射频模块需要用到独立的RCL或组合的RCL,来实现诸如滤波器、天线分离滤波器(diplexer)、不平衡变压器(balun)等的功能块,这些RCL通常为SMD(Surface Mount Devices表面贴装器件)形式或IPD形式。
传统的层压基板不能很好地适用于嵌入式无源器件,而高介电材料层压又受到很大成本限制。螺旋电感可以设计在层压基板的内部,但是电感值却有限。因此,在使用层压基板时,smt贴片打样厂商更倾向于结合smt器件和IPD,这样具有成本、外形尺寸和性能等等方面的优势。
对于何时使用smt贴装器件、何时将特定的无源器件设计成IPD更合理,需要进行权衡。例如,当需要大于100.0pF的电容器设计时,使用smt器件就具有尺寸与成本的优势。
另外,当设计中需要比较少量的解耦电容器或独立电感和电阻时,通常推荐使用smt无源器件方式。表面贴装器件可以充分利用所占空间的Z方向,而IPD则主要利用XY方向,后者对Z高度方向的空间利用很有限,因此,当IPD器件表面面积超出可利用的空间,使用表面贴装元件就比较明智。为了找到在IPD和SMT器件之间最佳平衡,我们研究出可以描述器件值与IPD需要的面积关系的曲线供设计参考。
使用硅基IPD技术,一个0201 SMD器件的面积(0.15mm2)内可以产生25.0nH的电感,或者50.0pF的电容。换言之,对于容量小于25.0nH的电感或小于50.0pF的电容,IPD器件/电路方案的外形尺寸比0201器件更小。
当涉及到射频功能块时,IPD方案常常会胜出,其中有多种原因。首先,尽管硅基IPD制成的电感也必须使用螺旋形式,但它可以使用更小的线宽和隔离空间。另外,高电阻的硅基片上允许制成具有更高品质因子的电感。因而,一个IPD电感的质量和外形系数可以与SMD器件媲美;第二,电容尤其是小容量电容(RF应用中)更容易建在IPD中;最后,与PCB上连接SMD器件,或者LTCC内部连接相比较,硅基板上的互连路径更短。
这里有一个例子,对于一个超宽频(UWB)应用滤波器,现有的LTCC滤波器尺寸是3.2mm×2.5mm×0.8mm,如果在IPD中使用相同的布局来实现,尺寸将会是1.6mm×1.0mm×0.5mm。IPD滤波器除了具有更薄的外形以外,尺寸缩小了5倍。
众焱电子小编也对其它情况进行了比较,总而言之,对于滤波器(比如LPF或BPF),IPD可以获得小五倍的外形,对于不平衡变压器,使用IPD的外形可小两倍。
另外还有一种方法,通过使用嵌入式电感(层压板内部)和SMT电容来制作滤波器这类功能块。这样做的结果是,除了占用面积超过LTCC或IPD以外,在性能方面也有局限。此外,由于组装一个整体的集成功能块的过程被拆分成两部分(PCB电感和SMT电容),封装要获得好的良率就必须对组装工艺提出更严格的要求。
SMT器件具有大小不同的尺寸。在射频模块应用中,当前最常用的是0201。更小尺寸的01005器件刚刚出现,但是它们通常比较昂贵而且器件值也有限。这些SMT器件的贴放通常使用高速贴片机,然后通过回流焊接在层压板上。
IPD可以是裸芯片形式或凸点器件,然后通过引线键合或倒装焊接到基板上。凸点IPD芯片可以和SMT器件一起使用高速贴片机进行贴放,贴装完成后,其它芯片可以通过引线键合直接放到基板上。
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