就在不久之前,大多数微波电容器还都基于多层陶瓷烧制技术。在消费过程中,多层高导电性的金属合金电极层和低损耗的陶瓷绝缘层交织排列,从而得到所需求的电容值。然后,将合成的叠层停止高温烧制,将其烧结成单片构造。这一工艺目前依然很好地满足大容量射频电容器以及大功率电容器的需求。
不过,多层陶瓷工艺可能会招致不同批次产品以及同一批次不同产品之间的某些参数呈现差别,而这些参数对射频设计人员来说是非常重要的,如Q值、ESR,绝缘电阻的变化以及电容值在整个指定的容差范围内的变化。虽然在许多应用场所中,这些参数变化并不会产生负面影响,目前在薄膜元件消费范畴的技术打破为,设计人员提供了消费高频微波元件的一种替代计划。
消费半导体所运用的薄膜技术也能够同样用于消费具有严厉的电气和物理特性的薄膜无源元件。线宽尺寸和绝缘层厚度可分别到达1μm和10nm以下。
严厉的线宽尺寸带来了严厉的参数容差(电感值和电容值),此外,其他几项电气性能优势也能够得到进一步优化。由于采用了高真空电极堆积工艺,不同批次产品之间以及同一批次不同产品之间的ESR值极端稳定。而经过化学气相堆积工艺(CVD)得到的超纯洁、低K值的绝缘层使得Q值和ESR值都非常稳定。在很宽的频率范围内阻抗值具有稳定性和可预测性。平面栅格阵列(LGA)封装工艺使其可以降低寄生参数。
薄膜元件的这些性能优势会对设计产生影响。通常,关于完成某一特定电路功用,能够减少所需的元件数量。经过减少所用的元件数量,不但会减小设计尺寸,还会俭省组装时间和降低组装费用,同时进步产品的牢靠性。此外,由于元件的电气性能愈加稳定,损耗更低,应用此元件的产品的整体电气性能也会得到提升。
带阻滤波器就是薄膜元件的一个实践应用。带阻滤波器的电路设计是阻止特定射频频谱的信号经过而允许其他信号无衰减经过。它也常被称为陷波滤波器、带止滤波器或频带抑止滤波器。带阻滤波器常用于功率放大器和天线前面的匹配电路之间。
以一个典型应用为例。复杂的、掩盖范围广的多带无线电接纳器常会不测产生差频调和波,窄带陷波滤波器就用于衰减这些差频调和波。由于薄膜近乎圆满的特性,运用一个高质量薄膜电容器就能够交换掉双T形设计中所运用的6个元件。
薄膜电容器(如图1所示)还具有一项前面没有提及的性能优势:它的响应只要1个谐振点,由于这种器件运用单绝缘层设计封装成多层陶瓷电容器(MLCC)。图2显现了这种薄膜电容器的局部S21前向传输损耗特性曲线。
制造厂商选用薄膜电容器元件,不但能够取得单层电容器优越的电气性能,还能够尽享MLCC类型元件应用的便利之处。图3显现了薄膜电容器性能的稳定性对电极和氧化层厚度的影响,以及其质量对绝缘层K值的影响。 与MLCC相比,薄膜电容器的频率响应具有优良的可反复性 我们必需认识到薄膜电容器用作带阻滤波器是具有局限性的。由于薄膜电容器通常只能提供小电容值,所以它们局限于频率相对较高的带阻滤波器设计。假如触及到低频设计,必需采用其他的滤波器办法,通常是运用高Q值的多层射频电容器。
薄膜电感
与空气芯电感相比,薄膜电感具备许多适用的优点(虽然它们无法到达相同的Q值)。在外表贴装过程中,薄膜电感要比空气芯电感更便于抓取和放置。应用目前装配中通用的IR、蒸汽相法和波工艺也很便当对其停止处置。此外,薄膜电感在这些处置过程中以及搬运和强震动环境中都可以坚持电感值不变。虽然它们不能像空气芯电感那样在电路中停止调谐,但是一旦肯定了完成一定电路功用所需求的精确电感值,就能够运用薄膜电感来替代空气芯电感(假定Q值可以满足需求)。
与薄膜电容器的状况相仿,薄膜电感的ESR和损耗显著降低,这得益于线宽控制以及绝缘层堆积的质量/精度。这使得废品尺寸能够减小到0402封装,并能够完成简直任何所需的电感值,同时容差精度接近0.05nH。此外,稳定的金属化工艺使得薄膜电感具备了较高的载流才能:不同产品之间载流才能存在差异,最高可达1000mA。
薄膜电感可用于宽带放大器的频率补偿。以前运用的是电阻/电感组合。同薄膜电容器的状况一样,运用薄膜电感器能够减少电路中运用的元件数量,从而减小废品尺寸、降低重量、简化装配、降低本钱并进步牢靠性。
好像薄膜电容器一样,薄膜电感器只能提供较小的电感值,所以应用上是存在限制的。
也就是说,薄膜电感器能够为设计人员在极高频率处提供一个很好的处理计划。一个常见的应用实例是频率高达数吉赫的振荡器。在高频处,运用线绕电感是不理想的,由于目前消费电感值如此之小的线绕电感的技术尚不具备。
在这种应用场所,设计人员只要两种选择:运用PCB电路板蛇形走线的线路设计来取得低电感值的电感,或者选择微型的外表封装薄膜电感器。
应用从制造薄膜电容和薄膜电感中获取的学问和工艺才能,人们曾经开发出许多其他元件,其中包括耦合器调和波低通滤波器。
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