用于ADAS和主动安全应用的高频精密微波元件的演变

在不久的将来，危险驾驶将成为过去。大量有源电子系统将减轻不熟练和粗心的司机的负担，这些电子系统通过让司机做出许多决定来提高安全性。这些先进的驾驶辅助系统 （ADAS） 将由设备网络启用，允许车辆检测周围环境以及驾驶员的状况。

无线通信是向联网车辆和主动安全系统发展的掌舵者。雷达系统已被用于检测道路上其他汽车的位置，摄像头已被用于检测道路上的线条并描绘相邻车道。用于道路车辆的无线区域网络——通常被称为车对车 （V2V）、车对基础设施 （V2I），以及统称为 V2X 通信——也正在开发中，以检测来自垂直方向的交通避免碰撞的方向，在没有其他车辆接近时将所有红色交通信号灯变为绿色，并提高州际公路和其他高速公路的效率。

所有这些先进系统都需要复杂的组件才能 100% 无故障运行。用于汽车 Wi-Fi、雷达和高清摄像头的电子元件种类繁多。然而，从历史上看，这些组件主要用于商业和消费应用，这些应用通常不受严格的可靠性标准的约束。已经为军事、井下、太空和航空航天行业制造了高可靠性组件，这些行业的制造商已经习惯了开发高性能、高可靠性设备所需的更高成本。汽车行业则不同。尽管它要求组件的性能与商业级零件一样好，甚至更好；足够坚固以处理电气，日常驾驶对机械和环境的严苛要求；并且通过了 AEC-Q200 标准规定的广泛测试，它还要求所述组件价格合理，足以在车辆中大批量实施。

用于性能和功能的多层有机组件

为了满足汽车行业的独特需求，我们开发了一类新的高性能、高频元件。多层有机 （MLO） 技术利用具有出色、可重复射频/微波性能和强大可靠性的薄、低损耗基板来制造滤波器、耦合器、分频器、电容器和电感器等组件。符合 AEC-Q200 标准的射频/微波电容器也可用于蓝牙信息娱乐系统，低电感陶瓷电容器也可满足高速汽车视频处理器的需求。

MLO 组件由一个或多个嵌入在其他层压板之间的射频电介质层组成，为表面贴装 （SMT） 放置提供布线、屏蔽和键合焊盘。MLO 技术还可用作射频或混合信号基板，其中的层支持射频和数字 IC 的放置。必要时可以采用这种集成的变体（例如，当需要更薄的组件时），但有一些设计常数。例如，介电层必须在常见的无线频率范围内表现出低损耗，同时还表现出高介电常数 （Dk） 以提供高电容密度。

不幸的是，这些是大多数材料的抵消特性。高 Dk 值通常通过用介电材料填充聚合物来获得，这会增加损耗。为此，需要极薄的介电层。最近，一些聚四氟乙烯聚合物 （PTFE） 和液晶聚合物 （LCP） 的低损耗配方已可用于薄至 8 微米的覆铜薄膜。对于 PTFE，高级填充材料用于增加 Dk 而不会显着增加损耗。另一方面，LCP 具有低 Dk，并且已被证明具有适用于各种射频和高速应用的有利特性。因此，通过仔细选择层压板和粘合层材料，可以利用标准层压工艺生产高性能射频元件。

一旦 MLO 组件设计完成，金属和介电层就会被蚀刻和层压。典型的六层结构如图 1 所示。这些定制配置受专利保护，可实现最高的无源元件密度，同时实现更多功能。为了实现所需的元件密度、线宽和间距，可以使用半加成工艺技术获得小至 15 微米的尺寸。激光直接成像 （LDI） 技术对于 MLO 设备的开发也至关重要，因为它可以实现精细的线条几何形状和严格的公差结构。这些结构通常形成嵌入式组件的谐振结构，并且必须在大面积上精确再现。与陶瓷和硅基（Si 基）工艺相比，MLO 技术的一个显着优势是成本。

由于 MLO 技术用于构建高性能射频/微波滤波器和多路复用器，因此它是汽车 V2X 应用的理想解决方案，在这些应用中，无线电可以利用工作在 5.9 GHz（以及 GPS 频率）的新 IEEE 802.11p 标准 WLAN 频段接收确定车辆位置所需的必要信息，并将其位置数据传输到周围的车辆和基础设施。双工器由连接到一个公共端口的两个滤波器组成，可用于减少 V2X 无线电中的组件数量，因为单个双工器可以通过一根天线路由 GPS、5.9 GHz 或其他信号，有效地消除了对两个独立的分立滤波器、附加天线和必要的阻抗匹配网络（图 2）。

【图2 | 此处显示了典型的双工器功能。］

测试表明，MLO 双工器具有几个显着的性能优势，例如滚降更陡，品质因数高于普通陶瓷双工器（表 1）。此外，MLO 双工器在制造过程中具有更高的可重复性，能够始终如一地生产高 Q 元件。

［表 1 | MLO 双工器与 LTCC 双工器的物理和性能特性比较。］

MLO 器件还具有其他类型的组件（即陶瓷和硅）所没有的独特功能：与典型印刷电路板 （PCB） 相匹配的热膨胀系数。这是一个特别关键的特性，因为汽车经常暴露在广泛的温度波动中。例如，在春季的南卡罗来纳州，清晨的温度可能会徘徊在 55 ºF 左右，到中午会升至 85 ºF，停放的汽车在阳光直射下会经历更高的温度。这些温度波动会导致 PCB 收缩和膨胀，从而在安装在板上的电容器、电感器、滤波器、IC 和其他设备的焊点处产生机械应力。由于 MLO 组件的膨胀和收缩速度与 PCB 相同，

然而，陶瓷电容器仍然（并且可能会继续）在大多数汽车应用中使用，因为它们提供最广泛的电容值和容量。射频/微波陶瓷电容器用于信息娱乐、V2X 和其他无线系统的阻抗匹配，而符合 AEC-Q200 标准的射频/微波陶瓷电容器非常适合蓝牙无线电和 Wi-Fi 匹配电路。

除了用于无线信号传输的射频/微波组件外，ADAS 应用还依赖于成像技术，例如用于备用成像、侧车道检测和驾驶员监控系统的高清、高速图像处理器和高清摄像头。用于视觉检测车辆周围环境和驾驶员状况的这些和其他应用需要以极快的数据速率提供大量处理能力，并且电容器通常用于将图像处理器与电源分离，充当两者之间的缓冲器。 寄生电感是高速数字电路的敌人，因为它往往会通过增加上升时间使信号失真。为了应对这种现象，低电感器件，例如陆地网格阵列 （LGA） 电容器，

LGA 电容器是两端陶瓷电容器，具有反向几何结构和 T 形垂直电极，可显着降低电感。这些电容器采用另一种创新的无源元件制造工艺制造：精细铜端接 （FCT），可实现极其精确的端接电镀。此外，通过引入更多端子来扩展 LGA 设计可进一步降低低于 20pH 的电感（图 4）。

【图4 | 各种低电感陶瓷电容器的阻抗与频率比较。］

在过去的五到十年中，汽车行业在汽车安全性和效率方面取得了显着进步，这主要是由于先进电子系统在车辆中的应用不断扩大。因此，AVX 等无源元件制造商对能够满足严格的汽车特定安全性和可靠性标准的高可靠性、高性能无源元件有着显着的需求。足够坚固，可以应对日常驾驶的电气、机械和环境严苛要求；并且具有足够的竞争力以符合大批量采购的预算限制，并随后在流程中投入了大量资源，以使所述设备符合 AEC-Q200 标准和各种单独的汽车 OEM 标准，以确保驾驶员和乘客的安全。

审核编辑：郭婷