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浅谈被动式保护元件2011年09月07日

薄膜制程(黄光微影制程)与厚膜制程,是现代被动元件的两个重要制程,大毅科技将两个制程发挥得淋漓尽致,甚至将两种制程混合使用,创造最大效率与产品效能。
  保护元件零零总总,可分为主动式与被动式,大毅科技生产之保护元件,主要是以被动式保护元件为主,如图1。
  
电流保护元件即俗称的保险丝,在应用上可细分为一次及多次型,目前由于朝向绿色设计,在功耗方面相对减低,换言之低电流低功率之保险丝产能需求将会大增。其工作原理乃是利用电流之焦耳定律(W=Pt=I^2 Rt=V^2/R t)将电流转换为热量,此热量则提供融断保险丝内之金属层能量使电路开路,进而保护后端元件之安全性,小电流之保险丝其瓶颈在于如何克服涌浪电流(Inrush Current),避免开机之涌浪电流对保险丝造成永久破坏。
  有线的通讯自从USB火红后,其应用就越来越多,象是IEEE 1394、HDMI、VGA Port,也因为传输速度快,其传输信息相对的对杂讯之耐受度要更高,因此需要低容值之ESD保护元件,大毅科技因应市场开发出低容值之Max Guard之ESD保护元件,实测眼图如图2所示,其效能非常之好。当然于无线通讯中之Base Band前级也会有ESD保护元件。
  人体上常带有静电,因应此静电会对电器产品产生放电之危害,因此有了静电放电ESD(Electro-Static discharge)之防治机制,ESD会导致电子设备严重损坏或操作失常。静电对器件造成的损坏有显性和隐性两种。隐性损坏在当时看不出来,但会使器件变得更脆弱,在过压、高温等条件下极易损坏。ESD之破坏能量通常会有两种物理量呈现,一为「电流」由ESD电流产生热量导致设备的热失效,另一为「电压」,由高电压将绝缘击穿,最严重之破坏通常都是两种效应并行,例如,绝缘击穿可能引发大的电流,这又进一步导致热失效。ESD除了对电路造成损伤外,通常伴随而来对电子电路的干扰,通常干扰可分为传导干扰与辐射干扰两大类,这当然也是保护元件的范畴。通常电器产品中需要进行ESD防护的部位有:USB接口、HDMI接口、IEEE1394接口、天线接口、VGA接口、DVI接口、按键电路、SIM卡、耳机及其它各类资料传输接口,另外LED之ESD保护亦是本公司之研发重点,因任何电器产品均须做ESD防护,避免静电对产品破坏。
  在温度保护方面,目前市面上有NTC、PTC、PPTC和TCO等4种,前2种为负温度系数与正温度系数之保护元件,即俗称的热敏电阻,第3种为多次型的保险丝(Resettable Fuse),PPTC核心由高分子材料和导电颗粒制成,两端以镍制成电极,外部包以树脂或塑料薄膜。在低温时,聚合物结晶间的导电粒子构成三维网络,呈现导通状态。当电流过大,致使温度升高时,体积膨胀,聚合物由结晶态转为非结晶态,使导电粒子的连接网络断裂,因而不导通或绝缘。当温度降低,且不再有大电流后,待一小段时间恢复结晶状态,又可导通。PPTC特性是在正常电流情况下呈现低电阻,约数mΩ到数Ω之间。在过电流故障下,电阻急剧升高,从而保护后端电路。由于具有优异的可恢复特性,用于过电流保护时,在故障消除之后,电路可自动恢复到导通状态。在TCO(Thermal Cutoffs)方面,其利用电功率产生温度,当阻体温度到达其额定温度时,TCO则会将电路开路,达到保护效果。
  保护电路效果的发挥,需要优良的保护元件当后盾,大毅科技从厚膜电阻一路走来,经历了薄膜电阻,并发展了一系列的保护元件,包含电流、电压与温度类之保护元件、
LED散热基板与LED散热基板之ESD保护元件,并经常参与国际大厂之研发计画,共同研发新产品以提供更完整的客户服务。