RF设计与应用(3)整合被动组件之基板

前言

为因应e世代产品市场的需求，系统整合已成为提升产品竞争力的主要方式之一。无论是各种软件、韧体的整合或硬件电路功能性的整合，在目前都已广泛的被使用与发展中。对硬件产品架构而言，不论是固定摆设位置之电器化产品或需具高度移动特性的无线通信产品都以轻、薄、短、小、省电、便宜为目标，特别是时下最新发展的无线通信产品，更视轻巧、省电为产品在市场上的主要成败原因。针对此类产品的开发，模块电路的整合无疑为整个产品整合的主要部分。本文主要是说明如何利用制作内藏式被动组件之方式完成系统模块的硬件整合，以符合新一世代系统需求。

一般而言，系统模块电路的整合有SOC与SIP两种方式：

SOC（System on chip）系统单芯片

此技术简单的说就是整合各种不同功能性的集成电路（IC）制作于一多功能性集成电路（IC）中，举目前最受瞩目的蓝芽芯片为例，早期在制作此类功能性模块电路时，射频电路与基频电路是分开完成的，而射频电路又分发射器与接收器两部分电路，在发射器电路中又细分为功率放大器电路（PA）、升频器电路、调变器电路、滤波器电路....等；接收器电路方面亦分低噪声放大器电路（LNA）、降频器电路、解调器电路....等。这些功能性电路分别由各自积体化电路所组成，所以在未包含基频端之DSP基频带处理器、内存等电路时，单完成射频电路就需约6至7个集成电路来构成，在SOC整合概念的主导下，各种功能性集成电路不断整合；升、降频电路整合成一个变频转换电路，调变、解调整合成一个调变器电路，直至目前为止在市场上较具竞争力之蓝芽芯片以单一芯片完成所有射频、基频之功能与由两个芯片分别完成射频、基频动作的解决方案为主。功能性集成电路的高度整合不但减少了电路制作的面积更缩短了系统在硬件电路上的开发时程，在科技产品瞬息万变的今天实为非常有力的设计方式。

SIP（System in package）系统构装

在系统模块的完成阶段，无论集成电路的功能性整合度如何，皆需以一基板做为平台，整合各种集成电路、辅助电路、接头、输出入....等以完成整个系统模块的正常工作，辅助电路的范围包括：电源整流电路、晶体偏压电路、直流阻隔电路及所有不适合在集成电路中完成之各式电阻、电容、电感....等。最常见的基板材料为FR4 、BT、LTCC（Low temperature co-fired ceramic）或Hybrid on ceramic类之陶瓷基板，各种基板皆有其特性，端视系统需求而定。SIP的整合方式，即是针对此基板上之组件加以整合，以更高密度的排列方式或以相同特性更小组件的取代方式，将系统整合在更小的模块上(如图一所示)。

 
图一SIP的整合方式

在过去，基板与组件的模块构装多以低脚数双排(DIP)组件，配合单层或双层电路板完成。由于被动组件的芯片化(0805、0603、0402)、功能性集成电路的小型化、表面接着化(SMT)与电路板的多层制作、精确度大幅提高....等帮助下，相同功能性之电路模块其基板面积已可缩小数倍之多。然而这些技术随着组件的小型化、组件的焊接点、组件与组件间的距离越来越小，不论是基板的制作精度或组件的自动焊接、摆设已面临制程与良率的临界点，对于电性的高频化、高速化、电气噪声干扰控制更是不易。为了制作更小型化的模块，取而代之的将是能减少基板上被动组件数目之内藏组件技术。如Hybrid on ceramic、HTCC、LTCC、FR4内藏组件....等基板。