專欄文章

以HDI封裝技術構成之AiP天線模組為5G毫米波天線供應商初期採用之方案，該技術透過傳統印刷電路板多層疊壓製程實現天線與晶片集總封裝，具成本低廉優勢，且針對不同中高階應用皆有相應基板材料供選擇。

因應5G毫米波通訊與車用雷達等應用衍生，以天線與晶片等主被動元件集總封裝之AiP技術逐漸蓬勃發展，並相繼投入量產製造。AiP封裝技術早期成功應用於藍芽無線模組，到了中期開始導入60GHz無線短距離通訊與毫米波雷達應用，而近期有賴於5G行動通信、物聯網與車聯網等應用問世。因此，先進AiP封裝技術逐漸被探討與導入，特別在手機終端與基站端皆有相對應之天線與晶片整合性封裝方案。

有機材料在HDI封裝技術被廣泛應用，例如：玻璃纖維環氧樹脂(FR4)、BT樹脂與液晶高分子聚合物(LCP)等。在這些有機材料中，以LCP具有良好的電氣特性，該材料介電常數介於2.8~4.0，介電損耗小於0.005，非常適合設計毫米波頻段封裝天線。FR4則具有成本優勢，且相對製程掌握度高，透過標準PCB印刷電路板製程即可實現之。另外，使用LCP作為核心介質層，將聚四氟乙烯之陶瓷填充物(RO4000系列)基材混合堆疊之HDI封裝模組，已成功應用於60GHz相位陣列天線模組上，藉由不同材料混合堆疊與內部空腔設計改善天線頻寬與效率，以及覆晶(Flip Chip)電性連接效能。

圖一為應用於60GHz HDI-based天線模組堆疊結構示意，包括一個內層基材(Core)及上下兩個黏合膠片(Prepreg)所組成，其上有四個金屬層分別為金屬空腔體、天線、接地層與訊號層。HDI關鍵技術在於利用微盲埋孔製程將連續多層介質層與金屬層構成高密度走線佈排，在盲埋孔實作上需透過雷射成孔實現之。

圖一、HDI-based AiP封裝架構

圖二為第一個使用HDI-based實現60GHz AiP模組之產品外觀，包括兩個開槽耦合貼片形式構成發射端(TX)與接收端(RX)天線。基材則採用Rogers公司生產的RO4003C板材型號，模組另一側則有CMOS晶片與SMD元件等錫球連接腳位。該天線模組也成功滿足WiGig短距離通訊傳輸效能要求。

圖二、60GHz AiP天線模組成品外觀

參考資料

[1] Yueping Zhang, Junfa Mao, “An Overview of the Development of Antenna-in-Package Technology for Highly Integrated Wireless Devices”, PROCEEDINGS OF THE IEEE, Nov. 2019.

[2] Duixian Liu ; Yueping Zhang,“Antenna Integration in Packaging Technology operating from 60 GHz up to 300 GHz (HDI‐based AiP)”, Wiley-IEEE Press, 2020.