用LTCC工藝實(shí)現(xiàn)的真正工業(yè)意義上的AiP

在5G與后5G的移動(dòng)世界里，封裝天線（AiP）將會(huì)隨處可見(jiàn)。它會(huì)如圖1所示鑲嵌在你的手機(jī)內(nèi)，為你提供全新的、非一般的高品質(zhì)用戶體驗(yàn)；也會(huì)如圖2所示安裝在你駕駛的汽車上，為你的安全、平穩(wěn)與順暢保駕護(hù)航；更會(huì)如圖3所示用來(lái)構(gòu)造你的手勢(shì)雷達(dá)及VR/AR/MR等裝置，讓你可以擺脫線的束縛，實(shí)現(xiàn)身臨其境、場(chǎng)景融合、超越現(xiàn)實(shí)的人生感受。

圖1、三星5G手機(jī)中的AiP

圖2、英特爾5G車聯(lián)網(wǎng)中的AiP

圖3、谷歌手勢(shì)雷達(dá)中的AiP

AiP在手機(jī)中的應(yīng)用將是劃時(shí)代的。這一觀點(diǎn)我們可以從手機(jī)天線演變與進(jìn)化中得以佐證。眾所周知，手機(jī)天線始于模擬時(shí)代的外置式（External），興于數(shù)字時(shí)代的內(nèi)置式（Internal），進(jìn)階于智能時(shí)代的內(nèi)外兼置式（Integral）。內(nèi)外兼置式或增加了天線的輔助功能或從結(jié)構(gòu)上成為了手機(jī)不可分割的一部分。內(nèi)外兼置式天線當(dāng)以蘋果手機(jī)的金屬邊框（Metal-frame）天線最為有名。它最初因設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致了轟動(dòng)一時(shí)的蘋果手機(jī)天線門（Antenna gate）事件。該事件迫使智能手機(jī)的締造者偉大的史蒂夫·喬布斯先生（Steve Jobs）出面解釋，蘋果公司做出賠償而告一段落。目前，因5G毫米波的出現(xiàn)，手機(jī)天線的設(shè)置已進(jìn)入顛覆式變革的前夜，正朝著集成式（Integrated）AiP方向發(fā)展。圖4是我總結(jié)的手機(jī)天線演進(jìn)過(guò)程及可能的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)于此圖我必須強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，現(xiàn)在與未來(lái)集成式與內(nèi)外兼置式天線將會(huì)長(zhǎng)期共存于手機(jī)。

天線的性能因手機(jī)的外觀設(shè)計(jì)、手機(jī)內(nèi)部空間限制及天線旁邊的結(jié)構(gòu)或基板材質(zhì)不同，會(huì)有很大的差異。標(biāo)準(zhǔn)化的AiP 天線模塊可能很難滿足不同手機(jī)廠商的不同需求。蘋果等廠商有望根據(jù)自己手機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)自有的訂制化 AiP 天線模塊。經(jīng)測(cè)算，蘋果的AiP 需求有望在 2 年半后達(dá)到數(shù)十億美元。如果再加上華為、三星、小米、vivo與OPPO，AiP 的需求將非?？捎^，有望造就一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)！手機(jī)天線因AiP技術(shù)得以變革，AiP技術(shù)因用于手機(jī)而聲名鵲起，相得益彰。

圖4、手機(jī)天線演進(jìn)路線圖

圖5是本世紀(jì)初設(shè)想的單芯片射頻SoC構(gòu)造示意圖。芯片封裝的頂部集成有天線輻射體，該天線輻射體的設(shè)計(jì)巧妙之處在于它支持差分或單端口工作在同一射頻頻段的SoC。封裝內(nèi)部階梯式腔體可以容納較大的SoC及鍵合線互連。封裝與天線共享一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的地來(lái)同時(shí)滿足電隔離與機(jī)械可靠性要求。此外，封裝通過(guò)焊球還支持射頻芯片使用外接天線，實(shí)現(xiàn)分集接收來(lái)保證系統(tǒng)性能。圖6是利用LTCC工藝實(shí)現(xiàn)的真正工業(yè)意義上的AiP。圖7是當(dāng)時(shí)推廣AiP技術(shù)所拍的宣傳照片。

圖5、單芯片射頻SoC構(gòu)造示意圖 （黑色體代表CMOS芯片）

圖6、用LTCC工藝實(shí)現(xiàn)的真正工業(yè)意義上的AiP

圖7、早期推廣AiP技術(shù)的宣傳照片

作者簡(jiǎn)介

張躍平教授是IEEE Fellow，IEEE天線與傳播學(xué)會(huì)杰出講師、謝昆諾夫論文獎(jiǎng)與克勞斯天線獎(jiǎng)雙料得主。
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