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制造成本與芯片特性考量,AiP技術(shù)將在5G市場(chǎng)逐漸勝出
2019-5-14 8:10:14 閱讀次數(shù):2394

在5G mmWave毫米波的發(fā)展帶動(dòng)下,天線封裝(Antennas in Package,AiP)技術(shù)逐漸受到關(guān)注,該名稱主要由系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)、系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)功能上的差異衍生。


SoC技術(shù)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(jìn)行,因此研發(fā)方向逐步朝向后者SiP技術(shù)為主要。現(xiàn)階段芯片與天線應(yīng)用雖有相對(duì)應(yīng)的天線整合芯片(Antennas on Chip,AoC)技術(shù)方案被開(kāi)發(fā),但由于成本與頻段考量,大多只有學(xué)術(shù)單位采用。


SiP技術(shù)主要借由封裝技術(shù),將以不同材料為基礎(chǔ)的功能元件結(jié)合于單一系統(tǒng)中,提升系統(tǒng)性能性并減少能耗;而AiP技術(shù)則是由此延伸,嘗試將射頻前端等元件與天線整并在一起。


制造成本與芯片特性考量,AiP技術(shù)于5G通訊市場(chǎng)逐漸勝出


天線是無(wú)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(jiàn),一般戶外所見(jiàn)的天線結(jié)構(gòu)皆屬于此類;集成天線則需透過(guò)天線與系統(tǒng)整并結(jié)合,如同AoC與AiP等技術(shù),可縮減天線在系統(tǒng)內(nèi)部的體積占比。


雖然AoC技術(shù)于縮減天線尺寸上的效能極佳,但需經(jīng)由半導(dǎo)體材料與制程上的統(tǒng)一,并與其他元件一同結(jié)合于單一芯片中,考量制造成本與芯片特性,AoC較適合應(yīng)用于Terahertz(太赫茲)頻段中,因此在頻段使用與成本等因素上,現(xiàn)階段5G毫米波將不考慮使用該技術(shù),目前只有學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)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(yīng)用于SiP技術(shù),使得天線封裝AiP技術(shù)逐漸勝出。相較于AoC技術(shù),AiP技術(shù)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(xiàn)階段各家芯片設(shè)計(jì)大廠(如Qualcomm)、射頻元件商(如Skyworks、Qorvo)及封測(cè)代工廠(如日月光、Amkor)等,大多選擇以AiP技術(shù)為研發(fā)方向切入5G通訊市場(chǎng)。


隨著發(fā)展脈絡(luò),AiP技術(shù)已逐漸朝向5G毫米波發(fā)展方向


AiP技術(shù)的發(fā)展歷程聚焦于不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展情形,依時(shí)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(xué)實(shí)驗(yàn)室,并以開(kāi)發(fā)2.4GHz頻段的藍(lán)牙芯片為主,當(dāng)時(shí)面臨的困難是如何實(shí)現(xiàn)天線縮小化;中期(~2010年左右)AiP技術(shù)的開(kāi)發(fā),已逐漸轉(zhuǎn)移到IC設(shè)計(jì)與IDM廠,試圖以60GHz毫米波雷達(dá)陣列為開(kāi)發(fā)目標(biāo),此時(shí)已有許多公司投入資源于AiP的新材料與制程技術(shù)開(kāi)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(shù)逐漸引領(lǐng)潮流,因而需要更高頻段作為彼此的溝通管道,在此同時(shí),AiP技術(shù)也逐漸受到射頻元件商與封測(cè)代工廠重視,皆已投入資源于封裝技術(shù)研發(fā),并嘗試借由AiP技術(shù)發(fā)展,站上5G通訊的新浪潮。

 
 

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