用LTCC工藝實現(xiàn)的真正工業(yè)意義上的AiP

在5G與后5G的移動世界里，封裝天線（AiP）將會隨處可見。它會如圖1所示鑲嵌在你的手機內，為你提供全新的、非一般的高品質用戶體驗；也會如圖2所示安裝在你駕駛的汽車上，為你的安全、平穩(wěn)與順暢保駕護航；更會如圖3所示用來構造你的手勢雷達及VR/AR/MR等裝置，讓你可以擺脫線的束縛，實現(xiàn)身臨其境、場景融合、超越現(xiàn)實的人生感受。

圖1、三星5G手機中的AiP

圖2、英特爾5G車聯(lián)網(wǎng)中的AiP

圖3、谷歌手勢雷達中的AiP

AiP在手機中的應用將是劃時代的。這一觀點我們可以從手機天線演變與進化中得以佐證。眾所周知，手機天線始于模擬時代的外置式（External），興于數(shù)字時代的內置式（Internal），進階于智能時代的內外兼置式（Integral）。內外兼置式或增加了天線的輔助功能或從結構上成為了手機不可分割的一部分。內外兼置式天線當以蘋果手機的金屬邊框（Metal-frame）天線最為有名。它最初因設計不當，導致了轟動一時的蘋果手機天線門（Antenna gate）事件。該事件迫使智能手機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)，手機天線的設置已進入顛覆式變革的前夜，正朝著集成式（Integrated）AiP方向發(fā)展。圖4是我總結的手機天線演進過程及可能的發(fā)展趨勢。關于此圖我必須強調的一點是，現(xiàn)在與未來集成式與內外兼置式天線將會長期共存于手機。

天線的性能因手機的外觀設計、手機內部空間限制及天線旁邊的結構或基板材質不同，會有很大的差異。標準化的AiP 天線模塊可能很難滿足不同手機廠商的不同需求。蘋果等廠商有望根據(jù)自己手機的設計開發(fā)自有的訂制化 AiP 天線模塊。經(jīng)測算，蘋果的AiP 需求有望在 2 年半后達到數(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^，有望造就一個新的產業(yè)！手機天線因AiP技術得以變革，AiP技術因用于手機而聲名鵲起，相得益彰。

圖4、手機天線演進路線圖

圖5是本世紀初設想的單芯片射頻SoC構造示意圖。芯片封裝的頂部集成有天線輻射體，該天線輻射體的設計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特殊設計的地來同時滿足電隔離與機械可靠性要求。此外，封裝通過焊球還支持射頻芯片使用外接天線，實現(xiàn)分集接收來保證系統(tǒng)性能。圖6是利用LTCC工藝實現(xiàn)的真正工業(yè)意義上的AiP。圖7是當時推廣AiP技術所拍的宣傳照片。

圖5、單芯片射頻SoC構造示意圖 （黑色體代表CMOS芯片）

圖6、用LTCC工藝實現(xiàn)的真正工業(yè)意義上的AiP

圖7、早期推廣AiP技術的宣傳照片

作者簡介

張躍平教授是IEEE Fellow，IEEE天線與傳播學會杰出講師、謝昆諾夫論文獎與克勞斯天線獎雙料得主。
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