由于网际网路的发达与电脑普及的关系,再加上电信网路系统宽频化、光纤化的建设积极的展开,使得网路频宽呈现供不应求情况,也因为消费者对于频宽的需求永无止境,我们不难发现台湾已经进入了「宽频通讯时代」,且GaAs、SiGe及InP材料对无线通讯、光纤通讯及卫星通讯等使用地位上非常重要。
由于原本的有线传输发展到经由空气为媒介的无线通讯,而无线通讯系统(Wireless Communication System)便是当前通讯技术中积极发展的领域,此系统因应无线通讯技术的普及化与商品化,以及个人通讯系统(Personal Communication System)的发展,主要期望达到个人可以随时与世界任何地方的另一个人做语音或数据资讯传输,当中无线区域网路(Wireless Local Area Network;WLAN)便是未来无线通讯重要发展的目标。
但由于庞大的资料传输需要高速处理,不论「网路通讯」、「无线与卫星通讯」、「光纤通讯」等等,而这通讯系统都存在着频宽不足的问题,是我们目前必须解决的难题。频宽问题是由于微波半导体元件上的先天不足,所以需从材料多方的研究及元件构造上来有效解决。因此微波半导体及微波电路在高频系统中扮演着非常重要的角色。
目前市面上的行动电话种类非常多种,而轻薄短小、无线上网以及流线性造型等,都是目前各大厂商积极努力推广的商品。现在微波半导体的材料(GaAs、SiGe、InP...)与制程(MESFET、PHEMT、HBT、BiCOMS...)方面,也都有不错的技术进展。
行动电话的零组件与基本运作模式
手机内部的元件功能粗略可分为射频(Radio frequency;RF)、中频(Intermediate Frequency;IF)和数位基频(Digital Baseband;BB)三部份。射频部份主要的零组件包含功率放大器(PA;Power Amplifier)、低杂讯放大器(LNA;Low Noise Amplifier)、传送接收、合成器、频率多工器(Diplexer)、多工器(Duplexer)、表面声波滤波器(SAW filter)及TR Switch等功能;中频部份有AD/DA调变解调器(Mod/Demodulator)、锁相回路(PLL)、电压控制震荡器(VCO)、表面声波滤波器(Saw Filter)等;基频部份有DSP(数位讯号处理器)、MCU(微控制器)和记忆体(Flash、SRAM)等(图一)。
《图一 数位行动电话内部方块简图》 ![](/art/2000/10/011058467608/p1.jpg) |
而在无线通讯系统中的,收发模组为非常重要的一部份,其基本运作原理简单模式为,讯号经由天线接收,再经由带通滤波器(BPF)透过多工器转接到RF的接收单元,讯号首先经过RF的低杂讯放大器(Low Noise Amplifier)、SAW滤波器,SAW滤波器允许特定频率,如检测收讯电波是属于800MHz~900MHz的GSM方式,或是1,700MHz~1,800MHz的DCS方式的讯号通过,接着需要Diplexer将其分开到供GSM及DCS不同用途的电路去作后续工作。
Diplexer包括只让低频通过、高频截止的低通滤波器(Low Pass Filter;LPF),以及功能相反的高通滤波器(HPF)。而后该讯号再送到合成器(Mixer),离开合成器后又再送经过一颗RF SAW滤波器。 RF作业完成后,RF进来的Giga级的讯号则必须降至Mega级的讯号,进入IF单元也用到一颗SAW滤波器,将类比讯号解调出来,再将类比讯号经由(AC/DC Converter )调变解调转换成为数位信号,最后才能让基频加以处理。最后在发送讯号时,其路径为前述过程相反,会先经过一颗RF SAW滤波器,惟原本的低杂讯放大器变为功率放大器,其主要功能为将讯号放大以于传送(图二),经天线送出讯号。
《图二 射频收发基本运作模式》 ![](/art/2000/10/011058467608/p2.jpg) |
因此IF的角色则在扮演基频与RF间的中继站。近来为了减少零组件的使用数目,一方面也可缩小手机的面积,已经有倾向将部份IF线路与RF整合,而另一部份则与基频整合。基频(BB)功能主要在资讯的处理与储存,其中BB最重要、成本比例较高的当属DSP,主要负责讯号的编码/解码、资料加密/解密、解调变、频道等化及资料格式封装;而微控制器(MCU),主要负责通讯协定管理及人机介面控制;至于Flash及SRAM则是负责软体及资料的储存工作。目前IFBB上的IC都可以用矽元件的CMOS而绰绰有余。
且目前各大行动电话发展趋势朝向「高频化」、「复合化」前进,复合化包括「多频」、「多模」两种形式。所谓的「多频」就是是同一手机可接收多种频率范围的讯号,而「多模」的意思,在日本是在单一手机上,可接收PHS及PDC两种通讯系统的服务。美国则是几乎所有的数位行动电话都可接收类比讯号,也是一种「多模」的应用。由于对频宽需求的成长,在手机朝「多频」、「多模」多方向发展的情况下,使得每只行动电话内RF等零件的需求量随之增加,其中以功率放大器(Power Amplifier ;PA)及表面声波滤波器(SAW Filter)最明显。
功率放大器作用及所使用的材料与制程
在这样的通讯传送系统中(Communication Transmitter System),功率放大器视为重要的组成之一,这是因为在发射与接收模组中,功率放大器负责提供整个手机运作的功率,在整个数位手机中属于相当重要的线性IC。
由于功率放大器是整个发射端最耗电的组件,大部份的功率消耗在此电路中,因此,功率放大器的制造是非常重要的一项工作。使得它直接影响使用者重视的通话、待机时间。长的待机时间与通话时间表示该手机电池蓄电能力佳,并且功率放大器等零组件的耗电量低,因此,即使在待机的状态下,其耗电量和杂讯也很低。而功率放大器可以依不同的需求,例如操作频率、频宽、供应电压、输出功率、效率及放大器操作类别适用在不同的商业与军事用途中。
微波半导体产品,在整体系统中,传统上系以矽IC元件为主。但随着无线通讯高频化的要求,砷化镓等化合物半导体元件,以其材料本质上的优势,在高频响应特性良好,杂讯值低、效率高、增益值大、线性度佳,又可做成单晶微波积体电路(MMIC)等特性下,在无线通讯领域的应用逐渐增加,因此在无线通讯持续发展的趋势下,适合发展微波应用的材料元件以及元件制程。
目前功率放大器所使用的材料有GaAs、SiGe、InP等,及制程方面有MESFET、PHEMT、HBT及BiCOMS等,以下将对这些材料及制程做进一步分析:
一、材料方面
1.GaAs(砷化镓):
具有金属般光泽之有毒固体「砷」与稀有金属「镓」化合之「砷化镓(GaAs)」,故称GaAs化合物半导体。以其材质上的优势,在高频响应特性好、杂讯值低、效率高、增益值大、线性度佳,又可做成单晶微波积体电路(MMIC)等特性下,已经备受电子业界重视。
2.SiGe(矽化锗):
自从IBM最先研发出矽锗(SiGe)半导体技术,自98年研发出65GHz矽锗异质介面双极性电晶体(HBT)后,最近开始生产整合多路传输、类比、数位转换器等的无线通讯用标准单晶片。
基本上,矽锗是将矽(Si)及锗(Ge)原子混合制成的半导体元件,矽的能阶(Energy Gap)为1.12eV,锗的能阶为0.66eV,当两者结合后会产生异质的分子结构,进而提升电子元件的速度,或制造出效率更高的光学元件。在高频环境下,矽锗半导体所产生的杂音,较目前的矽半导体低,且工作的线性佳,集积度也较渐成RF IC市场主流的砷化镓高,价格也较为便宜。
3.InP(磷化铟):
磷化铟在90GHz频率以上应用可提供较好的性能,但材料较砷化镓贵上许多。因此,磷化铟将仅在高毫米波频段进行特定军事上的应用。以下是目前常用微波半导体的最大频率范围(图三):
《图三 微波频率的波段范围》 ![](/art/2000/10/011058467608/p3.jpg) |
二、制程方面
1.MESFET:
金属半导体场效电晶体(Metal Semiconductor Field Effect Transistor;MESFET)之特色-同质结构、线性度佳、均匀度佳、制程成熟稳定。最普遍也最据价格竞争力的是需要十二层光罩的MESFET,因为它可以用一般的矽制程制造。以电压源控制。应用-适用于行动电话、光纤通讯、无线区域网路。
2.HEMT:
高电子迁移率电晶体(High Electron Mobility Transistors;HEMT)之特色-松弛异质结构、电子速度及增益高、电流密度高、崩溃电压高、材料结构变化自由度高及可作互补式电路。以电压源控制。应用-适用于低耗电产品,新一代无线通讯系统。
3.PHEMT:
假晶高速电子迁移率电晶体(Pseudomorphic High Electron mobility Transistor;PHEMT)之特色-应变式异质结构、电子速度高、增益高、杂讯低及工作频宽高。另外增加AlGaAs和GaAs异质接面来连结来提高效能与工作频率。以电压源控制。应用-适用于高级行动电话、卫星通讯、雷达及全球定位系统。
4.HBT:
异质介面双载子电晶体(Heterojunction Bipolar Transistors;HBT)特色-异质结构或应变式异质结构、良好线性放大、功率放大倍率佳及工作频高。它属于Bipolar元件,此元件特性一般比场效电晶体可具有较高的电流承载,但其杂讯指数偏高,且结构复杂,制程也较繁复,这种制程比前两种多两层光罩,使得它的制造成本提高。以电流源控制。应用-适用行动电话、卫星通讯。
5.CMOS、BiCMOS:
在技术部份,矽晶产业已发展得极为成熟,矽晶技术多应用于至多达数个GHz的低频应用上,设计规则与设计资料库均已建立得极为完整,而像是BiCMOS(双载子金属氧化半导体)与CMOS(互补式金属氧化半导体)等主动元件选项也定义的较为完善。
由于MESFET、PHEMT及HBT这三种是目前运用在高频最普遍的微波半导体,而且每一种都具有不同的特性,兹整理比较如(表一)。
《表一 高频微波半导体之比较》 ![](/art/2000/10/011058467608/t1.jpg) |
在材料及制程方面有许多选择,但并不是每一种都适合应用在微波半导体上,如材料方面:以GaAs为材质的放大器的能量转换效率高达40%~50%,因此砷化镓指出现在整个行动电话中最需要高效能、高频之处,所以GaAs在功率放大器产品扮演重要的角色。虽然GaAs有着高效能和高频特性,但与矽累积数十年所建立完整产业、应用广泛、高整合度(能将周边IC作更高度的整合)等因素相比,GaAs在材料成本及量产良率上仍比不上矽,但矽在技术上无法在高频的环境中保持低杂讯,因此部份矽产业的大厂无不深思如何突破矽元件先天上的限制,取代GaAs在高频上的部份应用。
所以,IBM以矽锗(SiGe)技术-能利用部份现有的矽制程设备,生产适用于高频元件,目前业界在矽锗(SiGe)半导体制造良率高于砷化镓(GaAs),价格也较便宜。矽锗半导体,研发全球定位系统(GPS)收讯器、Power PC用处理器、GSM手机、CDMA手机用TX(送讯)/RX(收讯)、同步光纤网路(SONET)用40Gbps收讯器等通讯用产品。但是,(SiGe)技术无法与砷化镓在低杂讯特性、在高功率时的高效率以及在高频带应用上竞争(表二)。
《表二 各化合物材料特色》 ![](/art/2000/10/011058467608/t2.jpg) |
而制程方面:PHEMT和HBT效能都优于MESFET,但价格会因为制程和材料的加工而较高。所以基于材料或制程在量产上的成本,都较采CMOS制程的矽材质为高,因为CMOS在非常低耗能、中等速度与大规模整合的应用非常适宜,可用于数百MHz的RF IC与IF低功率应用。若搭配SiGe技术应用到微波半导体上,则SiGe之HBT技术具备高频,以及易与互补式金属氧化半导体(CMOS)整合成BiCMOS的特性,对发展宽频的无线通讯颇有助益。
因为矽锗(SiGe)与矽之间具有异质性介面特性,同时与主流矽技术制程亦有相容性,将有助于开发微波积体电路(MMICs);此技术可涵盖到更高频的微波积体电路与高速类比/数位混合IC上,包括光通讯上使用的光电积体电路(OEICs)。
但使用CMOS来做高频晶片相当困难,一方面是CMOS的高频特性太差,必需以线路设计的方式来克服此一弱点;另一方面由于过去高频使用范围有限,多以军方和卫星等领域为主,CMOS的高频准确模式极为缺乏(表三)。
《表三 各微波半导体种类特色》 ![](/art/2000/10/011058467608/t3.jpg) |
各行动电话内部主要零组件目前所使用的微波半导体:(a) PA用于发送端,将讯号放大,因此对于放大器就得严格要求,此时GaAs的高频特性符合所需,目前以HBT的效果最佳。因HBT具有线性效果佳及功率效益、待机时间长及轻薄短小等特性。 (b) LAN为接受端,与PA功能相似,但强调的低杂讯特点,因此目前以PHEMT为主;但未来LAN可能会以BiCMOS取代,另外Switch也是利用PHEMT。
从设计公司的观点来说,我们选择针对某特定应用最适宜的主动元件来应用,评估的要件在于选择能以低成本达到性能需求的主动元件。微波电路设计将主动元件视为一S参数阵列,因此,相同的设计专业极易被应用至不同的元件上。不论是CMOS、矽锗、FET、HBT或是PHEMT,设计方法并无太大的不同。藉由对不同主动元件的了解,设计公司可视某一特定应用,选择最适宜的元件。
SAW滤波器作用及其他高频滤波器
高频滤波器是重要通讯用零组件之一,其中以表面声波滤波器(SAW Filter)为主要零组件。表面声波元件包括SAW滤波器、SAW共振器(Resonator)、SAW双工器(Duplexer),SAW滤波器与其他滤波器功用相同,都是过滤杂讯只让特定频率讯号通过的零组件。基本上表面声波滤波器是一个带通滤波器(Band Pass Filter;BPF),其原理是运用在基板表面压电振动方式传送电磁波,如同地震时在地表传送波形。
SAW基板的表面非常薄,因此可以产生高频,而SAW滤波器的功能就是只让特定频率(波长)范围的讯号通过,并过滤掉频率范围之外的声波杂讯,以确保行动通讯作业的稳定性。因SAW滤波器的高频性能优异、尺寸较小、价格合理、高衰减量、低插入损失率及高耐电性,因其性能及价格上的相对优势,在讲求轻薄短小的行动通讯产品上备受采用,其中在手机的RF及IF单元普遍被应用。
其中插入损失率是用以量化评估一个RF讯号通过系统时的吸收率。当讯号通过系统中的零组件时,讯号的部份会被吸收或反射,无论哪种情形发生其结果都是相同的-就是输出讯号不如输入讯号。当一个讯号被反射时,因为部份讯号被反射离开零组件,只有部份讯号能够通过零组件。插入损失衡量包括被吸收或反射能量,就定义上来说,插入损失以输出能量的水平除以输入能量的水平。
若一个零组件没有产生插入损失,则其插入损失值为1.0。插入损失值仅应用在被动元件上,因为只有被动元件会减低功率讯号。亦可用dB值来计算插入损失,亦即将输入功率dBm减去输出插入损失功率dBm。若输入功率40瓦(相当于16 dBm),减去输出功率8瓦(相对dBm值8),则插入损失为7dB。
SAW的制程可以和砷化镓的制程共用,分担设备成本。且SAW制程的Cycle-time很短,不像HBT那么久,从试产到量产大概只要2~3个月。目前除了SAW滤波器之外,还有非常多种的高频滤波器,且具有不同的特色,运用地方也不同,以下是各高频滤波器的分析。
1.陶瓷滤波器:
陶瓷滤波器在高频滤波器的市场占有率仅次于SAW滤波器,于手机及无线电话、呼叫器等产品上广泛被采用。在手机上一般是做为IF单元的第二滤波器,用以提供基频IC优质的声音讯号。
2.石英滤波器:
石英滤波器所能对应的频率范围,比SAW滤波器低得多,因二氧化矽基板所能产生的频率较低,加上通过带域的幅度较小,限制石英滤波器在手机的应用范围。因此在手机市场的成长性不是很大,但石英滤波器在数位相机、及可携式资讯终端产品的需求亦不容忽视。手机的IF用滤波器,已从高价的石英滤波器(Monolithic Crystal Filter;MCF)转到较易量产、价格便宜的表面声波滤波器。目前亦有日本厂商积极开发在温度与小型化的特性上,更为优异的高频基本波石英滤波器(High Frequency Fundamental MCF),将来至少在简易式行动电话(PHS)产品,对表面声波滤波器目前的领导地位带来挑战。
IF单元所用到SAW滤波器可能会被性能更优异的高频石英滤波器所替代,或是朝免IF用滤波器的设计发展。而RF单元方面,亦有厂商试图以更低廉的其他种类低通滤波器,替代其中一颗SAW滤波器。
3.介质(诱电体)滤波器:
因其耐电力特性,在PHS、PDC、DECT等规格产品外,亦开发W-CDMA用的介质滤波器、3.4 GHz以上无线区域网路(WLL)、2.4 GHz蓝芽(Bluetooth)。介质(诱电体)滤波器的用途不限于手机,无线通讯产品是扩大介质滤波器的一大动力。介质(诱电体)滤波器因体积小型化进展缓慢,市场成长不如SAW滤波器,因体积不易缩小。未来将转朝卫星定位系统等对体积大小要求较低的通讯产品市场发展。
在小型化的发展上,已有厂商开发出积层介质滤波器,面积仅为2.5mm×2.0mm,在业界中属于极小型化的产品。材料技术与新积层结构是达到小型化与高性能兼顾的原因。
4.晶片型积层LC滤波器:
晶片型积层LC滤波器采用低温陶瓷共烧(Low Temperature Cofired Ceramic)技术,在生胚薄片与低温共烧陶瓷薄片上,以厚膜印刷方式将电容及电感等元件共同烧结成一多层晶片型滤波器。晶片型LC滤波器具有小型、轻量、低厚度的特色,也适合大量生产,价格下降有空间。目前用于手机等产品的带通滤波器上及次世代CDMA手机的第二IF滤波器。
表面声波滤波器依用途可分为RF用、IF用二大类。其中,RF用又分为收讯(Rx)与送讯(Tx)用,每台手机所用的SAW滤波器颗数约3~6颗(平均约4颗出头),其中在多频、多模以及CDMA型手机的需求颗数,比传统单频、GSM型手机来得多。手机之外,基地台、无线电话、呼叫器、卫星讯号接收器、电视、录放影机等家电产品,也会用到SAW滤波器。
单频手机在射频(RF)部份依设计的不同,需要2~3颗SAW滤波器、中频(IF)需要1颗SAW滤波器,合计约用到3~4个表面声波滤波器,双频或双模手机目前则需要5颗以上SAW滤波器,原因是双频或双模手机的RF单元,依频率或模式种类分成两部份,因此RF单元需要双倍的SAW滤波器,3频手机则需要单频机种的3倍之多。至于CDMA手机因零组件简化进展稍慢,目前亦需要5颗以上SAW滤波器。为因应多频/多模的趋势,厂商将多颗不同频率范围表面声波滤波器封装在一起,以降低所占体积、制程复杂度及封装成本。
未来在IMT-2000(International Mobile Telecommunications 2000)等高频化(2GHz)的高速通讯环境下,表面声波滤波器生产技术也必须做相对应的提高;未来需采用0.35微米以下制程,方能达到市场的需要,小型化(RF用目前最小为2.5mm×2.0mm×1.0mm)及高耐电化是重要的课题。
@大標:行动电话内部整合趋势
行动电话之轻薄短小仍是发展的趋势,整合型被动元件、复合元件、单晶片通讯模组等概念,已在市场成为新的发展方向。为达到压缩零组件所占空间、避免电磁波干扰(EMI)问题及PA会因为高频产生高温(可利用以下整合性被动零组件技术,即将IC与几个被动元件封装一起),唯有选择正确的电路构装方式或具有模组化技术,才能达到模组小型化的目标。由于行动电话重量及厚度的下降,相关的零组件无论在重量、体积、性能都要做相当的提升,未来行动电话用的印刷电路板仍朝更轻、更小的高密度方向发展,且每台手机上将来用到的IC数目会比现在少很多。目前已有厂商研发积层式树脂材料基板,兼具降低产品成本与小型化的特色。以树脂加上介质及磁性物质混合成基板材料,与多层陶瓷基板堆叠元件技术相比,在材料方面成本似乎较为低廉,良率也较高。若采用树脂方式时,可以将不同介电率的树脂堆叠在一起,此应用性更为广泛。
在整合性模组技术方面,目前有几种作法,包括目前一般的印刷电路板、增层式印刷电路板以及模组(Module)基板等方式。现在模组(Module)基板常使用有三种材质:陶瓷、LTCC(低温共烧)、Laminate(塑胶薄板)。其整合性模组技术的发展来看,目前以低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Cofired Ceramics;LTCC)、整合性被动零组件技术(Integrated Passive Component;IPC)及增层式印刷电路板的薄膜技术(Thin Film)等方式。
1.低温共烧陶瓷技术(LTCC):
LTCC是以类似印刷涂布的方式,将零组件埋入堆叠层中,并在摄氏约900度的环境中烧结,整合成功能性模组的厚膜技术;由于具3度空间的发展优势,所以在价格及小型化上具有竞争优势。但因3度空间在烧结时收缩的程度不一,加上仍以堆叠的方式制成,因此易使电器特性变数增加,相对使技术门槛提高;加上其须配合下游业者的共同设计导入,针对不同的模组将有不同的参数设定,因此业者欲发展LTCC技术,须建立庞大的资料库提供Know How,良率才得以监控及提升,因此须长期经验的累积才行。以目前的发展情形来看,LTCC基板是各种基板中最能达到小型化目标者,可望带动晶片型积层LC滤波器的市场需求。
2.整合性被动零组件(IPC):
而在IPC部份,其原理是在玻璃、陶瓷或塑胶等基板的材质上整合三大被动元件,在搭配晶圆的设计而发展出来的模组,由于不做多层次的发展,因此复杂度较低,所以仅能做为小型及功能简单化的积体模组,虽然整合程度不如薄膜或LTCC高,却仍有一定的市场存在。
为了避免电磁波干扰(EMI)问题,采用电磁干扰对策零件如电磁波吸收片、Ferrite Sheet或EMI过滤器等产品的重要性,随着行动电话的高密度、高性能化而彰显,在容积100c.c .以下的空间中,数位电路放射出的电磁波,会降低高频通信功能的感应度,未来在可传收动画的W-CDMA等新型行动电话上,此一情况更容易发生。电磁波吸收片的基本要求是对1GHz的电磁波,有良好的吸收率,当然厚度也是尽量越薄越好。 EMI过滤器则是采预防的途径,防止电磁杂讯的发生。目前在行动电话上的应用还不普遍,主要原因是成本较高。
基于成本此技术可解决EMI及PA产生高温的问题,可将RF单元模组化,将线圈、电阻、电容、电感等所有构成RF电路的被动元件,全数构装在多层陶瓷基板或树脂(有机高分子材料)整合在基板之内,其中IC、SAW Filter及不能放入基板中的大容量电容等,则构装在基板的表面,形成单一晶片的RF模组。采用此种方法的RF模组,因为会受到电磁杂讯影响的零件都在基板中,将可彻底解决EMI问题。此种将被动元件层积而让电路密度提升的技术,又称为「多层陶瓷基板堆叠元件技术」。
PA会因为高频产生高温,所以PA封装材料目前以单层陶瓷及塑胶材料为主,由于小型化及散热的考量,未来陶瓷封装材料将成主流。而以往在行动电话PA部份都是用Discrete(分离式元件)方式,但很难调(Tune),尤其在高频时会有组装问题,所以利用模组(Module)的好处在IC公司已经为下游系统客户解决了部份的相容问题,且模组会让产品尺寸小,设计时间短,也省成本,但目前手机上仍仅有7成左右用模组,其它仍有很多是用Discrete方式。PA Module组装的关键技术在于PA Module没有标准,必须配合IC公司的设计,形状包装多样,甚至测试程式也非常不同。
3.薄膜技术(Thin Film):
以增层式制造的印刷电路板,大致可分采薄膜技术的薄膜型增层板,以及采厚膜技术全层导通型的增层板。全层导通型的增层板技术具有易于量产、易设计、良率高的优点。采用薄膜技术的增层式电路板其电路线宽/线距,皆优于全层导通型的增层板技术的增层式电路板。
薄膜技术不同于印刷堆叠方式,是以真空溅镀、电浆技术或蚀刻的方式制成,因此在成本上相对也较昂贵;未来在功能类似的产品价格上,薄膜与LTCC谁占优势,应还是个未定数。目前薄膜型基板定位在高附加价值产品,主要用于高性能电脑主机及部份产业机器,但全层导通型增层式基板可用在行动电话、录放影机、PC、电视机等可大量生产的产品。厂商已将目光投注在功能要求更高的W-CDMA型行动电话,由于电路复杂度更高,需要更高密度的印刷电路板技术,可能会扭转目前全层导通型增层板市场的情势。
最后将通讯元件做整合的工作,射频及中频部分是行动电话的被动元件与分离元件最多的地方,是成本最低但数目最众多的一群;而数位IC大部分为基频使用的ASIC,则是晶片整合做得最彻底、单价也最高的部分。虽然顾到了体积缩小目的,但一不小心就会提高零组件成本。于是在射频部分还有许多研发与进步的空间,无论是IBM以SiGe取代矽的BiCMOS制程、SOI(Silicon on Insulator)或晶片的整合、制程的进步等,都是渴望提供更微小又价廉的射频模组的机会。
其中基频部分可望将数位和类比各整合成一颗,分别COMS和BiCOMS使用和制程;RF/IF部分原则上是用晶片的材质来区分,前端部分和功率放大器可望以砷化镓的技术整合成一颗;其他如电流控制震荡器(VOC)、滤波器、合成器等,则可能以BiCOMS制程整合。 COMS的技术以可以解决高频线路干扰的问题,加上成本较低与技术领先的优势,CMOS可望取代RF模组与基频中的BiCMOS制程,同时将RF模组前端之外的部分和基频部分,各整合成一颗晶片。
将RF前端整合成一片CMOS晶片,一方面降低成本,另一方面也可以将体积大幅缩小。 RF前端主要元件包括4部分,即RF Selection Filter、低杂讯放大器(LNA),Image Rejection Filter和混频器(Mixer)。除了RF Selection Filter以外,此研究将后三者整合在一片COMS晶片中,体积较原本LNA还要小。
将来手机天线收到的RF讯号,将可直接转成基频(Baseband)讯号,此一跳过中频作业的技术是为直接转换(Direct Converting)技术。因此若此一技术渐趋实用化以后,中频用的滤波器有可能就不需要了。
结语及未来展望发展
未来将行动电话内部结构整合在一起,其整合的趋势不但能降低零组件的制造成本、缩小产品尺寸,同时零组件的简单化,可使得制造过程大幅度的简化。此时将零散的被动元件整合入晶片之后,系统测试与侦测的工作也将单纯许多,整各系统的可靠度也相对的增加。
因应未来第三代无线通讯发展及可携式电子产品小型化的需求,朝向更轻、更容易携带、低耗电、长时间通话等基本功能再提升,必要时再增加上网撷取资料、电子邮件,甚至彩色动画呈现,需高画质、降低面板重量以及降低生产成本等几个项目的功能。