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3D感測: ToF Sensor的ESD/EOS最佳解決方案

2021/06/07

        最近這兩年來由於3D視覺應用、Face ID的崛起,3D立體影像技術可以說是最熱門的話題。從早期的數位相機只能取得2D彩色影像,無法得知其深度資訊,這意味著當我們看到照片時,只知道其建築物多寬多高,卻不知道其建築物的立體結構,例如:陽台面積有多大有多深。其中討論度較高的3D立體影像技術又以飛時測距ToF(Time of Flight)為主,ToF感測器廣泛的應用在AR、VR、手機臉部辨識、無人機避障防撞系統,甚至更高階的高級輔助駕駛系統以避免駕駛人注意力降低或分心。     


        ToF感測器可以根據技術層面分為兩種:dToF和 iToF。首先、dToF(direct ToF)是利用發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)發射出紅外線,計算出光照射到待測物表面後反射回來的時間差來測量待測物與發射器的距離,如圖一。雖然dToF看似是簡單直接的技術,但其發展的相對晚許多,原因在於這種技術在光源和時間檢測等相關線路上有很高的要求。這樣的技術在2020年iPad Pro所用的後置光學雷達(LiDAR)、iPhone 12 Pro、iPhone 12 Pro Max皆有採用;另一種是iToF (indirect ToF):將發射的光波調製成一定頻率的正弦波信號,照射到物體表面之後反射回來,透過iToF的接收傳感器所接收,計算出信號之間的差異,進而得到深度。例如:在2018年VIVO NEX雙屏版、Hauwei榮耀V20等手機品牌廣泛使用此技術。然而ToF 感測器這類的產品容易受到來自人體的靜電放電效應(Electrostatic Discharge, ESD)或是充電電源端的電性過度應力(Electrical Over Stress, EOS)影響,導致電子系統工作異常,甚至造成產品的損毀,而有返修問題,嚴重的話甚至會影響品牌形象,讓消費者不再信任。


圖一、dToF感測技術原理示意圖。

圖一、dToF感測技術原理示意圖。


        現在ToF 感測器要求的晶片體積越來越小,製程越來越先進,使得產品在遭受到靜電放電效應的影響時更加脆弱與敏感,因此靜電放電的測試越來越嚴苛,最基本的測試規格要通過IEC61000-4-2 8kV的接觸放電測試,此方法用來模擬系統在客戶端使用時會遭遇到靜電放電的情況。只要設計時在較為敏感處及訊號線加入適當的ESD/EOS防護元件,就可以在事前做好防護措施,避免後端產品受ESD破壞導致損壞或死機,造成損耗成本較高。     


        晶焱科技有先進的靜電放電防護設計技術,特別針對ToF 感測器的防護需求,開發出一系列極小型封裝且多種規格的靜電放電防護元件,可供客戶依照產品需求做選用。晶焱科技利用自有的專利技術推出一系列靜電保護元件,對應不同的應用提供0402甚至是0201的極小封裝,ESD單體耐受度Contact / Air皆為8kV/15kV以上,有些還包含EOS防護的能力,如圖二。其中0201封裝大小僅有0.6 mm x 0.3mm,厚度只有0.3 mm,可滿足ToF 感測器對於小封裝的需求。隨著未來的新科技走向,晶焱科技將持續開發出更加符合市場客戶需求的靜電放電防護元件,亦可提供客製化產品的完美方案。

圖二、晶焱科技在ToF應用的TVS。

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