Передача, распределение и накопление электроэнергии

MLO – новые возможности для РЧ-устройств автоэлектроники, работающих в тяжелых условиях эксплуатации

27 июля 2015 г. в 13:58

В статье обсуждаются особенности некоторых семейств пассивных компонентов с высокими эксплуатационными характеристиками для применения на радиочастотах (РЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частотах. Их характеристики сравниваются с характеристиками традиционных керамических элементов. Обсуждаются возможности диплексеров MLO™ при использовании в V2V-устройствах и их потенциальное влияние на производительность системы.

В 1999 г. Федеральное агентство по коммуникациям (FCC) выделило полосу 75 МГц на несущей частоте 5,9 ГГц для использования в автомобильной промышленности. С тех пор началась разработка средств связи для систем обмена данными «автомобиль–автомобиль» (V2V) и «автомобиль–инфраструктура» (V2I) с целью повышения эффективности движения и безопасности на дорогах. Предположительно, устройства V2V в сочетании с V2I будут в состоянии предотвращать происшествия на дорогах и помогать водителям реагировать на них соответствующим образом, а также сделают движение более эффективным за счет сокращения количества пробок.

Многие пассивные компоненты, используемые для автомобильной промышленности, проходят сертификацию по стандарту AEC-Q200. В первую очередь, это относится к элементам устройств, обеспечивающих безопасность автомобиля, таких как системы срабатывания подушек безопасности и антиблокировочные системы. Задачей устройств V2V и V2I является предотвращение аварий в тяжелых и постоянно меняющихся условиях работы транспортных средств.

Пассивные РЧ-компоненты, такие как конденсаторы, катушки индуктивности, резисторы и фильтры, должны обеспечивать высокую производительность высокочастотных (ВЧ) устройств, используемых на автотранспорте. Для производства радиочастотных компонентов чаще всего используется технология низкотемпературного спекания керамики (LTCC), которая обеспечивает улучшенную примерно на 60% повторяемость параметров и достаточно хорошие технические характеристики. Новое поколение RF-элементов на основе органических материалов демонстрирует отличную производительность в ВЧ- и СВЧ- диапазонах при сохранении высокой надежности и хорошей повторяемости.

Характеристики многослойных органических материалов MLO™

mlo_novie_vozmoznosty_avx_1
Рис. 1. Типовое поперечное сечение многослойного элемента MLO

Компоненты MLO состоят из одного или более РЧ диэлектрических слоев, встроенных между другими слоями, которые обеспечивают трассировку, защиту и формирование выводов элементов, предназначенных для поверхностного монтажа (SMT). Технология MLO может также использоваться при производстве высокочастотных или широкополосных подложек, слои которых допускают размещение как радиочастотных, так и цифровых интегральных схем.

Возможны различные вариации этой технологии, например если требуется создать компоненты меньшей толщины. Диэлектрический слой должен иметь низкие потери на частотах беспроводных применений и в то же время обладать большой диэлектрической проницаемостью (Dk) для получения высокой плотности емкости. К сожалению, для большинства материалов эти требования являются противоречивыми.

Высокое значение Dk обычно получается путем наполнения полимеров диэлектрическими материалами, что может привести к увеличению потерь. Вследствие этого диэлектрические слои должны быть очень тонкими. В последнее время появился ряд материалов с малыми потерями на основе полимеров политетрафторэтилена (PTFE) и жидкокристаллических полимеров (LCP), покрытых медной пленкой толщиной 8 мкм. При производстве PTFE используются усовершенствованные наполнители, позволяющие повысить Dk без значительного увеличения потерь.

Полимеры LCP отличаются низким значением Dk, они имеют очень хорошие характеристики для широкого спектра радиочастотных и высокоскоростных применений. При тщательном выборе материалов для производства ламинированных структур и контактных слоев можно использовать стандартные многослойные технологии для изготовления высокопроизводительных RF-компонентов.

После завершения разработки металлические и диэлектрические слои протравливаются и ламинируются. Типовая шестислойная конструкция показана на рис. 1. Подобные заказные пассивные элементы имеют патентную защиту, они обеспечивают наивысшую плотность структуры и улучшенную функциональность. Чтобы достичь желаемой плотности структуры, размеры граней и объемов, не превышающие 15 мкм, могут быть получены с использованием полуаддитивных способов производства.

Внедрение лазерной технологии (Laser Direct Imaging, LDI) имеет первостепенное значение, так как она позволяет реализовывать структуры с тонкими геометрическими гранями и жесткими допусками. Как правило, они имеют вид резонансных структур со встроенными компонентами, которые должны быть воспроизведены с высокой точностью на большой площади. Явным преимуществом MLO по сравнению с технологиями на основе керамики и кремния (Si) является стоимость. Благодаря высокой плотности упаковки более 0,2 млн элементов типоразмера 0402 могут быть размещены на одной плате 18x24’’.

Характеристики диплексера MLO

mlo_novie_vozmoznosty_avx_2

Диплексер – это пассивный элемент, состоящий из двух фильтров, объединенных по входу, и позволяющий выбрать диапазон выходных частот. Использование таких устройств, содержащих два фильтра в одном компактном корпусе, позволяет уменьшить размер антенного блока и сэкономить место на плате.

Диплексеры MLO являются уникальными по типу примененных при разработке материалов, а также конструкции и технологии производства. Изначально они создавались с использованием стандартных средств проектирования РЧ-устройств и затем оптимизировались с помощью специально разработанных методик для улучшения характеристик. Проектирование их структуры осуществлялось с помощью моделирования методом конечных элементов. Базовый вариант конструкции может варьироваться по размеру и диапазону частот путем простого линейного масштабирования элементов и/или повторного использования существующих параметров элементов. На рис. 2 показаны результаты измерений параметров двухдиапазонного MLO WLAN диплексера, все полученные характеристики относятся к компоненту типоразмера 0603.

Сравнение двух диплексеров типоразмера 0805 (один сделан с использованием технологии LTCC, другой – MLO) показывает явные эксплуатационные преимущества варианта MLO. Благодаря особенностям внутренней структуры диплексера MLO и описанным выше уникальным методам производства, подобное устройство может быть изготовлено с более тонким профилем (менее 0,6 мм против 1,0 мм для LTCC-диплексера). Кроме того, диплексер MLO отличается меньшим значением ослабления и более высоким уровнем подавления сигналов вне диапазона рабочих частот (табл. 1).

mlo_novie_vozmoznosty_avx_3
Таблица 1. Сравнительные характеристики диплексеров MLO и LTCC

Диплексеры MLO для связи на коротких дистанциях (DSRC)

DSRC-радиостанции используют диапазоны частот 5,9 ГГц и GPS для получения и передачи информации, необходимой для определения местоположения транспортного средства, а также передачи данных на окружающие автомобили и элементы инфраструктуры. По своей природе диплексеры состоят из двух фильтров, их использование позволяет уменьшить количество компонентов в DSRC-радиостанциях. Один диплексер может обеспечить работу GPS и 5,9 ГГц Wi-Fi-трансивера от одной антенны, тем самым устраняя необходимость в применении двух независимых дискретных фильтров (рис. 3).

mlo_novie_vozmoznosty_avx_4
Как показывают тесты, по сравнению с керамическими диплексеры MLO имеют более высокую крутизну частотной характеристики и бóльшую добротность. Эти устройства обеспечивают лучшую повторяемость и меньший разброс параметров при изготовлении. Коэффициент теплового расширения (КТР) диплексеров MLO хорошо согласован с КТР наиболее распространенных типов печатных плат (PCB) FR4, что способствует повышению надежности RF-устройств. При изменении температуры линейные размеры MLO-компонентов будут изменяться в том же соотношении, что и PCB FR4. Это исключает возникновение термомеханических нагрузок, которые могут стать причиной повреждения компонентов в процессе эксплуатации, сопровождающейся постоянными температурными колебаниями.

Показано, что тепловые характеристики диплексеров MLO являются оптимальными для применения в автомобильной промышленности. В обычный летний день температура в салоне припаркованного автомобиля способна превысить +50 °С. Включение двигателя и кондиционера автомобиля и быстрое охлаждение салона до +25 °С может вызвать тепловой стресс некоторых электронных компонентов. Вызванное изменениями температуры сжатие или расширение керамических компонентов, установленных на печатной плате, с течением времени способно вызвать проблемы с надежностью.

Комментарий специалиста

sergej_kuz'minСергей Кузьмин, инженер по внедрению СВЧ-продукции, к.ф.-м.н., [email protected]
Традиционным применением для СВЧ-устройств в быту является связь. Все пользуются мобильным телефоном или Wi-Fi роутером, большинство имеет спутниковую телевизионную антенну…
Сейчас наметилась тенденция увеличения рабочей частоты и расширения областей применения. Парктроник в автомобиле работает на частоте 24 ГГц, рассмотренная в статье система V2V – на частоте 5,9 ГГц, бытовой высокочастотный измеритель влажности – на частоте 10 ГГц. Устройства и технологии, которые ранее использовались в специальной аппаратуре (спецсвязь, радиолокация) становятся доступны большинству рядовых пользователей. При этом, как ни странно, требования по надежности, пригодности к серийному производству и цене в бытовой технике не менее жесткие, чем в специальной.
Компания AVX помогает нам в освоении новых областей применения для СВЧ-устройств в медицине, бытовой технике, автомобилях и других, пока еще не охваченных применениях, а после поглощения компании ATC она стала лидером на рынке пассивных СВЧ-устройств.

MLO-конденсаторы и индуктивности

MLO-технология также позволяет создавать другие компоненты, такие как конденсаторы, индуктивности, направленные ответвители и специализированные фильтры. Как и все MLO-структуры, пассивные элементы по КТР хорошо согласованы с большинством PCB FR4, что обеспечивает высокую надежность монтажа, поскольку их расширение и сжатие при изменении температуры соответствует характеристикам печатных плат FR4.

mlo_novie_vozmoznosty_avx_5
Таблица 2. Показатели DA различных диэлектриков

Как было показано, MLO-конденсаторы обладают крайне низким показателем диэлектрической абсорбции (DA), которая составляет примерно 0,0015%. Диэлектрическая абсорбция создает проблемы при работе устройств выборки/хранения (S/H). В течение времени хранения напряжение на накопительном конденсаторе S/H схемы должно поддерживаться на определенном уровне. Из-за наличия диэлектрической абсорбции это требование может нарушаться. В зависимости от продолжительности периода хранения, в течение которого накопительный конденсатор находится в разомкнутом режиме, он должен восстанавливать часть своего заряда, что приводит к искажению уровня выходного напряжения Vout S/H цепи [2]. С этой точки зрения к выбору конденсатора следует относиться очень ответственно, поскольку другие типы емкостей демонстрируют более высокий показатель DA (табл. 2).

Конденсаторы MLO тестируются в соответствии со стандартом MIL-STD-202F, который предусматривает 1000 ч испытаний при температуре +125 °C и удвоенном номинальном напряжении, а также температуре +85 °C при относительной влажности 85% и номинальном напряжении.

mlo_novie_vozmoznosty_avx_6
Дроссели, изготовленные с использованием MLO-технологии, отличаются высокой добротностью, большим значением предельного тока и меньшим разбросом параметров. В зависимости от размеров компонентов диапазон возможных значений индуктивности ограничен, что связано с особенностями конструкции MLO-компонентов. Для дросселя MLO типоразмера 0402 максимальный диапазон индуктивности составляет 0,8–68 нГн. Компоненты MLO демонстрируют высокую добротность, близкую к показателям стандартных витых керамических чип-дросселей аналогичного размера (рис. 4). Индуктивности MLO прошли испытания на электростатический разряд (ESD), который подтвердил их устойчивость к воздействию ESD напряжением 15 кВ.

Заключение

Многослойные органические материалы (MLO) по своей природе обладают низким коэффициентом рассеяния и, соответственно, высокой добротностью, что делает их весьма пригодными для ВЧ- и СВЧ-применений. MLO-технология позволяет использовать более толстые и широкие медные полоски и делать сквозные межслойные отверстия, которые действуют в качестве теплоотводов, что увеличивает нагрузочную способность компонента.

Для автотранспортных применений MLO-компоненты обеспечивают более высокую надежность, что связано с особенностями их характеристик, в том числе хорошим согласованием коэффициента теплового расширения с наиболее распространенными печатными платами FR4. Благодаря хорошему согласованию КТР могут быть скомпенсированы большие перепады температуры, свойственные автомобильным применениям, что устраняет необходимость в применении дорогостоящих сборок медь–инвар–медь.

Повышенная надежность MLO-компонентов по сравнению с керамическими аналогами связана с меньшей склонностью к растрескиванию и возникновению усталостных процессов благодаря нулевому рассогласованию тепловых характеристик. Кроме того, на печатной плате могут быть смонтированы бóльшие по размеру (по сравнению с керамическими аналогами) MLO-компоненты без ухудшения показателей надежности. Они обладают лучшей, чем керамика, устойчивостью к воздействию повышенных вибраций, что также объясняется меньшим механическим стрессом, испытываемым сборкой MLO-элементов на печатной плате.

Литература

  1. White George, Ulrich Michael. Multilayer Organic (MLO) Technology for RF/Wireless Components in Multiband Applications. AVX Corporation. 2013.
  2. Pease R. A. Understanding Capacitor Soakage to Optimize Analog Systems // EDN. October 13, 1982.
  3. Analog Circuits. MT-090 Tutorial: Sample and Hold Amplifiers, www.analog.com.

Авторы статьи:
Эдгардо Менендес (Edgardo X. Menendez)
Джордж Вайт (George White)
Майкл Ульрих (Michael Ulrich)
Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №4 2014

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Ивченко Евгений
Все новости и публикации пользователя Ивченко Евгений в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Панели керамические инфракрасного излучения - производство

ООО «Поликор» предлагает изделия из технической керамики. Основными используемыми материалами в нашем производстве являются электрофарфор и корундовая керамика. Так же в ассортимент выпускаемой продукции входят панели излучающие прямоугольные ЭИП 65Х45 Панели керамические инфракрасного излучения типа ЭИП предназначены для комплектации горелок печей хлебопекарной промышленности, теплогенераторов инфракрасного излучения, работающих на природном и сжиженном газе, бензине и используемых в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Данные излучающие панели, собранные в горелку, при сжигании топлива позволяют получить инфракрасный тепловой поток, воздействующий непосредственно на нагреваемые предметы.
Рогов Алексей · ООО "Поликор" · 27 мая · Украина · Киевская обл
Панели керамические инфракрасного излучения - производство

ПРОДАМ: Перекидные выключатели-разъединители Legrand DCX-M

Новые перекидные выключатели-разъединители Legrand DCX-M разработаны в соответствии со стандартами IEC/EN для применения в электроустановках объектов гражданского строительства и промышленных предприятий. Компактный дизайн обеспечивает экономию пространства внутри НКУ и ВРУ. Высокие характеристики продукции достигаются благодаря: - литому негорючему корпусу из армированного стекловолокном полиэстера - видимовому разрыву контактов аппаратов от 200 до 1250 А DCX-M гарантируют эксплуатационную безопасность в любых ситуациях: Прекрасные термические и диэлектрические характеристики изоляционных материалов и токоведущих частей: электрическая стойкость, низкие поверхностные токи утечки, стабильность при высоких температурах. Ударо- и виброустойчивые, самозачищающиеся и самоочищающиеся ножевые контакты: гарантируют стабильное контактное давление в условиях короткого замыкания. Коммутация активной и реактивной нагрузки до 1000 В. Коммутация пусковых токов в 8 раз превышающих номинальные токи. Стойкость к коротким замыканиям до 100 кА. Выносная рукоятка поставляется с валом и обеспечивает блокировку открытия двери при включенном аппарате. Все типы рукояток блокируются в положении OFF (0). Четкая маркировка на рукоятке гарантирует эксплуатационную безопасность.
Front Office · ЛЕГРАН · 17 июня · Россия · г Москва
Перекидные выключатели-разъединители Legrand DCX-M

КУПЛЮ: Покупка радиодеталей

Покупка конденсаторов. Конденсаторы керамические монолитные в корпусном и бескорпусном исполнении. Основные марки: КМ3,КМ4,КМ5,КМ6,К10-7,-9,-17,-23,-26,-28,-43,-46,-47,-48. Конденсаторы керамические монолитные производства стран СЭВ. Конденсаторы танталовые. Основные марки:мсК52-1, К52-2,-5,-7,-9, ЭТО-1,-2 , ЭТ, ЭТН, К53-1,7,18 и т.д. Емкостные сборки Б-18, Б-20, проходные фильтры Б-23, линии задержки МЛЗ, Микромодули,ГИС. Другие конденсаторы. Покупка разъемов. Разъемы отечественного производства. Любые марки. Штырьки отечественных и импортных разъемов с белым или желтым покрытием контактных частей. Разъемы импортного производства. Любые марки. Ламели от плат. Радиоэлектронный лом. (все неликвиды радиоэлектронной промышлености). Покупка микросхемы. Микросхемы и транзисторы в круглых, керамических, планарных, DIP, пластмассовых корпусах всех серий. Транзисторы в круглых, плоских, металлических, пластмассовых корпусах, силовые транзисторы. Импортные микросхемы и транзисторы в керамических, планарных, DIP и круглых корпусах. Индикаторы АЛС(3ЛС)321,324,333,338, светодиоды ... Покупка переключатели, тумблера, кнопки. ПГ2, ПГ5, ПГ7, ПР1, ПР2, ПП6, ПП8, ПП9, ПП11, МП12, П1М9-1, П1М10-1, П1М11-1, П1М12-1, ПМ2-1, ПкП2-1, ПКН4-1, П2КнТА, ПК1С, ПК1Э, ПК2С, П1Т3-1,П1Т4-1, ПТ9-1, Пт11-1, Пт13-1, Пт23-1, Пт25-1, Пт27-1, Пт8. Другие переключатели.
Ш А · ООО Донтехномет · 1 июня · Россия · Ростовская обл
Покупка радиодеталей

ПРОДАМ: АММ-3058 Анализатор компонентов (цифровой RLC-метр)

Прецизионный LCR-метр обладающий высокой точностью измерения (0,05%) и функциональностью, позволяет проводить измерения на высокой тестовой частоте. Имеет небольшие габаритные размеры и вес. Два измеренных параметра и служебная информация отображается на цветном 4,3» ЖК дисплее. Приборы имеют встроенную функцию проверки трансформаторов, встроенный компаратор, возможность работы по списку и широкие возможности по подключению к ПК. https://www.irit.ru/products/index.php?SECTION_ID=1639&ELEMENT_ID=400609 Цифровой RLC-метр. Тестовая частота 20 Гц…1 МГц. Базовая погрешность 0,05%. Скорость измерения 13 изм/сек. Емкость © 0,00001 пФ-10 Ф, индуктивность (L) 0,00001 мкГн-100 кГн, сопротивление (Z, R, X, DCR) 0,0000 1Ом-100 МОм, проводимость (Y, G, B) 0,00001 мкСм-100 См, добротности (Q) 0,00001-99999,9, тангенса угла потерь (D) 0,00001-10, фазовый угол, отклонение%. Посл. и параллельная схема замещения. Автомат. контроль уровня сигнала (V/I). Внутренний источник смещения (0V…±5V / 0mA…±50mA). Возможность подключения внешнего источника смещения (до 120 А). Свипирование по 10 точкам. Выбор внутр.импеданса (AC): 30 Ом, 50 Ом, 100 Ом. Функция проверки трансформаторов. Компаратор. Внутр. память — 100 установок. Сохранение на USB. Интерфейсы RS232C, USB, LAN, HANDLER, GPIB (опция), DCI (опция). ЖК-дисплей 4,3 TFT. Габариты 280×88×370мм, масса 5 кг
Ситняковский Сергей · ИРИТ · 3 июня · Россия · г Москва
АММ-3058 Анализатор компонентов (цифровой RLC-метр)

ПРОДАМ: Склад комплектующих (часть4) радиоэлектронные компоненты, кип, рэк, ати, электрика

Продаем склад часть 5. С6-950-I 10 С6-950-II 10 СВ-1 красный Светильник 77 СВН-2-02 счетчик времени наработки 1 СВН-2-02 27В счетчик времени наработки 1 СД-96 Свеча керамическая 11 СДУ Нипель 10 СДУ Сигнализатор давления универсальный типа СДУ-М 14 СДУ Штуцер 5 СДУ-10А-40 1 СДУ-1А-0,1 12 СДУ-2-0,25 1 СДУ2А-0,18 1 СДУ-3-0,45 1 СДУ3-0,7 1 СДУ3-0.35 1 СДУ3А-0,4КГС/СМ2 12 СДУ3А-0,5КГС/СМ2 1 СДУ3А-0,6 2 СДУ3А-0,64 6 СДУ4А 1,2кгс/см 1 СДУ4А 1,3кгс/см 1 СДУ4А 1,4кгс/см 1 СДУ4А 1кгс/см 4 СДУ5-1.5 7 СДУ5А 6 СДУ-6-2,6 2 СДУ6А 12 СДУ-9-12,5 1 СДУ9А-20 8 СИ-206 220В Счётчик импульсов с кнопкой сброса 10 СИ-2П Светильник импульсный 14 СМ-26-25 В15S/18 288 СМ-28-0,05 S6S/10 3948 СМ-28-0,05-1 S6S/10 999 СМ-28-1,4-1 S6S/10 1000 СМ3-0,2 3175 СМ-7,5-9 480 СМЗ-28-20-1 B15S/18 100 СМЗ-28-23 2ФД 30-1 37 СМЗ-28-23 Р30D/10,3-1 79 СМЗ-28-28-1 300 СМН-6,3-20 1964 СМН-6-80-2 лампа накаливания сверхминиатюрная, гибкие вывода. 5000 СМН-8-60-1 500 СНБС-10К сигнализатор 138 СНО49-26/43Х34Р-7-В 4 СНО-64-96/95-11Р-24-1-В 14 СНП337-67/67 РП-127 4 СНЦ23-10/18Р-6В 4 СНЦ23-19/22В-6-В 4 СНЦ23-19/22Р-1-В Разъем 4 СНЦ232-10/18Р1011 1 СНЦ23-32/27В-6-Б-В 1 СНЦ23-7/18Р-6 В 5 СНЦ23Л-28/27Р-6-В 1 СНЦ4-10 4 СОД1-2С Сигнализатор 1 СОТ-1М-2 Сигнализаторы опасных температур 1 СП-10 5236 СП-20 2279 СП-25 1 СП3-16А-0,125Вт-15 кОм Резистор 4 СП3-16В-0,125ВТ -15КОМ±20% ВАЛ ВС-2-12,5 50 СП3-19А-0,5ВТ 680 ОМ 10 СП-40 предохранитель 2494 СП5-16ВА-0,25ВТ-2.2КОМ 2 СП5-2ВБ 0,5ВТ-22 КОМ±10% 30 СП5-30-II-15Д-6,8 ОМ 1 СП-5ЭК Датчик 24 СПН-4-3-Т Свеча керамическая 8 СПО-2-680кОм±20% ВС-2-20 10 СРГ50-312ФВ радиочастотный соединитель 2 ССА-4,5-7 Сигнализатор скорости 3 ССВ-15М красный сигнал световой взрывозащищенный 25 СТ14-2А Терморезистор 52 СТГ-18ТМО-1000 Одиночный комплект запчастей (щетки) 48 СФ-3000 Р Фильтр 2 СШ-1 6,3А, 27В Разетка 20 СШР28П4ЭГ8 1 СШР32П10ЭШ4 1 СШР32П10ЭШ4 36 СШР36П15ЭШ5 6 СШР36П15ЭШ5 13 СШР36У15ЭШ5...
Борисович Сергей · Вертекс · 18 июня · Россия · Удмуртская Респ
Вертекс, ООО
ООО «Копос Электро» — представительство чешской корпорации KOPOS KOLIN а.s. в Российской Федерации. Основным видом производства компании является электромонтажные изделия для кабельных систем. Количество изделий в серийных линейках продукции бренда KOPOS превышает 8 тысяч наименований.