毫米波AiP大不易苹果全程监督日月光量测进度领先群雄

2020年开局以来，全球总体经济纷扰因素不断。先是有COVID-19(新冠肺炎)突如其来，改变了人类的社会行为与生活模式，疫情后续发展不确定性仍高。其次，中美贸易战并未降温，美国大动作加重制裁华为，全力封锁华为旗下海思半导体活路，重点就在于争抢5G系统话语权，关键半导体制造设备、EDA软体等几乎皆掌握在美方手中。

尽管如此，5G商转带来的手机换机潮、基础建设，以及整体产业革命商机仍不会停止。已经是全球半导体产业景气风向球的台积电，预期今年整体手机出货量可能衰退10%，但却有「质」的改变，也就是5G手机的渗透率可望优于预期，重返2019年底乐观预估的接近20%水准。

这对于在先进制程有绝对领先优势的台积电来说，无疑是一大契机。华为海思联盟的暂时松动，使得台系IC设计龙头联发科趁势加码巩固晶圆代工、封装测试产能，一举抢食5G FR1(sub-6GHz)主战场市占率，特别是以FR1为大宗的中国市场。再者，美国市场将是5G FR2(毫米波，mmWave)最大宗应用市场，下半年苹果(Apple)新款iPhone12(暂称)，则是5G毫米波手机能否站稳脚步的关键。

毫米波AiP封装、OTA、量测步步关键

半导体业者比喻，若以一般手机使用者的实际感受举例，sub-6GHz 5G的连网速度约与现行室内连结Wi-Fi相仿，以半导体如手机应用处理器(AP)、射频(RF)晶片、天线等设计来看，支援sub-6GHz的技术难度其实不算高，也因此业界多认为算是「4.5G」。FR1频段的最大优势就是晶片商、相关手机系统业者等进入速度快，更有机会推出高性价比产品，更重要的是，基础建设布建的成本也相对较低。

5G FR2频段(20~60GHz甚至以上)的毫米波技术被视为是真正能够实现「高传输」、「低延迟」、「大频宽」等特性的「真5G」，因高频毫米波讯号非常微弱，如何避免干扰与讯号耗损成为关键。相较于4G或是sub-6GHz，5G毫米波基地台的布建必须是铺天盖地，基地台的密集度将会比4G世代高出4~16倍。

毫米波天线技术需要采大规模多重输入多重输出(Massive MIMO)、波束成形(beamforming)等技术。在半导体、RF晶片领域，除了需要采用系统级封装(SiP)技术为基础的整合天线封装(AiP)，进一步整合成天线模组外，因毫米波高频特性，无法采用传统cable连接方式测试，需采用OTA量测，这更是封测、检测、测试介面业者一大挑战。

日月光AiP技术领先苹果背后全程监督

在AiP封测领域，全球专业委外封测代工龙头日月光投控，可说是在基板(Substrate)技术为主的覆晶天线封装(FC-AiP)与测试、量测最领先业者。业者透露，目前全球主力晶片商当中，美系IC设计龙头高通(Qualcomm)跑的最快，但苹果设计能力已经足以与高通抗衡，双方「床头吵、床尾和」，但苹果尚未调整完自家数据机晶片(Modem)战力，RF领域仍要仰赖高通。

2020年下半推出的iPhone 12有部分机种搭载5G毫米波技术，苹果酝酿已久的自行设计AiP模组浮上台面，具有成本竞争力的FC-AiP成为拿下封装订单的最主要制程，其中，日月光投控扮演要角。

事实上，自主设计天线模组的苹果主导权非常高，对于基板采购、封装制程频频下指导棋，封测厂则专心扮演好专业代工角色。由DIGITIMES最先独家揭露，日月光于2018年左右砸下重金于高雄厂区投资设置的两座毫米波OTA量测微波暗室(Chamber)，正是为了美系两家大厂AiP模组封测而来。

熟悉日月光人士指出，建置专用Chamber，主要为了因应5G毫米波高频天线、射频元件特性，追求从最初的模组设计、材料使用、进一步到模拟、量测的一条龙模式。日月光与旗下矽品，则是全球最先量产FC-AiP模组的封测厂。据了解，高通从第一代到目前的第三代AiP模组，皆由日月光与旗下矽品操刀，已打入三星电子(Samsung Electronics)毫米波手机供应链。

微波暗室系于特殊房间中布满吸波材料(吸收电磁波)，打造纯净环境，用以量测5G毫米波天线的精准度。随着频率越高，打造微波暗室的金额越昂贵，估计一座Chamber造价约新台币亿元以上。日月光2019年已加码投资3座Chamber，在制程上全力锁定性价比高的FC-AiP放量生产，至于扇出型天线封装(Fan-out AiP)，日月光目前既定量产时程先行延后到2021年。

熟悉日月光人士也回忆，其实苹果为了iPhone 12天线模组，2年多前就开始布局研发，也与苹果新品开发计画时程向来约抓2年相仿。苹果布局也非常谨慎，与日月光进行AiP模组封装研发、OTA测试、量测时，几乎是「全程监督」，也屡屡派员前往日月光高雄厂「实地监看」毫米波AiP量测的结果，研发团队压力自然可想而知。

毫米波技术进展美系略胜两岸晶片商

熟悉封测业者坦言，支援5G毫米波手机才需要采用AiP模组，市场预期在基础建设才刚启动的态势下，加上2020年5G FR1的3.5GHz可说是主流中的主流，以2020年来看，毫米波手机销售量能必然有限。苹果估计2020年仍有1,700万~2,000万支5G毫米波iPhone的销售水准。

5G高阶版本iPhone仍肩负打开毫米波技术契机的重责大任。以一线晶片业者进度来看，高通仍是全方位发展毫米波天线、RF、数据机晶片最完整的晶片商，苹果则先行跨足AiP模组设计。

两岸业者则因策略先行锁定FR1，AiP模组进度稍微落后，但估计华为海思、联发科相关RF晶片进度在伯仲之间，而华为海思联盟受到美国制裁后续发展不明，联发科2020年虽然天玑系列大军锁定高性价比FR1手机市场，但2021年以后势必不会缺席FR2毫米波技术领域。

从IC基板供应链来看，由于AiP模组需要堆叠14~16层左右基板，目前有不同BT材质基板厂提供5层加上8~10层板的混合设计，良率可望高于一次堆叠完10层以上基板。

FC-AiP也并非简单的制程，多层数BT基板堆叠仍有良率挑战，市场传出目前仍是台系、韩系基板厂分食订单，甚至向来品质保证佳的日系基板厂，也传出加入战局。目前预估7月台系、韩系基板厂进入小量量产阶段，8~9月以后封测厂可望开始大量封装，第4季拉货动能更强。

由于Fan-out AiP模组可望大幅减少基板使用量，原本被看好是AiP封装技术中要角，但一般预期晶圆级的Fan-out AiP单组成本约是FC-AiP的2~3倍，在整体考量零组件成本的趋势下，若大量采用Fan-out AiP，光是数颗天线模组的成本与一片手机OLED面板有拼。估计2020年5G甫刚起步的手机市场中，「性价比」将是非常重要的关键，导入Fan-out AiP的量产时程，则可能将略为延后。

中长期来看，毫米波仍是长期发展大势，据了解，即便是海思半导体内部，毫米波晶片的研发动能其实并未完全停歇，后续人才的流动、团队的改组，或是争取更多台系IC设计人才后会激荡出什么样的火花，则有待持续关注。