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經典又實用的超低電容小尺寸的ESD保護方案

電子設計 ? 來源:互聯網 ? 作者:佚名 ? 2018-01-15 10:05 ? 次閱讀

便攜式電子產品(例如手機、PDA、GPS、移動數字電視等)已成為移動生活的必需品。而這些電子產品由于頻繁地與人體接觸,很容易受到靜電放電(ESD)的沖擊。另一方面,這些電子產品中的IC大多是采用最先進的半導體工藝技術,它們所使用的組件閘極氧化層很薄且接面很淺,容易受到ESD的沖擊而造成損傷。因此,這些電子產品需要額外的ESD保護組件來避免ESD沖擊造成系統死機,甚至硬件受到損壞。

針對這些便攜式電子產品所使用的ESD保護組件需符合下列幾項要求:第一,為符合這類電子產品輕薄小巧、易于攜帶的需求,ESD保護組件的尺寸必須夠小,例如0402封裝尺寸,甚至0201封裝尺寸,以達到在PCB設計上兼具高集成度及高度可擴展的優勢。

第二,ESD保護組件引腳本身的寄生電容必須要小,以避免信號受到干擾。例如使用在天線上的ESD保護組件,必須考慮到天線所使用的頻段,以及不同頻段所能夠接受的最小寄生電容值,通常使用在天線上的ESD保護組件其寄生電容值必須小于1pF,甚至更低。

第三,ESD保護組件所適用的最大工作電壓及單向或雙向特性的選擇,必須考慮信號上下擺動的最高及最低電壓,以避免信號受到影響。例如,使用在手機中的天線,信號最高電壓通常會超過10V且最低電壓會低于0V,必須選擇適用于該信號電壓的雙向ESD保護組件;使用在GPS中的天線,最高電壓通常小于5V且最低電壓不會低于0V,可使用5V單向的ESD保護組件。

第四,ESD防護組件本身對ESD事件的耐受能力必須要高,最少要能承受IEC 61000-4-2接觸模式8kV的ESD沖擊。

第五,也是最重要的一點,ESD保護組件在ESD事件發生期間所提供的箝制電壓(clamping voltage)必須要足夠低,除了提供受保護電路免于遭受靜電放電的沖擊而造成永久的損傷,還要能確保信號傳輸不會受到ESD的干擾。

針對這些便攜式電子產品,對于ESD保護組件的設計需要同時符合上述所有要求,因此設計難度變得很高。

晶焱科技擁有先進的ESD防護設計技術,針對便攜式電子產品,利用自有的專利技術推出一系列0402 DFN/0201 DFN、低電容、雙向/單向、單信道的ESD保護組件(如表1所列)。其中0402 DFN封裝大小僅為1.0mm×0.6mm,厚度只有0.55mm高;0201 DFN封裝大小更是僅有0.6mm×0.3mm,厚度只有0.3mm高,可以滿足便攜式電子產品的輕薄小巧對于組件封裝的嚴苛要求。如此小的封裝尺寸使其可以集成到系統模塊,作為系統ESD防護將更具彈性。

尤其是針對天線的ESD防護,晶焱科技推出了極低電容ESD保護組件,其中AZ5325-01F及AZ4217-01F的寄生電容只有0.5pF,將其應用于天線的ESD防護,能確保信號的完整性。此外,還特別針對RFID天線及手機天線應用推出AZ4217-01F,這是目前業界唯一一款能夠適用于最大工作電壓17V,具有0402封裝尺寸、極低電容、雙向特性的ESD保護組件,適用于近場通信(NFC)應用中的天線保護。

在ESD耐受能力方面,該系列ESD保護組件能夠滿足IEC 61000-4-2接觸模式至少8kV的ESD沖擊,其中AZ5A15-01F采用0201封裝尺寸,其ESD耐受度更可高達15kV。

在ESD箝制電壓方面的表現,該系列ESD保護組件擁有最低的ESD箝制電壓,可有效防止信號受到ESD沖擊所干擾,使得系統有機會通過Class-A的IEC 61000-4-2系統級靜電放電測試。利用傳輸線脈沖系統(TLP)測量具備低電容的5V雙向ESD保護組件AZ5325/AZ5425-01F及5V單向ESD保護組件AZ5215-01F,其測試結果分別如圖1及圖2所示。觀察TLP電流為17A(等效IEC 61000-4-2接觸模式6kV測試)時的箝制電壓,并與其它相同應用的產品進行比較,這兩款產品均具有最低的箝制電壓,其中AZ5215-01F箝制電壓僅有11V,能提供系統產品在ESD測試時最佳的防護效果。

隨著消費者對便攜式電子產品的使用質量要求越來越高,ESD保護組件的箝制電壓也需要設計得越來越低,晶焱科技將持續開發更先進的防護設計技術來滿足這項需求。

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