下一代無源電子元件的發展方向

 無源組件對于未來技術將如何在變得更小的同時進行改進具有重要意義。過去,設計工程師嚴格按照材料清單來生產“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)主導的認識終于成為一個關鍵問題。推動終產品技術向前發展的下一步領域。

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品物理尺寸的重要發展。對推動更小外殼尺寸電容器、電阻器和電感器的發展影響*大的產品包括智能手機、筆記本電腦、個人數字助理、數碼相機和攝像機;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固的立足點?,F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,趨勢向前發展。但隨著許多主導高科技經濟的主要品牌原始設備制造商在會議室周圍的討論,目標必須是能夠生產 0201 外殼尺寸的整個功率放大器或通信模塊。為了在未來實現這一目標,為了推動萬物互聯進入人類存在的粒度,設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。為了實現這個目標,主要的設計公司必須擴展他們使用的材料的調色板;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絡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絡,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。

下一代無源電子元件的發展方向

在 1990 年代初期,分立半導體行業的公司率先開發了無源元件配置的新發展,這些公司成功地使用半導體制造技術來操縱特定的原材料,例如氮化鉭、硅化鉻和鎳鉻,以創建電阻層. 他們還使用離子注入設備來設計氧化硅和氮化硅電容器;從而創建復雜的集成無源器件 (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。新的硅基薄膜設計開始在端接和濾波功能方面與傳統的厚膜 DIP 和 SIP 競爭,尤其是在高頻應用中。

薄膜電阻 IPD 找到自己的利基時,芯片電阻器制造商開發了基于厚膜技術的多芯片陣列。多芯片陣列是傳統厚膜 SIP 產品的低成本替代品,它降低了 PCB 的貼裝成本。低成本陣列組件的結合,加上客戶在轉換成本方面的額外節省,導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絡的公司(尤其是那些采用多層技術的公司)開始意識到他們可以利用他們的制造知識和技術來生產的組件和模塊。結果是電容器、電阻器和電感器在低溫共燒陶瓷 (LTCC) 基板中的復雜集成。

作為這種技術進步的副產品,一部分研發支出從客戶轉移到了組件供應商。

LTCC 組件和模塊在汽車應用中使用已有一段時間,特別是用于發動機控制?,F在,無線設備為 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變為出現在模塊內部(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。

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部組合單獨的元件來實現電容、電阻和電感。

正在進行大量努力來開發高 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。該技術通常被描述為“集成無源基板材料開發”。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,推動了技術的進步。成功生產 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,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,

預測

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

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