中國粉體網(wǎng)訊  在我們生活的數(shù)字化時(shí)代，從智能手機(jī)到衛(wèi)星通信，從智能家居到醫(yī)療設(shè)備，各種電子設(shè)備正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方面面。而在這些設(shè)備的"心臟"——電路系統(tǒng)中，一群默默奉獻(xiàn)的"無名英雄"正在發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們就是無源器件。雖然這些器件不消耗能量，但卻能像一位經(jīng)驗(yàn)豐富的指揮官，以多種方式影響和控制電路的行為。

然而，隨著電子設(shè)備向小型化、高頻化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的無源器件面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。就像在擁擠的城市中建造高樓大廈一樣，電路系統(tǒng)也需要在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能。無源器件在電路系統(tǒng)里占據(jù)著相當(dāng)比例的面積，如何讓它們變得更加"小巧玲瓏"，成為了科學(xué)家們亟待解決的問題。幸運(yùn)的是，TGV技術(shù)猶如一縷曙光，為無源器件的集成化帶來了新的希望。

電感的"華麗轉(zhuǎn)身"：從平面到三維的飛躍

在傳統(tǒng)的2D-IPD（集成無源器件）中，平面螺旋電感就像是一位"身材臃腫"的運(yùn)動員，在相同尺寸下Q因子（衡量電感性能的重要指標(biāo)，Q因子越高，損耗越�。┹^低，而且隨著電感的增大，Q因子還會顯著下降。這就好比一個(gè)人跑得越快，消耗的能量就越多，效率也就越低。

為了解決這個(gè)問題，Kung等研制了高縱橫比銅柱結(jié)構(gòu)的TGV三維電磁電感器，仿真結(jié)果表明，當(dāng)電感值超過6nH時(shí)，它們的Q因子比其他類型的電感器高得多，而且隨著電感值的增加，Q因子下降幅度較小。想象一下，在濾波器或雙工器設(shè)計(jì)中應(yīng)用這種三維高縱橫比銅柱電感，就像給電路系統(tǒng)配備了一位"高效指揮官"，能夠大大提高性能。與傳統(tǒng)2D-IPD雙工器相比，采用3D-IPD技術(shù)的雙工器在相同尺寸下具有更低的插入損耗（低頻段為0.31dB，高頻段為0.70dB）和更高的衰減（5GHz為28dB，2.4GHz為26dB），就像一個(gè)優(yōu)秀的門衛(wèi)——既能更好地阻擋干擾信號，又能讓有用信號暢通無阻。

3nH 3D-TGV螺線管電感器  來源：Kung.3D-IPD with high aspect ratio Cu pillar inductor

電容的"瘦身計(jì)劃"：小身材，大能量

除了電感，電容在電路系統(tǒng)中也扮演著重要的角色。Chen等人提出了一種通過TGV中介層低成本的集成高Q電感器和MIM（金屬-絕緣體-金屬）電容器的方法。他們利用低成本的激光誘導(dǎo)深蝕刻（LIDE）技術(shù)形成了TGV，然后利用這些TGV實(shí)現(xiàn)了占地面積小、Q因子高的電感器。所設(shè)計(jì)的TGV電感在6GHz時(shí)的Q因子約為55，電感約為1.73nH。

MIM電容 來源：Chen.Development of low cost through glass via (TGV) interposer with high-Q inductor and MIM capacitor

不僅如此，還研究了RDL（再分布層）寬度對TGV電感Q因子和電感的影響。當(dāng)RDL寬度從60μm增加到80μm時(shí)，在2GHz和5GHz下，Q因子分別增加約10%和12%，而電感幾乎沒有變化。最后，在TGV中介層上設(shè)計(jì)并制作了0.28pF的MIM電容。這種電容就像是一個(gè)小巧的"能量儲存罐"，能夠在有限的空間內(nèi)儲存更多的能量，為電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定的能源支持。

波導(dǎo)元件：讓電磁波"暢通無阻"

除了最基礎(chǔ)的電容、電感，波導(dǎo)元件的研究也同樣重要。波導(dǎo)就像是一條專門為電磁波建造的"高速公路"，在射頻系統(tǒng)中扮演著重要的作用。隨著毫米波和太赫茲波在高速通信、高分辨率成像和遙感等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如何將波導(dǎo)基于TGV技術(shù)進(jìn)行集成，成為了科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)。

玻璃作為一種新型封裝材料，具有成本低、正切損耗低、介電常數(shù)適中等特點(diǎn)，就像一條平坦、光滑的高速公路，適合于毫米波和太赫茲模塊集成。此外，矩形波導(dǎo)（RWG）由于其低損耗和寬帶寬而被認(rèn)為是毫米波和太赫茲互連和測量的最佳接口。因此，從玻璃基接地共面波導(dǎo)(GCPW)和基板集成波導(dǎo)(SIW)到波導(dǎo)的寬帶過渡對于緊湊的玻璃封裝至關(guān)重要。

Zhen等人設(shè)計(jì)了一種寬帶過渡結(jié)構(gòu)，用于玻璃基GCPW/SIW和充氣RWG之間的有效互連。由單層玻璃基板、錐形金屬TGV、頂部金屬層的GCPW圖案、底部金屬層的平行短段耦合結(jié)構(gòu)以及開放式RWG組成。在諧振腔中嵌入額外的TGV，并在底層金屬層中加入平行的短截面耦合結(jié)構(gòu)，可以激發(fā)多個(gè)諧振模式，從而拓寬躍遷帶寬，設(shè)計(jì)的GCPW到RWG轉(zhuǎn)換在W波段達(dá)到20.3%的帶寬，插入損耗在0.55~1.25dB之間。這就好比在不同的高速公路之間建立了一座高效的立交橋，讓電磁波能夠在不同的"道路"上自由穿梭，大大提高了信號的傳輸效率。

GCPW-RWG層狀過渡結(jié)構(gòu) 來源：Yu.Wideband glass-based transitions from GCPW and SIW to RWG with high-efficiency mode excitation for W-band compact module integration

參考來源:

劉曉賢.基于玻璃通孔互連技術(shù)的集成無源器件發(fā)展

Yu.Wideband glass-based transitions from GCPW and SIW to RWG with high-efficiency mode excitation for W-band compact module integration

Chen.Development of low cost through glass via (TGV) interposer with high-Q inductor and MIM capacitor

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

注:圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除!