MMIC-uri multifuncționale: integrarea dimensiunii, greutății, puterii și costului pentru aplicațiile de generație următoare

Pe piața competitivă actuală, aproape fiecare nou proiect devine o realizare inginerească. Proiectanții sistemelor continuă să solicite mai multe funcționalități într-un pachet mai mic, și toate acestea în timp ce deservesc aceeași piață sau o piață caracterizată prin costuri mai mici. Circuitul integrat monolitic cu microunde (MMIC) multifuncțional a fost proiectat în efortul de a oferi clienților o unitate accesibilă, extrem de integrată, oferind aceeași fiabilitate și performanță ca MMIC-urile monofuncționale anterioare. Inginerii accelerează evoluția MMIC-urilor pentru a stimula funcționalitatea pieselor extrem de integrate, ceea ce eliberează spațiu pentru plăcile cu circuite imprimate (PCB-uri) ale proiectanților de sisteme. Această tendință nu va dispărea prea curând; clienții vor continua să solicite caracteristici optime pentru dimensiune, greutate și putere (SWaP), provocând, în continuare, inginerii de sistem și echipele de proiectare să găsească acea soluție perfectă.

Ce stă la baza acestei schimbări?

Această cerere nu face ca MMIC-urile monofuncționale să devină inactuale; acestea deservesc în continuare multiple aplicații generale și sunt excelente pentru validarea conceptului. Cu toate acestea, multe dintre aplicațiile actuale, cum ar fi serviciile radar și 5G comerciale, se confruntă cu constrângeri legate de dimensiune; pasul pentru elementele antenei într-o matrice fazată la 28 GHz, de exemplu, este de numai 5 mm, nelăsând loc pentru mai multe circuite integrate (CI-uri). Nevoia unei frecvențe mai înalte impune integrarea aplicaților multifuncționale, pe măsură ce spațiile de lucru de pe PCB devin din ce în ce mai insuficiente.

Imaginați-vă patru MMIC-uri monofuncționale pe o placă PCB versus unul multifuncțional. Folosind circuite integrate monofuncționale, dimensiunea soluției este fundamental limitată din cauza faptului că pachetul și decuplarea externă ocupă spațiul de deasupra; într-un pachet, dispozitivul activ ocupă doar un mic procent din spațiu, restul fiind instalat deasupra, pentru conectarea la pachet și deconectarea de la acesta. Tehnologia zilelor noastre trebuie să aducă în mod continuu îmbunătățiri ale dimensiunii și performanței, odată cu fiecare nouă generație. Un MMIC multifuncțional oferă posibilitatea de a elibera spațiu suplimentar pe PCB, ceea ce îl face mai mic și mai ușor de integrat în diferite pachete pentru a îndeplini condițiile aplicației clientului. Acest lucru permite mai multe variații într-un pachet mai mic, oferind, în cele din urmă, mai multe oportunități de dezvoltare pentru client.

MMIC-urile multifuncționale vor arăta la fel ca MMIC-urile monofuncționale din generația anterioară; acest „cip” unic va deservi același scop pentru client ca MMIC-urile din generația anterioară, diferența constând în numărul de funcții pe care fiecare „cip” le poate îndeplini (Figura 1). Spațiul mărit este produsul unei funcționalități mai precise.

Figura 1: Un MMIC multifuncțional (dreapta) ocupă mai puțin spațiu pe placă decât mai multe MMIC-uri monofuncționale (stânga). (Sursă imagine: MACOM Technology Solutions)

Integrarea reduce pierderile parazite pe PCB-uri. La rândul său, acest lucru reduce nevoia amplificării excesive, reducând consumul total de energie al sistemului. Costul este redus în pachetele circuitelor integrate, iar prin reducerea numărului de interfețe, fiabilitatea mecanică și termică – ce determină, în multe cazuri, costurile totale ale investiției – sunt mult îmbunătățite. În cazul în care clientul necesită diverse funcții sau de mai mult spațiu de lucru la bord, noua generație de MMIC-uri este soluția ideală.

Reducerea costului total al investiției

În întreaga industrie, companiile migrează către MMIC-urile multifuncționale, iar clienții vor trebui să își aleagă cu atenție furnizorii. Noile niveluri de integrare vor reduce costurile pentru clienți; cu toate acestea, pentru a discerne între funcționalitate și performanță, vor fi necesare procese diferențiate.

Urmând tendința comună tuturor piețelor semiconductoarelor, integrarea aduce producție în serie, iar producția în serie aduce reduceri de costuri. Costurile pentru non-semiconductoare, cum ar fi asamblarea și testarea, consumă, adesea, mai multă muncă și mai mult timp și, astfel, corespund din punct de vedere liniar numărului de componente discrete produse. Reducerea numărului de interfețe reduce numărul pașilor de asamblare și, de asemenea, reduce numărul de puncte expuse defecțiunilor, îmbunătățind, astfel, randamentul și reducând vectorii de testare necesari. În plus, cu interfețele care acum sunt interne în MMIC-urile multifuncționale, sarcina testului pentru client este și mai condensată. De asemenea, integrarea într-un singur pachet este mai rentabil; includerea a patru funcții într-un singur pachet costă de aproape patru ori mai puțin decât împărțirea în patru pachete separate. La rândul său, pachetul simplificat permite caracteristici termice mai bune, ceea ce reduce necesitatea radiatoarelor, rezultând o greutate totală mai mică.

În funcție de obiectivele cheie de performanță, pot fi necesare procese diferențiate pentru obținerea unor funcționalități optime în cadrul MMIC-urilor multifuncționale. În consecință, companiile producătoare de semiconductori, având un portofoliu bogat și diversificat de tehnologii sunt cel mai bine poziționate, în mod justificat, pentru a oferi cele mai convingătoare soluții proiectanților de sisteme. Proiectanții de sisteme vor beneficia de furnizorii care pot oferi variante foarte bine gândite și calificate pentru obținerea performanțelor dorite.