過去十多年來，手機(jī)通信功能發(fā)生了翻天覆地的變化。一方面通信制式從針對地區(qū)和運(yùn)營商的特定設(shè)計(jì)向“全球通”設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，另一方面通信技術(shù)從2G向5G演進(jìn)，得以實(shí)現(xiàn)這一巨大變革的原因正是功率放大器（PA）、濾波器、天線、開關(guān)和低噪聲放大器（LNA）等支撐通信功能的射頻器件的不斷升級(jí)換代。隨著手機(jī)智能化提升，需要支持的通信頻段、交互通道增多、帶寬變大，對射頻前端器件的數(shù)量和功能要求大幅提升，手機(jī)中的射頻前端方案日益集成化、小型化、模組化，高集成度射頻前端模組已是大勢所趨。
受5G滲透率提升的驅(qū)動(dòng)，Yole數(shù)據(jù)顯示射頻前端市場規(guī)模在2021年達(dá)到了190億美元，預(yù)計(jì)到2028年將增長至269億美元；進(jìn)入2022年后，全球消費(fèi)電子市場持續(xù)低迷，射頻前端市場基本與2021年持平，但中長期來看，這一市場仍然充滿前景。
近幾年在國內(nèi)龐大的終端市場需求、國產(chǎn)替代浪潮及資本加持下，中國射頻前端產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快軌，一批具有代表性的射頻前端企業(yè)不斷涌現(xiàn)。不過，雖然5G技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步拉升了射頻前端器件市場空間，但國內(nèi)廠商一時(shí)間難攻破由Skyworks、高通、Qorvo、博通與村田等國際射頻巨頭建立的市場壁壘，在行業(yè)進(jìn)入下一個(gè)高速增長周期前，本土射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈從設(shè)計(jì)、制造到封測，向模組化、高端化市場進(jìn)階的需求日益迫切。
根據(jù)集成方式的不同，射頻前端模組主集天線射頻鏈路包括FEMiD（集成射頻開關(guān)、濾波器和雙工器）、PAMiD（集成多模式多頻帶PA和FEMiD）、L-PAMiD（LNA、集成多模式多頻帶PA和FEMiD）等；分集天線射頻鏈路可分為DiFEM（集成射頻開關(guān)和濾波器）、LFEM(集成射頻開關(guān)、低噪聲放大器和濾波器)等。
由上圖射頻前端模組的組成結(jié)構(gòu)不難看出，L-PAMiD模組是集成了目前常見的分立多模多頻PA、LNA、射頻開關(guān)、濾波器以及雙工器等獨(dú)立射頻器件的射頻前端模組，也是目前集成度最高、設(shè)計(jì)難度最大、封裝工藝最復(fù)雜的射頻前端模組。這類高端射頻模組的市場，目前主要由美商博通、Qorvo、Skyworks、高通（RF360）等廠商占據(jù)。
從Qorvo公司M/H L-PAMiD模組可見，該類產(chǎn)品集成了17顆BAW，2顆GaAs HBT，以及6顆SoI和1顆CMOS控制器，設(shè)計(jì)以及封裝技術(shù)難度堪稱射頻前端領(lǐng)域最高。相比于單顆分立PA芯片的價(jià)格已經(jīng)降到幾十美分，這類復(fù)雜模組的售價(jià)可以達(dá)到3~4美元甚至更高。因此射頻模組是未來射頻前端器件的必然之路，有望成為競爭的主戰(zhàn)場。
Yole預(yù)測，到2026年，射頻前端模組市場規(guī)模將達(dá)到155.38億美元，約占射頻芯片市場的71.70%。其中接收模組市場規(guī)模將達(dá)到33.39億美元，發(fā)射端PA模組市場規(guī)?？蛇_(dá)到94.82億美元。目前智能手機(jī)中高端機(jī)型多使用集成度高的PAMiD/L-PAMiD方案，但中低端機(jī)型也開始配置L-PAMiD，方案呈現(xiàn)下沉趨勢。
觀察國內(nèi)射頻前端產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前已經(jīng)在PA、開關(guān)、天線等領(lǐng)域取得了令人欣喜的成績，例如在2G至4G的單顆分立PA上國產(chǎn)廠商占據(jù)了全球市場的主導(dǎo)地位，5G PA市占率也在穩(wěn)步提升，射頻開關(guān)/LNA領(lǐng)域更是誕生了全球龍頭企業(yè)。
但模組方面，即使是簡單的5G PAMiF和LFEM模組領(lǐng)域，國內(nèi)也才起步量產(chǎn)2年左右，由于設(shè)計(jì)集成難度大且受制于沒有自己的SAW 和BAW技術(shù)，大部分企業(yè)只能從國外大廠采購濾波器，這又面臨供應(yīng)受限的可能，因此國內(nèi)幾家領(lǐng)先的射頻公司也才剛起步研發(fā)和小量試產(chǎn)L-PAMiD SiP模組，相比于上文提及的4家美國射頻巨頭公司落后了5年以上的時(shí)間。
可喜的是，國內(nèi)眾多射頻前端企業(yè)早已聚焦于研發(fā)生產(chǎn)SAW和BAW濾波器，在研發(fā)和工藝提升方面都取得了重大的進(jìn)步，開始有能力為國內(nèi)射頻前端模組的設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)提供保障。雖然在性能指標(biāo)和工藝制程方面與國際巨頭仍有不小的差距，但是已經(jīng)可以滿足基本要求，模組設(shè)計(jì)公司也要在實(shí)際使用過程中不斷和國內(nèi)濾波器廠家進(jìn)行合作試用、找差、改進(jìn)、再試用的循環(huán)推進(jìn)，共同保障國內(nèi)高端射頻PAMiD SiP模組的設(shè)計(jì)研發(fā)和生產(chǎn)供應(yīng)，在努力追趕國外巨頭技術(shù)的同時(shí)，做到關(guān)鍵器件的國產(chǎn)替代和自主可控。
射頻前端模組作為高度集成的器件，核心在于需要極強(qiáng)的系統(tǒng)整合能力，對整個(gè)模組架構(gòu)、設(shè)計(jì)、封測都提出了更高的要求，包括簡化設(shè)計(jì)、小型化、降低能耗、降低解決方案成本、提高系統(tǒng)性能等諸多方面。除了設(shè)計(jì)，射頻前端模組對封測能力也提出了更高的要求。
例如2022年華天科技率先與國內(nèi)2家射頻設(shè)計(jì)公司合作研發(fā)的L-PAMiD模組，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求在更小的尺寸上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的高度集成帶來了產(chǎn)品內(nèi)部的高密度貼裝，其中被動(dòng)元器件間距、WLP與die間距、die to die間距等都在突破現(xiàn)有封裝設(shè)計(jì)規(guī)則，這給SMT貼裝、清洗、塑封等制程帶來了巨大的挑戰(zhàn)，GaAs芯片容易發(fā)生crack、SAW（WLCSP封裝）濾波器的bumpvoid 和虛焊問題，以及挑戰(zhàn)目前SMT貼裝極限能力的008004（公制0201）MLCC器件的貼裝和塑封完全填充，都是L-PAMiD模組封裝過程中要解決的工藝難點(diǎn)。
此外，對于SiP而言，由于系統(tǒng)級(jí)封裝內(nèi)部走線的密度非常高，普通的PCB難以承載；而IC載板的多層數(shù)+低線寬線距則更加契合SiP要求，更適合作為SiP的封裝載體。為了追求產(chǎn)品極致性能和高可靠性，華天科技協(xié)同客戶開發(fā)的L-PAMiD模組采用了coreless工藝的8層基板，要求基板側(cè)面有多層漏銅來增強(qiáng)EMI Shielding電磁屏蔽性能，且模組背面四角焊盤使用綠油開窗增大焊盤面積提升產(chǎn)品板級(jí)可靠性；這些特殊設(shè)計(jì)在封裝過程中產(chǎn)生諸工藝難題，如成品切割時(shí)的基板綠油分層、側(cè)面銅層氧化/變形、Sputter溢鍍和鍍層分層等，給產(chǎn)品封裝帶來了很大的工藝難度。
華天科技指出，從最簡單的分集模組DiFEM、LiFEM到集成度最高的L-PAMiD等主集模組，實(shí)現(xiàn)的功能越來越多，也要求越來越多的分立器件集成在一個(gè)模組中，而且手機(jī)要求模組的尺寸越小越好，這對產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了極大地挑戰(zhàn)，需要不斷突破現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)則上限。此外，模組中集成的不同濾波器采用了不同的材料和制造工藝，包含了LTCC、WLP和CSP三種主要的封裝形式，在模組封裝中都面臨不同的挑戰(zhàn)。比如LTCC主要需解決焊接后傾斜和塑封完全填充的封裝難題；WLP主要需要解決bump虛焊和bump void的封裝難題；CSP則最主要是解決背面焊盤焊接后的錫膏空洞過大和塑封完全填充的難題。
因此隨著模組中器件的密集度更高，如何保證封裝中的貼裝精度、焊接后徹底清洗干凈、塑封完全填充嚴(yán)實(shí)、EMI shiedling的全覆蓋和結(jié)合性、產(chǎn)品可以經(jīng)受嚴(yán)格可靠性考核等都是模組封裝面臨的重要考驗(yàn)。
5G到來之后，手機(jī)終端需要支持更多的頻段。并且5G定義了3GHz以上、6GHz以下的超高頻（UHB）頻段，對射頻前端性能提出了更高要求，單部手機(jī)中的射頻前端模塊數(shù)量不斷增加，以往射頻前端模組所采用的單面SiP逐漸無法滿足有限空間的小型化要求，DSMBGA（Double Side Molding BGA）雙面塑封BGA SiP工藝走上舞臺(tái)，并逐漸成為行業(yè)技術(shù)的未來發(fā)展方向。
DSMBGA主要用于射頻前端模組領(lǐng)域，將原先的單面SiP模組做成雙面后，模組的外形尺寸減少20%以上，產(chǎn)品厚度只增加不到0.2mm，而且將多個(gè)頻段集成在一個(gè)模組實(shí)現(xiàn)，可以更好地滿足手機(jī)對模組更小尺寸、更全性能的要求。
伴隨著國產(chǎn)射頻前端模組向最高集成度穩(wěn)步邁進(jìn)，國內(nèi)可與之匹配的先進(jìn)封裝技術(shù)的同步發(fā)展也迫在眉睫。
華天科技自2015年開始射頻PA產(chǎn)品的封裝技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)工作，客戶覆蓋國內(nèi)主要PA設(shè)計(jì)公司。從早期的2G/3G/4G PA，到近兩年的5G PA模組封裝都保持著國內(nèi)封裝廠商的領(lǐng)先地位和主要市場份額。
在射頻前端模組領(lǐng)域，華天科技早在2019年協(xié)同客戶一起進(jìn)行5G L-PAMiF和L-FEM模組套片的封裝工藝研發(fā)和工程樣品試制。針對GaAs FC die的特殊材質(zhì)和bump結(jié)構(gòu)易發(fā)生UBM crack、bump crack的高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，華天科技基于內(nèi)部仿真數(shù)據(jù)指導(dǎo)，和多年單顆分立射頻器件封裝經(jīng)驗(yàn)積累，從基板設(shè)計(jì)、塑封料選擇、超薄鋼網(wǎng)小顆粒錫膏的連續(xù)穩(wěn)定印刷、化學(xué)水洗工藝匹配、塑封工藝優(yōu)化等多個(gè)技術(shù)難題進(jìn)行了攻關(guān)突破，成功保證了5G L-PAMiF和L-FEM模組在國內(nèi)率先量產(chǎn)，目前已經(jīng)累計(jì)出貨過億顆，未發(fā)生產(chǎn)品質(zhì)量異?？驮V?？蛻舢a(chǎn)品性能優(yōu)異，比肩國際競商產(chǎn)品，也率先進(jìn)入三星、vivo等手機(jī)品牌供應(yīng)鏈。
華天科技射頻前端模組產(chǎn)品技術(shù)路線G L-PAMiF模組的研發(fā)生產(chǎn)保持國內(nèi)封裝廠商領(lǐng)先地位的基礎(chǔ)上，基于過去3年積累的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，華天科技于2022開始在L-PAMiD模組上集中工程力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，通過大量的工程DOE實(shí)驗(yàn)，成功解決了前文列舉的各項(xiàng)封裝工藝難題，封裝產(chǎn)品通過了客戶的性能測試和多次可靠性考核，僅用時(shí)5個(gè)月就實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從NPI build到100K再到KK級(jí)的量產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品封裝測試良率、可靠性均滿足客戶要求，再次取得了射頻模組封裝工藝研發(fā)和規(guī)模量產(chǎn)在國內(nèi)封裝廠商的領(lǐng)先地位。
2023年以來，華天科技與多家射頻設(shè)計(jì)公司聯(lián)合進(jìn)行DSMBGA產(chǎn)品的封裝工藝研發(fā)，封裝技術(shù)的主要挑戰(zhàn)在于如何保證塑封后的基板翹曲平整度、密集器件和濾波器、die的塑封完全填充、strip grinding精度控制和防止die crack、激光燒球準(zhǔn)確度控制、EMI共形屏蔽和分腔屏蔽實(shí)現(xiàn)等等。目前，華天科技已基本解決以上封裝工藝難題，雙面塑封產(chǎn)品線月底已經(jīng)完成國內(nèi)某客戶首個(gè)產(chǎn)品工程樣品的客戶送樣，年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
據(jù)悉，華天科技目前正和客戶合作研發(fā)迄今為止國內(nèi)封裝廠最復(fù)雜的DSMBGA產(chǎn)品，在技術(shù)攻關(guān)和量產(chǎn)實(shí)現(xiàn)后，華天科技不僅將持續(xù)保持國內(nèi)射頻模組SiP封裝的領(lǐng)頭羊地位，還將極大地刺激和鼓勵(lì)國內(nèi)射頻前端設(shè)計(jì)公司向雙面塑封方向投入研發(fā)，助力客戶追趕國外射頻巨頭如Skyworks、Qrovo、博通等企業(yè)，為國產(chǎn)射頻前端產(chǎn)業(yè)添磚加瓦！
