美国押的是毫米波,SoC技术是将不同功能的元件整合到单一芯片中

作者:威尼斯人游戏

半导体封测大厂日月光半导体深耕5G天线封装,产业人士指出,支援5G毫米波频谱、采用扇出型封装制程的天线封装(AiP)产品,预估明年量产。市场一般预期明年5G智慧型手机可望明显放量,从频谱规格来看,5G智慧型手机将以支援Sub-6GHz频段为主,毫米波(mmWave)频段为辅。手机天线是手机上用于发送接收讯号的零组件。法人报告指出,5G时代来临,终端单机天线数量将快速增加,同时天线材料和封装方式也将升级。产业人士透露,日月光半导体深耕5G天线封装技术,去年10月在高雄成立的天线实验室,今年持续运作,预估支援毫米波频谱、采用扇出型(Fan-out)封装制程的天线封装(AiP)产品,规划2020年量产。产业人士指出,日月光在整合天线封装产品,大部分采用基板封装制程,供应美系无线通讯晶片大厂,另外扇出型封装制程,供应美系和中国大陆晶片厂商。这名人士表示,去年10月日月光针对5G世代毫米波高频天线、射频元件封测特性,打造整体量测环境(Chamber),用在量测5G毫米波天线的精准度。观察手机天线市场,法人报告指出,中国的信维通信、硕贝德和立讯精密,合计市占率约50%,另外美国安费诺(Amphenol)占比约14%,日本村田制作所(Murata)占比约12%。市场预估明年苹果新款iPhone可望支援5G通讯,分析师报告预期明年下半年新款iPhone支援5G天线材料所需液晶聚合物LCP(Liquid crystal polymer)用量将增加,因此预期苹果需要更多LCP供应商,降低供应风险。关注“新海外” 海外资讯一手掌握声明:本页面内容,旨在为满足广大用户的信息需求而免费提供,并非广告服务性信息。页面所载内容,仅供用户参考和借鉴。

在5G mmWave毫米波的发展带动下,天线封装(Antennas in Package,AiP)技术逐渐受到关注,该名称主要由系统级芯片、系统级封装功能上的差异衍生。

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SoC技术是将不同功能的元件整合到单一芯片中,有助于缩小芯片尺寸,但芯片制作需以相同材料与制程进行,因此研发方向逐步朝向后者SiP技术为主要。现阶段芯片与天线应用虽有相对应的天线整合芯片(Antennas on Chip,AoC)技术方案被开发,但由于成本与频段考量,大多只有学术单位采用。

大家都知道5G目前是中国的华为最牛,但是最近任正非说出了一个事实,他表示,美国5G上判断失误才导致落后,不是美国真正输给华为,而是选择时押错宝了,华为押的是厘米波,美国押的是毫米波。这也难怪任总不断的提醒自己人,和美国的竞争一直存在,华为可能立刻死掉,大家试想一下未来的5G如果选择的毫米波那么华为的困难将是巨大,可能是灾难,而且目前也不能掉以轻心,必须加大力度发展毫米波,因为这也是未来的方向,今天我们也结合这个方向发掘下相关机会。

SiP技术主要借由封装技术,将以不同材料为基础的功能元件结合于单一系统中,提升系统性能性并减少能耗;而AiP技术则是由此延伸,尝试将射频前端等元件与天线整并在一起。

毫米波是未来通信的大方向

制造成本与芯片特性考量,AiP技术于5G通讯市场逐渐胜出

任正非则说过6G的毫米波发射范围太短,因此构建一个6G网很困难,而且是十年以后的事了,但是这也是说出了未来的方向。

天线是无线通讯系统的重要元件之一,依不同功能与型态可分为分离型天线与集成天线等2类。分离型天线较常见,一般户外所见的天线结构皆属于此类;集成天线则需透过天线与系统整并结合,如同AoC与AiP等技术,可缩减天线在系统内部的体积占比。

从带宽来看,6GHz频段以下的LTE最大可用带宽仅为100MHz,这意味着数据速率最高只能满足1Gbps的下行,但毫米波频段移动应用最大带宽达到了400MHz,传输速度达到10Gbps甚至更多。

虽然AoC技术于缩减天线尺寸上的效能极佳,但需经由半导体材料与制程上的统一,并与其他元件一同结合于单一芯片中,考量制造成本与芯片特性,AoC较适合应用于Terahertz频段中,因此在频段使用与成本等因素上,现阶段5G毫米波将不考虑使用该技术,目前只有学术机构予以采用。

其次,从频谱资源看,毫米波频段更为丰富。前期通信领域的快速发展,使得30GHz内的频谱资源几乎快消耗殆尽,几乎全球运营商都正在面临频谱资源短缺问题,LTE与5G的冲突愈发明显。

由于射频元件大多使用GaAs为基底材料、天线多使用LCP(Liquid Crystal Polymer)为材料等,因而较适合应用于SiP技术,使得天线封装AiP技术逐渐胜出。相较于AoC技术,AiP技术较能兼顾成本、性能与体积等特性,让天线与射频元件得以整并为单一封装,因此现阶段各家芯片设计大厂(如Qualcomm)、射频元件商(如Skyworks、Qorvo)及封测代工厂(如日月光、Amkor)等,大多选择以AiP技术为研发方向切入5G通讯市场。

最重要的就是,毫米波技术是未来卫星通信的一个重点,以空联网为例,其利用中低轨卫星网实现全球无死角高速覆盖,正在成为继物联网之后的一个新的研究热点,欧美等发达国家已经开始规划和部署高速空联网。未来为了支撑如此高的吞吐率和吉比特每秒量级的数据传输,大带宽的毫米波通信技术成为首选,而且这方面特斯拉已经开始实施了,联想最近市场的特斯拉汽车概念的炒作,未来这块个概念的空间还是有的。

随着发展脉络,AiP技术已逐渐朝向5G毫米波发展方向

苹果加码毫米波

AiP技术的发展历程聚焦于不同产业发展情形,依时间轴可区分为前、中、后3期。前期AiP的研究主要集中在大学实验室,并以开发2.4GHz频段的蓝牙芯片为主,当时面临的困难是如何实现天线缩小化;中期AiP技术的开发,已逐渐转移到IC设计与IDM厂,试图以60GHz毫米波雷达阵列为开发目标,此时已有许多公司投入资源于AiP的新材料与制程技术开发上。

3日有消息称,台积电拿到了苹果5G天线封装订单,而且专门针对5G毫米波系统集成,这目前是最准确的苹果上毫米波的证据。

如今到了AiP发展后期阶段,5G毫米波发展技术逐渐引领潮流,因而需要更高频段作为彼此的沟通管道,在此同时,AiP技术也逐渐受到射频元件商与封测代工厂重视,皆已投入资源于封装技术研发,并尝试借由AiP技术发展,站上5G通讯的新浪潮。

另外,最近美国专利商标局公布了一项苹果关于使用多个毫米波天线的Apple Watch 5G通信专利,该专利申请指出,毫米波电路可以使用毫米波与外部设备执行双向通信。

文丨拓墣产业研究院 王尊民

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和而泰

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子公司铖昌科技掌握微波毫米波核心技术,在微波毫米波射频T/R芯片方面拥有自主设计、研发等核心竞争力,在该领域除极少数国防重点院所之外唯一掌握该项技术的民营企业,也是唯一在相关领域承担重大国家专项研发的民营高新技术企业。铖昌科技是目前国内唯一有能力规模量产模拟相控阵雷达T/R芯片组件的民营企业,且公司是唯一能够量产第二代相控阵芯片的国内公司。

铖昌依托自身在IC领域的核心技术能力,攻克了模拟相控阵雷达T/R芯片组件核心技术问题,有效解决了模拟相控阵雷达T/R 芯片组件小型化和高成本问题,使有源相控阵雷达在我国大规模推广应用成为现实,铖昌科技的创始人郁教授是铖昌科技的首席科学家,多个国家重大专项和电子领域专家组组长。

铖昌科技的主要T/R组件包括GaAs功率放大器芯片、GaAs低噪声放大器芯片、GaAs多功能芯片、CMOS多功能芯片、数控移相器芯片、数控衰减器芯片以及GaN宽带大功率芯片等。公司TR组件已经批量应用于军用相控阵雷达相关型号的装备上。

环旭电子

封装天线是针对毫米波应用的主流方案,今年三星S105G版本已经搭载高通的AiP组件,明年苹果5G手机将大概率搭载面向毫米波的AiP。目前单颗AiP价格在20美金的水平,单机将搭载2-3颗AiP,虽然未来规模效应将显著降低成本,但结合市场需求量,AiP新增市场将成为毫米波商用条线的投资亮点。

AiP产品包括射频芯片以及被动元 器件,并通过SiP技术进行封装,预期该环节的成本占比接近30-40%。 环旭电子作为SiP龙头企业,将受益于AiP商用。

华正新材

毫米波决定覆铜板基材必须是高频覆铜板才能满足频段要求,毫米波需要更多的宏基站,进而加大高频高速覆铜板的需求;MassiveMIMO技术的引入,意味着天线振子、馈电网络系统将使用更多的高频覆铜板。其中侧天线单元数量将达到32/64/128/256根或更多,将刺激高频覆铜板需求加速释放。

华为目前已经拜托对美国供应商的依赖,主动削减从Rogers购买高频材料,给予华正新材、中英科技等能够生产对标Rogers的厂商国产替代的空间。

金发科技

毫米波频段内介电常数低、损耗小,在110GHz的全部射频范围能保持恒定的介电常数,LCP在5G高频时代有望取代聚酰亚胺成为天线主流基材,目前全球LCP产能7.6万吨/年,80%集中在美日两国,公司现有3000吨LCP产能,已进入国内主要客户供应链,在建3000吨LCP材料预计2020年8月投产。

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