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        制造成本與芯片特性考量,AiP技術將在5G市場逐漸勝出
        2019-5-14 8:10:14 閱讀次數:2262

        在5G mmWave毫米波的發展帶動下,天線封裝(Antennas in Package,AiP)技術逐漸受到關注,該名稱主要由系統級芯片(SoC)、系統級封裝(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,但由于成本與頻段考量,大多只有學術單位采用。


        SiP技術主要借由封裝技術,將以不同材料為基礎的功能元件結合于單一系統中,提升系統性能性并減少能耗;而AiP技術則是由此延伸,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技術于5G通訊市場逐漸勝出


        天線是無線通訊系統的重要元件之一,依不同功能與型態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整并結合,如同AoC與AiP等技術,可縮減天線在系統內部的體積占比。


        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技術為研發方向切入5G通訊市場。


        隨著發展脈絡,AiP技術已逐漸朝向5G毫米波發展方向


        AiP技術的發展歷程聚焦于不同產業發展情形,依時間軸可區分為前、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,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上。


        如今到了AiP發展后期階段(~2019年),5G毫米波發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,并嘗試借由AiP技術發展,站上5G通訊的新浪潮。

         
         

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