毫米波天線是終端產(chǎn)品伸向用戶的一個(gè)最直接的觸角，很大程度上影響最終產(chǎn)品的體驗(yàn)。封裝天線（Aip）早期與藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)一起發(fā)芽，中期與60GHz無(wú)線技術(shù)及毫米波雷達(dá)一起成長(zhǎng)，如今又對(duì)傳統(tǒng)的通信提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)挑戰(zhàn)，已成為國(guó)際上5G移動(dòng)通信研發(fā)的重點(diǎn)。

近日，我愛(ài)方案網(wǎng)受邀參加2019中國(guó)（深圳）集成電路峰會(huì)。在本次峰會(huì)的分論壇之一——第十七屆中國(guó)通信集成電路技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)上，日月光集團(tuán)研發(fā)技術(shù)經(jīng)理何承諭對(duì)封裝天線的變化趨勢(shì)、在毫米波無(wú)線通訊上面臨的挑戰(zhàn)以及應(yīng)對(duì)策略做了深入的分析。

Wifi、5G通訊和車用雷達(dá)都將往毫米波方向布局

Wifi、5G通訊和車用雷達(dá)，慢慢都會(huì)往毫米波方向布局。預(yù)計(jì)2020年到2030年期間，將會(huì)有很多毫米波相關(guān)的產(chǎn)品涌現(xiàn)出來(lái)。

從整個(gè)通訊平臺(tái)來(lái)看，目前4G使用的一個(gè)通訊平臺(tái)，比如Wifi、4G流量，大概使用的頻段在3G頻段左右，本身的帶寬也不夠?qū)?，?G的帶寬會(huì)非?？?，所以傳輸?shù)牧髁繒?huì)非常寬。另外，一旦有更多需求量，毫米波將會(huì)是被優(yōu)先選擇的方向。

在天線的設(shè)計(jì)里，元件的尺寸大小與波長(zhǎng)有關(guān)系。并且頻率越高，波長(zhǎng)越小。從通訊平臺(tái)來(lái)看，3GHz20赫茲以上的通訊屬于毫米波。Wifi、4G流量，大概使用的頻段在3G頻段左右，相當(dāng)用度，本身的帶寬也不夠?qū)挘?G的帶寬會(huì)非?？?，所以傳輸?shù)牧髁繒?huì)非常寬。毫米波大概從通訊平臺(tái)來(lái)看，毫米波大概是在3GHz20赫茲以上。目前4G流量是3GHz，Wifi會(huì)用到60GHz，另外車用雷達(dá)會(huì)用到7779GHz。

拿車用雷達(dá)來(lái)說(shuō)，其實(shí)要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用有很多種方式，現(xiàn)在市場(chǎng)上更多的是做成7779GHz的。車用雷達(dá)有前面的ACC防裝雷達(dá)或者倒車?yán)走_(dá)，雷達(dá)分為長(zhǎng)距離、中距離、短距離，考慮到封裝的尺寸，天線不能太多，才可以實(shí)現(xiàn)短距離雷達(dá)。短距離雷達(dá)可以增測(cè)精準(zhǔn)度，編制物體精準(zhǔn)度要更高。

5G毫米波到來(lái)，對(duì)封裝天線的設(shè)計(jì)提出哪些新的要求？

天線最開始的時(shí)候只是一根線，后來(lái)演進(jìn)成嵌在板上的了，像是2G、3G、4G、5G手機(jī)的天線都設(shè)計(jì)在板上。以前的天線尺寸大概是3-8mm，這么大的尺寸可以設(shè)計(jì)到毫米波板上。當(dāng)頻率是28GHz時(shí)，天線尺寸差不多是2.4mm，當(dāng)頻率是60GHz的時(shí)候，天線尺寸為1.2mm。此時(shí)的天線就可以重新封裝上。4G手機(jī)的天線會(huì)比較熟悉平行傳輸信號(hào)，但是我們?cè)诜庋b天線的時(shí)候，由于頻率越高流失越高，信號(hào)以一種形式在下方走最短的路徑。這對(duì)于封裝體來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的變化和挑戰(zhàn)。

目前市場(chǎng)上的應(yīng)用來(lái)看，2018年就出現(xiàn)了可以嵌在手機(jī)的很小的天線模組。在手機(jī)的天線毫米波的應(yīng)用中，一個(gè)天線中大概2-3個(gè)毫米波，根據(jù)天線的指向性，在2.3GHz的時(shí)候，天線是覆蓋的方式，但是處于毫米波的時(shí)候，由于Gen太高，需要通過(guò)很多天線的方式達(dá)到覆蓋的范圍，所以大概需要有2-3個(gè)天線。

封裝面臨的問(wèn)題在于怎么設(shè)計(jì)天線？何承諭說(shuō)，“如果是2.4GHz的Gen的天線，設(shè)計(jì)的時(shí)候在板子上，天線怎么走是在板子上？基本上鏡片不會(huì)用短距離做耦合。當(dāng)天線進(jìn)來(lái)的時(shí)候就在上房，這里會(huì)產(chǎn)生很多微妙的地方，設(shè)計(jì)天線的時(shí)候，天線下面是很干凈的區(qū)域，如果是金屬層就是干凈的，不會(huì)有很多復(fù)雜的東西，如果收集到這里，鏡片就在下面，因?yàn)殓R片要走出很多的線路，不管是控制信號(hào)的線等等，為了讓天線的特性好必須有一個(gè)完整的金屬層?！?/p>

何承諭認(rèn)為，要做好天線需要滿足以下幾大要求：

第一，做到寬屏的天線。以Wifi來(lái)講就是97-166，當(dāng)金屬板到AY有24的屏寬，5G的通訊平臺(tái)需要5GHz，這屬于非常寬屏的天線設(shè)計(jì)；
第二，空氣中傳播的速度。在空氣中傳播的時(shí)候，2.4GHz電子波在低頻傳輸非常低，但是高頻傳輸是非常大的，當(dāng)在空氣中使用的時(shí)候，Gen一定要過(guò)高；
第三，鏡片做的信號(hào)經(jīng)過(guò)所有的線路走到天線端的時(shí)候，這段Loss是多少，GHz  Loss很少考慮這一些，但是毫米波的差別就是幾個(gè)mm，要讓線路的路徑走得越短越好。不然線路打出這么大的Power，封裝的時(shí)候Power下降，那會(huì)產(chǎn)生很大的工作量；
第四，材料特性。由于天線要做到基板里，所以電子波全部流動(dòng)或者傳遞，那基板的材料特性就變得非常重要。

封裝的應(yīng)用領(lǐng)域都不一樣，對(duì)于5G來(lái)講，5G通訊的線路應(yīng)用的頻段比較多，另外要做到波速切換。當(dāng)波速做不同的切換到不同的角度V會(huì)會(huì)非常復(fù)雜，鏡片復(fù)雜之后用很多線去走出來(lái)，所以用到的層數(shù)會(huì)比較多。5G通訊用到的天線屬于正列天線，當(dāng)天線走到正列天線會(huì)用到AFC或者CFB，如果只有單一電線什么情況？短距離的車用雷達(dá)的時(shí)候，大概只用一根天線，天線數(shù)量不用做那么復(fù)雜，設(shè)計(jì)整個(gè)電路架構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講，相對(duì)于5G來(lái)講會(huì)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)檐囉美走_(dá)不會(huì)做到太多。所以層數(shù)比較低。做車用雷達(dá)的盡量走最短的路徑，所以層數(shù)不能太高。總的來(lái)說(shuō)，天線做到封裝要看應(yīng)用、使用頻段和應(yīng)用的范圍，會(huì)有不同的封裝架構(gòu)去選擇。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)天線做到封裝里面的時(shí)候，它對(duì)于天線的設(shè)計(jì)能力或者封裝架構(gòu)來(lái)說(shuō)，都有很大的差異和挑戰(zhàn)，材料的特意性以及差距也會(huì)有很大的變化，量測(cè)部分也面臨著挑戰(zhàn)，產(chǎn)品做到量產(chǎn)階段挑戰(zhàn)會(huì)更大。