中国粉体网讯 在我们生活的数字化时代，从智能手机到卫星通信，从智能家居到医疗设备，各种电子设备正以前所未有的速度渗透到我们生活的方方面面。而在这些设备的"心脏"——电路系统中，一群默默奉献的"无名英雄"正在发挥着关键作用，它们就是无源器件。虽然这些器件不消耗能量，但却能像一位经验丰富的指挥官，以多种方式影响和控制电路的行为。
然而，随着电子设备向小型化、高频化方向发展，传统的无源器件面临着严峻的挑战。就像在拥挤的城市中建造高楼大厦一样，电路系统也需要在有限的空间内实现更多的功能。无源器件在电路系统里占据着相当比例的面积，如何让它们变得更加"小巧玲珑"，成为了科学家们亟待解决的问题。幸运的是，TGV技术犹如一缕曙光，为无源器件的集成化带来了新的希望。
电感的"华丽转身"：从平面到三维的飞跃
在传统的2D-IPD（集成无源器件）中，平面螺旋电感就像是一位"身材臃肿"的运动员，在相同尺寸下Q因子（衡量电感性能的重要指标，Q因子越高，损耗越小）较低，而且随着电感的增大，Q因子还会显著下降。这就好比一个人跑得越快，消耗的能量就越多，效率也就越低。
为了解决这个问题，Kung等研制了高纵横比铜柱结构的TGV三维电磁电感器，仿真结果表明，当电感值超过6nH时，它们的Q因子比其他类型的电感器高得多，而且随着电感值的增加，Q因子下降幅度较小。想象一下，在滤波器或双工器设计中应用这种三维高纵横比铜柱电感，就像给电路系统配备了一位"高效指挥官"，能够大大提高性能。与传统2D-IPD双工器相比，采用3D-IPD技术的双工器在相同尺寸下具有更低的插入损耗（低频段为0.31dB，高频段为0.70dB）和更高的衰减（5GHz为28dB，2.4GHz为26dB），就像一个优秀的门卫——既能更好地阻挡干扰信号，又能让有用信号畅通无阻。
3nH 3D-TGV螺线管电感器 来源：Kung.3D-IPD with high aspect ratio Cu pillar inductor
电容的"瘦身计划"：小身材，大能量
除了电感，电容在电路系统中也扮演着重要的角色。Chen等人提出了一种通过TGV中介层低成本的集成高Q电感器和MIM（金属-绝缘体-金属）电容器的方法。他们利用低成本的激光诱导深蚀刻（LIDE）技术形成了TGV，然后利用这些TGV实现了占地面积小、Q因子高的电感器。所设计的TGV电感在6GHz时的Q因子约为55，电感约为1.73nH。
MIM电容 来源：Chen.Development of low cost through glass via (TGV) interposer with high-Q inductor and MIM capacitor
不仅如此，还研究了RDL（再分布层）宽度对TGV电感Q因子和电感的影响。当RDL宽度从60μm增加到80μm时，在2GHz和5GHz下，Q因子分别增加约10%和12%，而电感几乎没有变化。最后，在TGV中介层上设计并制作了0.28pF的MIM电容。这种电容就像是一个小巧的"能量储存罐"，能够在有限的空间内储存更多的能量，为电路系统提供稳定的能源支持。
波导元件：让电磁波"畅通无阻"
除了最基础的电容、电感，波导元件的研究也同样重要。波导就像是一条专门为电磁波建造的"高速公路"，在射频系统中扮演着重要的作用。随着毫米波和太赫兹波在高速通信、高分辨率成像和遥感等领域的广泛应用，如何将波导基于TGV技术进行集成，成为了科学家们关注的焦点。
玻璃作为一种新型封装材料，具有成本低、正切损耗低、介电常数适中等特点，就像一条平坦、光滑的高速公路，适合于毫米波和太赫兹模块集成。此外，矩形波导（RWG）由于其低损耗和宽带宽而被认为是毫米波和太赫兹互连和测量的最佳接口。因此，从玻璃基接地共面波导(GCPW)和基板集成波导(SIW)到波导的宽带过渡对于紧凑的玻璃封装至关重要。
Zhen等人设计了一种宽带过渡结构，用于玻璃基GCPW/SIW和充气RWG之间的有效互连。由单层玻璃基板、锥形金属TGV、顶部金属层的GCPW图案、底部金属层的平行短段耦合结构以及开放式RWG组成。在谐振腔中嵌入额外的TGV，并在底层金属层中加入平行的短截面耦合结构，可以激发多个谐振模式，从而拓宽跃迁带宽，设计的GCPW到RWG转换在W波段达到20.3%的带宽，插入损耗在0.55~1.25dB之间。这就好比在不同的高速公路之间建立了一座高效的立交桥，让电磁波能够在不同的"道路"上自由穿梭，大大提高了信号的传输效率。
GCPW-RWG层状过渡结构 来源：Yu.Wideband glass-based transitions from GCPW and SIW to RWG with high-efficiency mode excitation for W-band compact module integration
参考来源:
刘晓贤.基于玻璃通孔互连技术的集成无源器件发展
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
(中国粉体网编辑整理/月明)
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