图15. NTT公司300GHz LTCC封装天线实物照片

　　物联网(IoT)是互联网发展的新阶段，它通过智能感知、识别技术与普适计算等手段实现万物互联。最近，美国Silicon Labs公司发布了如图16所示的世界上最小的蓝牙无线系统，它的封装内集成有天线，尺寸只有6.5×6.5×1.5 mm3，这使得设计真正紧凑的物联网设备变得可行[63]。

图16. Silicon Labs公司的蓝牙CMOS芯片内置封装天线实物照片

　　AiP技术是近期国际上5G移动通信研发的一个重要课题，难点是如何实现高辐射效率及低成本量产。图17为IBM应用于未来5G基站28GHz AiP照片[64]。该AiP包含4个单片SiGe裸芯片和64个双极化天线，尺寸约为7.1×7.1cm2。刘兑现博士是IBM公司所有AiP设计背后的灵魂人物，他指出相控阵列天线的并行双极化运作方式能够形成两个波束支持低于1.4度的波束扫描精度，同时保持发送和接收模式，进而使服务的用户量增加一倍。

图17. IBM公司 28GHz HDI封装天线 SiGe芯片实物照片

　　图18为Qualcomm近日发布的用于5G NR 首款智能手机参考设计中采用的28GHz毫米波芯片[65]。参考设计旨在于手机的功耗和尺寸要求下，对5G技术进行测试和优化。该芯片天线方案采用AiP技术，尺寸约为5美分大小。Qualcomm希望能在一年内将尺寸缩小一倍。

图18. Qualcomm公司用于5G NR 首款智能手机参考设计中采用封装天线技术的的28GHz毫米波芯片实物照片

　　3. 结束语

　　不知不觉AiP技术已走过了多年发展历程。早期AiP技术的研究主要集中在大学实验室,围绕着2.4GHz蓝牙芯片展开。如何实现天线小型化是当时AiP研究者所面临的技术难题。中期AiP技术的开发主要集中在大公司，围绕着60GHz芯片及毫米波雷达展开。如何实现宽频带、高增益天线及芯片与天线低损耗互连是中期AiP开发者所面临的挑战。中期也是AiP技术茁壮发展的阶段，很多大公司投入大量人力物力开发适合于AiP设计的新材料和新工艺，实属罕见。据我所知，也只有在1970年代微带天线曾获得过如此瞩目与投入。近期AiP技术的研发一方面向更高的频率扩展，另一方面正围绕着IoT及毫米波移动通信5G芯片如火如荼展开。更高频率AiP技术的关键在于材料损耗及工艺精度，5G AiP技术的难点是如何实现高辐射效率及低成本量产。

　　如今AiP技术不仅仅被工业界广泛采用，也已从学术界天线领域扩散到集成电路、封装、材料与工艺、微波、雷达及通信等领域。这一点既可以从发表AiP技术相关文章的刊物看出，也可以从不同领域作者出版的书籍中窥到。比如国际著名的无线通信专家美国纽约大学Theotores S. Rappaport教授不仅在他发表的新书毫米波无线通信中专门详细介绍AiP技术，也在很多无线通信类国际学术会议的主题演讲中用我们的AiP设计作为例子阐述封装天线的优点[64]。再比如以前在射频集成电路工程师眼中，天线只不过就是一片金属，现在他们意识到没有好的天线解决方案，设计再好的射频集成电路也就是一块石英。另外，IEEE微波理论与技术学会比天线与传播学会对推广AiP技术更加积极，几年前几乎在同一时段选择任命了两位杰出讲师讲授AiP技术。一位是德国Karlsruhe Institute of Technology 的 Thomas Zwick教授[65]，另一位是奥地利Johannes Kepler University的Andreas Stelzer教授[66]。同时在一个题目上任命了两位杰出讲师，在IEEE微波理论与技术学会历史上是前所未有的。德国Karlsruhe Institute of Technology是Heinrich Rudolf Hertz 1887发现电磁波的地方，Thomas Zwick教授是IBM Thomas J. Watson Research Center前雇员，在AiP设计、制造及测试方面做出过突出贡献。 Andreas Stelzer教授由于在SiGe毫米波雷达芯片设计方面的贡献获2011年度IEEE微波理论与技术学会微波奖，在基于eWLB工艺开发差分AiP技术方面的贡献获首届IEEE亚太天线与传播年会最佳论文奖。