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作为下一代电信技术，6G有望取得比5G毫米波（mmWave）更大的进步。6G的工作频率超过100GHz，接近太赫兹频谱，可以提供Tbps的数据速率、微秒级的延迟和广泛的网络可靠性。
6G的能力也超越了连接本身，扩展到了能量采集、传感、成像和精确定位等应用领域。不过，与5G毫米波相比，由于频率更高，6G在技术发展和市场渗透率方面将面临更大的挑战。
IDTechEx高级技术分析师Yu Han Chang博士认为：“克服这些障碍需要开发创新的技术解决方案，包括天线封装技术的进步，以最大限度地减少信号传输损失的问题。此外，还迫切需要加强对未来应用的市场识别，以推动6G技术的采用。这不仅需要发现杀手级应用，还需要培养成功实施这些应用的生态系统。”
AiP的演进
封装天线（AiP）技术对高频电信应用至关重要，与传统的分立式天线不同，它能够将天线与RF组件直接集成到半导体封装中。这一为毫米波应用量身定制并可能扩展到6G亚太赫兹频谱的进步，有望实现更小的占板面积和更高的性能。
随着频率的提升，AiP技术正在不断发展。其天线元件类型、基板技术、材料和无源器件集成的设计选择至关重要。此外，供应链的成熟度和制造可扩展性也是两个不应忽视的关键方面，因为这两个因素与最终产品成本密切相关，经常成为采用新技术的瓶颈。
成本效益是AiP技术的一个基本要求。实现可负担性需要利用具有成本效益的封装材料和工艺以及必要的小型化设计，以便无缝集成到智能手机等消费设备中。
此外，还要满足制造高增益、宽带毫米波天线阵列，同时解决电磁兼容性、信号完整性和电源完整性的问题。将品质因数无源器件集成到封装中可确保最佳的性能，并通过高效散热保持可靠性，而可扩展性将进一步使模块设计适应不同的应用需求。
运营商部署现状
从频率划分的5G商用/预商用服务现状来看，目前许多运营商都支持多频段服务，包括低频段、中频段和毫米波5G。根据IDTechEx分析，已推出或正在试验的5G服务中，有近50%的运营商使用Sub-6GHz频段。该频段更具吸引力的两个原因：一是覆盖范围和容量之间更好的平衡，二是与4G频段相邻。
另外23%的运营商使用的是中频（1-2.6GHz），这些频段以前是4G，后来改为了5G频段。使用低于1GHz和毫米波频段的运营商分别占17%和9%。低频段（＜Sub-1GHz）频谱提供了广泛的5G层，并为毫米波提供了急需的补充。
毫米波为5G通信提供了最重要的功能，如超快速度，但覆盖范围非常有限（不到一平方英里），而且很难穿透物理障碍（如无法穿过厚墙）。
5G和6G市场的AiP挑战
AiP市场与5G毫米波和未来6G市场直接相关，预计AiP将用于所有基于5G毫米波的基站和支持5G的电子产品（如智能手机）。虽然5G正在全球范围内逐步商业化，但主要关注的仍然是中频（Sub-6GHz）部署。截至目前，只有不到10%的商业化或预商业化5G服务基于毫米波频段。这在一定程度上是由于毫米波部署所面临的挑战：根据物理定律高频信号在空气中容易衰减，且极易受到障碍物的影响。
电信运营商希望通过使用最少的基站最大限度地扩大覆盖范围，优先创建具有成本效益的网络。不过，由于毫米波传播距离较短，与4G低中频站相比，需要大约十倍多的毫米波站来覆盖相同区域。因此，5G覆盖主要依赖于低/中频和Sub-6GHz频段。IDTechEx预计，毫米波频段将主要服务于拥挤的体育场等数据密集型热点，支持实时流媒体和高清视频上传等关键应用。
目前，确定毫米波技术真正能大放异彩的杀手级应用仍然是行业面临的最大挑战。虽然最初将5G毫米波与VR/AR集成用于实时远程游戏/工作的概念很有希望，但VR/AR设备市场和生态系统尚未足够成熟，5G毫米波无法利用。
为了促进毫米波市场增长，发现有吸引力和经济回报的商业用例至关重要。这些案例必须展示5G毫米波的优势，证明部署所需的大量投资是合理的。这一过程需要时间，IDTechEx预测，此类案例可能还要3-5年才能显著增加。不过，随着不断的创新和探索，预计毫米波技术的广泛采用和高利润机会将不可避免地到来。
IDTechEx在《2024-2034年5G和6G封装天线（AiP）：技术、趋势和市场》中也预测，2023年到2034年，应用于5G毫米波的AiP复合年增长率将达40.7%。
天线封装技术是关键
以前，毫米波仅限于军事、卫星和汽车雷达应用，现在已进入移动通信频谱，提供高达20Gbps的高数据吞吐量和仅1毫秒的超低延迟。这一转变需要跨设备的创新技术进步，包括射频（RF）和光学组件、低损耗材料和先进的半导体封装技术。在这些创新中，封装是一个亟待发展的关键领域。
天线封装技术的总体趋势是在更高频率下朝着更高集成化方向发展。而AiP代表了一种用于高频电信的先进天线封装技术。利用毫米波应用的短波长，AiP能够创建明显更小的天线，并直接无缝集成到半导体封装中，而不像传统的分立式天线那样是在PCB上组装成单独组件。
这种天线与收发器在单个芯片上的集成具有许多优点，包括增强天线性能和大大减少封装面积。目前正在研究的新天线封装技术旨在将天线直接集成到RF组件上，使应用进入6G频谱内的亚太赫兹范围。不过，由于各种制造和可扩展性的挑战，该技术仍处于研究阶段。
AiP设计的关键考量
在开发用于高频通信设备的AiP技术时，成本效益是最关键的考虑因素。由于每个1×1 AiP模块的目标价格为2美元，用户可负担性成为广泛采用的关键。尽管这是一个“先有鸡后有蛋”的挑战，还是要通过规模经济来降低成本。
在AiP制造中，利用具有成本效益的封装材料和工艺至关重要；小型化也发挥着关键作用，尤其是在集成到智能手机等消费设备中时，组件尺寸至关重要，需要在保持性能和成本效益的同时缩小封装尺寸，因此必须利用新的封装技术。
集成高质量因数（Q因数）无源器件，共同设计有源毫米波前端收发器组件可进一步提高性能。为了保证可靠性，还需要利用芯片到外部的直接热通道来耗散功率放大器的热量。可扩展性可增加另一层多功能性，能够升级基本模块设计，以满足不同功率要求的各种应用。在为高频通信设备设计AiP模块时，需要满足所有这些要求。
毫米波与AiP
毫米波的目标应用包括：网络热点（室外/室内）、固定无线接入、企业专用网络。其业务挑战在于：由于缺乏推动采用的杀手级应用，客户需求较低，设备生态系统也不成熟；运营商和供应链在毫米波中面临巨大的前期投资成本，现阶段回报有限。
不过，由于具有大带宽、低空口时延和灵活弹性空口配置等独特优势，毫米波可满足未来无线通信对系统容量、传输速率和差异化应用的需求。特别是在5G网络中，作为重要的基础技术，毫米波设备通过波束赋形技术提高信号质量和覆盖范围，为智能物联网应用提供了强大支持。
此外，毫米波雷达在自动驾驶和安防监控等领域也发挥着重要作用。毫米波雷达的高精度障碍物检测和测距能力可为自动驾驶车辆提供关键感知能力。在安防监控领域，因其对人体检测和人脸识别的独特优势，毫米波雷达已成为监控系统中的重要组成部分。
毫米波技术中的AiP是一种创新性解决方案，特别适用于5G毫米波频段毫米波终端天线。它可以将天线与相关通信元件（如传送收发器、电源管理芯片、RF前端等）集成在一起，优化天线性能同时降低成本和体积。
AiP技术的出现顺应了提高硅基半导体工艺集成度的趋势，能够显著缩小设备厚度和减少PCB面积，进而降低模块的外形尺寸。此外，由于器件到天线的布线距离缩短，有助于降低功耗。AiP技术还降低了对高频基板材料的需求，进一步简化了制造过程。
在毫米波雷达领域，采用AiP技术可以实现舱内生命体征探测，如检测驾驶员心跳呼吸等，以及检测舱内是否有活体存在。此外，在智能空调、监控领域等也有广泛的应用前景。
作为毫米波技术中的重要组成部分，AiP基板技术涵盖多种基板材料以及封装方案。AiP技术使用的基板材料种类多样，包括有机材料、LTCC（低温共烧陶瓷）和玻璃等。这些材料各自具有不同的成本、加工性和高频性能、稳定性，适用于不同的应用场景和频率范围。
AiP常见的封装方案包括倒装芯片和扇出等，旨在实现天线与芯片的高度集成，同时确保良好的电气性能和机械稳定性。倒装芯片连接路径更短，功耗更低；扇出封装则可在芯片周围放置更多元件，提高集成度并减小整体尺寸。
AiP基板技术的重要目标是提高集成度，将更多元件和功能整合到更小空间内，以缩小设备体积和重量，降低制造成本，提高系统可靠性。
在制造工艺方面，AiP基板技术的实现需要依赖先进的制造工艺和技术，包括精密基板加工、元件放置、焊接和测试等步骤，以确保最终产品的质量和性能。
随着技术的进步和市场需求的不断变化，AiP基板技术也在不断发展和完善。未来将有更多创新性的基板材料和封装方案出现，以满足更高频率、更高集成度和更低成本的需求。搭载AiP的技术将为无线通信和汽车雷达等领域带来革命性的变革。
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