5G射频为OSAT带来更多封装业务

5G射频为 OSAT 带来更多封装业务

据麦姆斯咨询报道，5G已到来，各主要智能OEM厂商近期宣布将推出支持5G蜂窝和连接的5G将重新定义射频（RF）前端在络和调制解调器之间的交互新的RF频段（如3GPP在R15中所定义的sub-6 GHz和毫米波（mm-wave））给产业界带来了巨大挑战

LTE的发展，尤其是载波聚合技术的运用，导致当今智能中的复杂架构同时，RF电路板和可用天线空间减少带来的密集化趋势，使越来越多的手持装备OEM厂商采用功率放大器模块并应用新技术，如LTE和WiFi之间的天线共享

射频（RF）器件封装技术概览

在低频频段，所包含的600 MHz频段将为低频段天线设计和天线调谐器带来新的挑战随着新的超高频率（N77、N78、N79）无线电频段发布，5G将带来更高的复杂性具有双连接的频段重新分配（早期频段包括N41、N71、N28和N66，未来还有更多），也将增加对前端的限制毫米波频谱中的5G NR没法提供5G关键USP的多千兆位速度，因此需要在前端模组中具有更高密度，以实现新频段集成

5G需要4X4 MIMO运用，这将在中增加大量RF流结合载波聚合要求，将导致更复杂的天线调谐器和多路复用器

2018~2024年5G射频前端结构

5G将为外包半导体封测厂商（OSAT）带来更多封装业务

RF系统级封装（SiP）市场可分为两部分：各种RF器件的一级封装，如芯片/晶圆级滤波器、开关和放大器（包括RDL、RSV和/或凸点步骤）；在表面贴装（SMT）阶段进行的二级SiP封装，其中各种器件与无源器件一起组装在SiP基板上2018年，射频前端模组SiP市场（包括一级和二级封装）总规模为33亿美元，预计2018~2023年期间的复合年均增长率（CAGR）将到达11.3%，市场规模到2023年将增长至53亿美元

2018年，晶圆级封装大约占RF SiP组装市场总量的9%Yole在这份新的报告中详细研究了移动领域各种射频前端模组的SiP市场，包括：PAMiD（带集成双工器的功率放大器模块）、PAM（功率放大器模块）、Rx DM（接收分集模块）、ASM（开关复用器、天线开关模块）、天线耦合器（多路复用器）、LMM（低噪声放大器-多路复用器模块）、MMMB PA（多模、多频带功率放大器）和毫米波前端模组到2023年，PAMiD SiP组装预计将占RF SiP市场总营收的39%

本报告包含了覆盖蜂窝和连接的射频前端模组，并提供了按各种通信标准和智能细分的SiP市场预测到2023年，用于蜂窝和连接的射频前端SiP市场将分别占SiP市场总量的82%和18%按蜂窝通信标准，支持5G（sub-6GHz和毫米波）的前端模组将占到2023年RF SiP市场总量的28%高端智能将贡献射频前端模组SiP组装市场的43%，其次是低端智能（35%）和奢华智能（13%）

4G射频前端SiP供应链由少数几家集成器件制造商（IDM）领导，如Qorvo、博通（Broadcom（Avago））、Skyworks Solutions和村田（Murata），它们将部份SiP组装外包给OSAT厂商高通（Qualcomm）逐步成为5G解决方案射频前端的重要供应商，尤其是5G毫米波（获得了多家移动OEM厂商的定单），并有望在未来保持主导地位事实上，高通是唯一一家能够为5G提供完全解决方案的厂商，包括调制解调器、天线模块和应用处理器高通作为一家无晶圆厂，外包了所有SiP组装，这为OSAT厂商带来了更多商机

此外，IDM厂商更加关注5G sub-6Ghz的射频前端解决方案，这些也需要封装创新，如更紧密的元件布局、双面贴装、共形/划区屏蔽、高精度/高速SMT等这些都需要投资新的装备和工艺Yole认为，对组装技术的高投入负担，将促使厂商将业务更多地外包给OSAT厂商

按蜂窝和连接标准细分的射频前端模组SiP组装市场

5G正在推动射频前端的封装创新

智能中的4G LTE为前端模组以及滤波器组和分集接收模块使用了多芯片SiPSiP提供了所需要的小尺寸、更短的信号路径和更低的消耗4G LTE前端模组目前包括颗芯片，利用倒装芯片球焊或铜柱连接到有机基板（最多8个有机层或18个陶瓷层），一些功率放大器仍然使用引线键合5G Sub-6GHz产品预计将利用改良的现有倒装芯片SiP（如双面FC封装基板），采用相近的物料清单，实现渐进式创新随着新架构的引入，5G毫米波频率带来了突破性的封装：扇出型晶圆级封装（WLP）和玻璃基板中介层，与具有低消耗电介质的先进有机基板倒装芯片封装竞争

天线技术和布局是5G半导体系统最关键的挑战之一在毫米波频率，从半导体封装到天线的长路径代表着高损耗，因此希望将天线集成到SiP中更高的频率需要更小的天线（mm而不是cm），从占位面积来看，这样更容易集成到SiP中不过，目前单个天线必须与多个频带一起工作，使得天线和附加电路变得更加复杂

为将天线元件与射频组件集成用于5G移动通讯，提出了具有不同架构的多种封装解决方案由于成本和成熟的供应链，基于层压基板的倒装芯片率先被用于封装天线（antenna-in-package, AiP）扇出型WLP/PLP封装得益于较高的信号性能、低损耗和缩小的外形尺寸，是一种很有前景的AiP集成解决方案，但它需要双面重布线层（RDL）除少数厂商，大部分OSAT还没有准备好利用该技术大规模制造

此外，电路需要屏蔽免受天线辐射，同时还要确保天线不被阻挡，并且可以实现清晰的接收/传输与层压基板一样，陶瓷和玻璃也成为封装基板材料的新选择对5G毫米波封装基板材料的选择，必须在电气特性、本钱、可加工性和供应链准备状态等多方面做权衡由于本钱和材料/组件供应链的就绪状况，有机层压基板将率先运用（伴随有限的陶瓷应用），随后是陶瓷和玻璃

移动射频前端模组：2002~2022年及以后的封装趋势

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