5G毫米波(mmWave)高頻段成為2020年半導體供應鏈重點發展策略,熟悉半導體業者表示,5G應用將滲透至手機以及各類IoT終端裝置,毫米波天線(Antenna)模塊封測需求未來將大量竄出。
而因應5G無線通訊技術將導入需異質整合的射頻前端模塊、更復雜的重新設計,又必須符合消費電子產品輕薄短小的產品趨勢,在系統級封裝(SiP)基礎上的天線封裝(Antenna in Package;AiP)與測試成為全球先進封測業者重心之一。
供應鏈傳出,專業封測代工(OSAT)龍頭日月光投控旗下日月光半導體進度相對較快,預計2019年下半,5G毫米波天線封裝將進入量產階段。
熟悉半導體封測業者透露,在2018年下半,日月光高雄廠已經砸下重金建構兩座專門針對5G時代mmWave高頻天線、射頻元件特性封測的整體量測環境(Chamber),追求的就是從最初的模塊設計、材料使用、進一步到模擬、量測的一條龍模式。Chamber為微波暗室,主要在特殊房間中布滿吸波材料(吸收電磁波),打造純凈環境,用以量測5G毫米波天線的精準度,據了解,隨著頻率越高,打造微波暗室的金額越昂貴,估計一座Chamber造價約新臺幣數億元以上。
熟悉日月光半導體人士指出,估計最快2019年下半,5G mmWave AiP封裝就可以進入量產階段,鎖定國際一線客戶。
業者表示,目前半導體封裝趨勢來看,各類SiP的系統模塊也會持續整合成更大的系統級封裝,將天線模塊直接與RF前端模塊一同做在同一個封裝上,將成為5G世代主流。一線芯片業者也將思索各種可能的生意模式,如天線模塊、RF前端模塊個別銷售、或是提供系統廠商整合型解決方案等。
但是值得注意的是,毫米波的高頻率、短波長特性,以及天線尺寸的微縮,都使得天線要與RF元件一同進行系統級封裝時,甚至是多一顆金屬或少一顆金屬都會影響其效能,多顆天線封裝時,也會有越嚴重的耦合效應,訊號耗損與不連續性也越大。另外,包括散熱、應用力學領域,也成為必須考慮的因素。
由于5G天線設計、RF模塊異質集成的復雜程度,在測試上,勢必須要更精密的量測系統與模擬工具的輔助,在研發階段就需要進行精準的數值估算,這也成為如Keysight等量測儀器業者、ANSYS等模擬工具軟件業者迎接5G商機的利基所在。
熟悉日月光半導體業者透露,天線封裝分為傳統與新型態。初期的天線為了避免訊號干擾,一般會與其他主動元件、金屬保持一定的距離,不過,隨著半導體制程進步,天線與其他訊號處理元件的距離也越來越短,這也成為制程上一大挑戰。
新型態的5G毫米波天線封測,日月光半導體則走向兩大方向,其一為縮距場(Compact Range)天線量測 ,另一則為360度球面遠場天線架構量測等。
而日月光發展的另一優勢包括集團的整合戰力,包括基板、材料、封測、量測,日月光集團事實上是把可以委外量測的業務掌握在手,對于研發的投資力道相當強勁,在系統級封裝基礎上,日月光已經拿下國際大廠RF模塊SiP大單,更擴展到AiP領域,相關研發、量產等持續進行中。
熟悉半導體業者則指出,由于5G大規模多重輸入輸出(Massive MIMO)特性,天線數量勢必大增,不過,考量到新款消費電子產品輕薄短小的設計趨勢,如何與RF元件異質整合成為封裝廠最大挑戰之一。
以目前半導體業者的進度來看,高通(Qualcomm)在mmWave領域跑得最快,封測業者則以日月光半導體相對領先。
另外,跨足先進封裝的臺積電在從晶圓級工藝延伸的InFO_AiP,也備受業界關注,不過,考量到晶圓級扇出型封裝(FOWLP)的成本較高,未來如何達到性價比的平衡點也是關鍵之一。
日月光投控、臺積電、高通等業者發言體系,并不對供應鏈說法與產品進程做出公開評論。
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原文標題:日月光5G毫米波天線封裝量產倒計時
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