第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

射頻移動(dòng)通信技術(shù)的總趨勢(shì)是走向高速化、大帶寬。移動(dòng)通信在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切結(jié)合，正在產(chǎn)生革命性的飛躍，各種新技術(shù)新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，短短的10多年間，第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用，第二代數(shù)字移動(dòng)通信正日益普及，第三代3G全球綜合移動(dòng)通信系統(tǒng)也即將面世。為了適應(yīng)圖像編碼、話(huà)音處理和加強(qiáng)型存儲(chǔ)技術(shù)，3G移動(dòng)通信終端手機(jī)將比現(xiàn)有的GSM移動(dòng)終端復(fù)雜得多，3G手機(jī)將要求集成很多不同的技術(shù)，如多個(gè)可變速率語(yǔ)音編碼器、多頻帶和寬頻帶射頻部件、不同形式的調(diào)制和多址訪(fǎng)問(wèn)以及遵循各種無(wú)繩、PCS/PCN、尋呼、傳信、蜂窩和衛(wèi)星通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不同接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)。

在當(dāng)前高數(shù)據(jù)傳輸速率、大頻帶要求的條件下，接收機(jī)要有大的動(dòng)態(tài)范圍，而發(fā)射機(jī)具有高線(xiàn)性度的信號(hào)放大。這些就導(dǎo)致了RFIC開(kāi)發(fā)者和半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。例如，接收機(jī)混頻器的噪聲降低，但又保持良好的大信號(hào)性能，且在不損失系統(tǒng)的靈敏度前提下適當(dāng)減小予放大器的增益。為實(shí)現(xiàn)上述的特性 研究 人員試圖采取多種技術(shù)和方法設(shè)計(jì)RFIC。已報(bào)道采用降低混頻器輸入三階截距點(diǎn)（IIP3）而不損害總體大信號(hào)工作性能，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)功耗的減小。也有通過(guò)降低濾波器性能來(lái)取得功耗和成本之間的折中獲得低功耗。如果功耗足夠低，在電路設(shè)計(jì)中就可通過(guò)采用鏡像抑制混頻器來(lái)取替昂貴的無(wú)源濾波器，進(jìn)一步減小供電電壓和制造成本?？偠灾骷母咝阅芎偷统杀臼菨M(mǎn)足上述競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。

3G手機(jī)要求集成很多不同的技術(shù)，如多個(gè)可變速率語(yǔ)音編碼器、多頻帶和寬頻帶射頻部件、不同形式的調(diào)制和多址訪(fǎng)問(wèn)的不同接收機(jī)體系結(jié)構(gòu)。其RFIC設(shè)計(jì)需要對(duì)功放、低噪聲放大器、混頻器、上變頻器、壓控振蕩器、濾波器等直至前端和整個(gè)收發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行集成。因此是個(gè)復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。減小功率的最簡(jiǎn)單方法是降低手機(jī)IC的工作電壓。第一代和第二代手機(jī)芯片都是采用5V，現(xiàn)在新的手機(jī)芯片采用的是3V，而第3代手機(jī)芯片將采用2V甚至更低。降低電壓要求的關(guān)鍵就是制造更小幾何尺寸的晶體管。

手機(jī)工作于干擾嚴(yán)重的電磁環(huán)境，為滿(mǎn)足眾多用戶(hù)通信而互不干擾的要求，其性能必須達(dá)到通信標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外還必須達(dá)到人們可接受的價(jià)格和便攜方式。因此手機(jī)用的RFIC應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)價(jià)格、功耗、封裝和性能的要求。價(jià)格低的要求意味著易于大規(guī)模生產(chǎn)；低功耗意味著采用功效盡可能高的方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)和芯片；而封裝方面的要求是重量輕和尺寸小。其中重量輕要求降低電池的重量，即要降低功耗并間接意味著小型化：尺寸小意味著要求盡量減少芯片和外接元件的體積?？梢?jiàn)這些要求對(duì)IC實(shí)現(xiàn)來(lái)講就是要盡量提高系統(tǒng)功能模塊的集成水平，減少片外元件數(shù)目。另外由于近期封裝及測(cè)試的費(fèi)用在IC成本中所占的比例上升，故IC數(shù)目的減少也間接地降低了整個(gè)終端的成本?？傊_(kāi)發(fā)手機(jī)用的RFIC要實(shí)現(xiàn)低成本、低功耗和小型化。在現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)條件下。將RF模擬前端和基帶部分分開(kāi)實(shí)現(xiàn)。但各自的設(shè)計(jì)目標(biāo)不同。RF前端的設(shè)計(jì)主要是提高集成度，減少外接元件；而基帶部分的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)可編程性、復(fù)雜性、成本等因素確定功能模塊的集成。完成RF前端功能可有許多不同于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，但哪一種能適合于技術(shù)提供的可能，解決好集成性和性能要求之間的矛盾仍有待探索。在CMOS上研制RF前端是最為引人注目的嘗試。

第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程

根據(jù)器件所用的半導(dǎo)體材料，采用的工藝技術(shù)有Si、SiGe、SOI、CMOS、BiCMOS、GaAs、InP、AlGaAs、GaN、SiC等等。當(dāng)前在射頻通信領(lǐng)域應(yīng)用最富有生命力的模擬電路的集成工藝技術(shù)是：雙極、CMOS、GaAs和BiCMOS工藝。標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝技術(shù)與專(zhuān)用集成電路工藝技術(shù)之間還是有所不同的。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)IC工藝技術(shù)是商業(yè)上成熟的并被廣泛采用的工藝技術(shù)，這些工藝技術(shù)勢(shì)必盡可能地限制掩模數(shù)目。

對(duì)于無(wú)線(xiàn)應(yīng)用，BJT仍是高性能低功耗射頻應(yīng)用所選用的器件。MOSFET是功率放大器和高密度數(shù)字電路應(yīng)用所選擇的器件。由于CMOS工藝技術(shù)能制做優(yōu)質(zhì)電容和良好的開(kāi)關(guān)和低的功耗。CMOS工藝技術(shù)已成為主要的模擬工藝技術(shù)。GaAs工藝目前提供的是MESFET，GaAs工藝技術(shù)將在微波領(lǐng)域得到發(fā)展。隨著硅雙極工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，GaAsFET超過(guò)硅雙極工藝的優(yōu)勢(shì)就迅速減小。與MOS硅相比，雙極硅能實(shí)現(xiàn)更高的截止頻率。這就促成了BiCMOS工藝技術(shù)的迅速發(fā)展。

BiCMOS工藝技術(shù)將雙極工藝技術(shù)與CMOS工藝技術(shù)結(jié)合，集中了二者的優(yōu)點(diǎn)，形成的單個(gè)工藝技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了低功耗和高速度。已成為主要的模擬工藝技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，雙極工藝技術(shù)是集成電路工藝技術(shù)的主流。現(xiàn)在的雙極工藝技術(shù)有小到0.1um工藝線(xiàn)寬的器件，并采用溝槽隔離技術(shù)，以減小隔離擴(kuò)散所需要的面積。雙極工藝技術(shù)的一些優(yōu)點(diǎn)是噪聲低、跨導(dǎo)高和開(kāi)關(guān)速度快，此外，雙極工藝技術(shù)隨著器件尺寸減小，結(jié)構(gòu)和工藝處理就更簡(jiǎn)單了。在RFIC發(fā)展的初期階段里，都是采用價(jià)格高昂的GaAs、InP等材料制造。而硅基（Si）器件（BJT等）并未受到人們的重視，這是因?yàn)槠渥鳛橐r底的晶片電阻率極低1-20Ωcm），損耗太大，加之工作頻率低，僅被用于制造數(shù)字IC。最近幾年在材料方面的 研究 進(jìn)展表明，在硅基器件中摻入鍺（Ge）材料可制造出異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT），實(shí)現(xiàn)了更高的工作頻率，獲得更高的性能。硅基半導(dǎo)體已不再局限于低頻模擬和數(shù)字處理電路使用，成為當(dāng)今高性能/價(jià)格比無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品首選的標(biāo)準(zhǔn)有源器件技術(shù)。

第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析

1、傳統(tǒng)超外差射頻接收／發(fā)射機(jī)基本電路結(jié)構(gòu)向零中頻和低中頻結(jié)構(gòu)發(fā)展

無(wú)線(xiàn)通信RF系統(tǒng)的主要功能是完成高頻信號(hào)的傳輸，是整個(gè)無(wú)線(xiàn)電接收、發(fā)射過(guò)程中的關(guān)鍵。隨著硅集成技術(shù)的發(fā)展，射頻接收機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，正在由傳統(tǒng)的超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)向零中頻接收機(jī)和低中頻接收機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展。

傳統(tǒng)的RF接收／發(fā)射機(jī)電路普遍采用成熟的超外差結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)需要采用二級(jí)混頻和片外聲表面濾波器，成本高。低中頻或直接轉(zhuǎn)換體系結(jié)構(gòu)只需要采用一級(jí)混頻，不需要片外聲表面濾波器，又可以將RF模擬電路、基帶處理器及A／D、D／A轉(zhuǎn)換器集成于一個(gè)芯片。這種含射頻、基帶及A／D、D／A轉(zhuǎn)換電路的單片集成電路的可靠性高、功耗低，成本也低。因此，硅單片集成無(wú)線(xiàn)通信RFIC是目前發(fā)展的主流。

2、多模、多系統(tǒng)及SOCRFIC設(shè)計(jì)成為熱點(diǎn)

當(dāng)今的移動(dòng)終端設(shè)備，已由單純的通信工具逐步演變?yōu)橐慌_(tái)個(gè)性化的多媒體設(shè)備。因此，移動(dòng)終端設(shè)備向多系統(tǒng)和多模方向發(fā)展，接收／發(fā)射機(jī)RF—1C的整合已取得突破，利用現(xiàn)有的硅技術(shù)已能將原本各自獨(dú)立分散的接收端與發(fā)送端的組件（如混頻器、濾波器），以及鎖相環(huán)（PLL）整合，并以硅技術(shù)集成為接收／發(fā)射機(jī)SOC。在手機(jī)中集成衛(wèi)星導(dǎo)航、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、數(shù)字電視以及藍(lán)牙等功能，也是移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，移動(dòng)通信RFIC將單片系統(tǒng)集成通信接收機(jī)／發(fā)射機(jī)射頻功能、衛(wèi)星導(dǎo)航射頻功能、WLAN射頻功能、數(shù)字電視射頻功能，向3、RFIC設(shè)計(jì)工具迅速發(fā)展由于RFIC的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致RFIC設(shè)計(jì)工具迅速發(fā)展。目前，RFIC設(shè)計(jì)中具有代表性的設(shè)計(jì)軟件工具有安捷倫（Agilent）公司的ADS（Ad—vancedDesignSystem），AppliedWaveResearch公司的MicrowaveOffice和AnalogOffice，Ansoft公司的HFSS、CST及AnsoftDesigner，Cadence公司的RFIC設(shè)計(jì)軟件等。它們都具有不同特色，一般具有友好的設(shè)計(jì)界面，靈活、開(kāi)放的架構(gòu)，具有從綜合到版圖設(shè)計(jì)等不同層次的設(shè)計(jì)模塊，支持第3方設(shè)計(jì)、測(cè)試軟件，帶有使用方便的物理設(shè)計(jì)工具和模型提取工具；涵蓋了小至元器件，大到系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和 分析 。連接系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)環(huán)境，能輕松定制設(shè)計(jì)平臺(tái)中的關(guān)鍵性新功能，可從RF前端到后端進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，可解決行為建模、電路仿真、版圖、寄生提取和后仿真等問(wèn)題，從而大大提高復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)效率，已成為RF設(shè)計(jì)的有效工具。

另外，利用IC設(shè)計(jì)環(huán)境中使用的系統(tǒng)級(jí)模型和測(cè)試臺(tái)，可在單一系統(tǒng)環(huán)境下完成IC驗(yàn)證，或者在一個(gè)通用的環(huán)境下，依據(jù)一個(gè)跨系統(tǒng)和跨數(shù)字、混合信號(hào)、模擬及射頻等多個(gè)設(shè)計(jì)域的系統(tǒng)級(jí)規(guī)范，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行驗(yàn)證，從而縮短設(shè)計(jì)周期，增加可預(yù)測(cè)性，并保證芯片性能的順利實(shí)現(xiàn)。

但RFIC設(shè)計(jì)工具中仍然存在很多問(wèn)題，需要深人 研究 和解決，特別是對(duì)電路的很多潛在影響因素尚缺乏深刻認(rèn)識(shí)。射頻電路中許多比較關(guān)鍵的元件，如電感、電容等，缺乏實(shí)用的準(zhǔn)確等效電路或集總模型。在RFIC設(shè)計(jì)中，即使擁有比較精確的元器件模型，但使用這些元器件模型構(gòu)成電路之后，因采用布局方法的不同，將會(huì)對(duì)電路性能帶采極大的差異。另外，面對(duì)射頻電路與數(shù)字和模擬電路單芯片集成的明顯發(fā)展趨勢(shì)．迫切需要涵蓋數(shù)字／模擬／射頻混合信號(hào)設(shè)計(jì)的配套EDA工具，但在短期內(nèi)仍有很多技術(shù)難點(diǎn)難以突破?？傊壳癛FIC的設(shè)計(jì)精度和自動(dòng)化程度仍然落后于數(shù)字電路設(shè)計(jì)，有待繼續(xù)提高。

3、人工測(cè)試正向自動(dòng)化測(cè)試快速進(jìn)步

RFIC一般包含低噪聲放大器（LNA）、混頻器（Mixer）、可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）、鎖相環(huán)（PLL）、調(diào)制器／解調(diào)器等單元電路，具有功能復(fù)雜、通訊協(xié)議多、工作頻率高等特點(diǎn)。因此，在測(cè)試RFIC時(shí)面臨協(xié)議、頻段、參數(shù)、功能等多種技術(shù)挑戰(zhàn)。目前RF測(cè)試的現(xiàn)狀是：

1）采用常規(guī)儀器，如數(shù)字示波器、頻譜 分析 儀等，進(jìn)行人工測(cè)試，手工記錄數(shù)據(jù)，效率低，易出錯(cuò)，測(cè)試數(shù)據(jù)的隨時(shí)查閱、 分析 和進(jìn)一步處理困難，已不適應(yīng)目前的RFSOC測(cè)試。

2）將廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器和計(jì)算機(jī)及軟件結(jié)合起來(lái)，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、管理和發(fā)布能力，拓展傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x器的測(cè)量功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。這種方法測(cè)量效率高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，查閱、 分析 、處理方便，克服了傳統(tǒng)測(cè)量存在的諸多問(wèn)題。這是一種改進(jìn)的較先進(jìn)狽4量方法，目前還有一定的應(yīng)用市場(chǎng)。

3）SOC技術(shù)，正在把射頻電路、模擬及數(shù)字電路集成在一起，已推出具備RF、模擬、數(shù)字、嵌入式存儲(chǔ)和掃描等綜合能力及優(yōu)良片上探針臺(tái)結(jié)構(gòu)，可與片上探針臺(tái)方便接口的ATE（自動(dòng)測(cè)試設(shè)備），同時(shí)，這種ATE的測(cè)試工作還可與設(shè)計(jì)工作很好地結(jié)合。目前，能提供此類(lèi)設(shè)備的廠商有Agilent、Teradyne、LTX等。Agilent公司的AgilentCon—nectionManager可與各種RFDE無(wú)線(xiàn)測(cè)試基準(zhǔn)一起使用，可在開(kāi)發(fā)周期的早期進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。這也是測(cè)試系統(tǒng)未來(lái)的重要發(fā)展方向。

4、傳統(tǒng)的金屬陶瓷封裝轉(zhuǎn)向低成本塑料封裝

封裝所涉及的典型技術(shù)課題有組裝技術(shù)、互連技術(shù)與包封技術(shù)。由于RF電路的工作頻率高，RF封裝需要考慮的因素很多。

由于引線(xiàn)鍵合發(fā)展較早，工藝簡(jiǎn)單成熟，目前它在RF產(chǎn)品中仍占主導(dǎo)地位，但引線(xiàn)絲較大的電感將限制其在更高頻段下的應(yīng)用。倒裝焊技術(shù)具有較短的導(dǎo)電路徑，電阻小，寄生效應(yīng)也小，與表面安裝技術(shù)兼容等；焊球陣列焊接技術(shù)具有自對(duì)準(zhǔn)特性，封裝成品率高，它們?cè)赗F封裝中也都占有重要地位。

在低頻下，倒裝焊和引線(xiàn)鍵合兩種互連的電學(xué)性能相差不多。但應(yīng)用在射頻范圍時(shí)，兩者便出現(xiàn)數(shù)量級(jí)的差異。利用近似計(jì)算或電磁場(chǎng)模擬結(jié)果顯示，如果管芯引出端數(shù)較高時(shí)，引線(xiàn)帶來(lái)的互感高，單個(gè)凸點(diǎn)電學(xué)性能好，距離大的面陣列凸點(diǎn)倒裝焊技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更明顯。但一些特殊結(jié)構(gòu)芯片可能給凸點(diǎn)的制作帶來(lái)困難，需要針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)綜合考慮。在射頻條件下，電磁波不但在導(dǎo)線(xiàn)中傳播，同時(shí)也在周?chē)碾娊橘|(zhì)中傳播，會(huì)對(duì)信號(hào)造成一定的損耗和干擾。因此，對(duì)RF系統(tǒng)中應(yīng)用的基板材料、互連材料以及封殼材料等，必須慎重選擇。

在RF封裝中，通常采用損耗較低的低溫共燒陶瓷（LTCC）作為封裝基板；在封裝中也須注意互連材料的選用，不同種類(lèi)凸點(diǎn)將造成電阻值、寄生電感、寄生電容以及互感的很大差異。

在組裝或封裝形式方面，SiP封裝由于可縮短連線(xiàn)距離，減小寄生效應(yīng)，提高系統(tǒng)的集成度和電性能，成本也相對(duì)較低，所以它是近年來(lái)的主流RF封裝技術(shù)。2004年，皇家飛利浦電子公司采用這種RF封裝技術(shù)，使PCB上RF單元的器件數(shù)比傳統(tǒng)封裝產(chǎn)品的器件數(shù)減少了35個(gè)，高度集成RF接收／發(fā)射機(jī)的封裝面積不到2．50cm2。這種RFSiP技術(shù)，比業(yè)內(nèi)最好的同類(lèi)產(chǎn)品體積小30％，比業(yè)內(nèi)具有先進(jìn)RF功能的普通產(chǎn)品的體積小50％；同時(shí)，還能為系統(tǒng)制造商節(jié)約成本。

另外，美國(guó)Tessera科技公司還推出了一種柔性底板的立體封裝技術(shù)（肚ZFold—Over），可將RF前端部分集成于一個(gè)封裝中。該技術(shù)實(shí)際上是將半導(dǎo)體芯片與柔性底板的一部分相接合，然后將多余的柔性底板折疊起來(lái)。在柔性薄膜中事先嵌人布線(xiàn)，然后利用焊錫球與半導(dǎo)體芯片相接合。該方法不僅可以在封裝內(nèi)集成多個(gè)半導(dǎo)體芯片，而且在柔性底板上還可以層疊其他的封裝器件。

皇家飛利浦公司推出的RF應(yīng)用的超薄無(wú)鉛封裝技術(shù)，采用特殊的基板和專(zhuān)用蝕刻工藝，封裝面積很小，幾乎是大部分同類(lèi)含鉛和無(wú)鉛封裝產(chǎn)品的二分之一。這種超薄無(wú)鉛封裝（UTLP）技術(shù)不僅封裝面積小，而且電阻小、熱阻低，對(duì)濕度的敏感低，有良好的降噪性能，非常適合高達(dá)24GHz的高頻應(yīng)用。

在包封方面，金屬陶瓷封裝一直是RF器件采用的主要封裝形式?；诔杀疽蛩?，民用RFIC已大量采用塑料封裝。杰爾系統(tǒng)公司推出一種射頻超模壓無(wú)鉛塑料封裝，可使封裝成本下降25％。

總之，多層陶瓷／倒裝焊封裝技術(shù)高頻性能優(yōu)良，但成本高昂，適合應(yīng)用于高性能但成本因素可降到次要地位的場(chǎng)合；有機(jī)材料襯底的塑料封裝性?xún)r(jià)比高，適用于最計(jì)較成本因素的場(chǎng)合。出于成本與價(jià)格壓力的考慮，整個(gè)RF 行業(yè) 的多數(shù)器件供貨商正轉(zhuǎn)向使用塑料封裝。

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