Comment intégrer les diodes dans des circuits de communication intégrés hybrides?

一, positionnement fonctionnel central des diodes dans l'intégration hybride
1. Rectification et détection du signal: un pont de l'analogique au numérique
Dans le module final RF Front -, les diodes atteignent la démodulation du signal à travers des caractéristiques non linéaires. Par exemple, dans la communication d'ondes de millimètre 5G, les diodes de nitrure de gallium (GAn), avec leur ultra - mobilité électronique élevée, peuvent atteindre une rectification de signal efficace dans les signaux modulés d'amplitude de 24 GHz en signaux de bande de base. Après qu'un certain modèle de station de base 5G adopte le réseau de diodes GaN, la consommation d'énergie frontale RF est réduite de 30% et prend également en charge la technologie de partage de spectre dynamique (DSS), améliorant considérablement l'utilisation du spectre.
2. Stabilité et protection de la tension: limites de sécurité des circuits de construction
Les diodes Zener jouent un rôle crucial dans la gestion de la puissance intégrée par hybride. Dans le module de conversion DC - DC d'une borne de communication par satellite, une diode Zener avec une tension de dégradation inverse de 6,2 V est utilisée, combinée avec une résistance de limitation de courant de 0,1 Ω, pour former un circuit de protection contre la surtension. Lorsque la tension d'entrée monte soudainement à 8V, la diode effectue un shunt à moins de 10 ns, stabilisant la tension de charge dans la plage de 6,2 V ± 0,1 V et protégeant le LNA du stade arrière (amplificateur à faible bruit) des dommages.
3. Commutation et modulation: réalisation du contrôle du signal dynamique
Les diodes Schottky sont largement utilisées dans les modules T / R du radar de réseau phasé en raison de leur temps de récupération inverse ultra rapide (<10ns). A certain model of active phased array antenna uses SiC Schottky diode as the phase shifter switch, with an insertion loss of less than 0.2dB and an isolation of 40dB. It supports fast beam scanning (switching time<50ns), meeting the strict real-time requirements of airborne radar.
2, l'innovation matérielle entraîne des percées de conception
1. Semi-conducteur de bande interdite large: remodeler la limite de performance de fréquence élevée -
Les diodes en carbure de silicium (sic) démontrent des avantages dans la tension élevée - et les scénarios de fréquence élevés -. Un certain module de communication de véhicule adopte une diode à broches SIC de structure verticale, avec une densité de courant de 200A / cm ² et une baisse de tension vers l'avant de seulement 1,2 V, ce qui est 40% inférieur aux diodes de silicium traditionnelles. Dans la communication V2X pour les véhicules électriques, cet appareil prend en charge la transmission d'alimentation de 100 W et réduit le volume du radiateur de 60%, aidant à la conception légère de l'ensemble du véhicule.
2. Matériaux bidimensionnels: inaugurer l'ère de la communication Terahertz
Les diodes de graphène ont fait des percées dans la pré-recherche de la communication Terahertz 6G en raison de leurs caractéristiques de bande interdite zéro. La diode d'hétérojonction du graphène développée par un certain laboratoire atteint un rapport de commutation de plus de 1000 dans la bande de fréquence 0.3THZ et un temps de réponse raccourci au niveau Femtoseconde. Cet appareil peut être intégré à des puces d'imagerie Terahertz pour les équipements de sécurité de l'aéroport, avec une résolution de 0,1 mm, ce qui est 10 fois plus élevé que les systèmes d'ondes millimétriques traditionnels.
3. Technologie d'intégration hétérogène: percer le goulot d'étranglement de la compatibilité des processus
En réponse à l'incompatibilité entre les processus GAn et CMOS, une certaine entreprise a développé une solution d'intégration hétérogène dimensionnelle de trois -: intégrer un réseau de diodes GaN de 0,15 μm sur un substrat CMOS de 45 nm par le biais d'une technologie de soudage micro-bump. Ce schéma réalise une efficacité ajoutée de puissance (PAE) de 55% dans la bande KU (12 - 18GHz), qui est de 15 points de pourcentage plus élevé que le schéma intégré à puce unique. Il a été appliqué dans la conception de charges utiles de satellite à faible orbite.
3, le décalage du paradigme dans la méthodologie de conception
1. Simulation collaborative des champs multiphysiques thermiques électromagnétiques
Dans la conception d'un module de communication d'ondes millimétriques, ANSYS HFSS et une plate-forme de simulation conjointe IcePak ont ​​été utilisées pour effectuer une modélisation 3D des diodes SIC. En optimisant la disposition des canaux de dissipation thermique, la température de la jonction a été réduite de 150 degrés à 120 degrés, tout en contrôlant la déformation des joints de soudure causée par une contrainte thermique à moins de 0,5 μm, garantissant un fonctionnement fiable de l'appareil dans une large plage de température de -55 degrés à 125 degrés.
2. Construction d'une bibliothèque de modèles paramétrés
Un certain fabricant d'EDA a développé une bibliothèque de modèles d'épices contenant plus de 300 paramètres pour un nouveau type de diode. Cette bibliothèque couvre des données telles que les paramètres S - et les chiffres de bruit sous différentes températures (-40 degrés à 175 degrés) et biais, et prend en charge l'accès direct aux outils traditionnels tels que les publicités et la cadence. Dans la conception d'une petite station de base 5G, l'application de cette bibliothèque de modèles a raccourci le cycle d'itération de conception de 8 semaines à 3 semaines, et a augmenté le taux de réussite d'une production de puces à 90%.
3. Conception pour l'optimisation de la fabrication (DFM)
Une certaine entreprise a établi une bibliothèque de règles DFM pour les micro-diodes emballées en 01005 (0,4 mm × 0,2 mm):
Espacement des coussinets: supérieur ou égal à 50 μm
Épaisseur de maillage en acier: 0,08 mm ± 0,01 mm
Température maximale du soudage de reflux: 245 degrés ± 5 degrés
En optimisant les paramètres d'impression de la pâte de soudure, le taux de vide de soudage a été réduit de 15% à inférieur à 3%, répondant aux exigences de la norme AEC - Q101 pour l'électronique automobile.
4, analyse de scénario d'application typique
1. 5 G Station de base RF Front - fin
Un certain modèle de station de base MIMO massive adopte un schéma d'intégration hybride, intégrant un réseau de phase de phase composé de 256 diodes GaN. En optimisant la disposition, la différence de longueur de trajet du signal est contrôlée à ± 50 μm et l'erreur de cohérence de phase est inférieure à 1 degré. Il prend en charge la configuration de l'antenne 64T64R et atteint un taux de pointe de 8,5 Gbit / s.
2. Répartement de communication par satellite
Une certaine charge utile par satellite en orbite faible utilise des diodes SIC pour construire des modules T / R, avec une densité de puissance de 50W / cm ², ce qui est trois fois plus élevé que le schéma GAAS traditionnel. En concevant une structure verticale dimensionnelle de trois -, la perte de transmission du signal RF est réduite à 0,1 dB / cm, prenant en charge la transmission de données de 20 Gbitps dans la bande KA (26,5-40GHz).
3. Module de communication V2X véhicule
Un certain nouveau véhicule énergétique adopte une conception intégrée hybride, intégrant les pilotes LED, la gestion de l'alimentation et les fonctions finales RF Front -. Parmi eux, les diodes SIC Schottky prennent en charge la conversion 48V à 12V DC - DC avec une efficacité de 98%; L'amplificateur de puissance GAn obtient une puissance de sortie de 23 dbm dans la bande de fréquence de 5,9 GHz, répondant aux exigences de la norme V2X C -.
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