大毅科技：淺談被動式保護元件

圖1，被動保護元件分類。

薄膜製程(黃光微影製程)與厚膜製程，是現代被動元件的兩個重要製程，大毅科技將兩個製程發揮得淋漓盡致，甚至將兩種製程混合使用，創造最大效率與產品效能。

保護元件零零總總，可分為主動式與被動式，大毅科技生產之保護元件，主要是以被動式保護元件為主，如圖1。

電流保護元件即俗稱的保險絲，在應用上可細分為一次及多次型，目前由於朝向綠色設計，在功耗方面相對減低，換言之低電流低功率之保險絲產能需求將會大增。其工作原理乃是利用電流之焦耳定律(W=Pt=I^2 Rt=V^2/R t)將電流轉換為熱量，此熱量則提供融斷保險絲內之金屬層能量使電路開路，進而保護後端元件之安全性，小電流之保險絲其瓶頸在於如何克服湧浪電流(Inrush Current)，避免開機之湧浪電流對保險絲造成永久破壞。

有線的通訊自從USB火紅後，其應用就越來越多，像是IEEE 1394、HDMI、VGA Port，也因為傳輸速度快，其傳輸資訊相對的對雜訊之耐受度要更高，因此需要低容值之ESD保護元件，大毅科技因應市場開發出低容值之Max Guard之ESD保護元件，實測眼圖如圖2所示，其效能非常之好。當然於無線通訊中之Base Band前級也會有ESD保護元件。

人體上常帶有靜電，因應此靜電會對電器產品產生放電之危害，因此有了靜電放電ESD(Electro-Static discharge)之防治機制，ESD會導致電子設備嚴重損壞或操作失常。靜電對器件造成的損壞有顯性和隱性兩種。隱性損壞在當時看不出來，但會使器件變得更脆弱，在過壓、高溫等條件下極易損壞。ESD之破壞能量通常會有兩種物理量呈現，一為「電流」由ESD電流產生熱量導致設備的熱失效，另一為「電壓」，由高電壓將絕緣擊穿，最嚴重之破壞通常都是兩種效應並行，例如，絕緣擊穿可能引發大的電流，這又進一步導致熱失效。ESD除了對電路造成損傷外，通常伴隨而來對電子電路的干擾，通常干擾可分為傳導干擾與輻射干擾兩大類，這當然也是保護元件的範疇。通常電器產品中需要進行ESD防護的部位有：USB介面、HDMI介面、IEEE1394介面、天線介面、VGA介面、DVI介面、按鍵電路、SIM卡、耳機及其他各類資料傳輸介面，另外LED之ESD保護亦是本公司之研發重點，因任何電器產品均須做ESD防護，避免靜電對產品破壞。

在溫度保護方面，目前市面上有NTC、PTC、PPTC和TCO等4種，前2種為負溫度係數與正溫度係數之保護元件，即俗稱的熱敏電阻，第3種為多次型的保險絲(Resettable Fuse)，PPTC核心由高分子材料和導電顆粒製成，兩端以鎳製成電極，外部包以樹脂或塑料薄膜。在低溫時，聚合物結晶間的導電粒子構成三維網路，呈現導通狀態。當電流過大，致使溫度升高時，體積膨脹，聚合物由結晶態轉為非結晶態，使導電粒子的連接網路斷裂，因而不導通或絕緣。當溫度降低，且不再有大電流後，待一小段時間恢復結晶狀態，又可導通。PPTC特性是在正常電流情況下呈現低電阻，約數mΩ到數Ω之間。在過電流故障下，電阻急劇升高，從而保護後端電路。由於具有優異的可恢復特性，用於過電流保護時，在故障消除之後，電路可自動恢復到導通狀態。在TCO(Thermal Cutoffs)方面，其利用電功率產生溫度，當阻體溫度到達其額定溫度時，TCO則會將電路開路，達到保護效果。

保護電路效果的發揮，需要優良的保護元件當後盾，大毅科技從厚膜電阻一路走來，經歷了薄膜電阻，並發展了一系列的保護元件，包含電流、電壓與溫度類之保護元件、LED散熱基板與LED散熱基板之ESD保護元件，並經常參與國際大廠之研發計畫，共同研發新產品以提供更完整的客戶服務。(本文作者為大毅科技研發中心協理)