2019年，我國5G商用正式啟動(dòng)，各大領(lǐng)先智能手機(jī)廠商爭先恐后推出新款5G智能手機(jī)，試圖搶占5G市場先機(jī)。5G通信要求智能手機(jī)將額外的射頻復(fù)雜性壓縮到基本相同甚至更狹窄的空間中，這需要?jiǎng)?chuàng)新的方法來支持多個(gè)同時(shí)上行鏈路和下行鏈路連接的需求，同時(shí)提供非常高的線性度和功耗管理能力。各大廠商已紛紛布局5G智能手機(jī)射頻前端器件及模組。智能手機(jī)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(guān)（Antenna Switch）、雙工器（Duplexer）、濾波器（Filter）、天線調(diào)諧器（Antenna Tuner）以及射頻集成無源器件（Integrated Passive Device，IPD）等組成。

5G必將對射頻前端形態(tài)產(chǎn)生影響，并推動(dòng)著射頻前端技術(shù)不斷革新。中國雖然對射頻前端元器件的需求量巨大，但該技術(shù)還是主要掌握在國外巨頭企業(yè)；且中美貿(mào)易戰(zhàn)硝煙四起，美國試圖扼住中國5G技術(shù)發(fā)展的“咽喉”。如何突破國外大廠專利封鎖和芯片斷供風(fēng)險(xiǎn)？開拓中國“芯”路？正是在這樣的背景下，2020年12月11日~13日，麥姆斯咨詢在無錫舉辦了《第30期“見微知著”培訓(xùn)課程：射頻前端核心技術(shù)》。約70名來自中國射頻前端元器件產(chǎn)業(yè)鏈上下游的工業(yè)界從業(yè)人員、研究所研究人員、高校師生以及投資界精英報(bào)名參加了本期培訓(xùn)。麥姆斯咨詢邀請了射頻前端核心技術(shù)領(lǐng)域的知名專家和學(xué)者，以及產(chǎn)業(yè)界的資深從業(yè)人士，從5G時(shí)代所需的射頻前端技術(shù)進(jìn)行了深入剖析。

《第30期“見微知著”培訓(xùn)課程：射頻前端核心技術(shù)》學(xué)員合影留念

一、濾波器核心技術(shù)

5G通信時(shí)代，智能手機(jī)濾波器數(shù)量將增加到百顆數(shù)量級(jí)，采用尺寸更小、性能更佳的濾波器進(jìn)行集成化、模組化成為必然趨勢。在智能手機(jī)射頻前端所需的各種元器件中，濾波器無疑是市場份額和市場規(guī)模增長最受關(guān)注的器件。麥姆斯咨詢邀請了美國伊利諾伊厄巴納-香檳大學(xué)終身教授龔頌斌、華中科技大學(xué)副教授羅為分別講解了5G和射頻前端架構(gòu)、體聲波BAW濾波器和薄膜體聲波諧振器（FBAR）、聲表面波（SAW）濾波器的工作原理、設(shè)計(jì)、制造、封測、專利布局以及應(yīng)用案例。來自COMSOL中國應(yīng)用工程師鐘振紅則帶領(lǐng)學(xué)員利用COMSOL軟件進(jìn)行了SAW和BAW濾波器仿真實(shí)操。

龔頌斌教授在射頻以及毫米波機(jī)械濾波器設(shè)計(jì)、射頻模擬電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域擁有16年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表了高水平同行審閱期刊及會(huì)議文章120篇。龔頌斌教授首先從MEMS市場發(fā)展規(guī)律的角度分析了消費(fèi)電子產(chǎn)品的價(jià)格“紅?！保约?G對射頻濾波器提出的性能、尺寸和成本要求及未來發(fā)展趨勢。為了讓學(xué)員能深刻理解濾波器的工作原理，龔頌斌教授用生活中常見的彈簧進(jìn)行了非常形象詳盡的底層物理原理講解，并對濾波器的電路結(jié)構(gòu)、影響參數(shù)、可選壓電材料、壓電薄膜制備工藝、封裝工藝等全方位分享了自己多年的研究經(jīng)驗(yàn)。在課程后半程，針對SAW濾波器、BAW濾波器、BAW-SMR濾波器和FBAR濾波器的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、競爭和共存關(guān)系、專利布局情況，龔頌斌教授也從學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)兩個(gè)角度分享了自己的見解。站在國際前沿技術(shù)的制高點(diǎn)，龔頌斌教授對知名高校、研究機(jī)構(gòu)和巨頭企業(yè)的最新技術(shù)及進(jìn)展信手拈來，啟發(fā)式的教學(xué)風(fēng)格和高深的學(xué)識(shí)“圈粉”無數(shù)！

美國伊利諾伊厄巴納-香檳大學(xué)終身教授龔頌斌的授課風(fēng)采

華中科技大學(xué)羅為副教授多年來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(shù)值計(jì)算、材料制備和器件設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，同國內(nèi)外相關(guān)研究組有廣泛的聯(lián)系。羅為副教授先為學(xué)員梳理了聲表面波（SAW）濾波器的基本概念、分類方式和定義，并對SAW濾波器的材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、封裝和測試進(jìn)行了詳細(xì)講解。針對SAW濾波器技術(shù)發(fā)展情況，他列舉了國際普遍采用的復(fù)合片法和SiO2薄膜補(bǔ)償法的TC SAW、日本村田研發(fā)的IHP SAW技術(shù)、美國高通研發(fā)的ultraSAW技術(shù)并分析其實(shí)現(xiàn)方式。在課程中，羅為副教授還分享了自己多年來在SAW濾波器模擬和設(shè)計(jì)仿真的經(jīng)驗(yàn)感想，為后續(xù)的實(shí)操課程奠定了理論基礎(chǔ)。羅為副教授的授課內(nèi)容詳實(shí)，條理清楚，層層剖析，環(huán)環(huán)相扣，對SAW濾波器工作原理、設(shè)計(jì)、制造工藝、技術(shù)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)情況分析透徹，獲得了學(xué)員的一致好評(píng)！

華中科技大學(xué)副教授羅為的授課風(fēng)采

經(jīng)過第一天龔頌斌教授和羅為教授深入的濾波器理論知識(shí)講授，在培訓(xùn)第三天下午，來自COMSOL中國的應(yīng)用工程師鐘振紅帶領(lǐng)學(xué)員在電腦上進(jìn)行了約四小時(shí)的SAW濾波器和BAW濾波器仿真實(shí)操訓(xùn)練。鐘振紅老師長期負(fù)責(zé)COMSOL MEMS、光學(xué)及聲學(xué)行業(yè)的技術(shù)支持，擁有十余年COMSOL仿真經(jīng)驗(yàn)，他深諳仿真過程的難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)。鐘振紅老師機(jī)智詼諧，妙語連珠，長達(dá)四小時(shí)的仿真“實(shí)戰(zhàn)”一點(diǎn)兒也不枯燥乏味。一些學(xué)員步步緊跟，看到自己的成功仿真結(jié)果，充滿了成就感；還有部分學(xué)員在某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)差錯(cuò)，只能望著自己的“半成品”嘆息，但在課后不忘討教，以期在培訓(xùn)結(jié)束后繼續(xù)完善自己的濾波器作品。

COMSOL中國應(yīng)用工程師鐘振紅的授課風(fēng)采

二、天線調(diào)諧器和MIMO核心技術(shù)

MIMO是一種使用多根天線發(fā)送信號(hào)和多根天線接收信號(hào)的傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在相同頻帶內(nèi)的同一載波上傳輸不同信息。天線調(diào)諧器（Tuner）是位于連接發(fā)射系統(tǒng)與天線的一種阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收、濾波、放大、增益控制等功能，使得天線在所有應(yīng)用頻率上輻射功率最大。隨著5G通信頻率提升，信號(hào)傳播衰減提高了對天線發(fā)射功率和全向靈敏度的要求，因此天線調(diào)諧器作為改善天線功率的關(guān)鍵器件。

趙魯豫副教授的耦合諧振器解耦網(wǎng)絡(luò)技術(shù)功底深厚，多年來致力于推動(dòng)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。在培訓(xùn)第二天上午，趙魯豫副教授首先講解了射頻開關(guān)、手機(jī)天線調(diào)諧方法（阻抗匹配調(diào)諧和天線孔徑調(diào)諧）的基本概念。對于孔徑調(diào)諧方式，主要采用調(diào)諧器開關(guān)和可調(diào)諧電容，他向?qū)W員仔細(xì)分析了寄生參數(shù)對其性能的影響，隨后結(jié)合多天線的去耦濾波實(shí)例進(jìn)行講解。對于MIMO，趙魯豫副教授首先分析了各類MIMO系統(tǒng)，并就MIMO系統(tǒng)的模型及容量等問題分享了觀點(diǎn)。他的授課不僅讓學(xué)員深刻理解課本理論知識(shí)，同時(shí)還獲得了產(chǎn)業(yè)界最新的一手信息。

西安電子科技大學(xué)副教授趙魯豫的授課風(fēng)采

三、功率放大器和低噪聲放大器核心技術(shù)

射頻功率放大器（PA）和射頻低噪聲放大器（LNA）分別位于射頻前端模組的發(fā)射端和接收端，前者負(fù)責(zé)將發(fā)射通道的低功率信號(hào)放大，后者負(fù)責(zé)將從天線接收的信號(hào)放大。從2G時(shí)代，到3G、4G時(shí)代，再到5G時(shí)代，PA在手機(jī)中的數(shù)量和成本成倍增長，并向模組化演進(jìn)。

作為射頻前端產(chǎn)業(yè)的老兵，顧建忠老師曾在業(yè)內(nèi)一線的射頻芯片公司和手機(jī)公司擔(dān)任重要職位，并定義過多款射頻前端產(chǎn)品。在培訓(xùn)第二天下午，顧建忠老師為學(xué)員帶來了PA和LNA的知識(shí)盛宴。他從射頻前端市場全局開始講起，分析了PA和LNA的市場需求，以及市場上“霸主”企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展歷程。隨后，顧建忠老師對PA的類型（Class A/B/C/D/E/F），襯底材料（Si、SiGe、GaAs、GaN）選擇，2G/3G/4G/5G時(shí)代的PA設(shè)計(jì)及參數(shù)性能一一進(jìn)行了詳細(xì)講解。在LNA課程的講授中，顧建忠老師從增益、噪聲系數(shù)、功耗、線性度等參數(shù)分析了LNA的工作原理及影響因素。最后，他表示，隨著5G時(shí)代的到來，PA會(huì)走向模組化，PA、LNA、濾波器和開關(guān)的集成度越來越高，這是一門集電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)的多交叉學(xué)科，深度依靠經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過顧建忠老師半天的授課，學(xué)員對PA和LNA的技術(shù)與市場認(rèn)知更為深刻！

芯樸科技（上海）有限公司創(chuàng)始人顧建忠的授課風(fēng)采

四、其他射頻前端核心技術(shù)：MEMS諧振器和振蕩器、射頻集成無源器件

與SAW、BAW、FBAR相比，MEMS諧振器和振蕩器的工作頻率相對較低（MHz級(jí)別），旨在為射頻前端提供時(shí)鐘信號(hào)。培訓(xùn)第三天上午，吳國強(qiáng)教授從MEMS諧振器和振蕩器在射頻前端的作用講起，強(qiáng)調(diào)時(shí)鐘信號(hào)在智能手機(jī)中的重要性——每部手機(jī)需要2~4個(gè)時(shí)鐘器件為處理器、WiFi、NFC、USB等提供信號(hào)。結(jié)合自己的研究方向，他就MEMS諧振器和振蕩器的理論基礎(chǔ)知識(shí)、壓電材料選擇（ZnO、PZT、AlN、石英等）、制造工藝難點(diǎn)（取向控制、厚度控制和應(yīng)力控制）分享多年積累的經(jīng)驗(yàn)。最后，吳國強(qiáng)教授傾囊相授MEMS諧振器和振蕩器商業(yè)化進(jìn)程中存在的問題和解決方案，如：如何減小空氣阻尼、如何實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)真空封裝、如何優(yōu)化TED（熱彈性損耗）以及溫度補(bǔ)償方案等。

武漢大學(xué)教授吳國強(qiáng)的授課風(fēng)采

射頻集成無源器件（IPD）是實(shí)現(xiàn)高集成度射頻前端模塊的核心技術(shù)。利用高阻硅和厚銅工藝使IPD既具有半導(dǎo)體工藝的一致性和高集成度，又有與LTCC等傳統(tǒng)厚膜工藝類似的射頻性能。在培訓(xùn)第三天上午，芯和半導(dǎo)體科技（上海）有限公司集成無源器件技術(shù)總監(jiān)陳立均老師為大家分享了智能手機(jī)模組化對定制IPD的強(qiáng)勁需求，定制射頻IPD占據(jù)薄膜IPD市場的最大份額（占比約六成）。5G為IPD帶來了新的機(jī)會(huì)，比如SAW不支持高頻、BAW帶寬達(dá)不到要求，IPD則是最好的選擇；此外，雙工器、巴倫、耦合器、功分器、衰減器等也會(huì)受益于IPD采用的半導(dǎo)體集成電路成熟工藝。陳立均老師在課程中重點(diǎn)講解了IPD器件的設(shè)計(jì)、仿真，以及如何與封裝工藝結(jié)合考量，并分享了對安森美半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體等廠商的高阻硅工藝、TGV工藝案例的理解。

芯和半導(dǎo)體科技（上海）有限公司集成無源器件技術(shù)總監(jiān)陳立均的授課風(fēng)采

結(jié)束語

從2016年開始，麥姆斯咨詢已經(jīng)開設(shè)了30期“見微知著”培訓(xùn)課程。四年多來，麥姆斯咨詢根據(jù)MEMS和傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，精心策劃不同主題的課程，得到高校知名教授、研究機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)大師、產(chǎn)業(yè)界企業(yè)高管及技術(shù)專家的支持及傾心授課，也受到了來自五湖四海的學(xué)員的認(rèn)可！“見微知著”培訓(xùn)課程旨在為中國MEMS和傳感器產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)更多人才，搭建產(chǎn)學(xué)研的深度交流平臺(tái)！在此，感謝“見微知著”培訓(xùn)課程師生們的支持和付出，感謝你們的建言獻(xiàn)策！2021年，麥姆斯咨詢將繼續(xù)提升課程質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，期待與新老朋友相聚于“見微知著”培訓(xùn)課堂！

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