新型片式元件的防靜電功能技應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

進(jìn)入21世紀(jì)，以數(shù)字式語(yǔ)音通信為代表的現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)和以計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)分別達(dá)到前所未有的新高度，進(jìn)而呈現(xiàn)進(jìn)一步融為一體的新趨勢(shì)。兼具語(yǔ)音通信和電子郵件、證券、金融業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)通信以及PDA功能三位一體化的手機(jī)也已問(wèn)世。WAP（Wireless Application Protocol）已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)行階段。筆記本電腦、PDA等便攜式終端通過(guò)調(diào)制解調(diào)器即可連接Internet。第三代移動(dòng)通信最終將使高速率（2Mbps）無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信和多媒體通信實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)縫漫游，全面推動(dòng)現(xiàn)代通信與信息技術(shù)的個(gè)人化、移動(dòng)化和全球一體化。順應(yīng)通信與信息終端的便攜化、小型化與多功能化發(fā)展潮流，新型元器件呈現(xiàn)微型化、復(fù)合化、高頻化、高性能化等趨勢(shì)。

片式元件的小型化、微型化與高頻化

片式元件由1206、0805向0603、0402甚至0201發(fā)展。0603、0402規(guī)格已成為目前片式阻容元件的主導(dǎo)品種。日本村田公司和松下電子部品公司分別于1997年和1998年推出0201型片式多層陶瓷電容器（MLCC）和片式電阻器，創(chuàng)下了片式元件微型化的新紀(jì)錄。標(biāo)稱(chēng)電容量和電阻值分別為1～1000pF和10Ω～1MΩ。片式化滯后于阻容元件的電感器也有長(zhǎng)足進(jìn)展。無(wú)外殼臥式繞線型片感可降至0603。而多層電感器則憑借其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)已降至0603和0402。日本TDK、村田、太陽(yáng)誘電、TOKO等公司均有0402型面世。例如，太陽(yáng)誘電公司推出0402尺寸的HK1005型MLCI用于PDC制式800/1500MHz雙頻移動(dòng)電話。其中1.5～10nH低電感量品種用于RF功率放大器取代印刷式微帶電感線圈，使1W功率放大器模塊的體積降至0.18cc（10×10×1.8mm3）。

傳統(tǒng)陶瓷電容器采用1類(lèi)熱穩(wěn)定型和2類(lèi)高介電系數(shù)型陶瓷材料作為電介質(zhì)，按照IEC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其測(cè)試頻率分別為1kHz和1MHz，故俗稱(chēng)“高頻”瓷介電容器和“低頻”瓷介電容器。在線路板插裝的電容器引線長(zhǎng)度約2～3mm，標(biāo)稱(chēng)電容量為1000～100pF的高頻瓷介電容器的固有諧振頻率f0約60～200MHz，10pF及更小容量規(guī)格約600～1000MHz。一方面，電容器的使用頻段應(yīng)遠(yuǎn)低于固有諧振頻率。另一方面對(duì)于高于1MHz的頻率范圍，電容器的損耗因子受介質(zhì)極化、引線與電極集膚效應(yīng)和電導(dǎo)率等諸多因素影響而急劇增高，即Q值迅速下降。這就是常規(guī)“高頻”瓷介電容器在高頻特性方面的欠缺，而使之在高頻段應(yīng)用受到極大局限。早在60年代就出現(xiàn)了將多層陶瓷電容器（MLC）的芯片用作厚薄膜混合集成電路（HIC）的外貼元件，并因其無(wú)引線結(jié)構(gòu)而被稱(chēng)為無(wú)感電容，在相當(dāng)寬的頻段內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)良的頻率特性。例如：1000～100pF的MLC去掉引線后f0可提高到100～400MHz，10pF及更小容量規(guī)格f0可高達(dá)900～2000MHz。70年代隨著SMT技術(shù)的興起，MLC芯片演變?yōu)槠蕉鄬犹沾呻娙萜鳎∕LCC）而直接貼裝于印刷電路板（PCB），極大的提高了電路和功能組件的高頻特性。例如：彩電、錄像機(jī)用調(diào)諧器是較早實(shí)現(xiàn)元件全片式化的功能組件，并且對(duì)片式電容的高頻特性有較高要求。

具有高Q低等效串聯(lián)電阻（ESR）值的片式射頻/微波MLCC及片式射頻/微波薄膜電容器，以其優(yōu)良的射頻功率特性倍受廣播電視、移動(dòng)通信及衛(wèi)星通信等發(fā)射基站的青睞。并在無(wú)線尋呼機(jī)、無(wú)繩電話、蜂窩電話、無(wú)線局域網(wǎng)（W-LAN）等無(wú)線通信與信息終端產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。微型化的片式微波單層瓷介電容器（SLC）。用二十余種介電常數(shù)10～20000的不同介質(zhì)材料制成。尺寸規(guī)格為0101、0202、0303、0505、0606、0707、0909、1010等十多種；標(biāo)稱(chēng)電容量：0.04～6300pF。小容量尺寸規(guī)格f0可高達(dá)50GHz。SLC廣泛適用于微波單片集成電路（MMIC）。如：功率放大器、振蕩器、混頻器等，可實(shí)現(xiàn)隔直流、RF旁路、濾波、阻抗匹配、共面波導(dǎo)等功能。

得益于移動(dòng)通信產(chǎn)品的強(qiáng)有力促進(jìn)，具有多層結(jié)構(gòu)的片式高頻陶瓷電感器、片式高頻薄膜電感器、片式高頻陶瓷芯繞線電感器在GSM、DCS、PDC、CDMA、PCS、PHS、DECT等蜂窩移動(dòng)電話和無(wú)繩電話以及無(wú)線尋呼機(jī)，也包括無(wú)線局域網(wǎng)（W-LAN）、衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPS）、衛(wèi)星電視接收裝置等無(wú)線通信與信息產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。

片式元件的防靜電功能

隨著通信與信息終端的便攜化、小型化和SMT的應(yīng)用，IC、LSI、VLSI的集成密度和速度大幅度提高。通過(guò)傳導(dǎo)和感應(yīng)進(jìn)入電子線路的各類(lèi)電磁噪聲、浪涌電流甚至人體靜電均能使整機(jī)產(chǎn)生誤動(dòng)作或損壞半導(dǎo)體器件。

圖1：IC類(lèi)型與擊穿電壓的關(guān)系

例如，典型情況下，一個(gè)人所帶電荷可以表征為一個(gè)150pF的電容器與330Ω的電阻器串聯(lián)。推算其靜電電壓有可能在8～15kV范圍內(nèi)，甚至高達(dá)25kV。當(dāng)人接近系統(tǒng)時(shí)，靜電場(chǎng)（ESD）和不均勻電壓分布會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)元件被損壞。一般來(lái)說(shuō)，ESD很容易損壞未受保護(hù)的IC。據(jù)統(tǒng)計(jì)，各類(lèi)IC的ESD擊穿電壓分布如圖1所示。

通過(guò)在對(duì)靜電敏感IC的最易受損的管腳處（例如，在Vcc和I/O管腳等處）安裝一個(gè)瞬態(tài)抑制器，即片式多層壓敏電阻器就能起到保護(hù)IC的作用。

具有獨(dú)石結(jié)構(gòu)的多層壓敏電阻器與MLCC結(jié)構(gòu)類(lèi)似，內(nèi)電極與陶瓷薄層交錯(cuò)并聯(lián)經(jīng)端電極引出。除進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)瓷體薄層化降低擊穿電壓外，多層并聯(lián)使電極有效面積成倍增加，從而極大地提高其通流量和靜電容量值。并有效地縮小元件的體積與減輕重量。

片式元件的抗電磁干擾（EMI）功能

通信與信息終端的便攜化、數(shù)字化，使系統(tǒng)的EMI抑制問(wèn)題愈發(fā)突出。采用片式多層磁珠（MLCB）可有效抑制計(jì)算機(jī)、汽車(chē)電子、傳真機(jī)、數(shù)字式移動(dòng)通信等領(lǐng)域的電磁或射頻干擾（EMI/RFI）。并且具有小尺寸、高可靠磁屏蔽、適于高密度線路板裝配的特點(diǎn)。例如：筆記本電腦中的主板、總線、時(shí)鐘線、聲卡、顯卡、網(wǎng)卡及電源部分，都需要包括低速、高速、大電流型在內(nèi)的多種規(guī)格片式磁珠。TDK、村田、太陽(yáng)誘電公司已能生產(chǎn)0402型片式磁珠。此外，復(fù)合陣列型片式磁珠也可進(jìn)一步縮小裝配空間。0612型（即0604×3或0603×4個(gè)）片式多層磁珠陣列也已普及。太陽(yáng)誘電公司新研制出0408（0402×4）規(guī)格的BK2010型片式多層磁珠陣列，各單元電極間距0.5mm，可就近貼裝于間距相同的QFP封裝IC引腳間，更有效地改善噪聲抑制效果。

圖2：片式多層穿心電容器單元

穿心式濾波器被證明是抑制EMI最有效的無(wú)源元件之一，通常采用C型、LC型、π型和T型四種結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)變化和各單元電容量、電感量的調(diào)整和匹配，改變截止頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)指定頻段電磁噪聲的抑制。片式化的穿心濾波器直接在線路板上貼裝接地時(shí)，也可同時(shí)貫通導(dǎo)電屏蔽板，從而極大地改善在高頻段的濾波效果。

最常用的C型結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是三端式穿心電容器單元。采用獨(dú)石結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的片式多層穿心電容器單元的接地端，一般在兩側(cè)同時(shí)引出而成外觀四端式結(jié)構(gòu)，如圖2。在實(shí)現(xiàn)多組單元復(fù)合陣列化時(shí)，亦共用該兩個(gè)接地端。片式多層EMI抑制濾波器廣泛用于計(jì)算機(jī)及其外設(shè)、汽車(chē)電子、數(shù)字式多媒體產(chǎn)品、移動(dòng)電話等通用線路，電源線路及信號(hào)線路波形保真等的EMI抑制。

π型結(jié)構(gòu)由一個(gè)電感單元串聯(lián)于兩個(gè)穿心電容單元之間形成。英國(guó)SYFER公司生產(chǎn)的SBSMP型采用這種結(jié)構(gòu)。內(nèi)置電感量0.5μH，額定電流10A，與C型結(jié)構(gòu)SBSMC型相比具有更好的插入損耗特性。適用于高阻抗源高阻抗負(fù)載場(chǎng)合。

T型結(jié)構(gòu)由一個(gè)穿心電容單元串聯(lián)于兩個(gè)電感單元之間構(gòu)成。適用于低阻抗源低阻抗負(fù)載場(chǎng)合。TDK公司生產(chǎn)的MEM2012、MEM3216型、MEA80208組復(fù)合陣列型片式多層EMI抑制濾波器，采用T型結(jié)構(gòu)。對(duì)40MHz～1.7GHz頻段的電磁干撓的抑制有良好的效果。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地促進(jìn)了片式元件的微型化、復(fù)合化與高頻化。隨著歐共體率先開(kāi)展電子產(chǎn)品強(qiáng)制性EMI認(rèn)證，尤其是促進(jìn)了ESD防護(hù)元件、EMI抑制元件的發(fā)展。各種新型片式元件的出現(xiàn)和改進(jìn)反過(guò)來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)了新型便攜式信息終端和移動(dòng)通信產(chǎn)品的輕薄短小和升級(jí)換代。

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