2.5毫米波天线封装带来机会

根据前面提到的，5G的低频波段对天线的形式不会产生本质影响。因为当频率高至毫米波时，信号在空气中的衰减会变得非常严重，而在半导体材料中也是遵循这个定律。例如在40GHz频率时，基底厚度为2mil的LCP材料中衰减高于1dB/cm，远高于在低频下的衰减。因此对于毫米波天线来说，需要到射频前端电路尽可能近距离以减小衰减和实现实时的波束跟踪和控制。因此小型化的毫米波天线将会很可能采用AiP(Antenna in Package)封装天线技术跟其他零件共同整合在同一个封装中。

封装天线是指将天线与单片射频收发机集成在一起从而成为一个标准的表面贴器件。传统方法的技术方法是将芯片级天线与RF收发机一起安装在PCB电路板上，但是天线占据的空间阻碍了系统的小型化。为了克服芯片级天线和配合毫米波通信，AiP封装技术得以实现。AiP的制造是在SiP（system in package）的基础上，用IC载板来进行多芯片SiP系统级封装，同时还需要用到Fan-Out扇出型封装技术来整合多芯片，使封装结构更紧凑。需要将天线、射频前端和收发器整合成单一系统级封装。

封装天线的结构自上而下依次为：天线、中间介质层(内部有空腔)、系统PCB。一般IC芯片封装天线将天线集成在芯片上表面，中间层即天线的下方有一个内部空腔，用来放臵其他RF模块。为了减少天线与腔体内RF模块的耦合，在两层之间加入了一个额外的金属层，可以把它看作天线的地平面，它通过四周均匀分布的金属过孔与整个RF系统地平面连接。

AiP将天线集成到芯片中，其优点在于可以简化系统设计，有利于小型化、低成本。以60GHz为例，片上天线单元仅为1-2mm（考虑到封装具有一定的介电常数），因此芯片封装不但可以放得下一个单元，而是可以放得下小型的收发阵列。

2016年Google推出的Project Soli就是这样的一个片上系统（如下图，四个方片状的金属片就是AiP）。

这款芯片由Google和英飞凌共同开发，是端到端60GHz毫米波雷达传感系统，专门用于跟踪和识别精细手势。

该系统的雷达传感器采用英飞凌的eWLB封装500µm引脚，下图是其研发团队发表在电路期刊IEEEJOURNALOF SOLID-STATE CIRCUITS中披露的封装底部和顶部照片，收发机位于芯片中间位臵，其中接收机通道连接4个Rx贴片天线，采用2x2配臵的方式。发射机通道连接两个差分贴片天线，分别位于两侧。天线全部位于eWLB的重新分配层。

eWLB是一种扇出型（fan-out）晶圆级封装（WLP）技术，由德国的Infineon在2007年首次提出。

Fan-out封装

除了用载板进行多芯片系统级封装外，扇出型封装（Fan-out）因可整合多芯片、且性能比以载板基础的SiP(system-inpackaging)要好，也备受市场期待。

传统的芯片封装通常首先把晶圆切割成单个的裸芯片后再进行封装，封装后的尺寸大于裸芯片尺寸。与之不同的是晶圆级封装Wafer Level Packaging(WLP)，标准WLP流程在晶圆切割前先进行封装，然后再切割成单独的芯片。

WLP封装主要由两种形式，芯片级（chip-scale-packages,CSP）封装和扇出型（Fan-out）封装。其中CSP也叫做扇入（Fan-in）型。扇入扇出型封装的区别在于如何同重构层(RDLs)连接。RDLs实际上铜材质的接线，用来实现封装级不同部分之间的连接。RDLs的参数是线宽和线距，用来指代的宽度和接线间的距离，低密度的扇出封装线宽/线距大于8µm。这种WLP封装的尺寸和裸芯片的尺寸大小一样。但是小尺寸也有以一定的缺陷，就是芯片的引脚很难再做的非常多，如果半导体器件非常复杂需要大量的引脚时，这会成为一个明显短板。扇入型中所有RDL引脚线是向内排布的，因此扇入型的晶圆级封装的上限是200个I/O和0.6mm型材。

扇出Fan-out型晶圆级封装(FOWLP)技术则可成功避免这个缺点，它在不增加封装尺寸的前提下具有更多数量的引脚数。与标准WLP工艺流程相比，FOWLP中首先切割晶圆，然后将裸芯片非常精确地重新定位在载体晶圆或面板上。其RDL布线既可以向内也可以向外，因此可以做更多的引脚数量。

扇出Fan-out型晶圆级封装(FOWLP)技术又可以分为低密度和高密度型两种，例如Amkor,ASE,STATS Chip PAC是传统的低密度Fan-out封装公司。根于封装巨头日月光公司给出的定义，低密度扇出型封装通常指的是I/O数量小于500个且线宽线距大于8µm。而I/O数量大于500个且线宽线距小于8µm的高密度扇出封装针对中高端的应用，例如苹果的iPhoneX就使用了TSMC的高密度扇出型封装。低端市场中低密度扇出型封装也具有很高的市场价值，例如电源管理IC、雷达模组和RF模组都会使用这种封装形式。下面给了主流的FO-WLP封装厂商：

从长远来看扇出Fan-out型技术的成本会降低，可靠性提高，用户增加，所以在芯片市场中Fan-out技术长远看有投资机会。最原始的扇出技术eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)在长时间缺货后供应量有所增加。台湾的日月光和进联工业正在筹备新的低密度扇出封装线。中国的专业封测代工厂也在向扇出型封装瞄准机会，一些封装厂商也在筹备面板级扇出封装用来降低成本。金准产业研究团队估计，扇出型封装的市场价值将会从2014年的2.44亿美元增长到2021年的25亿美元，而其中低密度扇出封装市场价值会从2017年的3.5亿美元增长到2022年的9.5亿美元。

相比倒装芯片球栅格阵列（FC-BGA）封装，扇出封装的优势非常明显。对于无源器件如电感、电容等，InFO技术在塑封成型时衬底损耗更低，外形尺寸更小，因此散热更好。在扇出型制造高性能的无源器件如电感和电容，与直接封装在衬底的片式（on-chip）电感器相比，厚铜线路的寄生电阻更小，衬底与塑封料间的电容更小，衬底损耗更少。因此对于射频电路来说，扇出封装具有很大优势，尤其是对于高频毫米波来说，无源器件电感电容性能受制于衬底性能，所以5G高频时代AiP和扇出封装一定会是热门议题。产业链上，台积电是主流的晶圆代工和封测厂商，大陆的封装厂商也有在积极布局，中国台湾的日月光、力成也是重要的封测厂商。

2.6 5G天线带来的其他问题

5G手机里的无线天线设计相比于以往难度更大，原因是天线设计不仅需要满足无线技术本身的要求，还要与摄像头、声音喇叭、电池、显示屏、指纹识别芯片、振子、陀螺仪以及无线充电系统兼容。

电池性能

电池性能一直是手机设计的一个重大瓶颈。WIFI和蜂窝网络的传输速度以每五年近乎十倍的速度在增长。然而手机中的电池在过去20年经历了三个主要的技术转变，nickel-cadmium(NiCd)电池、nickel-metal hydride(NiMH)电池以及目前主流的lithium-ion(Li-ion)电池。从1995年到2014年，无线容量增长了大约10万倍，但是电池电量的进步速度只有四到五倍。显然，这种技术断档是制约目前便携式设备进步和提高用户体验的一个关键瓶颈。因此手机UE设计需要考虑的一个重要方面是能量效率。

在5G中设备中，MIMO技术和波束赋形都会带来能量消耗的进一步提高。除了天线的实时控制，还有多通路射频前端同时工作带来的能耗问题。5G模式下的手机具有更高的数据传输速度，将会支持更多应用场景，例如3D/高清视频、云办公、云游戏以及AR/VR等，再加上配合社交网络的升级。这些应用都需要随时接入网络。应用带宽的提高，以及手机应用后台的实时运行，都会增加对设备电量的要求。电池的滞后发展问题一直存在，手机对电量的需求和电池可提供电量之间一直存在供需缺口。这个问题会在后4G和5G时代变得更加突出。

从硬件角度看，无线系统性能依赖于SoC、PCB、机械设计和天线设计。SoC应该具备高能量效率、面积小、低成本和高良率的特点。目前的SoC设计受到限制的原因是进入纳米级制程后摩尔定律速度放缓。因此，能量效率的提高变得并不显著会继续为制约5G手机的设计。目前看来，新材料制程，如基于传统硅的三五族化合物，基于SOI的CMOS工艺，FinFET、SiGe以及InP可能会在5GSoC设计中贡献力量。

PCB设计

5G手机的多层板设计也需要更加紧凑，并且需要集成进入更多的SoC芯片组来增加各种应用、配合新标准和技术。如下图所示，手机主板中具有蜂窝网络/wifi射频收发机，天线开关模组、功率放大器、基带调制芯片、NFC、蓝牙、GNSS、应用处理器AP、PA控制单元、SRAM、电源管理单元等。这些高度定制化的芯片来自不同的供应商，用不同的工艺制造完成。与IC设计类似的是，PCB设计的趋势也是不断向更小的尺寸发展，同时要求高速和高可靠性，更多的芯片需要被设计在一个单独的主逻辑板上，这样的好处是减小插入损耗和容易做匹配。此前提到的FPCLCP是一个不错的选择。

手机后盖

天线在装配在手机壳当中后，还要求天线具有高效率和低SAR比吸收率。因此，手机中的天线设计是应该考虑到金属外壳、手机壳等的复合设计。手机外壳会对天线性能产生重大影响。窄边框和金属壳是目前手机的主流趋势，因为具有保护性能好、美观、可携带以及散热方面的优势。毫米波天线由于本身尺寸很小在空间排不上难度不大，但是手机金属壳会严重影响天线性能。

金属微波屏蔽罩

在信号传输时要考虑信号的完整性，例如时钟信号及其谐波信号可能会经过复杂的路径和调制最终在接收机一侧形成毛刺。因此，微波屏蔽层microwave shield cover通常用在主逻辑电路板MLB中来提高电磁兼容都和电磁界面特性。天线通过屏幕透过的辐射量应该最小，而应该在打电话时向头部的反方向传播最多的能量，然而这个屏蔽罩会增加手机的厚度。相机、喇叭、指纹识别、电池和MLB都应该配合电磁场的分布和影响来设计。

在整个5G手机系统设计的方面一个更严峻的问题是部件之间的连接和隔离。例如显示屏面板可以导致RF敏感度下降，因此金属微波屏蔽罩需要放在显示单元和硬件之间，可以减少显示器辐射。手机内部的显示器、高压包和电路板等元器件在工作时发出高强度的电磁辐射，屏蔽罩可以起到屏蔽的作用，将部分的电磁波拦在罩内，从而保护使用者受电磁辐射的危害，同时避免对周围其它电器的干扰、在一定程度上还确保了元器件免受灰尘，延长显示器使用寿命。

它的材料也是有区别的，例如锌锡镍合金的手机屏蔽罩。锌锡镍合金材料为日本研发的绿色环保材料，主要取代洋白铜做手机屏蔽罩，也常用于生产天线，调谐器盒，电视内部零件，音响内装散热板等。

三、与本文研究相关的A股产业链公司梳理

立讯精密：公司拥有射频模块、互联、光电三大产品线，主打产品将伴随5G浪潮量价齐升。苹果核心供应商，国内稀缺精密制造平台公司。公司产品线从单一的连接器拓展到声学、马达、

无线充电、Airpods等业务，以优良的管理能力横向品类扩张。1）声学部分：美律生产进入快车道。2）AirPods：作为AirPods重要供应商，受益渗透率提升。3）线性马达：良率提升快，响应客户能力极强。4）无线充电：已实现对无线充电的全系统测试，竞争优势显著。5）LCP天线：

未来将会把其他模组功能整合。公司已成为具备研发、管理综合能力的精密制造平台。

信维通信：公司以射频产品为核心，产品获得主流客户应用。公司天线产品线切入平板以及笔记本等产品线，获得大客户使用。同时无线充电接收端模组已实现全球一流移动终端厂商覆盖。

5G时代即将到来，2018年下半年高通发布了5G调制解调器以及相关5G终端解决方案。5G射频难道更高更负杂，并且价值量更大，公司加强天线等产品线研发投入，并且与芯片厂商合作推

出5G毫米波解决方案，同时与国内基站厂商合作研发，做好相关5G产品储备。

FPC部分：A股上市公司鹏鼎控股，是FPC龙头企业，A客户是公司第一大客户，受益于智能机对FPC需求提升；其他FPC上市公司还有景旺电子、弘信电子等。FPC作为天线重要一部分，有望受益。

电池部分：国内手机电池模组龙头公司主要有欣旺达、德赛电池等，是A客户的重要供应商之一。如正文所言，电池性能一直是手机设计的一个重大瓶颈。5G时代的到来，瓶颈也即挑战与机遇。

结语

金准产业研究团队分析有以下风险：

智能终端需求不及预期的风险，随着宏观形势变化以及手机智能终端创新增速减缓，加上智能手机饱和度较高，2019年智能手机增速可能不及预期。

5G建设不及进展预期风险，5G尚未处于建设期，未开始商业化使用，未来存在建设进展不及预期肯能性。

技术路线改变风险，5G终端尚未开始商业化使用，研发出在初级阶段，存在技术更迭肯能性。