技术分享:使用微型模块SIP中的集成无源器件

栏目:荣誉资质

更新时间:2021-06-10

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技术分享:使用微型模块SIP中的集成无源器件

产品简介

概述构建无源器件在我们的行业中并不是什么新事物——它们由来已久且众所周知。

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本文摘要:概述构建无源器件在我们的行业中并不是什么新事物——它们由来已久且众所周知。

概述构建无源器件在我们的行业中并不是什么新事物——它们由来已久且众所周知。实质上,ADI公司过去曾为市场生产过这类元件。当芯片组将独立国家的并存无源器件或者是构建无源网络作为其一部分包括在内时,必须对走线宿主效应、器件兼容性和电路板装配等考虑到因素展开细心的设计管理。

虽然构建无源器件之后在业界占有最重要地位,但只有当它们被构建到系统级PCB应用于中时才能构建其最重要的价值。几年前,ADI开始发售新的构建无源技术计划(iPassives)。ADI目的通过这项计划获取二极管、电阻、电感和电容等无源元件,从而需要更加普遍地涵括信号链设计,同时解决现有使用无源元件方法的局限性和复杂性。

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ADI的客户群对具备高效空间尺寸的更加原始解决方案的市场需求,也推展了这项计划的发展。从设计人员的角度来看,iPassives可以被视作一种灵活性的设计工具,需要在很短的开发周期内设计出有具备同类最佳性能和鲁棒性的系统解决方案。ADI享有许多信号调理IC,我们享有的独有硅生产工艺使这些IC需要构建卓越的性能。ADI可以充分利用其现有产品的多样性来生产具备卓越性能特征的即插即用系统,而需要研发高度简单的构建流程。

在高度可自定义的网络中将构建无源技术与所有这些现有技术紧密结合,并利用系统级PCB技术展开PCB,从而可创立几乎经过证书、测试和密切相关的μModule器件。以前使用板级解决方案的系统现在可以修改为单个器件。从我们的客户角度来看,他们现在可以取得原始的解决方案,具备出众的开箱即用性能,可延长开发周期并节约成本,而且所有这些都在十分灵活的PCB内构建。无源技术现在,我们来详细总结一下基础知识,回忆起一下什么是无源元件。

无源元件是需要电源供电的器件,它们的电流和电压之间的关系比较非常简单。这些元件还包括电阻、电容、电感、变压器(即有效地耦合电感)和二极管。

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有时电流-电压之间的关系非常简单,就像电阻中电流随电压线性变化一样。对于二极管来说,电流和电压之间也不存在必要关系,只是这种关系是指数关系。在电感和电容中,该关系是电流对电压的瞬态依赖性。表格1右图为四种基本无源元件定义这些关系的公式:表格1.主要无源元件的基本公式分立元件公式符号电阻V=电压I=电流t=时间R=电阻(欧姆)C=电容(法拉)L=线圈电感(亨利)IS=二极管饱和电流VT=热电压h=二极管理想因子电容电感二极管无源器件既可以分开用于,也可以串联或并联,是仿真信号处理(RLC用作缩放、波动、耦合、回声和滤波)、数字信号处理(上拉电阻、下拉电阻和阻抗匹配电阻)、EMI诱导(LC噪声诱导)和电源管理(R用作电流检测和容许,LC用作能量积累)的最重要组成部分。

分立元件的局限性过去,无源元件是并存的,这意味著它们是分别生产的,并且在电路中通过印刷电路板(PCB)上的导线或电源轨连接。随着时间的流逝,它们沿着三条路径发展演进:更加小的尺寸、更加较低的成本和更高的性能。这些发展现在早已很成熟期并经过了优化,但是标记尺寸和高度尺寸意味著并存无源元件总是容许了增大整体解决方案的面积和体积的希望效益。

无源器件一般来说在一个应用于中占到物料表格的80%以上,占到线路板面积大约60%,占到整个元件开支大约20%。这些因素综合在一起带给了非常复杂的库存掌控和存储挑战。就其本质而言,分立器件是分开处置的元件。尽管有可能有一些方法可以保证从某些工艺出厂中自由选择元件,但每个元件依然具备高度的独特性。

然而,当必须十分给定的元件时,这是一个明显的缺点。对于必须给定的设备来说,元件之间的独特性和差异性不会造成误差,从而减少时间零点的电路性能。此外,在电路的工作温度范围内及使用寿命期间,这种性能上升总是更加差劲。

并存无源器件的另一个缺点是各个元件的装配和布线十分耗时,并且还闲置相当大的空间。这些元件用于焊工艺相连,一般是通过通孔或表贴PCB技术(SMT)装配。

通孔是一种较为杨家的装配技术,它将带上引线的器件放入PCB的孔中,任何多余的引线长度都将被折弯并手术,并通过波峰焊将器件的引线相连至PCB点对点电源轨。表贴PCB协助构建了更加小的无源元件。

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在这种情况下,在PCB上转印贴装相连图案,将焊锡膏覆盖面积在图案上,接着用于贴片机来定位摆放SMT元件。然后,PCB经过回流焊工艺(其间焊锡膏液化并创建电气相连),并在加热时,焊锡膏凝结并将SMT元件机械相连到PCB上。

这两种装配技术的主要问题是,焊过程有可能十分不可信,在缺失目标是每百万分之几的行业中,这一点更加令人担忧。在保证焊点可靠性方面有几个因素十分最重要:焊锡膏的实际成分(现在基本上都是无铅的,因此可靠性减少)、回流焊工艺中的机械稳定性(机械振动可使焊点潮湿)、焊锡膏的纯度(任何污染物都会对焊点的可靠性产生负面影响),以及回流焊工艺中的时间与温度。

焊锡膏冷却的速度如何、实际温度和温度的均匀分布性怎样以及焊锡膏冷却的时间都十分关键。其中的任何变化都有可能造成相连焊盘或通孔的损毁,或者也有可能引发器件上的机械形变,随着时间的流逝而造成故障。在PCB上使用无源元件的另一个局限是,由于它们板上产于在各处,回头线必须很长。

这可能会引进并未算入的宿主参数,从而使性能和结果的可重复性有限。一般来说,PCB走线具备约1nH/mm自感的长度和电容,各不相同线宽和与附近走线的距离。PCB走线的容差造成了宿主参数的变异,所以不仅带给宿主效应的破坏性,而且它们还是不能预测的。在PCB板上增大容差不会减少成本。

无源器件还获取了许多与外界的潜在接触点,这些接触点经手动处置或机器处置可能会引发ESD事件。某种程度,这对整体可靠性和鲁棒性不会导致有利影响和风险。


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