在 5G mmWave 毫米波的發(fā)展帶動下,天線封裝(Antennas in Package,AiP)技術逐漸受到關注,該名稱主要由系統(tǒng)級芯片(SoC)、系統(tǒng)級封裝(SiP)功能上的差異衍生。
SoC 技術是將不同功能的元件整合到單一芯片中,有助于縮小芯片尺寸,但芯片制作需以相同材料與制程進行,因此研發(fā)方向逐步朝向后者 SiP 技術為主要?,F階段芯片與天線應用雖有相對應的天線整合芯片(Antennas on Chip,AoC)技術方案被開發(fā),但由于成本與頻段考量,大多只有學術單位采用。
制造成本與芯片特性考量,AiP 技術于 5G 通訊市場逐漸勝出
天線是無線通訊系統(tǒng)的重要元件之一,依不同功能與型態(tài)可分為分離型天線與集成天線等 2 類。分離型天線較常見,一般戶外所見的天線結構皆屬于此類;集成天線則需透過天線與系統(tǒng)整并結合,如同 AoC 與 AiP 等技術,可縮減天線在系統(tǒng)內部的體積占比。
雖然 AoC 技術于縮減天線尺寸上的效能極佳,但需經由半導體材料與制程上的統(tǒng)一,并與其他元件一同結合于單一芯片中,考量制造成本與芯片特性,AoC 較適合應用于 Terahertz(太赫茲)頻段中,因此在頻段使用與成本等因素上,現階段 5G 毫米波將不考慮使用該技術,目前只有學術機構予以采用。
由于射頻元件大多使用 GaAs 為基底材料、天線多使用 LCP(Liquid Crystal Polymer)為材料等,因而較適合應用于 SiP 技術,使得天線封裝 AiP 技術逐漸勝出。相較于 AoC 技術,AiP 技術較能兼顧成本、性能與體積等特性,讓天線與射頻元件得以整并為單一封裝,因此現階段各家芯片設計大廠(如 Qualcomm)、射頻元件商(如 Skyworks、Qorvo)及封測代工廠(如日月光、Amkor)等,大多選擇以 AiP 技術為研發(fā)方向切入 5G 通訊市場。
隨著發(fā)展脈絡,AiP 技術已逐漸朝向 5G 毫米波發(fā)展方向
AiP 技術的發(fā)展歷程聚焦于不同產業(yè)發(fā)展情形,依時間軸可區(qū)分為前、中、后 3 期。前期(1990 年后期~)AiP 的研究主要集中在大學實驗室,并以開發(fā) 2.4GHz 頻段的藍牙芯片為主,當時面臨的困難是如何實現天線縮小化;中期(~2010 年左右)AiP 技術的開發(fā),已逐漸轉移到 IC 設計與 IDM 廠,試圖以 60GHz 毫米波雷達陣列為開發(fā)目標,此時已有許多公司投入資源于 AiP 的新材料與制程技術開發(fā)上。
如今到了 AiP 發(fā)展后期階段(~2019 年),5G 毫米波發(fā)展技術逐漸引領潮流,因而需要更高頻段作為彼此的溝通管道,在此同時,AiP 技術也逐漸受到射頻元件商與封測代工廠重視,皆已投入資源于封裝技術研發(fā),并嘗試借由 AiP 技術發(fā)展,站上 5G 通訊的新浪潮。
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