Unter diesen Innovationen sticht die Verkapselung als kritischer Bereich hervor, der erhebliches Entwicklungspotenzial besitzt. Sie ist das zentrale Thema des neuen IDTechEx-Berichts „Antenna in Package (AiP) für 5G und 6G 2024–2034: Technologien, Trends, Märkte“.
Antenna-in-Package (AiP) ist eine fortschrittliche Antennengehäusetechnologie für die Hochfrequenz-Telekommunikation. Dank der kurzen Wellenlängen von Millimeterwellen-Anwendungen ermöglicht AiP die Herstellung deutlich kleinerer Antennen, die sich nahtlos direkt in Halbleitergehäuse integrieren lassen – im Gegensatz zu herkömmlichen diskreten Antennen, die als Einzelkomponenten auf Leiterplatten montiert werden. Diese Integration von Antenne und Transceiver auf einem einzigen Chip bietet mehrere Vorteile, darunter eine höhere Antennenleistung und eine deutlich kleinere Gehäusegröße. Im Sub-THz-Frequenzbereich, potenziell im 6G-Spektrum, werden neue Antennengehäusetechnologien für die direkte Integration in HF-Komponenten erforscht. Aufgrund verschiedener Herausforderungen in der Fertigung und Skalierbarkeit befindet sich dieses Gebiet jedoch noch in der Forschungsphase.
Überblick über Antennengehäusetechnologien basierend auf der Betriebsfrequenz. Quelle: IDTechEx – „Antenna in Package (AiP) für 5G und 6G 2024–2034: Technologien, Trends, Märkte“
Wichtige Überlegungen für das AiP-Design
Bei der Entwicklung von AiP-Technologie für Hochfrequenz-Kommunikationsgeräte erweist sich die Kosteneffizienz als entscheidender Faktor. Mit einem Zielpreis von 2 US-Dollar pro 1x1-AiP-Modul ist die Bezahlbarkeit grundlegend für eine breite Akzeptanz. Dies führt jedoch zu einem Henne-Ei-Problem, da die Akzeptanz Kostensenkungen durch Skaleneffekte vorausgehen muss. Der Einsatz kostengünstiger Verpackungsmaterialien und -prozesse ist daher unerlässlich. Darüber hinaus spielt die Miniaturisierung eine entscheidende Rolle, insbesondere für die Integration in Endgeräte wie Smartphones, wo die Bauteilgröße von größter Bedeutung ist. Um die Gehäusegröße bei gleichbleibender Leistung und Kosteneffizienz zu reduzieren, müssen neue Verpackungstechnologien genutzt werden.
Darüber hinaus ist die Erzielung hoher Leistungsfähigkeit für AiP-Plattformen unerlässlich. Dies umfasst die Fertigung und Integration von Breitband-Millimeterwellen-Antennenarrays mit hoher Verstärkung sowie die Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) im System. Die Optimierung der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (EIRP) und die Sicherstellung der Signal- (SI) und Leistungsintegrität (PI) sind ebenfalls entscheidend. Die Integration hochwertiger passiver Komponenten (Q-Faktor) zur gemeinsamen Entwicklung aktiver Komponenten von Millimeterwellen-Frontend-Transceivern verbessert die Leistung zusätzlich. Zuverlässigkeit ist ebenfalls essenziell und erfordert eine direkte Wärmeableitung vom Chip nach außen, um die Wärme der Leistungsverstärker abzuführen. Skalierbarkeit erhöht die Vielseitigkeit und ermöglicht die Entwicklung von Basismodulen, die für diverse Anwendungen mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen erweitert werden können. Die Berücksichtigung all dieser Anforderungen ist bei der Entwicklung eines AiP-Moduls für Hochfrequenz-Kommunikationsgeräte unerlässlich.
Dieser neue Bericht von IDTechEx befasst sich mit AiP-Technologien, die speziell für die aufkommenden 5G-mmWave- und 6G-Netze entwickelt wurden. Er analysiert Substrattechnologien wie organische, LTCC- und Glassubstrate sowie Packaging-Verfahren wie Flip-Chip und Fan-Out – von den Materialeigenschaften bis zur Fertigungstauglichkeit. Der Bericht untersucht die Antennenintegration jenseits von 100 GHz, präsentiert Fallstudien und geht auf aktuelle Herausforderungen ein. Er prognostiziert eine Zukunft, die von fortschrittlichen Halbleiter-Packaging-Lösungen geprägt sein wird.
Autor: Dr. Yu-Han Chang, Senior Technology Analyst bei IDTechEx
