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科技專案成果

30年磨一劍 創新材料搶進次世代5G通訊市場
發佈日期:2023-11-14
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2022
簡介:
在經濟部技術司科技專案支持下,工研院投入低溫共燒陶瓷(LTCC)技術應用於5G毫米波通訊,榮獲2022年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),以創新技術搶進次世代通訊市場。

特色:

工研院 ▶ 開發低溫共燒陶瓷(LTCC)5G毫米波技術

* 技術特色 
整合材料、設計、製程、量測四大面向,將低溫共燒陶瓷(LTCC)應用於5G毫米波通訊,為毫米波通訊射頻前端應用提供完整的解決方案。

* 產業擴散  
整合我國射頻被動元件大廠十多家廠商,共組超低損耗低溫共燒陶瓷毫米波整合模組產業聯盟,加速布局毫米波通訊拓展與布局。

R&D 100獎項

邁入智慧物聯網時代,加速未來5G進展。5G毫米波擁有更快的傳輸速率、更低延遲、更大頻寬,而被視為進階的5G通訊,亟需新的材料技術。在經濟部技術司科技專案支持下,工研院投入低溫共燒陶瓷(LTCC)技術應用於5G毫米波通訊,榮獲2022年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),以創新技術搶進次世代通訊市場。

工研院材化所副組長盧俊安說明,LTCC是以陶瓷作為電路基板材料,陶瓷材料具有高強度與成型性佳的優勢,LTCC技術是為了有效與低導電度且熔點低之銀或銅金屬電極共燒,故將電子級陶瓷燒結溫度從高達1,600度降至800多度的一種材料與製程技術,保持了陶瓷原有的高頻、高速傳輸、耐高溫、低損耗等特性,「應用在5G毫米波,是相當具有優勢的材料。」
 

模組化毫米波AiP天線單元,讓毫米波陣列如拼裝樂高一樣簡單有趣。

▲ 模組化毫米波AiP天線單元,讓毫米波陣列如拼裝樂高一樣簡單有趣。
 

整合四大面向 齊備研發能量

「工研院發展低溫共燒陶瓷技術已整整超過30年!」盧俊安表示,LTCC技術包含材料、設計、製程、量測共四大面向,為了協助產業自主研發關鍵技術,工研院早在行動通訊開始起步時便積極投入,在通訊技術發展上,促成國內被動元件模組產業將LTCC導入國際手機大廠供應鏈。後續更透過長期與通訊產業合作,進一步發展出LTCC高頻量測、設計及製程等多項核心技術。

現階段工研院在5G毫米波LTCC的發展上,有兩大策略,第一是特用通訊零組件的開發,團隊成功打造世界最小的毫米波濾波器,有效縮小元件面積達50%,同時開發一系列高頻寬帶通濾波器與特規高效能濾波器、分頻器等,國內合作廠商已送樣到國際大廠進行驗證。第二是投入天線模組封裝(AiP)技術,也就是將天線模組零組件化,廠商可直接購入整顆具天線陣列之模組,縮短研發時間,目前也和國內天線模組廠展開合作。
 

材料、製程與設計的完美匹配,協助國內廠商切入高價值的毫米波通訊頻段。

▲ 材料、製程與設計的完美匹配,協助國內廠商切入高價值的毫米波通訊頻段。
 

攜手國際大廠 開發創新應用

看好我國通訊研發能量,全球LTCC材料大廠塞拉尼斯Micromax(原杜邦微電路與元件材料)三年前主動聯繫工研院,雙方展開合作,共同評估塞拉尼斯Micromax的材料,在LTCC天線封裝應用的可行性。透過工研院毫米波電路設計等技術,在雙方反覆測試、調整材料配方與驗證系統下,最終開發出可運用於5G毫米波的通訊元件時,具有優異的高效率、低功耗及高穩定性,有利廣泛應用在智慧型手機、客戶端設備、智慧工廠和5G基地台等。

盧俊安指出,藉由與國際大廠合作,不僅協助全球探索更多LTCC材料的全新應用,更能加速我國通訊產業切入「非手持式行動通訊裝置」市場,如小基站、無線射頻單元及用戶終端設備的中繼裝置。未來有助國內小型IC設計公司開發網通晶片模組,無須受限半導體的封裝及數量門檻,少量多樣也能生產,快速導入終端硬體裝置市場,搶攻全球開放式無線電接取網路(O-RAN)商機。

工研院還整合臺灣射頻被動元件大廠華新科技、台灣杜邦、円通科技及連騰科技等十多家廠商,共組超低損耗低溫共燒陶瓷毫米波整合模組產業聯盟,一起打團體戰,為我國5G產業帶來新的成長動能。
 


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