I componenti elettronici passivi sono una categoria di dispositivi elettronici molto semplici, ma determinanti per la funzionalità globale dei sistemi elettronici analogici e digitali basati sui componenti elettronici attivi. I componenti passivi servono infatti generalmente a configurare elettricamente i componenti attivi per adattarli alla specifica applicazione. Resistenze, condensatori e induttori sono i più noti, ma altri componenti meno noti come le antenne e i trasduttori, fanno parte di questa categoria di componenti classificati come passivi in quanto non capaci di generare energia elettrica e di amplificare segnali (in pratica consumano energia e attenuano i segnali). Questa categorizzazione non sminuisce l’importanza di questi componenti, malgrado la loro semplicità funzionale, ma semplicemente li distingue da quelli attivi in quanto a questi complementari. Proprio per la complementarietà con i componenti attivi, i componenti passivi sono oggetto di molta attenzione da parte dei produttori per soddisfare, oltre le specifiche funzionali, anche quelle relative alle prestazioni e alle caratteristiche. I componenti attivi infatti sono soggetti a un continuo processo di integrazione che porta alla riduzione delle dimensioni, dei consumi di potenza e dei costi in generale, anche in accordo con i requisiti sempre più stringenti dei sistemi embedded. La sfida tecnologica per i componenti elettronici passivi è quindi fortemente orientata a soddisfare i requisiti applicativi dei sistemi elettronici sia di precisione che di efficienza energetica e di riduzione delle dimensioni. In questo senso l’innovazione nel campo dei componenti passivi è in termini di nuovi materiali e di nuove tecnologie. Miglioramenti nella realizzazione dei componenti passivi, in particolare induttori e capacitori, stanno derivando dall’utilizzo di nuovi materiali e tecnologie e anche dalla possibilità di integrazione della componente passiva, per esempio l’utilizzo dei componenti parassiti per ottenere nuove funzionalità e maggiore integrazione.
L’importanza delle dimensioni
Le dimensioni per i componenti elettronici passivi sono un fattore di competitività importante a parità delle altre caratteristiche, proprio per il trend alla riduzione delle dimensioni dei sistemi spinto proprio dalla componentistica attiva sempre più miniaturizzata. I condensatori della serie TMCJ, TMCP e TMCU di Vishay sono un esempio di riduzione delle dimensioni sia tramite il package, sia tramite il profilo ultra sottile. Disponibili nelle varie dimensioni di contenitore J(1608-09), P(2012-12), UA (3216-12), e UB (3528-12), questi condensatori al tantalio in versione Smd rendono disponibili capacità da 0,1 a 220 microFarad, ottimizzando in termini di capacità/dimensioni applicazioni come l’accumulo di energia nei dispositivi infotainment, nelle radio wireless, nei microfoni, nei moduli Bluetooth, ecc. Questi condensatori, oltre ad essere di piccolissime dimensioni, hanno specifiche funzionali significative come il rating di tensione da 2,5 a 25 Vdc e un range di temperatura da -55 a 125 °C.
Ultra low-power per applicazioni energy sensitive
La riduzione dei consumi energetici, soprattutto in sistemi di natura portatile, è un aspetto della progettazione sempre più stringente. I componenti passivi, soprattutto quelli legati alle misure, sono determinanti nel bilancio energetico, proprio perché sono applicati in un contesto di sistema ove il target energetico è in primo piano. I sensori in particolare sono, tra i componenti passivi che vanno a completare la funzionalità del sistema, quelli che maggiormente possono influire sul bilancio energetico dell’applicazione. Il sensore di temperatura analogico STLM20 di STMicroelectronics è un esempio di ottimizzazione dei consumi energetici senza penalizzare la precisione della misura. Questo sensore fornisce la misura di temperatura in forma analogica in maniera estremamente lineare su un’ampissima gamma di temperatura, da -55 a 130 °C, superando le prestazioni dei termistori a correnti molto più basse (la corrente di quiescenza fornita è di solo 4,8 microAmpere). Si tratta quindi di una soluzione ottimale in applicazioni di regolazione del guadagno dell’amplificatore di potenza dei dispositivi Rf, per esempio quelli 3G nella telefonia mobile, ove il requisito della linearità va coniugato con quello del consumo energetico. Le piccole dimensioni (piccoli package Sot323-5L o Udfn a quattro contatti) soddisfano le specifiche applicative come quelle della strumentazione medica e dei dispositivi di navigazione Gps, ove piccole dimensioni, accuratezza e linearità sono requisiti concorrenti insieme al range esteso di temperatura.
Condensatori ceramici e tecnologia wireless
Ormai è noto che la legge di Moore fa sempre più fatica ad essere sostenibile, ma ogni volta che il trend di raddoppio della densità di integrazione ogni 18 mesi sembra rallentare, ecco che una tecnologia innovativa da nuova linfa alla legge di Moore che in tal modo continua a sopravvivere. Uno dei contributi alla sopravvivenza della legge di Moore, e quindi al costante aumento della densità funzionale dei sistemi elettronici, viene proprio dalla tecnologia dei passivi, in particolare i memristori (vedi primo riquadro) e i condensatori ceramici (vedi secondo riquadro). L’evoluzione dei sistemi verso la dimensione indossabile mette in primo piano la problematica della connettività wireless in dimensioni estremamente ridotte e con notevoli problemi di natura energetica. La dimensione ultraridotta dei componenti e allo stesso tempo l’elevata densità funzionale richiede la disponibilità di componenti tecnologicamente molto innovativi. I condensatori a montaggio superficiale multilayer ceramici da 47 microfarad sono arrivati a dimensioni di appena 0.,4 x 0,2 mm (formato 01005), il 98% più piccolo del formato di 20 anni fa. I condensatori GJM02 monolitici ceramici di Murata sono di piccolissime dimensioni (0,2 x 0,4 mm), caratterizzati da un elevato fattore Q e una resistenza equivalente in serie molto bassa, requisito essenziale per le applicazioni Vhf e Uhf. La tecnologia dei componenti passivi può dunque influenzare positivamente quella dei semiconduttori e di conseguenza lo sviluppo di sistemi da parte degli Oem. Un esempio è il dispositivo LBMA46LCS di Murata, un modulo Bluetooth completo che grazie all’impiego della tecnologia LTCC (Low temperature co-fired ceramic) è stato realizzato impegnando solo metà della superficie che avrebbe richiesto un circuito stampato convenzionale equivalente.
