射頻/微波電路中的薄膜無源器件

摘 要：本文概述了薄膜無源器件在射頻（微波）中應用的當前狀況；介紹了薄膜電容元件和薄膜電感元件的現實應用，應用于無線電接收器；敘述其應用的主要優勢，能減少元件的使用數量，減小元件尺寸，具有裝配簡化、穩定運行和可靠性高的優勢；總結了當前薄膜無源器件的發展不足及未來發展方向。

關鍵詞：射頻/微波電路；薄膜電容元件；薄膜電感元件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.101

1 前言

多層燒制技術在相同或不同批次成品的某些參數發生細微變化[1]，對設計工作者來說準確的參數極為重要，比如R值，它只能在一定容差內進行變化，不然可能會給設計師帶來一些不必要的差錯，所以設計人員開發了一種高頻微波元件。此外，半導體薄膜技術生產應用于薄膜無源元件，元件的厚度和寬度可低于10nm和1um[1]。

標準的尺寸規范使得容差參數更加嚴格，元件的整體性能也得到大幅度提高。通過電極沉積的高真空技術和氣相沉積的化學技術，使得無論相同還是不同批次的ESR值都相當標準。它的可靠性跟預測性都能適用于較寬的頻率區間。

薄膜無源器件的上述優點，很大程度可以減小器件尺寸，還能減少器件的使用數，節約大量的安裝花費。

2 薄膜無源器件

陷波濾波器是其應用的示范。該器件通過截獲一定譜段的信號而允許其它譜段信號無阻的通過，常應用于天線功率的放大器。由于器件的單片設計使它只有1個諧振點響應[1]。多段無線接收裝置有時產生一些諧波與差頻，我們的濾波器能用于其衰減。這近乎完美的參數特性，讓我們可以用它替代傳統的雙T元件。圖1，顯示了薄膜電容元件向前傳輸的能量損耗特性曲線

工廠在選取元件時，通過元件的重復性測定得到如圖2所示，顯示元件具有良好的穩定運行性，其嚴格的質量影響元件絕緣層K值大小。

3 薄膜無源器件的應用

3.1 薄膜電容元件

容差的降低方式是通過單片上形成一個高精度且具有相似電氣特性的薄膜電阻。元件的輸出電壓與串聯電路中R1比R2的值成正相關，和薄膜器件的容差無相關性。根據容差±0.1%的薄膜元件，可以知道元件的輸出誤差不超過±0.1%，而不管每個單獨電阻的容差是多少——效果改善為分立解決方案的兩倍。單片元件能降低容差和溫度效應，減小的輸出的誤差，均衡容差，如果是高精度的芯片元件，其溫度系數則為±25×10-6/℃。

傳統電阻元件的TCR為±5×10-6/℃。在單片上，薄膜元件用相同的方式沉積，與溫度的相應基本相同。兩個元件的電阻比值決定電壓的輸出，從而元件的溫度系數與精度無相關性。通過合適的薄膜無源元件，在100℃條件下，溫度效應所致的輸出的電壓差從±0.5%低至±0.05%，提升近十倍。

表1總結了兩種電阻元件的參數特性，使用分立電阻元件和薄膜電阻元件，總輸出的最大誤差分別為0.7%和0.15%，從而可知使用薄膜元件，其整體性能得到極大完善。通過深入研究，預測分壓器中TCR和電阻比值影響元件的輸出電壓。在單片襯底上的相似性保證了其整體的運行性能更穩定。

3.2 薄膜電感元件

因為生產過程的線寬控制，薄膜電感明顯降低了元件的ESR和損耗，任何電感值都可很容易實現。不同產品存在較大的載流差異，而金屬穩定化技術極大程度強化薄膜電感的載流能力，它常用于補償互聯網的接收頻率的損失。其優點與薄膜電容元件一樣，能減少元件的使用數量，減小元件尺寸，具有裝配簡化和可靠性高的優勢。

由于薄膜電感器只提供電感值較小，所以存在應用范圍的限制。薄膜電感元件能為設計者提供一個在極高頻率處運行穩定的方案。比如應用于高達GHz數量級的在高頻率振蕩器。目前，因技術缺乏，使用線繞電感是無法實現高頻，只有選擇PCB蛇形走線或微型薄膜電感器來實現低電感值。

人們從薄膜電容和電感器的制造中，吸取經驗，現在已開發出如波段耦合器等諸多元件。

4 結語

為符合低成本高速生產的目的，生產商需要根據薄膜的材料進行設計，設計師應開發內聯式的薄膜元件。成本降低的關鍵一步就是根據元件用途和TCR的不同，而采用不同精度的生產要求，即線寬控制。

厚膜電阻器很難滿足解調器降低噪聲的硬性要求，此外，薄膜和厚膜技術在激光修整上也存在較大差異。一旦燒制成功，在薄膜層的修整會產生大量微裂現象，導致電流路徑與電容的錯誤，使其整體性能在高通量的信息面前功能不足。工廠生產過程會添加特殊不導電含微量鉛的玻璃來降低這種修復失誤。雖然這在ROHS的豁免標準項目中，但鑒于其豁免屬性是否一直持續，所以業內應努力開發不含鉛的綠色薄膜元件的生產技術，畢竟環保是一件產品能否持久存在的關鍵要素。

參考文獻：

[1]Ron Demcko.射頻/微波電路中的薄膜無源器件[J].今日電子，

2009（11）：28+30+32.

作者簡介：潘時輝（1986-），男，江蘇鹽城人，本科，助理工程師，從事微波射頻電路方面的研究。