無源器件電阻和電容在電路板中的內(nèi)置技術(shù)簡述

　　第二種制造嵌入式電阻的方法是使用電阻粘劑。它是摻雜有傳導(dǎo)性碳或石墨的樹脂，以此為填充劑，絲網(wǎng)印刷至指定處，經(jīng)過處理后層壓入電路板內(nèi)部。電阻由金屬化孔或微過孔連接至元件。使用電阻粘劑的技術(shù)已經(jīng)存在了多年，一直受限于其較高的公差和較差的環(huán)境特性而未被投入消費應(yīng)用。新一代的產(chǎn)品已經(jīng)被開發(fā)出來并且具有更好的特性，正在逐步被應(yīng)用于更多的成熟應(yīng)用中。

　　以Siemens公司的產(chǎn)品Simov為例，它是一種基于碳的電阻粘劑，其電阻值范圍是20~150ohm/square，在100歐姆以內(nèi)公差為+/-25%，在100歐姆以上公差為+/-40%。該產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于汽車產(chǎn)品中了。其生產(chǎn)廠商是InBoard——一家Siemens和Sanmina-SCI的合資公司。 另一種粘劑產(chǎn)品是由Asahi Chemical公司開發(fā)的，其電阻值范圍是35歐姆到1兆歐姆/square。Motorola克服了使用粘劑最關(guān)鍵的限制因素：由于銅/碳表面被腐蝕導(dǎo)致電阻的漂移。Motorola開發(fā)了一種穩(wěn)定的改進產(chǎn)品，將其置于85%RH/85oC環(huán)境中500小時的電阻的漂移小于10%。當(dāng)被加溫時這種改變是變化的，因此不能以此來推定器件在運行時的實際性能。這些電阻器在高溫下也同樣穩(wěn)定。將其置于5X回流(峰值溫度：220oC)中，然后500個循環(huán)的液體間熱沖擊，導(dǎo)致其阻值的變化小于4%。Motorola在GSM手機模塊中使用這些電阻器。

　　粘劑已經(jīng)取得了很大的進步，但其公差仍然很大。還有更好的解決技術(shù)嗎?一些新興的材料和工藝已經(jīng)處于不同的開發(fā)階段(表2)。DuPont將印制在銅箔上的高溫電阻粘劑燒結(jié)成各種電阻器。該層被反壓于膠片之上形成FR4的板芯。感光性樹脂被應(yīng)用到銅箔上，經(jīng)過曝光，顯影以及蝕刻形成完全的瓷片電阻器電路。

　　這些與DuPont為銅混合電路提供的厚膜電阻是一樣的，其電阻范圍是10到100 Kohm/square，電阻溫度系數(shù)(TCR)小于220ppm/oC。其精度可被校正至+/-1%。盡管具有這些優(yōu)異的特性，高溫氮爐燃燒仍然是一種新的生產(chǎn)工藝，并且需要大量的資金投入。對金屬箔的規(guī)劃也是一個挑戰(zhàn)，尤其是對HDI和其他一些優(yōu)質(zhì)的電路板。

　　Shipley公司的Insite包含一塊摻有雜質(zhì)的鉑金屬薄膜，通過化學(xué)氣相沉積的方法直接覆蓋在銅箔上(CVC)。該銅箔被反向，電阻面朝下層壓至FR4預(yù)浸料中，經(jīng)過三次蝕刻去處絕大多數(shù)的銅和多余的電阻原料，最后除去銅箔后露出電阻及其焊盤與導(dǎo)線。其電阻值可達1000ohm/square且具有良好的公差特性。

　　而MacDermid公司則致力于平面電阻的工藝。這包括在FR-4表面按照指定位置和制定的尺寸進行光敏處理，然后直接在光敏處理過的區(qū)域鍍上鎳金屬合金，這樣形成的電阻其阻值較低，范圍較窄(25到100ohm/square)，通過改變樣式的長度可獲得更高阻值。通過電鍍的方式也很難達到通過激光校準(zhǔn)的方式可以達到的很高的精度。

　　CAD工具仍待開發(fā)

　　對嵌入式無源器件的設(shè)計和測試而言，還有許多開發(fā)工作有待開展。已經(jīng)商用的產(chǎn)品，BC2000和Ohmega-Ply的技術(shù)支持是不錯的，Ohmega-Ply有一個特別有用的設(shè)計指南。對系統(tǒng)進行虛擬設(shè)計的CAD軟件、建模和仿真的工具也正在開發(fā)之中。電路板車間已經(jīng)建立起針對開路、短路和阻抗的測試了。但針對嵌入式的電路板，還需要增加新的測試設(shè)備和測試手段。

　　對嵌入式電阻的測試目前在內(nèi)層階段和成板階段都進行。內(nèi)層階段測試在進行層壓工序之前保證電阻值在需要的范圍內(nèi)。該項測試是由針床夾具進行，需要注意的是測試電流不要超過額定的電流。在成板階段需要重新進行測試以保證電阻沒有在層壓工序中被破壞。

　　在對嵌入式電容的測試中，成對的電源/地平面必須經(jīng)過高壓測試以確保很薄的電解質(zhì)中沒有短路的現(xiàn)象。最終制作完成的電容量通常并不進行測試。對更好的設(shè)計工具和測試方法的開發(fā)是推廣并應(yīng)用嵌入式器件不可缺少的一個環(huán)節(jié)。

　　成本是一個很復(fù)雜的問題。與分立器件相比較，嵌入式器件較為昂貴。但進一步看，對設(shè)計改進(更小的尺寸，更少的層數(shù)，更輕的重量)，安裝費用的節(jié)省(從雙面安裝變成單面安裝)，以及可能帶來的性能的提升都應(yīng)該被考慮到。隨著工藝的進步、產(chǎn)量的增加以及競爭方的合并，成本必然會降下來。微過孔電路板的發(fā)展就是這樣。

　　根據(jù)經(jīng)驗而言：使用更多的無源器件，性能更好。嵌入式無源器件的制作是“大量成型”，就是說所有的無源器件是一次制成的。不論設(shè)計包含一個還是一千個無源器件，其成本是相同的。包含無源器件數(shù)量較多(至少5~10/in2)的設(shè)計，其成本效率較高。當(dāng)考慮所有的成本因素時，成本效益可高達30%。

　　嵌入式的電阻和電容已經(jīng)準(zhǔn)備好被廣泛應(yīng)用了嗎?答案是還沒有。BC2000已經(jīng)相對廣泛地被應(yīng)用，同樣已經(jīng)被應(yīng)用的產(chǎn)品還有Ohmega-Ply，但更新的材料盡管看上去不錯，卻還需要經(jīng)過更多的測試和檢驗。制造商也需要更多的嵌入式技術(shù)的經(jīng)驗。設(shè)計工具、測試設(shè)備、快速原型化和其他的基本設(shè)施都還沒有跟上。但是由于其優(yōu)點是巨大的，因此變革一定會到來，現(xiàn)在正是進行準(zhǔn)備的好時候。