集成無源元件(IPC)簡化了封裝中的信號調(diào)節(jié)

由于無線設備的小型化以及提高射頻電路中信號調(diào)節(jié)可靠性的需求，例如濾波、阻抗匹配、差分到單端轉換和耦合，集成無源元件(IPC) 越來越受到關注。

介紹

IPC 本質上是將多個分立無源元件組合成單個表面貼裝設備的電子子系統(tǒng)。IPC 采用低溫共燒陶瓷 (LTCC) 技術制造，可讓無源元件“3 維”分層，提供與 10-40 個單獨元件相同的功能，同時顯著減少所需的電路板空間。

通過這種方法，RF 芯片組和天線之間的整個前端可以在單個超薄型（總厚度 0.35-1.0 毫米）封裝中制造，小于相同電路總尺寸的 20%分立元件。

“如果你從上面看電路，你只會看到三個芯片：射頻無線芯片、IPC 和天線，”約翰森科技的曼努埃爾卡莫納解釋說，他是包括芯片天線、高頻陶瓷元件在內(nèi)的高頻陶瓷元件的領導者。 Q電容和EMI貼片濾波器?！霸O計非常干凈，而且非常小。您可以使用 IPC 使整體 PCB 尺寸更小，同時保持高無線性能。”

已經(jīng)采用 IPC 技術的行業(yè)包括汽車、醫(yī)療、移動電子產(chǎn)品和“智能”可穿戴設備。對于不太關心電路板空間或整體尺寸的客戶來說，IPC 提供了另一個重要的好處——更高的可靠性。與安裝許多分立元件相比，通過在小型 LTCC 封裝內(nèi)創(chuàng)建文字電路，幾乎可以消除可變性和潛在的故障點。匹配組件的單個集成包也幾乎確保符合 FCC 或 ETSI 要求。

““單獨”表面貼裝組件的許多可變性是由于每個組件的個體差異造成的。當您將其乘以 10 到 20 個組件時，您只需要射頻鏈中的一個薄弱環(huán)節(jié)就可以使整個前端發(fā)生故障，”Carmona 說。

Carmona 說，IPC 幾乎可用于任何類型的無源電路，包括低通和高通濾波器、雙工器、三工器、阻抗匹配巴倫、巴倫濾波器、帶通濾波器、耦合器和其他定制信號調(diào)節(jié)電路（圖 1）。

圖 1：IPC 圖

LTCC技術

制造 IPC 的過程類似于已經(jīng)用于制造多層 SMD 組件部件（例如電容器和電感器）的技術。然而，低溫共燒陶瓷 (LTCC) 制造允許將電路嵌入到 3D 封裝中多達 40 個單獨的層中，該封裝仍然非常低調(diào)。

使用這種制造工藝，Johanson Technology 開發(fā)了一系列用于射頻系統(tǒng)的小型、高度可靠的 IPC，采用專有的 LTCC（低溫共燒陶瓷）工藝制造。這些組件在 300 MHz 至 10 GHz 的多個頻段上運行，涵蓋蜂窩、DECT、WLAN、藍牙、802.11（a、b 和 g）和 GPS 應用。每個集成封裝都經(jīng)過全面的 100% 射頻測試，以確保所有組件正常工作并集成在一起。

“由于 LTCC 制造過程極其精確且可重復，我們可以保持在對齊、變化等的制造限制內(nèi)，因此您可以獲得真正一致、穩(wěn)健的 RF 電路，”Carmona 說。因此，Johanson Technology 能夠保證 IPC 是一個無源子系統(tǒng)，保證通過 FCC 和 ETSI 以及任何其他排放法規(guī)的 RF 性能要求。

匹配濾波器巴倫

Johanson Technology 的匹配濾波器巴倫系列是一項出色的 IPC 產(chǎn)品。巴倫是一種在平衡（差分）和非平衡（單端）信號之間轉換的電氣設備。該組件可以采用多種形式，并且可能包括也可以轉換阻抗的設備。

由于許多 RF 無線芯片組具有連接到單端天線的差分（兩個引腳）輸出——RF 輸入和輸出，因此信號需要以特定的阻抗比從差分轉換為單端，大多數(shù)情況下這些無線 RFIC 具有非標準的復阻抗，IPC 與該阻抗匹配以獲得最佳功率效率。一些巴倫還與帶通、低通或高通濾波器結合使用。

為了實現(xiàn)阻抗共軛匹配，Johanson Technology 與芯片組 OEM 合作，為每個芯片創(chuàng)建具有匹配部件號的特定匹配濾波器巴倫。合作從開發(fā)期間的參考設計開始，以簡化和加速芯片組在市場上的采用。

“IPC 基本上是一種即插即用的解決方案，”Carmona 解釋說?！巴ㄟ^與領先的芯片組制造商合作，我們已經(jīng)完成了研發(fā)，以確保針對特定芯片進行優(yōu)化。它不僅會起作用，而且會符合任何排放要求。”

市場

由于 IPC 需要更少的電路板空間，因此可以設計具有 RF 電路的更小型化設備并創(chuàng)建更小的外形尺寸產(chǎn)品。

“由于 PCB 空間處于黃金時期，無源元件的尺寸和放置至關重要，因為隨著一切變得更小，在電路板上放置更多元件變得越來越困難，”Carmona 解釋道。“因此，設計工程師正在尋求組件制造商提供幾乎不占用實際電路板空間的小型化解決方案?！?/p>

除了尺寸之外，更小的 PCB 還會影響產(chǎn)品的美感，從而實現(xiàn)纖薄、低調(diào)。以 10:1 或更大的比例消除組件也減少了設備的整體重量，即使這種節(jié)省是以十分之一克來衡量的。這些因素對下一代智能可穿戴設備（戒指、手鐲、鞋子、牛仔褲、襯衫和其他服裝）、可植入醫(yī)療設備和便攜式電子產(chǎn)品具有重大影響。

Carmona 表示，由于它與更高的可靠性有關，因此汽車行業(yè)已經(jīng)將 IPC 用于車載蜂窩、Wi-Fi、藍牙、衛(wèi)星無線電和 GPS 系統(tǒng)以及鑰匙扣。因此，IPC 的設計符合 AEC-Q200 標準。

審核編輯：劉清