基于玻璃通孔的射频集成无源器件技术
品慧电子讯当前移动设备和物联网设备市场正经历着史无前例的高速增长。尽管数字电路在摩尔定律的驱动下继续增加着集成度，但射频电路却无法按相同比例减小尺寸。因此射频电路尤其是无源器件部分的进一步集成，已经日益成为系统小型化的关键。为了满足不断增长的需求、减小尺寸和成本、增加功能，集成无源器件(IPD)技术已成为射频前端设计的一种可行性技术。现如今，它已经从低温共烧陶瓷(LTCC)发展到薄膜技术，例如使用高阻硅(HRSi)或玻璃基板。
近来，玻璃通孔技术被视为实现集成、低成本和高性能无源器件最有前途的技术之一。与二维平面电感相比，采用TGV结构的三维电感具有更好的品质因数。与硅相比，玻璃的介电常数较低，电阻率较高，因而具有较好的高频性能。诸如使用TGV构建的滤波器和双工器之类的无源器件，在确保较小的带内插损和较大的带外抑制能力的同时，还能在尺寸上做小。
本文将通过比较TGV电感与LTCC、HRSi和玻璃基板上的电感来演示TGV的性能，并在系统层次上也进行了类似的比较。利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃，我们分别设计了一种载波聚合(CA)双工器，从而比较它们的性能，如IL、隔离和抑制。我们还将并从TGV工艺角度研究TGV性能的进一步提高的可能性。
电感在TGV、LTCC、HRSi和玻璃下的比较
电感分别采用LTCC、TGV、平面HRSi和平面玻璃进行了设计。为了公平比较，我们制作了三组电感，每组具有相同的电感值和尺寸。如表1所示，TGV电感在品质因数(Q)和自谐振频率(SRF)方面具有最佳性能。
表1 电感性能比较
表2 电感性能示意图
TGV、LTCC、HRSi和玻璃双工器的比较
载波聚合是有效利用频谱并扩展数据带宽的重要技术。越来越多的频谱被聚合，包括ISM频段，以进一步提高数据吞吐量。这给射频前端在这些分离的频带上同时运行带来了挑战。多路复用天线是让紧凑型射频前端模块(RF FEM)的尺寸在不同载体上运行的解决方案之一。
我们利用TGV、LTCC、HRSi和玻璃分别设计了一种CA双工器。设计中使用了100um直径的和300um深度的TGV。与LTCC器件相比，TGV器件具有更小的尺寸和相似的性能，并且还可以使用更大的径深比来进一步改进。
表3 双工器性能比较
图1 TGV双工器性能示意图
TGV工艺对性能的影响
为了获得更好的IPD，我们不断努力实现小而深的通孔金属化、更紧密的通孔间距、更低的玻璃基板介电常数及层状2D模式的兼容性，从而进一步改善TGV。我们设计了几款采用不同的TGV径深比的双工器来比较高径深比TGV的尺寸优势。
表4 不同TGV径深比的双工器
结论
本文对TGV、LTCC、HRSi、glass等多种IPD技术进行了综合研究。无论是电感还是双工器的比较表明，TGV技术在射频应用中具有广阔的应用前景。除此之外，我们还研究了TGV工艺对性能的影响，并指出了今后TGV工艺发展的方向。
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