君耀电子的ESD防护解决方案

大家上午好，我是君耀电子的李泽建，今天非常高兴跟大家分享一下消费电子产品的ESD防护，君耀电子是专业的电路保护元器件生产商，主要是致力于提供电力 保护解决方案。首先我会花大概几分钟时间介绍一下君耀电子，接下来就会进入主题。
   
什么是保护？其实电镀保护有点像人有时候要买保险，车要买车险是一样的道理，它在正常的情况下看不到作用所在，一旦电路出现浪涌、脉冲，这时候所起的作用 就非同小可。我们大概在五六年前拜访客户，跟客户讲保护元器件，那时候可以说很多工程师还是不解，但是现在很多工程师对这方面的研究都比较透彻了，平时看 他提出的问题也是比较有深度。从这方面来看的话，电路保护越来越受到关注。我再介绍一下君耀电子的办公及工厂，君耀电子1996年在台湾成立，在大陆这边 2001年在深圳成立公司，在2002年的时候在上海成立，在2004年在北京成立，2005年在香港成立，2007年的时候我们成立了自己的生产工厂， 在龙岗。同年控股的联顺电子在惠州成立。在2009年的时候君耀电子在美国硅谷成立，标志着迈向国际化的步伐。我们在美国硅谷一些大公司，我们从他们的研 发设计导入，从更多方面了解客户在保护方面的需求以及应用应该的信息。目前君耀电子的组织架构分为国内事业部，分为深圳、上海、北京公司，海外事业部具体 分欧美地区及亚太区，欧美是美国公司和巴黎代理商，亚太地区是韩国首尔和孟买。研发方面可以决策企业的未来，这是一个企业的生存之本，两个工厂在这方面把 关、负责。这是君耀电子最近五年来运营的数据，左边这个图是财务的运营数据，从最近几年来看，君耀电子还是保持非常高速的发展势头，2012年预计的营业 额可能是在5100万左右，客户已经达到了几千个。客户领域包含了汽车电子、医疗电子、多媒体、军工以及航天等各个领域的客户，包含一些业界的领军企业客 户。
   
下面介绍一下君耀电子的主要产品，我们主要是电路保护元器件的生产供应商，我们只做保护器件，保护器件可以分为过流的保护器件和过压的 保护器件。它可以从18V做到1800V，几乎涵盖所有的电网电压。TVS管反映速度以及钳制电压的特性非常好，它一般会用在交直流系统以及低频信号的保 护。这种蓝色叫大功率的TVS管，它兼并了电压能力强的特点，这个产品目前在一些新能源、汽车电子上面用得比较多。静电保护元器件有好几种，今天这里说的 是TVS静电保护元器件。
   
首先卡看一下压敏电阻，它的难点是在低压部分，低压的范围比较窄，工艺制程是比较难的，我们有专门低压的配方以及大通流的产品。我们有优质稳定的大通流产 品，对耐疲劳方面有比较高的要求。再来看一下TVS二极管，还有高可靠性。TVS有贴片以及插件，在强效放电管，特殊的芯片技术保证这种高电压以及通流能 力，玻璃发电管可以从140V做到6000V，这个体积非常小。君耀电子历年来还取得了一些专利，一种是半导体，还有一种是以太网保护电路，还有就是压力 保护装置。我们取得的认证方面大致介绍一下，我们有自己的UL实验室，我们在去年已经取得了UL的认可，比如大陆的客户要做测试可以提供平台。我们的产品 要出口外销的话，欧美国家的这些认证是必不可少的。我们已经是华硕绿色产品合作伙伴，荣获中国十大半导体品牌的称号。我们实验室可以提供的一些服务，目前 实验室面对的客户都是免费开放的，在可靠性方面就是做到高低温存储，高温蒸煮、温度循环，可焊性测试。我们主要的客户是中兴、华硕、摩托、比亚迪、佳能 等。
   
下面再介绍一下电子产品的ESD防护解决方案。ESD的危害大家都知道，它轻则破坏电子产品，重的话会直接损坏甚至毁灭性的。早前美国有报道电子工业在 ESD方面的损失一年可以达到数十亿美元之多，我们可以看电子产品的特点，涉及的面是非常广的。像我们现在用的智能手机、平板电脑、电视以及其他家电，除 了大家电以外，大部分产品都是向轻薄方向发展，这样就迫使工艺必须从之前的微米级别向纳米级别进步。现在由于工艺的缩小，无法在本身芯片上做ESD的防 护，这就迫使外部的ESD防护变得越来越必要。自动化程度高，单键操控，触控技术应用广泛。还有就是I/O接口的广泛应用，如USB2.0/3.0等。经 过上面的分析，外加ESD保护已经变得非常重要，只有通过这种方式提高电子产品的稳定性和可靠性。

ESD的一些测试标准，国际上是IEC61000—4—2，国内是GB17626.2。ESD的保护产品非常有必要，一般来说ESD电路保护产品有哪些 呢？现在市面上碰到的主要是三重，一种是贴片压敏电阻，另一种是高分子结合物，第三种是TVS，为什么会有这三种呢？从保护的策略上来分析一下，贴片压敏 就是两方面的材料，跟插件非常太大的差别，保护的方式相当于施展少林功夫，是用身体去抵抗。这样势必造成什么呢？在保护的同时自己会受伤，所以保护完之 后，会造成不可恢复的漏电通道，它比较容易裂化，这样就会失去它原有的保护功能。高分子结合物跟贴片压敏有点类似，它采用的是杀毒的方式，它在保护的策略 方面有点类似于打太极，重点是采取卸放的方式，自身受到的损伤会小很多，重复性会比较好。
   
这里重点谈一下TVS在电子产品中的应用。它在正常的情况下呈现高阻抗状态，当线路出现异常浪涌时，它能以纳秒级别的速度响应，迅速从高阻状态向低阻状态 转变，给予异常浪涌提供低导通路径，同时异常电压限制在一个安全范围之内，从而起到保护后面电路的作用。当异常浪涌消失之后，又非常到高阻抗的状态。当干 扰脉冲超过动作电压的时候，会把尖峰的部分钳制住释放掉，这列举的是双向的，正向来就这样，反向来就那样，无论从哪个方向来都可以保护好。再介绍一下 TVS的产品特性，它是限压型的过压保护器件，导通电压低，结点电容低，可用于高频信号线路保护。它的漏电流低，都是UA级别。有分立式和集成式封装，它 可以从两条腿一直做到十六条腿。再看一下电性方面的参数，一个是反向截止电压，还有就是漏电流、击穿电压、峰值脉冲功率PPPM，电容量主要是刚才讲到 的，高度在一些高频或者传输信号完整性方面要考量的问题。在选型方面，大概要注意的地方是一个基本的原理，它的反向截止电压一定要大于线路最大正常工作电 压，钳位电压要小于线路的最大耐受电压，在峰值脉冲功率大于外界可能出现的脉冲功率。
再介绍一些ESD防护的实例，TVS主要是两个方面，一个是封装，还有一个是密封结构，它密度结构会不一样，这里大致列了几种比较主流的ESD保护产品， 下面以案例的方式再进一步说明一下。首先在HDMI上，我们知道它的传输速率是非常大的，1.3的版本可以高大几个G，这个产品可以做两个数据线的保护， 所占空间比较小，在这里应用的话是比较合适的。eSATA的ESD防护，基本上可以到0.8皮法左右。在USB2.0的防护上，这里有两种产品，有的 USB有的是两个口，有的是单个口，单个口用的比较多的就是这种结构，双端口的就是这边的这种结构。

USB3.0传输速率比2.0快了10倍，就是多了两 倍数据线的传输，可以用过流的保护器件PPTC，在数据线上面也可以采用UDD，这个可以看客户的要求。在RJ45的防护，这个方案是比较经典的方案，这 里巧妙地应用SPG玻璃发电管。这是RS485方面的保护方案，这也是一样的，放电管放到前端。这是TV  Power的解决方案，在交流电进来的时候会用到压敏电阻进行防护，在整流以后会用TVS管做进一步的钳制，在一些输出端适当地加一些二次保护。这是多路 数据线的ESD保护，这是更多路的。再讲一个超小型化封装产品，这是0201的，目前风靡全球的iPhone有可能就是用这种元件。