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新型无源元件的现状与发展(上)
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New Passive Components：Review and Projection
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■七星飞行电子有限公司 王彦伶 陈福厚
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前言
新型电子元器件、集成电路和软件工程是电子信息技术发展的三大支柱，任何一项状况都会对信息技术产生重大影响。元源元件是电子元器件的主体，门类繁多，应用广泛。近些年发展起来的新型元件尤为重要，得到了我国政府的大力支持，成为当前新的经济增长点。
新型无源元件产业状况
2001年我国电子元件的产量为2200亿只，销售额为1084亿元，进口128亿美元，出口94亿美元，逆差达34亿美元。这表明我国生产的电子元件尚不能满足国内电子产品的需求。尤其是高档新型电子元件差距更大，这部份仍然依赖进口。据分折，预计到2005年我国市场将需求电子元件5000亿只，其中大部份是新型电子元件。为了应对这种发展态势，我国将大力支持发展新型电子元件，如:表面贴装元件、敏感元件、光电子元件、微波介质元件、声表面波元件、新型机电/联接器/继电器、绿色二次电池等。到2005年，我国新型电子元件的产量将达到4000亿只。
新型电子元件技术状况
片式R/L/C元件:
片式电阻器、电感器、电容器是片式电子元件的主体。目前己经发展成为规模庞大的产业。虽然己经基本上成形，门类齐全、标准化、系列化，但在技术上仍在不断地发展:封装尺寸满足EIA/EIAJ标准的要求，并从3216/2012发展到1608/1005，进而向0603进展，其应用主流尺寸正在从1608向1005过渡，图1表示出了叠层陶瓷片式电容器MLCC的封装尺寸发展趋势，性能参数范围在不断扩大。如:最近日本的Matsushita公司研制成功大电容量的多层陶瓷电容器，电容量最大为100
F，最高耐压为25V，可用于LCD显示器的电源线路。在热稳定性方面，在-55℃至85℃的温度范围，这些电容的电容量变化不超过 15％。新产品中的介电层厚度是1.8
m，内部电极的厚度是1.6 m。未来，把介电层厚度做成1 m，并且逐渐把内电极做得更薄：1.2 m，0.8 m直至0.5 m，将能够提供电容量更大的产品，例如尺寸为1005的10
F电容器。又如TDK的2012/1608叠层型片式电感器的电感量分别达到220/100 H。在工艺上也在发展，如:为了节省昂贵的金属钯（约20万元/公斤），国外各主要生产厂家都己开始采用价格较低的金属Ni（36元/公斤）或Cu作为内电极制作BME-MLCC，己占到总量的90%以上。Ni电极浆料成本约为钯电极浆料成本的60%，电容器成本可降低20%，成为当今MLCC生存竞争的热点。我国在这方面刚刚起步，形势极其严峻。日本TDK公司采用Ni电极开发出B特性100
F大容量多层陶瓷电容器。该种多层陶瓷电容器，通过进一步进行材料超细化和高分散化，提高了可靠性。运用介质材料的薄层化和高精度叠层技术，数百层的叠层体与内部电极组合在一起，使介质成为无缺欠的烧结体，并采用独特的排胶和烧结技术来实现的。
另一发展趋势是高频化和组件化。为了适应以移动通信为代表的无线数字交换系统向微波频段发展的需求，片式R/L/C的频率已发展到3GHz以上;为了节省PCB占用面积和提高性能，己经推出了阵列/组合件产品，如电容排、电感排、LC滤波器、RC组件等;为了适应电源线的要求，承受电流已提高到6A以上。
铝/钽电解电容器和薄膜电容器是不可缺少的电子元件之一，它们的电容量很大，无可替代。但由于其结构特点，片式化较迟，近几年才有较大的突破。目前己有系列的片式铝/钽电解电容器和薄膜电容器面市，而且在降低ESR和提高SRF方面有很大进展。同时，为了降低成本，铌电解电容器也崭露头角。
敏感元件
在信息技术中，处处离不开各种特性传感器，而传感器的心脏就是各种敏感元件，如:温敏、电压敏、力压敏、湿敏、气敏、化学敏、生物敏等等。其中以温敏和压敏应用最广泛，己形成规模产业。在温敏元件中，主要有三种，即:CPTCR(陶瓷正温度系数热敏电阻器)、CNTCR(陶瓷负温度系数热敏电阻器)、PPTCR(高分子聚合物正温度系数热温电阻器)。前些年CPTCR和CNTCR都是引线型结构，应用于电视机等许多电子产品中，但具有体积较大，热惯性较大，不能应用于SMT电路等缺点。近年来由于陶瓷叠层共烧技术的发展和应用，已将CPTCR和CNTCR片式化，制出了叠层型片式产品，其封装尺寸系列与片式R/L/C一样均满足EIA/EIAJ标准要求。叠层型片式CPTCR相当于若干个热敏电阻的并联，从而减少了电阻，提高了热响应速度，适用于现代SMT电路的电子产品，如大电流IC、半导体功率管等的热保护，效果非常良好。2000年全球产销量达8亿只。引线型块状CNTCR难以同时保持高B值和低电阻，而且体积大。采用陶瓷叠层共烧技术制出的叠层型片式CNTCR则克服了这个缺点。如西门子的C1621型叠层型片式CNTCR的电阻降到几十殴姆时，其B值仍能保持在3500以上。这种产品的特点是温控精度高，适用于某些要求在固定温度范围内才能正常工作的电子元器件，如大量使用的温补晶体振荡器。国外各大公司都有系列产品问世，国内深圳顺络公司也开发成功，电阻为100殴姆时B值保持在3150左右。半导体ZnO陶瓷压敏电阻器己有多年历史，应用范围广泛，特别是在中压和高压电器的保护和防雷电中，受到人们的青睐。但由于其压敏电压与两个电极之间的距离成比例，因而块状结构的ZnO压敏电阻器在体积和低电压方面均不可能满足现代电子产品的要求。近年来人们利用陶瓷叠层共烧技术，用掺杂ZnO半导体陶瓷材料制造出了其结构与MLCC完全相同的叠层型式片ZnO压敏电阻器。其特点是:压敏电压低，可低达2V左右;通流量大;响应速度快，达300pS;可靠性高;电容量的选择范围大，包括相当低的电容量以满足高速数据线的要求。其封装尺寸系列有1005(0402)/1608(0603)/2012(0805)。这种产品适合于各种集成电路、MOSFET、I/O接口、功放等过电压保护，发展前景十分广阔。有人预测今后几年增长速度可达30%。我国相对发展缓慢，但一些公司如深圳顺络公司己生产出这种产品。PPTCR是在高分子聚合物中加入导电颗粒复合而成，主要做为自恢复熔断器，应用非常方便。
EMI对策元件
我国加入WTO后，与世界经济接轨，所有电子/电力产品都必须达到电磁兼容EMC的标准才能进入市场。为此，在产品设计中必须采用一些适当的抗电磁干扰的EMI对策元件。电磁兼容是一项系统工程，防止电磁干扰是其核心内容。电磁干扰的发生、传播、和抑制是相当复杂的，因而EMI对策元件的品种繁多，性能各异。如，电感性EMI元件(电感器、磁珠、磁珠排、共模扼流圈、差模扼流圈等)、电容性EMI元件(电容器、串心电容器、三端电容器、X2Y电容器等)、组合式EMI元件(LC滤波器、LC陷波器、三端磁珠-电容器、三端电阻-电容器、压敏-电容器等)。由于市场的强劲需求，世界各大电子元件公司都投入了大量人力物力开发这一领域，进展异常迅速，其主要发展方向是高频化(由于电子产品向高频发展)、微小型化、多功能组合化和集成化。例如:Murata公司在三端片式电容器(叠层型片式穿心电容器)的基础上，又开发出了含有电阻的三端片式电容器NFR系列、含有电感的三端片式电容器NFW系列、含有两个磁珠的三端片式电容器NFL系列、以及Ni内电极大电流(6A)大容量(1
F)系列等;铁氧体簿膜共模扼流圈的封装尺寸为3.2 1.5 1.15mm，在100MHz时，其共模阻抗可达550 ，而同时其差模阻抗不超过10
，特别适用于高速数字信号线;叠层型片式三绕组共模扼流圈的尺寸仅为2.5 2.0 1.2mm，它可以非常有效地在音频信号线上抑制来自高速数字电路的高频噪声而不会造成声音的畸变和串音，在最新款式的袖珍音影电子产品中，如MP3，十分受欢迎;薄膜扼流圈阵列尺寸为3.2
1.6 1.15mm，内部封装了两个共模扼流圈;TDK将一个共模扼流圈和一个差模扼流圈封装在一起，尺寸仅为3.2 2.5 2.3mm;英国Syfer公司将两个Y电容器和一个X电容器集成在一起，构成一个叠层型片式X2Y电容组件，同时抑制共模和差模噪声，其封装规格为2012(0805)和3216(1206)，用于DC电源滤波器;美国AVX公司深入研究了叠层型片式穿心滤波电容器(Feed
through Filter Capacitor)，经过精确设计内电路，将70%的寄生支路电感转移成输入/输出线上的串联电感，起到一个T形低通滤波器的作用，从而显著地提高了自谐振频率，加宽了对噪声抑制的频宽和强度。该公司还开发了一种新材料，用叠层技术解决了R-C组合问题，避开了陶瓷膜
银电极 钌系电阻膜共烧的复杂工艺，开发出了一系列称之为|Z|产品的组件，如R-C组件、R-C-R低通滤波器及其阵列等。
由于我国严格执行电磁兼容法规的工作开展较晚，因而EMI对策元件的研制与生产也很簿弱。在与国际经济接轨浪潮的推动下，我国EMI对策元件产业迅速发展起来，已经出现了一些专业厂家。
未完待续
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