✖


Jump to content

Интегрированные пассивные устройства

Этот однорядный корпус содержит четыре резистора. Каждый резистор подключен к первым четырем соответствующим выводам, а последний вывод является общим для всех.

Интегрированные пассивные устройства ( IPD ), также известные как интегрированные пассивные компоненты ( IPC ) или встроенные пассивные компоненты ( EPC ), представляют собой электронные компоненты, в которых резисторы (R), конденсаторы (C), катушки индуктивности (L)/катушки/дроссели, микрополосковые линии , импеданс согласующие элементы, балуны или любые их комбинации интегрированы в один корпус или на одну подложку. Иногда интегрированные пассивы также можно назвать встроенными пассивами. [1] [2] и все же разница между интегрированными и встроенными пассивными устройствами технически неясна. [3] [4] В обоих случаях пассивы реализуются между слоями диэлектрика или на одной подложке.

Самой ранней формой IPD являются сети резисторов, конденсаторов, резисторов-конденсаторов (RC) или резисторов-конденсаторов-катушек/индукторов (RCL). Пассивные трансформаторы также можно реализовать как интегрированные пассивные устройства, например, поместив две катушки друг на друга, разделенные тонким диэлектрическим слоем. Иногда диоды (PN, PIN, стабилитрон и т. д.) могут быть интегрированы на одной подложке со встроенными пассивными элементами, особенно если подложка изготовлена ​​из кремния или другого полупроводника, например арсенида галлия (GaAs). [5] [6]

Описание [ править ]

IPD (IPC) Решения с одним SMT-чипом для полосовых, нижних, верхних частот и других комбинаций на основе интегрированных сетей LC, RC и т. д. на керамической подложке.
Интегрированные пассивные элементы (резисторы и конденсаторы) на кремниевой подложке с высоким сопротивлением, покрытой толстым слоем диоксида кремния.
Активная микросхема перевернута лицевой стороной вниз на интегрированной пассивной подложке, что обеспечивает 2D-интеграцию
Пример балуна RF IPD на стеклянной подложке

Интегрированные пассивные устройства могут быть упакованы в виде голых кристаллов/чипов или даже сложены (собраны поверх какого-либо другого голого кристалла/чипа) в третьем измерении (3D) с активными интегральными схемами или другими IPD в сборке электронной системы. Типичными пакетами для интегрированных пассивных устройств являются SIL (Standard In Line), SIP или любые другие пакеты (например, DIL, DIP, QFN , пакет уровня чипа /CSP, пакет уровня пластины /WLP и т. д.), используемые в электронных упаковках. Интегрированные пассивные элементы также могут выступать в качестве подложки модуля и, следовательно, быть частью гибридного модуля , многокристального модуля или модуля/реализации чиплета. [7]

Подложка для IPD может быть жесткой, например керамической (оксид алюминия/оксид алюминия), слоистой керамикой ( керамика совместного обжига при низкой температуре /LTCC, керамика совместного обжига при высоких температурах/HTCC), [8] стекло, [9] и кремний [10] [11] покрыт каким-либо диэлектрическим слоем, например диоксидом кремния. Подложка также может быть гибкой, как ламинат, например, пакетный промежуточный материал (называемый активным промежуточным материалом), FR4 или аналогичный, каптон или любой другой подходящий полиимид. Для проектирования электронных систем полезно, если влиянием подложки и возможного корпуса на характеристики IPD можно пренебречь или знать.

Производство используемых IPD включает толстые [12] и тонкая пленка [13] [14] технологии и разнообразие этапов обработки интегральных схем или их модификаций (например, более толстые или другие металлы, чем алюминий или медь). Интегрированные пассивные устройства доступны в виде стандартных компонентов/деталей или устройств, специально разработанных (для конкретного применения).

Приложения [ править ]

Интегрированные пассивные устройства в основном используются как стандартные детали или разрабатываются по индивидуальному заказу.

  • Необходимо сократить количество деталей, которые необходимо собрать в электронной системе, что сводит к минимуму потребность в логистике.
  • необходимо миниатюризировать (площадь и высоту) электронику, например, для медицинской (слуховые аппараты), носимых (часы, интеллектуальные кольца, носимые пульсометры) и портативных устройств (мобильные телефоны, планшеты и т. д.). Полосковые линии, балуны и т. д. можно миниатюризировать с помощью IPD с меньшими допусками по радиочастоте (РЧ). [15] части системы, особенно если используется тонкопленочная технология. Чипы IPD могут быть объединены с активными или другими интегрированными пассивными чипами, если целью является максимальная миниатюризация.
  • необходимо уменьшить вес электронных узлов, например, в космосе, аэрокосмической отрасли или в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА, таких как дроны).
  • электронные конструкции, для которых требуется множество пассивных элементов той же емкости, что и несколько конденсаторов емкостью один нанофарад (1 нФ). Это может произойти в реализациях, где интегральные схемы необходимы/используются (ИС) с большим количеством входов/выходов. Многие высокоскоростные сигналы или линии электропитания могут нуждаться в стабилизации с помощью конденсаторов. Появление цифровых реализаций приводит к использованию цифровых параллельных линий (4-, 8-, 16-, 32-, 64-битных и т. д.) и стабилизации всех сигнальных линий, что приводит к образованию конденсаторных островов в реализации. Их миниатюризация может привести к использованию интегрированных конденсаторных сетей или массивов конденсаторов. Они также могут быть реализованы как часть (встроенная) корпуса интегральной схемы, например, BGA подложка или CSP (чиповый корпус) или промежуточный элемент корпусов.
  • электронные конструкции, которые требуют многочисленных функций подавления электромагнитных помех (EMI) или электростатических разрядов (ESD), например конструкции с большим количеством разъемов ввода / вывода в интерфейсах. Подавление электромагнитных помех или электростатического разряда обычно реализуется с помощью RC- или R(C)-диодных цепей.
  • ограничения производительности (например, добротность катушек) и значений (например, большие значения емкости) пассивных элементов, доступных в технологиях интегральных схем, таких как КМОП, монолитно интегрированных с активными элементами (транзисторами и т. д.). Если размер (площадь или толщина) и/или вес электронного блока необходимо свести к минимуму, а стандартные детали недоступны, специальные IPD могут быть единственным вариантом для достижения наименьшего количества деталей, небольшого размера или веса электронного оборудования.
  • повышенная надежность, если необходимо свести к минимуму интерфейсы между различными технологиями (монолитными, корпусными, электронными и оптико-фотонными, сборками, такими как технология поверхностного монтажа, интегральные схемы и т. д.).
  • синхронизация в некоторых приложениях, если, например, существует острая потребность в быстрой и очень точной фильтрации (R(L)C и т. д.) — и решение на основе дискретных деталей SMD недостаточно быстрое или недостаточно предсказуемое.

Однако проблемой нестандартных IPD по сравнению со стандартными интегрированными или дискретными пассивными устройствами является время доступности сборки, а иногда и производительность. В зависимости от технологии производства интегрированных пассивных элементов может быть трудно обеспечить высокие значения емкости или резистора с требуемым допуском. Значение Q катушек/индукторов также может быть ограничено толщиной металлов, доступных в реализации. Однако новые материалы и усовершенствованные технологии производства, такие как атомно-слоевое осаждение (ALD), а также понимание производства и контроля толстых металлических сплавов на больших подложках, улучшают плотность емкости и значение добротности катушек/индукторов. [16]

Поэтому на этапе прототипирования и мелкого/среднего производства стандартные детали/пассивные детали во многих случаях являются самым быстрым путем к реализации. Пассивные материалы, разработанные по индивидуальному заказу, можно рассматривать для использования после тщательного технического и экономического анализа в серийном производстве, если можно достичь целевых показателей времени выхода на рынок и стоимости продукта(ов). Поэтому интегрированные пассивные устройства постоянно сталкиваются с техническими и экономическими проблемами из-за уменьшения размеров, улучшения допусков, повышения точности методов сборки (таких как SMT, технология поверхностного монтажа ) системных материнских плат и стоимости дискретных/отдельных пассивных устройств. В будущем дискретные и интегрированные пассивные устройства будут технически дополнять друг друга. Разработка и понимание новых материалов и методов сборки являются ключевым фактором создания как интегрированных, так и дискретных пассивных устройств.

Изготовление [ править ]

ИПД на кремниевой подложке [ править ]

IPD на кремниевой подложке обычно изготавливаются с использованием стандартных технологий изготовления пластин, таких как обработка тонких пленок и фотолитография . Чтобы избежать возможных паразитных эффектов из-за полупроводникового кремния, для интегрированных пассивных компонентов обычно используется кремниевая подложка с высоким сопротивлением. IPD на кремнии могут быть спроектированы как компоненты, монтируемые на перевернутом кристалле , или компоненты, соединяемые проволокой . Однако, чтобы технически отличиться от технологий активных интегральных схем (ИС), в технологиях IPD могут использоваться более толстые металлические (для более высокого значения добротности индукторов) или другие резистивные (например, SiCr) слои, более тонкие или другие диэлектрические слои с более высоким K (более высокой диэлектрической проницаемостью) (например, PZT). вместо диоксида кремния или нитрида кремния) для более высокой плотности емкости, чем при использовании типичных технологий ИС.

IPD на кремнии, при необходимости, можно шлифовать до толщины менее 100 мкм и использовать множество вариантов упаковки (микробампинг, проволочное соединение, медные площадки) и вариантов способа доставки (в виде пластин, голых штампов, ленты и катушек).

Интегрированное пассивное устройство в сравнении с дискретными устройствами для поверхностного монтажа (SMD)

Пассивная 3D-интеграция в кремнии — одна из технологий, используемых для производства интегрированных пассивных устройств (IPD), позволяющих создавать траншейные конденсаторы высокой плотности, конденсаторы металл-изолятор-металл (MIM), резисторы, высокодобротные индукторы, PIN-диоды, диоды Шоттки или стабилитроны. будет реализован в кремнии. Время разработки IPD на кремнии зависит от сложности конструкции, но может быть выполнено с использованием тех же инструментов проектирования и среды, которые используются для интегральных схем специального назначения (ASIC) или интегральных схем. Некоторые поставщики IPD предлагают полную поддержку комплектов проектирования, чтобы производители модулей «Система в корпусе » (SiP) или системные компании могли разрабатывать свои собственные IPD, отвечающие требованиям их конкретных приложений.

История [ править ]

Смотрите также: Изобретение интегральной схемы

На ранних стадиях проектирования систем управления было обнаружено, что наличие одинакового количества компонентов упрощает и ускоряет проектирование. [17] Один из способов реализовать пассивные компоненты с одинаковым значением или на практике с наименьшим возможным распределением — разместить их на одной подложке рядом друг с другом.

Самой ранней формой интегрированных пассивных устройств были резисторные сети в 1960-х годах, когда от четырех до восьми резисторов были упакованы в однорядный корпус (SIP) компанией Vishay Intertechnology. Многие другие типы корпусов, такие как DIL, DIP и т. д., используемые при упаковке интегральных схем, даже индивидуальные корпуса используются для интегрированных пассивных устройств. Резисторы, конденсаторы и резисторно-емкостные сети по-прежнему широко используются в системах, хотя монолитная интеграция прогрессирует.

Сегодня портативные электронные системы включают примерно от 2 до 40 дискретных пассивных устройств/интегральных схем или модулей. [18] Это показывает, что монолитная или модульная интеграция не способна включить в реализацию системы все функциональные возможности, основанные на пассивных компонентах, и необходимы разнообразные технологии для минимизации логистики и размера системы. Это область применения IPD. Большинство (по количеству) пассивных элементов в электронных системах обычно представляют собой конденсаторы, за которыми следует определенное количество резисторов и катушек индуктивности/катушек.

Многие функциональные блоки, такие как согласования импеданса схемы , фильтры гармоник , соединители и симметрирующие устройства , а также сумматор/делитель мощности, могут быть реализованы с помощью технологии IPD. IPD обычно изготавливаются с использованием технологий изготовления тонких и толстых пленок и пластин, таких как фотолитография или типичные керамические технологии (LTCC и HTCC). IPD могут быть спроектированы как компоненты, монтируемые на перевернутой микросхеме, или компоненты, соединяемые проволокой .

Тенденция к приложениям небольшого размера, портативности и беспроводного подключения привела к тому, что различные технологии реализации расширили возможности реализации пассивных компонентов. В 2021 году по всему миру насчитывалось 25–30 компаний, поставляющих интегрированные пассивные (включая простые пассивные сети и пассивные устройства на различных подложках, таких как стекло, кремний и оксид алюминия).

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Лу, Д.; Вонг, КП (2017). Материалы для усовершенствованной упаковки, 2-е издание . Спрингер, Глава 13. стр. 537–588. ISBN  978-3-319-45098-8 .
  2. ^ Ульрих, РК; Шарпер, Л.В. (2003). Интегрированная технология пассивных компонентов . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-24431-8 .
  3. ^ Вебстер, Дж. Г. (1999). Энциклопедия Wiley по электротехнике и электронике . Джон Уайли и сыновья. ISBN  9780471346081 .
  4. ^ Ульрих, РК; Шарпер, Л.В. (2003). Интегрированная технология пассивных компонентов . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-24431-8 .
  5. ^ Ляньцзюнь Лю; Шун-Мин Куо; Аброква, Дж.; Рэй, М.; Маурер, Д.; Миллер, М. (2007). «Проектирование и изготовление компактного фильтра гармоник с использованием технологии IPD». Транзакции IEEE по компонентам и технологиям упаковки . 30 (4): 556–562. дои : 10.1109/TCAPT.2007.901672 . S2CID   47545933 .
  6. ^ Кумар (2019). «Анализ конструкции интегрированных пассивных симметрирующих устройств с высокой селективностью для мобильных приложений» . Доступ IEEE . 7 : 23169–23176. дои : 10.1109/ACCESS.2019.2898513 . S2CID   71150524 .
  7. ^ Ким, Джин Ву; Мурали, Гаутаман; Пак, Хичон; Цинь, Эрик; Квон, Хёкджун; Чайтанья, Венката; Чекури, Кришна; Дасари, Нихар; Сингх, Арвинд; Ли, Мина; Торунь, Хакки Мерт; Рой, Каллол; Сваминатан, Мадхаван; Мухопадхьяй, Сайбал; Кришна, Тушар; Лим, Сон Гю (2019). «Совместное проектирование архитектуры, чипа и корпуса для проектирования 2.5D ИС, обеспечивающего повторное использование гетерогенных IP». Материалы 56-й ежегодной конференции по автоматизации проектирования 2019 . стр. 1–6. дои : 10.1145/3316781.3317775 . ISBN  9781450367257 . S2CID   163164689 .
  8. ^ Бехтольд, Ф. (2009). «Всесторонний обзор современных технологий керамических подложек» . Европейская конференция IEEE по микроэлектронике и упаковке : 1–12.
  9. ^ Цянь, Либо; Санг, Цзифэй; Ся, Иньшуй; Ван, Цзянь; Чжао, Пейи (2018). «Исследование РЧ пассивов на основе стекла для трехмерной интеграции» . Журнал IEEE Общества электронных устройств . 6 : 755–759. дои : 10.1109/JEDS.2018.2849393 . S2CID   49652092 .
  10. ^ Моро, Стефан; Бушу, Дэвид; Балан, Виорел; Берриго, Анн-Лиз Ле; Жув, Амандин; Генрион, Янн; Бессет, Карин; Сцевола, Дэниел; Лхостис, Сандрин; Гайадер, Франсуа; Делоффр, Эмили; Мермоз, Себастьян; Пруво, Жюльен (2016). «Вызванный массовым переносом провал интеграции на основе гибридной связи для передовых приложений датчиков изображения». 2016 66-я конференция по электронным компонентам и технологиям IEEE (ECTC) . стр. 1958–1963. дои : 10.1109/ECTC.2016.27 . ISBN  978-1-5090-1204-6 . S2CID   9462501 .
  11. ^ Ли, Ёнтэк; Лю, Кай; Фрай, Роберт; Ким, Хюнтай; Ким, Гван; Ан, Билли (2010). «Разработка фильтра нижних частот с высоким режекцией с использованием технологии интегрированных пассивных устройств для пакета модулей Chip-Scale». Материалы 60-й конференции по электронным компонентам и технологиям (ECTC) , 2010 г. стр. 2025–2030 гг. дои : 10.1109/ECTC.2010.5490664 . ISBN  978-1-4244-6410-4 . S2CID   20275178 .
  12. ^ Дзеджич А.; Новак, Д. (2013). «Толстоплёночные и LTCC пассивные компоненты для высокотемпературной электроники» (PDF) . Радиотехника . 2 (1): 218–226.
  13. ^ Диес-Сьерра, Хавьер; Мартинес, Алазне; Эчарри, Ион; Кинтана, Ибан (2022). "Цельнохимические проводники с покрытием YBa2Cu3O7-$\delta$ с предварительно сформированными нанокристаллами BaHfO3 и BaZrO3 на технической подложке Ni5W в промышленном масштабе" . Прикладная наука о поверхности . 606 : 154844. doi : 10.1016/j.apsusc.2022.154844 . hdl : 1854/LU-8719549 .
  14. ^ Похйонен, Х.; Пиенимаа, С. (1999). «Тонкопленочные пассивы в миниатюризации сотовой электроники». 19-й Симпозиум по конденсаторным и резисторным технологиям (CARTS) . стр. 180–185.
  15. ^ Лю, Кай; Ли, Ёнтэк; Ким, Хюнтай; Ким, Гван; Фрай, Роберт; Пвинт, Хлаинг Ма Фу; Ан, Билли (2010). «Влияние толщины кристалла в сборках блоков и кристаллов входных радиочастотных модулей». Материалы 60-й конференции по электронным компонентам и технологиям (ECTC) , 2010 г. стр. 1556–1561. дои : 10.1109/ECTC.2010.5490785 . ISBN  978-1-4244-6410-4 . S2CID   31395990 .
  16. ^ Билунд, Мария; Андерссон, Рикард; Краузе, Саша; Салим, Амин М.; Маркнас, Виктор; Пассалаква, Элиза; Кабир, М. Шафик; Десмарис, Винсент (2020). «Устойчивость MIM-конденсаторов на основе углеродных нановолокон со сверхвысокой плотностью емкости к электрическим и тепловым нагрузкам». 70-я конференция IEEE по электронным компонентам и технологиям (ECTC) , 2020 г. стр. 2139–2144. дои : 10.1109/ECTC32862.2020.00332 . ISBN  978-1-7281-6180-8 . S2CID   221086087 .
  17. ^ Беннетт, А.С. (1993). История техники управления 1930-1955 гг . Peter Peregrinus Ltd от имени IEE. п. 77. ИСБН  0863412807 .
  18. ^ Мартин, Н.; Похйонен, Х. (2006). «Модули система в корпусе (SiP) для беспроводного мультирадио». 56-я конференция по электронным компонентам и технологиям, 2006 г. стр. 1347–1351. дои : 10.1109/ECTC.2006.1645831 . ISBN  1-4244-0152-6 . S2CID   29492116 .

Внешние ссылки [ править ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Integrated_passive_devices&oldid=1223895149"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 59f63776d64ce3206205af1ea08836ad__1715723100
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/59/ad/59f63776d64ce3206205af1ea08836ad.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Integrated passive devices - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)