技術名稱 5G/B5G大型毫米波陣列天線封裝技術
計畫單位 國立臺灣科技大學
計畫主持人 林丁丙
技術簡介
射頻技術應用毫米波頻段為產業新趨勢,重要者包括第五代行動通訊、低軌道衛星、汽車自動駕駛與防撞雷達、醫療/保全影像等,確立毫米波產業來臨,其衍生產值估測達數兆美元之鉅。毫米波頻段特性為其電子波長相當短小,致使各射頻元件需在狹小空間實現。元件製造的材料具高損耗性、物理尺寸誤差高過於電子尺寸容忍,成為不可忽略的因素,甚至大幅影響元件的特性,造成系統功能的落差。為求高度能量效益,傳統射頻元件因其能量閉鎖特性之故,得以借重晶片製程來實現,而天線需要輻射能量,素來以獨立發展為主。
毫米波頻段之天線技術面臨兩衝突窘境,其單元電子尺寸受電子波長之故而呈微小體積有利晶片級製程為之。然毫米波空氣中的傳播損耗令射頻系統需使用大型陣列天線來提供足夠天線增益,產生大面積的需求,此面積需求在基地站天線系統更為殷切。實現時,射頻主動元件需與天線緊密整合來減少能量在系統電路的損耗。是故,陣列天線模組化 (Antenna in Module,AiM)與封裝化(Antenna in Package,AiP)成解決毫米波陣列天線的核心技術,實現大型陣列天線封裝為毫米波系統成功之鑰。
本天線封裝技術尤針對5G應用發展大型陣列AiP/AiM,該AiP/AiM模組整合主動射頻元件而成一獨立射頻子系統,具備波束成形功能。應用場域包括手持裝置與前傳網路用戶終端設備等,此類設備之天線設計傳統實現於機殼內,各天線單獨建構、輔以傳輸線來與介電基板上的主動射頻元件整合而成子系統,此傳統技術高度敏感於毫米波製程的落差而失能。此AiP/AiM技術善用傳統系統封裝(System in Package,SiP)多層介電基板架構,以層次所產生的二維空間來建構天線與被動波束成形電路,植以系統封裝技術將主動射頻元件整合至此基板中,將整體系統封裝(SiP)而成一晶片結構。源於封裝的隔離設計,使得AiP特性可以適當保持,進而善用晶片製程穩定度來達到量產目的。
此AiP/AiM技術將成為毫米波天線主流,其系統獨立整合性擴張應用廣度,可使以5G/B5G為基礎的IoT、或無線感測網路簡化系統建置,如整合車用通訊於5G系統、或未來自動汽車駕駛的感測網路均能快速建置。其逐步擴大陣列天線單元數,使得CPE、乃至於基地站天線系統模組化來降低生產成本成為可能,此大型天線隨著頻率再次推升,在SiP模組面積下可以實現更大的天線陣列。
科學突破性
本技術善用系統封裝製程的三維多層介電基板架構實現主動陣列天線模組,此AiP有效建構5G等毫米波產品基站及UE設備通訊連結,已發展出4x4+4x2及6x6陣列天線架構,適用於28與39GHz頻段,頻寬超過6GHz。天線增益在UE前視與側視端達15與8dBi,而在CPE端達18.8及21.96dBi。
產業應用性
毫米波技術應用於5G、低軌道衛星通訊、汽車防撞雷達、無線感測器等均需要高效率、低成本天線系統,本AiP形成模組化的單元,隨著應用頻率與使用距離,他可獨自建構完整的通訊、雷達系統(如汽車防撞雷達);亦可以成為遠距通訊大型陣列天線系統的組織模組單元,以模組化堆疊來簡化製程的複雜度,有利量產與降低成本。
關鍵字 第五代行動通訊 低軌道衛星通訊 汽車防撞雷達 消費者終端設備 毫米波頻率 陣列天線 陣列天線封裝 陣列天線模組 射頻子系統整合 多層介電基板
備註
  • 聯絡人
  • 劉賀云
其他人也看了