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vincent168

USB3.0時代 SMD-SLR PPTC成為過電流防護最佳解決方案

高分子聚合物正係數溫度(Polymer Positive Temperature Coefficient；PPTC)熱敏電阻元件，已成為當今板卡、3C、手機等裝置在過電流防護的必要元件。聚鼎科技(Polytronics)在SMD PPTC製程技術領域深耕多年，此次針對PPTC及超低阻抗(Super Low-Rho；SLR) PPTC組件在面對USB 2.0與3.0過渡時代下，如何提升使用者周邊的相容度、以及降低廠商後續維護成本，進而提升整體的附加價值提出說明。 聚鼎專注於PPTC研發製造 聚鼎成立於1997年於新竹科學園區，主要產品為PPTC熱敏電阻及散熱基板，並以Everfuse自有品牌行銷全球。PPTC型別有：SMD表面黏著型、ALD軸型、RLD插件式元件、DISC形狀及其他客製化元件等。 SMD型是目前應用最廣的元件，主要用於MB、各式板卡、手機與3C裝置，近年來亦導入鋰電池保護；ALD型則廣泛用於各種鋰電池；而RLD有針腳的插件式元件，主要用於板卡、工業電子；DISC形狀元件則用於筒型充電電池。另外也有高分子ESD靜電防護元件、One Time Fuse、對印刷電路板PCB設計的散熱基板(TCB)及散熱膠片，用於LED照明以及LED TV專用的背光電路板等。 聚鼎技術開發及服務處副理謝竣百提到，聚鼎PPTC熱敏電阻由高分子聚合材料和導電顆粒製成，插件式RLD外接兩端電極，SMD則以聚鼎專利PCB製程製造，正常電流情況下呈現低電阻導通狀態，一旦過電流狀況發生時，會因高電流的焦耳熱效應產生1萬倍至百萬倍電阻值的跳升，使電路被阻斷而保護後端電路；而一旦狀況排除後立即恢復導通，可重複次數多達數千次以上，因此PPTC近年來已取代一次式保險絲(One time fuse)而成為MB、板卡、3C、手機等在過電流防護的必要元件。 USB 3.0/2.0兼容規格嚴苛 PPTC C/P值佳顯商機 USB 3.0和USB 2.0規格比較起來，USB 3.0供電量提升為900mA，主機板或Hub連接埠都從原本的4.75V降到了4.45V，由於USB供電的裝置必須在4.00V就要能夠正常運作，還有像是瞬間電流、主機休眠或待命模式下的限流等，無論是USB 2.0、USB 3.0與HDMI規範中，都提到了以PPTC或OCP過電防護IC作為過電防護元件的設計，以符合UL-60950-1 Limited Power Source (LPS)以及UL 1434規範。 而PPTC除了反應時間以毫秒為單位，較半導體開關(OCP) IC的微秒單位稍慢一些之外，PPTC無論可重複性、最大故障電流(>100A)、最大故障能量(800W)都優於IC，低電阻值以及無靜電敏感度的設計，還有較低成本的優勢，使得工程師比較偏好使用PPTC元件來設計過電流防護電路。 聚鼎提供完整的PPTC產品線，協助客戶設計上的需要並同時符合USB 3.0過電流保護的規定。小尺寸的SMD 1206 (0.12” x 0.06”)及1210 (0.12” x 0.10”)PPTC可提供1到2個USB埠的保護，這些過電流保護元件皆能夠在50°C以上保持電流全負載並不動作，避免PPTC元件因為溫度的關係(thermal derating)而誤動作。 雖然USB 3.0降低了在電源端的電壓要求，聚鼎仍然建議採用接下來介紹的SLR系列，以確保PPTC的壓降在電流全負載時不超過0.1V，尤其是在桌上型電腦的後端USB埠；除確保和USB 2.0的裝置能夠更加相容外，也保留給了主機板線路有更大的設計餘裕。以一塊P55主機板提供10~12個USB埠來說，單埠或雙埠就需要1顆PPTC；平均至少就需要5~6個PPTC元件，加上1394單埠需要1~3顆，最多1張主機板可以用上16顆。 SLR超低阻抗 提升電流與周邊相容性 聚鼎業務部副總經理曾文昌進一步提到，由於聚鼎在表面黏著式(SMD)因超低電阻材料SLR技術的突破，推出的SLR PPTC較一般傳統PPTC元件，多具備了： 1.超低電阻／低壓降：以1.5A的元件來說，IC在1安培通電下Rds(ON)接近110mΩ，聚鼎SLR元件只有低於R1max的40mΩ，能提供消費者使用更長的USB連接線，插拔需要大電流的周邊產品相容性也得以提升。 2.高電流：一般PPTC及過電防護(OCP)IC受限內阻值無法做到高電流產品，SLR系列提供1206 3A或1210 3.5A以上的元件供選擇，使用者可以外接USB Hub而不用外接電源。SLR產品亦符合最新USB v1.1充電規範中，USB埠須提供1.5~1.8A的充電電流量。 3.超小尺寸：聚鼎是第一個在市場上量產0805/0603 PPTC元件的廠商，同時也提供這兩種尺寸的SLR PPTC產品，其中0603即可提供適合USB 3.0所使用的1.5A電流產品。更小尺寸的0402 SLR PPTC也在樣品階段。 4.符合UL1434及UL/IEC 60950-1 2nd Edition LPS 8安培過電流5秒內斷路動作等最新規範。 曾副總進一步提到，SLR是由當初開發手機鋰電池時低阻SLD軸形PPTC元件衍生而來，因為材料的特殊性，加上聚鼎本身在PCB、SMD製程的熟悉才有此產品。希望利用此材料開發出超薄、更小尺寸(0805,0603,0402)及相對應較高工作電流的產品，以提供高功能手機、手持式電子用品之過電流保護。 而從USB 3.0在電氣特性上的規格需求，聚鼎去年即開始從國內外媒體宣傳SLR的應用，特別是國內主機板市場競爭激烈，故板卡大廠對SLR的導入比國外廠商更積極。目前華碩、技嘉等一級板卡大廠，以及主要NB代工廠也有導入SLR PPTC以或1206以下小尺寸PPTC元件的設計。 專利高門檻 甩競爭對手 曾副總指出，聚鼎從材料、結構、製程上均擁有專利，雖然大陸廠商有許多類似產品研發，但陶瓷材料的填充要用在PCB製程，要突破的技術相當多，短期間要有成熟產品出來競爭相當不容易，聚鼎在這方面的優勢是毋庸置疑的。 而聚鼎看待USB 3.0的應用是否會進一步擴散SLR PPTC的效應，曾副總提到大部分廠商看待被動元件都是從價格、供貨、品質上去評估。聚鼎正在打破廠商「剛好就好」的產品設計迷思，因為使用者線材的長度、線阻與電源供應器的穩定等不確定因素太多，聚鼎的SLR PPTC產品，使PC/NB/3C產品更省電、更相容，有助於減少日後相容性問題、客服與RMA成本。 目前聚鼎SMD PPTC去年全球市佔率將近七成，今年月產能2億顆(200M/月)，其中SLR系列月出貨量1千多萬顆，出貨比重約在一成以下；在一級板卡大廠與主要NB代工廠接連導入的情況下，曾副總認為SLR PPTC出貨比重會逐步攀升，可望在2~3年內成為主流。 苏州昊芯电子专业代理销售聚鼎低阻值(SLR )PTC等，欢迎咨询洽谈