本实用新型涉及一种衰减器，具体涉及一种温度补偿衰减器。
背景技术：
温度补偿衰减器(或称“温度可变衰减器”)是用于稳定射频/微波放大器增益随温度变化的一类器件。GaAs场效应管(FET)和高电子迁移率晶体管(HEMT)的增益会随温度而显著变化。因而，对于很多应用场合，为了避免由此导致的系统异常，需要对温度漂移进行有效的补偿。温度补偿的方法可分为三类，包括自动电平控制(ALC)/自动增益控制(AGC)、偏置补偿及采用温度补偿衰减器。其中ALC/AGC电路结构相对较复杂，设计与实现的成本较高，且反应速度较慢，可靠性较差；偏置补偿的方法需要针对具体的放大电路进行单独的分析设计；而采用基于热敏电阻和定值电阻网络的无源温度补偿衰减器具有设计简单、成本低、可靠性高、响应速度快、无频率失真等优点，已成为多数射频工程师的首要选择。
典型的温度补偿衰减器由热敏电阻构成T型或Π型的二端口网络(如图14所示)，其中串联热敏电阻及并联热敏电阻分别具有符号相反的电阻温度系数(TCR)，使得衰减量随着温度按特定的斜率接近线性变化，同时保持特性阻抗基本不变。温度补偿衰减器两个关键的性能参数是衰减量及其温度系数(TCA)。根据射频放大器的增益及其温度系数来选取具有合适的衰减量及TCA的温度补偿衰减器，将二者通过传输线串接即可实现对放大器增益的温度补偿。由于射频放大器的性能参数各异，温度补偿衰减器的衰减量及TCA均需要系列化。衰减量及TCA主要由热敏电阻的阻值及其TCR决定，对于典型的衰减量，热敏电阻的阻值覆盖了数欧姆到数百欧姆的范围，对应的表面电阻率在数十到数兆Ω/□之间；而对于不同的TCA，热敏电阻的TCR也覆盖了较大的范围，可高达数千ppm/℃。因此，实现产品系列化的先决条件是具备(室温)电阻率及TCR能在较大范围内灵活调节的热敏电阻材料体系以及配套工艺。
目前，无源温度补偿衰减器均采用厚膜工艺制作。美国EMC Technology公司拥有无源温度补偿衰减器的首个实用新型专利(US5332981)，采用厚膜正温度系数(PTC)和负温度系数(NTC)热敏电阻及相应的导体浆料，通过丝网印刷的工艺制作器件，在系列化的热敏电阻浆料中选取相邻两种浆料按不同比例混合可调节电阻率和TCR，从而获得不同的衰减量及TCA组合。厚膜工艺有其独特的优势：衰减量及其温度系数容易系列化，成本低，适合大规模生产。而另一方面，厚膜工艺存在以下问题：工艺及性能的可控性、重复性及一致性偏低，其主要原因是厚度及图形线宽/线距的精度不够高；厚膜浆料中的玻璃相普遍含有铅，对环境不友好；同时玻璃相的加入明显提高了材料的电阻率，并容易引入明显的寄生容抗影响器件的高频性能。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种性能更优异、一致性好的薄膜温度补偿衰减器，该温度补偿衰减器可在较大范围内灵活调节整体的阻值及电阻温度系数，实现了温度补偿衰减器的薄膜化及系列化。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种温度补偿衰减器，其包括基片，所述基片上设有第一热敏电阻、第二热敏电阻、信号电极和地电极，所述第一热敏电阻为薄膜PTC热敏电阻；所述第二热敏电阻由至少一层导电层和至少一层薄膜NTC热敏电阻交替堆叠而形成，且最底层的所述导电层设于所述基片和最底层的所述薄膜NTC热敏电阻之间；
所述信号电极与所述第一热敏电阻和薄膜NTC热敏电阻分别电连接，所述地电极与所述第一热敏电阻或所述薄膜NTC热敏电阻电连接。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述导电层和薄膜NTC热敏电阻均为1层或均为2层。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述导电层的材料为金属导体，所述导电层的电阻率与所述薄膜NTC热敏电阻的电阻率的比值小于10-6；或所述导电层的材料为氧化物，所述导电层的电阻率与所述薄膜NTC热敏电阻的电阻率的比值在3×10-5～7×10-4之间。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的更优选实施方式，所述金属导体为Pt、Au或Pd；所述薄膜NTC热敏电阻的材料是电阻率为1～100Ω·cm、热敏常数(B值)为103K数量级的Mn-Co-Cu-O体系；所述氧化物为SnO2、掺锑SnO2、ITO、RuO2、RhO2、ReO2、ReO3、IrO2、MRuO3、LaMnO3、LaCoO3、LaNiO3、LaCrO3、CaVO3、SrVO3、SrMoO3；MRuO3中M为Sr、Pb、Bi、Ca或Ba。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述温度补偿衰减器还包括保护层，所述保护层覆盖于所述第一热敏电阻和薄膜NTC热敏电阻上。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述基片上还设有粘附层，所述粘附层设于最底层的所述导电层的下方。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述基片上设有2个第一热敏电阻、1个第二热敏电阻、2个信号电极和1个地电极，2个所述信号电极分别覆盖所述第二热敏电阻两侧边，并且2个所述信号电极分别覆盖2个所述第一热敏电阻的顶边；所述地电极同时覆盖2个所述第一热敏电阻的底边。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述基片上设有1个第一热敏电阻、2个第二热敏电阻、2个信号电极和1个地电极，2个所述信号电极分别覆盖所述第一热敏电阻两侧边，并且2个所述信号电极分别覆盖2个所述第二热敏电阻的顶边；所述地电极同时覆盖2个所述第二热敏电阻的底边。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述基片上设有1个第一热敏电阻、2个第二热敏电阻、3个信号电极和1个地电极，所述3个信号电极依次为第一端头信号电极、第二端头信号电极和中间信号电极；所述第一端头信号电极和第二端头信号电极分别覆盖2个所述第二热敏电阻的外侧边，所述中间信号电极同时覆盖2个所述第二热敏电阻的内侧边以及所述第一热敏电阻的顶边；所述地电极覆盖所述第一热敏电阻的底边。
作为本实用新型所述温度补偿衰减器的优选实施方式，所述基片上设有2个第一热敏电阻、1个第二热敏电阻、3个信号电极和1个地电极，所述3个信号电极依次为第一端头信号电极、第二端头信号电极和中间信号电极；所述第一端头信号电极和第二端头信号电极分别覆盖2个所述第一热敏电阻的外侧边，所述中间信号电极同时覆盖2个所述第一热敏电阻的内侧边以及所述第二热敏电阻的顶边；所述地电极覆盖所述第二热敏电阻的底边。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型通过至少一层导电层和至少一层薄膜NTC热敏电阻交替堆叠而形成第二热敏电阻，这样可以在较大范围内灵活调节整体的阻值及电阻温度系数，从而实现温补衰减器的薄膜化及系列化。
附图说明
图1为本实用新型实施例1温度补偿衰减器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1温度补偿衰减器不含保护层时的结构示意图；
图3为本实用新型图1的A-A向剖视图；
图4为本实用新型图1的B-B向剖视图；
图5为本实用新型实施例1中总阻值与导电层电阻率ρ1和NTC热敏电阻的电阻率ρ2的比值的关系曲线图；
图6为本实用新型实施例3中四层堆叠结构的NTC热敏电阻的总阻值的电阻温度特性曲线图；
图7为本实用新型实施例4温度补偿衰减器不含保护层时的结构示意图；
图8为本实用新型实施例5温度补偿衰减器的结构示意图；
图9为本实用新型实施例5温度补偿衰减器不含保护层时的结构示意图；
图10为本实用新型图8的A-A向剖视图；
图11为本实用新型图8的B-B向剖视图；
图12为本实用新型实施例6温度补偿衰减器不含保护层时的结构示意图；
图13为本实用新型实施例12中叠层结构薄膜NTC热敏电阻的典型电阻温度特性曲线图；
图14为典型的温度补偿衰减器的结构示意图。
其中，1、基片，2、第一热敏电阻，3、第二热敏电阻，31、导电层，32、薄膜NTC热敏电阻，4、信号电极，41、第一端头信号电极，42、第二端头信号电极，43、中间信号电极，5、地电极，6、保护层。
具体实施方式
为更好地说明本实用新型的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型中，薄膜PTC热敏电阻是指利用真空沉积工艺制备的随温度升高而电阻值增大的正温度系数热敏电阻，薄膜NTC热敏电阻是指利用真空沉积工艺制备的随温度升高而电阻值减小的负温度系数热敏电阻。
实施例1
如图2所示，本实用新型实施例的一种温度补偿衰减器，其包括基片1，基片1上设有第一热敏电阻2、第二热敏电阻3、信号电极4和地电极5，第一热敏电阻2为薄膜PTC热敏电阻；如图3所示，第二热敏电阻3由导电层31和薄膜NTC热敏电阻32堆叠而形成，且所述导电层31设于基片1和薄膜NTC热敏电阻32之间；如图2、图3和图4所示，信号电极4与第一热敏电阻2和薄膜NTC热敏电阻32分别电连接，地电极5与第一热敏电阻2或薄膜NTC热敏电阻32电连接。
在上述结构中，两个厚度方向的薄膜NTC热敏电阻R2、R3和导电层的电阻R4构成串联结构。其中，由于信号电极4覆盖于NTC热敏电阻32上的部分的间隙远大于薄膜NTC热敏电阻32的厚度，薄膜NTC热敏电阻32平行于薄膜表面方向的电阻R1的阻值大至可用开路近似，故大部分的阻值来自薄膜NTC热敏电阻32两个厚度方向的电阻R2、R3和/或导电层31的电阻R4。这种结构在典型的尺寸参数下总阻值(薄膜NTC热敏电阻32两个厚度方向的电阻R2、R3以及导电层的电阻R4之和)与两层电阻率比值的关系如图5所示。明显，总阻值随着导电层31的电阻率ρ1单调增大。其中，当导电层31的电阻率ρ1与所述薄膜NTC热敏电阻32的电阻率ρ2的比值小于10-6时，总阻值几乎不随ρ1变化。而ρ1/ρ2在3×10-5～7×10-4之间时，总阻值在10～100Ω之间。
由于采用了上述叠层结构的第二热敏电阻3，可以在较大范围内灵活调节整体的阻值及电阻温度系数，从而实现温补衰减器的薄膜化及系列化。
上述薄膜叠层NTC热敏电阻结构适宜于多种类型的温度补偿衰减器，例如T型、Π型、桥接T型、平衡T型或平衡Π型等。本实施例的温度补偿衰减器是TCA(温度系数)为负的Π型结构，具体地，如图2、图3和图4所示，第一热敏电阻2为2个，第二热敏电阻3为1个，信号电极4为2个，地电极5为1个，2个信号电极4分别覆盖第二热敏电阻3的两侧边，并且2个信号电极4分别覆盖2个第一热敏电阻2的顶边；地电极5同时覆盖2个第一热敏电阻2的底边。
需说明的是，导电层和薄膜NTC热敏电阻并不限于1层，第二热敏电阻也可以由2层以上的导电层和2层以上的薄膜NTC热敏电阻交替堆叠而形成，当导电层和薄膜NTC热敏电阻均为2层以上时，最底层的导电层设于基片和最底层的薄膜NTC热敏电阻之间。
本实用新型中，第一热敏电阻2可采用具有金属导电性而且TCR较高的导电氧化物材料，作为优选的方式，第一热敏电阻2的材料为RuO2、MRuO3、RhO2、ReO2、ReO3或IrO2等。这些材料具有适中的电阻率以及优良的高温稳定性，并且通过选择不同的材料体系及掺杂、调节薄膜沉积工艺和热处理工艺参数，可以获得不同的方阻和TCR组合。这些材料中，RuO2常用作电阻及热敏电阻的基础材料，对RuO2掺铜可制备TCR较高的PTC热敏电阻。
由于薄膜NTC热敏电阻32需要经过500～900℃的高温热处理，导电层31的材料必须具有良好的耐高温特性，在热处理后仍保持良好的导电性以及相对平滑的表面形貌，避免形成明显的“小山丘”与信号电极4覆盖于NTC热敏电阻32上的部分短路。优选地，导电层31的材料为耐高温的金属导体，导电层31的电阻率ρ1与薄膜NTC热敏电阻32的电阻率ρ2的比值小于10-6。此时，导电层31的电阻R4小至可用短路近似，而NTC热敏电阻32平行于薄膜表面方向的电阻R1可用开路近似，故总阻值主要由薄膜NTC热敏电阻32厚度方向的阻值R2、R3决定。通过减小信号电极4覆盖于NTC热敏电阻32上的部分与导电层31正对的面积S，或者增加NTC热敏电阻的厚度，可在一定范围内提高总阻值。因而，该结构可获得小尺寸、低阻值而高B值的薄膜NTC热敏电阻。
优选地，所述金属导体为Pt、Au或Pd；薄膜NTC热敏电阻32的材料是电阻率为1～100Ω·cm、热敏常数为103K数量级的Mn-Co-Cu-O体系。
考虑到热敏电阻的敏感特性，为了隔绝环境中的氧气和水汽以减缓电性能的漂移，如图1所示，本实施例的温度补偿衰减器还包括保护层6，如图3和图4所示，保护层6覆盖于第一热敏电阻2和薄膜NTC热敏电阻32上。保护层6为绝缘介质，绝缘介质的材料包括SiO2、Si3N4、SiON等无机物或者聚酰亚胺、环氧树脂等聚合物。根据材料的不同，绝缘介质可采用蒸发、溅射、化学气相沉积(CVD)等薄膜工艺或者旋涂、丝网印刷等厚膜工艺制作。
为了增加导电层金属薄膜附着力，基片1上还设有粘附层(在图中未画出)，所述粘附层设于最底层的导电层31的下方。其中，粘附层的材料优选TiW或NiCr等金属，厚度在10～100nm之间。优选地，导电层31的厚度在100～500nm之间，薄膜NTC热敏电阻32的厚度在100～1000nm之间。当信号电极4覆盖于NTC热敏电阻32上的部分与导电层31正对区域的两个尺寸Pad_depth和Pad_wd以及信号电极4覆盖于NTC热敏电阻32上的部分的间隙Gap_wd均取为数十μm时，可获得的总阻值在10～100Ω之间；B值由中NTC热敏电阻决定，仍在103K数量级。
实施例2
本实用新型实施例的一种温度补偿衰减器，其与实施例1温度补偿衰减器的区别仅在于：本实施例中，导电层31的材料为氧化物，导电层31的电阻率与薄膜NTC热敏电阻32的电阻率的比值在3×10-5～7×10-4之间。所述氧化物可采用二元氧化物导电材料以及一些具有钙钛矿结构的复合氧化物导电材料，该氧化物需具有耐高温的特性。此时，导电层的阻值较大而TCR较小，薄膜NTC热敏电阻阻值较小而B值较大，导电层与薄膜NTC热敏电阻构成串联结构，从而实现总阻值R和等效B值较小的薄膜NTC热敏电阻。图13为本实施例中叠层结构薄膜NTC热敏电阻的典型电阻温度特性曲线图。
优选地，所述氧化物为SnO2、掺锑SnO2、ITO、RuO2、RhO2、ReO2、ReO3、IrO2、MRuO3、LaMnO3、LaCoO3、LaNiO3、LaCrO3、CaVO3、SrVO3、SrMoO3等及其掺杂产物；MRuO3中M为Sr、Pb、Bi、Ca或Ba；所述薄膜NTC热敏电阻的材料是电阻率为1～100Ω·cm、热敏常数为103K数量级的Mn-Co-Cu-O体系。
实施例3
本实用新型实施例的一种温度补偿衰减器，其与实施例1温度补偿衰减器的区别仅在于：本实施例中，第二热敏电阻由两层导电层和两层薄膜NTC热敏电阻交替堆叠而形成，且最底层的导电层设于基片和最底层的薄膜NTC热敏电阻之间。
本实施例可将实施例1中导电层与薄膜NTC热敏电阻的厚度各减半，层数各增加一倍进行交替沉积，构成四层堆叠结构，其它结构尺寸保持不变。四层堆叠结构的NTC热敏电阻的总阻值的电阻温度特性如图6所示。对比图13和图6可见，利用四层堆叠结构的总阻值可在双层结构的基础上减小数Ω，等效B值减小数百K，同时有利于更好地控制各层的微观结构、应力以及电性能。
实施例4
本实用新型实施例的一种温度补偿衰减器，其与实施例1温度补偿衰减器的区别仅在于：本实施例的温度补偿衰减器是TCA(温度系数)为正的Π型结构，具体地，如图7所示，第二热敏电阻3为2个，第一热敏电阻2为1个，信号电极4为2个，地电极5为1个，2个信号电极4分别覆盖第一热敏电阻2的两侧边，并且2个信号电极4分别覆盖2个第二热敏电阻3的顶边；地电极5同时覆盖2个第二热敏电阻3的底边。
实施例5
本实用新型实施例的一种温度补偿衰减器，其与实施例1温度补偿衰减器的区别仅在于：本实施例的温度补偿衰减器是TCA(温度系数)为负的T型结构，具体地，如图8～11所示，基片1上设有1个第一热敏电阻2、2个第二热敏电阻3(第二热敏电阻3由导电层31和薄膜NTC热敏电阻32堆叠而形成，且所述导电层31设于基片1和薄膜NTC热敏电阻32之间)、3个信号电极和1个地电极5，3个信号电极依次为第一端头信号电极41、第二端头信号电极42和中间信号电极43；第一端头信号电极41和第二端头信号电极42分别覆盖2个第二热敏电阻3的外侧边，中间信号电极43同时覆盖2个第二热敏电阻3的内侧边以及第一热敏电阻2的顶边；地电极5覆盖第一热敏电阻2的底边。
实施例6
本实用新型实施例的一种温度补偿衰减器，其与实施例1温度补偿衰减器的区别仅在于：本实施例的温度补偿衰减器是TCA(温度系数)为正的T型结构，具体地，如图12所示，基片1上设有2个第一热敏电阻2、1个第二热敏电阻3、3个信号电极和1个地电极5，3个信号电极依次为第一端头信号电极41、第二端头信号电极42和中间信号电极43；第一端头信号电极41和第二端头信号电极42分别覆盖2个第一热敏电阻2的外侧边，中间信号电极43同时覆盖2个第一热敏电阻2的内侧边以及第二热敏电阻3的顶边；地电极5覆盖第二热敏电阻3的底边。
本实用新型温度补偿衰减器的制备方法为：
(1a)采用薄膜工艺在基片上沉积PTC热敏电阻，对PTC热敏电阻进行图形化，保留设计所需部分，并对PTC热敏电阻进行热处理；
(2a)采用薄膜工艺在基片上沉积至少1层NTC热敏电阻和至少1层导电层，NTC热敏电阻与导电层交替堆叠，且与基片接触的是导电层；对NTC热敏电阻和导电层进行图形化，保留设计所需部分，并对NTC热敏电阻和导电层进行热处理；
(3a)采用薄膜工艺在基片上沉积信号电极和地电极，对信号电极和地电极进行图形化；
(4a)在PTC热敏电阻和NTC热敏电阻上覆盖绝缘介质作为保护层；
(5a)对未保护的信号电极和地电极做表面处理，得到温度补偿衰减器；或者
(1b)采用薄膜工艺在基片上沉积PTC热敏电阻，对PTC热敏电阻进行图形化，保留设计所需部分；
(2b)采用薄膜工艺在基片上沉积至少1层NTC热敏电阻和至少1层导电层，NTC热敏电阻与导电层交替堆叠，且与基片接触的是导电层；对NTC热敏电阻和导电层进行图形化，保留设计所需部分；
(3b)同时对图形化后的PTC热敏电阻、NTC热敏电阻和导电层进行热处理；
(4b)采用薄膜工艺在基片上沉积信号电极和地电极，对信号电极和地电极进行图形化；
(5b)在PTC热敏电阻和NTC热敏电阻上覆盖绝缘介质作为保护层；
(6b)对未保护的信号电极和地电极做表面处理，得到温度补偿衰减器。
上述制备方法中，对两种热敏电阻的同时热处理时，也可以先进行NTC热敏电阻的沉积及图形化再制作PTC热敏电阻。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。