5G射頻前端的革新:從集成模塊到自屏蔽技術

發布時間:2020-07-27發布部門:總裁辦公室

5G時代的到來為智能手機帶來了新的增長機會,據Strategy Analytics近日發布的最新報告顯示,今年一季度全球5G手機需求大漲,其首季出貨量,超過去年的1870萬臺至2410萬臺。

5G智能手機的發展也為半導體產業帶來了新一輪的技術變革。眾所周知,5G時代下,移動設備能夠使用的頻段逐漸增多,這也意味著需要增加更多的射頻元件。射頻前端器件的數量增加導致手機內PCB空間緊張,工藝難度提升,這也導致射頻前端的復雜性呈指數增長。為了保障智能手機能夠在滿足5G性能要求的情況下向輕薄化方向發展,集成式射頻前端應運而生。

射頻前端模塊的發展

射頻前端向模塊化發展的歷史,可以追溯到當時的4G時代。3G/4G時代射頻前端集成度取決于設計和性價比,在這種情況下,射頻前端以分立式和模塊這兩種方式存在于市場。當時,出于空間的考慮,4G時代的高端手機往往會采用射頻前端模塊。
隨著射頻前端模塊技術的成熟以及市場的需求,自2016年以后,市場中主要的射頻前端都開始向模塊化方向發展,雙工器、天線開關等幾大模塊開始被集成到射頻前端中。在這期間,射頻前端模塊也發展出了數種類別,包括 ASM,FEMiD,PAMiD 等等。其中,目前模組化程度最高的是PAMiD,主要集成了多模多頻的 PA、RF 開關及濾波器等元件。對于手機廠商來說,PAMiD的出現讓射頻前端從以前一個復雜的系統設計工程變得更加簡單。
而伴隨著5G時代的來臨,手機所需的PAMiD也正在持續進行著整合。Qorvo作為全球射頻領域的佼佼者,其利用高度集成的中頻 / 高頻模塊解決方案,已經為多家智能手機制造商提供了廣泛的新產品發布支持。
對于PAMiD接下來的發展,Qorvo認為,將LNA集成到PAMiD中,是推動射頻前端模塊繼續發展的重要動力之一。有報道指出,隨著5G商業化落地,智能手機中天線和射頻通路的數量將顯著增多,對射頻低噪聲放大器的數量需求會迅速增加,而手機PCB卻沒有更多的空間。在這種情況下,將LNA集成到PAMiD中成為了行業的一種發展趨勢。Qorvo表示,從PAMiD到L-PAMiD,射頻前端模塊可以實現更小尺寸,支持更多功能。


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RF自屏蔽技術將在5G時代發揮更大的作用蜂窩發射模塊對手機內的任何元件來說都將產生輻射功率,從而可能誘發EMI和RFI,伴隨著越來越多的元件都被集成到射頻前端中,產生EMI和RFI的風險也變得越來越大。在這種情況下,就需要RF屏蔽技術來降低與EMI及RFI相關的輻射。
RF屏蔽技術并不是面向5G的全新技術。在過去,射頻前端模塊采用外置機械屏蔽罩的方式進行RF屏蔽,但采用外置機械屏蔽罩的方式可能會導致靈敏度下降,也可能會導致諧波升高。

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針對這種情況,Qorvo推出了Micro Shield自屏蔽技術。簡單來說,Micro Shield自屏蔽技術就是在模塊的表面再涂一層合金,取代原來外置的機械屏蔽罩,以起到屏蔽干擾信號的作用。據相關報道顯示,最早一代的Micro Shield技術可將當時RF的高度和體積分別降低15%和25%。這也使得采用Micro Shield技術的手機制造商能夠在更小的板級空間上,獲得更高的RF性能。
尤其是在5G時代下,手機需要支持更多的頻段。但由于RF信號在發送時會對其他敏感模擬電路模塊造成干擾,這就需要更合理PCB布局來減少RF信號產生的影響,而采用RF自屏蔽技術則可以讓PCB的布局更加靈活。同時,5G時代的到來,手機PCB的空間變得越來越緊張,更小的模塊設計成為了手機元件未來發展的方向之一,在這個過程當中,用RF自屏蔽技術來代替厚重的機械屏蔽罩也就成為一股行業潮流。在這種市場需求下,Qorvo所推出的Micro Shield自屏蔽技術的優勢就被凸顯了出來。
Qorvo認為,Micro Shield自屏蔽技術將在5G時代發揮更大的作用。結合5G時代的集成化趨勢來看,Micro Shield自屏蔽技術將有助于L-PAMiD的進一步發展。Qorvo指出,因為外部LNA通常在物理上不靠近功放,因此,PAMiD對RF自屏蔽的需求并不高(PAMiD往往會采用外置機械屏蔽罩的方式)。但伴隨著5G時代對L-PAMiD需求的增加,如果外置機械屏蔽罩設計不正確,L-PAMiD的靈敏度將會受到嚴重的影響。因此,受惠于5G時代的來臨,Micro Shield自屏蔽技術的價值將得以放大。下圖顯示:經過優良設計的自屏蔽模組,能夠100倍地減少LNA區域的表面電流。

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射頻前端模塊未來發展方向

從Qorvo在射頻前端的發展路線圖來看,將LNA集成到PAMiD中以及采用自屏蔽技術將是手機射頻前端模塊未來發展的兩個重要方向。
就目前市場情況來看,PAMiD是高度整合的定制模組,雖然它能夠帶來足夠高的性能體驗,但由于其成本高,因此,也僅有Apple、三星和華為等少數廠商選用。同樣,Micro Shield自屏蔽技術也是由于成本原因,而往往僅被高端手機所采用。但是伴隨著5G時代的到來,采用Micro Shield自屏蔽技術的L-PAMiD顯然能夠為廠商帶來更大的價值,這也就意味著這種射頻前端模塊在中低端手機領域還有很大的發展空間。

Qorvo指出,伴隨著Micro Shield自屏蔽技術在工藝上的改進,這種技術的成本有望進一步降低。同時,L-PAMiD的成本也會隨著技術的成熟而降低。按照這種發展趨勢,采用Micro Shield自屏蔽技術的L-PAMiD將會逐漸被中低端手機所接受。Qorvo預計,在今年下半年,市場中就會有中低端手機采用這種射頻前端模塊。

結語

射頻前端模塊的技術創新推動了移動通信技術的發展。在5G時代的潮流中,射頻前端模塊也在進行著新一輪的技術革新。Qorvo作為射頻前端模塊領域的重量級玩家之一,他在射頻前端模塊上的技術更新,或許能夠代表著這個行業未來的發展方向。


本文來源于半導體行業觀察原創,侵刪。

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