高度集成化電路趨勢---無源器件內置 XR73

省空間方案——無源器件內置

簡介:

隨著科技的日益發展,無論是工業產品,還是各種消費類電子產品,對體積和空間的要求越來越嚴格。例如,世界第一臺計算機的體積猶如一座小樓,而如今的計算機卻可以做到如手掌的大小,人類文明的進步,造就了工業和技術的高速發展。同樣在各種高速發展的科技信息行業中,集成電路發展有著急劇的變化,從lead引線元件到大規模的SMD,從簡單的單層PCB發展到多層PCB通孔連接,從高功率大體積到低功耗小尺寸的變遷。而近些年來嵌入式電阻和電容的技術又走在了科技的前端,也將代表著下一個時代和未來的趨勢。

在此之前,人們已經發明了多層PCB板技術,其中核心的部分就是大家熟知的微過孔技術,其不同層的PCB布線通過激光通孔,附銅連接。在應用中,在一定程度上減小了PCB電路布線的面積,只留下元器件所需的空間和尺寸。而無源器件的內置技術,將更有可能改變電路設計的面貌。微過孔電路實現了更高的密度、更輕的重量和更好的性能,但電路板本身仍是許多導線的連接體。而采用無源器件內置技術后,電路板將變得完全不同于以往。其被動器件(如:電阻、電容)將會被集成在PCB內部,而外部不會留下任何無源器件,這樣PCB的空間和尺寸會被壓縮至最小!

無源件內置是一個相對較新的概念,目前諸多公司都在接觸和研究這個新的技術,因而在國內市場上還未得到普遍應用,造成這個情況的制約因素主要有兩點:

1、國內目前未有整套完整的體系去驗證該計劃的可靠性以及穩定性。

2、PCB廠家的生產加工技術,需要高精密的儀器和生產技術才能配合到嵌入式PCB的設計和開發。

但就算是存在著諸多難點,為什么要內置它們呢?究其根本原因無非就是電路板表面空間緊張,客戶產品在往小型化,高度集成化方向發展。在典型的生產裝配中,占生產成本很小的元件部分可能會占據PCB大部分的空間,并且這個情況越來越嚴峻。因為我們設計的產品需要支持越來越多的功能,導致其項目設計中要支持更多的功能、更高的時鐘速率和更低的電壓,這就要求有更多的功率和更高的電流。同時還需要對電源分布系統進行很大的改進。這一切都需要有更多的無源器件(如:電阻、電容),而無源器件的增加,勢必會占據相當大一部分PCB空間。

無源器件內置的優勢:

1、 節約了寶貴的電路板表面空間,縮小了電路板尺寸并減少了其重量和厚度。

2、 嵌入的方式由于消除了焊接點,因此減少了引入的電感量,從而降低了電源系統的阻抗,可靠性得到很大提高(焊接點是電路板上最容易引入故障的部分)。

3、 無源器件的嵌入將減短導線的長度,并且允許更緊湊的器件布局,從而提高電氣性能。


嵌入式電阻

目前市場環境中某些制作嵌入式電阻PCB的方式是采用雙金屬層結構——銅層與一個薄的鎳合金層構成了電阻器元素,然后通過對銅和鎳的蝕刻,形成具有銅端子的各種鎳電阻,并且直接與布線相連接,然后這些電阻器被層壓至電路板的內層中。該技術已經被應用于通訊設備中,如:衛星、基站。而在醫療電子設備、航空電子設備和電腦設備中也得到了應用。嵌入式電阻不僅可以節約空間、減少重量和尺寸。同時也可以提升電子性能。

日本專業電阻生產商KOA在電阻行業有長達60年以上的生產和研發經驗,對應著新型PCB工業的技術,當然也不會落后,其XR73系列電阻,可以完全內嵌于PCB設計的電路中,并擁有很好的公差和其他標準的電阻特性,XR73系列電阻為一個單獨的抵抗體,較上述部分的嵌入式電阻方式,在阻值誤差,溫漂,以及一些噪聲和各批次間的一致性身上有著獨特的優勢,因為XR73是個完整的個體,是采用標準的電阻生產技術來完成的,其溫度控制和功率控制,以及阻值控制部分都存在著很大的靈活性,并且該系列嵌入式電阻的應用,可以在寬大的雙面銅電極上直接進行微過孔連接PCB的布線,所以輔助PCB的印制,少了很多工序,可以直接層壓到PCB中。如下為KOA XR73的基本框圖以及相關的尺寸:

                               

可以從圖中看出,其內部架構,保護膜,基本散熱部分,電極部分都是十分的完整。并且其中有兩個部分有著和突出的表現:

1.     面積很廣的雙面電極。

2.     非常低的厚度值,可達0.14mm.

在嵌入式無源器件PCB中采用該系列的電阻應用有著如下的優勢:

                  1、高集成度。該系列應用通過三維可視化的安裝方式較普通的SMD貼片有高精準性和穩定

                       性的優勢。



2、高散熱性,大家熟知,如果嵌入式電阻溫升過高,將會造成整塊PCB的熱量過大,后續不得不

助外圍器件散熱,而XR73系列在溫升控制方面非常優秀,采用導熱率高的樹脂充當電阻外層的保護膜


          


3、高可靠性:將電阻層壓至PCB中,而PCB外層相當于電阻的物理環境保護膜,所以對電路的穩定性

     有很大的提升。


     

4、高優異抗彎曲性及抗震性。內嵌式電阻較大的弊端的一部分在于電阻一旦潛入在PCB內部,它的電極部分被固定,當熱脹冷縮,和外部高強度機械應力彎曲電路板時,會對內嵌的電阻有個非常嚴峻的考驗, XR73系列采用了相關的技術能夠承受一定程度的彎曲和熱脹冷縮考驗,并且KOA內部的測試針對該項目的要求也十分嚴格,采用大批量的彎曲0mm~1mm,0mm~5mm規格,測試后電阻的誤差必須控制在公差范圍內。

5、非常優秀連接性。 在上文中也提到過微過孔技術,內嵌式電阻再加上微過孔技術,不僅可以將電阻內嵌在PCB中,并且PCB還可以多層化,而這樣就會更加節省空間。XR73系列最大亮點在于,它是雙面電極,并且電極部分是由Cu制成,具有很強的抗震性,而這一特點有著非常顯著的應用---那就是XR73系列可以在電阻的電極上實施微過孔技術的同時與多層PCB的連接。

   

總結

    其無源器件的嵌入式PCB,將會是一個趨勢,目前國內諸多的電子產品和一些終端設備的研發和制造商,都非常關注這個領域,將其作為一個技術的貯備,不斷的去探索。嵌入式PCB可能較普通PCB的生產成本會提高,但是其對設計的改進(更小的尺寸更少的層數更輕的重量)安裝費用的節省(從雙面安裝變成單面安裝)帶來的性能提升都應該被考慮到。隨著工藝的進步、產量的增加以及競爭方的合并,成本必然會下降,應用也將會更廣泛。


上傳時間:2017-01-19
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