射頻/微波電路中的薄膜無源器件

就在不久之前，大多數(shù)微波電容器還都基于多層陶瓷燒制技術(shù)。在生產(chǎn)過程中，多層高導(dǎo)電性的金屬合金電極層和低損耗的陶瓷絕緣層交錯排列，從而得到所需要的電容值。然后，將合成的疊層進(jìn)行高溫?zé)?，將其燒結(jié)成單片結(jié)構(gòu)。這一工藝目前仍然很好地滿足大容量射頻電容器以及大功率電容器的需要。

不過，多層陶瓷工藝可能會導(dǎo)致不同批次產(chǎn)品以及同一批次不同產(chǎn)品之間的某些參數(shù)出現(xiàn)差異，而這些參數(shù)對射頻設(shè)計(jì)人員來說是十分重要的，如Q值、ESR，絕緣電阻的變化以及電容值在整個(gè)指定的容差范圍內(nèi)的變化。盡管在許多應(yīng)用場合中，這些參數(shù)變化并不會產(chǎn)生負(fù)面影響，目前在薄膜元件生產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)突破為，設(shè)計(jì)人員提供了生產(chǎn)高頻微波元件的一種替代方案。

生產(chǎn)半導(dǎo)體所使用的薄膜技術(shù)也可以同樣用于生產(chǎn)具有嚴(yán)格的電氣和物理特性的薄膜無源元件。線寬尺寸和絕緣層厚度可分別達(dá)到1μm和10nm以下。

嚴(yán)格的線寬尺寸帶來了嚴(yán)格的參數(shù)容差（電感值和電容值），此外，其他幾項(xiàng)電氣性能優(yōu)勢也可以得到進(jìn)一步優(yōu)化。由于采用了高真空電極沉積工藝，不同批次產(chǎn)品之間以及同一批次不同產(chǎn)品之間的ESR值極其穩(wěn)定。而通過化學(xué)氣相沉積工藝（CVD）得到的超純凈、低K值的絕緣層使得Q值和ESR值都十分穩(wěn)定。在很寬的頻率范圍內(nèi)阻抗值具有穩(wěn)定性和可預(yù)測性。平面柵格陣列（LGA）封裝工藝使其能夠降低寄生參數(shù)。

薄膜元件的這些性能優(yōu)勢會對設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。通常，對于實(shí)現(xiàn)某一特定電路功能，可以減少所需的元件數(shù)量。通過減少所用的元件數(shù)量，不但會減小設(shè)計(jì)尺寸，還會節(jié)省組裝時(shí)間和降低組裝費(fèi)用，同時(shí)提高產(chǎn)品的可靠性。此外，由于元件的電氣性能更加穩(wěn)定，損耗更低，應(yīng)用此元件的產(chǎn)品的整體電氣性能也會得到提升。

實(shí)例：帶阻濾波器
帶阻濾波器就是薄膜元件的一個(gè)實(shí)際應(yīng)用。帶阻濾波器的電路設(shè)計(jì)是阻止特定射頻頻譜的信號通過而允許其他信號無衰減通過。它也常被稱為陷波濾波器、帶止濾波器或頻帶抑制濾波器。帶阻濾波器常用于功率放大器和天線前面的匹配電路之間。

以一個(gè)典型應(yīng)用為例。復(fù)雜的、覆蓋范圍廣的多帶無線電接收器常會意外產(chǎn)生差頻和諧波，窄帶陷波濾波器就用于衰減這些差頻和諧波。由于薄膜近乎完美的特性，使用一個(gè)高品質(zhì)薄膜電容器就可以替換掉雙T形設(shè)計(jì)中所使用的6個(gè)元件。

薄膜電容器（如圖1所示）還具有一項(xiàng)前面沒有提及的性能優(yōu)勢：它的響應(yīng)只有1個(gè)諧振點(diǎn)，因?yàn)檫@種器件使用單絕緣層設(shè)計(jì)封裝成多層陶瓷電容器（MLCC）。圖2顯示了這種薄膜電容器的部分S21前向傳輸損耗特性曲線。

圖1 薄膜電容器的結(jié)構(gòu)