封裝天線技術(shù)發(fā)展歷程回顧

張躍平

無(wú)線通信發(fā)展迅速，4G的商用才剛剛鋪開，5G研發(fā)的熱潮已迎面撲來(lái)。在未來(lái)的幾年里，5G旨在實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高速率、大容量萬(wàn)物互聯(lián)，將會(huì)徹底改變我們同世界互動(dòng)的方式。為了使5G的愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，必須突破幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)藩籬，其中一個(gè)核心技術(shù)的難題就與我們的領(lǐng)域息息相關(guān)，即如何利用大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）天線陣列實(shí)現(xiàn)波束成形、掃描、追蹤、鎖定來(lái)有效對(duì)抗毫米波移動(dòng)信道的路徑損耗[1]。

汽車?yán)走_(dá)在改善駕車安全的同時(shí)，也提升了全新的駕車體驗(yàn)。目前，汽車?yán)走_(dá)主要工作在24 GHz和77 GHz的窄頻帶范圍，僅起到預(yù)警及輔助駕駛的作用。未來(lái)汽車?yán)走_(dá)將朝著工作在79 GHz寬頻帶發(fā)展，利用4 GHz帶寬獲得更高的空間分辨率，甚至實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛[2]。2015年，谷歌手勢(shì)雷達(dá)一經(jīng)問(wèn)世，便立刻造成全球轟動(dòng)。手勢(shì)雷達(dá)工作在60 GHz頻帶，跟蹤人手移動(dòng)及其變化，非常適合嵌入在可穿戴設(shè)備、手機(jī)和其他電子產(chǎn)品中作為用戶界面。

消費(fèi)類電子產(chǎn)品的硬件主要是通過(guò)系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）和系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。SoC技術(shù)通過(guò)半導(dǎo)體工藝在同一個(gè)芯片上集成實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的各種電路。而SiP技術(shù)則是通過(guò)封裝工藝將各個(gè)功能模塊集成在一個(gè)封裝內(nèi)[3]。盡管SoC技術(shù)可以以更低的系統(tǒng)成本來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和功能，但是由于使用相同的材料和工藝，沒辦法使每個(gè)類型的電路性能達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低和系統(tǒng)功耗增加等問(wèn)題。相反，SiP技術(shù)可以提升系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)功耗，但是由于功能模塊和封裝制作采用不同的材料和工藝，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低和系統(tǒng)成本增加。

天線是無(wú)線系統(tǒng)中的重要部件，有分離和集成兩種形式。分離天線司空見慣[4]，集成天線也已悄悄地進(jìn)入到我們的視線。集成天線包括片上天線（AoC）和封裝天線（AiP）兩大類型[5]。AoC技術(shù)通過(guò)半導(dǎo)體材料與工藝將天線與其他電路集成在同一個(gè)芯片上[6-10]?？紤]到成本和性能，AoC技術(shù)更適用于太赫茲頻段[11-13]。AiP技術(shù)是通過(guò)封裝材料與工藝將天線集成在攜帶芯片的封裝內(nèi)。 AiP技術(shù)很好地兼顧了天線性能、成本及體積，代表著近年來(lái)天線技術(shù)重大成就，因而深受廣大芯片及封裝制造商的青睞。如今幾乎所有的60 GHz無(wú)線通信和手勢(shì)雷達(dá)芯片都采用了AiP技術(shù)[14-24]。除此之外，在79 GHz汽車?yán)走_(dá)[2]，94 GHz相控陣天線，122 GHz、145 GHz和160 GHz的傳感器，以及300 GHz無(wú)線鏈接芯片中都可以找到AiP技術(shù)的身影[25-30]。毋庸置疑，AiP技術(shù)也將會(huì)為5G毫米波移動(dòng)通信系統(tǒng)提供很好的天線解決方案。

很顯然AoC和AiP分別屬于上述SoC和SiP概念的范疇，那么我們?yōu)槭裁匆獙⑺鼈儚腟oC和SiP技術(shù)中明確區(qū)分開來(lái)呢？原因其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是為了強(qiáng)調(diào)它們獨(dú)有的輻射特性。關(guān)于AoC技術(shù)，需另辟專文詳述，本文僅擬論及AiP技術(shù)。盡管AiP技術(shù)方面的論文和專利很多，但還沒有一篇用于回顧AiP技術(shù)發(fā)展歷程及其背后故事，本文旨在填補(bǔ)這一空白。

1 早期與藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)

一起發(fā)芽

AiP技術(shù)早在該術(shù)語(yǔ)被提出和普及之前就已經(jīng)存在。AiP技術(shù)繼承與發(fā)揚(yáng)了微帶天線、多芯片電路模塊及瓦片式相控陣結(jié)構(gòu)的集成概念。它的發(fā)展主要得益于市場(chǎng)的巨大需求，硅基半導(dǎo)體工藝集成度的提高，驅(qū)動(dòng)了研究者自90年代末不斷深入探索在芯片封裝上集成單個(gè)或多個(gè)天線。

我于1993年初榮幸地成為香港中文大學(xué)國(guó)際知名衛(wèi)星天線專家黃振峰博士課題組成員，有機(jī)會(huì)參與制造和測(cè)試多款微帶天線。通過(guò)使用一種剛問(wèn)世不久的低損耗高介電常數(shù)陶瓷材料，我們成功地將900 MHz微帶天線小型化到只有手指甲大小，利用幾個(gè)小型化天線就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)天線輻射方向圖成形，減少向人體側(cè)輻射。研究成果不知怎樣引起了時(shí)任香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕教授的注意，有一天召集我們到他辦公室向他匯報(bào)。然而，我們關(guān)于實(shí)現(xiàn)天線小型化的研究似乎沒有給高錕教授留下深刻印象。他打比喻說(shuō)：將4條腿的長(zhǎng)凳縮小到3條腿的板凳只是進(jìn)化而已，大學(xué)應(yīng)該嘗試做一些革命性的研究。高錕教授獲2009年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，也許高錕教授這樣偉大的科學(xué)家更關(guān)注研究的科學(xué)價(jià)值，而我們則更強(qiáng)調(diào)潛在的應(yīng)用。幸運(yùn)的是，我們關(guān)于天線小型化的工作在天線領(lǐng)域受到歡迎，并在1995年電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）天線與傳播國(guó)際研討會(huì)上與摩托羅拉公司設(shè)計(jì)的類似天線在同一會(huì)場(chǎng)宣讀 [31]，直接促進(jìn)了陶瓷貼片天線的發(fā)展。1996年，我加入了香港城市大學(xué)國(guó)際著名的天線實(shí)驗(yàn)室從事介質(zhì)諧振器天線研究。偶然的機(jī)會(huì)我在香港城市大學(xué)遇到了材料科學(xué)家李國(guó)源博士，他熱情地向我介紹了他研究的低溫共燒陶瓷（LTCC）材料與工藝，并用一塊可以表貼集成電路內(nèi)有埋置去耦電容的LTCC基板講解了厚膜電路的優(yōu)缺點(diǎn)，臨別時(shí)還慷慨地向我贈(zèng)送了好多塊他燒好的LTCC基板用于天線研究。這些LTCC基板除了后來(lái)用于天線試驗(yàn)毀壞的以外，剩余的我至今還保留著。李國(guó)源博士現(xiàn)在是華南理工大學(xué)教授。1998年，我離開任教的香港大學(xué)前往新加坡南洋理工大學(xué)就職。令我驚訝的是，我被分派到電路與系統(tǒng)系而非通信工程系，后者有幾位教授及先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室從事天線與電磁波傳播研究。在參觀集成電路實(shí)驗(yàn)室時(shí)，我看到了圖1所示的裝置，就問(wèn)實(shí)驗(yàn)室一個(gè)研究生那是微帶天線嗎？研究生回答：“不，那不是，那是一個(gè)集成電路芯片?！辈痪茫娐放c系統(tǒng)系啟動(dòng)了“片上軟件無(wú)線電”的戰(zhàn)略性研究項(xiàng)目，我的任務(wù)是為這個(gè)項(xiàng)目開發(fā)天線技術(shù)。因?yàn)閷?duì)圖1所示的集成電路芯片同微帶天線結(jié)構(gòu)相似性的著迷，預(yù)測(cè)到未來(lái)有可能產(chǎn)生一種革命性的天線解決方案，我很快決定研究圖1所示集成電路芯片作為天線的可行性[32]。

首先，我找來(lái)許多現(xiàn)成的陶瓷封裝集成電路芯片來(lái)進(jìn)行天線及電路實(shí)驗(yàn)，研究它們之間的相互影響。圖2a）就是當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)的一個(gè)在雙列直插式封裝上實(shí)現(xiàn)的2.4 GHz天線。后來(lái)發(fā)現(xiàn)利用現(xiàn)成的陶瓷封裝集成電路芯片來(lái)進(jìn)行天線實(shí)驗(yàn)有很大的局限性，于是決定利用印刷電路板（PCB）工藝加工集成電路封裝結(jié)構(gòu)模型且印制有天線。圖2b）所示的集成電路封裝結(jié)構(gòu)模型利用了3層電路板，天線印制在頂層板上，信號(hào)線及封裝地在低層板上實(shí)現(xiàn)，中間層中空，夾在頂、低層之間形成腔體來(lái)攜帶裸芯片。頂層板印制了5.2 GHz微帶天線，如果頂層板換成左下角所示的板，則模擬集成電路封裝結(jié)構(gòu)是一款集成有2.4 GHz及5.2 GHz雙頻微帶天線。上述在現(xiàn)成的陶瓷封裝集成電路芯片和PCB加工的模型上嘗試，都獲得了令人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。受其鼓舞，我和學(xué)生林偉、薛陽(yáng)、王2003年利用LTCC工藝實(shí)現(xiàn)了多款真正工業(yè)意義上的封裝天線[33]。圖2c）是一款利用 LTCC工藝為藍(lán)牙芯片開發(fā)的差分封裝天線。endprint

與此同時(shí)，英國(guó)伯明翰大學(xué)C. T. SONG，P. S. HALL和H. GHAFOURI-SHIRAZ提出了兩個(gè)有關(guān)天線封裝的概念。第1個(gè)概念突出體現(xiàn)了將小天線埋入到芯片封裝材料中，然后在埋入式天線近距離處放置一個(gè)寄生單元，從而改善封裝天線的低增益并增加帶寬。第2個(gè)概念建議在半導(dǎo)體芯片上實(shí)現(xiàn)射頻前端電路及電小饋電天線，并在饋電天線上方增加寄生單元并充當(dāng)封裝頂蓋，密封整個(gè)芯片[34]。HALL教授學(xué)識(shí)淵博、謙虛低調(diào)，是國(guó)際天線界一位德高望重的學(xué)者。為表彰他在微帶天線方面所做出的杰出貢獻(xiàn)，美國(guó)IEEE天線與傳播學(xué)會(huì)授予他2012年the John Kraus Antenna Award，英國(guó)工程技術(shù)學(xué)會(huì)（IET）授予他2013年度the James R. James Lifetime Achievement Award.

幾乎同時(shí)，封裝工程師也在嘗試解決相同的問(wèn)題。D. J. MATHEWS等人[35]申報(bào)了一項(xiàng)內(nèi)置電磁防護(hù)罩和天線的用于藍(lán)牙芯片封裝的發(fā)明專利。美國(guó)佐治亞理工學(xué)院K. T. LIM等人設(shè)法在封裝系統(tǒng)（SoP）上集成射頻無(wú)源器件、天線和有源芯片，以增強(qiáng)封裝系統(tǒng)的整體性能和增加更多功能[36]。比利時(shí)校際微電子中心S. BREBELS等人也實(shí)現(xiàn)了集成有天線的SoP[37]。但是，由于已經(jīng)有SiP的概念，SoP的概念未被廣泛接受。

稍后香港城市大學(xué)梁國(guó)華教授及新加坡微電子研究所A. P. POPOV博士分別獨(dú)立發(fā)明基于介質(zhì)諧振器天線的AiP技術(shù)[38-39]。梁國(guó)華教授90年代初同我相識(shí)在香港中文大學(xué)微波實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)時(shí)他博士即將畢業(yè)。據(jù)說(shuō)梁國(guó)華博士論文答辯時(shí)，答辯委員會(huì)主席認(rèn)為他提交給中文大學(xué)的博士論文等于其他學(xué)校的兩份博士論文。梁國(guó)華教授后來(lái)被任命為IEEE天線與傳播匯刊的主編。梁國(guó)華教授的博士導(dǎo)師實(shí)際上是陸貴文教授，陸貴文教授獲得了2017年度IEEE天線與傳播學(xué)會(huì)the John Kraus Antenna Award，另外曾長(zhǎng)期在香港中文大學(xué)及城市大學(xué)工作過(guò)的李方教授也于2009年獲此殊榮，微帶天線的研究至少已產(chǎn)生了3位獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

2 中期與60 GHz無(wú)線技術(shù)

及毫米波雷達(dá)一起成長(zhǎng)

2005年3月初，在新加坡舉辦的第1屆小型天線國(guó)際研討會(huì)上，我第1次見到了來(lái)自IBM Thomas J. Watson Research Center的Brian GAUCHER先生和劉兌現(xiàn)博士，并邀請(qǐng)他們?cè)L問(wèn)了南洋理工大學(xué)。Brian就IBM的60 GHz SiGe芯片、天線、封裝和測(cè)試設(shè)備做了學(xué)術(shù)報(bào)告。圖3為IBM用于概念驗(yàn)證的60 GHz芯片照片。SiGe裸芯片通過(guò)倒裝焊技術(shù)與天線連接、封裝成為柵格陣列模塊。由于需要在封裝內(nèi)加金屬墻及封裝上開天線窗口，因此該概念封裝天線不易大批量生產(chǎn)。我向Brian GAUCHER先生和劉兌現(xiàn)博士簡(jiǎn)要介紹了幾款基于LTCC工藝適合批量生產(chǎn)的2.4 GHz和5.2 GHz頻段的封裝天線。雙方當(dāng)場(chǎng)就達(dá)成了基于LTCC工藝合作開發(fā)用于IBM 60 GHz SiGe芯片組的封裝天線的可行性研究計(jì)劃。我和我的學(xué)生孫梅博士負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)工作，邀請(qǐng)新加坡制造技術(shù)研究所（SIMTech）的一個(gè)研究小組負(fù)責(zé)LTCC加工，劉兌現(xiàn)博士負(fù)責(zé)評(píng)估并向我反饋測(cè)試結(jié)果。

早期在封裝上集成天線，所用英文名稱五花八門。隨著開發(fā)的深入我意識(shí)到一個(gè)專門響亮的名稱非常有利于去推廣它。2006年起，我首先使用Antenna-in-Package的名稱去推廣這一新穎的天線解決方案[40]。采用Antenna-in-Package（AiP）而不是Antenna-on-Package （AoP）主要考量是前者更有可能使天線靠近芯片，減少互連損耗[40]。低插損的天線與芯片互連是毫米波AiP技術(shù)的一大挑戰(zhàn)。2006年3月初，我參加了在美國(guó)紐約舉辦的第二屆小型天線國(guó)際研討會(huì)，并訪問(wèn)了IBM Thomas J. Watson Research Center，與劉兌現(xiàn)、U.R. PFEIFFER和Janusz GRZYB博士討論了AiP技術(shù)問(wèn)題。很遺憾，這次訪問(wèn)并沒有見到已于2004年離開IBM的Thomas ZWICK 博士。Thomas在開發(fā)探針式毫米波集成天線測(cè)試系統(tǒng)及AiP鍵合線互連方面做出了突出貢獻(xiàn)。此次會(huì)面增強(qiáng)了雙方合作，加速了AiP技術(shù)的發(fā)展。圖4展示了設(shè)計(jì)階段獲取的截圖和劉兌現(xiàn)博士評(píng)測(cè)的基于LTCC加工的AiP樣品。這一樣品集成了共面波導(dǎo)饋線、準(zhǔn)腔體、定向保護(hù)環(huán)、基板材料調(diào)制的槽天線。天線輸入阻抗故意設(shè)計(jì)成容性的與芯片通過(guò)感性的鍵合線互連，結(jié)果令人滿意，并在2007年3月英國(guó)劍橋舉辦的第3屆小型天線國(guó)際研討會(huì)上被授予最佳論文獎(jiǎng)[41]。事實(shí)上，在赴英參會(huì)之前我在一次內(nèi)部會(huì)議上就對(duì)孫梅博士及新加坡制造技術(shù)研究所的合作者預(yù)測(cè)到60 GHz AiP技術(shù)論文會(huì)獲獎(jiǎng)。而且，還有一件有趣的事情，那就是在劍橋大學(xué)的演講廳等待頒獎(jiǎng)時(shí)，我在一張會(huì)議用紙上寫了個(gè)便條，再一次預(yù)測(cè)有關(guān)AiP的工作將會(huì)贏得更高獎(jiǎng)項(xiàng)。我也請(qǐng)劉兌現(xiàn)博士在便條上簽了字，便條至今由我保管。果然不出所料，2012年我、孫梅、劉兌現(xiàn)和陸億瀧博士榮獲當(dāng)年IEEE 天線與傳播學(xué)會(huì)謝昆諾夫論文獎(jiǎng)[42]。這是該獎(jiǎng)項(xiàng)自1957年設(shè)立以來(lái)，亞洲研究者首次及至今唯一獲此殊榮。謝昆諾夫是國(guó)際著名的電磁理論學(xué)家。他于1920年代初期從前蘇聯(lián)經(jīng)中國(guó)移居美國(guó)。他在工程電磁場(chǎng)、天線理論、波導(dǎo)理論、電磁屏蔽等方面提出了許多定理、原理、概念、方法，做出了重要的貢獻(xiàn)。他使應(yīng)用數(shù)學(xué)煥發(fā)出光彩，許多工作帶有奠基性質(zhì)。就經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)方法（即量子理論以外領(lǐng)域）而言，中國(guó)著名物理學(xué)家黃志詢先生認(rèn)為可以把他比作20世紀(jì)的麥克斯韋[43]。

John KRAUS是對(duì)天線做出卓越貢獻(xiàn)的老一輩天線專家。IEEE天線與傳播學(xué)會(huì)的the John Kraus Antenna Award就是用他名字命名的。KRAUS發(fā)明的螺旋天線應(yīng)用非常廣泛，但他發(fā)明的柵格天線卻鮮有應(yīng)用[44]。孫梅博士在2008年發(fā)現(xiàn)柵格天線的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)非常適合于LTCC工藝，故將其應(yīng)用于60 GHz AiP設(shè)計(jì)中[45]。緊接著，Wolfgang MENZEL等人將其應(yīng)用于79 GHz[2]，陳梓浩等人將其應(yīng)用于94 GHz[46]， THOMAS等人將其應(yīng)用于122 GHz[47]，張冰等人將其應(yīng)用在了145 GHz AiP設(shè)計(jì)中[48]。幾乎快被人遺忘的柵格天線得以在AiP技術(shù)中發(fā)揚(yáng)光大。MENZEL教授是微帶漏波天線的發(fā)明者，曾訪問(wèn)南洋理工大學(xué)并做了有關(guān)車載雷達(dá)中毫米波天線的邀請(qǐng)報(bào)告，期間與我們交流了關(guān)于柵格天線的設(shè)計(jì)方法。圖5是孫梅等人利用LTCC工藝為IBM 60 GHz SiGe接收機(jī)裸芯片設(shè)計(jì)的AiP。它采用了鍵合線球柵陣列（BGA）封裝結(jié)構(gòu)集成了14個(gè)網(wǎng)格的柵格天線，尺寸為13.5×8×1.265 mm3。劉兌現(xiàn)博士測(cè)試了AiP的天線性能并給我發(fā)送了電子郵件，郵件中只寫了兩個(gè)字“excellent results”。確實(shí)，結(jié)果表明柵格天線具有頻帶寬、輻射效率高的優(yōu)點(diǎn)，且在57 ～ 64 GHz頻率范圍內(nèi)主波束輻射都在天頂方向，60 GHz頻段最大增益可達(dá)到14.5 dBi[49]，代表了當(dāng)時(shí)最好的60 GHz AiP設(shè)計(jì)。endprint

AiP技術(shù)的成功主要?dú)w功于人們重拾了對(duì)60 GHz無(wú)線系統(tǒng)的研究與開發(fā)興趣。2007年，AiP技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新階段，IEEE開始著手制訂60 GHz頻帶標(biāo)準(zhǔn)，很多企業(yè)開始重視60GHz芯片及封裝天線的研發(fā)。美國(guó)Sibeam公司第一個(gè)將60 GHz天線陣與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）裸芯片利用LTCC工藝集成在一起，引入消費(fèi)市場(chǎng)，用于高清視頻內(nèi)容的無(wú)線傳輸。圖6是Sibeam公司60 GHz芯片的照片，集成的微帶天線陣清晰可見。值得一提的是，我在2005年9月美國(guó)加州圣克克拉市舉辦的天線系統(tǒng)和短程無(wú)線會(huì)議上做主題演講后，休息之余，與SiBeam的創(chuàng)始人之一、毫米波CMOS電路先驅(qū)者C. H. DOAN先生熱情地討論了一些有關(guān)基于LTCC封裝天線集成的問(wèn)題[50]。

2010年，美國(guó)IBM公司公布了用于60 GHz相控陣系統(tǒng)的完整AiP方案[51]。如圖7所示，基于LTCC工藝，16個(gè)矩形微帶天線被集成在BGA封裝中，發(fā)射或接收裸芯片通過(guò)倒裝焊技術(shù)與AiP相連。AiP尺寸為28×28×1.47 mm3，在4個(gè)IEEE 802.15.3c通道中，天線單元增益均可達(dá)到5 dBi。2011年，IBM還展示了另外一個(gè)用于60 GHz相控陣系統(tǒng)的基于有機(jī)材料高密度互連工藝（HDI）的完整AiP方案[52]。值得一提的是，IBM與封裝材料及工藝商通過(guò)努力實(shí)現(xiàn)了在AiP中嵌入空氣腔體來(lái)改善微帶天線阻抗及輻射特性。

2011年，韓國(guó)Samsung公司發(fā)表了用于60 GHz相控陣系統(tǒng)的完整AiP方案[18]。如圖8所示，基于LTCC工藝，24個(gè)圓形微帶天線被集成在BGA封裝中，發(fā)射或接收裸芯片可以通過(guò)倒裝焊技術(shù)與AiP相連。為了避免像IBM公司那樣在AiP中嵌入空氣腔體來(lái)改善微帶天線阻抗及輻射特性可能帶來(lái)的可靠性問(wèn)題，Samsung公司AiP設(shè)計(jì)采用了圓形疊層微帶天線。AiP的尺寸為20×15×1.02 mm3，分別實(shí)現(xiàn)了9 GHz帶寬及14.5 dBi增益。Samsung公司還分別在2012和2013年提出了用于60 GHz相控陣系統(tǒng)的基于低成本FR4材料與HDI工藝的完整AiP方案[19，21]。疊層微帶天線有助于滿足HDI工藝對(duì)金屬密度的要求。Samsung公司AiP技術(shù)主要貢獻(xiàn)者是一位名叫Wonbin HONG的年輕學(xué)者，我們經(jīng)常通過(guò)電子郵件及在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上交流AiP技術(shù)方面的心得。后來(lái)HONG博士率先報(bào)道了28 GHz 5G手機(jī)天線方面的工作，引起天線界的關(guān)注。

2012年，美國(guó)英特爾（Intel）公司發(fā)表了用于60 GHz相控陣系統(tǒng)的完整AiP方案[53]。如圖9所示，基于LTCC工藝，36個(gè)矩形微帶天線（含4個(gè)啞元）被集成在BGA封裝中，收發(fā)裸芯片通過(guò)倒裝焊技術(shù)與AiP相連。AiP的尺寸為25×25×1.4 mm3，在60 GHz頻段，±30o掃描范圍內(nèi)增益達(dá)19 dBi。針對(duì)60 GHz相控陣系統(tǒng)，英特爾還分別在2013年、2014年和2015年提出利用PCB[57]、玻璃[55]和液晶聚合物（LCP）[56-57]實(shí)現(xiàn)低成本低損耗AiP解決方案。

2015年，美國(guó)谷歌（Google）公司首次公開亮相的手勢(shì)雷達(dá)名震四海。手勢(shì)雷達(dá)使用60 GHz信號(hào)來(lái)快速追蹤人手移動(dòng)，精度可以達(dá)到亞毫米級(jí)。也許對(duì)我而言，最振奮人心的就是AiP技術(shù)被應(yīng)用于手勢(shì)雷達(dá)芯片，如圖10所示，德國(guó)英飛凌（Infineon）公司利用嵌入式晶圓級(jí)封裝（eWLB）技術(shù)，在AiP中集成了1個(gè)60 GHz SiGe收發(fā)裸芯片、2個(gè)用于發(fā)射的差分微帶天線和4個(gè)用于接收的單端口微帶天線[24]。AiP的尺寸為14×14×0.8 mm3，顯而易見，其尺寸已經(jīng)足夠小，可用于穿戴設(shè)備。并且對(duì)于智能手表、手機(jī)和其他裝置而言，手勢(shì)雷達(dá)作為用戶界面潛力巨大。

幾乎所有主要的日本電子公司都開發(fā)出了適用于60 GHz應(yīng)用的芯片組和AiP方案。圖11所示的是日本NEC公司早期開發(fā)的60 GHz接收機(jī)模塊，以及NTT公司近期開發(fā)的60 GHz收發(fā)模塊。兩家公司分別用不同的LTCC工藝在模塊中集成了縫隙天線及拋物面天線[58-59]。

像AiP技術(shù)用于谷歌手勢(shì)雷達(dá)中一樣，英飛凌公司也為77 GHz車載雷達(dá)研制了SiGe芯片組及基于eWLB工藝的AiP技術(shù)，并自2016年6月以來(lái)就同比利時(shí)校際微電子中心合作開發(fā)基于28 nm CMOS的芯片組和基于低成本低損耗PCB工藝的AiP技術(shù)，用于79 GHz車載雷達(dá)[60]。比利時(shí)校際微電子中心負(fù)責(zé)AiP技術(shù)開發(fā)的是Guy A. E. VANDENBOSCH教授。VANDENBOSCH教授每次來(lái)中國(guó)講學(xué)，都會(huì)在演講前向?qū)W生們贈(zèng)送著名的比利時(shí)巧克力，很受學(xué)生們歡迎。IBM公司將其AiP技術(shù)的工作頻段推進(jìn)到94 GHz，并在2014年實(shí)現(xiàn)了用于W波段的可擴(kuò)展相控陣系統(tǒng)的SiGe芯片及完整AiP解決方案[61]。如圖12所示，該AiP設(shè)計(jì)采用多層有機(jī)基片及HDI集成了64個(gè)雙極化疊層微帶天線和36個(gè)啞元，其尺寸為16.2×16.2×0.75 mm3。

在歐盟科技委員會(huì)的贊助下，2009年11月—2013年5月，SUCCESS合作團(tuán)體基于SiGe工藝開發(fā)了如圖13所示的122 GHz及145 GHz雷達(dá)芯片，且用鍵合線將它們分別與天線陣列集成在8 mm見方的扁平無(wú)引腳（QFN）封裝內(nèi)。

圖14是奧德利JKU在歐盟科技委員會(huì)、英飛凌等公司贊助下于2013年10月推出的基于SiGe工藝開發(fā)的160 GHz雷達(dá)芯片，基于eWLB工藝將芯片與天線陣集成在BGA封裝內(nèi) [62]。

3 近期助力太赫茲、物聯(lián)網(wǎng)

和5G移動(dòng)通信發(fā)展

太赫茲技術(shù)是改變未來(lái)世界的重要技術(shù)，已引起各國(guó)政府的重視。在日本政府的支持下，NTT、NICT和FUJITSU都參與到世界上第一個(gè)使用300 GHz無(wú)線鏈接的收發(fā)信機(jī)研發(fā)工作中。NTT成功研發(fā)了如圖15所示用于300 GHz發(fā)射機(jī)芯片的AiP結(jié)構(gòu)。該AiP設(shè)計(jì)采用LTCC工藝，其中喇叭天線尺寸為5×5×2.7 mm3，最大增益為18 dBi，帶寬達(dá)100 GHz[63-65]。endprint

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新階段，它通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等手段實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。最近，美國(guó)Silicon Labs公司發(fā)布了如圖16所示的世界上最小的藍(lán)牙無(wú)線系統(tǒng)，它的封裝內(nèi)集成有天線，尺寸只有6.5×6.5×1.5 mm3，這使得設(shè)計(jì)真正緊湊的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備變得可行。

AiP技術(shù)是近期國(guó)際上5G移動(dòng)通信研發(fā)的一個(gè)重要課題，難點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)高輻射效率及低成本量產(chǎn)。圖17為IBM應(yīng)用于未來(lái)5G基站28 GHz AiP照片[66]。該AiP包含4個(gè)單片SiGe裸芯片和64個(gè)雙極化天線，尺寸約為7.1×7.1 cm2。劉兌現(xiàn)博士是IBM公司所有AiP設(shè)計(jì)背后的靈魂人物，他指出相控陣列天線的并行雙極化運(yùn)作方式能夠形成兩個(gè)波束支持低于1.4o的波束掃描精度，同時(shí)保持發(fā)送和接收模式，進(jìn)而使服務(wù)的用戶量增加一倍。

圖18為Qualcomm近日發(fā)布的用于5G NR 首款智能手機(jī)參考設(shè)計(jì)中采用的28 GHz毫米波芯片 [67]。參考設(shè)計(jì)旨在于手機(jī)的功耗和尺寸要求下，對(duì)5G技術(shù)進(jìn)行測(cè)試和優(yōu)化。該芯片天線方案采用AiP技術(shù)，尺寸約為5 美分大小。Qualcomm希望能在一年內(nèi)將尺寸縮小一倍。

4 結(jié)束語(yǔ)

不知不覺AiP技術(shù)已走過(guò)了多年發(fā)展歷程。早期AiP技術(shù)的研究主要集中在了大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室，圍繞著2.4 GHz藍(lán)牙芯片展開。如何實(shí)現(xiàn)天線小型化是當(dāng)時(shí)AiP研究者所面臨的技術(shù)難題。中期AiP技術(shù)的開發(fā)主要集中在大公司，圍繞著60 GHz芯片及毫米波雷達(dá)展開。如何實(shí)現(xiàn)寬頻帶、高增益天線及芯片與天線低損耗互連是中期AiP開發(fā)者所面臨的挑戰(zhàn)。中期也是AiP技術(shù)茁壯發(fā)展的階段，很多大公司投入大量人力物力開發(fā)適合于AiP設(shè)計(jì)的新材料和新工藝，實(shí)屬罕見。據(jù)我所知，也只有在1970年代微帶天線曾獲得過(guò)如此矚目與投入。近期AiP技術(shù)的研發(fā)一方面向更高的頻率擴(kuò)展，另一方面正圍繞著IoT及毫米波移動(dòng)通信5G芯片如火如荼展開。更高頻率AiP技術(shù)的關(guān)鍵在于材料損耗及工藝精度，5G AiP技術(shù)的難點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)高輻射效率及低成本量產(chǎn)。

如今AiP技術(shù)不僅僅被工業(yè)界廣泛采用，也已從學(xué)術(shù)界天線領(lǐng)域擴(kuò)散到集成電路、封裝、材料與工藝、微波、雷達(dá)及通信等領(lǐng)域。這一點(diǎn)既可以從發(fā)表AiP技術(shù)相關(guān)文章的刊物看出，也可以從不同領(lǐng)域作者出版的書籍中窺到。比如國(guó)際著名的無(wú)線通信專家、美國(guó)紐約大學(xué)T. S. RAPPAPORT教授不僅在他發(fā)表的新書毫米波無(wú)線通信中專門詳細(xì)介紹AiP技術(shù)[68]，也在很多無(wú)線通信類國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的主題演講中用我們的AiP設(shè)計(jì)作為例子闡述封裝天線的優(yōu)點(diǎn)[69]。再比如以前在射頻集成電路工程師眼中，天線只不過(guò)就是一片金屬，現(xiàn)在他們意識(shí)到?jīng)]有好的天線解決方案，設(shè)計(jì)再好的射頻集成電路也就是一塊石英。另外，IEEE微波理論與技術(shù)學(xué)會(huì)比天線與傳播學(xué)會(huì)對(duì)推廣AiP技術(shù)更加積極，幾年前幾乎在同一時(shí)段選擇任命了兩位杰出講師講授AiP技術(shù)。一位是德國(guó)Karlsruhe Institute of Technology 的 Thomas ZWICK教授，另一位是奧地利Johannes Kepler University的Andreas STELZER教授。同時(shí)在一個(gè)題目上任命了兩位杰出講師，在IEEE微波理論與技術(shù)學(xué)會(huì)歷史上是前所未有的。德國(guó)Karlsruhe Institute of Technology是Heinrich Rudolf HERTZ 1887發(fā)現(xiàn)電磁波的地方，Thomas ZWICK教授是IBM Thomas J. Watson Research Center前雇員，在AiP設(shè)計(jì)、制造及測(cè)試方面做出過(guò)突出貢獻(xiàn)。Andreas STELZER教授由于在SiGe毫米波雷達(dá)芯片設(shè)計(jì)方面的貢獻(xiàn)獲2011年度IEEE微波理論與技術(shù)學(xué)會(huì)微波獎(jiǎng)，在基于eWLB工藝開發(fā)差分AiP技術(shù)方面的貢獻(xiàn)獲首屆IEEE亞太天線與傳播年會(huì)最佳論文獎(jiǎng)。

自20世紀(jì)90年代末，我有幸參與并推動(dòng)了AiP技術(shù)的發(fā)展。早在2001年我就同上海交通大學(xué)毛軍發(fā)教授團(tuán)隊(duì)就AiP技術(shù)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。毛軍發(fā)教授團(tuán)隊(duì)在三維系統(tǒng)級(jí)集成及多物理場(chǎng)仿真方面經(jīng)驗(yàn)豐富、碩果累累。自行開發(fā)的熱仿真軟件對(duì)分析AiP熱效應(yīng)及散熱設(shè)計(jì)非常有用。近期毛軍發(fā)教授團(tuán)隊(duì)與中電科41所進(jìn)行合作，建成了中國(guó)第1套從50 GHz（為適應(yīng)5G高頻段天線測(cè)試已向下擴(kuò)展到18 GHz）—325 GHz（為適應(yīng)太赫茲頻段天線測(cè)試可擴(kuò)展到500 GHz或更高）集成天線遠(yuǎn)場(chǎng)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。該測(cè)試平臺(tái)達(dá)到世界先進(jìn)水平，支持探針及波導(dǎo)饋電，110 GHz以下也可用同軸饋電。該測(cè)試平臺(tái)已為中國(guó)多家科研院所的研究項(xiàng)目及公司產(chǎn)品開發(fā)提供了測(cè)試服務(wù)，極大地助進(jìn)了中國(guó)在片上天線及封裝天線方面的研究與發(fā)展。在各種科研計(jì)劃的支持下，清華大學(xué)馮正和教授團(tuán)隊(duì)，東南大學(xué)洪偉教授團(tuán)隊(duì)、崔鐵軍教授團(tuán)隊(duì)，香港城市大學(xué)薛泉教授團(tuán)隊(duì)，香港城市大學(xué)梁國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)，浙江大學(xué)尹文言教授團(tuán)隊(duì)，山西大學(xué)張文梅教授團(tuán)隊(duì)都對(duì)AiP技術(shù)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。張文梅教授曾兩次應(yīng)邀在新加被南洋理工大學(xué)進(jìn)行長(zhǎng)期學(xué)術(shù)訪問(wèn)與講學(xué)。張文梅教授2008年回國(guó)后率先在國(guó)際上開展了用濾波器綜合方法設(shè)計(jì)濾波天線。濾波天線目前是國(guó)際上微波與天線領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，華南理工大學(xué)褚慶昕教授團(tuán)隊(duì)、章秀銀教授團(tuán)隊(duì)分別在濾波天線的設(shè)計(jì)方面做出了突出貢獻(xiàn)。中國(guó)公司盡管在AiP技術(shù)開發(fā)方面起步比較晚，但得益于后發(fā)優(yōu)勢(shì)，60 GHz AiP技術(shù)與相關(guān)芯片研發(fā)已取得重大突破，在交大測(cè)試平臺(tái)多次所做的相控陣、大規(guī)模MIMO輻射測(cè)試獲得令人滿意的效果。毫米波頻段5G移動(dòng)通信AiP技術(shù)也已取得進(jìn)展。

最后，讓我將AiP與基片集成波導(dǎo)（SIW）聯(lián)系起來(lái)結(jié)束這篇文章。我在2016年南京舉辦的華人微波論壇上講過(guò)，吳柯教授及洪偉教授的合作將SIW技術(shù)做成微波領(lǐng)域的國(guó)際主流，我同劉兌現(xiàn)博士一起努力讓AiP技術(shù)在國(guó)際天線領(lǐng)域引起人們的重視。我倆在相距很近的黃河?xùn)|西岸邊的鄉(xiāng)村出生長(zhǎng)大，相識(shí)卻在遠(yuǎn)隔萬(wàn)里的南洋，珠聯(lián)璧合，開創(chuàng)出封裝天線一片天地，并且3次攜手登上國(guó)際天線領(lǐng)域的頒獎(jiǎng)舞臺(tái)，成就了一個(gè)小小奇跡，一段佳話。另外，我們幾位都是77、78級(jí)大學(xué)生，我們的名字有著鮮明的時(shí)代特征，偉大的躍進(jìn)，可否兌現(xiàn)？我想我們沒忘初心，兌現(xiàn)了父輩的期望及我們自己的選擇！endprint

致謝

太原理工大學(xué)盛劍桓教授，香港中文大學(xué)黃振峰博士，香港中文大學(xué)程伯中教授，以及南洋理工大學(xué)杜茂安教授。

參考文獻(xiàn)

[1] ANDREWS J G， BUZZI S， WAN C， et al. What Will 5G Be？[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications， 2014， 32（6）：1065-1082. DOI：10.1109/JSAC.2014.2328098

[2] BAUER F， WANG X， MENZEL W， et al. A 79-GHz Radar Sensor in LTCC Technology Using Grid Array Antennas[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques， 2013， 61（6）：2514-2521. DOI： 10.1109/TMTT.2013.2260766

[3] MAURELLI A， BELOT D， CAMPARDO G. SoC and SiP， the Yin and Yang of the Tao for the New Electronic Era[J]. Proceedings of the IEEE， 2009， 97（1）：9-17. DOI： 10.1109/JPROC.2008.2007453

[4] HEININGER N， KIVIKOSKI M， LEE Y H.Advanced Antenna for Mobile Phone[C]//Processing of. Int. Symp. Antennas Propaga.， USA：IEEE，2005

[5] ZHANG Y P， LIU D. Antenna-on-Chip and Antenna-in-Package Solutions to Highly Integrated Millimeter-Wave Devices for Wireless Communications[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 2009， 57（10）：2830-2841. DOI： 10.1109/TAP.2009.2029295

[6] O KK， KIM K， FLOYD BA， et al. On-Chip Antennas in Silicon ICs and Their Application[J]. IEEE Transactions on Electron Devices， 2005， 52（7）：1312-1323. DOI： 10.1109/TED.2005.850668

[7] ZHANG Y P， SUN M， GUO L H. On-Chip Antennas for 60-GHz Radios in Silicon Technology[J]. IEEE Transactions on Electron Devices， 2005， 52（7）：1664-1668. DOI： 10.1109/TED.2005.850628

[8] ZHANG Y P， GUO L H， SUN M. High Transmission Gain Inverted-F Antenna on Low-Resistivity Si for Wireless Interconnect[J]. IEEE Electron Device Letters， 2006， 27（5）：374-376. DOI： 10.1109/LED.2006.872351

[9] BABAKHANI A， GUAN X， KOMIJANI A， et al. A 77-GHz Phased-Array Transceiver With On-Chip Antennas in Silicon： Receiver and Antennas[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits， 2006， 41（12）：2795-2806. DOI： 10.1109/JSSC.2006.884811

[10] SUN M， ZHANG Y P. 100-GHz Quasi-Yagi Antenna in Silicon Technology[J]. IEEE Electron Device Letters， 2007， 28（5）：455-457. DOI： 10.1109/LED.2007.895447

[11] OJEFORS E， PFEIFFER U R， LISAUSKAS A， et al. A 0.65 THz Focal-Plane Array in A Quarter-Micron CMOS Process Technology[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits， 2009， 44（7）：1968-1976. DOI： 10.1109/JSSC.2009.2021911

[12] GRZYB J， STATNIKOV K， PFEIFFER U R. A 2×2 Lens-Integrated On-Chip Antenna System for A 820 GHz Multiplier-Chain Source in SiGeTechnology[C]// Antennas and Propagation Society International Symposium. USA：IEEE， 2014：737-738. DOI： 10.1109/APS.2014.6904698endprint

[13] HAN R， JIANG C， MOSTAJERAN A， et al. A SiGe Terahertz Heterodyne Imaging Transmitter With 3.3 mW Radiated Power and Fully-Integrated Phase-Locked Loop[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits， 2015， 50（12）：2935-2947. DOI： 10.1109/JSSC.2015.2471847

[14] PFEIFFER U R， GRZYB J， LIU D， et al. A Chip-Scale Packaging Technology for 60-GHz Wireless Chipsets[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques， 2006， 54（8）：3387-3397. DOI： 10.1109/TMTT.2006.877832

[15] ZHANG Y P， SUN M， CHUA K M， et al. Antenna-in-Package Design for Wirebond Interconnection to Highly Integrated 60-GHz Radios[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 2009， 57（10）：2842-2852. DOI： 10.1109/TAP.2009.2029290

[16] DONG G K， LIU D， NATARAJAN A， et al. LTCC Packages With Embedded Phased-Array Antennas for 60 GHz Communications[J]. IEEE Microwave & Wireless Components Letters， 2011， 21（3）：142-144. DOI：10.1109/LMWC.2010.2103932

[17] KAM D G， LIU D， NATARAJAN A， et al. Organic Packages with Embedded Phased-Array Antennas for 60-GHz Wireless Chipsets[J]. IEEE Transactions on Components Packaging & Manufacturing Technology， 2011， 1（11）：1806-1814. DOI： 10.1109/TCPMT.2011.2169064

[18] HONG W B， GOUDELEV A， BAEK K H， et al. 24-Element Antenna-in-Package for Stationary 60-GHz Communication Scenarios[J]. IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters， 2011， 10（1897）：738-741. DOI： 10.1109/LAWP.2011.2162640

[19] HONG W B， BAEK K H， GOUDELEV A. Multilayer Antenna Package for IEEE 802.11ad Employing Ultralow-Cost FR4[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 2012， 60（12）：5932-5938. DOI： 10.1109/TAP.2012.2214196

[20] COHEN E， RUBERTO M， COHEN M， et al. A CMOS Bidirectional 32-Element Phased-Array Transceiver at 60 GHz With LTCC Antenna[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques， 2013， 61（3）：1359-1375. DOI： 10.1109/TMTT.2013.2243749

[21] HONG W B， BAEK K H， GOUDELEV A. Grid Assembly-Free 60-GHz Antenna Module Embedded in FR-4 Transceiver Carrier Board[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 2013， 61（4）：1573-1580. DOI：10.1109/TAP.2012.2232635

[22] TSUTSUMI Y， ITO T， HASHIMOTO K， et al. Bonding Wire Loop Antenna in Standard Ball Grid Array Package for 60-GHz Short-Range Wireless Communication[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 2013， 61（4）：1557-1563. DOI： 10.1109/TAP.2012.2232262

[23] BOERS M， AFSHAR B， VASSILIOU I， et al. A 16TX/16RX 60 GHz 802.11ad Chipset With Single Coaxial Interface and Polarization Diversity[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits， 2014， 49（12）：3031-3045. DOI： 10.1109/JSSC.2014.2356462endprint

[24] NASR I， JUNGMAIER R， BAHETI A， et al. A Highly Integrated 60 GHz 6-Channel Transceiver With Antenna in Package for Smart Sensing and Short-Range Communications[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits， 2016， 51（9）：2066-2076. DOI： 10.1109/JSSC.2016.2585621

[25] GU XX， VALDES-GARCIA A， NATARAJAN A， et al. W-Band Scalable Phased Arrays for Imaging and Communications[J]. Communications Magazine IEEE， 2015， 53（4）：196-204. DOI： 10.1109/MCOM.2015.7081095

[26] BHUTANI A， GULAN H， GOETTEL B， et al. 122 GHz Aperture-Coupled Stacked Patch Microstrip Antenna in LTCC Technology[C]// European Conference on Antennas and Propagation. USA：IEEE， 2016：1-5. DOI： 10.1109/EuCAP.2016.7481147

[27] GOTTEL B， BEER S， PAULI M， et al. Ultra Wideband D-Band Antenna Integrated in A LTCC Based QFN Package Using AFlip-Chip Interconnect[C]// Microwave Conference（EuMC）. USA：IEEE， 2013：227-230. DOI： 10.23919/EuMC.2013.6686632

[28] BEER S， RUSCH C， GOTTEL B， et al. D-Band Grid-Array Antenna Integrated in The Lid of ASurface-Mountable Chip-Package[C]// European Conference on Antennas and Propagation. USA：IEEE， 2013：1318-1322

[29] HAMIDIPOUR A， FISHER A， JAHN M， et al. 160-GHz SiGe-Based Transmitter and Receiver with Highly Directional Antennas in Package[C]// Microwave Integrated Circuits Conference. USA：IEEE， 2013：81-84

[30] TAJIMA T， SONG H J， YAITA M， et al. 300-GHz LTCC Horn Antennas Based on Antenna-in-Package Technology[C]// Microwave Conference（EuMC）. USA： IEEE， 2013：231-234. DOI： 10.23919/EuMC.2013.6686633

[31] ZHANG Y P， LO K C， HWANG Y M. A Dielectric-Loaded Miniature Antenna for Microcellular and Personal Communications[C]// Antennas and Propagation Society International Symposium. USA：IEEE， 1995：1152-1155. DOI： 10.1109/APS.1995.530223

[32] ZHANG Y P， DO M A. Integrated-Circuit Pressed-Ceramic Package Antenna for The Single-Chip Solution of AWireless Transceiver[J]. Microwave & Optical Technology Letters， 2001， 30（5）：330-332. DOI：10.1002/mop.1305

[33] Nanyang Technological University.Integrated Circuit Package Antennas， Internal Reports[R]. Singapore：NTU， 2003.

[34] SONG P C T， HALL P S， GHAFOURI-SHIRAZ H. Novel RF Front End Antenna Package[J]. IEE Proceedings-Microwaves Antennas and Propagation， 2003， 150（4）：290-294. DOI： 10.1049/ip-map：20030414

[35] MATHEWS D J， HILL R J， GAYNOR M P， et al.Multi-Chip Semiconductor Package with Integral Shield and Antenna：US6686649 B1[P].2001-05-14endprint

[36] LIM K， OBATOYINBO A， SUTONO A， et al. A Highly Integrated Transceiver Module for 5.8 GHz OFDM Communication System Using Multi-Layer Packaging Technology[C]// Microwave Symposium Digest， 2001 IEEE MTT-S International. USA：IEEE， 2002：1739-1742. DOI： 10.1109/MWSYM.2001.967242

[37] BREBELS S， RYCKAERT J， COME B， et al. SOP Integration and Codesign of Antennas[J]. Advanced Packaging IEEE Transactions on， 2004， 27（2）：341-351. DOI： 10.1109/TADVP.2004.828822

[38] LEUNG K W.The Hollow DRA and Its Novel Application as APackagingcover[R].Hong Kong： Hong Kong ResearchGrants Council， 2004

[39] POPOV A P， ROTARU M D. A Novel Integrated Dielectric Resonator Antenna for Circular Polarization[C]// Electronic Components and Technology Conference. USA：IEEE， 2003：470-473. DOI： 10.1109/ECTC.2003.1216320

[40] ZHANG Y P. Antenna-in-Package Technology for Modern Radio Systems[C]// IEEE International Workshop on Antenna Technology Small Antennas and Novel Metamaterials. USA：IEEE， 2006：37-40. DOI： 10.1109/IWAT.2006.1608969

[41] ZHANG Y P， SUN M， CHUA K M， et al. Antenna-in-Package in LTCC for 60-GHz Radio[C]//IEEE International Workshop Antenna Technology.USA：IEEE，2007.

[42] ZHANG Y P， SUN M， LIU D， et al. Dual Grid Array Antennas in AThin-Profile Package for Flip-Chip Interconnection to Highly-Integrated 60-GHz Radios[J]. IEEE Trans. Antennas Propaga.，2011， 59（4）：1191-1199

[43] 黃志洵. S.A.謝昆諾夫及其對(duì)波導(dǎo)理論的貢獻(xiàn)[J]. 物理， 1988， 17（1）：53-56

[44] KRAUS J. A Backward Angle-Fire Array Antenna[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 1964， 12（1）：48-50. DOI： 10.1109/TAP.1964.1138171

[45] SUN M， ZHANG Y P. Design and Integration of 60-GHz Grid Array Antenna in Chip Package[C]// Microwave Conference. USA：IEEE， 2008：1-4. DOI： 10.1109/APMC.2008.4958260

[46] CHEN Z H， ZHANG Y P， BISOGNIN A， et al. An LTCC Microstrip Grid Array Antenna for 94-GHz Applications[J]. IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters， 2015， 14（4）：1279-1281. DOI： 10.1109/LAWP.2015.2402159

[47] BEER S， RUSCH C， GOTTEL B， et al. D-Band Grid-Array Antenna Integrated in The Lid of ASurface-Mountable Chip-Package[C]// European Conference on Antennas and Propagation. USA：IEEE， 2013：1318-1322

[48] ZHANG B， GULAN H， ZWICK T， et al. Integration of a 140 GHz Packaged LTCC Grid Array Antenna with An InPDetector[J]. IEEE Transactions on Components Packaging & Manufacturing Technology， 2015， 5（8）：1060-1068. DOI： 10.1109/TCPMT.2015.2453407endprint

[49] SUN M， ZHANG Y P， GUO Y X， et al. Integration of Grid Array Antenna in Chip Package for Highly Integrated 60-GHz Radios[J]. IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters， 2010， 8：1364-1366. DOI： 10.1109/LAWP.2009.2039031

[50] ZHANG Y P.Integrated Circuit Package Antenna： An Elegant Antenna Solution for Single-Chip RF Transceiver[R]. USA：IEEE，2005

[51] DONG G K， LIU D， NATARAJAN A， et al. Low-Cost Antenna-in-Package Solutions for 60-GHz Phased-Array Systems[C]// Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems. USA：IEEE， 2010：93-96. DOI： 10.1109/EPEPS.2010.5642554

[52] LIU D， AKKERMANS J A G， CHEN H C， et al. Packages With Integrated 60-GHz Aperture-Coupled Patch Antennas[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 2011， 59（10）：3607-3616. DOI：10.1109/TAP.2011.2163760

[53] COHEN E， RUBERTO M， COHEN M， et al. A CMOS Bidirectional 32-Element Phased-Array Transceiver at 60 GHz With LTCC Antenna[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory & Techniques， 2013， 61（3）：1359-1375. DOI： 10.1109/TMTT.2013.2243749

[54] COHEN E， RUBERTO M， COHEN M， et al. Antenna Packaging of A 32 Element TX/RX Phased Array RFIC for 60 GHz Communications[C]// IEEE International Conference on Microwaves， Communications， Antennas and Electronics Systems. USA：IEEE， 2013：1-5. DOI： 10.1109/COMCAS.2013.6685306

[55] KAMGAING T， ELSHERBINI A A， FRANK T W， et al. Investigation of APhotodefinableGlass Substrate for Millimeter-Wave Radios on Package[C]// Electronic Components and Technology Conference. USA：IEEE， 2014：1610-1615. DOI： 10.1109/ECTC.2014.6897510

[56] KAMGAING T， ELSHERBINI A A， OSTER S N， et al. Low-Profile Fully Integrated 60 GHz 18 Element Phased Array on Multilayer Liquid Crystal Polymer Flip Chip Package[C]// Electronic Components and Technology Conference. USA：IEEE， 2015：994-998. DOI： 10.1109/ECTC.2015.7159716

[57] KAMGAING T， ELSHERBINI A A， OSTER S N， et al. Ultra-Thin Dual Polarized Millimeter-Wave Phased Array System-in-Package with Embedded Transceiver Chip[C]// Microwave Symposium. USA：IEEE， 2015：1-4. DOI： 10.1109/MWSYM.2015.7166967

[58] OHATA K，MARUHASHI K， ITO M， et al. Millimeter-Wave Broadband Transceivers[EB/OL].（2005-07-30）[2017-10-25]. http：//www.nec.com/en/global/techrep/journal/g05/n03/pdf/a211.pdf

[59] NTT. Near-Field High-Speed Transmission Technology Using 60-GHz Band[EB/OL].[2017-10-25]. http：//www.ntt.co.jp/mirai/e/organization/organization03/02.html

[60] Infineon，Imec. Infineon and ImecCooperate On 79 GHz CMOS Radar Sensor Chips For The Automotive Industry[EB/OL]. （2016-05-24）[2017-10-25]. http：//www.infineon.com/cms/en/about-infineon/press/market-news/2016/INFATV201605-062.htmlendprint

[61] GU X， LIU D， BAKS C， et al. A Compact 4-Chip Package with 64 Embedded Dual-Polarization Antennas for W-Band Phased-Array Transceivers[C]// Electronic Components and Technology Conference. USA：IEEE， 2014：1272-1277. DOI：10.1109/ECTC.2014.6897455

[62] STELZER A， FEGER R. Integrated Microwave Sensors in SiGe with Antenna in Package： From Concepts to Solutions[C]// International Conference on Applied Electromagnetics and Communications. USA：IEEE， 2016：1-7. DOI： 10.1109/ICECom.2016.7843873

[63] TAJIMA T， SONG H J， YAITA M， et al. 300-GHz LTCC Horn Antennas Based on Antenna-in-Package Technology[C]// Microwave Conference. USA：IEEE， 2013：231-234. DOI： 10.23919/EuMC.2013.6686633

[64] TAJIMA T， SONG H J， AJITO K， et al. 300-GHz Step-Profiled Corrugated Horn Antennas Integrated in LTCC[J]. IEEE Transactions on Antennas & Propagation， 2014， 62（11）：5437-5444. DOI： 10.1109/TAP.2014.2350520

[65] Fujitsu.Fujitsu Develops World's First Compact 300 GHz Receiver for Wireless Communications of Tens of Gigabits per Second s[EB/OL]. （2015-09-08）[2017-10-25].http：//www.fujitsu.com/global/about/resources/news/press-releases/2015/0908-02.html

[66] IBM. IBM & Ericsson Announce Research Advance for 5G Communications Networks[EB/OL]. （2017-02-07）[2017-10-20]. https：//www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/51542.wss

[67] Qualcomm.Qualcomm Achieves Worlds First Announced 5G Data Connection on a 5G Modem Chipset for Mobile Devices[EB/OL]. （2017-10-18）[2017-10-25]. https：//www.qualcomm.com/news/releases/2017/10/17/qualcomm-achieves-worlds-first-announced-5g-data-connection-5g-modem

[68] RAPPAPORT T S， HEATH R W， DANIELS R C， et al. Millimeter-Wave Wireless Communications[M]. New York： Prentice Hall， 2015

[69] RAPPAPORT T S， GUTIERREZ F.The Emerging World of Massively Broadband Devices： 60 GHz and Above[EB/OL]. （2009-06-04）[2017-10-25]. http：//wireless.engineering.nyu.edu/presentations/Keynote_Rappaport.pdfendprint