创盈电路板之解读5G毫米波

       5G应用的关键频段是毫米波，但是在6GHz以下需要连续的大带宽来满足5G系统需求（eMBB、mMTC、URLLC），这样的频段已经没有了，而毫米波是指波长1~10mm、频率30~300GHz的电磁波，毫米波频段可以构建高达800MHz的超大带宽通信系统，通信速率高达10Gbit/s，欧美日等国家已经完成5G频谱划分与拍卖。线路板小编了解到，3GPP在2016年初公布了毫米波信道模型的技术报告明确了毫米波频段作为5G户外通信频段的可行性。

       目前美国、韩国、日本等国家已陆续完成5G高频频谱的划分与拍卖，我国目前披露了实验频段（24.75~27.5GHz和37~42.5GHz），但是目前毫米波频谱的具体规划仍未正式发布。

       我国毫米波基本完成关键技术验证，预计到2020年实现商用。电路板厂获悉，我国工业和信息化部于2017年批复 24.75~  27.5 GHz 和 37~42.5 GHz 频段用于我国 5G  技术研发毫米波实验频段，19年IMT-2020(5G)推进组明确了毫米波推进的三个阶段性工作，运营商及设备厂商加速推进毫米波验证，具体来看，中国联通于 19 年  4 月完成多厂家5G毫米波基站功能性验证，中国移动也于同年 7 月完成 5G 毫米波关键技术验证，正推进系统性能及标准方案验证，计划于 2022 年实现 5G  毫米波商用部署，截至 10 月底，华为、中兴、诺基亚贝尔三家系统厂家已全部完成 2019  年毫米波关键技术测试的主要功能、设计和外场性能测试工作，有望于毫米波频谱具体规划发布后快速实现商用。

       AiP 是目前智能手机毫米波天线的主要方案:  缩短路径损耗、性价比高、符合小型化需求。设计 5G  毫米波天线性能主要考衡/影响因素有：中框设计/材料、高全面屏占比、RFIC  与毫米波天线阵列间的传输路径损耗、毫米波天线阵列材料等，目前提出的毫米波天线方案有：AoB、AiP、AiM、AoC、AiP  等方案。在综合考虑成本、良率、损耗、小型化等因素下，目前毫米波天线主要方案是 AiP，已经在三星量产发布的 Galaxy S10 5G  手机里面使用。

        AiP=RF IC+天线: AiP  是基于封装材料与工艺将天线与芯片集成在封装内实现系统级无线功能的一门技术，是在 SiP（system in package）的基础上，用 IC 载板来进行多芯片  SiP 系统级封装，AiP 工艺主要有 LTCC（低温共烧结陶瓷）、HDI（高密度互联）及  FOWLP（晶圆级扇出式封装）三种方案。AiP 除了必须使用先进的封装技术外(如覆晶、硅穿孔、系统级封装等)，还需在内部层采用 LCP  材料，作为 FPC 板用，以降低信号干扰，减少路径损耗，提升信号传输能力。

        优点：1) 缩短路径损耗：AiP  是将天线与芯片集成在封装内实现系统级无线功能的一门技术，缩短了芯片与毫米波天线阵列之间的距离减少了传输的路径损耗。2) 成本具优势、制程成熟、符合小型化趋势：  AoC 技术方案虽然可以很大程度缩减天线尺寸，但需半导体材料与制程上的统一，且要与其他元件一同结合于单一芯片中，制造成本高，较适合应用于太赫兹频段中。相比 AoC 方案，AiP  在 5G 毫米波波长1-10mm 之间的频段下，片上天线的尺寸可以小于一般的芯片封装，AiP  将天线集成到芯片中，可以简化系统设计，有利于小型化、低成本。

具体 AiP 模块方案：目前推出两款毫米波天线模块  QTM052、QTM525 均采取AiP 天线封装技术，从而达到缩小手机厚度与减少 PCB 面积，取代传统天线与射频模块的分散式设计的目的。该毫米波天线模块里面集成了：射频收发器、射频前端、射频后端、电源管理芯片以及相控天线阵列。

        我们判断单机需要 2-4 颗 AiP  模块来保证毫米波频段的收发及避免“天线门”事件，由于其集成度高、供给稀缺，目前 AiP 单价高企，为 14-16 美元。据设计建议：AiP  摆放在手机上下端左右侧面边缘位置为优(避免内部元件干扰)，同时，为规避金属屏蔽 AiP 对应中框位置需做去金属化处理。

        产业链跟踪得苹果新机中框有望新增挖槽/打通孔/注塑/覆盖蓝宝石/玻璃等去金属工序，预计为配置 AiP  进行去金属化准备，判断明年苹果将推出 5G手机(毫米波、Sub-6G)。具体看毫米波天线方案：

1) 若不单独出售毫米波天线，苹果毫米波天线预计采购 1-2  颗毫米波 AiP 整机模块； 

2) 若可单独采购毫米波芯片，预计其中一颗 AiP 模组会采用  毫米波 芯片+LCP 传输线/天线方案，有望利用好PCB供应商。