基于高密度有機基板工藝的Ka 波段天線設計與制造

龐影影，周立彥，王劍峰，王波

（無錫中微高科電子有限公司，江蘇無錫 214035）

0 引言

隨著無線通信技術的快速發展，便攜式消費電子產品成為主力軍，順應了半導體工藝集成度提高的趨勢，其關鍵技術主要由系統級芯片（SoC）和系統級封裝（SiP）來實現[1]。天線作為無線通信系統的重要組件，在SiP 中應用廣泛。傳統天線與射頻前端的集成占據的空間較大，阻礙了無線通信系統的小型化發展，片上天線技術（AoC）可以最大限度地縮小天線尺寸，但受到半導體工藝制程一致性的限制，成本和性能都難以滿足常規的應用需求，因此，業界提出了封裝天線（AiP）的概念[2]。封裝天線將天線、饋電網絡和射頻收發芯片集成到一起，組成一個標準的表面貼裝器件[3-4]，可以實現異質異構的微型化集成，并根據目標頻段實現高性能的天線設計。芯片盡可能靠近天線，以減小寄生效應[5]，通過倒裝芯片與引線鍵合技術最終實現芯片和天線的一體化封裝。

封裝天線采用的工藝有低溫共燒陶瓷（LTCC）、高密度互連（HDI）、嵌入式晶圓級球柵陣列封裝（eWLB）和PCB 等工藝，其中LTCC 工藝最早被采用。2013 年，韓國三星公司基于FR4 材料與HDI 工藝設計了60 GHz 的相控陣天線，如圖1 所示[6]。天線尺寸為20.000 mm×20.000 mm×0.838 mm，相較于IBM 公司設計的基于LTCC 工藝的天線[7]，性能相差不大，但整體尺寸更小。2015 年，谷歌公司基于eWLB 工藝設計了60 GHz 的六通道微帶天線[8]，如圖2 所示，其將芯片和收發天線集成在整體尺寸僅為14.000 mm×14.000 mm×0.800 mm 的晶圓上，可用于便攜式穿戴設備。2022 年，中國電子科技集團有限公司第二十九研究所的李秀梅等采用低損PCB 工藝設計了工作于Ka波段的封裝天線[9]，可用于衛星通信。……