TDK創新性薄膜RF元件:越扁平越好
發布時間:2013-05-29 責任編輯:eliane
【導讀】如何設計出外形更加纖薄的手機是手機開發者麵臨的主要挑戰之一,因此需要找到更薄的模塊和元件。薄膜工藝技術最初是由TDK開發並改進的,TDK利用其先進薄膜工藝技術製造的小型元件使其性能得以提高而外形更加扁平。
薄膜工藝技術最初是由TDK開發並改進的,用來製造硬盤驅動的讀/寫(xie)磁(ci)頭(tou)。這(zhe)些(xie)極(ji)其(qi)可(ke)靠(kao)的(de)磁(ci)頭(tou)由(you)用(yong)於(yu)鐵(tie)氧(yang)體(ti)材(cai)料(liao)的(de)超(chao)薄(bo)銅(tong)導(dao)電(dian)層(ceng)製(zhi)成(cheng)的(de)小(xiao)型(xing)線(xian)圈(quan)組(zu)成(cheng),從(cong)而(er)製(zhi)成(cheng)高(gao)度(du)敏(min)感(gan)和(he)非(fei)常(chang)扁(bian)平(ping)的(de)線(xian)圈(quan)用(yong)於(yu)讀(du)取(qu)和(he)寫(xie)入(ru)硬(ying)盤(pan)。
現在,TDK正在采用尖端的技術特別為智能手機和結構緊湊的移動設備開發和製造RF元件。利用該技術能開發新係列的結構緊湊有優異性能的低剖麵元件。由於能精確利用薄膜工藝,可以製造有極其嚴密容差的元件。
如今,RF應用的各種TDK元件都是采用低溫共燒陶瓷(LTCC)工藝進行製造,例如定向耦合器、濾波器、平衡-不平衡轉換器和用於RF電源電路的電容器。然而,目前的LTCC工(gong)藝(yi)對(dui)於(yu)進(jin)一(yi)步(bu)小(xiao)型(xing)化(hua)相(xiang)關(guan)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)的(de)能(neng)力(li)已(yi)經(jing)達(da)到(dao)了(le)極(ji)限(xian)。利(li)用(yong)薄(bo)膜(mo)技(ji)術(shu)生(sheng)產(chan)的(de)元(yuan)件(jian)達(da)到(dao)嚴(yan)格(ge)的(de)厚(hou)度(du)要(yao)求(qiu)和(he)體(ti)積(ji)減(jian)少(shao)要(yao)求(qiu),因(yin)此(ci)這(zhe)類(lei)元(yuan)件(jian)可(ke)以(yi)代(dai)替(ti)標(biao)準(zhun)的(de)LTCC分立元件。

圖1:LTCC產品和薄膜元件的截麵比較
用薄膜技術生產的銅導體(右圖)的形狀和尺寸都要比LTCC元件中由銀膏製成的內電極(左圖)的更加勻稱和精確。
性能改進
從圖1中導體部件的截麵圖中,我們可以看到用薄膜技術製造的導體截麵邊緣顯得更加精確和輪廓分明,這些導體截麵的表麵比LTCC元件的表麵更加光滑。這就意味著,在更高頻率下,使用薄膜技術比使用LTCC工藝能預期獲得更小的方差和更有利的電性能。圖2顯示了耦合器的電性能。在2-GHz頻段中,利用薄膜工藝製造的RF耦合器具有較低的插入損耗和更優越的性能。

圖2:使用LTCC和薄膜技術製造的耦合器的插入損耗
與具有同樣耦合度的傳統LTCC耦合器相比,TDK TFSC薄膜耦合器重點突出更低的插入損耗。
創新性薄膜RF元件
TDK引進了采用薄膜技術製造的插入高度僅為0.25 mm的超低剖麵薄膜耦合器。除了具備TDK TFSC定向耦合器的優越性能之外(圖2),這款新型的薄膜元件-尺寸隻有0.65 × 0.50 × 0.25 mm³-比以前使用傳統LTCC工藝(1.0 × 0.5 × 0.35 mm³)製造的元件明顯更小更薄。
根據薄膜技術,TDK智能手機設計的濾波和保護性能而開發了一款小型組合元件。TDK TCE1210係列構成了第一款薄膜共模濾波器,以便能在單一元件中提供高速共模噪聲抑製和ESD保護。為了做到這一點,該係列產品在共模濾波器中集成了微差距ESD防護元素。通過把TDK尖端的薄膜圖形化技術和緊湊高精確度的線圈圖案和終端形成工藝結合使用,我們實現了元件小型化的裏程碑。 由於此款新濾波器的尺寸更小,它可以支持安裝高密度的電子元件,並且有利於大大節省電子設備的空間。TCE1210係列用於顯示端口的輸入/輸出部分和智能手機的USB終端。
薄膜微接線技術同樣使得RF元件的尺寸變小。新的TDK TFSB 和TFSD係列帶通濾波器和雙工器的尺寸隻有1.0 × 0.5 mm²,而插入高度僅有0.3 mm。該gai濾lv波bo器qi實shi質zhi上shang是shi一yi係xi列lie諧xie振zhen器qi,每mei隻zhi諧xie振zhen器qi都dou含han有you由you被bei介jie電dian膜mo和he有you導dao體ti圖tu案an的de電dian感gan器qi隔ge開kai的de上shang下xia兩liang部bu分fen導dao體ti所suo構gou成cheng的de最zui佳jia調tiao諧xie電dian容rong器qi。以yi這zhe種zhong方fang式shi,TFSB和TFSD係列就能獲得尺寸更大的LTCC元件的相同性能。這些濾波器專為2.4-GHz 和 5-GHz的頻段而設計,使它們適合用於智能手機和其它手機的藍牙和無線局域網應用。TFSZ和TFSL係列的薄膜平衡-不平衡轉換器和低通濾波器以0.65 × 0.50 × 0.25 mm³的尺寸進行測量,它們意味著實現元件小型化的進一步推進,以便滿足智能手機製造商的要求。
用在高頻率模塊的阻抗匹配的Z-匹配電容器與采用多層技術開發的尺寸為0.4 × 0.2 × 0.2 mm³的de更geng早zao時shi期qi的de產chan品pin有you著zhe相xiang同tong的de外wai形xing尺chi寸cun。最zui終zhong,我wo們men獲huo得de了le一yi係xi列lie性xing能neng卓zhuo越yue的de結jie構gou緊jin湊cou低di剖pou麵mian新xin元yuan件jian。由you於yu在zai陶tao瓷ci介jie電dian材cai料liao薄bo層ceng上shang建jian立li薄bo膜mo導dao電dian層ceng而er獲huo得de的deTDK薄膜工藝,Z-匹配電容器能夠獲得一個極其嚴密的容差,而且,新元件提供了6.8 GHz (2.2 pF)的優良高自諧振頻率(SRF)。
薄膜電容器的特點是具有誤差在±0.05 pF的更低的等效串聯電感值和低的等效串聯電阻值,同時,其更加緊湊、質量更高且誤差更小,這正是RF模(mo)塊(kuai)的(de)設(she)計(ji)者(zhe)所(suo)夢(meng)寐(mei)以(yi)求(qiu)的(de)。具(ju)備(bei)了(le)這(zhe)些(xie)特(te)性(xing),新(xin)係(xi)列(lie)的(de)薄(bo)膜(mo)電(dian)容(rong)器(qi)更(geng)是(shi)在(zai)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)電(dian)路(lu)中(zhong)展(zhan)示(shi)了(le)優(you)越(yue)的(de)射(she)頻(pin)特(te)性(xing)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai),通(tong)過(guo)把(ba)終(zhong)端(duan)放(fang)在(zai)基(ji)片(pian)上(shang)來(lai)改(gai)造(zao)終(zhong)端(duan)結(jie)構(gou)並(bing)通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)高(gao)精(jing)度(du)切(qie)割(ge)工(gong)藝(yi),該(gai)電(dian)容(rong)器(qi)能(neng)獲(huo)得(de)比(bi)以(yi)前(qian)的(de)產(chan)品(pin)更(geng)精(jing)確(que)的(de)尺(chi)寸(cun),而(er)且(qie)它(ta)還(hai)能(neng)穩(wen)定(ding)地(di)安(an)裝(zhuang)在(zai)需(xu)要(yao)高(gao)密(mi)度(du)安(an)裝(zhuang)的(de)模(mo)塊(kuai)上(shang)。

圖3:TDK薄膜RF元件的組合
由於RF元件的小型尺寸和低插入高度,基於薄膜技術的各種RF元件非常適合外形纖薄的智能手機設計。由於薄膜元件的低剖麵特性和結構緊湊的尺寸,它們同樣非常實用用於集成模塊。
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