隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,具備新設(shè)計(jì)、新理念、新功能的電子終端產(chǎn)品層出不窮,電子終端不斷向“小型化、集成化、大功率化、多功能化”等方向發(fā)展,片式、小型化是電子元件發(fā)展的主要方向。片式電容、片式電感、片式電阻三大無源元件是整個(gè)電子電路中最基礎(chǔ)、最重要的電子元器件,約占片式元件總產(chǎn)量的85%-90%。
圖源 NGK
片式多層陶瓷電容器(MLCC)
片式多層陶瓷電容器(Multilayer Ceramic Capacitor,MLCC),簡(jiǎn)稱片式電容器,是被動(dòng)電子元件中使用最為廣泛、用途最廣、使用量最大的電子元件,被稱為“工業(yè)電子大米”。
圖 MLCC結(jié)構(gòu)示意圖
MLCC 是由印好電極(內(nèi)電極)的陶瓷介質(zhì)膜片以錯(cuò)位的方式疊合起來,經(jīng)過一次性高溫?zé)Y(jié)形成陶瓷芯片,再在芯片的兩端封上金屬層(外電極),從而形成一個(gè)類似獨(dú)石的結(jié)構(gòu)體,故也叫獨(dú)石電容器。因?yàn)橛兄煽啃愿摺Ⅲw積小、損耗小、易于貼裝等多種優(yōu)勢(shì),MLCC快速成為電子產(chǎn)業(yè)的首選電容種類,主要用于各類軍用、民用電子整機(jī)中的振蕩、耦合、濾波、旁路電路中,應(yīng)用領(lǐng)域包括信息技術(shù)、消費(fèi)電子、通信、汽車、工業(yè)控制等各行業(yè)。

MLCC誕生于20世紀(jì)60年代,最先由美國(guó)公司研制成功,后來被日本公司村田Murata、TDK、太陽誘電等迅速開發(fā)并產(chǎn)業(yè)化,至今仍保持其在MLCC領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)80年代以前中國(guó)大陸電容器產(chǎn)業(yè)的片式化率幾乎為零,僅有極少量MLCC的半成品芯片以手工方式貼裝于厚薄膜混合集成電路基板。80年代中期,原電子工業(yè)部下屬715廠、798廠以及風(fēng)華高科等先后引進(jìn)MLCC生產(chǎn)線,MLCC技術(shù)獲得了突破,形成了基本實(shí)現(xiàn)了MLCC主流產(chǎn)品本地化供應(yīng)局面。國(guó)產(chǎn)廠商包括風(fēng)華高科、三環(huán)集團(tuán)、宇陽科技、成都宏科、元六鴻遠(yuǎn)、微容科技、芯聲微等20多家企業(yè)。
片式電感(MLCI)
片式電感器最早于80年代在日本開始開發(fā)生產(chǎn),TDK率先實(shí)現(xiàn)了疊層片式電感器產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)從90年代初開始開發(fā)、生產(chǎn)片式電感器,深圳南玻電子(順絡(luò)電子收購(gòu))率先引入電感生產(chǎn)線,風(fēng)華高科建立片感用磁材與片感元件生產(chǎn)線,并開始研發(fā)自有片式電感器。從結(jié)構(gòu)上看,片式電感器可分為繞線型和疊層型兩類。疊層片式電感器是電感領(lǐng)域重點(diǎn)開發(fā)的產(chǎn)品。
不同于傳統(tǒng)的繞線式電感器,疊層片式電感器(Multilayer Chip Inductor,MLCI)采用新型的電子材料及厚膜技術(shù),將材料制成厚度約 10~30 微米的流延薄膜,然后在薄膜上印制線圈圖案,經(jīng)交替印刷、疊層后形成一條螺旋式線圈,最后采用低溫陶瓷共燒(LTCC)技術(shù)工藝對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行燒結(jié),形成具有獨(dú)石結(jié)構(gòu)的一種新型片式電感。
表 片式電感與傳統(tǒng)插裝電感性能對(duì)比,來源:麥捷科技招股書
由于MLCI采用了先進(jìn)的厚膜多層印刷技術(shù)和疊層工藝,實(shí)現(xiàn)了超小型化,且其小型化速度隨著疊層技術(shù)的進(jìn)步而不斷加快,在大部分應(yīng)用領(lǐng)域逐步取代傳統(tǒng)插裝電感和繞線片式電感,成為新一代片式電感的主流產(chǎn)品,被廣泛用于通訊領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)及周邊產(chǎn)品、消費(fèi)類電子、辦公自動(dòng)化及汽車電子等領(lǐng)域。

與繞線片式電感相比,疊層片式電感具有顯著的優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)為:
①成本低、尺寸小,有利于電路的小型化;
②磁路封閉,具有良好的磁屏蔽性、不會(huì)干擾周圍的元器件,也不會(huì)受臨近元器件的干擾,有利于元器件的高密度安裝;
③一體化獨(dú)石結(jié)構(gòu),燒結(jié)密度高、機(jī)械強(qiáng)度好、可靠性高;
④耐熱性、可焊性好;
⑤形狀規(guī)則、整齊,適合于自動(dòng)化表面安裝生產(chǎn)等。
疊層片式電感的不足之處是制作工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、功率較小、高感值的制作難度大,因此在高頻、大功率領(lǐng)域,繞線片式電感仍占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。

國(guó)外疊層片式電感企業(yè)有TDK、村田等,國(guó)內(nèi)企業(yè)主要有順絡(luò)電子、麥捷科技、風(fēng)華高科和振華富等。
片式電阻(Chip Resistor)
貼片電阻(SMD Resistor)又名片式固定電阻器(Chip Fixed Resistor)、"矩形片狀電阻"(Rectangular Chip Resistors),可在電路板表面直接貼裝的具有電極形狀的表面貼裝用電阻器。方形貼片電阻器在固定電阻器中將近占9成,是現(xiàn)在一般使用的電阻器的主流產(chǎn)品。1976年,日本羅姆(ROHM)率先實(shí)現(xiàn)世界上首款貼片電阻器的量產(chǎn)。

貼片電阻按生產(chǎn)工藝分厚膜片式電阻(ThickFilm Chip Resistor)和薄膜片式電阻(Thin Film Chip Resistor)兩種。薄膜片式電阻器和厚膜片式電阻器基本構(gòu)造大致上都相同,但是電阻體材料和電阻體形成方法則有著較大的差異。

圖 薄膜貼片電阻和厚膜貼片電阻的比較,來源:松下電器
厚膜片式電阻是采用絲網(wǎng)印刷將電阻性材料淀積在絕緣基體(例如氧化鋁陶瓷)上,然后燒結(jié)形成的,膜貼片電阻由于材料和工藝的優(yōu)勢(shì),其生產(chǎn)成本非常低廉,廣泛應(yīng)用于各種電路使用環(huán)境。薄膜片式電阻,通常為金屬薄膜電阻,是在真空中采用蒸發(fā)和濺射等工藝將電阻性材料濺鍍(真空鍍膜技術(shù))在絕緣基體上制成,特點(diǎn)是溫度系數(shù)低,溫漂小,電阻精度高,適用于精密和高頻領(lǐng)域。

圖 貼片電阻器生產(chǎn)工藝流程,來源:羅姆
貼片電阻廠商主要有國(guó)巨、羅姆、威世、風(fēng)華高科(收購(gòu)光頡科技)、松下電器等。

原文始發(fā)于微信公眾號(hào)(艾邦陶瓷展):片式電子元件“三劍客”:片容、片感、片阻