中國粉體網(wǎng)訊 隨著射頻技術(shù)向更高頻率發(fā)展，對緊湊且高效的射頻系統(tǒng)的需求愈發(fā)迫切。TGV技術(shù)是一種三維互連技術(shù)，近年來因其在射頻集成方面的獨(dú)特優(yōu)勢而備受關(guān)注。相較于低溫共燒陶瓷（LTCC）、有機(jī)材料以及硅等傳統(tǒng)基板，玻璃基板具有高熱導(dǎo)率、低介電損耗以及優(yōu)異的機(jī)械性能，成為射頻集成的理想材料。TGV技術(shù)的一個重要優(yōu)勢在于能夠?qū)o源元件直接集成到基板中，從而減小整個系統(tǒng)的尺寸和重量，這種尺寸和重量的減小在智能手機(jī)、平板電腦和可穿戴設(shè)備等便攜式設(shè)備中尤為有益。
作為射頻系統(tǒng)的核心構(gòu)成單元，無源模塊集成電阻、電容、電感等基礎(chǔ)元件，以及諧振器、濾波器等關(guān)鍵功能組件。此類器件在信號處理和系統(tǒng)優(yōu)化等環(huán)節(jié)具有不可替代的作用。在典型無線射頻架構(gòu)中，無源器件數(shù)量占比高達(dá)九成，占據(jù)基板面積的60%~70%，其性能優(yōu)劣更直接決定系統(tǒng)整體效能。因此，實(shí)現(xiàn)器件微型化、高性能與低成本協(xié)同優(yōu)化已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。值得注意的是，基于TGV技術(shù)的新型無源器件，憑借三維異質(zhì)集成能力、緊湊型結(jié)構(gòu)設(shè)計及卓越的高頻特性，正逐步成為該領(lǐng)域的前沿發(fā)展方向。
集總式電感電容
電容和電感是電路中重要的兩種無源器件，在射頻領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用，既可以構(gòu)成基本的電感電容（LC）諧振單元從而實(shí)現(xiàn)濾波功能，又可以應(yīng)用于阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的搭建，還能作為儲能元件降低信號的干擾。
2023年胡志輝等人設(shè)計了一種基于玻璃基板的深溝槽電容器(DTC)。所提出的玻璃DTC模塊的電容與DTC單元的數(shù)量成正比，最終實(shí)現(xiàn)68nF/mm2的高電容密度，擊穿電壓(VBD)為(7.83±2.3)V。同時，電容器的等效串聯(lián)電感（ESL）和等效串聯(lián)電阻（ESR）分別低至10pH和315mΩ。與硅基DTC相比，該DTC具有成本低、生產(chǎn)效率高、電性能好、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
DTC的射頻特性 來源：《開發(fā)用于3D封裝的低成本玻璃基深溝槽電容器》（胡志輝等）
2024年張繼華團(tuán)隊基于TGV工藝，在同一玻璃基板上實(shí)現(xiàn)不同直徑的TGV，通過優(yōu)化垂直互連提出了緊湊的三維集成電感電容。所提出的緊湊型高密度集成電感器深寬比高，實(shí)現(xiàn)了198.29nH/mm2的理想電感密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于已有工作，該團(tuán)隊還提出了一種負(fù)載TGV陣列的緊湊型3D叉指電容器，充分利用了陣列內(nèi)TGV之間的耦合電場以及相鄰分支之間的橫向電場。
緊湊型TGV無源器件 來源：《使用TGV技術(shù)對集成電感器和電容器進(jìn)行布局優(yōu)化》（李文磊等）
濾波器
濾波器作為無線電系統(tǒng)射頻模塊的關(guān)鍵部分，其作用是將帶外噪聲濾除掉，從而提高信噪比以保證信號質(zhì)量。基于TGV技術(shù)的射頻濾波器可以分為集總元件LC濾波器和分布參數(shù)電路濾波器兩個類型。
2023年馬浩哲等人利用TGV技術(shù)，提出了一種采用玻璃堆疊雙層結(jié)構(gòu)的三階低插損帶通濾波器，該結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性地利用了多層基板之間的空氣腔實(shí)現(xiàn)了一種金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，并利用高Q值的3D電感器與MIM電容器構(gòu)成濾波器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)極小的尺寸，僅為0.018λ×0.013λ，中心頻率3.3GHz，且插損低至0.81dB。
玻璃堆疊雙層結(jié)構(gòu)的帶通濾波器 來源：《采用玻璃基集成無源器件技術(shù)的具有堆疊雙層結(jié)構(gòu)的低損耗帶通濾波器》（馬浩哲等）
隨著當(dāng)前射頻微系統(tǒng)的發(fā)展，濾波器在低損耗、小尺寸、高性能及高可靠性方面的需求指標(biāo)快速增長，這與其嚴(yán)格的尺寸、重量及頻率限制之間的矛盾日益凸顯。常規(guī)的集總元件電容電感濾波器越來越難以滿足小型化，低損耗，高集成度的濾波器發(fā)展需要，不同緊湊結(jié)構(gòu)的集總元件電容電感濾波器結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，未來有希望替代部分聲表類濾波器的應(yīng)用�；赥GV技術(shù)的分布式濾波器目前主要是微帶濾波器和基片集成波導(dǎo)（SIW）濾波器兩種，其中高性能毫米波濾波器主要是基于SIW結(jié)構(gòu)，這是由其低損耗特性所決定的，但亟需解決可靠性及小型化的問題，基于TGV結(jié)構(gòu)的SIW濾波器將有希望應(yīng)用于毫米波前端系統(tǒng)。
參考來源:
李文磊.使用TGV技術(shù)對集成電感器和電容器進(jìn)行布局優(yōu)化
胡志輝.開發(fā)用于3D封裝的低成本玻璃基深溝槽電容器
喻甜.玻璃通孔技術(shù)的射頻集成應(yīng)用研究進(jìn)展
馬浩哲.采用玻璃基集成無源器件技術(shù)的具有堆疊雙層結(jié)構(gòu)的低損耗帶通濾波器
鐘毅.芯片三維互連技術(shù)及異質(zhì)集成研究進(jìn)展
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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