本文介紹了應(yīng)用岸面柵格列陣（LGA）電容器的各種益處，以及其在現(xiàn)代軍事和航空航天設(shè)計(jì)中的優(yōu)越低自感性能及其應(yīng)用。 在當(dāng)今的航空航天應(yīng)用和軍事應(yīng)用等領(lǐng)域，對于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的要求超過了以往任何時(shí)候。首當(dāng)其沖的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)這一趨勢的因素為：對信息、顯示和響應(yīng)系統(tǒng)的高獲取數(shù)據(jù)率以及圖標(biāo)/接口。無論是兩個(gè)方面中的哪一個(gè)，對CPU/ASIC處理能力的要求都越來越苛刻。 二者共有的一個(gè)因素是要提供速度足夠快的脈沖能量，以支持各種CPU、GPU以及DSP要求的更高的時(shí)鐘頻率。這就要求一個(gè)清潔的能量供應(yīng)系統(tǒng)，帶有最小的等價(jià)串聯(lián)電阻（ESR），并且更為重要的是，在高頻段，要具有較低的自感（等價(jià)串聯(lián)自感=ESL）。 [b]自感的定義以及它的重要性 [/b] 當(dāng)一個(gè)ASIC或MPU進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)吸取能量。它產(chǎn)生的電路噪音的數(shù)量（delta V）等于自感的次數(shù)dI/dt（在這里，dI/dt是電流改變率，當(dāng)裝置調(diào)節(jié)邏輯狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生）。隨著IC頻率的上升，delta V將會(huì)增加。由于 delta V是在電路中產(chǎn)生的電壓“噪聲”，它對在電路中產(chǎn)生的特定噪聲裕量有影響。為了保持delta V足夠的小，設(shè)計(jì)者可以選擇下面的兩種方法中的一種：第一，把大量的標(biāo)準(zhǔn)電容器按并聯(lián)形式安裝；第二，利用少量的低自感電容器。這樣一來，對更低的等價(jià)串聯(lián)自感的需求就隨著系統(tǒng)不斷增加的速度而不斷提高。 另外，當(dāng)把一個(gè)信號加入處理器或從處理器中取出時(shí)，信號的電磁能量本身將會(huì)扮演一個(gè)線圈的角色，這是由于它的傳輸路徑呈現(xiàn)環(huán)形所致。由于隨著信號的頻率不斷增加，它會(huì)產(chǎn)生越來越多的能量損失，這一效果變得非常重要了。這一能量的損失對處理器的效率處理數(shù)據(jù)的效率產(chǎn)生了非常大的影響。 　　在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的MLCC電容器中，等價(jià)串聯(lián)自感正以裝置本身的一個(gè)幾何功能而崛起；信號到達(dá)一個(gè)終端之后，從另一端出來，然后再到達(dá)處理器，這就形成了一個(gè)足夠大的閉環(huán)，在高頻階段，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的能量損失。高速M(fèi)PU、GPU和DSP半導(dǎo)體裝置性能可以通過在緊靠硬模（在套裝的上面）處或在PCB臨近區(qū)域安置低自感電容器得到很大程度地提升。現(xiàn)在，已經(jīng)有許許多多的策略元件的生產(chǎn)商致力于減少這一閉環(huán)方面的影響。 低自感MLCC電容器的發(fā)展歷程 專門為減少自感現(xiàn)象而設(shè)計(jì)的第一個(gè)電容器被稱為”低自感芯片電容器（LICC）”，它使用了“逆幾何”端點(diǎn)。這意味著要在長邊（L）上而不是傳統(tǒng)的端點(diǎn)（W）上終結(jié)電容器，這樣信號回路將會(huì)以部件的寬度為基礎(chǔ)，而不再是以長度為基礎(chǔ)了。舉個(gè)例子，一個(gè)1206裝置可以作為一個(gè)0612生產(chǎn)，并且將會(huì)展示出一半的自感性，（一般情況下：500pH對1nH）。若要減小器件的大?。?508和0306），就將會(huì)進(jìn)一步降低用于解耦合的體積電容。對于這些情況，一些設(shè)計(jì)者已經(jīng)使用了低自感電容器和高CV電容器并聯(lián)的組合，以達(dá)到他們在參數(shù)性能上的目標(biāo)。 由AVX公司開發(fā)并申請專利的下一代裝置屬于叉指芯片電容器（IDC） 。部件具有多條紋終端，而不是套裝上的一個(gè)固態(tài)終端，它們交替地與PCB的基平面和能量相連，或者更直接地與處理器相連。這樣的系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生相互自感抵消，把裝置的各個(gè)自感和電容特性從彼此之間分開。舉個(gè)例子，一個(gè)X5R、4V、0508套裝可以產(chǎn)生2.2uF體積電容，但是同時(shí)它的等價(jià)串聯(lián)電容只有45pH。 為了超越這一性能等級，一種低自感電容器列陣（LICA）被開發(fā)出來。這種裝置是由在一個(gè)BGA翻轉(zhuǎn)芯片套裝中的垂直電極元件所組成的一個(gè)列陣。它是專門為進(jìn)行單芯片或插入式發(fā)展而設(shè)計(jì)的，而這種發(fā)展都是都是用于非常高端處理器的應(yīng)用。 [b]具有革命意義的引腳網(wǎng)格陣列電容器的概念 [/b] 用于PCB（而不是BGA）應(yīng)用的低自感電容器，其下一代產(chǎn)品已經(jīng)被發(fā)布了。為了減少等價(jià)串聯(lián)自感，引腳網(wǎng)格陣列電容器（LGA）設(shè)計(jì)從上面勾勒出的兩種基本的設(shè)計(jì)策略中脫穎而出。第一種是要使電流回路（由安裝的裝置形成）的面積足夠的小，然后利用多重、并聯(lián)回路來減少裝置的凈自感。第二種是要打斷長邊端點(diǎn)，使之變成一段一段的帶有極性的終端，以形成若干個(gè)并聯(lián)的小面積電流回路，例如：在叉指電容器（IDC）中。 當(dāng)引腳網(wǎng)格陣列設(shè)計(jì)從它的前任LICC和叉指電容器中發(fā)展起來時(shí)，它所帶來的變化事實(shí)上是革命性的：它利用精確的細(xì)銅終端技術(shù)（FCT）以及非常重要的對于內(nèi)部電極的垂直取向，這一點(diǎn)與LICA產(chǎn)品是相似的。多層陶瓷電容器（MLCC），LICC以及叉指電容器都具有傳統(tǒng)的水平取向的電極以及安置于電容器邊上的終端，經(jīng)過此電容器，電信號從裝置中離開或進(jìn)入。有了垂直電極和精確細(xì)銅終端為與裝置的底部，引腳網(wǎng)格陣列電容器的電流回路變得非常的小，因此，產(chǎn)生的等價(jià)串聯(lián)自感也就非常的小。 隨著組件尺寸的不斷縮小，終端的幾種傳統(tǒng)方法變得問題多多。新的了引腳網(wǎng)格陣列系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大的技術(shù)，它允許在相反極性的終端之間存在一個(gè)可以被精確控制的間隙，這些具有相反極性的終端一般位于引腳網(wǎng)格陣列電容器的底部。由于能夠把有效的電流回路“寬度”降低到最小，這一系統(tǒng)在設(shè)計(jì)元件中變得非常關(guān)鍵。新的精確細(xì)銅終端技術(shù)通過一個(gè)獲得專利的過程得到，這個(gè)獲得專利的過程可以對終端沉積進(jìn)行緊密的控制，因此，即使是更為小巧的裝置也能被生產(chǎn)出來。 使用細(xì)銅終端過程還可以允許I/O終端的電極配置安裝在電容器的底部，這樣一來，信號可以被直接地通過處理器運(yùn)往或者運(yùn)出PCB。與垂直電極配置（允許回路區(qū)域被極大地縮小）以及電容器內(nèi)部的電流抵消（由新的終端結(jié)構(gòu)達(dá)到）一道，一個(gè)相對簡單的雙終端引腳網(wǎng)格陣列可以擁有一個(gè)自感，其自感值只有35pH。 使用引腳網(wǎng)格陣列電容器的益處 這一新的引腳網(wǎng)格陣列技術(shù)為航空航天以及軍事應(yīng)用提供了非常大的幫助。設(shè)計(jì)工程師可以利用減輕的重量，生產(chǎn)的便利，制造出更多具有很強(qiáng)魯棒性的終端產(chǎn)品。 一個(gè)雙終端引腳網(wǎng)格陣列裝置擁有一個(gè)八終端叉指電容器裝置的等價(jià)ESL。從可生產(chǎn)性的角度來看，對于所有的終端客戶來說，這都是一個(gè)很大的進(jìn)展，特別是對于軍事或高可靠性的應(yīng)用。有了生產(chǎn)上的簡便性在心中，這就等于少了幾分檢查的功夫，而多了幾分強(qiáng)健的連接。 引腳網(wǎng)格陣列的另外一個(gè)益處就是套裝尺寸大小的范圍很大。這一技術(shù)在0805、0508、0306，現(xiàn)在甚至在0204上都是可行的。在這一對裝置的分類范圍內(nèi)，首要的一個(gè)變量就是抵消“區(qū)間”，或者線性距離的最小化，這里的線性距離指的是為了使ESL最小而在底部終端間騰出的間隙。與傳統(tǒng)的電容器（比如：MLCC、LICC以及IDC）不同，對于在引腳網(wǎng)格陣列中較大的套裝尺寸來說，自感相對較低，這是因?yàn)殡娏骰芈穮^(qū)域是根據(jù)內(nèi)部電極的設(shè)計(jì)確定的，而不是根據(jù)組件的外部規(guī)格確定的（如圖3所示）。這意味著：為了使自感現(xiàn)象達(dá)到最低的程度，并不一定需要犧牲最大的電容值。在軍事應(yīng)用或者需要高可靠性的應(yīng)用中，一個(gè)很重要的益處在于它減少了使系統(tǒng)性能得到優(yōu)化而必須需要的組件的數(shù)量。 關(guān)于PCB組件的密度，還有另外一個(gè)使用引腳網(wǎng)格陣列系統(tǒng)的突出益處。與傳統(tǒng)的MLCC組件不同，引腳網(wǎng)格陣列的推薦布局只是略微的高與實(shí)際的裝置本身，這就使得PCB上的打包密度變得非常的緊密，這一點(diǎn)在尺寸/重量限制系統(tǒng)中是非常重要的。這允許更多有效電容被放置在電路板上的某個(gè)指定區(qū)域。另外一個(gè)優(yōu)勢來自于為引腳網(wǎng)格陣列電容器提供了一個(gè)更大的終端區(qū)域，使得電路板裝配變得更加的具有魯棒性。這一點(diǎn)使得器件間的聯(lián)系更為堅(jiān)固，減少安裝壓力。在AVX公司和其他現(xiàn)場，電路板安裝試驗(yàn)已經(jīng)證明了：部件很容易就被回流了，并且引腳網(wǎng)格陣列焊接點(diǎn)的機(jī)械完整性與那些用傳統(tǒng)方法制造的相比沒有什么區(qū)別，甚至更好。很高的連接強(qiáng)度，再加上很小的組件尺寸，意味著這些裝置在高振蕩或者高沖擊應(yīng)用領(lǐng)域是非常理想的。一個(gè)更大的終端區(qū)域還會(huì)減少 “墓碑現(xiàn)象”以及 誤差產(chǎn)生的可能。AVX可提供符合RoHS準(zhǔn)則或者錫/鉛終端的引腳網(wǎng)格陣列電容器。 引腳網(wǎng)格陣列技術(shù)帶來的應(yīng)用收益 很多軍事、國防、航空航天以及其他需要高可靠性的系統(tǒng)都從使用引腳網(wǎng)格陣列電容器上獲得很好的效益。類似“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)（FCS）”這樣的理念，使用一系列裝置，比如：GPS、JTRS、以及FLIR，將會(huì)使用到DSP、ASIC、CPU、以及GPU半導(dǎo)體技術(shù)。應(yīng)用者將會(huì)看到在系統(tǒng)性能上發(fā)生的巨大改進(jìn)，尤其是在與可靠性、魯棒性設(shè)計(jì)以及更低的等價(jià)串聯(lián)自感（來自引腳網(wǎng)格陣列）相關(guān)的性能。事實(shí)上，對于任何的應(yīng)用來說，只要此項(xiàng)應(yīng)用涉及實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集、操作、儲(chǔ)存以及（或者）報(bào)告，都會(huì)從這些裝置的高級解耦性能中獲得收益。 總 結(jié) 細(xì)銅終端 （FCT） 技術(shù)以及垂直擺放的電極是開發(fā)具有革命性意義的、擁有超低自感的引腳網(wǎng)格陣列（LGA）電容器的基礎(chǔ)。引腳網(wǎng)格陣列對于軍事、國防、航空航天以及其他一些需要高可靠性的應(yīng)用（對于這些應(yīng)用來說，尺寸、重量以及很高的設(shè)計(jì)可靠性是非常關(guān)鍵的）來說都是非常理想的。卓越的性能還不會(huì)以犧牲電容性或者終端連接強(qiáng)度為代價(jià)，最為重要的則是它使設(shè)計(jì)師們有能力創(chuàng)造出滿足未來發(fā)展要求的快速發(fā)展感應(yīng)、顯示以及導(dǎo)航系統(tǒng)，這三種應(yīng)用正在被整合到從航天儀器到掌上裝置的各種各樣的設(shè)備之中。 編輯：何世平