培訓課程 | 射頻前端核心技術

主辦單位：麥姆斯諮詢

協辦單位：上海傳感信息科技有限公司、華強電子網

一、課程簡介

「4G改變生活，5G改變社會。」隨著2019年我國5G商用正式啟動，5G網絡基建已如火如荼地全面鋪開，所有領先的智慧型手機廠商都爭先恐後推出新款5G智慧型手機。據Strategy Analytics的報告指出，2020年全球5G智慧型手機的銷量預計將達到2.5億部，而2019年為1820萬部，同比增長1282%。預計2021年5G智慧型手機的出貨量將達到4.5億至5.5億部。不僅是5G智慧型手機的爆發增長，業界也普遍認為，具有高速度、低時延、高可靠等特點的5G，將讓萬物互聯得以實現。而5G與工業設施、醫療儀器、交通工具等深度融合，將驅動著生產力的發展革新。

5G改變社會

每一次通信升級都會對現有產業格局帶來顛覆性變革，5G智慧型手機面臨更多頻段的支持、不同的調製方向、信號路由的選擇、開關速度的變化等挑戰，以及需要大規模輸入輸出（Massive MIMO）、波束成形（Beam Forming）、載波聚合（Carrier Aggregation）、毫米波（mmWave）等關鍵技術的引入。5G要求智慧型手機將額外的射頻複雜性壓縮到基本相同的空間中，這需要創新的方法來支持多個同時上行鏈路和下行鏈路連接的需求。射頻前端技術必須能支持這種巨大的帶寬，同時提供非常高的線性度和功耗管理能力。5G必將對射頻前端形態產生影響，並推動著射頻前端技術不斷革新。

5G智慧型手機射頻前端的複雜性（不包括毫米波頻段）

射頻前端介於天線和射頻收發器之間，作為手機通信功能的核心組件，直接影響著手機信號的收發質量和終端用戶的通信效果，其技術創新推動了移動通信技術的發展，是現代通信技術的基礎。典型的智慧型手機射頻前端模組主要由功率放大器（Power Amplifier，PA）、低噪聲放大器（Low Noise Amplifier，LNA）、天線開關（Antenna Switch）、雙工器（Duplexer）、濾波器（Filter）、天線調諧器（Antenna Tuner）以及集成無源器件（Integrated Passive Device，IPD）等組成。

智慧型手機射頻前端的基本構成（來源：高通）

隨著智慧型手機全面屏和輕薄化發展，以及更多射頻元件的需求，內部硬體空間被進一步擠壓，對射頻前端器件設計和高度集成化提出了更高的要求。全面屏設計縮小了天線可用的邊框區域，而5G對天線數量的需求又在增加，因此需要在更小的空間容納更多的天線。集成模塊是實現滿足的關鍵，同時還可以在分配給射頻前端模組有限空間內添加新的射頻功能，將各個器件集成到模塊中可減少由板上匹配引起的信號損失。與此對應的是，材料、工藝、封裝技術也在不斷跟隨。射頻前端器件的工藝「兵分兩路」，PA、LNA和開關主要基於IC工藝，如GaAs、GaN、CMOS等；而SAW和BAW濾波器則廣泛採用MEMS工藝，如壓電薄膜沉積。模組化趨勢亦讓SiP（系統級封裝）大有可為，目前集成度不同的射頻前端模組種類較多，例如ASM（天線開關模組）、FEMiD（雙工器集成的前端模組）、PAMiD（雙工器集成的功率放大器模組）等，其中模組化程度最高的是PAMiD。

從4G到5G，射頻前端元件數量增加導致PCB面積增加而帶來的挑戰（來源：Qorvo）

當前射頻前端市場主要掌控在博通（Broadcom）、Qorvo、Skyworks、村田（Murata）、高通（Qualcomm）等美日廠商手中，這幾家廠商基本完成了射頻前端全產品線布局，擁有從設計到製造、封測的全產業鏈能力，以IDM模式鞏固其在設計能力、產品性能及產能掌控的巨大優勢。雖然近兩年國內射頻前端廠商逐步嶄露頭角，產業鏈走向成熟，但從國際競爭力來講，國內射頻前端設計水平的提升空間仍較大，市場話語權有限，距離進口替代仍有較大缺口。中國通信行業在經歷2G落後、3G追趕、4G持平的階段後，正在謀求5G時代對歐美的超越。特別是中美貿易戰硝煙四起，美國持續對我國進行晶片貿易禁運，劍指中國5G技術發展。如何突破國外大廠專利封鎖和晶片斷供風險，中國「芯」任重道遠。

為了滿足廣大射頻前端從業人員對知識的渴望，麥姆斯諮詢精心設計了《「見微知著」培訓課程：射頻前端核心技術》，邀請了射頻前端核心技術領域的知名專家和學者，以及產業界的資深從業人士，為大家深入剖析5G時代對射頻前端的要求。本課程內容包括：（1）射頻前端綜述及體聲波（BAW）濾波器；（2）聲表面波（SAW）濾波器；（3）天線調諧器和多輸入多輸出（MIMO）；（4）射頻功率放大器（PA）；（5）射頻低噪聲放大器（LNA）；（6）MEMS諧振器和振蕩器；（7）射頻集成無源器件（IPD）；（8）射頻前端元器件設計與仿真。

二、培訓對象

本課程主要面向射頻前端產業鏈相關企業（包括設計公司、晶圓代工廠、封裝和測試廠、模組廠商、智慧型手機廠商、半導體設備及原材料供應商）的技術人員和管理人員、高校師生，同時也歡迎其他希望了解射頻前端產業和應用的非技術背景人員參加，如銷售和市場人員、投融資機構人員、政府管理人員等。

三、培訓時間

2020年12月11日~13日，總計3天。

授課結束後，為學員頒發麥姆斯諮詢的結業證書。

四、培訓地點

無錫市（具體地點以培訓前一周的郵件通知為準）

五、課程內容

課程一：射頻前端綜述及體聲波（BAW）濾波器

講師：美國伊利諾伊厄巴納-香檳大學 終身教授 龔頌斌
5G時代已來，即將為我們開啟全移動、萬物互聯、充滿想像的智慧社會。在2.5GHz以上的中高頻段，BAW濾波器因具有低插入損耗和高Q值成為高性能射頻前端系統的首選。5G新增的Sub 6G和毫米波等超高頻頻段，對BAW等中高頻濾波器的需求量將持續增加，BAW濾波器有望接替SAW濾波器成為主流。選擇濾波器時應考慮的技術參數包括頻率、功率容量、帶寬、插入損耗、衰減和溫度穩定性等。本課程將主要介紹5G和射頻前端架構，並深入講解BAW濾波器設計、製造、封測、技術發展、專利布局以及應用案例。
課程大綱：
（1）5G給射頻前端帶來的機遇與挑戰；
（2）射頻前端架構、模組及核心元器件；
（3）SAW濾波器 vs. BAW濾波器；
（4）BAW-SMR濾波器 vs. FBAR濾波器；
（5）FBAR濾波器工作原理及技術發展；
（6）FBAR濾波器結構設計、製造工藝、封裝和測試；
（7）FBAR濾波器專利布局分析；
（8）FBAR濾波器應用案例介紹：載波聚合（CA）、多輸入多輸出（MIMO）等。
課程二：聲表面波（SAW）濾波器

講師：華中科技大學 副教授 羅為
SAW濾波器的基本結構是在以壓電晶體（如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰）為基片的拋光面上製作兩個叉指換能器（IDT）——由交叉排列的金屬電極組成，分別用作發射換能器和接收換能器。以村田製作所為代表的領先SAW濾波器廠商不斷推陳出新，發展出溫度補償型SAW（TC-SAW）、超級高性能SAW（IHP-SAW），以克服普通SAW濾波器的缺點，並接近BAW濾波器的性能。那麼，在5G中高頻應用領域，SAW濾波器是否能與BAW濾波器抗衡？本課程將教授SAW濾波器工作原理、設計、製造工藝、技術發展以及產業情況。
課程大綱：
（1）SAW濾波器概念及工作原理；
（2）SAW濾波器性能參數和評價指標；
（3）SAW濾波器材料體系；
（4）SAW濾波器結構設計、製造工藝、封裝和測試；
（5）SAW濾波器技術發展：普通SAW、TC-SAW、IHP-SAW、ultraSAW；
（6）高頻應用：薄膜聲表面波（TF-SAW）濾波器vs. FBAR濾波器
（7）SAW濾波器產業現狀及主要廠商。
課程三：天線調諧器和多輸入多輸出（MIMO）

講師：西安電子科技大學 副教授 趙魯豫
隨著智慧型手機運行所需的頻段、功能和模式的數量不斷增加，射頻前端設計也日益複雜，例如5G通信需要採用更多的天線，使用載波聚合（CA）、4x4 MIMO、Wi-Fi MIMO來提供更高的數據傳輸速率。MIMO是一種使用多根天線發送信號和多根天線接收信號的傳輸技術，實現在相同頻帶內的同一載波上傳輸不同的信息。隨著5G通信頻率提升，信號傳播衰減加劇對天線發射功率和全向靈敏度提出更高要求，因此天線調諧器作為改善天線功率的關鍵器件，其需求量迅速提升，預計孔徑和阻抗調諧組合方法將逐漸成為主流。本課程將深入講解天線調諧器和MIMO基礎知識、關鍵技術及實際應用。
課程大綱：
（1）天線調諧器概念及工作原理；
（2）天線調諧器技術發展及應用；
（3）手機天線調諧方法：阻抗匹配調諧 vs. 天線孔徑調諧；
（4）天線調諧器性能參數及評價參數；
（5）天線調諧器設計、製造工藝、封裝和測試；
（7）多輸入多輸出（MIMO）概念及工作原理；
（8）大規模MIMO vs. 傳統MIMO；
（9）MIMO技術給射頻前端帶來的設計挑戰和解決方案；
（10）MIMO技術發展趨勢及挑戰。
課程四：射頻功率放大器（PA）

講師：芯樸科技（上海）有限公司 創始人 顧建忠

射頻功率放大器（PA）主要負責將發射通道的低功率信號放大到足夠大，經匹配網絡由天線發射出去，它直接決定了手機無線通信的距離、信號質量，甚至待機時間，是射頻前端的重要器件。5G時代，數據傳輸率越來越高，同時無線調製方式也越來越複雜，手機頻段持續增加，功率放大器也隨之量價齊升。本課程主要介紹功率放大器基礎知識、設計、製造工藝、封測、評價參數、技術發展以及產業情況。
課程大綱：
（1）射頻功率放大器（PA）產業現狀及主要廠商；
（2）射頻功率放大器（PA）技術發展趨勢；
（3）射頻功率放大器（PA）概念及工作原理；
（4）射頻功率放大器（PA）性能參數及評價參數；
（5）射頻功率放大器（PA）設計、製造工藝、封裝和測試。
課程五：射頻低噪聲放大器（LNA）

講師：芯樸科技（上海）有限公司 創始人 顧建忠

射頻低噪聲放大器（LNA）是一類特殊的電子放大器，主要用於射頻前端中將接收自天線的信號放大，以便於後級電路處理。由於來自天線的信號一般都比較微弱，放大器自身的噪聲對信號的幹擾可能很嚴重，因此希望儘量減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。低噪聲放大器通常均位於靠近天線的部位，以減小信號通過傳輸線的損耗。本課程主要介紹低噪聲放大器基礎知識、設計、製造工藝、封測、評價參數、技術發展以及產業情況。
課程大綱：
（1）射頻低噪聲放大器（LNA）產業現狀及主要廠商；
（2）射頻低噪聲放大器（LNA）技術發展趨勢；
（3）射頻低噪聲放大器（LNA）概念及工作原理；
（4）射頻低噪聲放大器（LNA）性能參數及評價參數；
（5）射頻低噪聲放大器（LNA）設計、製造工藝、封裝和測試。
課程六：MEMS諧振器和振蕩器

講師：武漢大學 教授 吳國強

時鐘振蕩器作為頻率合成鎖相環的參考信號源，廣泛應用於各種射頻系統的本地振蕩器、時鐘發生電路和通信同步電路。結合MEMS和高解析度鎖相環電路的數字控制振蕩器（DCXO），能支持最小量化噪聲設計的高速數字鎖相環路和不受頻率牽引範圍影響的相位噪聲，可用於智慧型手機射頻前端系統。參考時鐘振蕩器的頻率準確度和穩定度決定了本振信號和射頻收發器工作頻率的準確度和穩定度。本課程將教授MEMS諧振器和振蕩器基礎知識、設計理論、系統應用以及產業化的關鍵技術。
課程大綱：
（1）MEMS諧振器與振蕩器基礎知識；
（2）MEMS振蕩器在射頻系統中的應用；
（3）MEMS諧振器工作原理和主要分類；
（4）低頻諧振器 vs. 高頻諧振器；
（5）MEMS諧振器產業化發展及主要廠商；
（6）MEMS諧振器設計理論；
（7）MEMS諧振器及振蕩器產業化中的關鍵技術（如Q值、溫度穩定性、頻率一致性等）。

課程七：射頻集成無源器件（IPD）

講師：芯和半導體科技（上海）有限公司 集成無源器件技術總監 陳立均
射頻集成無源器件（IPD）是通過半導體製造技術，利用光刻、刻蝕、薄膜沉積等工藝實現各種無源器件（如電阻、電容、電感、濾波器、耦合器）的高密度集成，IPD可用的襯底材料非常廣泛，包括矽、玻璃、GaAs等。相比傳統的無源器件，IPD具有體積小、厚度薄、性能佳、一致性好等優點，因此它成為應對智慧型手機射頻前端高集成度要求的有效方法。但是，射頻應用還需要考慮插入損耗以及介電損耗等問題。在本課程中，講師將全面講解射頻IPD概念、種類、應用、設計、製造等知識，最後還會介紹IPD產業情況。
課程大綱：
（1）射頻集成無源器件（IPD）概念和種類；
（2）射頻集成無源器件（IPD）主要應用領域；
（3）射頻集成無源器件（IPD）製造技術：矽、玻璃、GaAs、LTCC；
（4）射頻集成無源器件（IPD）參數提取、建模、設計；
（5）射頻集成無源器件（IPD）產業現狀及主要廠商。
課程八：射頻前端元器件設計與仿真

講師：COMSOL中國 資深應用工程師 鍾振紅

射頻和微波器件的設計人員會使用電磁場仿真技術，用於確保器件的可靠性和穩定性。產品在實際運行中會涉及多種物理現象，然而傳統的電磁場建模方法僅對射頻物理場進行單獨分析。要研究其他物理現象對產品設計的影響，離不開多物理場仿真技術，例如COMSOL Multiphysics®軟體。本課程通過基礎理論結合實際案例，帶領學員們利用COMSOL軟體進行射頻前端濾波器（以SAW和BAW為主要案例）的設計與仿真，包括器件建模方法和流程、溫度影響分析等。
課程大綱：
（1）COMSOL Multiphysics多物理場仿真平臺介紹；
（2）MEMS模塊及射頻（RF）模塊仿真功能；
（3）壓電材料、壓電效應及晶體切割類型；
（4）SAW濾波器建模方法和流程；
（5）BAW濾波器建模方法和流程；
（6）高功率SAW和BAW器件的溫度影響分析。

六、師資介紹

龔頌斌，博士，美國伊利諾伊厄巴納-香檳大學終身教授，英特爾（Intel）冠名教授。2010年獲得美國維吉尼亞大學電子工程博士，先後在美國賓夕法尼亞大學、美國卡內基·梅隆大學和美國伊利諾伊厄巴納-香檳大學擔任博士後助理研究員、助理研究員和助理教授。他曾獲得美國國防部高級研究計劃局青年教授獎、美國國家航空航天局青年教授獎、IEEE青年科學家成就獎和UIUC工程學院最佳科學研究獎。他在射頻以及毫米波機械濾波器設計、射頻模擬電路設計等領域具有16年設計經驗，發表高水平同行審閱期刊及會議文章120篇，涵蓋基於微機電系統（MEMS）、半導體以及集成光學晶片實現射頻以及毫米波通信終端與計算、傳感平臺。5年內獲得8項5G通信、物聯網射頻終端方向美國專利。

羅為，華中科技大學光學與電子信息學院電子科學系副教授，博士生導師，華中卓越學者晨星崗，美國電氣和電子工程師協會（IEEE）會員。他曾先後在華中科技大學和美國密西根大學（安娜堡）從事博士後研究工作，一直從事以聲表面波器件和體聲波器件為代表的微波射頻器件和傳感器的研究工作，有豐富的數值計算、材料製備和器件設計經驗，同國內外相關研究組有廣泛的聯繫。他主持國家基金4項，成果在航空航天、汽車行業得到了應用，以第一作者或通訊作者發表SCI文章16篇，其中中科院大類一區9篇，影響因子大於10文章3篇，H因子13，申請發明專利10項，獲授權5項。研究成果獲中國電子學會技術發明一等獎（2018，第二）和中國電子學會科技進步一等獎（2014，第六）各一項。

趙魯豫，西安電子科技大學電子信息工程專業本科，之後保送至電磁場與微波技術方向攻讀研究生（碩博），後赴香港中文大學電子工程系碩博連讀，主要研究方向為耦合諧振器解耦網絡與多天線系統，於2014年獲得博士學位。同年開始在香港中文大學進行博士後研究，博士後研究期間致力於推廣其原創的耦合諧振器解耦網絡技術，並推動該技術的產業化。他在多天線系統幹擾消除、微波平面、非平面電路、超材料天線與電路以及新型微波通信系統領域頗有造詣。他共發表JCR一、二區論文二十餘篇，其中三篇為ESI高被引論文，單篇他引超過100次，SCI檢索文章四十餘篇，授權美國發明專利3項，中國發明專利1項，申請美國專利1項，中國專利11項，累計申請專利二十餘項。

顧建忠，博士，2002年本科畢業於清華大學，2007年博士畢業於中國科學院上海微系統與信息技術研究所。他曾在RFMD、Apple、Amalfi等業內一線的射頻晶片公司和手機公司擔任研發負責人、市場總監、運營總監等職位，曾開發的2G PA RF7168系列是RFMD（現Qorvo）單品出貨量最大的產品，後續該平臺成為RFMD歷史上非常成功的產品平臺之一。他定義和研發的3G TD-SCDMA產品RF9810是TD射頻前端的標準定義產品，定義的3G WCDMA WEDGE TxM RF3233，奠定3G WCDMA手機的射頻前端架構，該定義沿用至了4G Phase II產品，成為了經典的TxM + MMMB的定義。他還定義了最低成本的2G CMOS PA，並且成功量產盈利，實現PA公司中人均銷售額和淨利潤最高。此外，他是《毫米波集成電路及其應用》主要作者之一，擁有中國專利10項，其中5項同時申請國際PCT專利，第一作者發表期刊論文13篇，會議論文5篇，均被SCI/EI收錄。

吳國強，武漢大學青年學術帶頭人、教授、博士生導師，主要從事MEMS諧振器和振蕩器、慣性MEMS傳感器、微型定位導航授時系統（Micro-PNT）的研究工作。他在中科院上海微系統與信息技術研究所獲得工學博士學位，研究方向為單晶矽體模態微機械諧振器及其應用。曾擔任中航工業自控所慣性MEMS傳感器研發工程師，以及新加坡科技局微電子研究院研究員，期間作為獨立項目負責人主持含政府企業合作、企業資助及政府資助等共4項科研項目，總計科研經費超過560萬新幣。近年來在IEEE Trans、IEEE Sensors Letters、Applied Physics Letters、Sensors and Actuators A: Physical、IEEE Electron Device Letters、Microelectronic Engineering、Microelectromechanical Systems、IEEE Sensors、IEEE-MEMS等國際權威期刊和國際會議上，發表學術論文30餘篇，申請國內專利13項、國際專利3項、新加坡專利1項。

陳立均，2004年本科畢業於中國科學技術大學電子信息工程專業，2007年碩士畢業於中國科學技術大學電磁場與微波技術專業。曾任職於安倫通訊和華為技術有限公司，在射頻與微波器件、高功率及磁性器件、微波射頻測試及系統有廣泛的產業化經驗。在芯和半導體科技（上海）有限公司任職期間，合作開發多種專有集成無源器件工藝並建立完整設計開發及工藝模型，進一步提升了集成無源器件的性能及成本優勢，為典型應用開發系列集成無源器件的解決方案，推動集成無源器件在高性能小型化射頻前端中的應用和發展。

鍾振紅，麥姆斯諮詢2019年度「最受歡迎講師」，COMSOL中國應用工程師。他畢業於復旦大學力學系理論與應用力學專業，長期負責COMSOL MEMS、光學及聲學行業的技術支持和客戶諮詢，擁有十餘年COMSOL仿真經驗，研究內容主要涉及MEMS和傳感器、光學器件、聲學器件、壓電換能器以及AC/DC等領域。