隨著汽車先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，攝像頭、雷達、麥克風(fēng)等傳感設(shè)備的搭載量急劇增加。隨著高性能設(shè)備的增多，一級供應(yīng)商面臨著“高可靠性”、為實現(xiàn)小型化的“電路板面積縮減”以及“降低成本”三大課題。在高性能化過程中，尤其是防護靜電（ESD）成為影響車載通信穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。 為滿足這些需求，TDK推出了面向車載通信的ESD保護元件“貼片壓敏電阻AVRH系列”，作為傳統(tǒng)TVS二極管的全新替代方案，實現(xiàn)了更小型化和更高性能的ESD保護。

TVS二極管與貼片壓敏電阻有何不同？

貼片壓敏電阻和TVS二極管不僅用于過電流、過電壓保護，還用于ESD防護和浪涌保護等應(yīng)對不同的瞬態(tài)現(xiàn)象。貼片壓敏電阻以氧化鋅為主體的陶瓷多結(jié)晶結(jié)構(gòu)，具有耐高能量浪涌的特點。多數(shù)情況下采用疊層結(jié)構(gòu)，并且正在推進用于小型化形狀的ESD防護。另一方面，TVS二極管采用硅的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，憑借納秒級的高速響應(yīng)，非常適合用于ESD保護。

貼片壓敏電阻AVRH系列 產(chǎn)品特點與優(yōu)勢

AVRH系列以小型1005尺寸為主，產(chǎn)品陣容齊全，并符合車規(guī)AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)。具備與車載用1608尺寸同等的可靠性，可作為傳統(tǒng)產(chǎn)品的替代品使用。此外，系列中最小的0603尺寸“AVRH06C270KT200NA7”也已開發(fā)完成。
量產(chǎn)前的數(shù)據(jù)手冊也可在本文下方下載。

超小型0603尺寸：與傳統(tǒng)TVS二極管相比，最大可減少約80%的安裝面積

高性能ESD防護：±25kV靜電耐受能力，確保車載通信的可靠性

低靜電容量：適用于高速通信線路

高耐熱性：最高工作溫度125℃，最適合車載環(huán)境

成本優(yōu)勢：小型化帶來元件本身及安裝成本的降低

專注于車載通信ESD防護的AVRH系列于2019年開始量產(chǎn)，預(yù)計到2025年出貨量將達到約300Mpcs/M以上。此前車載通信用ESD防護貼片壓敏電阻以1608尺寸為主流，而AVRH系列在保持特性的同時，實現(xiàn)了向1005尺寸的小型化。
憑借安裝面積縮減和小型化帶來的成本降低等優(yōu)勢，越來越多客戶正在考慮并采用該系列產(chǎn)品。

圖1：AVRH系列銷售增長趨勢圖

AVRH-1005 尺寸（mm）與新產(chǎn)品 0603 尺寸（mm）之比較

為進一步減少安裝面積而開發(fā)的0603尺寸產(chǎn)品，在保持與1005尺寸同等性能的同時，實現(xiàn)了產(chǎn)品的小型化。

ESD耐受性的評估

IEC61000-4-2：人體模型（150pF/330歐姆）測試

圖2: AVRH-1005 mm 型與新產(chǎn)品 0603 mm 型的比較

產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格的詳細對比

壓敏電阻材料主要分為Bi(鉍)系和Pr(鐠)系。Bi系材料于1960年代由松下開發(fā)并實現(xiàn)商業(yè)化。當(dāng)時為應(yīng)對浪涌，推出了大型盤式等產(chǎn)品，但為了應(yīng)對靜電防護，逐步實現(xiàn)了小型化和SMD化。另一方面，Pr系材料于1990年代開發(fā)并商業(yè)化。這種材料具有優(yōu)異的可靠性，適用于對高可靠性有要求的工業(yè)設(shè)備和車載領(lǐng)域。

1. 與其他廠商貼片壓敏電阻的對比數(shù)據(jù)

1-1. Bi系材料壓敏電阻與AVRH系列的比較

如下圖所示，采用Bi系材料的SMD產(chǎn)品在ESD施加后會發(fā)生特性劣化。Bi系壓敏電阻在壓敏特性出現(xiàn)后電阻值相對較高，因ESD施加等容易發(fā)熱。

因此，僅一次ESD施加就會導(dǎo)致特性劣化，難以保持初始特性。

另一方面，AVRH系列在ESD施加后能夠保持穩(wěn)定的特性。

從該圖可以看出，在IEC61000-4-2/HBM條件下，最高可達30kV而不會發(fā)生特性劣化。

ESD耐受性評估

ESD 條件：150 pF / 330 Ω

印加電壓：±2 kV ～ ±30 kV

印加次數(shù)：每一電壓值各施加 10 次(接觸放電)

判定基準(zhǔn)：ΔV1mA / V1mA ≦ 10%

說明：ΔV1mA / V1mA = (V1mA_after ? V1mA_before) / V1mA_before ≤ 10%

備注：在施加 ESD 前后測量壓敏電阻在 1 mA 時的電壓(V1mA)，以判定是否發(fā)生劣化

＜A廠商產(chǎn)品＞

在施加電壓超過 2 kV 時出現(xiàn)特性劣化

＜AVRH10C220YT201MA8＞

在施加電壓達 30 kV 時未觀察到特性劣化

結(jié)果

關(guān)于ESD耐量

A廠商的壓敏電阻在2kV時確認出現(xiàn)壓敏特性劣化，壓敏電壓變化率在施加30kV前后最大約有50%的劣化。

TDK的壓敏電阻在施加到30kV時未確認有特性劣化。

關(guān)于ESD耐量，TDK的壓敏電阻更強，可以說具有承受更高電壓和電氣負荷的能力。

1-2. 與使用Pr系材料的其他廠商制造的壓敏電阻與AVRH系列的比較

以下評價是與使用Pr系材料的B廠商制造的壓敏電阻進行的比較。Pr系材料對ESD施加具有穩(wěn)定性，比Bi系材料具有更穩(wěn)定的特性。然而，B廠商制造的壓敏電阻在30kV時出現(xiàn)了短路破壞的情況。

另一方面，AVRH系列雖然有一些特性波動，但在30kV時仍能保持其特性。

ESD耐受性評估

ESD 條件：150 pF / 330 ΩF / 330Ω

施加電壓：±2 kV ～ ±30 kV

施加次數(shù)：每一電壓值各施加 10 次(接觸放電)

備注：在施加 ESD 前后測量壓敏電阻電壓，以判定是否發(fā)生劣化。

＜B廠商產(chǎn)品＞

3在施加電壓達30 kV 時，發(fā)生短路破壞的個體

＜AVRH10C270KT150NA8＞

在施加電壓達 30 kV 時未觀察到特性劣化

在施加電壓達 30 kV 時未觀察到特性劣化

結(jié)果：

B廠商的15pF產(chǎn)品在施加±30kV電壓時有個別出現(xiàn)短路損壞。

TDK的15pF產(chǎn)品（AVRH10C270KT150N）以及35pF產(chǎn)品（AVRH10C270KT350N）在施加±30kV電壓時沒有出現(xiàn)劣化，表現(xiàn)出穩(wěn)定的耐久性。

2. 其他廠商的TVS二極管和AVRH系列的比較

用于車載通信的TVS二極管在施加ESD后有些可承受30kV，但也有在達到30kV之前就發(fā)生短路的情況。對于TVS二極管來說，器件的電氣特性通常不會逐漸變化，而是在某個電壓下突然發(fā)生短路損壞的情況較多。
如下圖ESD耐量測試結(jié)果可見，AVRH系列與TVS二極管（C品牌）相比，雖然特性有些許變化，但可以看出其具有同等程度的ESD耐久性。

ESD耐受性評估

ESD 條件：150 pF / 330 Ω

施加電壓：±2 kV ～ ±30 kV

施加次數(shù)：每一電壓值各施加 10 次（接觸放電）

備注：在施加 ESD 前后測量壓敏電阻電壓與齊納電壓，以判定是否發(fā)生劣化。
合否判定基準(zhǔn)：ΔV1mA / V1mA 在 ±10% 以內(nèi)（即變化率＜＝±10%）

＜C廠商產(chǎn)品＞

在升壓至 28 kV 時確認到二極管發(fā)生短路

在施加電壓達 30 kV 時未觀察到特性劣化

在施加電壓達 30 kV 時未觀察到特性劣化

結(jié)果：

由于AEC-Q200將25kV定位為最大等級，可以認定上述器件具有最大等級的ESD耐久性。

3. 電路板面積縮減率（0603/1005尺寸對比）

AVRH系列為1005尺寸，與TVS二極管相比，可以大幅減少安裝面積。大約可以削減70～80%左右。

圖3：與 TVS 二極管的占板面積比較

另外，0603尺寸和普通的1005尺寸相比可以削減約15%的安裝面積。和TVS二極管相比，則安裝面積最大可以削減85%。

圖4：與 TVS 二極管的占板面積比較

應(yīng)用領(lǐng)域

“AVRH06C270KT200NA7”已經(jīng)在以下用途中被采用：

車載麥克風(fēng)：用于語音識別和通話功能的噪聲抑制

Telematics ECU：通過對通信模塊的ESD保護，實現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)收發(fā)

除了上述用途外，在安裝空間有限的設(shè)備中，噪聲對策和ESD保護的應(yīng)用也在增加。由于采用0603尺寸的小型封裝，可以減少安裝面積，從而提高電路板設(shè)計的自由度，有助于實現(xiàn)多功能化和小型化。未來的實際應(yīng)用還有望擴展至ADAS周邊模塊、信息娛樂系統(tǒng)、車內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)、電動車的高密度控制電路板等領(lǐng)域。