המעבר למערכות RF הפועלות בתחום גלי המילימטר מחדד את מגבלותיהם של פתרונות קישוריות מסורתיים. Glass Core Technology של Samtec עושה שימוש בזכוכית וב-Through-Glass Vias כדי להתמודד עם הפסדים, מזעור ואתגרי אינטגרציה בתדרים של 170GHz ומעלה.
מערכות RF מתקדמות פועלות כיום בתדרים שבעבר נחשבו לקצה הטכנולוגיה. מכ"מים מתקדמים, תקשורת לוויינית, מערכות 5G ו-6G ופתרונות LiDAR דוחפים את שרשרת האות עמוק אל תחום גלי המילימטר, ולעיתים אף מעבר לו אל תחום ה-D-Band.
בנקודה הזו, הדיון איננו מתמקד עוד רק בביצועי הרכיבים הפעילים. גם רכיבי הקישוריות שבין ה-IC לשאר המערכת הופכים לגורם המשפיע ישירות על ההפסדים, יציבות האות והיכולת לעמוד בדרישות התכנון.
עבור מהנדסי RF, זהו שינוי תפיסתי מסוים. מחברים, מעברי אות ומבני RF אינם עוד רכיבי תמיכה בלבד, אלא חלק בלתי נפרד מתכנון הערוץ כולו.
Samtec מפתחת בשנים האחרונות גישה הנשענת על זכוכית כמצע RF. הפלטפורמה, Glass Core Technology או GCT, מבוססת על interconnects זעירים המיוצרים בתהליכי fabrication בסגנון semiconductor ומיועדים ליישומי mmWave ו-sub-THz.
Glass Core Technology בתוך שרשרת ה-RF
GCT מבוססת על תהליכי ייצור פנימיים של Samtec, הכוללים דפוסי מוליכים על גבי זכוכית ויצירת Through-Glass Vias (TGV) בטכנולוגיה קניינית.
התוצאה היא משפחת interconnects המשולבים ישירות בזכוכית וכוללים מגוון מבני RF, בהם:
Waveguide launches
Coaxial ו-Twinax launches
Fanouts
מסנני RF
ופתרונות נוספים לחיבור בין רכיבים לאורך שרשרת האות
מבנים אלה מתוכננים להתחבר ישירות ל-MMIC ולשאר רכיבי המערכת.
אחד היישומים המרכזיים של GCT הוא Substrate Integrated Waveguide (SIW). במקום waveguide מתכתי מסורתי, מבנה ההולכה משולב בתוך המצע עצמו. הגישה הזו מאפשרת לשלב פונקציונליות של waveguide במבנה קטן וקל יותר, תוך התאמה לארכיטקטורות RF צפופות.
תמונה Glass interconnects :1 כחלק משרשרת RF בתדרים גבוהים, כולל MMIC
interconnects ו- .waveguide launches
קרדיט: SAMTEC
זכוכית כמצע RF
הבחירה בזכוכית איננה נובעת משיקולי ייצור בלבד. GCT עושה שימוש ב-High-Purity Fused Silica, חומר בעל תכונות חשמליות המתאימות במיוחד לתחום גלי המילימטר.
ל-Fused Silica מקדם הפסד נמוך במיוחד, loss tangent של 0.0003 ב-100GHz, לצד קבוע דיאלקטרי נמוך יחסית של 3.8. עבור מערכות RF, המשמעות היא העברת אות יעילה יותר והקטנת הפסדים בתדרים שבהם חומרים מסורתיים מתחילים להיתקל במגבלות.
Samtec משלבת את מצע הזכוכית עם תהליכי מטאליזציה מדויקים ו-TGVs בעלי דפנות חלקות. שילוב זה, לפי החברה, מאפשר להגיע ליעדי תדר שבעבר היו מאתגרים יותר עבור מצעים מבוססי קרמיקה או חומרים אורגניים.
במילים אחרות, הזכוכית איננה רק תחליף מכני למצע קיים. היא הופכת לחלק מהפתרון החשמלי עצמו.
TGV, צפיפות גבוהה ומזעור מערכתי
לצד הביצועים החשמליים, Glass Core Technology פונה גם לאתגר מרכזי נוסף במערכות RF מודרניות: מזעור.
ביישומי aerospace, defense ו-SATCOM, פרמטרי SWaP, כלומר Size, Weight and Power, משפיעים על כל החלטת תכנון.
GCT משתמשת בשכבות הולכה דקות מסוג RDL (Redistribution Layers) וב-Through-Glass Vias בעלי יחס גובה-רוחב גבוה. החברה מדווחת על רוחבי מוליך ומרווחים של עד 10 מיקרון ועל צפיפות TGV גבוהה במיוחד.
המשמעות היא אינטגרציה דחוסה יותר ועובי מצע אחיד ושטוח, המאפשרים שילוב במערכות קומפקטיות.
בהשוואה ל-waveguides מסורתיים, הפתרון המבוסס זכוכית מציע פרופיל נמוך יותר ומבנה קל יותר, מבלי לוותר על דרישות RF של מערכות בתדר גבוה.
תמונה 2: השוואה בין Glass interconnects מבוססי GCT לבין waveguide מסורתי
מבחינת ממדים ומבנה.
קרדיט: SAMTEC
ביצועים עד D-Band
ככל שהתדר עולה, חלון הטעויות מצטמצם.
ב-mmWave וב-D-Band, סטיות קטנות לאורך מסלול האות עלולות להשפיע על insertion loss ועל ביצועי המערכת כולה. מסיבה זו, repeatability ויכולת לחזות מראש את התנהגות הערוץ הופכות לפרמטרי תכנון מרכזיים.
Samtec מדווחת כי GCT מספקת ביצועים בעלי insertion loss נמוך עד 170GHz ומעבר לכך, לצד repeatability גבוהה.
החברה מדגישה גם התאמה קרובה בין סימולציה למדידה בפועל. עבור צוותי פיתוח, התאמה כזו עשויה לקצר מחזורי design validation ולהפחית סבבי תכנון חוזרים.
במערכות הפועלות בתחום גלי המילימטר, שבהן זמן פיתוח ועלויות ולידציה הופכים למשמעותיים יותר ויותר, מדובר בשיקול הנדסי בעל משקל.
Radar, SATCOM ו-LiDAR
המאפיינים של Glass Core Technology מכוונים לשורה של יישומים שבהם תדר גבוה ומזעור נפגשים.
מערכות radar צבאיות ואוויריות נדרשות לשמור על ביצועי RF יציבים תוך מגבלות משקל ונפח. ב-SATCOM, צפיפות הולכת וגוברת של ערוצי תקשורת מעלה את רף הדרישות מה-interconnects. גם בתחום ה-automotive LiDAR, הפסדים נמוכים ודיוק גיאומטרי משפיעים על ביצועי מערכת החישה.
לצד אלה, המעבר העתידי ל-6G ממשיך לדחוף את עולם ה-RF לעבר תדרים גבוהים יותר ולדרוש פתרונות קישוריות המסוגלים לפעול באופן עקבי בתחום ה-mmWave.
במערכות הפועלות בתחום גלי המילימטר, interconnects הופכים לחלק מהארכיטקטורה החשמלית עצמה ולא רק לאמצעי חיבור בין רכיבים. Glass Core Technology של Samtec משלבת זכוכית, TGV ותהליכי ייצור מדויקים כדי לתת מענה לדרישות תדר, מזעור ואינטגרציה של מערכות RF מודרניות.
הכתבה מבוססת על חומרי Samtec ועל מאמר מאת Laura Kachnavage, Samtec.
תמונת שער: Glass interconnects בתהליכי ייצור ועיבוד, כולל מבני TGV ומוליכים
המוטמעים בזכוכית.
קרדיט: SAMTE
