IC Alttrate - 4G/5G RF ön ucu filtrü için inzulatılmış piezoelektrik substrat

6GHz frekans grubunda gelişmiş 4G ve 5G ağlarının yönetimi yeni fonksiyonlar ve yeni PCB teknolojilerini kabul etmesi için operatörler ve mobil telefon üreticileri gerekiyor.

Yeni ağ sunacak büyük veri band ı genişliğinden faydalanmak için, temel istasyonu ve kullanıcı ekipmanları arasındaki radyo frekans iletişimi daha karmaşık frekans bandı ayarlarına güvenmeli. Bu yüzden, RF ön uç modülinin kompleksitesi dramatik olarak arttı ve tüm iletişim modüllerini desteklemek için yüzden fazla filtr birleştirmeli.

Büyüyen filtr pazarı talebi ile karşılaşacak farklı teknolojiler var ama onların çoğu 5G ağlarının daha sert ihtiyaçlarını yerine getiremez. Ancak, yeni bir tür piezoelektrik-izolovalı (POI) substratının kullanımı, 5G a ğlarının ihtiyaçlarına uyuyabilecek yüksek performanslı integral yüzeysel akustik dalgası (SAW) filtr komponentlerini üretebilir. Bu filtreler, RF-ROI substratları kullanarak yapılan akıllı telefon ön tarafındaki modullere uygulanabilir.

5G ön taraf modullarının daha geniş radyo frekans spektrumunun 5G challengesi 4G'den 20 kat daha hızlı veri oranlarını elde edebilir. Aynı zamanda, internet aygıtlarının sayısı arttırılacak, bu yüzden şimdiden binlerce kat daha yüksek bir bağlantı yoğunluğuna neden olur. Bu yeni standart doğum, mobil ağları kullanan tüm cihazlara etkileyecek.

20 Gb/s üzerinden fazla veri oranlarını sağlamak için akustik dalga filtreleri, 5G ağlarının karmaşık sorunlarıyla çözmeli: daha fazla grup, daha büyük bandviçler, daha yüksek frekanslar ve farklı taşıyıcı toplama (CA) modları ve MIMO anten tasarımları için çok destek vermelidir. Band kombinasyonu.

Bu yeni ihtiyaçları yerine getirmek için sinyal seçmeleri daha doğru olmalı. Bu yüzden resonatörü çok düşük sıcaklık koefitörlü faktörü (TCF) yapmak önemlidir, genelde 10 ppm/K'den az; Yüksek Q faktörü varken, Bode Q genellikle 2000'den daha yüksektir. Ayrıca, farklı taşıyıcı toplantısını ve MIMO fonksiyonlarını desteklemek için grup dışında baskı daha dikkatli düşünmeli.

Ön ön taraf modulunun enerji tüketiminin optimizasyonu hâlâ önemli bir soruydur. Komponentlerinin girişimin kaybı sınırlı olmalı ki sinyal aynı güç seviyesi altında olabildiği kadar yolculuk yapabilir, ekipmanlar enerji etkileyici olarak kullanabilir.

Akıllı telefon ön tarafındaki modullerin iç komponentleri dramatik olarak arttır, mevcut alanı çok sınırladı. Şimdiki yüksek son mobil telefonlarında 60 filtreden fazla yerleştirildi. Sonraki nesilde 100 filtreden fazla olacağını tahmin edilebilir. Her filtr özel bir radyo frekans grubuna hedef alır ve eşsiz tasarım ve performans özellikleri gerekir. Çok sınırlı bir uzayda böyle bir çok farklı komponent integrasyonu tasarım ve üretim ekipleri için birçok zorluk gösterir. Bu nedenlerden dolayı, formlu faktör, ısı bozulma ve performans geliştirmesi ön taraf modulunun iç süzgüçünün anahtar özellikleri oldu.

Şimdiye kadar pazar talebi, smartphones sinyal seçimi genellikle iki filtreleme tekniki kabul etti. Piezoelektrik materyaller materyalin yüzeyinde (SAW: yüzey akustik dalgası) veya aktif katlar arasında (BAW: çoğu akustik dalgası) sesli dalgası oluşturur.

Ağımdaki SAW filtrü düşük ve orta 4G frekans grubu için çok uygun, fakat 5G (yüksek TCF, düşük Q faktörü, düşük bağlantı koefitörü) ve frekanslarının yüksek ihtiyaçlarını yerine getirmek zor. Üstrate yüksek sıcaklık genişletilmesi yüzünden (genellikle lityum tantalat veya lityum niobat), SAW filtrünün frekans cevabı sıcaklık değişimlerine hassas. Aygıt üretim sürecinin son adımında metal katının üstüne ekstra bir katı eklemek sıcaklık hassasiyetliğinin sorunu belli bir şekilde ödülleyebilir, ama aynı zamanda yeni katı, birleşme etkisizliğine ve filtrün son performansını etkileyecek.

BAW filtrü yüksek frekanslarda iyi performansı tutabilir, fakat boyutlu SAW filtrü kadar ince olamaz. Bu modul integrasyonu için büyük bir challenge. Ayrıca, üretim süreci daha karmaşık ve aynı çip üzerinde birleştirilebilen multipleksörler ve çifteler de sınırlı.

Film POISince, bazı performans göstericilerine tehlikeye atmak imkânsız, Soitec yeni 5G a ğ fonksiyonların daha sert ihtiyaçlarına karşılaştırmak için operatörlerine ve mobil telefon üreticilerine yardım etmek için yeni bir tür altyapı geliştirdi. POI substratı, 1.a görüntüsünde gösterilen bir silikon dioksit katmanı ve yüksek rezistenci substratı üzerindeki tek kristal piezoelektrik maddelerin (şu anda tek kristal lityum tantalat) bir katmanıdır. Lityum tantalatin en yüksek katının kalınlığı genellikle 0,3 ile 1,5 m arasında. Bu zayıf film POI substratı Soitec'in akıllı-Cut ♢ s ürecini kullanarak yapılıyor. Bu, tahta katmanının yüksek eşitliğini ve yüksek kaliteli kütle üretimini sağlayan yüksek eşitliğini sağlıyor. Bu yapı, altının yüzeyinde sesli dalgalarını yönlendirebilir ve enerjisini en az kaybıyla lityum tantalatının ince katı üzerinde konsantre edebilir (1.b resmi). Bu yeni bir substrat türüyle, filtr tasarımcıları daha iyi birleşme koefitörleri (k2) ve daha düşük sıcak genişleme koefitörleri ile substrat maddeleri kullanabilir, bu yüzden yüksek frekanslarda yüksek kaliteli faktörler, düşük sıcaklık hassasiyetleri ve daha büyük bandwidtleri ile rezonantörleri tasarlayabilirler. Süzgücü. Aynı zamanda, çoklu filtreler aynı çip üzerinde integral edilebilir. POI substratı bir piezoelektrik materyal katı, gömülmüş oksijen katı ve silikon katı içeriyor. Yüksek üniformanlık olan piezoelektrik ince katı, yönlendirilmiş dalgaların enerjisini sınırlar ve yüksek performans akoustik özelliklerini sağlar. Gömülmüş oksijen katı sadece hedefli şekilde yüksek hızlı dalgaları yönlendirir ve piezoelektrik maddeleri bastırır, bu yüzden sıcak genişlemeyi azaltır ve bu yüzden sıcaklık hassasiyeti azaltır. Bu yapı sıcaklık değiştiğinde daha yüksek sinyal seçenekliğini ve frekans stabiliğini sağlayabilir. TC-SAW ile karşılaştırılmış filtr komponenti üreticilerinin üstünde pizoelektrik maddelerini sınırlamak için daha fazla kalın bir katı eklemesi gerekmiyor, bu da üretim sürecini basitleştirir ve bağlantı etkinliğini geliştirir. Diğer çözümlerle karşılaştırıldığında, POI tabanlı SAW filtrü yüksek Q faktörünün avantajlarını, yüksek bandwidth filtrlerine bağlanması, aşırı düşük TCF ve aynı çip üzerinde yüksek birleşmiş filtrler vardır. Ayrıca, POI substratına dayanan filtr tasarımın, büyük piezoelektrik wafer tabanlı SAW filtr tasarımı için gereken teknolojinin çok benzediğini fark etmeye değer. Aynı zamanda, üretim süreci sadece birkaç basit adım gerekiyor (standart metal katı deposyonu ana vücuduna kullanılır) .POIWe'e dayanan SAW rezonantörünün tasarımı ve filtrünün gerçek performansını, lityum tantalat waferleri ve ince film POI üzerinde dayanan SAW rezonantörlerinin gerçek performansını ve sonuçları POI substrasyonunun geliştirmesini gösterdi. Bu deneyde, ayna görüntülerine ulaşmak için toplam 120 dijital çift ve her tarafta 20 elektron olan dipol tek port resonatörü kullanılır. Akustik apertur 40 Î'ye ayarlandı, elektroda ve arasındaki mesafe 1.2 μm ve metal/uzay oranı 0.5'dir. Deneyde kullanılan POI substratı aşağıdaki özelliklerdir: 600nm kalın (YX)/42°LiTaO3 katı 500nm kalın silikon dioksit katı yüksek rezistenci silikon katı ile bağlı silikon katı ile bağlı.

Birleştirme koefitörü k2 POI'nin bağlantı koefitörü k2 %8,13'e ulaşabilir, ve geleneksel TC-SAW cihazının büyük LiTaO3 waferi sadece 5,98%dir (görüntü 3). k2 1-fr2/fa2'den hesaplanır (fr'in rezonant frekansı ve fa antirezonant frekansı olduğu yerde). POI altyapısının yüksek k2'si yeni 5G frekans bandlarının (orta frekansların %6'a kadar) büyük bir bandwidth filtrünün tasarımı etkinleştirebilir.

Resonance k2 ölçü sonuçları çoğu ve POI substratları için. POI substratının performansında başka bir önemli gelişme, antiresonans sırasında Bode Q faktöründe gösterilir. Aynı koşullarda, LiTaO3'in küçük küçük faktörü 935 ve POI substratının sonuçları 2200, böylece SAW filtrü L-band ve C-band'daki BAW filtrü ile yarışabilir.