如何實(shí)現(xiàn)薄膜射頻器件的最佳性能？

隨著消費(fèi)者和商業(yè)應(yīng)用對(duì)快速通信需求的不斷增長，射頻器件的工作頻率要求也變得越來越高，這給射頻器件的設(shè)計(jì)師們帶來了諸多挑戰(zhàn)——一方面需要縮小濾波器的尺寸，以適配更小的設(shè)備尺寸和更短的波長；另一方面還需要確保元件的高性能。

雖然表面貼裝技術(shù)（SMT），特別是微帶安裝，可滿足以上要求，但需要注意的是，不是每個(gè)SMT微帶濾波器都是一成不變的——您可以與濾波器供應(yīng)商就基板的類型、電鍍技術(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等進(jìn)行商討以盡可能地縮小元件尺寸、提高元件性能。過去的幾十年來，樓氏電容（KPD）對(duì)此給出的建議是：利用薄膜技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

簡(jiǎn)言之，薄膜是一種用于制造電子元件的材料層，其厚度一般從幾納米到幾微米不等。由于用薄膜構(gòu)建的電路是在陶瓷基底上通過光刻技術(shù)創(chuàng)建的分布式元件結(jié)構(gòu)，因此與其他濾波器開發(fā)技術(shù)（如在PCB上印刷）相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

• 高精度的圖案設(shè)計(jì)
• 高精度的濾波器結(jié)構(gòu)，零部件之間的差異小，損耗低
• 能夠開發(fā)出更緊湊的元件

此外，由于陶瓷材料自身的特性能有效地減緩波的速度，因此我們可以縮小波長，從而使濾波器的物理尺寸小于信號(hào)在自由空間的波長尺寸。這使薄膜成為對(duì)精度和準(zhǔn)確性有極高要求的高頻射頻器件的絕佳選擇。然而，這一方法也面臨一些挑戰(zhàn)，我們必須仔細(xì)考慮尋求解決方案。

樓氏電容（KPD）的專家助您克服薄膜挑戰(zhàn)

為了縮小電路尺寸并降低成本，大多數(shù)現(xiàn)代系統(tǒng)都不是主動(dòng)冷卻的。這意味著電路中的所有元件需要在很寬的溫度范圍內(nèi)良好運(yùn)行，這使得溫度穩(wěn)定性成為挑選適用薄膜材料時(shí)的關(guān)鍵考慮因素。

簡(jiǎn)言之，薄膜濾波器中使用的陶瓷必須是專門設(shè)計(jì)的，以盡量減少由于溫度變化造成的性能差異。

在使用氧化鋁等現(xiàn)成材料時(shí)，保證溫度穩(wěn)定性是一個(gè)問題；但若您與樓氏電容（KPD）合作，這將不再是問題——因?yàn)槲覀儚脑牧想A段即進(jìn)行垂直整合，我們所有的基板陶瓷設(shè)計(jì)都是溫度穩(wěn)定型的。

此外，我們花費(fèi)大量時(shí)間就基于各類基板的微帶濾波器的溫度穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。圖1和圖2是兩個(gè)18GHz帶通濾波器設(shè)計(jì)的示例比較——其中一個(gè)批次是基于我們的CF基板，另一個(gè)則是在氧化鋁板上完成的。我們測(cè)量了從-55℃到+125℃溫度范圍內(nèi)的濾波器反應(yīng)。

圖1. 基于氧化鋁板的微帶通濾波器的反應(yīng)

圖2. 基于CF介質(zhì)基板的微帶通濾波器的反應(yīng)

如上圖所示，盡管溫度變化范圍很寬，但CF元件的性能變化并不大。這是因?yàn)槲覀兊亩ㄖ铺沾稍谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮到了溫度的穩(wěn)定性——如果您需要在一定的工作溫度范圍內(nèi)具有可靠的、可預(yù)測(cè)的性能的元件，這一點(diǎn)就非常重要。

如今使用薄膜的另一個(gè)挑戰(zhàn)是能實(shí)現(xiàn)多大的尺寸縮小。同樣，基于樓氏電容（KPD）的定制陶瓷材料，我們可以設(shè)計(jì)出比基于氧化鋁的元件小得多的元件。

圖3. 兩種普通基板與三種樓氏電容（KPD）定制陶瓷基板的比較

很明顯，使用薄膜設(shè)計(jì)的濾波器具備幾項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于在高頻下工作的射頻元件。但要充分利用這些優(yōu)勢(shì)，我們需要注意所選基板的材料特性。對(duì)于樓氏電容（KPD）來說，薄膜開發(fā)已經(jīng)不是什么新鮮事了，我們利用圖4所示的薄膜微帶技術(shù)可提供從1GHz到42GHz（甚至更高）的各種帶通、低通和高通濾波器。

圖4. 綠色區(qū)域?yàn)闃鞘想娙荩↘PD）的微帶濾波器所覆蓋的頻率范圍

樓氏電容（KPD）憑借在薄膜領(lǐng)域的多年開發(fā)制造經(jīng)驗(yàn)，不僅可以指導(dǎo)客戶選擇適用的基板，而且我們的專業(yè)材料科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出了許多用于薄膜開發(fā)的定制陶瓷，其熱性能明顯優(yōu)于大多數(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)陶瓷。

此外，我們的薄膜基板具有足夠高的介電常數(shù)（K），在溫度穩(wěn)定性方面優(yōu)于氧化鋁等現(xiàn)成基板，是小型化和溫度穩(wěn)定性應(yīng)用的理想選擇。我們的客戶還可借此開發(fā)出比使用氧化鋁更小的射頻元件。