部落格

矽品王愉博博士在電子封裝國際論壇中分享系統級封裝SiP在5G mmWave毫米波的應用，詳解全球5G市場趨勢，探討天線封裝(AiP)特性以及如何設計性能良好的AiP封裝。

5G包含Sub-6Ghz和mmWave兩大頻段，具有頻寬更高、連接更廣以及延遲性更低等特性。mmWave主要運用於大頻寬移動訊息(如高清視頻、雲端遊戲)，特定領域(如體育場館、展館等)大頻寬資料傳輸以及專網垂直應用(如智慧汽車與智慧工廠)等。

系統級封裝SiP打破傳統封裝領域的界限，重組產業生態鏈，而5G是系統級封裝SiP迅速發展的主推動力。在Sub-6Ghz頻段，系統級封裝SiP可節省大量空間；在mmWave頻段，系統級封裝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，手機和車用雷達領域，基板尺寸小於30mm×30mm，基板上的線寬和線距小於20μm，可採用天線封裝(AiP)達到縮小尺寸、性能最優化的效果；在高速運算上，AI、機器智慧(MI)和雲端等領域，基板尺寸可達90mm×90mm，更適合運用2.5/3D封裝和扇出型封裝(Fan Out)、BGA封裝及大尺寸的覆晶封裝(Flip Chip)等封裝技術。

天線封裝AiP技術是通過材料與工藝將天線整合在帶有晶片的封裝內，同時通過系統級封裝SiP技術予以實現。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，使天線整合在基板上，尺寸小於2mm，充分發揮天線的性能好、小型化和性價比高等優勢。以智慧手機為例，分析智慧手機用到多個天線封裝AiP模組，其中射頻前端模組(RF FEM)、WiFi 6E、藍牙、電源管理積體電路(PMIC)及AP/BB等都可運用系統級封裝SiP技術，使尺寸縮小30-50%，系統設計更輕薄短小，大幅縮小系統模組的體積，使訊號更穩定，功能更強。天線板主要有兩種設計，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頻寬和增益頻寬，效率更高，被廣泛地應用在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用於感測器和雷達等。影響天線性能的主要因素是基板的材料和厚度、介電常數(DK)和介質損耗(DF)。當使用的基板越厚，天線封裝AiP性能越出色。此外，介電常數是隨著頻率變化的，頻率上升則介電常數值會降的更低，利用低介電常數(DK)可以提高天線性能，同時可以利用低介質損耗(DF)來增加天線效率。

目前全球5G mmWave仍面臨諸多挑戰，例如信號損耗高、應用需求不足等，因此未來5G mmWave對系統級封裝SiP技術的需求將持續擴大，對天線封裝AiP等高頻部分的結構、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。

日月光集團研發於2018年建置5G mmWave高頻天線、射頻元件特性封測的整體量測環境室(Chamber)，提供從模組設計、材料使用、模擬及量測的一元化服務。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力，進一步強化日月光在產業鏈的深度佈局與全面積累，全方位滿足客戶需求，保持全球前瞻性創新發展。