¿Cómo afecta la miniaturización del equipo de comunicación la selección de diodos?

一, los requisitos estrictos para el rendimiento del diodo en la miniaturización
1. Balance entre características de frecuencia -} y parámetros parásitos
En los módulos de comunicación de onda milimétrica, los diodos tradicionales experimentan una atenuación de señal significativa en bandas de frecuencia superiores a 20 GHz debido a la presencia de capacitancia parasitaria (CJ) e inductancia parasitaria (LS). Un proyecto de investigación y desarrollo para un radar de matriz en fases de 60 GHz mostró que cuando el tamaño del envasado de diodos se redujo de 0402 a 0201, la capacitancia parásita disminuyó de 0.3pf a 0.15pf, optimizando la pérdida de inserción en 1.2dB en el punto de frecuencia de 24 GHz. Este salto de rendimiento se atribuye a la nueva tecnología de envasado 3D, que acorta efectivamente la ruta de interconexión apilando verticalmente chips de diodo en sustratos de capa multi -}.
2. La contradicción entre el manejo térmico y la densidad de potencia
Los amplificadores de potencia de GaN enfrentan desafíos térmicos severos en el proceso de miniaturización. Un módulo de estación base pequeña de 28 GHz 5G utiliza un diodo GaN de 0.15 μm para el control de polarización e integra 8 canales de amplificación dentro de un área de PCB de 40 mm × 40 mm. Al incrustar una tubería de calor micro bajo el diodo, la temperatura de la unión se reduce de 150 grados a 120 grados, y se adopta un esquema de sesgo de modulación de ancho de pulso (PWM) para aumentar la densidad de potencia a 5W/mm ², que es tres veces más alto que el esquema tradicional.
3. Optimización colaborativa del rango dinámico y la linealidad
En el módulo de comunicación C - v2x, el diodo PIN necesita lograr un control de ganancia dinámica dentro del rango de potencia de entrada de - 110dbm a - 20dbm. Una cierta caja de vehículo de energía nuevo T - adopta un circuito de sesgo adaptativo, que acorta el tiempo de respuesta AGC de 5 μ s a 800NS al monitorear los cambios en tiempo real en el diodo en resistencia (RDS (ON)), al tiempo que se controla la distorsión de la intermodulación de tercer orden (IMD3) por debajo de -45 dBC, cumpliendo los requisitos de la liberación de 3GPP 16 estándar.
2, avance revolucionario en tecnología de envasado
1. Integración del sistema en el paquete (SIP)
Una cierta carga útil de comunicación por satélite adopta tecnología SIP 3D, que integran diodos Schottky, filtros y amplificadores de potencia en un sustrato de cerámica de 8 mm × 8 mm. La interconexión vertical se logra a través del silicio a través de agujeros (TSV), lo que acorta la longitud de la interconexión entre diodos y dispositivos periféricos en un 80% y reduce la inductancia parásita a 0.2NH. Este esquema logra un aumento EIRP (potencia de radiación omnidireccional equivalente) de 2dB en la banda KA, al tiempo que reduce el volumen del módulo en un 60%.
2. Miniaturización del embalaje de nivel de obleas (WLP)
Para el mercado de dispositivos portátiles, una determinada empresa ha desarrollado un diodo de protección de ESD en el paquete 01005 (0.4 mm × 0.2 mm). Mediante el uso de la tecnología de fotolitografía para formar bolas de soldadura directamente en la oblea, se eliminan los pasos de unión de alambre tradicionales, lo que reduce el espesor de envasado de 0.3 mm a 0.1 mm. Este dispositivo logra un voltaje de sujeción de menos de 8V y un tiempo de respuesta de menos de 1NS en la banda de frecuencia de 8 GHz, y se ha aplicado al módulo NFC de una cierta marca de relojes inteligentes.
3. Breakthrough en tecnología de integración heterogénea
En la investigación previa de la comunicación de Terahercios, los diodos de heterounión de nitruro de grafeno/galio han mostrado potencial revolucionario. Un laboratorio transferido de grafeno de capa -} en un sustrato GaN utilizando fuerzas de van der Waals, formando un contacto cero BandGap Schottky. Este dispositivo logra una relación de conmutación de más de 1000 en la banda de frecuencia de 0.3thz, con un tiempo de respuesta reducido al nivel de femtosegundos, proporcionando un componente central para sistemas de inspección de seguridad de la estación base 6G con una resolución de 0.05 mm.
3, Innovación de materiales y actualización de procesos
El surgimiento de los materiales de banda ancha
Los diodos SIC Schottky logran aplicaciones innovadoras en módulos de potencia de la estación base 5G. Después de usar diodos SIC en un cierto modelo de convertidor DC-DC - 48V/1200W, la frecuencia de conmutación aumentó de 100 kHz a 500 kHz, la densidad de potencia alcanzó 48W/en ³, y la eficiencia mejoró a 97.5%. Su carga de recuperación inversa (QRR) se reduce en un 90% en comparación con los dispositivos SI, lo que resulta en una reducción de 15dB en el ruido de interferencia electromagnética (EMI).
2. Breakthroughs en nuevos procesos de dopaje
Mediante el uso de la tecnología de implantación de iones para lograr una unión ultra poco profunda (<50nm) diode manufacturing, the device can still maintain good linearity in the 0.1THz frequency band. After adopting this process, a 28GHz power amplifier optimized the ACPR (Adjacent Channel Power Ratio) by 3dB at an output power of 30dBm, while reducing the chip area from 4mm ² to 1.5mm ².
3. Aplicación de la tecnología de impresión 3D
Cierta empresa utiliza tecnología de impresión Micro Nano 3D para fabricar estructuras de interconexión de metal de diodo, logrando un nodo tecnológico con un avance de ancho/espaciado de 1 μ m. En un módulo de antena de matriz en fase de onda milimétrica, este proceso reduce la resistencia de interconexión de diodo a 0.5M Ω, reduce la pérdida de inserción en 0.3dB y acorta el ciclo de fabricación de 6 semanas a 72 horas.
4, Construcción de metodología de selección inteligente
1. Simulación colaborativa de campo múltiple física
La plataforma de simulación conjunta ANSYS HFSS y ICEPAK juega un papel clave en la selección de diodos. Se diseñó un módulo de comunicación de 60 GHz utilizando esta plataforma para establecer un modelo eléctrico de acoplamiento mecánico térmico. Después de optimizar el diseño de la almohadilla de diodo, la deformación de las juntas de soldadura causadas por el estrés térmico se controló dentro de 0,3 μm, lo que garantiza un funcionamiento confiable del dispositivo dentro de un amplio rango de temperatura de -55 grados a 125 grados.
2. Construcción de la biblioteca de modelos parametrizados
Un determinado fabricante de EDA ha desarrollado una biblioteca de modelos de especias de diodo que contiene más de 500 parámetros, que cubren datos como parámetros S y figuras de ruido bajo diferentes temperaturas (-40 grados a 175 grados) y condiciones de sesgo. En el diseño de una estación base pequeña 5G, la aplicación de esta biblioteca de modelos acortó el ciclo de iteración de diseño de 10 semanas a 4 semanas y aumentó la tasa de éxito de una producción de chips al 95%.
3. Optimización de diseño para fabricación (DFM)
Establezca la biblioteca de reglas DFM para micro diodos empaquetados en 008004 (0.3 mm × 0.15 mm):
Espaciado de almohadilla: mayor o igual a 30 μ m
Grosor de la malla de acero: 0.06 mm ± 0.005 mm
Temperatura máxima de la soldadura de reflujo: 240 grados ± 3 grados
Al optimizar los parámetros de impresión de pasta de soldadura, la tasa de vacío de soldadura se redujo del 12% a menos del 2%, cumpliendo los requisitos del estándar AEC - Q101 para la electrónica automotriz.
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