下一代無源電子元件的發(fā)展方向

 無源組件對于未來技術(shù)將如何在變得更小的同時進行改進具有重要意義。過去，設(shè)計工程師嚴(yán)格按照材料清單來生產(chǎn)“黑匣子”。并且總是被昂貴的硅分散注意力，并注意到無源器件，只是因為它們在成本列表中遠遠低于成本清單，終占 BOM1 的 2.3%。然而，今天，印刷電路板上的大部分物理空間由無源元件（重點是陶瓷片式電容器、厚膜貼片電阻器、陶瓷片式電感器和多層鐵氧體磁珠）主導(dǎo)的認(rèn)識終于成為一個關(guān)鍵問題。推動終產(chǎn)品技術(shù)向前發(fā)展的下一步領(lǐng)域。

小型化趨勢

更小外殼尺寸的無源元件是幫助減小所售電子產(chǎn)品物理尺寸的重要發(fā)展。對推動更小外殼尺寸電容器、電阻器和電感器的發(fā)展影響*大的產(chǎn)品包括智能手機、筆記本電腦、個人數(shù)字助理、數(shù)碼相機和攝像機；和平板顯示器。

在陶瓷電容器中，以 MLCC 為重點的小型化趨勢顯著，需求從較大的 0805 外殼尺寸部件轉(zhuǎn)向較小的 0603 和 0402 外殼尺寸部件，然后在 2003 年下降到驚人的 0201 (EIA) 外殼尺寸到 2016 年，01005 作為下一代極小的電子元件奠定了穩(wěn)固的立足點?，F(xiàn)在隨著 008004 在 MLCC 厚膜電阻器和陶瓷片式電感器（非常前沿，非常）中的引入，趨勢向前發(fā)展。但隨著許多主導(dǎo)高科技經(jīng)濟的主要品牌原始設(shè)備制造商在會議室周圍的討論，目標(biāo)必須是能夠生產(chǎn) 0201 外殼尺寸的整個功率放大器或通信模塊。為了在未來實現(xiàn)這一目標(biāo)，為了推動萬物互聯(lián)進入人類存在的粒度，設(shè)計中的無源組件需要提供其功能但不可見，并且其性能盡可能精確。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，主要的設(shè)計公司必須擴展他們使用的材料的調(diào)色板；元素周期表的更擴展視圖；并擴大他們用來制造未來產(chǎn)品的機器的處理能力。

下一代 = 集成和模塊化

在 1960 年代，Vishay Intertechnology, Inc. 等電阻器制造商開始將單個電阻器封裝到單列直插式封裝 (SIP) 中，該封裝可容納四到八個單獨的組件。這種封裝降低了在印刷電路板上放置電阻器的成本（“轉(zhuǎn)換成本”）。

不久之后，元件制造商意識到他們在氧化鋁橋上制造網(wǎng)絡(luò)的能力也意味著他們可以提供增值配置（例如用于濾波和線路端接的總線和 R2R 梯形電路）。隨著時間的推移，這個概念得到了增強，在雙列直插式封裝中包含 16 到 32 個電阻元件的厚膜網(wǎng)絡(luò)，塑料外殼帶有鷗翼引線，便于表面安裝。雙列直插封裝 (DIP) 使電阻器制造商可以集成不同類型的無源元件，通常是片式電阻器和陶瓷片式電容器。

在 1990 年代初期，分立半導(dǎo)體行業(yè)的公司率先開發(fā)了無源元件配置的新發(fā)展，這些公司成功地使用半導(dǎo)體制造技術(shù)來操縱特定的原材料，例如氮化鉭、硅化鉻和鎳鉻，以創(chuàng)建電阻層. 他們還使用離子注入設(shè)備來設(shè)計氧化硅和氮化硅電容器；從而創(chuàng)建復(fù)雜的集成無源器件 (IPD)。薄膜中的額外硅處理為 IPD 增加了晶體管功能和電路保護功能。新的硅基薄膜設(shè)計開始在端接和濾波功能方面與傳統(tǒng)的厚膜 DIP 和 SIP 競爭，尤其是在高頻應(yīng)用中。

當(dāng)薄膜電阻 IPD 找到自己的利基時，芯片電阻器制造商開發(fā)了基于厚膜技術(shù)的多芯片陣列。多芯片陣列是傳統(tǒng)厚膜 SIP 產(chǎn)品的低成本替代品，它降低了 PCB 的貼裝成本。低成本陣列組件的結(jié)合，加上客戶在轉(zhuǎn)換成本方面的額外節(jié)省，導(dǎo)致陣列市場快速增長，尤其是在體積效率重要的市場中。

一直在制造陣列和網(wǎng)絡(luò)的公司（尤其是那些采用多層技術(shù)的公司）開始意識到他們可以利用他們的制造知識和技術(shù)來生產(chǎn)的組件和模塊。結(jié)果是電容器、電阻器和電感器在低溫共燒陶瓷 (LTCC) 基板中的復(fù)雜集成。

作為這種技術(shù)進步的副產(chǎn)品，一部分研發(fā)支出從客戶轉(zhuǎn)移到了組件供應(yīng)商。

LTCC 組件和模塊在汽車應(yīng)用中使用已有一段時間，特別是用于發(fā)動機控制?，F(xiàn)在，無線設(shè)備為 LTCC 帶來了新的、高增長的機會。一個典型的無線手機中有 500 到 1000 個無源元件，其中大約 45% 是 MLCC，25% 是片式電阻器（薄膜電阻型號）。隨著時間的推移，這些組件逐漸從直接拾取和放置在印刷電路板上轉(zhuǎn)變?yōu)槌霈F(xiàn)在模塊內(nèi)部（功率放大器、通信），這使得它們更難計算，但這也意味著模塊化是未來使芯片組更小是目標(biāo)。

組件集成與材料操作

集成無源元件和模塊通過在基板材料上或內(nèi)部組合單獨的元件來實現(xiàn)電容、電阻和電感。

正在進行大量努力來開發(fā)高 K 和高 Q 材料，這些材料可以輕松地用于共燒（用于 LTCC）或 FR4 層壓板組裝。該技術(shù)通常被描述為“集成無源基板材料開發(fā)”。FR4 模塊的制造商將集成無源基板視為超越 FR4 二維（密度較低）模型的一種方式。LTCC 模塊的制造商對集成無源基板感興趣，因為與共燒的單個分立元件相比，它們在成品模塊中提供更低的寄生電感。

元件制造商也很聰明

日本村田制作所等公司通過在 MLCC 和芯片電感器小型化方面不斷一步，推動了技術(shù)的進步。成功生產(chǎn) 008004 EIA 外殼尺寸組件所需的材料工程和過程控制是一項使能技術(shù)，因為組件的一致性能為模塊制造商提供了更大的批次間質(zhì)量一致性。但是討論總是指向在 008004 處的組件肉眼幾乎不可見。這正是模塊制造商更昂貴的工藝所想要的，但他們也知道在某一點上，

預(yù)測

組件模塊化的影響可能與近制造業(yè)從原始設(shè)備制造商轉(zhuǎn)移到 CEM 一樣大。組件模塊化為組件供應(yīng)商提供了大量增值機會。隨著預(yù)制模塊包含越來越大的無源元件電路模塊供應(yīng)商，為了提高制造的產(chǎn)量，他們將從大規(guī)模裝配廠中奪走一些權(quán)力。在大規(guī)模經(jīng)濟中投入巨資生產(chǎn)電容器和電阻器的個別組件制造商將意識到，通過與原材料供應(yīng)商合作開發(fā)較高質(zhì)量的陶瓷和金屬，以及制造薄板和薄層所需的工藝技術(shù)，他們可以繼續(xù)通過創(chuàng)建越來越小的組件來推動技術(shù)向前發(fā)展。