新型无源元件的现状与发展(下)

alkbee

[这个贴子最后由通天雷神在 2003/12/20 01:55pm 第 1 次编辑]

新型无源元件的现状与发展(下)

New Passive Components：Review and Projection
■七星飞行电子有限公司　王彦伶　陈福厚

频率元件这类元件主要包括滤波器、延迟线、振荡器、谐振器等。从类型来分，主要有石英晶体类、声表面波(SAW)类、微波陶瓷介质类和叠层型LC组合件类。石英晶体器件在移动通信的强劲推动下，向表面贴装型和小型化方面取得很多进展，如:温补晶体振荡器TCXO的主流尺寸己从9×7×2mm过渡到7×5×1.7mm，并己出现了5×3.2×1.5mm的新产品。压控晶体振荡器的尺寸缩小到5×3×1mm。SAW(声表面波)滤波器在彩电和移动通信中最早获得广泛应用。前些年由于叉指换能器加工精度的限制，这类器件的工作频率最高仅为几百兆赫。近年来，借助半导体微细加工技术，可以将叉指换能器的线距做到亚微米级，从而将SAW滤波器的频率提高到2GHz以上。近来又开发了新型衬底材料，如金刚石薄膜，能够将SAW的频率进一步提升。例如美国SAWTEK公司可以提供频率高达3GHz的各种SAW产品，其SAW双工器尺寸为5.0×5.0×1.5mm，体积比第一代同类产品缩小了74%;重量减少了75%，仅是陶瓷双工器重量的3%，满足了TDMA/CDMA的要求。

有媒体报导说:富士通实验室和富士通媒介公司开发出一种适用于5GHz工作的移动和无线接入通信设备的SAW滤波器，其体积为2.5×2.0×1.0mm，频率可至5.0×5.8GHz，带内插损小于3dB。近来美国安捷伦(Agilent)研制成功了薄膜体声波谐振器FBAR(Film bulk acoustic resonator)，它是在压电薄膜的两面制备导电电极，施加电压，在薄膜内激励体声波，其传播速度比表面声波快，波长较长，因而其结构可以制作的更加精细。这种FBAR元件具有频率高、Q值高、体积小、承受功率大、换能效率高等诸多优点，而且与半导体工艺兼容，容易与其它元器件集成。利用FBAR可以制作滤波器、双工器、振荡器等多种高性能小体积表面贴装型微波器件，带来突破性进展，其电性能己能达到3G移动通信的要求。该公司最新推出的ACPF-7001型滤波器尺寸为3×3×1.1mm，在1850~1910MHz通带内插入损耗小于3.5dB，在1930~1990MHz接收带内衰减大于40dB;在一般CDMA手机中通常要使用两个SAW滤波器和一个开关，而现在只使用一个ACPF-7001滤波器就可以满足要求了。HPMD型双工器尺寸为5.5×11.9×2.0mm，频率为1900MHz，其体积比陶瓷双工器减小了(50~80)%，特别适用于超小型手机和PDA等产品中。目前，如摩托罗拉、韩国三星、日立、NEC等公司都己采用了这类FBAR器件。利用LC组合件也可以制作频率元件。它是由低温烧结电子陶瓷/铁氧体与导体浆料的共烧技术和精细叠层工艺，制成了多种以铁氧体和陶瓷为层间介质的叠层独石结构的表面贴装器件。日本Murata、TDK、T-yuden、Toko等以及美国的AVX、AEM、Vishay等公司都开发了这种先进技术。此类微波器件具有体积小、可表面贴装、性能优良、可靠性高、可承受波峰焊和再流焊等诸多优点。如低通/高通/带通滤波器、双工器、定向耦合器、天线、延迟线、平衡-不平衡转换器(balun)等均己产业化并获得广泛应用。电路保护元件随着社会的进步，人们对电子/电力产品的安全性、可靠性越来越关心。一旦出现问题还可借助法律来保护自己的权益。这就促使生产厂家在自己的电子/电力产品中安装一些必要的电路保护元件。加之电子/电力产品日益多样化、复杂化，因而电路保护元件迅速发展起来，形成一个品种繁多的电子元件领域，主要有过电流保护、过电压保护和过热保护三大类别。虽然玻璃管-金属丝型熔电器(保险丝)应用最广、产量最大，但它在很多场合中满足不了现代产品的要求，如体积、精度、可靠性、安装形式等。

近年来开发了一些新型过电流保护元件，如:厚膜固态熔断器，采用厚膜印刷工艺在陶瓷基片上印制特定组份的熔断导电带，再以树脂包封而成。当达到额定电流时，导电带熔断，起到电路保护作用。其特点是额定电流范围宽，可达上百安培，可靠性高，耐强烈冲击振动，熔断时不发生爆炸，不产生微颗粒等污染;薄膜固态熔电器，它是采用薄膜工艺在陶瓷或树脂基片上制作熔断导电带，再外加包封而成。其特点是片式化，包封尺寸符合EIA标准，目前最小规格为1005(1.0×0.5mm)，响应速度快，为毫秒级，精度高，适用于保护昂贵的关键部位，美国Littlefuse、AVX、Bussman等公司均可提供产品;叠层型片式熔断器，这是美国AEM公司的独家专利。它是用陶瓷叠层工艺将陶瓷膜和熔断导电带叠置共烧而形成的独石结构，相当于若干个熔断丝并联在一起，因而是目前承受能量密度最高的过电流保护元件，同样具有EIA标准的片式化系列。另一类刚刚兴起的自恢复保险丝引起了人们的欢迎，它就是本文前面提到的PPTCR。它是在高分子聚合物中加入导电颗粒或导电丝复合而成，常态下导电物相接触，形成导电通路。当过电流时，由于发热而膨胀，使导电物接触变差，导致电阻骤然上升，起到限流保护作用。过电流之后，温度下降，又自动恢复原状，不必更换。其最大优点在于自恢复，非常方便。缺点是体积较大，未能向EIA片式化标准靠拢。减小常态下的电阻也是这种元件的努力方向。瞬变电压和浪涌电压造成的损害是人所共知的，静电放电(ESD)对IC和半导体器件的破坏是致命的，为了应对这些问题，人们研制了多种过电压保护元件，如气体放电管、瞬变电压抑制二极管TVS、闸流管、氧化锌压敏电阻器等。特别是近年来由于IC和半导体器件的电压一降再降，予计到2005年将降到1.2V，过电压保护越发重要。这两年出现的叠层型ZnO压敏电阻器值得人们关注-----叠层型片式陶瓷压敏电阻器(MLV)：半导体ZnO陶瓷压敏电阻器己有多年历史，应用范围广泛。特别是在中压和高压电器的保护和防雷电中受到青睐。但由于其压敏电压与两个电极之间的距离成比例，因而块状结构的ZnO压敏电阻器在体积和低电压方面均不可能满足现代电子产品的要求。近年来人们利用陶瓷叠层共烧技术，用掺杂改性ZnO半导体陶瓷材料制造出了其结构与MLCC完全相同的叠层型式片ZnO压敏电阻器。其特点是:压敏电压低，可低达2V左右;通流量大;响应速度快，达300pS;可靠性高;电容量的选择范围大，包括相当低的电容量以满足高速数据线的要求。其封装尺寸系列符合EIA标准。这种产品适合于各种集成电路、MOSFET、I/O接口、功放等过电压保护，发展前景十分广阔。有人预测今后几年增长速度可达30%。我国相对发展缓慢。深

圳顺络公司己生产出这种产品，性能良好。叠层型片式陶瓷穿心压敏电阻器。(MLVF)。如上所述，叠层型压敏电阻器可以保护电路，其响应时间Tr和自谐振频SRF与寄生电感Lp有密切关系，Lp越大，Tr越长，SRF越低。如果将叠层型压敏电阻器做成穿心式结构，如叠层型三端穿心电容器那样，则其寄生电感Lp将有70%"转移到"输入/输出信号线上，这样就缩短了Tr，提高了SRF，而且组成了一个T形LC低通滤波器，有助于抑制高频噪声，可谓一举两得。美国AVX公司最近首先推出了这种TransFeed新产品，压敏电压为5.6～18V、允许通过的电流为0.5～1.0A。内置ESD保护功能的IC：一些IC生产厂家，为了防止静电放电对IC的损坏，在制造过程中将过电压保护元件(如二极管)集成在一起，使IC自身具备防静电功能。在许多情况下，热保护是十分重要的，不仅是为了防止事故于末然，有时也是保证电路或电子元器件能够在宽温范围内正常工作的措施之一。

本文前面提及的CPTCR、CNTCR、PPTCR均是首选的热保护元件，不再赘述。新型电子元件的发展前景产业发展前景如前所述，新型电子元器件是信息技术的三大支柱之一，受到我国政府的重点支持。预计到2005年，全国年产量将达到5000亿只，其中80%为新型元器件，力争能够基本上满足国内电子产品的组装需求，大幅降低进口量，使我国成为电子元器件生产大国。为此必须加大自主开发能力，提高生产技术水平，及早推广绿色电子工程与国际接轨，解决上游原材料配套问题，降低成本，企业结构重组，创建品牌，扩大国内外销售渠道。虽任重道远，但前景令人乐观。

技术发展前景1.继续扩大片式化、微小型化。虽然片式元件己经相当成熟，但有些电子元件仍未能片式化或者虽然可以进行表面贴装，但体积较大，满足不了电子产品轻、薄、小的要求。如磁性变压器、功率电感器、继电器、连接器、电位器、可调R/L/C、铝/钽电解电容器、薄膜电容器、陶瓷滤波器、PPTCR及一些敏感元件均属此类产品。人们正在努力解决这些问题。2.高频化高速化。电子产品向高频(微波波段)发展的趋势很强劲，如无线移动通信发展到2GHz，蓝牙技术是2.4GHz，短距离无线数据交换系统可达5.8GHz。此外，高速数字电路产品越来越多，光通信的传输速度己从2.5Gbps发展到10Gbps。这些进展都对电子元器件提出了更高的要求，如降低寄生电感、寄生电容、提高自谐振频率、降低高频ESR、提高高频Q值等。3.集成化。片式R/L/C是片式电子元件的主体，在数量上占到90%。这些片式元件的封装尺寸己经缩小到0.6×0.3×0.3mm。这样微小的尺寸给制造和使用都带来了很多不便。

多数人士认为封装尺寸己达极限，不必要再进一步缩小单个片式元件的装封尺寸了。那么发展方向何在?答案是向组件化、模块化、多功能化、无源元件集成化、无源/有源元器件集成化发展。目前己经出现了各种R/L/C组合件，国外著名公司采用LTCC(低温陶瓷共烧)技术、薄膜集成技术、PCB集成技术、MCM多芯片组装技术做出了多种无源/有源集成模块，并已付之应用，其发展前景不可限量。4.绿色化。在电子元件的制造过程中，往往使用大量有毒物料，如清洗剂、溶剂、焊料及某些原材料等。在电子元件成品中有时也含有有毒物质，如汞、铅、镉等。现在一些发达国家己经立法禁用这些有害物质，提倡绿色电子。我国电子元器件行业也面临这一课题，有大量的技术难关等待我们去攻克。

随着半导体技术的不断发展，网络通讯设备等电子设备选用的器件从早期的分离元件过度到现在的大规模集成电路。由于集成器件的工作电压越来越低，耐压水平也不断下降，所以极易因为雷击感应，雷击传导，静电放电等各种原因造成损坏。因此过压防护在如今的电子设备中占有举足轻重的地位！——这也是为何近几年从事防雷产品的公司如雨后春笋般的在中国发展着。而在国外，TECCOR/ST/MITSUBISHI等知名半导体公司也是过压防护器件的百年老店！

而国外的电子产品花在过压防护上的材料成本有的高达10%以上。不是外国的月亮比中国远，确实是老外在对产品的质量上花的工夫比我们多！笔者有幸看到GLOBESPAN的ADSL MODEM方案，在上面推荐的过压防护器件是TECCOR的半导体P3100EB，其价格2元左右。
笔者也看到了联想的电脑MODEM，上面用到了P3100EB和一个58V的防雷管，其成本是3元左右，而现在一个MODEM的成本不超过40元。由此可见，过压防护的概念在国外品牌和国内知名品牌中已受到重视。

new4

编辑一下，这样会好些。我看得头大

szzy_004

头大了。。。。