无源器件电阻和电容在电路板中的内置

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无源器件内置是一个相对较新的概念。为什么要内置它们呢?原因是电路板表面空间的紧张。在典型的装配中，占总价格不到3%的元件可能会占据电路板上40%的空间!而且情况正变得更为糟糕。我们设计的电路板要支持更多的功能、更高的时钟速率和更低的电压，这就要求有更多的功率和更高的电流。噪声的预算也随着更低的电压而降低，同时还需要对电源分布系统进行很大的改进。这一切都需要有更多的无源器件。这也就是为什么对无源器件使用的增长速率高于有源器件的原因。

　　将无源器件置入电路板内部带来的好处并不仅仅是节约了电路板表面的空间。电路板表面焊接点将产生电感量。嵌入的方式消除了焊接点，因此也就减少了引入的电感量，从而降低了电源系统的阻抗。因此，嵌入式电阻和电容节约了宝贵的电路板表面空间，缩小了电路板尺寸并减少了其重量和厚度。同时由于消除了焊接点，可靠性也得到了提高(焊接点是电路板上容易引入故障的部分)。无源器件的嵌入将减短导线的长度并且允许更紧凑的器件布局，因而提高电气性能。

　　平面电容

　　通常使用嵌入式电容的方法包括一种叫做分布式电容或平面电容的概念。在铜层的基础上压上非常薄的绝缘层。一般以电源层/地层的形式成对出现。非常薄的绝缘层使电源层与地层之间的距离非常小。这样的电容量也可以通过传统的金属化孔实现。图1表示了一个传统的电路板通过使用嵌入式电容技术重新设计的比较。基本上来说，这样的方法在电路板上建立了一个大的平行的板极电容。

　　得到的电容量的大小取决于绝缘层的厚度和介电常数，同时还与电路板的尺寸有关系。

　　C="ADkK"/t

　　其中

　　C =全部的电容量

　　A =面积

　　Dk =介电常数

　　K 是常数

　　T =厚度

　　的真正商用的嵌入式产品是BC 2000(Sanmina-SCI 公司)。其电容量很低，大约为0.5nF/in2，可以作为很好的滤波电容被应用。板极电容在高频情况下特别适用，因为在高频时，传统的分立电容的电感量将显著增加(见图2)。

　　一些公司也在开发新的具有更高电容量的产品。其中有些是分布式电容型的，另外一些是分立嵌入式的。DuPont 和 3M正在开发分布式电容产品，通过在绝缘层中填充钛酸钡(一种具有高介电常数的材料)来获得更高的电容量。3M公司的产品C-Ply使用了一种环氧的粘合剂，而DuPont的产品HiK则使用了一种聚酰亚胺的粘合剂。

　　分立的嵌入式电容器的制作方法是通过在金属层(通常是在一块方形的蚀刻过的铜箔)上印制高介电常数的电容粘剂，经过高温硬化处理后，在上面印制或电镀另一金属层。此外还有一种新颖的做法——DuPont公司在铜箔上需要的位置，按照需要的尺寸印制电容材料并进行高温燃烧。然后将其层压并蚀刻掉多余的铜箔。由于该电介质的介电常数非常高(1000+)，其电容可达到180nF/in2。Shipley公司的产品的介电常数则更高。这样的一些新材料及其特性见表1。不是所有的这些材料都能被商用，但其中的一些在将来会被应用。

　　对一个测试电路分别在没有电容、分立的退耦电容和几种不同材料制成的分布式电容的情况下，对其电源总线噪声进行测试，其结果见图3。可以注意到，分立的电容在频率上升到5G时失去其作用，而嵌入式电容仍然起作用。

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同时由于消除了焊接点，可靠性也得到了提高(焊接点是电路板上容易引入故障的部分)。无源器件的嵌入将减短导线的长度并且允许更紧凑的器件布局，因而提高电气性能。