無源器件電阻和電容在電路板中的內(nèi)置

　　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(fèi)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(jìn)產(chǎn)品，將其置于85%RH/85oC環(huán)境中500小時(shí)的電阻的漂移小于10%。當(dāng)被加溫時(shí)這種改變是變化的，因此不能以此來推定器件在運(yùn)行時(shí)的實(shí)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(gè)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(jī)模塊中使用這些電阻器。

　　粘劑已經(jīng)取得了很大的進(jìn)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(duì)金屬箔的規(guī)劃也是一個(gè)挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)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(dá)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(jìn)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(zhǎng)度可獲得更高阻值。通過電鍍的方式也很難達(dá)到通過激光校準(zhǔn)的方式可以達(dá)到的很高的精度。

　　CAD工具仍待開發(fā)

　　對(duì)嵌入式無源器件的設(shè)計(jì)和測(cè)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(cuò)的，Ohmega-Ply有一個(gè)特別有用的設(shè)計(jì)指南。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)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(duì)開路、短路和阻抗的測(cè)試了。但針對(duì)嵌入式的電路板，還需要增加新的測(cè)試設(shè)備和測(cè)試手段。

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

　　在對(duì)嵌入式電容的測(cè)試中，成對(duì)的電源/地平面必須經(jīng)過高壓測(cè)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(jìn)行測(cè)試。對(duì)更好的設(shè)計(jì)工具和測(cè)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(gè)環(huán)節(jié)。

　　成本是一個(gè)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(jìn)一步看，對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)(更小的尺寸，更少的層數(shù)，更輕的重量)，安裝費(fèi)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(jìn)步、產(chǎn)量的增加以及競(jìng)爭(zhēng)方的合并，成本必然會(huì)降下來。微過孔電路板的發(fā)展就是這樣。

　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(jì)包含一個(gè)還是一千個(gè)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(jì)，其成本效率較高。當(dāng)考慮所有的成本因素時(shí)，成本效益可高達(dá)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(duì)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(cuò)，卻還需要經(jīng)過更多的測(cè)試和檢驗(yàn)。制造商也需要更多的嵌入式技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)工具、測(cè)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(diǎn)是巨大的，因此變革一定會(huì)到來，現(xiàn)在正是進(jìn)行準(zhǔn)備的好時(shí)候。