三维被动元件与模组(Three-DimensionalPassiveComponentsand.PDF

三維被動元件與模組 (Three-Dimensional Passive Components and Modules) 由於摩爾定律在最近幾年可能走到它的極限，三維立體堆曡結構，比如說， 三维晶片(3D IC)或三维矽晶 (3D Si)成爲電子業内研發人員極關注的課題。無線 通訊的電路系統由許多被動電路與訊號網路所組成，具有三維立體結構的微波電 路和天線可使電路微小化，提高元件效率及設計的自由度，並有助於系統整合。 被動電路採用三維多層結構，一方面可以減小電路尺寸、增加封裝密度，另一方 面則可減少元件與基板間的介入損失。 三維的微波被動元件可利用多層製程，如低溫共燒陶瓷(Low-Temperature Co-fired Ceramic, LTCC) 、多層薄膜(Multi-layered thin-film) 、多層印刷電路板 (Multi-layered PCB) 、整合被動元件(Integrated Passive Devices, IPD)及微機電 (Micro-ElectroMechanical System, MEMS) 等技術來實現。由於其製程的特性，可 以體現非常多種傳輸結構，包括微帶線(Microstrip) 、帶狀線(Stripline) 、共面波導 (Coplanar waveguide) 、基板整合波導(Substrate Integrated Waveguide) 、甚至在電 路母板上面垂直放置電路子板也可以實現立體化的電路架構或次系統。 可採用三維立體化結構開發的新元件或天線 ，包括三維交叉耦合式共振濾 波器(3-D cross-coupled resonator filter) [16.1] 、超寬頻平衡非平衡轉換器(Ultra- wideband balun) 、正向輻射八木天線(Broadside radiation Yagi antenna) 、微小化多 頻天線(Miniaturized multiband antenna) 等。微波頻段的PBG波導可以利用 LTCC 實現，並衍生具有高品質因素及低損耗的濾波器、振盪器、耦合器 [16.2] 等。 多層基板亦可用來設計主動元件的匹配網路及電路元件間的連結網路，進 而發展三維次系統及微波構裝模組。微波積體電路(MMIC)或主動元件可利用鎊 線(Wire bonding) 、帶式連接(Ribbon bond) 、束狀或樑式引線(Beam lead) 、表面黏 著技術 (Surface Mount Technique, SMT)、覆晶(Flip-chip)引、線框架(Lead frame) 、 球格陣列(Ball Grid Array, BGA) 等等方法安置在這些多層基板上。這種系統封裝 技術採用各種不同的製程技術，相較於系統晶片技術(System-On-a-Chip, SOC) ， 較不受限於同一種晶圓製程。每一種 IC晶片都能個別進行最佳化的設計及量產， 可迅速完成系統設計，並降低成本及風險。 採用各種不同的製程技術的這種系統封裝技術稱爲系統封裝(System-In-a- Package, SiP) 。因爲系統封裝的上市時間(Time to Market)短，零組件(Part Count) 少，廠商不用直接處理頗棘手的射頻(RF)電路設計、測試等問題的好處，它常常 是廠商用來研發構裝新產品的最佳工具或技術。商業常看到的系統封裝有两種： 數位 (Digital SiPs, high I/Os, high data rates)及射頻 (RF SiPs, low I/Os, high frequencies) 。 最近，半導體封裝新的製程技術有幾項：矽穿孔(Through Silicon Via, TSV) ， 微凸塊 (Microbumps) ，和金屬 -金屬 例如，( 銅-銅)拼接(Bonding) 等技術。矽穿孔 和微凸塊是三维晶片(3D IC)的基本技術；而矽穿孔和 銅-銅拼接是作爲三维矽晶 (3D Si)的基本技術。 我國對半導體射頻 (RF)或微波 (Microwaves)電路設計十分成 熟。唯對這些半導體電路 高於( Ka bands ，如40, 60 [ 16.3], 77 GHz的内外連接) (in