半导体器件渗入电路保护市场 现融合趋势

　　虽然变阻器、保险丝和PPTC热敏电阻等被动元器件一直是电路保护中的主角，但电子产品便携化和可靠化等发展需求，使得半导体分立器件和芯片开始在电路保护中锋芒渐甚，例如在ESD静电保护中，TVS/齐纳二极管已经取代了变阻器成为主角。面对这种趋势，传统被动元件制造商在积级开发新材料的同时，也尝试与半导体材料进行融合，例如泰科电子的PolyZen聚合物增强型齐纳二极管微型集成模块，就成功地融合了PPTC与半导体材料，可以提供过流过压综合保护。

　　“过去几年来业界开始对整个保护重视起来，即保护不再仅仅是局限在安全方面，开始上升到使功能不受影响和提高产品可靠性角度上来”，泰科瑞侃(Tyco-Raychem)电路保护产品应用工程经理董?ケ硎荆?“到了这个层面，你会发现原来电路保护的主角是被动元件，现在开始有一些主动元件或芯片充当保护产品，比如电池充电管理芯片。”

　　主动元件不仅加入电路保护，甚至也替代原有被动元件，一个典型的例子就是，在手机等便携产品的ESD保护中，TVS/齐纳二极管已经取代了可变电阻/变阻器(Varistor)成为主角。安森美亚太区标准产品部市场营销副总裁麦满权表示，几年前电子产品对器件封装要求不严格，都选择变阻器，不用TVS，但随着便携产品对尺寸要求越来越严格，TVS越来越受欢迎，变阻器将逐渐退出市场。

　　麦满权解释说，两者最大区别在于，变阻器是利用材料特性吸收能量，钳位电压高，而TVS则利用开关动作泄放能量，钳位电压低。被保护IC随着尺寸缩小而更容易受到ESD损坏，因此要求钳位电压变低。变阻器的工作原理决定其封装越小，钳制能力越低(钳位电压越高)，但TVS的性能则不会随着小型化而降低。另外，变阻器在长期受到电压冲击后，漏电流越来越大，而TVS漏电流很小，而且基本不变。他总结说：“与变阻器相比，TVS有更好的钳制性能、更低的泄漏、更长的使用寿命。”

　　随着尺寸缩小，变阻器越来越难以满足IC的ESD防护需求。

　　安森美的TVS面向三大类ESD应用：标准/低速ESD保护(键区、按钮、电池接头、充电器插口、旁键)、高速ESD保护(USB1.1、USB2.0FS、FM天线、SIM卡)和双向ESD保护(音频线路、扬声器、麦克风)，最小封装为SOD-923封装，尺寸和钳制性能均大大优于0402变阻器。安森美还即将推出更小的SOD-1123封装。不过，对于USB2.0HS、HDMI和RF天线等超高速ESD保护来说，TVS仍不能很好满足需求。由于速度越高，要求TVS的寄生电容越低(低至1pF以下)以减少信号损耗，但电容越低，钳制能力也越低，这是两个相互矛盾的需求。

　　董?ケ硎荆骸澳壳?TVS的电容最低为2~3pF，而我们低电容变阻器的典型值为0.25pF，相差一个数量级”。由于大量的变阻器和二极管厂商充斥ESD保护市场，泰科瑞侃专注于HDMI等超高速市场，以避开竞争。

　　安森美也坦承同时满足低电容和高钳制能力需求的困难，目前其用于USB的TVS电容最低为5pF。但麦满权自豪地表示，安森美已经采用与现有器件完全不同的技术，研发出名为ESD9L的新型TVS工作样片，不久将推出工程样片，电容为1pF左右，钳制能力甚至比现有器件还好，他称：“这将将确定安森美在全球ESD行业的领袖地位”。

　　面对这种半导体器件加入电路保护应用，甚至取代部分被动元件的趋势，董?ケ硎荆?未来泰科在不断改进现有材料的同时，也会做一些半导体产品，更重要的是，泰科将利用现有技术积累，开发一些被动和半导体材料融合的产品。他表示：“如果单单从被动元件的技术发展曲线来看，它经过最初高速创新后已经到了一个顶部，比较成熟，目前没有非常大的创新，都是一些细节上改善。很显然，业界需要另外一个新的开始，新的创新从哪里开始，主要还是新材料的开发，包括我们和其它技术进行融合，我相信未来被动和半导体技术可能会融合。”

　　经过不断尝试后，以PPTC材料闻名的泰科已经成功推出了PolyZen产品，它也是PPTC和半导体材料融合的第一个成功例子。PolyZen微型集成模块组件内置了一个稳压齐纳二极管和一个非线性PPTC电阻层，为采用圆桶型插口作为直流电源输入的便携设备提供过流过压综合保护，避免由于感应电压尖峰、电压瞬变、不正确电源和极性接反所导致的损坏现象，首款PolyZen48V过电压抑制器件现已上市，具有13.2V齐纳钳位电压。董?ブ赋觯骸凹?成模块虽然成本比分立方案贵一些，但好处是空间和元件数量减少，更重要的是性能的提高。两个器件耦合在一起，一是工程师不需要通过很多实验来比对各种故障条件下的耦合，匹配过压和过流参数，二是两个器件耦合在一起时有一个热传导，能利用过压过流之间的热联系，互相保护。总之，集成能够让这两个器件相互匹配，互相保护。”

　　与PolyZen类似的是，泰科还推出了融合PPTC和MOV(金属氧化物压敏电阻)器件的2Pro单片过压/过流保护器，可以为无绳电话、VoIP网关、数据调制解调器、机顶盒和传真机等低成本电信设备提供综合保护。董?デ康魉担?除了现有的独立过压和过流产品外，我们现在更主要的目光放在综合保护上，未来我们将推出更多相关的产品，例如将2Pro衍生产品用于采用市电的家电上，推出面向ESD保护的PolyZen类似产品。