Technique RF - Dispositifs passifs à film mince dans des cartes de circuits RF / micro - ondes

La plupart des dispositifs passifs en couches minces dans les cartes RF / micro - ondes sont également basés sur la technologie de cuisson en céramique multicouche, dans laquelle plusieurs couches d'électrodes en alliage métallique hautement conducteur et une couche isolante en céramique à faibles pertes sont disposées en quinconce pour obtenir la valeur de capacité souhaitée. L'empilement obtenu est ensuite cuit à haute température pour former une structure monolithique. Ce procédé répond encore bien aux besoins des condensateurs de grande capacité et des condensateurs de forte puissance.

Cependant, les procédés céramiques multicouches peuvent entraîner des différences entre les lots et entre les produits d'un même lot sur certains paramètres importants pour le concepteur RF, tels que la valeur Q, l'ESR, la variation de la résistance d'isolation et la variation de la valeur de la capacité dans une certaine plage de tolérance. Bien que ces variations de paramètres n'aient pas d'impact négatif dans de nombreuses applications, les percées technologiques actuelles dans le domaine de la production d'éléments en couches minces offrent aux concepteurs une alternative à la production d'éléments en plaques hyperfréquences à haute fréquence.

La même technologie de couches minces utilisée pour la production de semi - conducteurs peut également être utilisée pour la production de composants passifs en couches minces présentant des propriétés électriques et physiques strictes. La largeur du fil et l'épaisseur de la couche isolante peuvent atteindre respectivement 1 µm et 10 nm. Des dimensions de largeur de fil strictes entraînent des tolérances de paramètres strictes (valeurs inductives et capacitives) et plusieurs autres avantages de performance électrique peuvent être optimisés. Grâce au procédé de dépôt d'électrodes sous vide élevé, les valeurs esr sont très stables entre les lots de produits et entre les différents produits d'un même lot. Les couches isolantes ultra - pures et à faible K obtenues par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) rendent les valeurs Q et ESR très stables. Les valeurs d'impédance sont stables et prévisibles sur une large gamme de fréquences. Le procédé d'encapsulation LGA (flat Grid Array) permet de réduire les paramètres parasites.

Ces avantages de performance des éléments de film mince ont un impact sur la conception. En général, le nombre de composants nécessaires à la réalisation d'une fonction particulière du circuit peut être réduit. En réduisant le nombre de composants utilisés, vous pouvez non seulement réduire la taille de la conception, mais également économiser du temps et des coûts d'assemblage et améliorer la fiabilité du produit. De plus, grâce à ses propriétés électriques plus stables et à ses pertes réduites, les propriétés électriques globales des produits utilisant cet ensemble seront améliorées.

Dans une application typique, les filtres à bande étroite sont utilisés pour atténuer les fréquences différentielles et les harmoniques inattendues générées par des récepteurs radio multibandes complexes et à large gamme. Comme la membrane est presque parfaite, il est possible de remplacer les six composants utilisés dans la conception double t par un condensateur à membrane de haute qualité.

Un condensateur à couches minces (représenté sur la figure 1) présente également un avantage de performance non mentionné: il ne répond qu'à un seul point de résonance, car le dispositif est encapsulé dans un condensateur en céramique multicouche (MLCC) conçu à l'aide d'une seule couche isolante. La figure 2 montre la courbe caractéristique de perte de transmission directe s21 partielle de ce condensateur à couche mince.

Figure 1 Structure du condensateur à couche mince

Courbe caractéristique de perte de transmission vers l'avant de la figure 2 s21

En choisissant des éléments de condensateur à couche mince, les fabricants de PCB peuvent obtenir des performances électriques supérieures pour les condensateurs à couche unique et profiter des avantages des éléments de type MLCC. La figure 3 montre l'influence de la stabilité des performances d'un condensateur en couche mince sur l'épaisseur de l'électrode et de la couche d'oxyde, ainsi que l'influence de sa qualité sur la valeur K de la couche isolante.

Figure 3 excellente répétabilité de la réponse en fréquence du condensateur à couche mince

Nous devons reconnaître qu'il existe des limites à l'utilisation de condensateurs à film mince comme filtres coupe - bande. Comme les condensateurs à couches minces ne fournissent généralement que de petites valeurs de capacité, ils sont limités à des conceptions de filtres coupe - bande à relativement haute fréquence. S'il s'agit d'une conception à basse fréquence, une méthode de filtre alternative doit être utilisée, généralement avec des condensateurs RF / micro - ondes multicouches à Q élevé.

Inductance de film mince.

Les inducteurs à couches minces présentent de nombreux avantages pratiques par rapport aux inducteurs creux (bien qu'ils n'atteignent pas le même q). Lors du montage en surface, les inducteurs à film mince sont plus faciles à saisir et à placer que les inducteurs creux. La spectroscopie infrarouge, la méthode en phase gazeuse et la méthode de fluctuation couramment utilisées dans l'assemblage sont également pratiques. En outre, l'inducteur à film mince peut maintenir sa valeur d'inductance pendant ces processus, ainsi que dans les environnements de traitement et de fortes vibrations. Bien qu'ils ne puissent pas être accordés dans le circuit comme les inducteurs creux, les inducteurs à film mince peuvent être utilisés à la place des inducteurs creux (en supposant que la valeur de q soit suffisante) Une fois que la valeur exacte de l'inductance requise pour remplir certaines fonctions du circuit est déterminée.

Comme dans le cas des condensateurs à couche mince, l'esr et les pertes des condensateurs à couche mince sont considérablement réduites en raison du contrôle de la largeur de ligne et de la qualité / précision du dépôt de la couche isolante. Cela permet de réduire la taille du produit fini au boîtier 0402 et d'atteindre pratiquement toutes les valeurs d'inductance requises, tout en tolérant une précision proche de 0,05 NH. De plus, le processus de métallisation stable confère aux inducteurs à film mince une capacité de charge élevée: la capacité de charge varie d'un produit à l'autre Jusqu'à 1000 Ma.

Les inducteurs à film mince peuvent être utilisés pour la compensation de fréquence des amplificateurs à large bande. Auparavant, une combinaison résistance / inductance était utilisée. Comme dans le cas des condensateurs à couches minces, l'utilisation d'inductances à couches minces permet de réduire le nombre de composants utilisés dans le circuit et donc de réduire la taille du produit fini, de réduire le poids, de simplifier l'assemblage, de réduire les coûts et d'améliorer la fiabilité. Comme pour les condensateurs à couches minces, les inductances à couches minces ne peuvent fournir que des valeurs d'inductance plus faibles, de sorte que leur application est limitée.

C'est - à - dire que les inducteurs à film mince peuvent offrir une bonne solution aux concepteurs à très haute fréquence. Un example d'application courant est un oscillateur dont la fréquence peut atteindre plusieurs gigahertz. Aux hautes fréquences, l'utilisation d'inductances bobinées est peu pratique, car la technologie de réalisation d'inductances bobinées ayant une valeur d'inductance aussi faible n'est pas disponible. Dans ce type d'application, les concepteurs n'ont que deux options: utiliser une conception de carte PCB serpentine pour obtenir une faible valeur d'inductance ou opter pour un inducteur à film mince encapsulé en micro - surface.