ICEP 2021日本規(guī)模最大的電子封裝國際線上會議中，矽品王愉博博士分享系統(tǒng)級封裝SiP在5G mmWave毫米波的應(yīng)用，詳解全球5G市場趨勢，探討天線封裝(AiP)特性以及如何設(shè)計(jì)性能良好的AiP封裝。
5G包含Sub-6Ghz和mmWave兩大頻段，具有帶寬更高、連接更廣以及延遲性更低等特性。其中mmWave主要運(yùn)用于大帶寬移動數(shù)據(jù)(如高清視頻、云游戲)，特定領(lǐng)域(如體育場館、展館等)大帶寬數(shù)據(jù)傳輸以及專網(wǎng)垂直應(yīng)用(如智能汽車與智能工廠)等。
系統(tǒng)級封裝SiP打破傳統(tǒng)封裝領(lǐng)域的界限，重組產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，而5G是系統(tǒng)級封裝SiP迅速發(fā)展的主推動力。在Sub-6Ghz頻段，系統(tǒng)級封裝SiP可節(jié)省大量空間；在mmWave頻段，系統(tǒng)級封裝SiP可整合所有的元件，使傳輸距離變短，減少路徑損耗。王博士指出，在通訊上，手機(jī)和車用雷達(dá)領(lǐng)域，基板尺寸小于30mm×30mm，基板上的線寬和線距小于20μm，可采用天線封裝(AiP)達(dá)到縮小尺寸、性能最優(yōu)化的效果；在高速計(jì)算上，AI、機(jī)器智能(MI)和云端等領(lǐng)域，基板尺寸可達(dá)90mm×90mm，更適合運(yùn)用2.5/3D封裝和扇出型封裝(Fan Out)、BGA封裝及大尺寸的倒裝芯片封裝(Flip Chip)等封裝技術(shù)。
天線封裝AiP
天線封裝AiP技術(shù)是通過材料與工藝將天線集成在帶有芯片的封裝內(nèi)，同時通過系統(tǒng)級封裝SiP技術(shù)予以實(shí)現(xiàn)。天線的大小受波長與頻率的影響，波長越短，頻率越高則天線就越小。天線封裝AiP為5G mmWave提供良好的天線解決方案，使天線集成在基板上，尺寸小于2mm，充分發(fā)揮天線的性能好、小型化和性價比高等優(yōu)勢。王博士以智能手機(jī)為例，分析智能手機(jī)用到多個天線封裝AiP模塊，其中射頻前端模塊(RF FEM)、WiFi 6E、藍(lán)牙、電源管理集成電路(PMIC)及AP/BB等都可運(yùn)用系統(tǒng)級封裝SiP技術(shù)使尺寸縮小30-50%，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更輕薄短小，大幅縮小系統(tǒng)模塊的體積，使訊號更穩(wěn)定，功能更強(qiáng)。天線板主要有兩種設(shè)計(jì)，一種是上下多層貼片天線，一種是單層貼片天線，多層貼片天線具有更好的頻率帶寬和增益帶寬，效率更高，被廣泛地應(yīng)用在5G和無線千兆比特(WiGig)的天線封裝AiP，而單層貼片天線主要應(yīng)用于傳感器和雷達(dá)等。影響天線性能的主要因素是基板的材料和厚度、介電常數(shù)(DK)和介質(zhì)損耗(DF)。當(dāng)使用的基板越厚，天線封裝AiP性能越出色。此外，介電常數(shù)是隨著頻率變化的，頻率上升則介電常數(shù)值會降的更低，利用低介電常數(shù)(DK)可以提高天線性能，同時可以利用低介質(zhì)損耗(DF)來增加天線效率。
日月光毫米波天線量測實(shí)驗(yàn)室
目前全球5G mmWave仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如信號損耗高、應(yīng)用需求不足等，因此未來5G mmWave對系統(tǒng)級封裝SiP技術(shù)的需求將持續(xù)擴(kuò)大，對天線封裝AiP等高頻部分的結(jié)構(gòu)、材料、電性能和散熱等要求不斷提高，同時成本也將逐步降低。日月光集團(tuán)研發(fā)于2018年建置5G mmWave高頻天線、射頻元件特性封測的整體量測環(huán)境室(Chamber)，提供從模塊設(shè)計(jì)、材料使用、模擬及量測的一元化服務(wù)。同時整合旗下不同工廠在基板、材料、封裝與測試等方面的實(shí)力，進(jìn)一步強(qiáng)化日月光在產(chǎn)業(yè)鏈的深度布局與全面積累，全方位滿足客戶需求，保持全球前瞻性創(chuàng)新發(fā)展。
關(guān)于ICEP
ICEP是日本規(guī)模最大的電子封裝國際會議，自2001年成立以來，每年舉辦35場技術(shù)論壇，吸引來自全球約400名參會者。ICEP由JIEP、IEEE EPS日本分會和iMAPS聯(lián)合舉辦，技術(shù)論壇涵蓋先進(jìn)封裝、設(shè)計(jì)、建模與可靠性、新興技術(shù)、無線與組件、材料與工藝、光電、電力電子集成及熱管理等，在日本享有盛譽(yù)。
