指紋辨識ESD/EFT/EOS保護設計

(圖一)晶焱科技指紋辨識專用突波保護元件TVS AZ5C25-01B。

在蘋果iPhone智慧型手機系列導入指紋辨識功能以來，指紋辨識已成為生物辨識技術中最廣泛的應用，指紋辨識不僅提供比密碼設定更安全可靠的認證和防護功能，著眼於金融科技(Fintech)發展重要的電子支付及行動支付領域，目前已經有ApplePay、AndroidPay，SamsungPay、LinePay、HuaweiPay、MiPay、AliPay、WechatPay等眾多廠商逐鹿中原，指紋辨識功能將成為未來智慧型手機的標準功能配備，這一年10多億智慧型手機的市場需求亦吸引多家技術相近的觸控IC廠商投入指紋辨識技術的發展。

目前主流的指紋辨識技術分為電容式感應技術和光學式感應技術，而電容式感應有可再細分為主動式電容感測技術和被動式電容感測技術，如iPhone所採用的Authentec指紋辨識技術即為主動式電容感測技術。

指紋辨識感應晶片由於需接收分析微小的指紋訊號，為求更精密的判斷以避免出錯必須使用先進製程技術開發感測IC，而為把指紋辨識模組設計入對空間和高度都極其有限的智慧型手機空間中，莫不在體積方面有極嚴苛的限制要求，因此採用SiP(System in Package)的先進封裝製程技術並透過軟板FPC連接至主板。

在追求高精確辨識度和極致封裝下，從而增加指紋辨識晶片模組對突波雜訊的敏感度，尤其指紋辨識晶片模組需頻繁與人體接觸，因此其來自人體的ESD突波事件將更趨嚴峻，而採用的軟板FPC連接也成為EFT電性快速暫態突波雜訊下極為敏感的接收天線體。

因此在指紋辨識上各家系統廠商皆訂定相關的突波測試規範。目前的ESD測試標準主要參照IEC61000-4-2靜電槍測試規範，目地為模擬來自人體的靜電放電現象，測試方法分為接觸模式和空氣模式兩種測試方式。

而EFT測試標準則參照IEC61000-4-4電性快速暫態測試規範，其測試的突波雜訊具有奈秒(nano second)的高頻，且會在15ms內產生一群脈衝(EFT Burst)，總測試時間需達60s，具有極強的輻射雜訊能量。

對可靠度要求更高的系統廠商會進行EOS測試，主要參照IEC61000-4-5測試規範，這是一種微秒(micro second)的低頻高能量突波測試。因此指紋辨識模組需在系統上採取更完善的突波保護設計來解決和通過相關的突波測試規範。

晶焱科技秉持20餘年專精於電子IC和系統突波保護技術，累積自我開發專利發展出專門針對指紋辨識感應晶片突波保護用雙向TVS AZ5C25-01B。AZ5C25-01B其體積只有0.440x0.235x0.17mm的01005封裝尺寸，是目前體積最小的TVS，因此可適用指紋辨識SiP模組封裝的嚴苛空間要求。

而AZ5C25-01B在ESD保護能力上可達接觸模式+/-13kV，空氣模式+/-16kV，可滿足IEC61000-4-2 Level4等級所要求的接觸模式+/-8kV和空氣模式+/-15kV要求。另外在EFT保護能力上可達IEC61000-4-4 50A等級，以50ohm換算可達IEC61000-4-4 2.5kV要求。而在EOS保護能力上可達IEC61000-4-5 10A等級，以42ohm換算可達IEC61000-4-5 420V要求。

綜觀以上，AZ5C25-01B是目前業界上最小體積的TVS上具有最佳保護規格的產品，而從圖一的AZ5C25-01B TLP I/V曲線可發現其箝位電壓<6V，因此可提供最佳的系統突波保護能力，以保護指紋辨識晶片避免遭受損害。晶焱科技與眾多開發指紋辨識晶片？模阻？系統廠合作，協助解決在指紋辨識方面所遭遇的突波保護問題，提供測試服務和具成本優勢方案供客戶節省物料成本。

此AZ5C25-01B可同時適用於指紋辨識晶片SPI/I2C/Power保護，以求共用料來節省客戶的整體成本，晶焱科技亦積極利用半導體整合技術開發應用於指紋辨識的整合型TVS Array產品，提供客戶更節約空間成本和兼具效能的設計方案，促進指紋辨識模組更具可靠度和成本效益，以回應廣大的市場應用需求。(本文由晶焱科技李健銘經理提供，尤嘉禾整理)