很多人都会有这样的好奇,为什么石英晶振没有能完全取代陶瓷晶振,不是说可以用到陶瓷晶振的地方就可以用石英晶振替代,而能用石英晶振的地方却未必不能用陶瓷晶振,那怎么还有陶瓷晶振存在,不应该都是石英晶振吗?我想要解答这个问题不能不提一家著名的日本进口晶振品牌,陶瓷晶振正是因为它的一个举措而得以更好的生存发展下来没有被时代的洪流抛弃。
要说日本进口晶振厂家中和陶瓷晶振密不可分的一定没有人会忘记村田晶振,MuRata晶振所产的陶瓷晶振已经强大到让很多晶振使用者直接忽视了村田晶振品牌下的石英晶振了,而村田陶瓷晶振这个名称在很多时候更是成为了它的专有代名词。所以说村田MuRata晶振是陶瓷晶振行业中的大佬其实一点也不夸张,这只是大家对村田陶瓷晶振的肯定与赞许,村田集团所生产的陶瓷谐振器有CSTCC贴片系列和CSTLS直插式系列的,这两种系列的陶瓷晶振早已经遍布全球。
好了,让我们先回到前文的问题中来,我前面说过陶瓷晶振之所以没能被石英晶振完全取代是因为某个知名晶振厂家的功劳,那说道现在相信大家也已经知道这个进口晶振厂家是谁了,对,就是MURATA晶振品牌。在2012年在石英晶振已成主流晶振类目的情况下,村田晶振依旧没有放弃对陶瓷晶振的开拓创新,在该年的上半年村田MUATA株式会社不负众望研究除了一种新的晶振技术,这种新技术被称为PHPD技术,该技术为陶瓷晶振的未来发展起到了很好的帮助作用为陶瓷滤波器开拓了一条新的发展道路。
PHPD技术是指平面高密度无源器件技术,可以适用于滤波器、双工器、不平衡变压器、耦合器、阻抗转换器、相位转换器、功率组合器和分配器等各种元件。因为新技术在高频下表现良好,新型PHPD微芯片陶瓷滤波器可能在5GHz市场有一席之地,其它技术在尺寸和频率方面存在局限。比如,SAW滤波频率最高只能在2.45GHz左右,而多层LC滤波器虽然可以达到5GHz,但插入损耗却高达1.8dB,基于PHPD的微芯片滤波器只有1.3dB。
LC滤波器,又称无源滤波器,是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路,可滤除某一次或多次谐波,最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对主要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路;单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
无源滤波器主要可以分为两大类:调谐滤波器和高通滤波器。调谐滤波器包括单调谐滤波器和双调谐滤波器,可以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波,该谐波的频率称为调谐滤波器的谐振频率;高通滤波器也称为减幅滤波器,主要包括一阶高通滤波器、二阶高通滤波器、三阶高通滤波器和c型滤波器,用来大幅衰减低于某一频率的谐波,该频率称为高通滤波器的截止频率。
因为采用了Q值非常高的材料,村田晶振能够显著缩小陶瓷滤波器的尺寸,同时维持或者改善以前需要较大的封装尺寸才能实现的性能特点。虽然这种工艺已用于缩小电容器尺寸,但这是村田电子首次利用高Q值介电陶瓷和丝印镀银图案(fineprint silver pattern)来生产陶瓷滤波器。
“村田电子在推出这种新型技术方面走在前列,它可以使产品高度下降,同时容纳许多功能,模块产业主要关心的就是元件高度。”该公司的微波元件产品经理Scott Klettke表示。“这种微芯片陶瓷滤波器采用了PHPD技术,填补了面向高集成度模块的低高度陶瓷滤波器领域中的一项空白。”该产品的价格取决于电极数量和所要求的性能。村田电子的微型微芯片陶瓷滤波器采用PHPD技术把产品高度缩小至0.4mm"
Klettke表示,厂商们一般采用低介电材料制造滤波器,因为这种材料更容易加工。但是,村田电子和所有其它滤波器件制造商都面临同样一个挑战,那就是许多为各种应用开发模块的客户正在寻求更薄的元件,以使自己的模块高度保持在较低水平。他介绍说,村田电子现有的滤波器产品高度极限约为1.8mm。以前客户在其PC电路板上安装元件,1mm或2mm的元件高度是可以接受的,但是现在客户要求整个模块的高度必须低于0.8mm或0.6mm,所以元件必须更薄。
村田公司PHPD技术对于功率放大器和其它模块制造商来说是一种理想的技术,因为这些产品都需要降低元件高度,而元件尺寸缩小,也将有助于无线产品的小型化。该公司想利用该产品测试一下市场反应,并希望这种新型微芯片陶瓷滤波器成为成本最低的滤波器,用于WLAN、UWB和RFID等应用。
利用现有的陶瓷材料开发新型高介电工艺技术,使村田电子在滤波器产品市场的竞争中处于有利地位。PHPD技术允许在高Q(品质)因子陶瓷上实现薄膜印刷,可以用于制造和在低高度设计中组合多个元件。虽然声表面波(SAW)、介电陶瓷和LC(电感器/电容器)等滤波技术是目前使用最普遍的技术。但Scott Klettke表示,介电滤波的应用现在处于下降趋势,因为它的尺寸较大,而且缩小尺寸的空间不大。他说:“新式PHPD技术改变了这种状况。”
Klettke还指出,在许多情况下,下游客户希望元件的最大高度不超过0.6mm。他说,虽然声表面滤波器和LC滤波器等其它滤波技术可以达到这样的水平,但元件之间没有空隙,而且无法在模块上面安装任何金属罩。如果高度略有变化,金属罩就会碰到滤波器的顶部,这要求元件高度必须不超过0.4mm,这样可以提供0.2mm的余地以备高度变化。
此外,新型带通陶瓷滤波器高度很低,价格也不高,批量为50~100万个时单价大约为0.10~0.12美元,而相应的多层村田陶瓷晶振的价格约为0.15~0.25美元,而且尺寸较大(高度为1mm)。目前村田晶振公司运用这种PHPD技术所产出的贴片陶瓷晶振早已遍布世界,并且在同年下半年公司推出一种基于PHPD技术的新型双工器,并于2013年初推出了一种不平衡变压器产品。