应用于穿戴式装置之ESD保护元件
- 尤嘉禾
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穿戴式电子产品蓬勃发展如智能手表、智能眼镜、穿戴式医疗产品、运动管理产品、移动导航产品都是现今科技产业最关注的焦点。而这些穿戴式电子产品由于频繁地与人体接触，很容易受到静电放电(ESD)的冲击。
此外，这些电子产品所采用的IC大多是使用最先进的半导体制程技术，所使用的元件闸极氧化层很薄且接面很浅，很容易受到ESD的冲击而造成元件损伤。因此，穿戴式电子产品需要额外的ESD保护元件来提升产品的可靠性。
针对这些穿戴式电子产品所使用的ESD保护元件需符合下列几项要求：
第一、为符合这类电子产品轻薄小巧、易于携带的需求，ESD保护元件的尺寸必须够小，例如0402封装尺寸，甚至0201封装尺寸，以达到在PCB设计上兼具高聚集度及高度弹性的优势。
第二、ESD保护元件的漏电流必须要低。低漏电流才能延长系统电池的续航力，符合穿戴式电子产品的使用需求。通常要求ESD保护元件的漏电流必须小于100nA。
第三、针对高速信号的应用，ESD保护元件接脚本身的寄生电容必须要小，避免信号受到干扰。例如使用在天线(antenna)的ESD保护元件，必须考虑到天线所使用的频段，不同频段所能够接受的最小寄生电容值，通常使用在天线的ESD保护元件其寄生电容值必须小于1pF，甚至更低。
第四、ESD保护元件所适用的最大工作电压及单向或双向特性的选择，必须考虑信号上下摆动的最高及最低电压，避免信号受到影响。
第五、ESD保护元件本身对ESD冲击的耐受能力必须要高，最少要能承受IEC 61000-4-2接触模式8kV的ESD轰击。
第六、也是最重要的，ESD保护元件在ESD事件发生期间所提供的箝制电压(clamping voltage)必须要够低，除了提供受保护电路免于遭受静电放电的冲击而造成永久的损伤，还要能确保信号传输不会受到ESD的干扰。
晶焱科技拥有先进的ESD防护设计技术，针对穿戴式电子产品，利用自有专利技术设计提供最完整的ESD解决方案。除了0402与0201单通道的ESD保护元件，更推出一系列0402双通道的ESD保护元件，如表一所列。
其中0402 DFN封装大小仅有 1.0mmx0.6mm，厚度只有0.5mm高；0201 DFN封装大小更是仅有0.6mmx0.3mm，厚度只有0.3mm高，可以满足穿戴式电子产品轻薄小巧对于元件封装的严苛要求。
如此细小的封装尺寸，更可以整合到系统模块，作为系统ESD的防护将更具弹性。值得一提的是，0402双通道的ESD保护元件与两颗0201单通道的ESD保护元件相比，具有节省PCB空间、降低成本、具较佳ESD保护能力等优势，为穿戴式电子产品ESD防护较佳的选择。
针对低漏电流的要求，已开发出极低漏电流的ESD保护元件，其中AZ5365-01F与AZ5765-01F的漏电流小于10nA，在穿戴式电子产品使用上具有极佳的优势。
针对天线的ESD防护，推出极低电容ESD保护元件，其中AZ5365-01F及AZ4617-01F的寄生电容只有0.4pF，应用于天线的ESD防护，能确保信号的完整度，不受影响。AZ4617-01F适用于最大工作电压17V，具极低电容与双向特性，极适用于NFC(Near Field Communication)应用中的天线保护。
另外，针对高速接口如USB 2.0或是USB 3.0的ESD防护，推出一系列0402双通道极低电容ESD保护元件，其中AZ5313-02F的电容只有0.35pF，能确保高速信号的完整度，不受影响。
在ESD耐受能力方面，这系列ESD保护元件都能满足IEC 61000-4-2接触模式至少10kV的ESD轰击，其中AZ5825-01F的ESD耐受度可高达30kV。
在ESD箝制电压的表现，这系列ESD保护元件拥有最低的ESD箝制电压，可有效防止信号受到ESD冲击所干扰，让系统有机会通过Class-A的IEC 61000-4-2系统级静电放电测试。利用传输线脉冲系统(TLP)测量具0.35pF极低电容的0402双通道保护元？AZ5313-02F，如图一所示。
量测结果等效IEC 61000-4-2接触模式8kV测试的箝制电压为9V，为目前业界相同应用产品的最佳表现，能提供系统产品于ESD测试时最佳的防护效果。而针对低电压的应用，更开发出1.2V的ESD保护元件？AZ6112-01F，具极低的ESD箝制电压能提供穿戴式电子产品最佳的ESD保护效果。
随着消费者对电子产品的使用品质要求越来越高，ESD保护元件的箝制电压以及寄生电容需要设计得越来越低，晶焱科技将持续发展更先进的防护设计技术来满足这项需求。(本文由晶焱科技设计研发部林昆贤处长提供，尤嘉禾整理)
