Tra queste innovazioni, l'incapsulamento si distingue come un'area critica che richiede uno sviluppo significativo. È il tema centrale del nuovo report di IDTechEx, "Antenna in Package (AiP) per il 5G e il 6G 2024-2034: tecnologie, tendenze e mercati".
La tecnologia Antenna-in-Package (AiP) rappresenta un'avanzata tecnologia di incapsulamento delle antenne utilizzata nelle telecomunicazioni ad alta frequenza. Sfruttando le brevi lunghezze d'onda delle applicazioni a onde millimetriche (mmWave), l'AiP consente la creazione di antenne molto più piccole che possono essere integrate direttamente nei package dei semiconduttori, a differenza delle tradizionali antenne discrete montate come componenti individuali su circuiti stampati. Questa integrazione di antenna e ricetrasmettitore su un singolo chip offre diversi vantaggi, tra cui prestazioni dell'antenna migliorate e un ingombro del package significativamente inferiore. Nella gamma di frequenze sub-THz, potenzialmente all'interno dello spettro 6G, si stanno studiando nuove tecnologie di incapsulamento delle antenne per l'integrazione diretta nei componenti RF. Tuttavia, questo campo è ancora in fase di ricerca a causa di diverse sfide di produzione e scalabilità.
Panoramica delle tecnologie di incapsulamento delle antenne in base alla frequenza operativa. Fonte: IDTechEx - "Antenna in Package (AiP) per 5G e 6G 2024-2034: tecnologie, tendenze e mercati"
Considerazioni chiave per la progettazione di AiP
Nello sviluppo della tecnologia AiP per dispositivi di comunicazione ad alta frequenza, il rapporto costo-efficacia emerge come la considerazione più cruciale. Con un prezzo obiettivo di 2 dollari per modulo AiP 1x1, l'accessibilità economica è fondamentale per una diffusione capillare, sebbene ciò presenti un dilemma del tipo "uovo o gallina", poiché l'adozione deve precedere la riduzione dei costi attraverso le economie di scala. L'utilizzo di materiali e processi di packaging economicamente vantaggiosi è essenziale. Inoltre, la miniaturizzazione gioca un ruolo critico, in particolare per l'integrazione in dispositivi di consumo come gli smartphone, dove le dimensioni dei componenti sono di primaria importanza. Per garantire che le dimensioni del package possano essere ridotte mantenendo prestazioni ed economicità, è necessario sfruttare nuove tecnologie di packaging.
Inoltre, per le piattaforme AiP è fondamentale raggiungere prestazioni elevate. Ciò implica la fabbricazione e l'integrazione di array di antenne a onde millimetriche a banda larga e ad alto guadagno, nonché la garanzia della compatibilità elettromagnetica (EMC) all'interno del sistema. Anche l'ottimizzazione della potenza irradiata isotropica equivalente (EIRP) e la garanzia dell'integrità del segnale (SI) e dell'integrità della potenza (PI) sono cruciali. L'integrazione di componenti passivi di alta qualità (fattore Q) nella co-progettazione dei componenti attivi dei ricetrasmettitori front-end a onde millimetriche migliora ulteriormente le prestazioni. Anche l'affidabilità è essenziale e richiede un passaggio termico diretto dal chip all'esterno per dissipare il calore generato dagli amplificatori di potenza. La scalabilità aggiunge un ulteriore livello di versatilità, consentendo la progettazione di moduli base espandibili per soddisfare diverse applicazioni con requisiti di potenza variabili. Considerare tutti questi requisiti è fondamentale nella progettazione di un modulo AiP per dispositivi di comunicazione ad alta frequenza.
Questo nuovo report di IDTechEx approfondisce le tecnologie AiP (Antenna-Input Pattern) pensate per le emergenti reti 5G mmWave e 6G. Analizza le tecnologie dei substrati, tra cui organici, LTCC e vetro, insieme ai metodi di packaging come flip-chip e fan-out, dalle proprietà dei materiali alla fattibilità produttiva. Il report esplora l'integrazione delle antenne oltre i 100 GHz, offre casi di studio e affronta le sfide attuali, proiettando un futuro guidato da soluzioni avanzate di packaging dei semiconduttori.
Autore: Dott. Yu-Han Chang, analista tecnologico senior presso IDTechEx
