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超小型TVS二極體打造低功耗穿戴式裝置

上網時間: 2016年02月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:瞬態電壓抑制  TVS  二極體  RASMID  ESD 

著眼於成長中的智慧型手機與穿戴裝置市場商機,羅姆半導體(ROHM Semiconductor)開發出尺寸僅0402(0.4x0.2mm)的瞬態電壓抑制(TVS)二極體,可提供±10μm的高精度以及截止電壓低至3.3V的電路保護,滿足行動裝置對於高性能與低功耗的需求,並進一步擴展其RASMID產品系列。

因應智慧型手機與穿戴裝置等行動裝置不斷要求更長電池壽命、小型化與高性能,各種保護電子裝置電路的元件規格與性能也備受重視,特別是目前在各種裝置電路中經常用於防護靜電(ESD)的保護二極體(如齊納二極體與低容量二極體等),除了持續縮小以便為裝置節省板空間、增加裝置功能以外,還必須具備因應各種條件的高ESD保護能力。

可用於保護應用中電子電路瞬間產生瞬態電壓、瞬態電流(較大突波)或靜電傷害的TVS二極體需求正水漲船高。相較於齊納二極體與ESD保護二極體,TVS二極體所能提供的保護項目更多,對於ESD的防護提供更多保證。

業界需要這樣一款多工的TVS二極體來滿足不同應用的保護電路需求。ROHM半導體RASMID開發部課長玉川博詞(Hiroshi Tamagawa)表示,「針對電壓變動較大的應用,必須使用耐靜電突波能力強大的二極體;高速通訊產品通常選用低容值元件;至於需要長時間使用電池的產品,則需要從5V降到3.3V低電量的保護元件。」

為此,ROHM採用LSI製程與分離式元件技術,開發出小型化、高精度與高可靠性的多工TVS二極體,其封裝尺寸從0.6x0.3mm降低到0.4x0.2mm,面積縮小56%,體積也減少了81%,可實現最佳化的高密度封裝。

ROHM應用設計支援部課長蘇建榮表示,全新的VS3V3BxxFS系列TVS二極體是ROHM針對穿戴裝置時代開發RASMID(Rohm Advanced smart Micro Deive)超小型電子元件系列中的最新產品。ROHM RASMID系列包括晶片電阻(0201)、齊納二極體(0402)、蕭特基二極體(0402)與TVS二極體(0402),據悉都已達到了最小尺寸的等級。

而在尺寸精度方面,採用半導體製程的RASMID系列也達到了±10um以下,相形之下,一般產品大約只能達到±20um的精度,因而能進一步縮小元件間的間距,實現高密度安裝。蘇建榮強調,ROHM之所以能達到這一精度,主要與其製程有關。「相較於傳統晶圓製程中採用滾輪進行切割,ROHM採用化學蝕刻切割,讓精度達到了±10um。只要比較傳統0402和RASMID 03015晶片電阻的尺寸精度就可以發現,RASMID元件的各角精度均大幅提升,有些部份甚至還達到5um的精度。」

蘇建榮進一步解釋,「一般產品採用多面電極結構,在側面與底面的電極會產生焊錫應力,當某一側端子的應力較大時,就會造成元件翹起的立碑效應(即曼哈頓現象)。ROHM則採用底面電極的架構,在鍚膏熔解過程中只產生向下應力,而且由於端子精確,不至於產生立碑現象。」此外,高精度的化學蝕刻還可讓RASMID系列將晶片的四個角做成圓弧形,以避免在碰撞時產生缺損破裂的現象,進一步提高可靠度。

ROHM的化學蝕刻製程也為RASMID TVS二極體帶來了低漏電流與低電壓、高ESD承受能力以及高可靠性的優勢。尤其是因應手持式產品節能低功耗的需求,傳統5V電壓的訊號線正逐步降低到3.3V,全新的TVS二極體不僅可為外部電壓大於3.3V的電路啟動電壓保護,並可提供穩定逆電壓。


為了實現小型化以及降低截止電壓,RASMID TVS二極體融合齊納崩潰與雙極技術,不但達到了3.3V截止電壓、減少漏電流,同時讓電路低電壓化,打造節能低功耗的行動裝置

另一方面,隨著產品越做越小,其抗ESD的能力通常也會減弱。蘇建榮強調, ROHM經最佳化的TVS二極體在邁向小型化時,仍保有與傳統5V產品一樣的高ESD能力,符合IEC61000-4-2(150pF/330)8kV標準,提供吸收高突波的能力。此外,由於該元件以純金電極打造,與鍚的附著性較佳,加上採用CSP封裝,在側邊以SiO2絕緣膜包覆,避免接觸過多的鍚膏或漏電流造成電極短路,不僅確保可靠度,並進一步實現高密度封裝。。

事實上,如今的手機尺寸已越做越大,超小型元件是否仍存在較大需求?對此,蘇建榮以iPhone手機為例解釋,「從iPhone 5到iPhone 6,手機的尺寸從4吋增加到5.5吋,電子元件的總個數增加了281個。而在增加的元件中,0402(mm)與0603(mm)等小型元件佔了大半,而較大的1005(mm)元件則減少了16個。」

因此,「從iPhone 6中大約使用了一千多顆被動元件來看,如果都能用小型元件取代的話,就能減少更多佔位空間,讓電池做得更大,從而延長手機的使用時間。」或者,蘇建榮強調,也可以在手機主機板中加入其他IC功能,讓手機功能更強大。

作者:Susan Hong





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