《手机应用的先进射频(RF)系统级封装-2017版》
2017-11-01 16:55:14   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

射频前端模组正在使用复杂的SiP架构,在单个封装中包含10~15个裸片(开关、滤波器、功率放大器)和几种类型的互连技术(引线键合、倒装芯片、铜柱)。未来的智能手机连接依赖于SiP创新,2017年~2022年SiP封装市场规模的复合年增长率将超过10%,超过半导体封装市场的7%增速。

ADVANCED RF SYSTEM-IN-PACKAGE FOR CELL PHONES 2017

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从4G到5G的演进需要颠覆性的封装创新。从5G Sub-6 GHz到5G毫米波(mmWave),哪些类型的封装架构能够“应付自如”?

5G:即将到来的颠覆性技术

5G(第五代移动电话行动通信标准)网络将在未来2~5年内商用化,从而实现Gbps数据速率和大量新的应用和服务。5G的关键驱动因素之一是移动设备对高分辨率(如4K、8K等)视频的传输需求。诸如增强现实(AR)和虚拟现实(VR)这类移动应用将从5G网络技术中获益。此外,由物联网终端设备生成的一些数据也需要通过蜂窝网络传输。全球移动数据业务正在以惊人的速度增长,2017~2022年的复合年增长率预计将超过40%。

虽然部分5G可能在2019年之前商用,但实际上仍存在许多不确定因素,这使得全球社会广泛讨论:
- 未来预测数据需求和市场增长的准确性
- 需要5G网络的应用和服务的增长
- 对所需基础设施进行财务投资的理由
- 分配适当的频段
- 技术准备
- 来自先进的WiFi技术(如WiGiG)的竞争
- 正在进行中的4G创新能力

发展5G网络的根本动力是对更高数据传输速率的需求。5G的应用速度将高度依赖于市场需求和射频(RF)半导体技术的发展状况。虽然从3G到4G的步伐越来越快,但从财务和技术的角度来看,5G被认为是新一代颠覆性技术。5G主要有三个方面:5G毫米波(mmWave)、5G Sub-6 GHz、5G物联网(Sub-1 GHz)。最高频率的5G目标是毫米波频段范围:28 GHz至60 GHz,甚至在某些情况下可以达到80 GHz。但这需要重要的技术革新和部署大量较小的本地基站,以确保信号质量。当前的4G网络技术也正在努力提升,朝着100 Mbit/s以上发展。半导体产业从前端工艺到后端封测都面临着巨大的压力,正在以非常快的速度进行创新,同时也满足所需的质量和可靠性。

5G的所有技术正在并行开发中

5G的所有技术正在并行开发中

如果进入5G时代,智能手机中的RF器件数量将大幅增加,这与智能手机轻薄化的大趋势相悖。因此,我们认为的系统级封装(SiP)、芯片集成技术将获得更广泛的采用,以缩小RF器件及模组尺寸。

目前,射频前端模组正在使用复杂的SiP架构,在单个封装中包含10~15个裸片(开关、滤波器、功率放大器)和几种类型的互连技术(引线键合、倒装芯片、铜柱)。未来的智能手机连接依赖于SiP创新,2017年~2022年SiP封装市场规模的复合年增长率将超过10%,超过整体半导体封装市场的7%增速。智能手机的射频前端模组市场将从2017年的123亿美元增长至2022年的228亿美元,复合年增长率为13%。先进的多芯片SiP封装拥有一大批满足5G需求的关键技术,具有启动或减缓5G市场的能力!

挑战5G需求的新设计

通过蜂窝网络完成Gbps无线数据传输需要运行在GHz频率的设备。虽然频段的分配仍在讨论中,但是,在28 GHz、39 GHz和60 GHz周围的毫米波波段最受瞩目。同时,5G Sub-6 GHz的目标是扩展到3.5 GHz和4.5 GHz。尽管5G Sub-6 GHz也需要半导体封装创新,不过可被认为其主要是增量。然而,5G毫米波提出了全新的要求,需要相当多的技术创新。在毫米波频段中,信号路径长度变得尤为关键,任何设计缺陷都会转化为不可忽视的信号耗损和设备性能的恶化。如今,射频SiP封装,即FEMiD和PAMiD,是相当复杂的,包含10~15个异质芯片(硅基、III/V、MEMS等),通过引线键合、倒装芯片、铜柱等多种方式连接到有机封装衬底上。未来的5G Sub-6 GHz,尤其是5G毫米波将需要更高密度的芯片集成,以实现最小化信号路径并保持损耗的控制。

更多的颠覆性SiP架构将用于5G毫米波

更多的颠覆性SiP架构将用于5G毫米波

寻找创新的衬底/RDL解决方案将直接影响产品的性能和成功。除此之外,天线在SiP中的集成也是一个需要考虑的问题,从布局、工艺、屏蔽等方面带来一系列的挑战。智能手机的RF封装创新正在多个层级上实施,并且在5G Sub-6 GHz和5G毫米波等方向上并行开展。但是真正的颠覆性封装预计是在5G毫米波(频率大于24 GHz)。未来RF封装的一些任务是寻找低损耗材料、天线集成、前端模组中可能集成的芯片、封装架构的调整、屏蔽的方法等,这些都是为了开发新一代5G射频SiP封装。到目前为止,5G的封装平台包括先进的倒装芯片衬底解决方案、扇出型晶圆级封装(Fan-Out WLP)和玻璃中介层(Glass Interposers)。

5G封装的要求和挑战是什么?射频封装架构和材料如何变化?开发射频封装架构的优点和局限性有哪些?芯片和互连在较高频率下会如何变化?是否有更好地适合较低和较高毫米波的5G频段?哪些射频封装架构会脱颖而出?请购买并查看完整报告吧,这些问题的答案都会一一呈现。

5G带来既复杂又创新的商业机遇

SiP将在5G网络时代扮演非常重要的角色。5G对于传输效率、噪声、体积、重量以及成本等多方面要求越来越高,迫使无线通讯向低成本、便携式、多功能和高性能等方向发展。SiP是理想的解决方案,综合了现有的芯核资源和半导体生产工艺的优势,降低成本,缩短上市时间。

目前基于4G技术的智能手机射频前端(FEM/PAM)中的SiP供应链主要是由5家IDM厂商“领衔”:Qorvo、Broadcom(Avago)、Skyworks、村田(Murata)和TDK Epcos。其部分封装外包给OSAT:日月光(ASE)、安靠(Amkor)、长电科技(JCET)、矽品科技(SPIL)。未来5G封装将产生多元化战略。现在的IDM更加专注于5G Sub-6 GHz,而高通正努力开发5G毫米波产品,同时建立起5G毫米波产业链,以确保提前引导产业发展。各种封装技术的选择和市场的不确定性让OSAT对目标客户、市场和封装架构很难抉择。

在高通5G的推动下,以及新的厂商进入,供应链变得更复杂

在高通5G的推动下,以及新的厂商进入,供应链变得更复杂

5G系统级封装(SiP)有很多技术诀窍(Know-how)。表面上看,SiP似乎只是将各个不同芯片封装组合在一起,但其实远非那么简单。针对每一个不同的 SiP,需要大量的仿真和验证。这其中最关键的有:(1)电磁仿真,考虑到5G在高频信号之间的相互干扰,对于EMI的防护、天线的设计、信号完整性的仿真都需要建模;(2)压力仿真,需要验证不同材料的翘曲度和芯片之间的配合。(3)热仿真。在5G时代的SiP,意味着材料控制、压力控制以及电磁分析等各方面的综合考量,也是之前从没有遇到过的。

随着5G毫米波、5G Sub-6 GHz、5G物联网的并行发展,每家射频厂商的策略和他们的长期愿景是什么?高通是否能通过开发5G毫米波技术来超越竞争对手?OSAT如何响应5G市场?预计5G毫米波的封装外包市场将上升还是下降?其它无晶圆厂(Fabless)和IDM企业将如何进入射频前端产业链?那么,供应链将又如何演进?本报告将回答这些多样化且具有挑战性的问题。

本报告涉及的部分厂商:Amkor (J-Devices, Nanium), Apple, ASE Group, Broadcom Ltd. (Avago Technologies, Javelin Semiconductor), Cavendish Kinetics, Cisco, Deca Technologies, Ericsson, Fujitsu, GLOBALFOUNDRIES, Google, Huawei (Hisilicon), Infneon, Intel, JCET/STATS ChipPAC, Kyocera, Lenovo, LG, Marvell, Mediatek, Nepes, NXP Semiconductors (Freescale), Microsoft, Murata Manufacturing Company, NTT Docomo, ON Semiconductor, OPPO, Panasonic, Peregrine Semiconductor/Murata, Powertech Technology, Qorvo (RFMD, Triquint), Qualcomm (RF360), Samsung, Skyworks Solutions, Soitec, Spreadtrum, SPIL, STMicroelectronics, TDK-EPC (EPCOS), Texas Instruments, TSMC, UMC, Vivo, Xiaomi, ZTE and more…

报告目录:

Introduction
> Methodology
> Report synergies
> Objectives, scope, glossary
> Advanced packaging platforms

Executive summary

Market drivers and dynamics
> Advanced packaging drivers
> RF packaging environment
> Disruptions and opportunities

Technology
> Challenges and requirements for 5G packaging
> Analysis on RF SiP packaging platforms in development
> RF SiP packaging roadmaps

Players and supply chain
> Player landscape and positioning
> Company strategies
> Business model shifts

Market forecasts
> RF SiP forecasts
> Unit count
> Wafer count
> Revenue

Conclusions

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