集成無(wú)源元件(IPC)簡(jiǎn)化了封裝中的信號(hào)調(diào)節(jié)

由于無(wú)線設(shè)備的小型化以及提高射頻電路中信號(hào)調(diào)節(jié)可靠性的需求，例如濾波、阻抗匹配、差分到單端轉(zhuǎn)換和耦合，集成無(wú)源元件(IPC) 越來(lái)越受到關(guān)注。

介紹

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

通過(guò)這種方法，RF 芯片組和天線之間的整個(gè)前端可以在單個(gè)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(huì)看到三個(gè)芯片：射頻無(wú)線芯片、IPC 和天線，”約翰森科技的曼努埃爾卡莫納解釋說(shuō)，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(lǐng)導(dǎo)者。 Q電容和EMI貼片濾波器?！霸O(shè)計(jì)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(shí)保持高無(wú)線性能?！?/p>

已經(jīng)采用 IPC 技術(shù)的行業(yè)包括汽車、醫(yī)療、移動(dòng)電子產(chǎn)品和“智能”可穿戴設(shè)備。對(duì)于不太關(guān)心電路板空間或整體尺寸的客戶來(lái)說(shuō)，IPC 提供了另一個(gè)重要的好處——更高的可靠性。與安裝許多分立元件相比，通過(guò)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(diǎn)。匹配組件的單個(gè)集成包也幾乎確保符合 FCC 或 ETSI 要求。

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

Carmona 說(shuō)，IPC 幾乎可用于任何類型的無(wú)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(hào)調(diào)節(jié)電路（圖 1）。

圖 1：IPC 圖

LTCC技術(shù)

制造 IPC 的過(guò)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(shù)。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(dá) 40 個(gè)單獨(dú)的層中，該封裝仍然非常低調(diào)。

使用這種制造工藝，Johanson Technology 開(kāi)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(gè)頻段上運(yùn)行，涵蓋蜂窩、DECT、WLAN、藍(lán)牙、802.11（a、b 和 g）和 GPS 應(yīng)用。每個(gè)集成封裝都經(jīng)過(guò)全面的 100% 射頻測(cè)試，以確保所有組件正常工作并集成在一起。

“由于 LTCC 制造過(guò)程極其精確且可重復(fù)，我們可以保持在對(duì)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(shuō)。因此，Johanson Technology 能夠保證 IPC 是一個(gè)無(wú)源子系統(tǒng)，保證通過(guò) 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(xiàng)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(hào)之間轉(zhuǎn)換的電氣設(shè)備。該組件可以采用多種形式，并且可能包括也可以轉(zhuǎn)換阻抗的設(shè)備。

由于許多 RF 無(wú)線芯片組具有連接到單端天線的差分（兩個(gè)引腳）輸出——RF 輸入和輸出，因此信號(hào)需要以特定的阻抗比從差分轉(zhuǎn)換為單端，大多數(shù)情況下這些無(wú)線 RFIC 具有非標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)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(jié)合使用。

為了實(shí)現(xiàn)阻抗共軛匹配，Johanson Technology 與芯片組 OEM 合作，為每個(gè)芯片創(chuàng)建具有匹配部件號(hào)的特定匹配濾波器巴倫。合作從開(kāi)發(fā)期間的參考設(shè)計(jì)開(kāi)始，以簡(jiǎn)化和加速芯片組在市場(chǎng)上的采用。

“IPC 基本上是一種即插即用的解決方案，”Carmona 解釋說(shuō)?！巴ㄟ^(guò)與領(lǐng)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(duì)特定芯片進(jìn)行優(yōu)化。它不僅會(huì)起作用，而且會(huì)符合任何排放要求?！?/p>

市場(chǎng)

由于 IPC 需要更少的電路板空間，因此可以設(shè)計(jì)具有 RF 電路的更小型化設(shè)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(shí)期，無(wú)源元件的尺寸和放置至關(guān)重要，因?yàn)殡S著一切變得更小，在電路板上放置更多元件變得越來(lái)越困難，”Carmona 解釋道?！耙虼耍O(shè)計(jì)工程師正在尋求組件制造商提供幾乎不占用實(shí)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(huì)影響產(chǎn)品的美感，從而實(shí)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(shè)備的整體重量，即使這種節(jié)省是以十分之一克來(lái)衡量的。這些因素對(duì)下一代智能可穿戴設(shè)備（戒指、手鐲、鞋子、牛仔褲、襯衫和其他服裝）、可植入醫(yī)療設(shè)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(guān)，因此汽車行業(yè)已經(jīng)將 IPC 用于車載蜂窩、Wi-Fi、藍(lán)牙、衛(wèi)星無(wú)線電和 GPS 系統(tǒng)以及鑰匙扣。因此，IPC 的設(shè)計(jì)符合 AEC-Q200 標(biāo)準(zhǔn)。

審核編輯：劉清