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制造成本与芯片特性考量,AiP技术将在5G市场逐渐胜出
2019-5-14 8:10:14 阅读次数:106

在5G mmWave毫米波的发展带动下,天线封装(Antennas in Package,AiP)技术逐渐受到关注,该名称主要由系统级芯片(SoC)、系统级封装(SiP)功能上的差异衍生。


SoC技术是将不同功能的元件整合到单一芯片中,有助于缩小芯片尺寸,但芯片制作需以相同材料与制程进行,因此研发方向逐步朝向后者SiP技术为主要。现阶段芯片与天线应用虽有相对应的天线整合芯片(Antennas on Chip,AoC)技术方案被开发,但由于成本与频段考量,大多只有学术单位采用。


SiP技术主要借由封装技术,将以不同材料为基础的功能元件结合于单一系统中,提升系统性能性并减少能耗;而AiP技术则是由此延伸,尝试将射频前端等元件与天线整并在一起。


制造成本与芯片特性考量,AiP技术于5G通讯市场逐渐胜出


天线是无线通讯系统的重要元件之一,依不同功能与型态可分为分离型天线与集成天线等2类。分离型天线较常见,一般户外所见的天线结构皆属于此类;集成天线则需透过天线与系统整并结合,如同AoC与AiP等技术,可缩减天线在系统内部的体积占比。


虽然AoC技术于缩减天线尺寸上的效能极佳,但需经由半导体材料与制程上的统一,并与其他元件一同结合于单一芯片中,考量制造成本与芯片特性,AoC较适合应用于Terahertz(太赫兹)频段中,因此在频段使用与成本等因素上,现阶段5G毫米波将不考虑使用该技术,目前只有学术机构予以采用。


由于射频元件大多使用GaAs为基底材料、天线多使用LCP(Liquid Crystal Polymer)为材料等,因而较适合应用于SiP技术,使得天线封装AiP技术逐渐胜出。相较于AoC技术,AiP技术较能兼顾成本、性能与体积等特性,让天线与射频元件得以整并为单一封装,因此现阶段各家芯片设计大厂(如Qualcomm)、射频元件商(如Skyworks、Qorvo)及封测代工厂(如日月光、Amkor)等,大多选择以AiP技术为研发方向切入5G通讯市场。


随着发展脉络,AiP技术已逐渐朝向5G毫米波发展方向


AiP技术的发展历程聚焦于不同产业发展情形,依时间轴可区分为前、中、后3期。前期(1990年后期~)AiP的研究主要集中在大学实验室,并以开发2.4GHz频段的蓝牙芯片为主,当时面临的困难是如何实现天线缩小化;中期(~2010年左右)AiP技术的开发,已逐渐转移到IC设计与IDM厂,试图以60GHz毫米波雷达阵列为开发目标,此时已有许多公司投入资源于AiP的新材料与制程技术开发上。


如今到了AiP发展后期阶段(~2019年),5G毫米波发展技术逐渐引领潮流,因而需要更高频段作为彼此的沟通管道,在此同时,AiP技术也逐渐受到射频元件商与封测代工厂重视,皆已投入资源于封装技术研发,并尝试借由AiP技术发展,站上5G通讯的新浪潮。

 
 
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