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)在正是進行準備的好時候。