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天线为收发射频讯号的被动元件 逐渐由传统FPC变成AiP

2019年05月06日 17:24 次阅读

5G毫米波通讯市场发展,在天线封装技术(Antennas in Package,AiP)演进下,开启整合射频元件与天线的进程方向。其中,天线为收发射频讯号的被动元件,掌握通讯质量、讯号功率、频宽与速度等通讯指标,然而若想将天线整合在射频元件中,天线材料的介电常数与损耗正切将是关键。

依目前封装现况,可区分为传统软性印刷电路板FPC技术、新型天线封装AiP技术等2类。AiP技术根据使用材料不同,大致可分为陶瓷、有机材料及环氧模压树脂等,目前主流大多选择有机材料LCP(Liquid Crystal Polymer),其原因为LCP拥有低介电常数值(2.9)及低损耗正切(0.003)等,这些特性使得天线拥有较小的讯号干扰和较佳的传输性。

手机天线由传统FPC,逐步分支成为整合一体的天线封装AiP技术

现行的智能型手机天线结构,多由铜箔制成的软性印刷电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)组成,其中,天线材料需考量介电常数、损耗正切等,但最重要的因素之一则为材料柔软性,而LCP的材料特性正好适用于FPC技术中。

由于手机发展,屏幕显示面积已有逐渐变大趋势(由80%上升至93.8%),在留给天线的空间只剩3~5mm情形下,容易导致天线与屏幕间相互产生干扰,使得天线较难以透过FPC方式摆放于手机周边。

另一方面,5G毫米波技术逐渐发酵使得微缩天线成为可能,在此情势带动下,新型AiP技术的想法也渐渐受到重视。

借由新型AiP技术,将射频元件与天线整合于一体,再透过LCP材料加以封装,最终达到缩减PCB板面积、缩小天线尺寸、提升手机屏幕的使用面积。

LCP材料特性,成为AiP技术的发展关键

5G毫米波之天线封装AiP技术是为了避免讯号的流失与衰弱,将射频元件与毫米波阵列天线尽可能的接近摆放在一起,因而衍生出的新型态封装技术。然而为求设法将毫米波阵列天线与射频元件结合,除了必须使用先进的封装技术外(如覆晶、硅穿孔、系统级封装等),还需填充LCP材料于内部层中,作为FPCB板(Flexible Printed Circuit Board)使用,以降低讯号干扰、提升讯号的传输能力。

天线为收发射频讯号的被动元件 逐渐由传统FPC变成AiP

如同上述,LCP是一种热塑性有机材料,结构为刚性分子链组成的芳香烃聚酯类产品,由于它具备优异的材料特性,因此适合作为AiP技术的填充材料,其特性如下:

110GHz高频下使用,依然保有稳定的介电常数值2.9;

损耗正切小,即使在110GHz高频中,只有微幅增加到0.0045;

热膨胀系数小,适合用于高频封装中等;

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