一種新型可裝配式PGA陳列引腳封裝千兆網(wǎng)絡(luò)高頻脈沖變壓器

李宗正++梁永林

摘 要：局域網(wǎng)的使用逐年走進(jìn)千家萬戶，每條網(wǎng)線的兩端都必須各有一個相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)變壓器來匹配網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)芯片，所以網(wǎng)絡(luò)變壓器的不斷創(chuàng)新與發(fā)展要跟上網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的更新?lián)Q代。如何在提高電子消費(fèi)品的性能和可靠性的同時，又能降低成本，將是提高網(wǎng)絡(luò)變壓器生產(chǎn)企業(yè)行業(yè)競爭力的唯一途徑。該研究介紹的一種新型封裝的網(wǎng)絡(luò)變壓器可以滿足這些要求，為國家信息網(wǎng)絡(luò)國產(chǎn)化建設(shè)起到巨大的推動作用。

關(guān)鍵詞：局域網(wǎng)絡(luò)用高頻脈沖變壓器 引腳陣列式封裝 雙列直插形式封裝 表面焊接器件

中圖分類號：TM433 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0001-05

Abstract：The use of local area network （LAN） has entered innumberable families， at both ends of each LAN cable must have a corresponding network transformer to match each Ethernet cable and network chip， so the network transformer constant innovation and development to keep up with the network equipment renewal， how to improve the performance and reliability of electronic consumer products at the same time， can reduce cost， too， will be the only way to improve the network transformer production industry competitiveness， this paper introduces a new type of encapsulation of network transformer can meet these requirements， for the localization of national information network construction play a huge role in promoting.

Key Words：Local area network transformer；Pin grid array；Dual in line package；Surface mount devices

隨著網(wǎng)絡(luò)通訊連年不斷持續(xù)的遞增式發(fā)展，千兆局域網(wǎng)絡(luò)的連接越來越走進(jìn)個人的生活，從2000年開始，設(shè)備生產(chǎn)商為了節(jié)約空間，要求供應(yīng)商把網(wǎng)絡(luò)變壓器組裝到RJ45接口里面，這種帶千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器的集成化RJ45接口特別是雙層多口（例如2×6口，2×8口），由于價格高（每個口大約要1美元）不能被中端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商在價格競爭中所接受。除此之外，集成化RJ45的生產(chǎn)主要在外資企業(yè)因?qū)＠蛩囟瓶兀淇煽啃砸龊靡膊蝗菀?，所以，到?008年開始越來越多的廠商要求使用不帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ45接口，把變壓器又獨(dú)立出來當(dāng)作一個元件串接在RJ45接口后面的PCB空位上，這樣可以節(jié)約大約30%以上的成本。也就是說網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備生產(chǎn)商可以采購標(biāo)準(zhǔn)的低成本的里面不帶網(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ45接口，再選購專門廠商制作的網(wǎng)絡(luò)變壓器配套使用，來節(jié)約成本。故此，市場需要巨大量的千兆網(wǎng)口變壓器器件（到目前2014年每年的需求量在10億只以上），然而，這時的網(wǎng)絡(luò)速度也在高速前進(jìn)，從當(dāng)年的百兆上升到千兆，理論上講網(wǎng)絡(luò)變壓器的尺寸增大了一倍，原來百兆一個口需要兩路，現(xiàn)在千兆需要四路，大量的千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器都是因?yàn)槌叽绯L不能對應(yīng)的直接放置在網(wǎng)絡(luò)接口RJ45連接器后面滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商如中興，華為，華三等客戶要求，超寬的網(wǎng)絡(luò)變壓器如果排列在較窄RJ45接口后面，旁邊的通道會延長線路而產(chǎn)生信號的不對稱和損失，因?yàn)椴粠ЬW(wǎng)絡(luò)變壓器的RJ45是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件，而網(wǎng)絡(luò)變壓器不是標(biāo)準(zhǔn)件，4口（每層2個口，兩層為2×2=4個口）千兆RJ45的寬度是30mm左右，目前千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器的寬度有不同的幾種，單口24PIN千兆網(wǎng)口變壓器寬度為18mm，用4個這種變壓器的話要4×18mm=72mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30mm顯然放不下，如果用2口千兆48PIN網(wǎng)絡(luò)變壓器，2個的寬度也要2×28mm=56mm也大遠(yuǎn)于30mm，顯然放不下，這些舊的結(jié)構(gòu)尺寸寬度較長放不下的原因是在于排列線圈的放法只在在于寬度方向延伸，沒有充分利用深度即縱深排列。如果既考慮橫向又考慮縱向排列，那么就要突破舊有的網(wǎng)絡(luò)變壓器兩排PIN腳的傳統(tǒng)方式，要按矩陣式排列，像電腦CPU芯片一樣，在IC的底部都做橫向×縱向=X×Y兩個方向陣列分布，也就是PGA（引腳陣列式封裝）。這樣的排列就可以滿足寬度小于30mm的要求，也就是在30mm以內(nèi)排下一個4口千兆網(wǎng)絡(luò)變壓器。

1 技術(shù)簡介

設(shè)計(jì)4口千兆引腳陣列式封裝的網(wǎng)絡(luò)變壓器，除了功能上要達(dá)到IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)要求外，作為大量生產(chǎn)節(jié)約成本的考慮，要分成模塊化積木式組裝。最后，也是重要的一環(huán)要找到現(xiàn)有 DIP或SMD封裝結(jié)構(gòu)中低可靠性的根源，在新設(shè)計(jì)中加以克服，才能從根本上提高多引腳的PGA封裝的可靠性。

1.1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)封裝介紹

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)變壓器插腳結(jié)構(gòu)的內(nèi)部連線方式如圖1所示，焊點(diǎn)位置與磁性線圈之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比緊密，導(dǎo)致現(xiàn)行結(jié)構(gòu)有下列缺點(diǎn)：

（1）纏線焊接后，要移動線圈，銅線容易受損傷，有可靠性問題。

（2）內(nèi)部焊點(diǎn)與線圈緊密靠近，客戶焊接到PCB上時里面焊點(diǎn)容易二次熔化容易產(chǎn)生短路和斷線，同時容易造成內(nèi)部焊點(diǎn)與線圈之間短路。

1.2 新技術(shù)研發(fā)的意義及必要性endprint

一種可以象積木式組裝一樣的變壓器模塊，能將復(fù)雜的多口變壓器的需求分解成小組件能大量生產(chǎn)而不容易有壞品。然后再簡單象裝配積木一樣的組裝成多端口成品，保證多端口成品的電性能和可靠性與單個模塊一樣好，滿足了高端客戶的需求，簡化了變壓器生產(chǎn)過程中的不良，節(jié)約了生產(chǎn)成本，給通訊變壓器生產(chǎn)指出了一種新方法。

1.3 新技術(shù)簡介

網(wǎng)口變壓器產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中使用的電磁線比較細(xì)微，最怕線受傷變脆，隨著時間延長在客戶使用過程中產(chǎn)生斷裂，生產(chǎn)過程中里面的焊點(diǎn)也會燙傷電線，在客戶使用時也有機(jī)會適得其反變壓器內(nèi)部的焊點(diǎn)和電線受熱引起變化，針對這些要求，開發(fā)出了新型模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.4 技術(shù)的特點(diǎn)或優(yōu)勢

（1）纏線焊接前后，不需要移動線圈，銅線不會受損，一直到成品完成。

（2）纏線后的焊點(diǎn)遠(yuǎn)離線圈，客戶焊接時也不容易二次熔化。

（3）可靠性高，在我們的客戶使用時，我們產(chǎn)品里面的焊點(diǎn)和電線不容易受熱變化。

2 新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法

網(wǎng)口變壓器的發(fā)展經(jīng)過了從單口到多口，PIN腳數(shù)量從少到多，隨之而來的網(wǎng)速也從低到高的過程，圖4～圖8介紹了我們從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)到新的結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程。

對于客戶而言，這些器件插板裝配比較容易，但是要千兆將口集成起來96PIN，客戶插板安裝就遇到PIN之間的偏差，插板困難或根本不能插入的問題。

千兆4口網(wǎng)絡(luò)變壓器96PIN，網(wǎng)絡(luò)變壓器行業(yè)首個使用PGA（pin grid array） 陳列引腳封裝高頻變壓器。我們特別設(shè)計(jì)了定位孔插板，將理想變成了現(xiàn)實(shí)，我們的專利設(shè)計(jì)（國家專利號：200820235461.7等4項(xiàng)相關(guān)專利）相關(guān)的實(shí)物圖，見圖9～圖12。

雖然是PGA陳列引腳封裝，有96個PIN，但是客戶在使用過程沒有插不到PCB板的情況。

3 小結(jié)

新結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的比較見圖13和表1，明顯具有容易生產(chǎn)制作，可靠性高，在客戶板上占有的寬度小，能配合標(biāo)準(zhǔn)的RJ45排列，從2009年到目前為止，總數(shù)生產(chǎn)量超過1500萬只，有力的支持了國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)與國外同行的激烈競爭，為國家信息化國產(chǎn)化建設(shè)起到了巨大的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)語

本研究介紹的是PGA引腳陣列封裝在網(wǎng)絡(luò)變壓器行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用，也有同行在試用BGA（Ball Grid Array，球柵陣列封裝）來封裝網(wǎng)絡(luò)變壓器，這種工藝在半導(dǎo)體IC生產(chǎn)中已經(jīng)廣泛使用，但是，在網(wǎng)絡(luò)變壓器應(yīng)用中到目前為止還在研發(fā)和小批量生產(chǎn)階段，因?yàn)橄啾缺狙芯拷榻B的PGA工藝，這種BGA要求的投入資金較大，生產(chǎn)過程中的工藝控制要求也高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備客戶選用不到第二或第三供應(yīng)商，所以客戶不愿意選用，也就更阻止了BGA在網(wǎng)絡(luò)變壓器行業(yè)的應(yīng)用，不過，BGA在網(wǎng)絡(luò)變壓器行業(yè)的新發(fā)展我們值得關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

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