比利時微電子研究中心（imec）攜手奧特斯（AT&S）於日前舉行的國際微波會議（International Microwave Symposium）上，成功將D頻段晶片和波導整合到低成本且可量產的印刷電路板（PCB）上，為實現創新的系統整合方案邁出重要的一步。這套方案為具成本效益的高效能緊湊型140GHz（車用）雷達和6G通訊系統提供了開發條件，與平面PCB導線或基板整合式波導（SIW）相比，其在PCB和中介層上的訊號損失明顯大幅降低。

此3D模型和電磁場分佈圖顯示從緊湊型帶線（stripline）結構到空氣填充式基板整合式波導（AFSIW）設計的技術轉換。

車用雷達和即將問世的6G行動網路系統等應用都需要更高的頻寬，該需求持續推動對高頻無線訊號的需求。這也是介於110~170GHz的D頻段備受矚目的原因。

但是這些高頻應用也帶來了一些挑戰，例如增加系統複雜度及訊號衰減。目前的通訊和雷達系統所用的基板整合式波導採用成列的通孔設計與平面導線技術，與之相比，結構中空的空氣填充式基板整合式波導（air-filled SIW；AFSIW）技術搭配全金屬的側壁能大幅降低訊號損失。儘管該技術本身有這點好處，但目前並沒有在PCB上整合空氣填充式基板整合式波導的量產技術。

世界首款在PCB上整合的D頻段空氣填充式基板整合式波導成功降低5倍損耗

imec研究計畫主持人Ilja Ocket表示：「為了推動新一代具成本效益的高性能雷達和通訊系統，操作頻率在100GHz以上的毫米波前端系統不可或缺。不過，主要考量是如何讓這些天線和毫米波晶片實現最佳連接。我們認為運用空氣填充式基板整合式波導是這套解決方案的關鍵。不幸的是，這種波導的成本高昂，而且很難整合到多層的PCB或中介層上。imec已經與奧特斯（AT&S）建立合作來應對這項挑戰。我們共同展示了一款整合式前端元件，將imec的140GHz雷達晶片與AT&S開發的創新封裝概念整合。此次展示把空氣填充式基板整合式波導與PCB整合，對於邁向最終的開發目標來說是一大突破。」

作為先進系統模組概念的一部份，AT&S和imec已經合作開發在多層PCB上結合實心銅側壁的D頻段空氣填充式基板整合式波導，藉此避免訊號洩漏並形成任意形狀的空氣共振腔。這是首款成功在100GHz以上運作的空氣填充式基板整合式波導，而且還成功與低成本且可量產的PCB整合。透過消除介電損耗，僅保留導體損耗，這項新技術在115~155GHz的頻率範圍內達到0.07~0.08dB/mm的訊號損失，比起目前已知在PCB和中介層上的平面導線或基板整合式波導所測得的數值還要低了5倍。這些傑出的研究成果只是個開端，未來幾年還會持續改良，朝向更低的訊號損失邁進。

從車用意識抬頭到6G網路

AT&S電子解決方案研發經理Erich Schlaffer表示：「imec的140GHz雷達晶片及其在封裝設計方面的專業知識提供我們顯著的競爭優勢。我們相信我們的創新封裝技術可以用來創造高效、緊湊且具備高解析度的140GHz車用雷達模組，打造出對車廂內部及周遭現況更有『感知』的車輛。此外，這項技術還能用在6G行動網路上。」