- Fördelar som mindre yta och högre prestanda gör att integrering av passiva komponenter blir alltmer intressant, även om det inte alltid lönar sig kostnadsmässigt, säger Hjalmar Hesselbom, professor i elektronikproduktion vid Mitthögskolan i östersund.

Integrering av passiva komponenter har även blivit aktuellt för det växande antalet högfrekvenstillämpningar inom trådlös kommunikation.

I vissa fall är integrering den enda möjliga lösningen för att klara prestandakraven.

Samtidigt har mängden passiva komponenter ökat kraftigt de senaste åren i förhållande till de aktiva, som står för den verkliga processorkraften.

Enligt en undersökning gjord av den amerikanska intresseorganisationen NEMI så upptar passiva komponenter en 25 gånger större yta jämfört med aktiva komponenter i en vanlig mobiltelefon.

Det finns flera sätt att bygga bort passiva komponenter. Lågprisvarianten är att integrera komponenter i epoxilaminatet på ett vanligt mönsterkort av FR4-typ. Ett betydligt mer kostnadskrävande alternativ, som ger hög prestanda och små dimensioner, är att integrera komponenterna i tunnfilm på kiselsubstrat. Ett mellanalternativ är att belägga mönsterkorten med tunnfilm för integrering av komponenter.

Hjalmar Hesselbom tror att tunnfilm på mönsterkort är den metod som kommer att få störst genomslagskraft.

- Metoden kommer att kunna ge förhållandevis hög prestanda till ett överkomligt pris och kan därför användas inom ett stort tillämpningsområde, säger han.

- Dessutom är den lämplig för tillämpningar där priset spelar stor roll, som exempelvis för mobiltelefoner och fickdatorer.

Tunnfilm på kisel kommer i sin tur att användas i exklusiva applikationer med höga krav på prestanda.

Tunnfilm måste bli billigare

På forskningsinstitutet Acreo i Norrköping forskar man sedan många år på tunnfilmssubstrat på material som kisel och mönsterkort. även där tror man att framtiden för integrerade komponenter finns hos mönsterkort med tunnfilmssubstrat.

- Genom att gifta ihop fördelarna hos det billigare kretskortet med tunnfilmens större möjligheter när det gäller prestanda och precision, kan man skapa en optimal lösning, säger Patrick Blomqvist, utvecklingsingenjör på Acreo.

 

Olika sätt att bygga in passiva funktioner

Fördelen med tunnfilm på mönsterkort är att man kan utnyttja de respektive substratskikten i mönsterkorten och tunnfilmen på ett optimalt sätt. Okritiska ledare som jord, spänning och strömmatning - funktioner med låg upplösning - kan ledas genom de konventionella lagren i mönsterkortet. Andra mer avancerade funktioner bygger man sedan in i tunnfilmslagren.

Utmaningen är att få tunnfilmsprocessen kostnadseffektiv. På Acreo tror man att lösningen stavas storskalig produktion. Därför satsar man på tunnfilmsapplikation på allt större ytor. Fördelen är att man kan få med fler antal komponenter i varje processteg och kostnaden blir därmed lägre. Acreo medverkar i det EU-finansierade forskningsprojektet LAP, Lagre Area Processing, där man tittar just på möjligheterna med att belägga stora ytor med tunnfilmssubstrat.

- Vi är det enda företaget i världen, vad vi vet, som belägger paneler av storleken 24x24 um med tunnfilm, säger Patrick Blomqvist.

De jämförelsevis små åttatums kiselskivor som man också kan belägga med tunnfilmssubstrat, leder i sin tur till att färre strukturer får plats och att fler processteg krävs. Utbytet blir därmed lågt och kostnaden hög.

Konstruktonen avgör byggsättet

De olika alternativen för integrering av passiva komponenter har sina fördelar och svårigheter. Vilket som är bäst beror på vilka krav systemet har på funktion och prestanda.

- Vissa komponenter kommer inte att kunna byggas in överhuvudtaget, säger Hjalmar Hesselbom.

Integrering av vissa komponenter lämpar sig exempelvis inte för tillämpningar med frekvenser under 1 till 1,5 GHz, kondensatorer och induktanser kan bli för stora.

- Största utmaningen för integrering är att avgöra vilket alternativ som passar bäst för den applikation som man önskar utveckla, säger Patrick Blomqvist.

Det som är optimalt för den elektriska prestandan, kan vara orimligt ur ekonomisk synpunkt eller svårt rent praktiskt.

- För att få en bredare spridning av tekniken behövs nya verktyg som både stöder en snabb konstruktion och en effektiv kostnadsberäkning, säger han.

Begränsade testmöjligheter

Då integrerade komponenter inte kan ersättas eller justeras i efterhand är det viktigt att konstruktionen är korrekt från början. Misstag kan bli en dyrköpt erfarenhet.

Hjalmar Hesselbom varnar för att testmöjligheterna är begränsade.

- Man kan inte mäta komponenternas egenskaper innan de sätts dit, på samma sätt som man kan med diskreta komponenter, säger han.

Det kan sedan vara svårt att isolera specifika värden för enskilda komponenter när de ligger kontakterade i

ett större system med andra komponenter

- Däremot finns vissa möjligheter att mäta och trimma vissa komponenter för varje tunnfilmslager.