現(xiàn)今典型電子消費品所追尋的目標,是欲將數(shù)量達百萬以上、數(shù)值從1Ω到1MΩ的電阻器;以及從1PF至少到1um的電容器等被動組件做一番整合。至于電感器而言,則一般電子機器中所需者,不但用量廖廖可數(shù)少之又少,而且可能整合的最大數(shù)值也只有幾百個Nh(nano-Henry)而已。利用有機板材制作嵌入式被動組件的時代即將到來,雖然此一邊趨勢目前并非燃眉之急,但市場的走向卻勢在必行。
對于有心跨足嵌入式電阻器(EP)領(lǐng)域的業(yè)者而言,首要工作是在種類頗多的嵌入式電阻器(ER)與電容器中,縮小其選擇范圍,并研發(fā)出一系列穩(wěn)定可行的生產(chǎn)制程。其量產(chǎn)的進行可從第三方以包產(chǎn)式(turnkey)購買技術(shù),或由研發(fā)工程師依據(jù)參考文獻所述,自行修改本身設(shè)備與流程而成。總之,無論出自何種構(gòu)思,務(wù)必皆應(yīng)遵循“愈普通愈好”的最高量產(chǎn)原則。若就EP的量產(chǎn)而言,任何復(fù)雜工法皆為不切實際之舉。反之,必須盡可能地研發(fā)出單純且成熟的流程,才能符合實際情況所需。
目前業(yè)界另方面所遭遇的困境,是嵌入式電容器的尺寸也很難再小了。在此首先就介質(zhì)材料的背景做一簡單論述。介質(zhì)材料主要區(qū)分為中介電質(zhì)(paraelectrics)與強介電質(zhì)(ferroelectrics)兩種:
中介電質(zhì)者包含SiO2、Al2O3、Ta2O5、、以及常用的聚合物等。中介電質(zhì)之K值通常只處于25至50之間,但其介質(zhì)常數(shù)(DK)卻較不受到頻率、電壓、溫度、及時間等因素所干擾。
至于強介質(zhì)者則已有BaTIO3、PbxZr1-xTIO3、BaxSr1-xTIO3等。強介電質(zhì)之K值通常較中介電質(zhì)高約1000倍以上,但相對地其介質(zhì)常數(shù)卻會因頻率、電壓、以及溫度等變數(shù)而每況愈下。舉例來說,在高頻(1GHz)的工作環(huán)境中,以強介電質(zhì)材料所制成的電容器,其電容量的損失程度,甚至可能會高達原本電容量的四分之一。
然而,以中介電質(zhì)材料制成的嵌入者,則幾乎全無變化。事實上,溫度對中介電質(zhì)之介質(zhì)常數(shù)可謂毫無影響力。對于某些采用強介電質(zhì)材料,對公差要求嚴格的應(yīng)用者,如射頻濾波器、交流直流轉(zhuǎn)換器、正時裝置等元件而言,不穩(wěn)定的Dk 乃是一項嚴重的隱憂。至于某些公差要求較寬松的場合,如終端處理、解耦合、及其他儲能用的電容器等,其DK的些微變化,就如同小痛小傷般無傷大雅。但若想要在有機板材中加入含有強介電質(zhì)的材料時,目前最困難的技術(shù)瓶頸,是該等強介電質(zhì)必須在氧氣環(huán)境中以500-700 ℃的高溫將之徹底熔化,如此之結(jié)晶型態(tài)方能符合高DK的需求,因而只能在板外先行燒制然后再置于板內(nèi)了。
到底有哪些制程可提供選擇?
如果對PCB線路板之壓合、銅箔、電鍍、濕制程蝕刻、或其他非真空制程仍然情有獨鐘時,則電阻器最好采用夾有鎳磷合金屬的基材板去制作。至于陶瓷厚膜預(yù)燒法,或厚膜印制(PTF)等工法均已商品化了。其中Nip夾心的基材板蝕刻法,最大電阻值約只200Ω/□而已,因此若想以此種材質(zhì)制作電阻值高于20KΩ電阻器時,其成品尺寸將難以避免地增大許多。倘欲另加一些非金屬物質(zhì)以增加其電阻值時,則其電阻溫度系數(shù)(TCR)又將變化很大而不再是0,因而造成的反效果也會不小。
有鑒于此,自低溫共燒陶瓷(LTCC)之技術(shù)者也途徑之一。該法系將陶瓷材料之硼化鋁(LaB6)先行涂布成像,并燒結(jié)在銅箔的粗糙面,隨即以其電阻器圖形面反壓在內(nèi)層板上,然后再蝕刻出銅線與單獨的電阻器,整體制程就算初步告成。另外,聚合物厚膜(PTF)亦可成為ER的理想制作材質(zhì),在不致遭受時間、溫度、及濕度等外在因素干擾下,PTF式電阻器將會展現(xiàn)出十分優(yōu)異的電阻值(最高可達107Ω/□),且高品價格實惠,并適合全加成法之制程。
以一張1mil厚的FR4基材為例,其所產(chǎn)生之電容值大約只有0.150Nf/cm2,但目前手機板上所使用的電容器,平均要到達10nF之電容值,幸好此種方法尚可擴大到整張電路板,而成為內(nèi)藏公用的電容。另一個優(yōu)點是電容器亦可構(gòu)成于電源層與接地層之間,因此訊號傳播時所衍生的雜訊將可降低許多,也就是提供了所謂的“解耦合(decoupling)”功能。此類電容器也可供全板于低頻領(lǐng)域之解耦合用途,而使得整張電路板之低頻雜訊得以減少,但卻無法取代高頻IC附近所羅列的解耦合電容器。電實上若欲減少高頻領(lǐng)域的雜訊時,則其電容器就必須在有限體積內(nèi)具備極大的電容量,才能應(yīng)付晶片之所需。
在致力增加單位電容方面,如果將介質(zhì)常數(shù)為10,000的鈦酸鋇粉末,與DK只有5的環(huán)氧樹脂,以重量百分比95:5的比例均勻混合在一起,其混合物的DK竟然還不到50,使得此種做法只能施展于低電容的領(lǐng)域。若再將已摻入強介質(zhì)粉末之環(huán)氧樹脂,制成厚度只有1/4mil的極其薄膜時,的能產(chǎn)生的電容值了僅只10nF/cm2而已。對于IC附近密集排列做為解耦合用的電容器類,欲以埋容取而代之者,則仍然是杯水車薪無濟于事,不過卻可在低電容的場合寥勝于無。此等復(fù)合材料的DK,也常因頻率、電壓、溫度、時間等因素的同理用于電容器之鈦酸鋇(BaTiO3)薄膜,也可預(yù)先使之燒結(jié)在銅箔粗面上,且所能提供的電容值亦相當(dāng)優(yōu)異(可高達5010nF/cm2)。ipcb是精密PCB線路板生產(chǎn)廠家,專業(yè)生產(chǎn)微波線路板,rogers高頻板,羅杰斯電路板,陶瓷電路板, HDI多層電路板,FPC軟硬結(jié)合板,盲埋孔電路板,鋁基板,厚銅電路板