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半导体行业观察5G RF前端对先进封装技术的依赖超乎想象


在智能手机电子设计领域 ， 5G RF前端（RFFE）复杂功能的出现对系统设计提出了一系列新挑战 。 在智能手机的有限空间内 ， 对多个5G频率、TDD和FDD的需求 ， 甚至多个毫米波天线模块的需求 ， 都促使业界寻求解决方案 ， 以解决这种复杂性问题 。
5G设计中应用的主要技术不仅专注在最基础的硅芯片上 ， 还关注封装和组件致密化的进步 。 在这里 ， 我们分析一下具有代表性的第二代5G智能手机 ， 以观察RF组件行业在多大程度上依靠5G RFFE的高级封装和组件集成 。
半导体行业观察5G RF前端对先进封装技术的依赖超乎想象
本文插图
三星Galaxy S20系列代表了最新、最复杂的5G RF前端设计 。 射频不仅支持传统的2G / 3G / 4G ， 而且还支持6 GHz以下和毫米波5G 。 上面的插图显示了位置多样性几乎遍及设备内几乎所有主要PCB的情况下 ， 射频组件的流行程度 。
集成的功率放大器模块是在深入研究了调制解调器和RF收发器之后的主要RFFE组件 ， 展示了后期5G设计的RF致密程度和复杂性 。 高通X55调制解调器在这里开放了FDD 5G支持 ， 因为全球运营商以低频段提供必要的信号覆盖范围来大规模部署5G 。 低频段PAMiD（具有集成双工器的功率放大器模块）对于5G Galaxy S20是必不可少的 ， 但是这种特殊的Skyworks PAMiD也可以像LTE PAMiD一样承担双重职责 。 通过增加对n71 / n5 / n26（5G）的低频带支持 ， Skyworks PAMiD几乎囊括了所有可能的低频带组合 。
下面的X射线和化学解封装照片重点介绍了支持低频带连接所需的各种5G / 4G RF组件；天线开关 ， 滤波器（SAW） ， 双工器（用于FDD）和功率放大器（上行链路） 。 由于先进的封装和缩小的硅工艺 ， 与以前的类似尺寸封装相比 ， Skyworks PAMiD现在支持的低频范围更多 。 如果设计是离散的 ， 那么这种进步水平是控制5G RFFE失控复杂性的关键 ， 从而造成许多故障点 。 RFFE的模块化是下一代无线技术的关键 。
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此外 ， 中高频段LTE的PAMiD在5G设计中将LTE部分模块化至关重要 。 由于大多数5G部署都是基于NSA的 ， 因此存在锚定LTE信号至关重要 。 在三星Galaxy S20中发现了来自Qorvo的中高频段PAMiD 。
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5G的真正好处最终会在越来越高的频率下实现 。 在这里 ， 我们有适用于Galaxy S20的TDD频段n41（2.5GHz）的Qualcomm QPM6585 PAMiF（具有集成滤波器的功率放大器模块） 。 n41频段支持北美市场 ， 实际上被认为是“中高频段”频率 。 全球大多数5G部署都处于n78（3.5GHz）的超高频段（UHB）频率 。 由于5G提供了更大的带宽覆盖范围 ， 因此需要单独的PAMiF 。
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到目前为止 ， 我们已经研究了Sub-6GHz 5G / 4G RFFE组件 。 随着5G的成熟 ， 预计将需要毫米波频率（24GHz或更高）来继续满足对无线宽带和容量不断增长的需求 。 在新一代Samsung Galaxy S20 Ultra 5G智能手机中 ， 除Sub-6 GHz的RFFE外还包括mmWave天线模块 。 与Sub-6 GHz的RFFE相比 ， mmWave天线模块是RFFE系统集成的终极产品 。 三星内部的Qualcomm QTM525天线模块包含从相控阵天线一直到RF收发器的所有内容 。 高集成度的原因与mmWave衰减的性质有关 。 因此 ， 要捕获这些非常微弱的信号 ， 必须缩短整个mmWave RFFE链 ， 以确保连接链路预算内的信号完整性 。
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