天线封装方法已经发生了重大变化，以应对 5G 毫米波和预期的 6G 网络等高频通信中不断加剧的信号衰减。以前，天线位于 PCB 上；现在，人们开始转向将天线直接集成到与射频芯片相同的封装上。这种先进的封装技术被称为封装天线 (AiP)，它利用毫米波应用的短波长，允许创建无缝嵌入半导体封装中的非常紧凑的天线。与组装在 PCB 上的传统分立天线不同，AiP 将天线与收发器集成在单个芯片上，具有诸如提高天线性能和大幅减少封装占用空间等优势。
虽然 6G 研究正在取得进展，但 5G 毫米波市场仍处于早期阶段，等待各种应用和用户生态系统的广泛采用。 AiP 技术的进步与 5G 毫米波和未来 6G 市场的增长密切相关。由于 AiP 预计将成为所有基于 5G 毫米波的基站和智能手机等支持 5G 的设备的组成部分，因此其持续开发至关重要。
在高频通信设备 AiP 技术的开发中，成本效益至关重要，目标是将 1x1 AiP 模块的目标价格定为 2 美元/模块，以实现广泛采用。实现可负担性需要克服“先有鸡还是先有蛋”的难题，即采用必须先通过规模经济降低成本。利用具有成本效益的封装材料和工艺并确保小型化至关重要，尤其是对于集成到智能手机等消费设备中。高性能至关重要，这需要制造和集成高增益、宽带毫米波天线阵列，同时解决电磁兼容性 (EMC) 问题并优化信号完整性 (SI) 和电源完整性。通过高效散热确保可靠性，而可扩展性使模块能够满足不同的应用需求。IDTechEx的报告《2024-2034 年 5G 和 6G 封装天线 (AiP)：技术、趋势、市场》深入探讨了天线元件选择、基板技术、无源器件集成和供应链成熟度等关键考虑因素。本文将重点讨论基板技术的选择，因为它是所有上述要求的关键影响因素。
在确定适合 AiP 的基板技术时，必须考虑各种因素。这些因素包括核心材料的选择，例如热膨胀系数 (CTE)、杨氏模量、吸湿性和热导率。所选基板的制造能力（包括通孔尺寸、金属层数和线/空间特征）也至关重要。此外，天线层的 Dk 和 Df、凸块技术、嵌入技术等都发挥着重要作用。例如，较低的插入损耗与减少布线中的金属层数量相关，需要缩小微孔（盲孔）的尺寸。此外，功率放大器 IC 的高电流密度要求封装基板上有大量通孔或镀通孔，这强调了精确尺寸对于支持 I/O 密度和 SI 的重要性。有效的功率传输需要在 < 20 µm 间距下具有特定的纵横比，这突出了基板设计的复杂性。AiP 基板材料要求会显著影响天线性能。较低的介电常数 (Dk) 可加宽带宽并提高增益，而较高的 Dk 则可以减小 AiP 尺寸。低介电损耗 (Df) 有助于提高效率。高杨氏模量可确保刚度并减少翘曲，而低 CTE 芯体则与硅更匹配。零吸湿性对于稳定性至关重要。低损耗互连需要光滑的表面粗糙度。无源元件集成需要更厚的金属化、低介电损耗和金属层的灵活性。
目前，AiP 技术正在考虑四种基板候选方案：基于低损耗材料的高密度互连 (HDI)、低温共烧陶瓷 (LTCC)、高密度扇出和玻璃基板技术。在这些选项中，HDI 是目前 AiP 的主流技术。另一方面，LTCC 技术主要应用于高频通信领域，尤其是在国防和航空航天工业中，这些领域的成本考虑较少。
回到最初的问题——哪种基板技术决定 5G 和 6G AiP？ IDTechEx 预计，在可预见的未来，HDI 将在基础设施和消费设备领域保持领先地位。这归因于其供应链的成熟度及其作为主要驱动力的成本效益。尽管如此，这并没有削弱无机基材的潜在作用。 IDTechEx 预计 AiP 的 LTCC 和玻璃市场将持续增长，特别是随着 5G 毫米波市场的不断扩大。至于消费设备，尽管 HDI 目前占据主导地位，但支持毫米波的设备的出现预计将推动 AiP 扇出技术的采用。扇出技术在封装小型化和性能方面具有优势，规模经济证明了较高的成本是合理的。
IDTechEx 报告《2024-2034 年 5G 和 6G 封装天线 (AiP)：技术、趋势、市场》深入探讨了针对 5G mmWave 和新兴 6G 网络量身定制的 AiP 技术。报告分析了基板技术，包括有机、LTCC 和玻璃，以及倒装芯片和扇出等封装方法，从材料特性到制造可行性。该报告探讨了 100 GHz 以上的天线集成，提供了案例研究并解决了普遍存在的挑战，预测了由先进半导体封装解决方案驱动的未来。
报告的主要内容包括：
5G毫米波发展概述和6G路线图：
探讨5G毫米波发展现状、技术创新路线、关键应用和市场前景。
了解 6G 的前景，包括潜在频谱、支持太赫兹通信技术、关键研究和行业活动、路线图、技术目标和应用。
深入探讨 5G 毫米波相控阵天线支持的波束成形技术：
比较 5G sub-6 与 mmWave 的波束成形技术。
检查相控阵技术，包括天线、半导体和封装集成组件、技术要求、趋势和设计注意事项。
5G 毫米波天线集成技术：
讨论相控阵的天线基板技术、基准测试、材料要求和封装。
探索 5G 毫米波的各种天线封装技术，包括 PCB 天线和 AiP，按封装技术分类：倒装芯片与扇出。此外，讨论基板材料选择，例如 LTCC、低损耗有机基和玻璃，涵盖生产挑战、材料选择和基准、主要参与者的解决方案/案例研究以及每种封装技术的基板设计注意事项。
100 GHz 以上应用的天线集成技术：
解决 6G 收发器开发中的挑战，重点关注功率要求、天线增益和相控阵需求。
讨论 100 GHz 以上应用的各种潜在封装技术，包括热管理选项和天线基板的低损耗材料选择。包括展示 D 频段 (110-170 GHz) 相控阵技术的案例研究。
10 年精细市场预测：
5G基础设施
2023-2034 年 5G 毫米波基站预测
天线元件预测（基础设施）
2023 年至 2034 年 5G 毫米波基础设施出货量预测 AiP
2024-2034 年按封装技术划分的毫米波 5G 基础设施 AiP 出货量预测
2023 年至 2034 年 5G 基础设施毫米波天线基板预测（平方米）
2023 年至 2034 年 5G 基础设施用毫米波天线基板材料类型预测
5G消费设备：智能手机和CPE
2023-2034 年毫米波兼容智能手机中 AiP 模块出货量预测
2023-2034 年毫米波兼容智能手机中 AiP 模块出货量（按封装技术划分）
2023-2034 年按封装技术划分的毫米波智能手机天线面积基板
2023-2034年5G毫米波CPE出货量预测
2023-2034年按封装技术划分的5G CPE毫米波AiP模块出货量预测
2023 年至 2034 年 5G CPE mmWave AiP 基板面积按封装技术预测。
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