射頻前端信號幹擾的解決之道

2020-11-02 半導體行業觀察

當下,手機內的晶片元器件密度越來越高,特別是5G時代的到來,各種新功能和高性能成為了必選項,比如攝像頭,各種各樣的傳感器等,這些器件佔用了很多手機的物理空間,而給射頻前端(RFFE)留下的空間越來越緊迫,可以利用的空間越來越少。這些對手機設計提出了前所未有的挑戰,其中,射頻前端尤為突出。

早些年,手機射頻前端的各個晶片元器件都是分立的,比如PA、射頻開關、濾波器、雙工器等,都是彼此獨立存在於手機內部的。但從五六年前開始,這種分立設計已經不能滿足手機內部晶片元器件高密度的發展需求,開始出現一些把PA跟開關集成的方案,稱為TX Module,也有把開關跟濾波器集成的,稱為FEM。近幾年,隨著LTE,以及5G下的MIMO設計出現以後,射頻前端的方案更加複雜,用到的器件比以前越來越多,碰到的難題也越來越多。

這些應用需求與挑戰給射頻晶片傳統三強帶來了更多商機,特別是Qorvo,近幾年,該公司攻克了很多集成化方案難題,特別是射頻前端模塊PAMiD,很有特色,它把PA、濾波器、開關,甚至一些LNA(低噪放)也集成進了模塊。

對於PAMiD,Qorvo華北區應用工程經理張杰(Fiery Zhang)先生說:「該模塊的空間會比分立方案省很多,因為它將5、6個器件封裝在了一起,組成一個『器件』,減少了很多PCB上的布局工作。」如果用分立器件方案去實現相同的功能,需要在PCB上走很多線,比如說PA要走線連到濾波器,濾波器還要走線連到開關,非常繁瑣,集成以後,這些走線就不需要了,使得PCB布局更為靈活,會節省解決方案的空間。

張杰(Fiery Zhang),Qorvo華北區應用工程經理

另外,在產品集成的過程中,不是單單的做整合,據張杰介紹,Qorvo一方面會進一步改善它的性能,另一方面會解決這些產品在集成過程中的兼容性問題,或者互擾的問題。比如說分立的器件,如果只是一個單獨的PA,設計的時候,主要考慮PA需要關注的問題;設計濾波器的時候,主要考慮濾波器需要關注的問題;做開關的時候,主要考慮開關的設計問題。但手機終端領域,客戶在設計的過程中需要考慮PA跟開關、濾波器等兼容性的問題。一起用的時候,還能不能發揮出100%的性能,就需要在PCB板上做進一步的調試和優化。

集成方案的優勢在於提前為客戶做好了上述工作,還有幹擾問題,現在,PCB面積越來越緊湊,器件的布局非常緊密。而且功能模塊越來越多,很多都會同時工作,所以,互擾是一個非常難解決的問題。對此,張杰表示,我們在集成的過程中,已經把這些器件的互擾問題考慮進去了。

自屏蔽技術Micro Shield

為了解決互擾問題,自屏蔽技術Micro Shield應運而生。實際上,該技術早在20年前就出現了的射頻方案設計領域,只不過那時候的市場需求不緊迫,量比較小,所以發展較為緩慢。但近些年,射頻前端的快速發展給Micro Shield提供了廣闊的發展空間。

近幾年,Qorvo在PAMiD上也推出了自屏蔽專利技術,顯著降低了手機內的信號幹擾問題。加上自屏蔽技術以後,客戶設計屏蔽罩的時候,可以少考慮一些這樣的因素。屏蔽罩的形狀、高度,就不再受那麼多局限了。

對於這項技術,Qorvo封裝新產品工程部副總監趙永欣(York Zhao)先生表示:「其實,我們的自屏蔽技術並不是一個全新的技術,我們在十幾年前就已經有這個技術了,經過這麼多年的迭代,現在到了最新一代。之前的應用範圍比較窄,直到最近兩三年,用量大幅增長。另外,我們把很多以前的分立元件放在了同一個模塊裡,它本身內部也會有一些幹擾。我們現在的技術,可以實現選擇性的屏蔽。也就是把它內部的一些器件的相互影響隔離開。這是一個很新的技術,通過它可以節省很多手機設計空間。同時,對於手機上其它功能塊晶片的幹擾,也會降到最低,或者可以忽略不計。」

以L-PAMiD為例,集成了LNA和PA,PA的發射功率是比較大的,接收端的信號比較小,接收這邊容易發生幹擾,這時,設計的時候要做一些自屏蔽,不能讓發射端的幹擾影響接收端,這些在設計的時候需要提前考慮。

據悉,Qorvo正在逐步改善這種選擇性屏蔽技術的工藝穩定性,做到了可以量產的標準。將來還會有更多產品採用這種技術。

趙永欣(York Zhao),Qorvo封裝新產品工程部副總監

據趙永欣介紹,這種自屏蔽技術主要是通過電鍍來實現的,它的可靠性還是非常高的,因為它不是通過噴塗,而是通過電鍍腐蝕之後,再附著上去,這樣的屏蔽性能會比較好。

趙永欣表示,這種自屏蔽技術,實際上就是當前用於射頻前端先進封裝技術的一個工藝步驟,所以它已經包含在先進的封裝技術裡面了。另外,隨著器件不斷縮小,但功能越來越多,而且器件的數量也越來越多,複雜的器件也會比較多。這對封裝來講,是有一個很大的挑戰。高集成度不僅僅體現在長寬的尺寸上,還有高度尺寸,也要逐漸下降。所以,這方面也要有一些新的技術去保證。

成本

據悉,對於這種自屏蔽技術的成本問題,可以分兩方面,一是在相同的功能條件下,如果都有屏蔽的話,它的成本,特別是量產之後的成本,還是相對比較低的。

據趙永欣介紹,通過幾年的開發,實現這種技術產品的工藝水平有了很大的提高,提升了屏蔽方案的集成度,它所佔的體積和厚度,也是越來越薄,這對於降低器件的整體成本,也是一種貢獻。

自屏蔽技術最早是在中高端手機上採用,但是現在我們也看到,中低端手機上也開始有這種需求的趨勢。因為手機的更新換代還是比較快的,以前中低端手機追求低價格,在這個基礎上可以省掉很多功能件。但是,隨著5G的逐步推廣,5G手機逐漸普及,中低端產品也開始加入5G的支持。與4G不同,5G射頻前端需要支持4×4的MIMO,這樣,至少要多加4路的接收器件。因此,中低端手機也需要這種集成方案和自屏蔽技術。

由於中低端手機對成本比較敏感。Qorvo會針對中低端手機的需求,去做一些更適合的集成方案。比如中低端手機集成方案裡的濾波器等,會針對中國的需求去做,其它不需要的漫遊功能會省掉。Qorvo正在針對中低端需求做相應的改良,以及成本方面的優化。

*免責聲明:本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點,半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點,不代表半導體行業觀察對該觀點讚同或支持,如果有任何異議,歡迎聯繫半導體行業觀察。

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