中國粉體網(wǎng)訊 隨著射頻技術向更高頻率發(fā)展，對緊湊且高效的射頻系統(tǒng)的需求愈發(fā)迫切。TGV技術是一種三維互連技術，近年來因其在射頻集成方面的獨特優(yōu)勢而備受關注。相較于低溫共燒陶瓷（LTCC）、有機材料以及硅等傳統(tǒng)基板，玻璃基板具有高熱導率、低介電損耗以及優(yōu)異的機械性能，成為射頻集成的理想材料。TGV技術的一個重要優(yōu)勢在于能夠將無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、平板電腦和可穿戴設備等便攜式設備中尤為有益。
作為射頻系統(tǒng)的核心構成單元，無源模塊集成電阻、電容、電感等基礎元件，以及諧振器、濾波器等關鍵功能組件。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中，無源器件數(shù)量占比高達九成，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，實現(xiàn)器件微型化、高性能與低成本協(xié)同優(yōu)化已成為當前研究熱點。值得注意的是，基于TGV技術的新型無源器件，憑借三維異質集成能力、緊湊型結構設計及卓越的高頻特性，正逐步成為該領域的前沿發(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，在射頻領域中有著重要的應用，既可以構成基本的電感電容（LC）諧振單元從而實現(xiàn)濾波功能，又可以應用于阻抗匹配網(wǎng)絡的搭建，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。
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年張繼華團隊基于TGV工藝，在同一玻璃基板上實現(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，實現(xiàn)了198.29nH/mm2的理想電感密度，遠遠優(yōu)于已有工作，該團隊還提出了一種負載TGV陣列的緊湊型3D叉指電容器，充分利用了陣列內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技術對集成電感器和電容器進行布局優(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量。基于TGV技術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，提出了一種采用玻璃堆疊雙層結構的三階低插損帶通濾波器，該結構創(chuàng)新性地利用了多層基板之間的空氣腔實現(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電容器構成濾波器結構，實現(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。
玻璃堆疊雙層結構的帶通濾波器 來源：《采用玻璃基集成無源器件技術的具有堆疊雙層結構的低損耗帶通濾波器》（馬浩哲等）
隨著當前射頻微系統(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快速增長，這與其嚴格的尺寸、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，不同緊湊結構的集總元件電容電感濾波器結構應運而生，未來有希望替代部分聲表類濾波器的應用。基于TGV技術的分布式濾波器目前主要是微帶濾波器和基片集成波導（SIW）濾波器兩種，其中高性能毫米波濾波器主要是基于SIW結構，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結構的SIW濾波器將有希望應用于毫米波前端系統(tǒng)。
參考來源:
李文磊.使用TGV技術對集成電感器和電容器進行布局優(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.玻璃通孔技術的射頻集成應用研究進展
馬浩哲.采用玻璃基集成無源器件技術的具有堆疊雙層結構的低損耗帶通濾波器
鐘毅.芯片三維互連技術及異質集成研究進展
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)
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