ROHM(罗姆)的超小型元器件"RASMIDTM"最新技术

2014年2月25日

近年来,随着智能手机、平板电脑等各种设备的高性能化发展,市场对于元器件的要求趋向小型化、薄型化以及高精度、高可靠性。最近可穿戴终端兴起,对小型化、薄型化的要求日益高涨。
ROHM在此前发挥独创的微细化技术,积极推进元器件的小型化技术革新,提供电阻器、晶体管、二极管、钽电容、LED等世界最小尺寸产品。
但是,2004年开发了0402(0.4×0.2mm)尺寸的电阻器之后,小型化进展停滞不前,凭借现有的制造技术,在切割工艺中存在±20μm的较大封装尺寸公差以及贴片脱落等各种各样的问题,0402尺寸一度被认为是微细化的极限。

<打破微细化常识的RASMIDTM系列>
其中,ROHM于2011年开发了03015(0.3 mm×0.15 mm)尺寸的世界最小贴片电阻器,相比以往的0402产品尺寸成功减小了44%。2012年开发了世界最小半导体—0402尺寸的齐纳二极管。2013年,产品阵容中增加了0402尺寸的肖特基势垒二极管(SBD),同时实现了03015尺寸的贴片电阻器量产。(图1)

与0.5mm粗细的自动铅笔芯对比
[ 图1 ] 与0.5mm粗细的自动铅笔芯对比

ROHM将这些采用与传统截然不同的新工艺方法实现了小型化、以惊人的尺寸精度(±10μm)为豪的世界最小元器件定位为RASMIDTM(ROHM Advanced Smart Micro Device)系列。

<惊人的尺寸精度>
ROHM通过采用与以往不同的、独创的微细化技术,在开发制造系统的同时,改进切割方法,在切割工艺上将封装尺寸公差大幅降至±10μm。通过提高尺寸精度,消除毛刺和碎片,有助于减少贴装时的吸着误差以及提高贴装精度。(图2)

高精度的切割工艺
[ 图2]高精度的切割工艺

<通过采用底面电极,大幅减少贴装时的误差>
在将微小的、细长形状的贴片元器件排列在印刷电路板上通过回流炉等进行焊接时,细长的贴片有时会像楼房一样树立起来。这种现象被称作呈现出高楼状的"曼哈顿现象"或像碑石一样的"立碑现象"等。
元器件树立起来的原因是由于焊锡表面的张力以及温度上升的时间点等多种因素综合造成的,但是受电极左右平衡的影响也很大。多面电极的情况下,侧面和底面受焊锡牵引,产生如下图红线方向的力。如图所示,焊锡的印刷位置以及电极尺寸如有偏差,会被牵引到接触面积大的方向,特别是极小的贴片容易产生曼哈顿现象。另一方面,如果是底面电极,只有底面才会产生拉力,极不易产生曼哈顿现象。(图3)

由于电极面方向偏差小,不易产生曼哈顿现象
[ 图3 ] 由于电极面方向偏差小,不易产生曼哈顿现象

RASMIDTM系列产品尺寸精度提高,电极左右的偏差小,电极表面采用了耐腐蚀性的金,因此焊锡的润湿性得到提升。

<通过共同开发贴装技术,实现高精度、高密度贴装>
RASMIDTM系列不仅仅追求产品的小型化,乃至贴装技术也进行了更加实用化的技术开发。新尺寸03015产品通过与主要的4家贴装机厂商反复协商,通过提供大量样品进行贴装评估,最终达到了零不良率。
在引脚电板处焊接的焊锡部分叫做角焊缝,多面电极的情况下,侧面和上面也会附着焊锡,需要占用印刷电路板的面积。通过高精度化和底面电极化,占用最小限度的面积即可,安装面积可以减少约40%。

<凭借小型轻量化,具备优越的耐冲击性、接合可靠性>
通过小型化以及采用底面电极,焊锡的接地面积变小,人们担心耐冲击性也会随之减弱,但是相比以往0402尺寸产品,改进材料,将质量轻量化,对于整机落下时给电路板带来的冲击力,其耐性反而提高了。

<0402(0.4×0.2mm)尺寸的肖特基势垒二极管>
该肖特基势垒二极管采用了作为RASMIDTM系列特点的新工艺,应用于智能手机等移动设备,实现高密度贴装,是世界最小级别产品。相比以往的0603尺寸(0.6mm×0.3mm),成功将尺寸降低了82%。(图4)

0603和0402尺寸的肖特基势垒二极管对比
[ 图4 ] 0603和0402尺寸的肖特基势垒二极管对比

一般来说,二极管的贴片微细化和电气特性成反比。通过采用独创的贴片元器件构造和超精密加工技术,在正向电压(VF)为首的主要电气特性方面,在维持了与以往产品(0603尺寸)同等水平的基础上,实现了超小型化、超薄型化,打破了普遍认为的相反关系。(表1)

尺寸 VF
(@IF=10mA)
IR
(@VR=10V)
VR
(反向电压)
0603
(已有)
0.37V
max.
7μA
max.
30V
min.
0402 0.37V
max.
7μA
max.
30V
min.

[ 表1 ] 0603(0.6×0.3mm)与0402(0.4×0.2mm)尺寸产品的规格对比

<03015(0.3×0.15mm)尺寸的电阻器>
03015电阻器在量产的电子零部件中达到了最小型。相比以往的0402产品,成功地将尺寸降低了56%。(图5)

电阻器0402(0.4×0.2mm)和03015(0.3×0.15mm)尺寸产品对比
[ 图5 ] 电阻器0402(0.4×0.2mm)和03015(0.3×0.15mm)尺寸产品对比

2012年1月开始样品出货,在2013年真正开始量产。(表2)

尺寸 额定功率 额定电压 元件最高电压 电阻值容差 电阻值范围 电阻温度特性 使用温度范围
03015 1/50W
(0.020W)
√(额定功率×标称值)的计算值与元件最高电压值中取较小的值 10V F(±1%)、
J(±5%)
10Ω~1MΩ (E24) ±200ppm/℃ -55~+125℃

[ 表2 ] 03015(0.3×0.15mm)尺寸产品规格一览表

<总结>
ROHM以采用新工艺、新技术的"RASMIDTM系列"为中心,拥有众多世界最小零部件,以此满足智能手机、可穿戴终端等日益高涨的小型、薄型化需求。

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