中國粉體網訊 在我們生活的數字化時代，從智能手機到衛星通信，從智能家居到醫療設備，各種電子設備正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方面面。而在這些設備的"心臟"——電路系統中，一群默默奉獻的"無名英雄"正在發揮著關鍵作用，它們就是無源器件。雖然這些器件不消耗能量，但卻能像一位經驗豐富的指揮官，以多種方式影響和控制電路的行為。
然而，隨著電子設備向小型化、高頻化方向發展，傳統的無源器件面臨著嚴峻的挑戰。就像在擁擠的城市中建造高樓大廈一樣，電路系統也需要在有限的空間內實現更多的功能。無源器件在電路系統里占據著相當比例的面積，如何讓它們變得更加"小巧玲瓏"，成為了科學家們亟待解決的問題。幸運的是，TGV技術猶如一縷曙光，為無源器件的集成化帶來了新的希望。
電感的"華麗轉身"：從平面到三維的飛躍
在傳統的2D-IPD（集成無源器件）中，平面螺旋電感就像是一位"身材臃腫"的運動員，在相同尺寸下Q因子（衡量電感性能的重要指標，Q因子越高，損耗越小）較低，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。
為了解決這個問題，Kung等研制了高縱橫比銅柱結構的TGV三維電磁電感器，仿真結果表明，當電感值超過6nH時，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計中應用這種三維高縱橫比銅柱電感，就像給電路系統配備了一位"高效指揮官"，能夠大大提高性能。與傳統2D-IPD雙工器相比，采用3D-IPD技術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），就像一個優秀的門衛——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"瘦身計劃"：小身材，大能量
除了電感，電容在電路系統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深蝕刻（LIDE）技術形成了TGV，然后利用這些TGV實現了占地面積小、Q因子高的電感器。所設計的TGV電感在6GHz時的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RDL寬度從60μm增加到80μm時，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中介層上設計并制作了0.28pF的MIM電容。這種電容就像是一個小巧的"能量儲存罐"，能夠在有限的空間內儲存更多的能量，為電路系統提供穩定的能源支持。
波導元件：讓電磁波"暢通無阻"
除了最基礎的電容、電感，波導元件的研究也同樣重要。波導就像是一條專門為電磁波建造的"高速公路"，在射頻系統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域的廣泛應用，如何將波導基于TGV技術進行集成，成為了科學家們關注的焦點。
玻璃作為一種新型封裝材料，具有成本低、正切損耗低、介電常數適中等特點，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（RWG）由于其低損耗和寬帶寬而被認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(GCPW)和基板集成波導(SIW)到波導的寬帶過渡對于緊湊的玻璃封裝至關重要。
Zhen等人設計了一種寬帶過渡結構，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構以及開放式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構，可以激發多個諧振模式，從而拓寬躍遷帶寬，設計的GCPW到RWG轉換在W波段達到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層狀過渡結構 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的集成無源器件發展
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
(中國粉體網編輯整理/月明)
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