比利时微电子研究中心（imec）携手奥特斯（AT&S）於日前举行的国际微波会议（International Microwave Symposium）上，成功将D频段晶片和波导整合到低成本且可量产的印刷电路板（PCB）上，为实现创新的系统整合方案迈出重要的一步。这套方案为具成本效益的高效能紧凑型140GHz（车用）雷达和6G通讯系统提供了开发条件，与平面PCB导线或基板整合式波导（SIW）相比，其在PCB和中介层上的讯号损失明显大幅降低。

此3D模型和电磁场分布图显示从紧凑型带线（stripline）结构到空气填充式基板整合式波导（AFSIW）设计的技术转换。

车用雷达和即将问世的6G行动网路系统等应用都需要更高的频宽，该需求持续推动对高频无线讯号的需求。这也是介於110~170GHz的D频段备受瞩目的原因。

但是这些高频应用也带来了一些挑战，例如增加系统复杂度及讯号衰减。目前的通讯和雷达系统所用的基板整合式波导采用成列的通孔设计与平面导线技术，与之相比，结构中空的空气填充式基板整合式波导（air-filled SIW；AFSIW）技术搭配全金属的侧壁能大幅降低讯号损失。尽管该技术本身有这点好处，但目前并没有在PCB上整合空气填充式基板整合式波导的量产技术。

世界首款在PCB上整合的D频段空气填充式基板整合式波导成功降低5倍损耗

imec研究计画主持人Ilja Ocket表示：「为了推动新一代具成本效益的高性能雷达和通讯系统，操作频率在100GHz以上的毫米波前端系统不可或缺。不过，主要考量是如何让这些天线和毫米波晶片实现最隹连接。我们认为运用空气填充式基板整合式波导是这套解决方案的关键。不幸的是，这种波导的成本高昂，而且很难整合到多层的PCB或中介层上。imec已经与奥特斯（AT&S）建立合作来应对这项挑战。我们共同展示了一款整合式前端元件，将imec的140GHz雷达晶片与AT&S开发的创新封装概念整合。此次展示把空气填充式基板整合式波导与PCB整合，对於迈向最终的开发目标来说是一大突破。」

作为先进系统模组概念的一部份，AT&S和imec已经合作开发在多层PCB上结合实心铜侧壁的D频段空气填充式基板整合式波导，藉此避免讯号泄漏并形成任意形状的空气共振腔。这是首款成功在100GHz以上运作的空气填充式基板整合式波导，而且还成功与低成本且可量产的PCB整合。透过消除介电损耗，仅保留导体损耗，这项新技术在115~155GHz的频率范围内达到0.07~0.08dB/mm的讯号损失，比起目前已知在PCB和中介层上的平面导线或基板整合式波导所测得的数值还要低了5倍。这些杰出的研究成果只是个开端，未来几年还会持续改良，朝向更低的讯号损失迈进。

从车用意识抬头到6G网路

AT&S电子解决方案研发经理Erich Schlaffer表示：「imec的140GHz雷达晶片及其在封装设计方面的专业知识提供我们显着的竞争优势。我们相信我们的创新封装技术可以用来创造高效、紧凑且具备高解析度的140GHz车用雷达模组，打造出对车厢内部及周遭现况更有『感知』的车辆。此外，这项技术还能用在6G行动网路上。」