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手机技术资讯|SiP技术在5G时代的新机遇( 二 )


SiP能解决异质集成问题 。 手机射频系统的不同零部件往往采用不同材料和工艺 ， 如：硅 ， 硅锗和砷化镓以及其它无源元件 。 目前的技术还不能将这些不同工艺技术制造的零部件制作在一块硅单晶芯片上 。 但是采用SiP工艺却可以应用表面贴装技术SMT集成硅和砷化镓芯片 ， 还可以采用嵌入式无源元件 ， 非常经济有效地制成高性能RF系统 。 光电器件、MEMS等特殊工艺器件的微小化也将大量应用SiP工艺 。
在过去数十年 ， 电子制造行业形成了晶圆制造、封测和系统组装三个泾渭分明的环节 ， 代表厂商分别是台积电、日月光和鸿海 ， 他们的制造精度分别是纳米、微米和毫米级别 。 随着消费电子产品集成度的提升 ， 部分模组、甚至系统的组装的精度要求逼近微米级别 ， 跟封测环节在工艺上产生了重叠 ， 业务上产生了竞争或协同 。

手机技术资讯|SiP技术在5G时代的新机遇
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4. SiP在5G手机中运用日益广泛
目前世界范围内对于5G的频谱已基本达成共识 ， 3~6GHz中频段将成为5G的核心工作频段 ， 主要用于解决广域无缝覆盖问题 ， 6GHz以上高频段主要用于局部补充 ， 在信道条件较好的情况下为热点区域用户提供超高数据传输服务 ， 例如对于26GHz、28GHz、39GHz毫米波应用也逐渐趋向共识 。
5G的频段分为Sub-6和毫米波两个部分 ， Sub-6部分信号的性能与LTE信号较为相似 ， 射频器件的差异主要在于数量的增加 ， 毫米波部分则带来射频结构的革命性变化 。
5G手机需集成更多射频器件 。 手机射频模块主要实现无线电波的接收、处理和发射 ， 关键组件包括天线、射频前端和射频芯片等 。 其中射频前端则包括天线开关、低噪声放大器LNA、滤波器、功率放大器等众多器件 。 从2G时代功能机单一通信系统 ， 到如今智能机时代同时兼容2G、3G、4G等众多无线通信系统 ， 手机射频前端包含的器件数量也越来越多 ， 对性能要求也越来越高 。
5G手机所需射频器件数量将远超前代产品 ， 结构复杂度大幅提升 。 5G手机需要前向兼容2/3/4G通信制式 ， 本身单台设备所需射频前端模组数量就将显著提升 。 5G单部手机射频半导体用量相比4G手机近乎翻倍增长 。 其中接收/发射机滤波器从30个增加至75个 ， 包括功率放大器、射频开关、频带等都有至少翻倍以上的数量增长 。 器件数量的大幅增加将显著提升结构复杂度 ， 并提高封装集成水平的要求 。
SiP技术将在5G手机中应用日益广泛 ， 发挥日益重要的作用：1）第一步：5G需要兼容LTE等通信技术 ， 将需要更多的射频前端SiP模组；2）第二步：毫米波天线与射频前端形成AiP天线模组；3）第三步：基带、数字、内存等更多零部件整合为更大的SiP模组 。

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5. 5G毫米波拉动AiP需求
5G毫米波频段需要更多的射频前端器件；天线、毫米波高频通信易损耗的特性要求射频前端器件和天线之间的距离尽可能缩短；毫米波天线尺寸可以缩小至2.5mm；同时需要屏蔽天线的高频辐射对周边电路的影响 。 以上的需求 ， 需要将天线与射频器件集成为模组 ， 天线尺寸变小 ， 为该模组的可行性提供了保障 。
毫米波手机需要更多的射频前端和天线：毫米波高频通信将需要集成3个以上的功放和几十个滤波器 ， 相比覆盖低频模块仅需集成1-2个功放、滤波器或双工器在数量上有大幅提升 。
此外 ， 毫米波通信需要尺寸更小、数量更多的天线 。 一般天线长度为无线电波长的1/4 ， 而一旦采用30GHz以上的工作频段 ， 意味着波长将小于10mm ， 对应天线尺寸2.5mm ， 不足4G时代的1/10 。 同时 ， 由于高频通信传播损耗大 ， 覆盖能力弱 ， 因而将引入更多数量的天线 ， 并通过MIMO技术形成天线阵列以加强覆盖能力 。


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