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下一代无源电子元件的发展方向

 无源组件对于未来技术将如何在变得更小的同时进行改进具有重要意义。过去,设计工程师严格按照材料清单来生产“黑匣子”。并且总是被昂贵的硅分散注意力,并注意到无源器件,只是因为它们在成本列表中远远低于成本清单,终占 BOM1 的 2.3%。然而,今天,印刷电路板上的大部分物理空间由无源元件(重点是陶瓷片式电容器、厚膜贴片电阻器、陶瓷片式电感器和多层铁氧体磁珠)主导的认识终于成为一个关键问题。推动终产品技术向前发展的下一步领域。

小型化趋势

更小外壳尺寸的无源元件是帮助减小所售电子产品物理尺寸的重要发展。对推动更小外壳尺寸电容器、电阻器和电感器的发展影响*大的产品包括智能手机、笔记本电脑、个人数字助理、数码相机和摄像机;和平板显示器。

在陶瓷电容器中,以 MLCC 为重点的小型化趋势显着,需求从较大的 0805 外壳尺寸部件转向较小的 0603 和 0402 外壳尺寸部件,然后在 2003 年下降到惊人的 0201 (EIA) 外壳尺寸到 2016 年,01005 作为下一代极小的电子元件奠定了稳固的立足点。现在随着 008004 在 MLCC 厚膜电阻器和陶瓷片式电感器(非常前沿,非常)中的引入,趋势向前发展。但随着许多主导高科技经济的主要品牌原始设备制造商在会议室周围的讨论,目标必须是能够生产 0201 外壳尺寸的整个功率放大器或通信模块。为了在未来实现这一目标,为了推动万物互联进入人类存在的粒度,设计中的无源组件需要提供其功能但不可见,并且其性能尽可能精确。为了实现这个目标,主要的设计公司必须扩展他们使用的材料的调色板;元素周期表的更扩展视图;并扩大他们用来制造未来产品的机器的处理能力。

下一代 = 集成和模块化

在 1960 年代,Vishay Intertechnology, Inc. 等电阻器制造商开始将单个电阻器封装到单列直插式封装 (SIP) 中,该封装可容纳四到八个单独的组件。这种封装降低了在印刷电路板上放置电阻器的成本(“转换成本”)。

不久之后,元件制造商意识到他们在氧化铝桥上制造网络的能力也意味着他们可以提供增值配置(例如用于滤波和线路端接的总线和 R2R 梯形电路)。随着时间的推移,这个概念得到了增强,在双列直插式封装中包含 16 到 32 个电阻元件的厚膜网络,塑料外壳带有鸥翼引线,便于表面安装。双列直插封装 (DIP) 使电阻器制造商可以集成不同类型的无源元件,通常是片式电阻器和陶瓷片式电容器。

下一代无源电子元件的发展方向

在 1990 年代初期,分立半导体行业的公司率先开发了无源元件配置的新发展,这些公司成功地使用半导体制造技术来操纵特定的原材料,例如氮化钽、硅化铬和镍铬,以创建电阻层. 他们还使用离子注入设备来设计氧化硅和氮化硅电容器;从而创建复杂的集成无源器件 (IPD)。薄膜中的额外硅处理为 IPD 增加了晶体管功能和电路保护功能。新的硅基薄膜设计开始在端接和滤波功能方面与传统的厚膜 DIP 和 SIP 竞争,尤其是在高频应用中。

薄膜电阻 IPD 找到自己的利基时,芯片电阻器制造商开发了基于厚膜技术的多芯片阵列。多芯片阵列是传统厚膜 SIP 产品的低成本替代品,它降低了 PCB 的贴装成本。低成本阵列组件的结合,加上客户在转换成本方面的额外节省,导致阵列市场快速增长,尤其是在体积效率重要的市场中。

一直在制造阵列和网络的公司(尤其是那些采用多层技术的公司)开始意识到他们可以利用他们的制造知识和技术来生产的组件和模块。结果是电容器、电阻器和电感器在低温共烧陶瓷 (LTCC) 基板中的复杂集成。

作为这种技术进步的副产品,一部分研发支出从客户转移到了组件供应商。

LTCC 组件和模块在汽车应用中使用已有一段时间,特别是用于发动机控制。现在,无线设备为 LTCC 带来了新的、高增长的机会。一个典型的无线手机中有 500 到 1000 个无源元件,其中大约 45% 是 MLCC,25% 是片式电阻器(薄膜电阻型号)。随着时间的推移,这些组件逐渐从直接拾取和放置在印刷电路板上转变为出现在模块内部(功率放大器、通信),这使得它们更难计算,但这也意味着模块化是未来使芯片组更小是目标。

组件集成与材料操作

集成无源元件和模块通过在基板材料上或内部组合单独的元件来实现电容、电阻和电感。

正在进行大量努力来开发高 K 和高 Q 材料,这些材料可以轻松地用于共烧(用于 LTCC)或 FR4 层压板组装。该技术通常被描述为“集成无源基板材料开发”。FR4 模块的制造商将集成无源基板视为超越 FR4 二维(密度较低)模型的一种方式。LTCC 模块的制造商对集成无源基板感兴趣,因为与共烧的单个分立元件相比,它们在成品模块中提供更低的寄生电感。

元件制造商也很聪明

日本村田制作所等公司通过在 MLCC 和芯片电感器小型化方面不断一步,推动了技术的进步。成功生产 008004 EIA 外壳尺寸组件所需的材料工程和过程控制是一项使能技术,因为组件的一致性能为模块制造商提供了更大的批次间质量一致性。但是讨论总是指向在 008004 处的组件肉眼几乎不可见。这正是模块制造商更昂贵的工艺所想要的,但他们也知道在某一点上,

预测

组件模块化的影响可能与近制造业从原始设备制造商转移到 CEM 一样大。组件模块化为组件供应商提供了大量增值机会。随着预制模块包含越来越大的无源元件电路模块供应商,为了提高制造的产量,他们将从大规模装配厂中夺走一些权力。在大规模经济中投入巨资生产电容器和电阻器的个别组件制造商将意识到,通过与原材料供应商合作开发较高质量的陶瓷和金属,以及制造薄板和薄层所需的工艺技术,他们可以继续通过创建越来越小的组件来推动技术向前发展。

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