LTCC基板材料在5G的應用現況與未來發展

 

刊登日期:2020/11/23
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周子琪/工研院材化所
 
下世代5G通訊的來臨
回顧無線通話史,自1983年起開始使用的1G為類比式行動電話系統,這是大且昂貴的設備,本質上就是奢侈品,普及性差;2G系統於1991年推出,開始使用數字GPRS和EDGE技術中的信號,3G系統於2001年推出,相對於2G,它具有更快的數據傳輸速率,並提供了國際漫遊及更高品質的數位語音通話服務。當前的4G技術始於2011年,資料傳輸量至少可達1 Gbps,除語音通訊外,更擴展到影像通訊,無線網路速度可媲美ADSL,使人們逐漸屏棄傳統的電路交換系統,轉成全網際網路協議(IP)構成的通訊方式,並衍伸出無限網路(Pervasive Network)的概念,想在追求更快、更穩外,更要能滿足遠、近等不同場域的通訊需求,例如行動寬頻通訊於穿戴式電子、車用電子等物聯網(Internet of Things)方面的應用,進而發展至下世代的5G通訊系統(圖一)。5G系統至少要能達到10 Gbps 以上的資料傳輸速率才能支援數萬用戶,帶動國內相關高頻產業,例如毫米波基板、材料/元件及模組整合等市場開始蓬勃發展。圖二為5G通訊功能的示意,5G通訊的優勢包括比4G快10倍的數據速率,傳輸低延遲、傳輸和接收訊號不掉線,且增加了萬物聯網的功能,5G系統預計將能夠處理的連接設備數量,是當今存在量的1,000倍以上。
 
圖一、從第一代到第五代行動通訊技術的演變
圖一、從第一代到第五代行動通訊技術的演變
 
圖二、5G通訊功能的示意圖
圖二、5G通訊功能的示意圖
 
5G系統所需的元件模組與主要供應商
5G系統包含用於物聯網(Internet of Things; IoT)使用sub-6 GHz頻段的5G,以及使用28、39及73 GHz等頻段在毫米波(Millimeter Wave; mmWave)的5G。射頻前端模塊(Radio Frequency Front End Module; RFFEM)是手機通信系統的核心組件,是連接通信射頻收發器(Transceiver)和天線的必經通路。它的品質、散熱和效能等性能決定了移動終端可以支持的通信模式,以及接收信號強度、通話穩定性、發射功率等重要指標,直接影響終端用戶的體驗。RFFEM組成如圖三,包括功率放大器(Power Amplifier; PA),開關(Switch)、濾波器(Filter)、雙工器(Duplexer和Diplexer)、天線調諧器(Antenna Tuner)和低噪聲放大器(Low Noise Amplifier; LNA)等等。因5G產品量能的提升,該市場規模將持續增加。以手機終端為例,5G的濾波器數量預估會從4G時期的40個上升到70個;射頻開關可由10個上升到30個;PA數量翻倍;預測RFFEM市場規模將從101億美元(2016)增長至227億美元(2022),年複合成長率成長14 %(圖四)。因頻率越高,傳輸距離越短,5G所需的基地台密度將會是4G的二至三倍以上,預估全球基地台數量將達到850萬台。依照每個基地台三組天線,每組天線64個濾波器來估算,將需要16億個介質濾波器,陶瓷介質濾波器全球市場上看---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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