5G 射頻前端整合看 LTCC

 LTCC 是將低溫燒結陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶, 在生瓷帶上利用雷射打孔, 微孔注漿, 精密導體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形, 並將多個被動元件嵌入其中進行疊壓, 最後在 1000℃ 以下進行燒結, 在其表面可以貼裝 IC 和主動元件, 從而形成 LTCC 被動/主動集成的功能模組.

通過 LTCC 可以實現被動元件封裝於多層布線基板中, 並與主動元件共同集成為完整的電路系統. 長期以來電路中多採用 PCB 板實現電氣互連, 但是由於被動元件等基於陶瓷材質的需要高溫燒結, 因此無法集成在多層 PCB 板中, LTCC 工藝的必要性顯現. 

LTCC 陶瓷材料具有優良的高頻, 高速傳輸以及寬通帶的特性. 根據配料的不同, LTCC 材料的介電常數可以在很大範圍內變動, 配合使用高電導率的金屬材料作為導體材料, 有利於提高電路系統的品質因數. 廣泛應用於消費電子, 通信, 汽車電子, 軍工等市場.

根據博思數據的預測, 2020 年全球 LTCC 市場規模將達到14.9億美元. 目前 LTCC 產品由國外廠商主導, 前五大 LTCC 廠商分別是村田, 京瓷, 博世, TDK和 CTS 合計占比高達 69%. 台灣相關則有  IPD (整合被動元件) 的璟德 (應用含手機/Wifi/IoT), 被動元件廠華新科與奇力新 (占營收比重低) 等.

智慧型手機由 4G 升級至 5G 後, 低通濾波器 (LPF), 高通濾波器 (HPF)  的 LTCC 用量由 1-2 顆倍增至 2-4 顆, 帶通濾波器 (BPF)  也由 1-2 顆增加至 3-6 顆, 多工器更是由每台 1 顆, 大增至 5-8 顆. 合計來看4G 手機 LTCC 平均用量約 3-5 顆, 5G 手機將大增至 10-18 顆, 增加 3 倍左右.

LTCC 多層布線基板可以實現裸晶片直接組裝, 允許晶片之間靠的更近, 互聯線變短,既縮小了封裝尺寸又縮短了信號延遲, 同時解決了串擾噪聲, 雜散電感, 雜散電容耦合以及電磁輻射干擾等問題, 因此 LTCC 正成為滿足 5G 時代基站, 終端射頻前端更高的集成度, 更低傳輸損耗的重要工藝路徑之一.

除了射頻傳輸天線之外, 智慧手機中的 WLAN 和藍牙設備通信距離短, 收發功率小, 對天線的功率和收發特性要求不高, 但同樣對所占 PCB 的面積及成本要求很嚴. 由 LTCC 制備的片式天線具有體積小, 便於表面貼裝, 可靠性高, 成本低等顯著優點, 已廣泛用於 WLAN 和藍牙模組中.