嵌入式无源元件技术
通过把无源电路元件嵌入到PCB中可以使电路板面积减小。嵌入还允许把无源元件放置得更加靠近IC的输入/输出（I/O）端以及PCB中的电源和接地平面，从而使寄生电感更小、电源集成度更高、开关速度更快。
嵌入式无源元件的全球市场
全球每年的分立电阻器和电容器的市场销售额估计在100亿美元以上。虽然市场对于嵌入式电阻器和电容器的接受速度一直比较缓慢，而且并不是所有的分立元件都能够（或将要）被嵌入，但即使是只抓住了这个市场的一小部分，也意味着巨大的商机。
首先，对于用在诸如便携式通信装置和某些消费电子产品中的密集集成（Densely Integrated）且空间受限的PCB来说，它们对于通过采用嵌入式无源元件来缩减电路板面积或增加功能有着潜在的巨大需求。
其次，对于用在诸如通信和高端计算机领域中的具有较高信号开关速度的电路而言，嵌入式无源元件设计所固有的更加优良的阻抗匹配特性能够减轻瞬变效应。
最后，对于采用大量无源元件的PCB来说，采用嵌入式无源元件将会显著减少焊接接头的数量，并有可能提高可靠性和工艺性。
人们还在采用其他替代方法来满足这一市场需求，某些无源元件被直接做在了芯片上（射频匹配电路）。但由于半导体材料的成本较高，这种方法只局限于数值较小的电阻、电容和电感。集成无源器件（如电阻器或电容器阵列）是一种逐渐增长的半定制途径，在某些特殊应用中有可能更快地被市场所接受，但它不能提供与嵌入式电阻器和电容器同等的好处。
尽管有这么多有利因素，但在嵌入式无源元件进入市场的道路上仍有一些重大的障碍：
· 与新技术的采用相关联的风险
· 设计的灵活性下降
· 容限为10-20%
· 不少人认为嵌入式无源元件是一种成本更高的解决方案
· 缺乏贯穿整个供应链的成熟的支撑基础
市场上的初步成功取决于能否减轻这些不利因素的影响，同时还需要把着眼点放在那些使用嵌入式无源元件的好处大于风险的，可以被"早期接受"的应用上。
为了响应这一市场需求，Shipley公司正在开发一种名为"InsiteT"的嵌入式电阻器和电容器产品平台。
这种电阻材料是采用燃烧化学汽相淀积法（Combustion Chemical Vapor Deposition，CCVD）直接沉积在铜箔上的掺铂薄膜。材料和工艺的这种结合实现了高表面电阻率和低温度系数电阻（TCR＜100ppm）的经济生产，相应的好处还有电路板使用面积的减小以及可靠性的提高。电阻材料的提供形式可以是金属薄片或叠层铁心。
CCVD工艺
燃烧化学汽相淀积（CCVD）是一种由Microcoating Technologies（MCT）公司开发的新型薄膜沉积工艺。在与MCT签署了使用许可协议之后，Shipley公司正在把这项新技术应用到高阻值电阻材料的制作中。
液体先驱物通过一个精密泵馈入一个特殊设计的原子化-燃烧装置中。该装置由MCT公司开发，名为NanomiserT。该装置生成亚微米级尺寸的先驱物液滴，这些液滴随后被放在火焰中燃烧。释放的能量作用于沉积材料并产生冷凝于衬底上的纳米级原子团的过饱和气化物。通过有效控制火焰的效率，即可在铜箔衬底表面均匀涂覆一层稳定且粘结完好的电阻性薄膜。
CCVD设备和工艺优于其他薄膜沉积技术（如溅射或镀敷）。与真空沉积技术（如溅射）相比，CCVD工作于大气压力之下，所要求的资金和操作成本一般较低。另外，获得高表面电阻率材料的传统方法基于极薄金属膜的受控沉积，主要的控制杠杆是薄膜厚度。当薄膜厚度接近几十纳米时，薄膜特性的控制变得更加困难，尤其是在采用镀敷技术时。我们所采用的高电阻值嵌入式电阻材料的生产方法不仅基于薄膜厚度细致、精密的控制，还基于对化学淀积以及薄膜微型结构的精细控制。
通过控制先驱物馈给、Nanomiser参数和沉积条件，即可沉积不同组成、微型结构和厚度的薄膜。
材料的性能描述
扫描式电子显微照片（SEM）显示：Insite薄膜在厚度上是均匀的，且在铜箔衬底凹凸不平的表面上呈密实和共形状态。这种相似性和密度对于嵌入式电阻的强度和稳定性来说都是非常关键的。
电阻性薄膜的截面传输电子式显微照片（TEM）显示:该薄膜大约由5个纳米级的颗粒所组成，每个颗粒都表现出一定程度的长程有序（Long Range Order）。正是利用这种微型结构的作用来控制电特性的。
电路化工艺
具有电阻层的铜箔被分层为聚酯胶片，电阻面靠着绝缘层。采用标准IPC方法测得的粘结力大于5lbs/in。然后，通过两道连续的印刷-蚀刻工序来加工叠层铁心，以制作电阻器。整个电路化工艺运用了为PCB行业所熟悉的化学原理和设备。标准的光蚀刻工艺、预清洗（pre-clean）以及蚀刻化学原理均适用于Insite嵌入式电阻电路的制作。
第一道显影/蚀刻/剥离（DES）工序确定了导体和电阻的宽度。氯化铜蚀刻剂被用来除去现场全部的铜（导体焊接区和迹线上的铜除外）。未被铜焊接区或迹线覆盖的剩余电阻材料则利用了类似高锰酸盐清除法（Permanganate Desmear）的环氧树脂蚀刻工艺来去除。第二道镜像工艺（Imaging Process）揭开导体迹线上的电阻区。采用相同的氯化铜蚀刻剂来除去铜，以暴露出电阻。第二道DES工序确定电阻的长度。
电阻器性能
Insite电阻器的性能和可靠性受制于众多的沉积变量。先驱物馈给和CCVD沉积条件是影响核化和薄膜生长的关键变量。对于这些变量的处理和控制将影响薄膜的功能特性，特别是电阻的温度系数（TCR）以及薄膜与铜箔和电介质的粘结。
如何通过对CCVD工艺方法进行调整来控制Insite材料的TCR和粘结特性。对先驱物馈给和沉积条件的控制会产生不同组成的薄膜以及呈现不同TCR特性的颗粒结构。
TCR可在+500ppm/℃～-500ppm/℃之间变化。图6表明，通过改进CCVD涂覆和金属薄片的状态来生成从不理想直到高粘结强度的薄膜粘结特性范围。
总结
嵌入式无源元件可提供适合于高密度和高速率应用的尺寸、成本、性能和可靠性方面的诸多重要优势。CCVD优于传统的薄膜沉积技术。除了薄膜的厚度之外，它还允许对薄膜的化学组成和微型结构进行精密控制。诸如TCR和粘结等材料特性可通过运用CCVD工艺的多个控制杠杆来调整。
嵌入式无源元件的全球市场
全球每年的分立电阻器和电容器的市场销售额估计在100亿美元以上。虽然市场对于嵌入式电阻器和电容器的接受速度一直比较缓慢，而且并不是所有的分立元件都能够（或将要）被嵌入，但即使是只抓住了这个市场的一小部分，也意味着巨大的商机。
首先，对于用在诸如便携式通信装置和某些消费电子产品中的密集集成（Densely Integrated）且空间受限的PCB来说，它们对于通过采用嵌入式无源元件来缩减电路板面积或增加功能有着潜在的巨大需求。
其次，对于用在诸如通信和高端计算机领域中的具有较高信号开关速度的电路而言，嵌入式无源元件设计所固有的更加优良的阻抗匹配特性能够减轻瞬变效应。
最后，对于采用大量无源元件的PCB来说，采用嵌入式无源元件将会显著减少焊接接头的数量，并有可能提高可靠性和工艺性。
人们还在采用其他替代方法来满足这一市场需求，某些无源元件被直接做在了芯片上（射频匹配电路）。但由于半导体材料的成本较高，这种方法只局限于数值较小的电阻、电容和电感。集成无源器件（如电阻器或电容器阵列）是一种逐渐增长的半定制途径，在某些特殊应用中有可能更快地被市场所接受，但它不能提供与嵌入式电阻器和电容器同等的好处。
尽管有这么多有利因素，但在嵌入式无源元件进入市场的道路上仍有一些重大的障碍：
· 与新技术的采用相关联的风险
· 设计的灵活性下降
· 容限为10-20%
· 不少人认为嵌入式无源元件是一种成本更高的解决方案
· 缺乏贯穿整个供应链的成熟的支撑基础
市场上的初步成功取决于能否减轻这些不利因素的影响，同时还需要把着眼点放在那些使用嵌入式无源元件的好处大于风险的，可以被"早期接受"的应用上。
为了响应这一市场需求，Shipley公司正在开发一种名为"InsiteT"的嵌入式电阻器和电容器产品平台。
这种电阻材料是采用燃烧化学汽相淀积法（Combustion Chemical Vapor Deposition，CCVD）直接沉积在铜箔上的掺铂薄膜。材料和工艺的这种结合实现了高表面电阻率和低温度系数电阻（TCR＜100ppm）的经济生产，相应的好处还有电路板使用面积的减小以及可靠性的提高。电阻材料的提供形式可以是金属薄片或叠层铁心。
CCVD工艺
燃烧化学汽相淀积（CCVD）是一种由Microcoating Technologies（MCT）公司开发的新型薄膜沉积工艺。在与MCT签署了使用许可协议之后，Shipley公司正在把这项新技术应用到高阻值电阻材料的制作中。
液体先驱物通过一个精密泵馈入一个特殊设计的原子化-燃烧装置中。该装置由MCT公司开发，名为NanomiserT。该装置生成亚微米级尺寸的先驱物液滴，这些液滴随后被放在火焰中燃烧。释放的能量作用于沉积材料并产生冷凝于衬底上的纳米级原子团的过饱和气化物。通过有效控制火焰的效率，即可在铜箔衬底表面均匀涂覆一层稳定且粘结完好的电阻性薄膜。
CCVD设备和工艺优于其他薄膜沉积技术（如溅射或镀敷）。与真空沉积技术（如溅射）相比，CCVD工作于大气压力之下，所要求的资金和操作成本一般较低。另外，获得高表面电阻率材料的传统方法基于极薄金属膜的受控沉积，主要的控制杠杆是薄膜厚度。当薄膜厚度接近几十纳米时，薄膜特性的控制变得更加困难，尤其是在采用镀敷技术时。我们所采用的高电阻值嵌入式电阻材料的生产方法不仅基于薄膜厚度细致、精密的控制，还基于对化学淀积以及薄膜微型结构的精细控制。
通过控制先驱物馈给、Nanomiser参数和沉积条件，即可沉积不同组成、微型结构和厚度的薄膜。
材料的性能描述
扫描式电子显微照片（SEM）显示：Insite薄膜在厚度上是均匀的，且在铜箔衬底凹凸不平的表面上呈密实和共形状态。这种相似性和密度对于嵌入式电阻的强度和稳定性来说都是非常关键的。
电阻性薄膜的截面传输电子式显微照片（TEM）显示:该薄膜大约由5个纳米级的颗粒所组成，每个颗粒都表现出一定程度的长程有序（Long Range Order）。正是利用这种微型结构的作用来控制电特性的。
电路化工艺
具有电阻层的铜箔被分层为聚酯胶片，电阻面靠着绝缘层。采用标准IPC方法测得的粘结力大于5lbs/in。然后，通过两道连续的印刷-蚀刻工序来加工叠层铁心，以制作电阻器。整个电路化工艺运用了为PCB行业所熟悉的化学原理和设备。标准的光蚀刻工艺、预清洗（pre-clean）以及蚀刻化学原理均适用于Insite嵌入式电阻电路的制作。
第一道显影/蚀刻/剥离（DES）工序确定了导体和电阻的宽度。氯化铜蚀刻剂被用来除去现场全部的铜（导体焊接区和迹线上的铜除外）。未被铜焊接区或迹线覆盖的剩余电阻材料则利用了类似高锰酸盐清除法（Permanganate Desmear）的环氧树脂蚀刻工艺来去除。第二道镜像工艺（Imaging Process）揭开导体迹线上的电阻区。采用相同的氯化铜蚀刻剂来除去铜，以暴露出电阻。第二道DES工序确定电阻的长度。
电阻器性能
Insite电阻器的性能和可靠性受制于众多的沉积变量。先驱物馈给和CCVD沉积条件是影响核化和薄膜生长的关键变量。对于这些变量的处理和控制将影响薄膜的功能特性，特别是电阻的温度系数（TCR）以及薄膜与铜箔和电介质的粘结。
如何通过对CCVD工艺方法进行调整来控制Insite材料的TCR和粘结特性。对先驱物馈给和沉积条件的控制会产生不同组成的薄膜以及呈现不同TCR特性的颗粒结构。
TCR可在+500ppm/℃～-500ppm/℃之间变化。图6表明，通过改进CCVD涂覆和金属薄片的状态来生成从不理想直到高粘结强度的薄膜粘结特性范围。
总结
嵌入式无源元件可提供适合于高密度和高速率应用的尺寸、成本、性能和可靠性方面的诸多重要优势。CCVD优于传统的薄膜沉积技术。除了薄膜的厚度之外，它还允许对薄膜的化学组成和微型结构进行精密控制。诸如TCR和粘结等材料特性可通过运用CCVD工艺的多个控制杠杆来调整。
（编辑 Tina）