【导读】台湾晶炎认为，随着今天IC制造工艺下探28纳米节点，ESD保护二极管开始遇到三个致命的发展瓶颈：升级换代时间长、反应时间太长和钳位电压做不低，未来TVS取代ESD保护二极管将变成主流发展趋势。
虽然才进入中国大陆市场不久，但脱胎于工研院的台湾晶炎科技有限公司已经认为自己是ESD保护元件的领导厂商，并开始挑战现有的ESD保护二极管市场供应格局。
晶炎科技设计研发部副总经理姜信钦博士对笔者说：“今天的ESD保护二极管未来都将从市场上消失，因为很难满足CMOS工艺不断缩减所带来的ESD保护挑战，取而代之的将是TVS二极管。用半导体工艺制造的TVS将是未来ESD保护市场的终极选择。”
晶炎科技设计研发部副总经理姜信钦
他解释道，随着IC的CMOS制造工艺缩减到今天的40nm和28nm，核心IC的工作电压也已下降到1-1.8V，传统的ESD保护二极管已经很难在保持很小寄生电容的情况下做出很低的钳位电压，而且ESD保护二极管的反应速度也比较慢，很难满足抗8KV以上ESD冲击的要求。采用半导体工艺制造的TVS二极管则不同，不仅可在保持很小寄生电容的情况下做出很低的钳位电压，而且瞬态过压反应速度非常快，晶炎TVS现在已可做到纳秒级的反应速度。最重要的是，半导体工艺不仅使得我们的TVS可以很快跟上IC升级换代后的ESD保护要求，而且还允许我们以很低的成本推出市场需要的产品。
晶炎的自信来自于它强大的产品开发实力。早在2009年，晶炎就成功地开发出用于超高速USB 3.0和Thunderbolt接口ESD保护的TVS解决方案AZ1065，并在次年又开发出高速HDMI 1.4接口的ESD保护解决方案AZ1045。
随着芯片大厂英特尔2012年推出Ivy Bridge新平台，芯片组支持USB 3.0，确认USB 3.0成为主流规格，预计在新的操作系统Win 8发酵下，将促成USB 3.0快速地普及化。USB 3.0的数据传输速度达到5Gbps，比USB 2.0快上十倍。为实现如此高速的传输速度，USB 3.0控制芯片必须使用最先进的半导体制程技术，所使用的组件闸极氧化层很薄且接面很浅，造成USB 3.0的控制芯片对ESD的耐受能力快速下降。
另一个问题在于使用者最普遍的USB应用就是随插即用、随拔即关，然而这个热插拔(Hot Plug)动作却也经常是造成电子系统工作异常，甚至造成USB控制芯片毁坏的元凶。因为在热插拔中，由于接口端的讯号线已经带电，本身就像是个带电的大电容会在接触系统时作放电动作。这种现象等同于静电放电效应会对系统产生严重破坏，一般称这种现象为直接放电。目前在系统的静电放电测试上，越来越多的厂商要求以Direct-Pin Injection方式测试产品，以此来仿真系统在客户端使用时遭受到ESD事件的状况。部份系统厂商甚至规范其产品的USB3.0连接端口以Direct-Pin Injection方式测试必须通过±8kV的ESD轰击，并且系统必须在不受任何影响之下通过测试。因此，使用额外的ESD保护组件于USB3.0接口来防止ESD事件对数据传输的干扰是绝对需要的。
对于USB3.0的高速接口而言，在选择ESD保护元件时必须考虑到以下三个关键因素：
第一，ESD保护组件若要能对系统提供有效保护，除了本身要能承受够高的ESD轰击外，还需要考虑钳位电压是否足够低，使得ESD的能量能被钳制在更低的电压以防止系统内部电路受到损毁。因此钳制电压是判断ESD保护组件对于系统电路保护效能最重要的参数。
第二，为确保USB 3.0高速讯号传输时不会受到影响以及讯号的完整性，所以选择ESD保护组件时，必须选择其寄生电容越低越好，建议选择寄生电容必须低于0.3pF。
第三，在电子产品朝向轻薄短小的发展趋势下，产品使用的印刷电路板面积已变得寸土寸金。针对USB 3.0接口，使用单颗多通道的ESD保护元件为目前最经济有效的选择。
为避免TVS的寄生电容影响USB 3.0接口4.8Gbps和Thunderbolt接口10Gbps差分信号的高速传输，AZ1065的寄生电容低于0.3pF。在这一极低的电容特性下，AZ1065任一接脚在室温时仍皆可承受IEC 61000-4-2接触模式10kV ESD的轰击。最重要是，以相同寄生电容来比较，AZ1065拥有目前市场上最低的ESD箝制电压（在IEC 61000-4-2接触模式6kV的ESD冲击下，钳位电压仅有13.4V），可有效防止数据传输时被ESD事件所干扰，并使得具有USB 3.0接口的电子系统有机会通过Class-A的IEC 61000-4-2系统级ESD保护测试。
此外，AZ1065系列产品提供了六个极低电容的接脚，可同时保护USB 3.0接口的两组差分对(TX和RX)与USB 2.0的差分对(D+和D-)，以及电源端VBUS的保护，具有缩小PCB面积与降低布局复杂度等优点，可节省系统成本。更特别的是其DFN-10的封装并且采用交错型式的接脚，提供PCB布局时可利用穿透式(Feed through)的设计。
姜信钦博士表示：“AZ1065的寄生电容只有0.27pF，钳位电压只有13.4V，反应时间已达到纳秒级，这是ESD保护二极管难以达到的性能指标，AZ1065系列产品可说是目前USB 3.0接口的最佳ESD解决方案。”
姜信钦博士满心相信晶炎未来将成为ESD保护市场的强者。他说：“晶炎用半导体制造工艺发展系列TVS产品的独特做法不仅使得我们可以更低的成本比竞争对手更快地推出性能更强的产品，更关键的是，我们锻炼出了一支独具一格的集多学科能力于一身的TVS研发团队，这不是竞争对手轻易就能建起来的。”
