【導讀】如何設計出外形更加纖薄的手機是手機開發(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。薄膜工藝技術最初是由TDK開發(fā)并改進的，TDK利用其先進薄膜工藝技術制造的小型元件使其性能得以提高而外形更加扁平。
薄膜工藝技術最初是由TDK開發(fā)并改進的，用來制造硬盤驅動的讀/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(fā)和制造RF元件。利用該技術能開發(fā)新系列的結構緊湊有優(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）工藝進行制造，例如定向耦合器、濾波器、平衡-不平衡轉換器和用于RF電源電路的電容器。然而，目前的LTCC工藝對于進一步小型化相關分立元件的能力已經達到了極限。利用薄膜技術生產的元件達到嚴格的厚度要求和體積減少要求，因此這類元件可以代替標準的LTCC分立元件。
圖1：LTCC產品和薄膜元件的截面比較
用薄膜技術生產的銅導體（右圖）的形狀和尺寸都要比LTCC元件中由銀膏制成的內電極（左圖）的更加勻稱和精確。
性能改進
從圖1中導體部件的截面圖中，我們可以看到用薄膜技術制造的導體截面邊緣顯得更加精確和輪廓分明，這些導體截面的表面比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和薄膜技術制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(chuàng)新性薄膜RF元件
TDK引進了采用薄膜技術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LTCC工藝（1.0 × 0.5 × 0.35 mm³）制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(fā)了一款小型組合元件。TDK TCE1210系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制和ESD保護。為了做到這一點，該系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。該濾波器實質上是一系列諧振器，每只諧振器都含有由被介電膜和有導體圖案的電感器隔開的上下兩部分導體所構成的最佳調諧電容器。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的頻段而設計，使它們適合用于智能手機和其它手機的藍牙和無線局域網應用。TFSZ和TFSL系列的薄膜平衡-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開發(fā)的尺寸為0.4 × 0.2 × 0.2 mm³的更早時期的產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構緊湊低剖面新元件。由于在陶瓷介電材料薄層上建立薄膜導電層而獲得的TDK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(yōu)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模塊的設計者所夢寐以求的。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構并通過使用高精度切割工藝，該電容器能獲得比以前的產品更精確的尺寸，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，基于薄膜技術的各種RF元件非常適合外形纖薄的智能手機設計。由于薄膜元件的低剖面特性和結構緊湊的尺寸，它們同樣非常實用用于集成模塊。
相關閱讀：
基于Teseo II芯片的汽車導航系統設計
http://www.yonglehk.com/restify-art/80020932
無線充電設計：隨時隨地進行智能充電
http://www.yonglehk.com/sensor-art/80020927
ST最新功率技術，助力低能耗、高空間效率設計
http://ep.cntronics.com/guide/4107/235
