随着电子信息产业的飞速发展,具备新设计、新理念、新功能的电子终端产品层出不穷,电子终端不断向“小型化、集成化、大功率化、多功能化”等方向发展,片式、小型化是电子元件发展的主要方向。片式电容、片式电感、片式电阻三大无源元件是整个电子电路中最基础、最重要的电子元器件,约占片式元件总产量的85%-90%。
图源 NGK
片式多层陶瓷电容器(MLCC)
片式多层陶瓷电容器(Multilayer Ceramic Capacitor,MLCC),简称片式电容器,是被动电子元件中使用最为广泛、用途最广、使用量最大的电子元件,被称为“工业电子大米”。
图 MLCC结构示意图
MLCC 是由印好电极(内电极)的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来,经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片,再在芯片的两端封上金属层(外电极),从而形成一个类似独石的结构体,故也叫独石电容器。因为有着可靠性高、体积小、损耗小、易于贴装等多种优势,MLCC快速成为电子产业的首选电容种类,主要用于各类军用、民用电子整机中的振荡、耦合、滤波、旁路电路中,应用领域包括信息技术、消费电子、通信、汽车、工业控制等各行业。
MLCC诞生于20世纪60年代,最先由美国公司研制成功,后来被日本公司村田Murata、TDK、太阳诱电等迅速开发并产业化,至今仍保持其在MLCC领域的优势。20世纪80年代以前中国大陆电容器产业的片式化率几乎为零,仅有极少量MLCC的半成品芯片以手工方式贴装于厚薄膜混合集成电路基板。80年代中期,原电子工业部下属715厂、798厂以及风华高科等先后引进MLCC生产线,MLCC技术获得了突破,形成了基本实现了MLCC主流产品本地化供应局面。国产厂商包括风华高科、三环集团、宇阳科技、成都宏科、元六鸿远、微容科技、芯声微等20多家企业。
片式电感(MLCI)
片式电感器最早于80年代在日本开始开发生产,TDK率先实现了叠层片式电感器产业化。我国从90年代初开始开发、生产片式电感器,深圳南玻电子(顺络电子收购)率先引入电感生产线,风华高科建立片感用磁材与片感元件生产线,并开始研发自有片式电感器。从结构上看,片式电感器可分为绕线型和叠层型两类。叠层片式电感器是电感领域重点开发的产品。
不同于传统的绕线式电感器,叠层片式电感器(Multilayer Chip Inductor,MLCI)采用新型的电子材料及厚膜技术,将材料制成厚度约 10~30 微米的流延薄膜,然后在薄膜上印制线圈图案,经交替印刷、叠层后形成一条螺旋式线圈,最后采用低温陶瓷共烧(LTCC)技术工艺对产品进行烧结,形成具有独石结构的一种新型片式电感。
表 片式电感与传统插装电感性能对比,来源:麦捷科技招股书
由于MLCI采用了先进的厚膜多层印刷技术和叠层工艺,实现了超小型化,且其小型化速度随着叠层技术的进步而不断加快,在大部分应用领域逐步取代传统插装电感和绕线片式电感,成为新一代片式电感的主流产品,被广泛用于通讯领域、计算机及周边产品、消费类电子、办公自动化及汽车电子等领域。
与绕线片式电感相比,叠层片式电感具有显著的优势,主要体现为:
①成本低、尺寸小,有利于电路的小型化;
②磁路封闭,具有良好的磁屏蔽性、不会干扰周围的元器件,也不会受临近元器件的干扰,有利于元器件的高密度安装;
③一体化独石结构,烧结密度高、机械强度好、可靠性高;
④耐热性、可焊性好;
⑤形状规则、整齐,适合于自动化表面安装生产等。
叠层片式电感的不足之处是制作工艺复杂、生产周期长、功率较小、高感值的制作难度大,因此在高频、大功率领域,绕线片式电感仍占据一定的市场份额。
国外叠层片式电感企业有TDK、村田等,国内企业主要有顺络电子、麦捷科技、风华高科和振华富等。
片式电阻(Chip Resistor)
贴片电阻(SMD Resistor)又名片式固定电阻器(Chip Fixed Resistor)、"矩形片状电阻"(Rectangular Chip Resistors),可在电路板表面直接贴装的具有电极形状的表面贴装用电阻器。方形贴片电阻器在固定电阻器中将近占9成,是现在一般使用的电阻器的主流产品。1976年,日本罗姆(ROHM)率先实现世界上首款贴片电阻器的量产。
贴片电阻按生产工艺分厚膜片式电阻(ThickFilm Chip Resistor)和薄膜片式电阻(Thin Film Chip Resistor)两种。薄膜片式电阻器和厚膜片式电阻器基本构造大致上都相同,但是电阻体材料和电阻体形成方法则有着较大的差异。
图 薄膜贴片电阻和厚膜贴片电阻的比较,来源:松下电器
厚膜片式电阻是采用丝网印刷将电阻性材料淀积在绝缘基体(例如氧化铝陶瓷)上,然后烧结形成的,膜贴片电阻由于材料和工艺的优势,其生产成本非常低廉,广泛应用于各种电路使用环境。薄膜片式电阻,通常为金属薄膜电阻,是在真空中采用蒸发和溅射等工艺将电阻性材料溅镀(真空镀膜技术)在绝缘基体上制成,特点是温度系数低,温漂小,电阻精度高,适用于精密和高频领域。
贴片电阻厂商主要有国巨、罗姆、威世、风华高科(收购光颉科技)、松下电器等。
原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):片式电子元件“三剑客”:片容、片感、片阻