Multifunkční obvody MMIC: integrace velikosti, hmotnosti, výkonu a nákladů pro aplikace příštích generací

V současném konkurenčním prostředí se takřka každý nový projekt stává konstruktérským dílem. Systémoví konstruktéři i nadále požadují více funkcí v menším pouzdru při současném vyhovění stejným nebo nižším cenovým hladinám na trhu. Multifunkční monolitický mikrovlnný integrovaný obvod (MMIC) byl navržen s cílem dodat zákazníkům dostupnou, vysoce integrovanou jednotku poskytující stejnou míru spolehlivosti a výkonnosti, jako předchozí jednofunkční obvody MMIC. Konstruktéři urychlují vývoj obvodů MMIC s cílem vtěsnání funkcí do vysoce integrovaných součástek, které systémovým inženýrům uvolní místo při návrhu desek s tištěnými spoji (PCB). Tento trend jen tak neustane. Zákazníci budou i nadále požadovat optimální velikost, hmotnost a výkon (SWaP) a svěřovat tento úkol nalezení dokonalého řešení systémovým inženýrům a konstrukčním týmům.

Čím je tato změna vedena?

Jednofunkční obvody MMIC s tímto požadavkem nezastarávají. Stále systematicky plní svou úlohu v mnoha aplikacích a jsou ideální jako důkaz proveditelnosti koncepce. Mnoho současných aplikací, například radary a komerční sítě 5G, se však potýká s omezením rozměrů. Například rozteč anténních prvků ve sfázované soustavě na 28 GHz je pouhých 5 mm, čímž nezbývá již žádný prostor pro více integrovaných obvodů (IO). Potřeba vyšší frekvence vyvolává nutnost vícefunkční integrace, neboť prostor pro prvky na obvodové desce se stává nedostatkovým.

Obrázek - čtyři jednofunkční obvody MMIC na obvodové desce v porovnání s jedním multifunkčním obvodem. Při použití jednofunkčních IO jsou rozměry daného řešení zásadně omezeny vlivem stropu určeného pouzdrem a externí vazbou. Aktivní součást uvnitř pouzdra zabírá jen malé procento z celkového prostoru, ve kterém je zbývající část vyhrazená pro spojení směrem dovnitř a ven. Dnešní technologie potřebují trvalý postup s každou generací, pokud jde o velikost a výkonnost. Multifunkční obvod MMIC dává příležitost k uvolnění místa na obvodové desce, která se tím zmenšuje a lépe se vejde do různých pouzder tak, aby vyhověla požadavkům aplikace zákazníka. Toto řešení dovoluje více variací v menším pouzdru a definitivně tak zákazníkovi poskytuje více vývojových možností.

Multifunkční obvody MMIC budou mít stejný vzhled, jako jednofunkční obvody MMIS předchozí generace. Tento jednoduchý „čip“ bude pro zákazníka plnit stejnou úlohu, jako obvody MMIC předchozí generace, přičemž rozdíl spočívá v počtu funkcí, jaký je každý „čip“ schopný vykonávat (obrázek 1). Zvýšený prostor je výsledkem přesnější funkčnosti.

Obrázek 1: Vícefunkční obvod MMIC (vpravo) zabírá méně místa na desce, než několik jednofunkčních obvodů MMIC (vlevo). (Zdroj obrázku: MACOM Technology Solutions)

Integrace snižuje parazitní ztráty na obvodových deskách (PCB). Tím se zároveň snižuje potřeba přídavného zesílení, která stlačuje celkový odběr energie systému. Lisované pouzdro je vyrobeno s nižšími náklady a snížením počtu rozhraní dochází ke značnému zlepšení mechanické a tepelné spolehlivosti, které jsou v mnoha případech určujícím faktorem celkové ceny vlastnictví. Pokud zákazník požaduje různé funkce nebo více prvků na obvodové desce, nová generace obvodů MMIC je ideálním řešením.

Stlačujeme celkovou cenu vlastnictví směrem ↓

Společnosti napříč celým průmyslem přecházejí na multifunkční obvody MMIC a zákazníci si tak budou muset pečlivě vybírat své dodavatele. Ačkoli nové stupně integrace budou stlačovat ceny pro zákazníka dolů, na rozpoznání funkčnosti a výkonnosti budou vyžadovány různé procesy.

Integrace, která sleduje trend společný všem trhům s polovodiči, přináší měřítko a měřítko znamená snížení nákladů. Náklady na jiné položky, než polovodiče, například montáž a zkoušky, často vyplývají z pracnějších a zdlouhavějších úkonů a jsou proto přímo úměrné počtu vyrobených diskrétních součástek. Snížením počtu rozhraní se snižuje také počet montážních kroků a tím i počet chybových bodů, čímž se zlepšuje ziskovost a snižuje počet potřebných zkušebních vektorů. Platí také, že jsou-li rozhraní nyní umístěna uvnitř multifunkčního obvodu MMIC, břemeno testů zatěžujících zákazníka je opět o něco lehčí. Také pouzdro je cenově efektivnější. Zahrnutí čtyř funkcí do jediného pouzdra je téměř čtyřikrát méně nákladné, než jejich rozdělení do čtyř samostatných pouzder. Zjednodušené pouzdro dále zlepšuje tepelné charakteristiky, které snižují požadavky na chladič, což se projevuje v nižší celkové hmotnosti.

V závislosti na klíčových cílových výkonnostech může dosažení optimálních funkčností v rámci multifunkčního obvodu MMIC vyžadovat diferenciované procesy. V důsledku toho se polovodičové společnosti s bohatým a různorodým technologickým portfoliem nepochybně nacházejí v nejvýhodnější pozici, aby systémovým konstruktérům mohly nabídnout ta nejzajímavější řešení. Systémoví konstruktéři mohou výhodně spolupracovat s prodejci, kteří budou moci nabízet vyspělé a kvalifikované varianty k dosažení požadované výkonnosti.