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晶焱科技推廣優選TVS箝制電壓的靜電防護解決方案

TVS的ESD箝制電壓曲線。

靜電在生活的周遭隨處可見,是半導體晶片常見的殺手,對於由半導體所組成的電子系統而言,面對環境中無法掌握的靜電風險,這些輕則導致電子系統暫時失效,重則直接造成損害,所以保護電子系統可以正常運作,完整的靜電防護解決方案是不可或缺的。

靜電防護的對策從半導體在晶圓廠內製程中就開始了,降低靜電襲擊可以透過晶片內部電晶體的適當布局排列的方式,增加半導體晶片對ESD(靜電放電;Electrostatic Discharge)的耐受度,確保晶片生產製程中如封裝與測試時可以受到防靜電的保護,目前各家晶圓廠透過Design rule提供晶片在製造時的靜電防護。

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姜信欽認為晶焱科技證明自己的價值與獨具之眼的精準眼光,緊緊的掌握TVS零組件的發展契機。

面對電子裝置愈變愈輕薄短小,金屬機殼覆蓋面愈來愈少的現實,靜電保護元件的重要性扶搖直上,獨立的防靜電IC粉墨登場,雖然只是一個設計小巧的被動元件,但是往往發揮小兵立大功的重要角色。

晶焱科技是台灣第一家專門提供各項ESD相關產品與解決方案的供應商,也是全台首家以半導體製程方式,研發出系列靜電保護元件,透過在台灣的晶圓代工服務,提供專屬的客製化產品,其產品大幅度應用在行動裝置上,舉凡筆記型電腦、PC、智慧型手機、液晶顯示器等系統上,而且隨著使用的種類各異,一台裝置上動則用上一、二十顆靜電保護IC做為保護,已經司空見慣。

晶焱科技總經理姜信欽博士表示,利用獨門的ESD核心技術,針對系統廠商的產品保護需求,研發出量身定製的ESD防護元件與完整的解決方案,是公司的核心競爭力,產品線隨著不同的規格與客製化的要求而產生非常多品項,以瞬態電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)簡稱TVS為大宗,這是一種二極體形式的高效能保護元件,通常每一條輸出入訊號線或接線接口都會使用防靜電的IC,近年來手機、筆記型電腦等產品逐漸走向小型化、高速傳輸與省電的趨勢,這固然讓電子裝置功能更強、更便於攜帶、電池驅動使用時間更長久,但這些設計也同步暴露出對靜電襲擊的脆弱性,其往往會危及電子裝置與設備的穩定性與可用性。

尤其在高傳輸通訊埠週邊如HDMI、USB 3.1、Thunderbolt等新興介面,更是TVS元件的愛用者,藉此強化裝置與設備運作的穩定性,為最新一代智慧型手機、筆記型電腦和平板電腦使用的高速介面及天線,提供堅實的靜電耐用性並改善訊號品質。

姜信欽表示,晶焱擅長於客製化設計,透過與客戶緊密互動與合作的生意模式,走出一條與眾不同的發展道路,對於許多評論只擁有單一屬性的晶焱產品線,而對其持續成長的榮景顯得有所猶豫與疑慮的旁觀者,晶焱透過15年來逐年成長的成績,證明自己的價值與獨具之眼的精準眼光,掌握比一般的零組件廠商更早看到市場契機。

選擇正確的TVS箝制電壓,一本萬利

ESD瞬間高電壓的衝擊下,TVS能即時導通並引開瞬時放電衝擊,考量TVS元件是否有效地保護主功能IC(Main IC)時,除了須考慮TVS反應速度之外,更需要審慎選對TVS啟動保護的箝制電壓(Clamping Voltage)規格,以避免因為選錯規格而導致整個電子裝置引發系統重置、當機甚至燒毀損傷,或是更極端的個案更引發火災的風險。

姜信欽看到產業界經常因為錯誤的思維而產生的盲點,由於電磁相容測試(EMC)迷信耐受愈高的衝擊電壓就愈好的觀念,往往只選耐壓大的TVS元件,但是忽略箝制電壓選擇的重要性,以下的示意圖顯示,TVS的工作曲線需要位於受保護Main IC的工作電壓與Main IC最大忍受電壓之間的安全區域,才是最佳TVS的選擇。

一味追求高衝擊電壓耐受的TVS,例如選到位於示意圖最左側的不安全區間時,TVS雖然提早啟動保護,也足夠強壯而打不死,但是後面受保護的Main IC卻因為無法到達工作電壓而發生異常形成訊號完整度(Signal Integrity)受破壞的結果,而且仍繼續導電的情況下形成栓鎖(Latchup)效應,因此變得發燙,時間一久,就有悶燒甚至發生火災的風險,這個選錯TVS的案件,產品被迫從市場上回收,萬一設計不良而有刑事責任時,巨額的賠償對廠商而言更是所費不貲,錯誤TVS規格的選擇,因小失大。

又例如選到位於示意圖最右側的不安全區間時,在產品做靜電測試時,或許TVS的箝制電壓在所選的測試規格下沒有超過Main IC最大忍受電壓而使測試過關,但在產品使用者端若遇到比測試規格高的靜電能量時,產品故障的模式會是Main IC壞掉而TVS是好的,這會混淆事後的故障分析方向而無法結案。

隨著消費者意識抬頭,與環保概念提高,產品的可靠性、耐用度也逐漸被消費者所重視,正確選擇TVS規格(位於示意圖安全區間的TVS),除了適當保護Main IC之外,也可以當作使用環境的靜電能量及暫態雜訊能量的感測器(Sensor),藉由檢測因為TVS陣亡回修的產品,而重新修正客戶的靜電保護的規格,讓產品更臻完美,這是因應消費性電子產品在乾冷的高緯度地區的靜電適應性問題,為了讓產品在不同的場域下能有完善的操作性能,保護產品品牌價值,所以正確選擇TVS,讓客戶建立正確的保護產品的觀念,是一舉多得的好處。

擺脫價格天花板限制,展望TVS良品裸晶圓的新契機

正確使用TVS元件,為品牌客戶降低產品維修與產品回修的成本,逐漸成為各種電子產品的標準配備,應用面愈來愈大,多樣化與小封裝尺寸的TVS元件當然重要,隨著系統產品廣泛採用深次微米製程的處理器,維持其運作所需的電壓也以3.3V以降的低電壓為主,像是2.5V、1.8V與1.2V,一直到新興的0.9V不等,低電壓帶來的低功耗的優勢,但對於電源雜訊的容忍度也隨之下降,所以客製化能力是讓是推動TVS需求暢旺的終極武器。

展望TVS市場發展前景,晶焱鎖定五大類的應用,分別是電腦IT裝置、消費性電子、醫療、車用電子與工控應用,未來使用TVS的機會與數量會愈來愈大,物聯網小型化裝置在各種智慧應用上愈來愈多,但是TVS平均單價也會降低,為了新興的3D封裝與SiP晶片的盛行,單獨裸晶(Bare die)的TVS晶圓的出貨型態逐漸成氣候,新的生意機會源源不斷,而保護元件廠商也能在這樣的潮流下,找到更多應用的市場,並與品牌廠商或系統廠商站在一起,共同捍衛終端消費者的最大權益。

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