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基於玻璃通孔的射頻集成無源器件技術

發布時間：2018-10-25 責任編輯：wenwei

【導讀】當前移動設備和物聯網設備市場正經曆著史無前例的高速增長。盡管數字電路在摩爾定律的驅動下繼續增加著集成度，但射頻電dian路lu卻que無wu法fa按an相xiang同tong比bi例li減jian小xiao尺chi寸cun。因yin此ci射she頻pin電dian路lu尤you其qi是shi無wu源yuan器qi件jian部bu分fen的de進jin一yi步bu集ji成cheng，已yi經jing日ri益yi成cheng為wei係xi統tong小xiao型xing化hua的de關guan鍵jian。為wei了le滿man足zu不bu斷duan增zeng長chang的de需xu求qiu、減小尺寸和成本、增加功能，集成無源器件(IPD)技術已成為射頻前端設計的一種可行性技術。現如今，它已經從低溫共燒陶瓷(LTCC)發展到薄膜技術，例如使用高阻矽(HRSi)或玻璃基板。

近來，玻璃通孔技術被視為實現集成、低成本和高性能無源器件最有前途的技術之一。與二維平麵電感相比，采用TGV結構的三維電感具有更好的品質因數。與矽相比，玻璃的介電常數較低，電阻率較高，因而具有較好的高頻性能。諸如使用TGV構建的濾波器和雙工器之類的無源器件，在確保較小的帶內插損和較大的帶外抑製能力的同時，還能在尺寸上做小。

本文將通過比較TGV電感與LTCC、HRSi和玻璃基板上的電感來演示TGV的性能，並在係統層次上也進行了類似的比較。利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃，我們分別設計了一種載波聚合(CA)雙工器，從而比較它們的性能，如IL、隔離和抑製。我們還將並從TGV工藝角度研究TGV性能的進一步提高的可能性。

電感在TGV、LTCC、HRSi和玻璃下的比較

電感分別采用LTCC、TGV、平麵HRSi和平麵玻璃進行了設計。為了公平比較，我們製作了三組電感，每組具有相同的電感值和尺寸。如表1所示，TGV電感在品質因數(Q)和自諧振頻率(SRF)方麵具有最佳性能。

基於玻璃通孔的射頻集成無源器件技術

表1 電感性能比較

基於玻璃通孔的射頻集成無源器件技術

表2 電感性能示意圖

TGV、LTCC、HRSi和玻璃雙工器的比較

載波聚合是有效利用頻譜並擴展數據帶寬的重要技術。越來越多的頻譜被聚合，包括ISM頻段，以進一步提高數據吞吐量。這給射頻前端在這些分離的頻帶上同時運行帶來了挑戰。多路複用天線是讓緊湊型射頻前端模塊(RF FEM)的尺寸在不同載體上運行的解決方案之一。

我們利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃分別設計了一種CA雙工器。設計中使用了100um直徑的和300um深度的TGV。與LTCC器件相比，TGV器件具有更小的尺寸和相似的性能，並且還可以使用更大的徑深比來進一步改進。

基於玻璃通孔的射頻集成無源器件技術

表3 雙工器性能比較

基於玻璃通孔的射頻集成無源器件技術

圖1 TGV雙工器性能示意圖

TGV工藝對性能的影響

為了獲得更好的IPD，我們不斷努力實現小而深的通孔金屬化、更緊密的通孔間距、更低的玻璃基板介電常數及層狀2D模式的兼容性，從而進一步改善TGV。我們設計了幾款采用不同的TGV徑深比的雙工器來比較高徑深比TGV的尺寸優勢。

基於玻璃通孔的射頻集成無源器件技術

表4 不同TGV徑深比的雙工器

結論

本文對TGV、LTCC、HRSi、glass等多種IPD技術進行了綜合研究。無論是電感還是雙工器的比較表明，TGV技術在射頻應用中具有廣闊的應用前景。除此之外，我們還研究了TGV工藝對性能的影響，並指出了今後TGV工藝發展的方向。

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