【導(dǎo)讀】如何設(shè)計(jì)出外形更加纖薄的手機(jī)是手機(jī)開發(fā)者面臨的主要挑戰(zhàn)之一，因此需要找到更薄的模塊和元件。薄膜工藝技術(shù)最初是由TDK開發(fā)并改進(jìn)的，TDK利用其先進(jìn)薄膜工藝技術(shù)制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(shù)最初是由TDK開發(fā)并改進(jìn)的，用來制造硬盤驅(qū)動(dòng)的讀/寫磁頭。這些極其可靠的磁頭由用于鐵氧體材料的超薄銅導(dǎo)電層制成的小型線圈組成，從而制成高度敏感和非常扁平的線圈用于讀取和寫入硬盤。
現(xiàn)在，TDK正在采用尖端的技術(shù)特別為智能手機(jī)和結(jié)構(gòu)緊湊的移動(dòng)設(shè)備開發(fā)和制造RF元件。利用該技術(shù)能開發(fā)新系列的結(jié)構(gòu)緊湊有優(yōu)異性能的低剖面元件。由于能精確利用薄膜工藝，可以制造有極其嚴(yán)密容差的元件。
如今，RF應(yīng)用的各種TDK元件都是采用低溫共燒陶瓷（LTCC）工藝進(jìn)行制造，例如定向耦合器、濾波器、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和用于RF電源電路的電容器。然而，目前的LTCC工藝對于進(jìn)一步小型化相關(guān)分立元件的能力已經(jīng)達(dá)到了極限。利用薄膜技術(shù)生產(chǎn)的元件達(dá)到嚴(yán)格的厚度要求和體積減少要求，因此這類元件可以代替標(biāo)準(zhǔn)的LTCC分立元件。
圖1：LTCC產(chǎn)品和薄膜元件的截面比較
用薄膜技術(shù)生產(chǎn)的銅導(dǎo)體（右圖）的形狀和尺寸都要比LTCC元件中由銀膏制成的內(nèi)電極（左圖）的更加勻稱和精確。
性能改進(jìn)
從圖1中導(dǎo)體部件的截面圖中，我們可以看到用薄膜技術(shù)制造的導(dǎo)體截面邊緣顯得更加精確和輪廓分明，這些導(dǎo)體截面的表面比LTCC元件的表面更加光滑。這就意味著，在更高頻率下，使用薄膜技術(shù)比使用LTCC工藝能預(yù)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，利用薄膜工藝制造的RF耦合器具有較低的插入損耗和更優(yōu)越的性能。
圖2：使用LTCC和薄膜技術(shù)制造的耦合器的插入損耗
與具有同樣耦合度的傳統(tǒng)LTCC耦合器相比，TDK TFSC薄膜耦合器重點(diǎn)突出更低的插入損耗。
創(chuàng)新性薄膜RF元件
TDK引進(jìn)了采用薄膜技術(shù)制造的插入高度僅為0.25 mm的超低剖面薄膜耦合器。除了具備TDK TFSC定向耦合器的優(yōu)越性能之外（圖2），這款新型的薄膜元件-尺寸只有0.65 × 0.50 × 0.25 mm³-比以前使用傳統(tǒng)LTCC工藝（1.0 × 0.5 × 0.35 mm³）制造的元件明顯更小更薄。
根據(jù)薄膜技術(shù)，TDK智能手機(jī)設(shè)計(jì)的濾波和保護(hù)性能而開發(fā)了一款小型組合元件。TDK TCE1210系列構(gòu)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制和ESD保護(hù)。為了做到這一點(diǎn)，該系列產(chǎn)品在共模濾波器中集成了微差距ESD防護(hù)元素。通過把TDK尖端的薄膜圖形化技術(shù)和緊湊高精確度的線圈圖案和終端形成工藝結(jié)合使用，我們實(shí)現(xiàn)了元件小型化的里程碑。 由于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，并且有利于大大節(jié)省電子設(shè)備的空間。TCE1210系列用于顯示端口的輸入/輸出部分和智能手機(jī)的USB終端。
薄膜微接線技術(shù)同樣使得RF元件的尺寸變小。新的TDK TFSB 和TFSD系列帶通濾波器和雙工器的尺寸只有1.0 × 0.5 mm²，而插入高度僅有0.3 mm。該濾波器實(shí)質(zhì)上是一系列諧振器，每只諧振器都含有由被介電膜和有導(dǎo)體圖案的電感器隔開的上下兩部分導(dǎo)體所構(gòu)成的最佳調(diào)諧電容器。以這種方式，TFSB和TFSD系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(shè)計(jì)，使它們適合用于智能手機(jī)和其它手機(jī)的藍(lán)牙和無線局域網(wǎng)應(yīng)用。TFSZ和TFSL系列的薄膜平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器和低通濾波器以0.65 × 0.50 × 0.25 mm³的尺寸進(jìn)行測量，它們意味著實(shí)現(xiàn)元件小型化的進(jìn)一步推進(jìn)，以便滿足智能手機(jī)制造商的要求。
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(shù)開發(fā)的尺寸為0.4 × 0.2 × 0.2 mm³的更早時(shí)期的產(chǎn)品有著相同的外形尺寸。最終，我們獲得了一系列性能卓越的結(jié)構(gòu)緊湊低剖面新元件。由于在陶瓷介電材料薄層上建立薄膜導(dǎo)電層而獲得的TDK薄膜工藝，Z-匹配電容器能夠獲得一個(gè)極其嚴(yán)密的容差，而且，新元件提供了6.8 GHz （2.2 pF）的優(yōu)良高自諧振頻率（SRF）。
薄膜電容器的特點(diǎn)是具有誤差在±0.05 pF的更低的等效串聯(lián)電感值和低的等效串聯(lián)電阻值，同時(shí)，其更加緊湊、質(zhì)量更高且誤差更小，這正是RF模塊的設(shè)計(jì)者所夢寐以求的。具備了這些特性，新系列的薄膜電容器更是在阻抗匹配電路中展示了優(yōu)越的射頻特性。除此之外，通過把終端放在基片上來改造終端結(jié)構(gòu)并通過使用高精度切割工藝，該電容器能獲得比以前的產(chǎn)品更精確的尺寸，而且它還能穩(wěn)定地安裝在需要高密度安裝的模塊上。
圖3：TDK薄膜RF元件的組合
由于RF元件的小型尺寸和低插入高度，基于薄膜技術(shù)的各種RF元件非常適合外形纖薄的智能手機(jī)設(shè)計(jì)。由于薄膜元件的低剖面特性和結(jié)構(gòu)緊湊的尺寸，它們同樣非常實(shí)用用于集成模塊。
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