時代的發(fā)展讓我們每個人手中都會有幾件時尚電子產品，如播放器、智能手機以及其他便攜式產品等。這些設備都很容易受到靜電放電（ESD）的影響。在智能手 機、電腦和電視機中，半導體器件越來越小，其外的氧化膜越來越薄，對瞬變的敏感度越來越高，器件越來越容易受到損壞。這些都給電子設備帶來同一個問題，那 就是設備對電路瞬變過程的影響更加敏感，這給電路保護市場帶來了巨大市場價值。根據Paumanok Publications公司統(tǒng)計，2003年到2008年片式壓敏電阻大部分被用于手機ESD保護。2011年和2012年，因為面臨電信基礎設施的又一輪建設，聲音和數據轉換、基站和調制解調器的保護方面也需要消耗大量晶閘管、浪涌電阻排和保護二極管，對電路保護器件來說又是一個快速發(fā)展的好時期。
電路保護器件總體上有兩種工作方式：過壓保護和過流保護。當電路中出現(xiàn)過壓或者過流現(xiàn)象時，這些器件會做出斷開或箝位動作，以抑制電壓或電流突變，保護其他昂貴的半導體器件免受破壞。本文主要討論靜電放電（ESD）保護器件。
不管是過壓保護還是過流保護，從ESD器件采用的技術方面來說，主要有硅技術、陶瓷材料、聚合材料和玻璃陶瓷四種。
硅技術的ESD器件
以硅技術為代表的廠商很多，如村田制作所、Vishay、LittleFuse以及安森美，相關的產品也最多，應用也極為廣泛。
常見的硅技術ESD器件如TVS（瞬變電壓消除器）。TVS通常并聯(lián)于被保護電路，當瞬態(tài)電壓超過電路的正常工作電壓時，二極管發(fā)生雪崩，為瞬態(tài)電流提供 通路，使內部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過熱燒毀。當瞬時脈沖結束以后，TVS二極管自動回復高阻狀態(tài)，整個回路進入正常電壓。由于TVS二極管 的結面積較大，使得它具有泄放瞬態(tài)大電流的優(yōu)點。該產品在手機、機頂盒、復印機等領域得到廣泛認可。
村田制作所ESD保護裝置利用了其專門的電路技術，提高了ESD抑制特性和可反復使用的耐久性，代表產品是LXES系列，如表1所示，在手機、筆記本電腦中多有應用。
表1 LXES系列產品一覽
品名 尺寸 靜電容量 通道 用途
LXES15AAA1-017 1.0×0.5mm 0.05pF 1 天線端口，高速傳輸線
LXES1TBBB2-004 1.6×1.6mm 0.55pF 2 高速傳輸線
LXES1TBAA2-013 1.6×1.6mm 0.55pF 2 高速傳輸線(USB2.0×1port)
LXES2TBBB4-028 2.5×1.0mm 0.5pF 4 高速傳輸線(HDMI,USB2.0×2port)
LXES2SBAA4-016 2.9×2.8mm 0.55pF 4 高速傳輸線(Displayport、SATA、IEEE、HDMI、USB etc.)
LXES2SBBB4-026 2.9×2.8mm 1.0pF 4 高速傳輸線(USB2.0×2ports)
LXES1TBAA4-005 1.6×1.6mm 1.3pF 4 高速傳輸線
LXES4XBAA6-027 4.9×3.0mm 0.25pF 6 超速傳輸線(USB3.0)
Vishay最新推出的硅技術ESD器件為4線VCUT05A4-05S-G-08雙向對稱(BiSy)ESD保護陣列，可保護PC和便攜式消費電子產品中的USB 2.0等數據端口應用。該器件能夠對4條數據線提供瞬態(tài)保護，保護等級達到per IEC 61000 4 2 (ESD)所規(guī)定的±25kV(空氣放電)和±20kV(接觸放電)。根據IEC 61000-4-5，器件的浪涌電流保護達到3.5A以上。
LittleFuse抑制ESD和其他與EMC相關的瞬態(tài)浪涌的保護器件也采用了硅控技術（SCR/二極管陣列和TVS雪崩二極管陣列）。其SP72x產 品由多個SCR/二極管單元組成，這些單元組成了從電源到地之間的通路。一旦瞬變電壓超過正向電源電壓（V+）0.7V，電壓軌會鉗位在V+，當瞬變電壓 為低于負向電源電壓（V-）0.7V，電壓軌會鉗位在V-。通過這種方式，瞬變電壓被抑制在電路正常工作所需要的電壓水平范圍內。這種靜電抑制方式可以保 護通信設備遭受來自ESD的沖擊。該公司SP1005和SP1007這兩個系列都是用于ESD保護的離散型雙向TVS二極管，可用于移動電話、智能電話、 攝像機、PDA、數碼相機、MP3/個人媒體播放器（PMP）、便攜式導航設備、便攜式醫(yī)療設備以及銷售點終端機等設備。
陶瓷電容用作ESD保護
陶瓷電容作ESD保護，不但便宜而且設計簡便，雖然這類器件對高壓的承受力相對比較弱。以陶瓷技術為代表的ESD器件包括多層壓敏電阻MLV、金屬氧化物壓敏電阻MOV等。供應商包括村田制作所、Littlefuse等。
村田制作所陶瓷電容類ESD保護器件主要用于高頻應用如高頻天線中，通過使用陶瓷來取代硅，可使ESD器件電容量達0.05pF，從而實現(xiàn)降低設備的功耗。
LittleFuse的MLV器件（積層突波吸收器）是基于ZnO壓敏陶瓷材料制成，是靜電抑制技術中極具魯棒性的技術，可以用于保護電源和通信中電壓在 3.5~120VDC（2.5~107VAC）的應用，對靜電放電、電快速瞬變以及發(fā)生在電源、信號和控制電路上的其他瞬變提供了電路板級別的保護。 LittleFuse單排式和多排式電路設備均可用于帶有多種端接選項（其中包括改進了焊接特性的無鉛鎳鎘板）的產業(yè)標準外觀中。該公司MHS系列還可以 用在數據傳輸率高達125Mbps，且對空間受限的場合中。
聚合材料的ESD器件
脈沖保護抑制器使用聚合物合成材料，能夠抑制IEC 61000-4-2和MIL-STD-883E規(guī)定的快速增長的靜電放電瞬變，而不增加電路的電容。這種靜電抑制器可幫助保護敏感的電器設備，以防ESD 襲擊。這種抑制器增加了集成電路的芯片保護，特別適用于需要低電容的低壓電路和高速數據傳輸的情況，如USB2.0、IEEE1394、HDMI和DVI 等應用帶來了很多好處。
LittleFuse公司在該ESD器件上有建樹。脈沖保護靜電放電抑制器不同于其MLV和SP72x器件，因為聚合物合成材料不能承受更高的EFT沖擊 電壓和浪涌瞬變。另一方面，脈沖保護產品是靜電抑制技術中具有0.05pF的極低電容的產品，可以用于保護數據傳輸速率在3~5 Gbps傳輸速率的通信設備。
玻璃陶瓷ESD器件
以AEM公司新推出的玻璃陶瓷ESD器件是ESD保護器件的新代表，與上述三類產品的實現(xiàn)技術有所不同。其SolidMatrix玻璃陶瓷ESD器件利用 具有非線性電阻特性和玻璃陶瓷兩相復合物的材料體系，含有多種氧化物的陶瓷相和玻璃相，該材料體系在被施加低電壓時呈高電阻，被施加高電壓時呈低阻態(tài)。該 公司GcDiode靜電保護器采用獨有的玻璃陶瓷材料、專利制造工藝實現(xiàn)設計，具有低漏電流、強耐受靜電沖擊、高穩(wěn)定性、低鉗位電壓、低容值 （<0.25pF ）等性能優(yōu)勢，具有較佳的性價比。
總之，上述技術都是通過將瞬變電壓“鉗位”到安全電壓水平來保護電路，即將高于通常電路運行的3.3V、6V或者12V等電壓鉗位到安全電壓范圍內，使本來會導致電路損害的瞬變能量經過ESD抑制器后被消散了。
ESD器件的選擇
各種ESD器件因應用場合、電路設計的不同，選擇的標準也有所不同。但一個大的原則是，大功率的產品主要用在電源饋線上，低功率產品主要用在高密度安裝場 合。在選用TVS時，應考慮以下幾個主要因素：TVS的Vc值應低于被保護元件的最高電壓，Vc是二極管在截止狀態(tài)的電壓；TVS在正常工作狀態(tài)下不要處 于擊穿狀態(tài)，最好處于VR以下；如果無法確定IPP的大致范圍，則選用功率大些的TVS為好；TVS需要滿足IEC61000-4-2國際標準，即TVS 二極管必須達到可以處理最小8 kV(接觸)和15 kV(空氣)的ESD沖擊。對于某些有特殊要求的便攜設備應用，設計者可以按需要挑選器件。
MLV的電容量較大（40～220pF），主要用于直流及數據傳輸率較低的端口。但MLV中的有的產品系列電容量較小，僅3～12pF，可以適用于較高的數據傳輸速率的端口作ESD保護。
綜上，每種ESD保護器件都有其特點和優(yōu)勢，或是使用方便，或適于特殊場合，或具更好的性價比。雖然有的ESD保護器件在材料、吸收靜電方式上相對更加傳 統(tǒng)一些，但在電路保護這個大市場中依然擁有一席之地。因此，隨著人們對各種新材料和新的電路保護技術的不懈研究和創(chuàng)新，ESD保護器件也將不斷推陳出新， 使電路保護產品更加安全、可靠。
