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專欄文章

【十分鐘看懂】5G AiP:毫米波天線封裝技術

2020-05-29 伍吉嘉

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5G毫米波天線與晶片集總化封裝可減少電性連接傳輸損耗,隨著高通於2018年發佈全球首款手機端毫米波天線模組,天線封裝(AiP)技術發展持續受到關注,於此,相關技術成熟度將為毫米波通訊市場帶來商機。

 

隨著5G時代來臨,帶動全球5G通訊產業發展,現今通訊產品功能日益強大,內部電子元件與模組需求增多,特別在5G手機通訊模組將包括Sub-6GHzmmWave頻段,同時需跨網支援4G功能等。因此,在高度模組化與產品內部空間不足限制下,系統整合晶片(SoC)與系統構裝(SiP)等先進技術陸續被晶片廠採用,乃至於5G毫米波頻段天線封裝(AiP)與天線整合晶片(AoC)技術相繼導入。毫米波頻段其波長尺度在1-10mm量級,天線亦具相同尺度大小,為減少天線與主動元件連接之傳輸損耗,毫米波天線有必要繼承既有SiP技術實現天線與晶片模組整合封裝,國內晶片廠、半導體製造商與封測廠已積極投入研發。然而天線整合晶片(AoC)為將天線與主被動元件整合設計於單一晶片,在成本與效能考量下,以偏向Terahertz(THz)應用居多。因此,目前AiP仍為5G毫米波應用首選封裝技術。

 

圖一所示為AiP封裝與傳統分離式天線架構比較,AiP相較於分離式天線配置具有電路佈排面積小之優勢。另外,天線到RF端口傳輸路徑短,減少訊號傳輸損耗,有助於提升發射端效能與改善接收端雜訊指數,並能有效降低組裝成本與加速產品上市時間。

圖一、AiP封裝 與分離式天線構型示意

圖一、AiP封裝與分離式天線構型示意

 

常見AiP封裝技術可分為低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)、嵌入式晶圓級球柵陣列(Embedded Wafer Level Ball Grid Array, eWLB)及高密度互連(High-density Interconnect, HDI)三種方式,並依照電性、熱機械可靠度與成本等因素選擇合適的封裝方案。表1為三種封裝技術之材料特性與製程參數比較表,其中eWLB有較高密度內部互連佈排,但卻有較高的材質損耗。LTCC有最低的內部互連密度與材質損耗,且製程供應商也較多,但LTCC整體封裝成本相對偏高。相形之下,目前HDI封裝技術不論在成本與整體效能仍為普遍的AiP封裝技術方案。

表一 、三種AiP封裝技術特性比較表

表一 、三種AiP封裝技術特性比較表

 

 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] “Challenges Grow For 5G Packages And Modules”, Semiconductor Engineering. Jul. 2019.

Ü本文網址:https://www.5g-jump.org.tw/zh-tw/report/content/369



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