Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №6

Пассивные ВЧ и СВЧ компоненты American Technical Ceramics

Дидилев Станислав


В настоящее время на рынке представлено большое количество различных пассивных ВЧ- и СВЧ-компонентов (конденсаторов, резисторов, индуктивностей и т. д.). Однако немногие производители могут предложить компоненты, которые характеризуются высокой надежностью, стабильностью параметров и широким диапазоном рабочих температур. Одним из таких производителей является компаня American Technical Ceramics (ATC), продукцию которой мы рассмотрим в данной статье. Но сначало кратко расскажем о самой компании.

Компания American Technical Ceramics была образована в Нью-Йорке в 1966 году и вначале называлась Phase Industries Inc. Свое нынешнее название компания получила в июне 1984 года.

ATC разрабатывает и производит керамические и фарфоровые многослойные конденсаторы, однослойные керамические конденсаторы, индуктивности, резисторы и мощные нагрузки, а также заказные изделия на базе многослойной керамики для использования в ВЧ/СВЧ, медицинской аппаратуре, в системах ВОЛС, а также в широком спектре изделий специального назначения и аэрокосмической отрасли.

Компания имеет собственный исследовательский центр в Джексонвилле, Флорида (Jacksonville, Florida), деятельность которого направлена на создание новых компонентов и улучшение параметров уже существующих. Основное производство ATC сосредоточено в Хантигтон Стэйшн, Нью-Йорк (Huntington Station, New York), однако часть производства находится там же, где и исследовательский центр, — в Джексонвилле. Эта часть производства подверглась серьезной модернизации и в настоящее время позволяет производить высококачественные керамические структуры различных размеров, форм и внутренней конфигурации со строго заданными параметрами. Производство сертифицировано по стандарту ISO-9001, а вся продукция сертифицирована по жестким стандартам MIL-PRF55342, MIL-STD202 и ANSI/J-STD-002. Сбыт продукции осуществляется через широкую сеть представительств в США, Европе, Канаде и странах Азиатско-Тихоокеанского региона.

Как было отмечено выше, продукцию ATC составляют много- и однослойные керамические и фарфоровые конденсаторы, различные резистивные продукты, чип-индуктивности, а также заказные специализированные тонкопленочные схемы. Рассмотрим каждый тип продукции более подробно.

Многослойные конденсаторы характеризуются:

  • фарфоровым и керамическим диэлектриком с температурным коэффициентом ±90, 30 ppm/°C;
  • рабочим температурным диапазоном до –55…175 °C; ультрастабильностью, устойчивостью к внешним воздействиям (диапазоны допусков: 0,1 пФ, 0,25 пФ, 0,5 пФ, 1%, 2%, 5% и более);
  • самой высокой добротностью в промышленности (Q больше чем 10000, tg угла диэлектрических потерь менее 0,0001);
  • низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR/ESL), минимальными потерями на выводах, высокой частотой саморезонанса;
  • высокой мощностью при работе в СВЧ-диапазоне. Низкие значения ESR и напряжение пробоя диэлектрика допускают режим работы 15 кВт в импульсе (900 Вт средняя мощн.) на 500 МГц (3000 В, 17 A, СВЧ) в 50-омных системах или 500 Вт непрерывно на 1 ГГц в системах 50 Ом;
  • разнообразным покрытием выводов, различной конфигураций исполнения: чип, выводные, сборки.

Многослойные конденсаторы АТС выпускаются в основном четырех типоразмеров:

  • «A» (0,05×0,05 дюйма),
  • «B» (0,11×0,11 дюйма),
  • «C» (0,23×0,25 дюйма),
  • «Е» (0,38×0,38 дюйма)

с тремя типами диэлектриков:

  • фарфоровым с низкими потерями (серия 100),
  • с нулевым температурным коэффициентом (серия 700),
  • с высокой диэлектрической проницаемостью (серия 200).

Серия 100 конденсаторов является основной в линейке продуктов компании и выпускается на протяжении 35 лет на основе запатентованного ATC фарфорового диэлектрика. Она широко используется в различных ВЧ- и СВЧ-устройствах. Серия 700 чуть менее эффективна в энергетическом плане, но благодаря низкому температурному коэффициенту конденсаторы этой серии обладают высочайшей стабильностью параметров. Конденсаторы серии 200 используются в основном в компактных устройствах, где требуется высокая емкость в ограниченном объеме.

Все выпускаемые АТС конденсаторы можно разделить на две группы: для коммерческого применения и высоконадежные. Однако данное деление условно. Оно основывается на количестве стадий тестирования, которым подвергаются конденсаторы, и ширине допуска измеряемых параметров.

Применение коммерческих продуктов ATC весьма разнообразно: это системы сотовой связи, персональные коммуникационные системы (PCS), медицинское оборудование, оборудование для полупроводниковой промышленности и многое другое. Что касается высоконадежных компонентов, то они, как правило, применяются в спутниковых системах связи (включая коммерческие коммуникационные спутники), в различной военной авиационной и космической технике, высокоточном оружии и т. д.

Каждый из высоконадежных компонентов проходит серию тестов, включающих климатические испытания, а также инструментальные измерения, проверяющие соответствие заявленным параметрам. Причем условия и тип испытаний определяются не только требованиями стандартов, но и пожеланиями заказчиков.

Исторически сложилось так, что рынок высококачественных многослойных ВЧ/СВЧ-конденсаторов ориентирован в основном на применение в дорогостоящем мелкои среднесерийном оборудовании, требующем значительных капиталовложений. И поскольку стоимость отказа подобного оборудования весьма велика, заказчики готовы платить большие суммы за данную продукцию. Однако в последнее время активное развитие различных телекоммуникационных систем обусловило спрос на высококачественные компоненты среднего ценового диапазона, предназначенные для массового производства. Следуя данной тенденции рынка, АТС выпустила новую линейку продукции, ориентированную в основном на массовое производство. Речь идет о линейке конденсаторов 600S. Приборы этой линейки меньше (посадочный размер всего 0,06×0,03 дюйма) и дешевле (две трети цены) стандартного многослойного конденсатора ATC. Помимо этого конденсаторы данной серии используют специально разработанный диэлектрик, что позволяет им достигать большей эффективности по сравнению с аналогами в различных телекоммуникационных приложениях.

Помимо этого American Technical Ceramics предлагает специализированные конденсаторы, работающие на частотах больших, чем стандартные многослойные ВЧ/СВЧ-конденсаторы — серия однослойных керамических конденсаторов Microcap. Приборы этой серии выпускаются как в коммерческом, так и в высоконадежном исполнении и активно используются в различных широкополосных системах связи, спутниковых системах, а также в системах миллиметрового диапазона. Другим продуктом, ориентированным на тот же рынок, является серия 500S широкополосных СВЧ-конденсаторов (Broadband Microwave Capacitor — BMC), оптимизированная для крупносерийного производства, использующего технологию поверхностного монтажа.

Расширяя спектр своей продукции, в июне 2000 года АТС анонсировала линейку мощных резистивных компонентов. Данные компоненты выполнены по тонкопленочной технологии с применением подложки из нетоксичного нитрида алюминия (материала с высокой теплопроводностью), на которую нанесены проводящие и резистивные слои. Как показывает практика, тонкопленочные резисторы гораздо надежней и способны выдержать большую мощность, чем их толстопленочные аналоги. Ассортимент резистивной продукции American Technical Ceramics достаточно разнообразен: это резисторы, терминаторы, аттенюаторы, а также сходные продукты, которые, как правило, используются в тех же областях, что и выпускаемые данным производителем конденсаторы. В настоящее время резистивные продукты ATC активно применяются в широком спектре различных устройств: сумматорах, делителях мощности, преобразователях частоты и т. д.

Кроме выпуска стандартизованной продукции компания АТС (одна из немногих на рынке) изготавливает специализированные тонкопленочные схемы, выполненные по спецификации заказчика. С помощью тонкопленочной структуры, размещенной на требуемой подложке, можно легко формировать проводящие, резистивные, емкостные и прочие элементы схемы. Заказчику достаточно затем лишь установить оставшиеся дискретные элементы. Подобные решения используются там, где необходимо обеспечить высокую надежность устройства при минимальных размерах. Например, в СВЧ-аппаратуре, оптических репитерах и т. д. Компания ATC ориентирована не только на массовое, но и на мелкосерийное производство, что делает доступным данные технологии большинству предприятий в России.

В 2002 году ATC представила несколько новых продуктов, основанных на перспективной технологии LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic). Эта технология позволяет размещать элементы схемы не на плоскости, как раньше, а в объеме. Используя различные типы керамических материалов, можно интегрировать в схему не только стандартные пассивные компоненты, но и такие устройства, как ответвители, сумматоры, делители сигнала, фильтры, а также трансформаторы импедансов. Подобная компоновка элементов позволяет достичь значительной функциональности в сравнительно небольшом объеме. К сожалению, в рамках этой статьи невозможно рассмотреть технологии LTCC в достаточном объеме.

Образцы продукции ATC представлены на рис. 1–5. Для того чтобы лучше представить весь спектр продукции этой компании, обратимся к таблице 1, в которую сведены все основные продукты АТС, приведено краткое описание каждого продукта и его возможные применения.

Таблица 1. Продукция American Technical Ceramics. Краткое описание и возможные применения

Компания ATC выпускает 40 различных наборов разработчика, содержащих полный ряд образцов конденсаторов, индуктивностей, резисторов и нагрузок.

Высокое качество компонентов ATC во многом определяется хорошим техническим уровнем разработки и тщательно налаженным процессом производства продукции. Прежде чем новый продукт появится на рынке, он подвергается самому тщательному тестированию для выявления существующих недостатков. Кроме того, продукция ATC проходила проверку у сторонних организаций и получила самые хорошие оценки. В качестве примера можно привести исследование, проведенное инженерами Motorola, заключавшееся в сравнении температурных параметров конденсаторов, использующихся в выходных цепях усилителя мощности диапазона 2 ГГц.

В качестве испытательной платформы был взят усилитель мощности на LDMOS-транзисторе MRF21125, предназначенный для работы в составе аппаратуры UMTS. По условиям испытаний использовалась одна и та же плата усилителя, на которую сначала установили конденсаторы АТС, а затем приборы другого производителя. В обоих случаях тестовая плата была покрыта черной краской для обеспечения однородности коэффициента черноты. Параметры испытаний были следующие:

Выходная мощность усилителя — 22 Вт,

Рабочая частота — 2,14 ГГц,

Модуляция — WCDMA,

Напряжение питания — 27 В,

Активный прибор — Motorola MRF21125,

Потребляемый ток — 1,3 А,

Сравниваемые конденсаторы — АТС серия 600S (корпус EIA 0603) и высокодобротные конденсаторы другого производителя в корпусе EIA 0805. Обозначение по схеме: С62, С63, С64 и С57 (см. рис. 6 и 7).

Было проведено термосканирование платы усилителя. Результат термосканирования при использовании конденсаторов ATC приведен на рис. 8, а результат термосканирования при использовании приборов другого производителя — на рис. 9.

В рамках эксперимента были произведены замеры температуры конденсаторов двух сравниваемых типов. Результаты замеров приведены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение температур двух испытуемых типов конденсаторов

Как видно из таблицы 2, конденсаторы небольшой емкости (С62, С63, С64) разных производителей имеют приблизительно одинаковую температуру, близкую к температуре транзистора, что, впрочем, и неудивительно: все они находятся в непосредственной близости от него, а транзистор в данной схеме является основным тепловыделяющим элементом. Гораздо показательнее сравнение температур конденсатора C57, расположенного на некотором расстоянии от транзистора. Из таблицы видно, что температура прибора от ATC приблизительно на 6 градусов ниже, чем у конкурента. Поскольку С57 в данной схеме является развязывающим конденсатором, испытывающим на себе полную выходную мощность усилителя, он будет рассеивать мощность в прямой зависимости от эквивалентного последовательного сопротивления (P=I2*ESR). Следовательно, более низкая температура конденсатора говорит о меньшем значении ESR: на частоте 2 ГГц конденсатор АТС 600S180 (18 пФ) обладал ESR 0,08 Ом, тогда как значение ESR конкурента составило 0,18 Ом.

Таким образом, на практике было подтверждено высокое качество продукции ATC и преимущества ее применения.

Всю необходимую информацию по продукции American Technical Ceramics можно получить на сайтах www.atceramics.com и www.semiconductor.ru.

При написании этого материала использовалась статья Ричарда Фиоре (Richard Fiore) «RF Power Amplifiers Operate Cooler with Improved Reliability Using ATC's EIA 600 Series Ultra-Low ESR Ceramic Capacitors». Microwave Product Digest. ATC#001-985 Rev. A 5/03.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке