集微直播間自開播以來獲得了大量來自行業(yè)的關注與好評。其中“集微公開課”欄目聯(lián)合行業(yè)頭部企業(yè)，通過線上直播的方式分享精彩主題內(nèi)容，同時設立直播間文字提問互動環(huán)節(jié)。集微網(wǎng)希望將“集微公開課”欄目打造成中國ICT產(chǎn)業(yè)最專業(yè)、優(yōu)質(zhì)的線上培訓課程，深化產(chǎn)教融合，助力中國ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

第三十九期“集微公開課”于12月17日（周四）上午10:00直播，邀請到了芯和半導體SiP事業(yè)部總監(jiān)胡孝偉、高級技術支持經(jīng)理蘇周祥、高級技術支持工程師翁寅飛，帶來了以《5G射頻芯片封裝設計的最新解決方案》為主題的精彩演講。

國內(nèi)EDA行業(yè)領軍企業(yè)芯和半導體成立于2010年，距今已經(jīng)走過了10個年頭。經(jīng)過多年的厚積薄發(fā)，如今芯和集首創(chuàng)革命性的電磁場仿真器、人工智能與云計算等一系列前沿技術于一身，提供覆蓋芯片、封裝到系統(tǒng)的全產(chǎn)業(yè)鏈仿真EDA解決方案。其EDA產(chǎn)品和方案擁有完全自主知識產(chǎn)權，在各種半導體先進工藝節(jié)點和先進封裝上都得到了驗證，并在5G、智能手機、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和數(shù)據(jù)中心等領域都得到了廣泛應用。

芯和也是國內(nèi)最先進入SiP市場的領先供應商，擁有自主創(chuàng)新的濾波器和系統(tǒng)級封裝設計平臺，為手機和物聯(lián)網(wǎng)客戶提供射頻前端濾波器和模組，在全球5G射頻前端供應鏈中扮演重要角色，被Yole評選為全球IPD濾波器領先供應商。

5G時代下，SiP面臨哪些設計挑戰(zhàn)？芯和有哪些5G射頻芯片封裝設計的最新解決方案，本期公開課的三位嘉賓帶來了詳細的解析。

5G射頻前端濾波器的趨勢、挑戰(zhàn)和應對

隨著5G商用的啟動，射頻前端市場因更多額外頻段的載波聚合和MIMO技術迎來新一波高速增長。濾波器在全球射頻前端市場中占最大份額，其出貨量將會從2018年的530億顆增長到2025年的約1000億顆，年增長率接近兩位數(shù)。而一套成熟且兼顧各種濾波器工藝和設計的的EDA工具，可極大的提升射頻前端模塊的設計成功率和時效性。

芯和半導體SiP事業(yè)部總監(jiān)胡孝偉指出，5G對射頻硬件帶來諸多影響。首先，最顯著的變化之一就是頻段高頻化趨勢十分明顯，最高可以到毫米波頻段，同時5G為了實現(xiàn)高速的傳輸，所使用的頻段的數(shù)量和帶寬也顯著增加。其次，射頻前端方面則呈現(xiàn)出明顯的模塊化趨勢，種類更加豐富。因為現(xiàn)在系統(tǒng)對于射頻前段的尺寸要求越來越高，傳統(tǒng)的分離式元器件已經(jīng)無法滿足這種要求，所以它的占比在持續(xù)降低。此外，濾波器的種類也更趨于多樣，相對于傳統(tǒng)的分離元器件方案，IPD、SAW和BAW占比上升，主流趨勢是和其他器件集成為模組。

“射頻模組對于濾波器的選擇，主要取決于模組本身的性能和頻率的要求。目前常用的濾波器是IPD、SAW和BAW，而針對不同的應用和需求，采用不同類型的濾波器能達到最優(yōu)的性能。”胡孝偉表示。

根據(jù)市調(diào)機構Yole的報告，2025年整個的濾波器市場的出貨量可達1000億顆。從2018年到2025年，濾波器的整體的出貨量實現(xiàn)了翻倍，年增長率接近了20%。

基于這樣的背景，胡孝偉表示：“沒有一種濾波器技術可以適應所有的需求，為了滿足不同應用場景的需求，各種濾波器技術都會并存發(fā)展。整個濾波器市場非常龐大，不過當前市場主要集中在國際大廠手里，如何讓我們的模組和濾波器產(chǎn)品更快得到市場的認可是現(xiàn)在要思考的主要課題之一。”

芯和一直與代工伙伴合作，為移動和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的fabless或模塊公司提供濾波器解決方案。據(jù)胡孝偉介紹，芯和提供的全套濾波器解決方案具有三個優(yōu)勢，一是豐富的濾波器技術，包括IPD （HRSi，GaAs，TGV）、SAW和BAW；二是與晶圓廠/封裝廠形成了牢固的合作伙伴關系；三是定制的濾波器設計平臺XDS大大提高設計效率，減少設計迭代，加快了產(chǎn)品的上市時間。

胡孝偉還列舉了幾個芯和的成功案例，包括overview、5G射頻前端的IPD產(chǎn)品、集成于PA模塊的耦合器、集成于天線開關模塊ASM的低通濾波器LPF、Diplexer、5G NR（N77/N78/N79）寬帶BPF、IPD2工藝N77濾波器、SAW工藝GPS濾波器等。

值得一提的是，芯和被Yole評為IPD濾波器設計領導者，芯和憑借著完備的供應鏈體系和不停優(yōu)化的工具，能夠給客戶提供最合適的解決方案。

5G高性能封裝的挑戰(zhàn)和應對

先進工藝的發(fā)展推動了SiP封裝技術的持續(xù)革新。SiP封裝技術的發(fā)展大致分為陶瓷封裝、有機或薄膜封裝與3D封裝三個階段。

芯和半導體高級技術支持經(jīng)理蘇周祥指出，隨著5G的到來，現(xiàn)在的封裝方式也越來越多。“目前比較常見封裝方式的主要有兩種，一種是應用于手機里面的SiP，另一種是應用于HTC行業(yè)的SiP封裝。”

蘇周祥指出，隨著5G時代的來臨，手機的射頻前端也呈現(xiàn)模組化的趨勢。

在手機的射頻前端里出現(xiàn)了各種各樣的SiP或者模組箱。而從市場規(guī)模來看，射頻前端SiP從2018年的30億美元，預計到2023年將會增長到49億美元。其中，PAMiD增長最快，占比從2018年的23%將會增長到2023年的39%。

從HPC市場來看，隨著AI技術的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)、云端等多種計算應用的相互融合，需要更強大的高效能運算（HPC）芯片支持，而 HPC芯片需要高速率，大帶寬的數(shù)據(jù)交換。

據(jù)蘇周祥介紹，先進封裝的異質(zhì)集成SiP技術主要是2.5D Interposer和EMIB。

SiP技術不斷發(fā)展的同時也遇到了挑戰(zhàn)，SiP技術在 Mobile上的挑戰(zhàn)體現(xiàn)在片上射頻無源器件的電磁場仿真、射頻前端器件和封裝之間的電磁耦合和WB， FC封裝的建模和S參數(shù)快速提取；SiP技術在HPC上的挑戰(zhàn)則是TSV過孔矩陣的精確建模與仿真、高密度HBM走線的建模與仿真、復雜封裝基板自生的耦合效應和芯片的驅(qū)動能力。

針對上述挑戰(zhàn)，芯和推出了Metis系統(tǒng)級封裝仿真平臺，以其多尺度快速電磁算法、智能化網(wǎng)格剖分、兼容IC、封裝和PCB的流程可以讓工程師快速提取和分析SiP。

據(jù)悉，Metis的多尺度電磁算法可以輕松解決芯片-封裝-PCB聯(lián)合仿真所帶來的不同尺度的問題。另外，在Metis中，芯片設計和封裝設計是分開的，不同的Team有著不同的設計環(huán)境。芯片與封裝并行設計，可以減少出錯，減少迭代。

5G射頻芯片無源電磁仿真解決方案

芯和半導體高級技術支持工程師翁寅飛指出，5G以及先進工藝的演進對射頻前端設計，特別是無源提取，提出了更高的要求。其中的挑戰(zhàn)體現(xiàn)在：互聯(lián)尺寸縮小、規(guī)模增大；高頻需求；需要支持不同襯底；要支持先進工藝。

翁寅飛特別談到了5G RFIC的發(fā)展呈現(xiàn)著兩個趨勢：一是RFIC需要支持更多頻段、更高頻率；二是射頻前端SiP趨勢化、支持多種工藝。

翁寅飛介紹，集成電路工藝在30年的演進過程中可以大致分為三個階段，第一階段是3μm-0.13μm，這個階段遵循摩爾定律，能夠很輕松地縮小晶體管的尺寸；第二階段是90nm-28nm，到了28nm工藝，摩爾定律的推動越來越緩慢，取而代之的是材料更新；第三階段是28nm以后的先進工藝，材料更新已發(fā)揮到極致，結構創(chuàng)新隨之而來。

他指出，在工藝的不斷發(fā)展下，無源器件模型的挑戰(zhàn)在于傳統(tǒng)的方法迭代周期較長且不夠精準，基本的晶圓代工pecell已不能滿足設計師對PPA的需求，用戶定義的pcell在28nm節(jié)點下也變得更加復雜。

針對上述挑戰(zhàn)，芯和IRIS和iModeler為工程師提供精確、快速和簡單易用的電磁仿真解決方案，解決了5G射頻前端復雜的版圖無源提取和器件建模問題。

其中，IRIS支持多種工藝，并且已經(jīng)在Foundry的多個工藝節(jié)點得到驗證。IRIS擁有操作簡單易用、多種工藝格式支持、仿真iCell管理、模板化曲線繪制、支持多種電路仿真視圖、工藝角掃描、分布式并行計算等功能和特點。

另外，芯和還提供差異化的電磁場仿真技術，提供完備的算法、智能mesh、并行計算能力等。
責任編輯:tzh