一、为什么智能手机射频前端朝着模组化方向发展
4G时代,手机射频前端主要以分立器件存在,射频模组占比不大。而5G时代,从2020年开始,智能手机射频前端模组化趋势非常明显。原因主要有两方面:一是5G多频段导致射频设计复杂程度增加,所需射频前端器件数量不断增加,手机滤波器的总体占比也在不断提升。二是智能手机内的PCB板空间布局受限,许多分立器件不得不进行模组化封装以节省面积。 比如,我们了解到华为手机内的射频前端模组大小,从2017年华为P9至2019年P30,面积缩小64%,且滤波器模组封装大量出现。因此,从长远看,手机滤波器模组化是手机射频前端厂商的大趋势。
二、射频前端模组定义
手机射频端模组是射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组,从而提高其集成度与性能并使其体积小型化。
三、射频前端模组封装技术趋势
手机射频前端模组电子封装结构将会向高性能、高集成度、低成本的3D微系统方向发展。4G手机射频前端芯片基本采用分立器件进行封装,尔后陆续经过了2D多芯片封装技术、PoP封装、SiP系统级封装、SoC片上系统封装至3D的封装演变。目前,在滤波器模组基础上进行的先进封装技术TSV也出现了,仅台湾台积电、日月光、国内长电等少数厂商掌握。因此导致5G手机滤波器基本使用模组化射频前端产品。
其中,比较典型的滤波器模组封装技术有SiP系统级封装(System in a Package):即将一个或多个IC芯片及被动元器件集中封装到一个系统内,构造单个封装标准件。SiP技术可将10-15个射频器件(开关、PA、滤波器、LNA等)以分离式被动元件、整合被动元件或嵌入式被动元件的方式集合到一个模组。
RF系统级封装市场可分为一级和二级SiP封装:1.一级SiP封装即各种RF器件的一级封装,如芯片/晶圆级滤波器、开关和放大器。2.二级SiP封装即在表面贴装阶段进行二级SiP封装,各种器件与无源器件组装在SiP基板上。在射频前端,目前苹果手机采用过SiP封装,Android手机一般直接把Die封装到模组内。
四、射频前端模组的分类
这是本节的重点。射频模组按照功能可分为发射端和接收端。发射端射频模组主要包含FEMiD、PAMiD、LPAMiD模组等类型。
接收端分为主集和分集。主集模组特点:需要集成接收端Rx器件,一般和发射链路Tx共用双工器。分集模组特点只存在于接收链路,射频器件相对较少,不包含双工器。DiFEM封装射频开关+滤波器,一般封装8个SAW+1个开关。4G LFEM滤波器采用SAW,5G LFEM滤波器采用LTCC、IPD。
接收端模组包含ASM模组(封装天线+开关)、DiFEM模组(封装射频开关+滤波器)、LFEM模组(封装射频开关+滤波器)、LNA BANK模组(封装射频开关+多个LNA,一般有8pcs以上LNA)等类型。
根据上市公司卓胜微的资料显示,接收端模组整体价值量高于发收端,这也是卓胜微的5G射频前端模组处于国内领先的原因。