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晶焱科技推广优选TVS箝制电压的静电防护解决方案

TVS的ESD箝制电压曲线。

静电在生活的周遭随处可见,是半导体芯片常见的杀手,对于由半导体所组成的电子系统而言,面对环境中无法掌握的静电风险,这些轻则导致电子系统暂时失效,重则直接造成损害,所以保护电子系统可以正常运行,完整的静电防护解决方案是不可或缺的。

静电防护的对策从半导体在晶圆厂内制程中就开始了,降低静电袭击可以透过芯片内部晶体管的适当布局排列的方式,增加半导体芯片对ESD(静电放电;Electrostatic Discharge)的耐受度,确保芯片生产制程中如封装与测试时可以受到防静电的保护,目前各家晶圆厂透过Design rule提供芯片在制造时的静电防护。

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姜信钦认为晶焱科技证明自己的价值与独具之眼的精准眼光,紧紧的掌握TVS零组件的发展契机。

面对电子装置愈变愈轻薄短小,金属机箱覆盖面愈来愈少的现实,静电保护元件的重要性扶摇直上,独立的防静电IC粉墨登场,虽然只是一个设计小巧的被动元件,但是往往发挥小兵立大功的重要角色。

晶焱科技是台湾第一家专门提供各项ESD相关产品与解决方案的供应商,也是全台首家以半导体制程方式,研发出系列静电保护元件,透过在台湾的晶圆代工服务,提供专属的客制化产品,其产品大幅度应用在行动装置上,举凡笔记本电脑、PC、智能型手机、液晶显示器等系统上,而且随著使用的种类各异,一台装置上动则用上一、二十颗静电保护IC做为保护,已经司空见惯。

晶焱科技总经理姜信钦博士表示,利用独门的ESD核心技术,针对系统厂商的产品保护需求,研发出量身定制的ESD防护元件与完整的解决方案,是公司的核心竞争力,产品线随著不同的规格与客制化的要求而产生非常多品项,以瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor)简称TVS为大宗,这是一种二极管形式的高效能保护元件,通常每一条输出入讯号线或接线接口都会使用防静电的IC,近年来手机、笔记本电脑等产品逐渐走向小型化、高速传输与省电的趋势,这固然让电子装置功能更强、更便于携带、电池驱动使用时间更长久,但这些设计也同步暴露出对静电袭击的脆弱性,其往往会危及电子装置与设备的稳定性与可用性。

尤其在高传输通讯埠外围如HDMI、USB 3.1、Thunderbolt等新兴接口,更是TVS元件的爱用者,藉此强化装置与设备运行的稳定性,为最新一代智能型手机、笔记本电脑和平板计算机使用的高速接口及天线,提供坚实的静电耐用性并改善讯号质量。

姜信钦表示,晶焱擅长于客制化设计,透过与客户紧密互动与合作的生意模式,走出一条与众不同的发展道路,对于许多评论只拥有单一属性的晶焱产品线,而对其持续成长的荣景显得有所犹豫与疑虑的旁观者,晶焱透过15年来逐年成长的成绩,证明自己的价值与独具之眼的精准眼光,掌握比一般的零组件厂商更早看到市场契机。

选择正确的TVS箝制电压,一本万利

ESD瞬间高电压的冲击下,TVS能实时导通并引开瞬时放电冲击,考量TVS元件是否有效地保护主功能IC(Main IC)时,除了须考虑TVS反应速度之外,更需要审慎选对TVS启动保护的箝制电压(Clamping Voltage)规格,以避免因为选错规格而导致整个电子装置引发系统重置、死机甚至烧毁损伤,或是更极端的个案更引发火灾的风险。

姜信钦看到产业界经常因为错误的思维而产生的盲点,由于电磁兼容测试(EMC)迷信耐受愈高的冲击电压就愈好的观念,往往只选耐压大的TVS元件,但是忽略箝制电压选择的重要性,以下的示意图显示,TVS的工作曲线需要位于受保护Main IC的工作电压与Main IC最大忍受电压之间的安全区域,才是最佳TVS的选择。

一味追求高冲击电压耐受的TVS,例如选到位于示意图最左侧的不安全区间时,TVS虽然提早启动保护,也足够强壮而打不死,但是后面受保护的Main IC却因为无法到达工作电压而发生异常形成讯号完整度(Signal Integrity)受破坏的结果,而且仍继续导电的情况下形成栓锁(Latchup)效应,因此变得发烫,时间一久,就有闷烧甚至发生火灾的风险,这个选错TVS的案件,产品被迫从市场上回收,万一设计不良而有刑事责任时,巨额的赔偿对厂商而言更是所费不赀,错误TVS规格的选择,因小失大。

又例如选到位于示意图最右侧的不安全区间时,在产品做静电测试时,或许TVS的箝制电压在所选的测试规格下没有超过Main IC最大忍受电压而使测试过关,但在产品使用者端若遇到比测试规格高的静电能量时,产品故障的模式会是Main IC坏掉而TVS是好的,这会混淆事后的故障分析方向而无法结案。

随著消费者意识抬头,与环保概念提高,产品的可靠性、耐用度也逐渐被消费者所重视,正确选择TVS规格(位于示意图安全区间的TVS),除了适当保护Main IC之外,也可以当作使用环境的静电能量及瞬时杂讯能量的传感器(Sensor),藉由检测因为TVS阵亡回修的产品,而重新修正客户的静电保护的规格,让产品更臻完美,这是因应消费性电子产品在乾冷的高纬度地区的静电适应性问题,为了让产品在不同的场域下能有完善的操作性能,保护产品品牌价值,所以正确选择TVS,让客户建立正确的保护产品的观念,是一举多得的好处。

摆脱价格天花板限制,展望TVS良品裸晶圆的新契机

正确使用TVS元件,为品牌客户降低产品维修与产品回修的成本,逐渐成为各种电子产品的标准配备,应用面愈来愈大,多样化与小封装尺寸的TVS元件当然重要,随著系统产品广泛采用深次微米制程的处理器,维持其运行所需的电压也以3.3V以降的低电压为主,象是2.5V、1.8V与1.2V,一直到新兴的0.9V不等,低电压带来的低功耗的优势,但对于电源杂讯的容忍度也随之下降,所以客制化能力是让是推动TVS需求畅旺的终极武器。

展望TVS市场发展前景,晶焱锁定五大类的应用,分别是计算机IT装置、消费性电子、医疗、车用电子与工控应用,未来使用TVS的机会与数量会愈来愈大,物联网小型化装置在各种智能应用上愈来愈多,但是TVS平均单价也会降低,为了新兴的3D封装与SiP芯片的盛行,单独裸晶(Bare die)的TVS晶圆的出货型态逐渐成气候,新的生意机会源源不断,而保护元件厂商也能在这样的潮流下,找到更多应用的市场,并与品牌厂商或系统厂商站在一起,共同扞卫终端消费者的最大权益。

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