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暫態電壓抑制器(TVS)峰值脈衝功率(Peak Pulse Power)參數之迷思2012/01/01

晶焱科技 設計研發部 李健銘副理

靜電放電是影響電子產品良率和可靠度的主要因素,隨著電子產品擁有熱插拔介面的數目大增,以及消費者使用行為的改變,在在都使靜電放電對電子產品的危害更加劇烈,目前眾多國際電子大廠為了提升自家產品的品質,紛紛將靜電放電測試規格要求提高到Class A的等級。而在眾多的靜電保護器產品中,暫態電壓抑制器陳列(TVS array)因為具有導通速度快、箝制電壓低等諸多優點,而成為能夠通過嚴苛且高標準靜電放電測試Class A等級的最佳選擇。也因為TVS array具有對抗靜電放電危害最佳的效能,所以吸引國際諸多廠商投入研發生產,目前市面上有玲瑯滿目的TVS array品牌可以供系統廠商做選擇,因此,如何選擇最適合的TVS array,已經成為系統廠商在處理靜電放電測試上最重要的議題。


根據以往一般大眾的認知,總認為具有越高的峰值脈衝功率(Peak Pulse Power),就是有越好的TVS效能,因此我們就此一參數來做一分析探討。根據公式,峰值脈衝功率可以表示為如下式:

這時若是以峰值脈衝功率來做選擇,將會選擇到TVS-2,可是細看之下,可以發現TVS-2的箝制電壓高達20V,遠高於TVS-1的箝制電壓8V。箝制電壓高的TVS-2對後端被保護的IC是一大潛在危害,將影響靜電放電能力能否通過Class A的嚴格測驗。因為隨著IC製程技術的進步,IC可以容許的耐受電壓值下降的很劇烈,連帶導致整體系統的錯誤功能門檻電壓(System Malfunction Threshold Voltage)降低,所以若選擇的TVS其箝制電壓高過系統錯誤功能門檻電壓,終將無法通過Class A的靜電放電要求。


因此就TVS的選擇上,還是應以箝制電壓的參數為第一優先考量。事實上,單獨的TVS雷擊耐受能力是視其 值的大小,而若是要考量TVS保護後端IC的能力,則是端看 值的大小,而 所代表的物理意義為TVS導散雷擊電流時所消耗的功率,其值倒不是那麼重要。
 

由於靜電放電只有奈米秒的時間,因此屬於高頻的雜訊,無法直接用一般示波器量測出來。目前只有傳輸線波形系統(Transmission Line Pulse System)才能夠量測正確的TVS靜電放電箝制電壓,TLP系統是製造一類似靜電奈米等級的方波,並且利用內建的阻抗匹配設計來避免反射的發生,因此可以得到最準確的靜電放電箝制電壓值。


隨著積體電路的操作速度需求的增加,以及成本降低的壓力,越來越多的積體電路採用奈米製程的製作方式,因此積體電路的靜電放電承受電壓也急遽下降。未來選擇靜電放電保護元件TVS時,應該選擇具有最低的TLP箝制電壓值,才能擁有最佳的靜電放電保護能力,順利通過最高等級Class A的靜電測試要求。
 

 

 

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