,一點(diǎn)兒也未浪費(fèi)封裝空間。 低壓保護(hù)器件 隨著便攜式電子系統(tǒng)轉(zhuǎn)向利用低于5V的工作電壓,因此相應(yīng)地要求采用小型封裝的低壓保護(hù)器件。標(biāo)準(zhǔn)的p-n結(jié)技術(shù)是不適合低于5V電壓工作的器件,因?yàn)閜-n結(jié)本身固有的電特性不佳。 顯然,對(duì)于低電壓工作,需要新的器件結(jié)構(gòu)。例如,Semtech公司開發(fā)的增強(qiáng)型穿通二極管EPD(Enhanced Punch-through Diode),便是屬于這種新器件結(jié)構(gòu)的實(shí)例。 這種專利工藝(EPD TVS)生產(chǎn)的保護(hù)器件具有如下特點(diǎn)：工作電壓范圍在2.8～3.3V之間,極低的漏電流,高浪涌容量和低的結(jié)電容。Semtech公司的SR2.8型器件就是這種類型器件。這種器件設(shè)計(jì)成以2.8V工作,具有低于5pF的電容,漏電流低于1μA。這些獨(dú)到的特性使得它適合用于高速低電壓應(yīng)用,如像用于10/100 Ethernet局域網(wǎng)領(lǐng)域。利用這種技術(shù)的幾種TVS器件,作為封裝結(jié)構(gòu)元件已經(jīng)廣泛應(yīng)用;然而,人們期望在將來(lái)倒裝芯片的封裝產(chǎn)品也將上市。 其他的革新器件一般是復(fù)合型器件,集成有如下多種電路：TVS二極管和用于線路端接EMI濾波和ESD保護(hù)的RC網(wǎng)絡(luò)。這些復(fù)合器件通過(guò)削減元件數(shù)量節(jié)省電壓板空間。例如,SC-70型封裝的器件,削減了多達(dá)8個(gè)分立元件之多。這類器件特別適合于用在音頻和數(shù)據(jù)處理設(shè)備以及USB端口等領(lǐng)域。 有關(guān)ESD保護(hù)器件的更多信息可瀏覽網(wǎng)址：http://www.semtech.com。 |
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