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0201封裝尺寸且超低電容的靜電放電保護元件2012/04/25

晶焱科技 設計研發部 姜信欽副總

可攜式電子產品如手機、PDA、GPS、數位電視等已成為行動生活之必需品。而這些電子產品由於頻繁地與人體接觸,很容易受到靜電放電(ESD)的衝擊。此外,這些電子產品所採用的IC大多是使用最先進的半導體製程技術,所使用的元件閘極氧化層很薄且接面很淺,很容易受到ESD的衝擊而造成損傷。因此,這些電子產品需要額外的ESD保護元件來避免ESD衝擊產生系統當機,甚至硬體受到損壞。

針對這些可攜式電子產品所使用的ESD保護元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、易於攜帶的需求,ESD保護元件的尺寸必須夠小,例如0402封裝尺寸,甚至0201封裝尺寸,以達到在PCB設計上兼具高聚集度及高度彈性的優勢。

第二、ESD保護元件接腳本身的寄生電容必須要小,避免訊號受到干擾。例如使用在天線(antenna)的ESD保護元件,必須考慮到天線所使用的頻段,不同頻段所能夠接受的最小寄生電容值,通常使用在天線的ESD保護元件其寄生電容值必須小於1pF,甚至更低。

第三、ESD保護元件所適用的最大工作電壓及單向或雙向特性的選擇,必須考慮訊號上下擺動的最高及最低電壓,避免訊號受到影響。例如使用在手機的天線,訊號最高電壓通常會超過10V且最低電壓會低於0V,必須選擇適用此訊號電壓的雙向ESD保護元件;使用在GPS的天線,最高電壓通常小於5V且最低電壓不會低於0V,可使用5V單向的ESD保護元件。

第四、ESD防護元件本身對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轟擊。

第五、也是最重要的,ESD保護元件在ESD事件發生期間所提供的箝制電壓(clamping voltage)必須要夠低,除了提供受保護電路免於遭受靜電放電的衝擊而造成永久的損傷,還要能確保訊號傳輸不會受到ESD的干擾。
針對這些可攜式電子產品,對於ESD保護元件的設計需要同時符合上述所有要求,困難度變的很高。

晶焱科技擁有先進的ESD防護設計技術,針對可攜式電子產品,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、單通道的ESD保護元件,如表一所列。其中0402 DFN封裝大小僅有 1.0 mm x 0.6 mm,厚度只有 0.55 mm 高;0201 DFN封裝大小更是僅有 0.6 mm x 0.3 mm,厚度只有 0.3 mm 高,可以滿足可攜式電子產品輕薄小巧對於元件封裝的嚴苛要求。如此細小的封裝尺寸,更可以整合到系統模組,作為系統ESD的防護將更具彈性。
 


表一 晶焱科技推出小尺寸低電容ESD保護元件


尤其針對天線的ESD防護,推出極低電容ESD保護元件,其中AZ5325-01F及AZ4217-01F的寄生電容只有0.5pF,應用於天線的ESD防護,能確保訊號的完整度,不受影響。另外,特別針對應用於RFID天線及手機天線推出AZ4217-01F,這是目前業界唯一提供適用於最大工作電壓17V,具有0402封裝尺寸、極低電容、雙向特性的ESD保護元件,極適用於NFC(Near Field Communication)應用中的天線保護。

在ESD耐受能力方面,這系列ESD保護元件都能滿足IEC 61000-4-2接觸模式至少8kV的ESD轟擊,其中AZ5A15-01F使用0201封裝尺寸其ESD耐受度更可高達15kV。

在ESD箝制電壓的表現,這系列ESD保護元件擁有最低的ESD箝制電壓,可有效防止訊號受到ESD衝擊所干擾,讓系統有機會通過Class-A的IEC 61000-4-2系統級靜電放電測試。利用傳輸線脈衝系統(TLP)測量具低電容的5-V雙向ESD保護元件–AZ5325/AZ5425-01F及5-V單向ESD保護元件–AZ5215-01F,分別如圖一及圖二所示。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,與其他相同應用的產品作比較,均具有最低的箝制電壓,其中AZ5215-01F箝制電壓更僅有11V,能提供系統產品於ESD測試時最佳的防護效果。

隨著消費者對可攜式電子產品的使用品質要求越來越高,ESD保護元件的箝制電壓也需要設計得越來越低,晶焱科技將持續發展更先進的防護設計技術來滿足這項需求。


圖一 5-V雙向ESD保護元件的TLP測試曲線
 
圖二 5-V單向ESD保護元件的TLP測試曲線

 

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