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RF设计的发展史之FEMiD是啥东东?

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发表于 2017-9-15 10:39:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
文章来源:FindRF,作者:猪头是头猪




FEMiD在十年前出现时,正逢3G兴起,对于手机而言第一次有了多模多频段(MMMB)的需求——事实上在这之后的未来我们会看到,整个RF前端方案的进化都是围绕多模多频段进行的。


如果我们回头看那个时代的PCB,可以发现布板密度是很低的(与现在以iPhone为代表的高密度布板相比),在绝大多数情况下给RF部分预留的空间并不小,即便采用传统的分立PA+DPX/Filter设计也绰绰有余;实际情况也确实如此,即使在FEMiD大行其道之后,包括各大厂商在内还是有很多平台和产品使用分立器件的设计,可见FEMiD并不是当时的唯一选择。

从技术的角度看,FEMiD的实现难度是并不高的。在当时主导FEMiD市场的供应商以无源器件厂商为主,典型的如Murata和TDK;它们有的自身就有开关器件工艺,有的则选择从其他厂商购买switch die集成到自己的FEMiD中。譬如早期Murata就选择集成Peregrine的switch die,后来干脆将其收购。

无源器件+开关的设计相对而言比较简单,按照行话就是“端口离50ohm都比较近”,匹配起来比较容易;相比之下难度更多在集成和封测工艺上——这恰恰又是日本各无源器件厂商的长项,所以当时FEMiD供应商几乎为他们所垄断则不无道理。

那么当时各路有源器件厂商在干嘛呢?

答案是他们正在PA上赚钱赚得不亦乐乎,才没工夫去搭理这些骨头上剔肉的集成和封测活儿。

一方面3G的铺开使得3G PA的市场爆发,毕竟之前GSM时代用惯了的平移环或者polar结构用的都是非线性PA(鉴于GSM的衡包络特性),忽然间对3G的线性PA需求大增,光这么一个市场就够大家吃饱了
另一方面当时的主流PA供应商诸如RFMD、Skyworks、Renesas、Avago等都是比较纯粹的有源器件厂商,在自身缺乏无源器件工艺的情况下也确实没有必要涉足这样一个领域。

3G时代对PA的要求远没有今天这么变态,由于只有很少数几个band需要支持,所以MMMB PA基本上处于一颗die搞定高频(虽然按照现在的分类法只能算Middle Band)另一颗die搞定低频的套路,外围接口也相当简单,高频低频各一路输出。
当然他们也并没有闲着,只是把主要精力投入到另一个方向:PA电源管理。几乎所有主流供应商都有自己的PA电源管理方案,虽然说大同小异、基本上都是APT方案的优化,但是卖PA的时候总是希望能搭售这么一套出去。
此时如果我们看无源器件和有源器件厂商,可谓泾渭分明:无源器件厂商致力于做集成,做MCM(multi-chip-module);有源器件厂商则主攻RFIC,更多的是做片上集成。简单一点说就是前者依然是PCB工艺,将不同的die贴装在一块小PCB上然后做封装;后者则是基于半导体工艺,产品尽量单片化,能从一块wafer上长出来的东西绝不分两块。当时做RFIC的几乎没有fabless,因为大家都是拼工艺拼制程,谁家都藏着点自家的武林秘籍。
我记得当时对RFIC以及MMIC(monolithic microwave IC)是非常推崇的,认为这是射频半导体的未来。只有日本厂商依然在啃各种MCM,其中就包括各种FEMiD。
其实除了FEMiD,当时的主流厂商也喜欢用集成化的WLAN/BT/GPS模块,如果说工艺和制程的话比FEMiD还要简单——很多时候都不需要做molding,直接用金属屏蔽盖封装即可。IC基本上都是Broadcom、CSR的产品,日本厂商们买来后放在MCM里,加上他们自产自销的晶振和filter,甚至连容阻感都可以用自家全套,封测也是自家工厂,可以说整个模块做下来除了主芯片其余都是赚利润的。
类似的情况在FEMiD上也是如此,除了RF switch(像Murata这种连switch都是自家的),所有的DPX、Filter和匹配器件都是自产自销以及自家的封测。

如果算一笔总账,做RF MCM的利润是相当不错的。

欧美厂商多是RFIC的忠实拥趸,硅谷那一帮Silicon Run的狂热分子们自然是看不上MCM这种以集成和封测为主的低技术含量工作,只有一家除外:RFMD。

RFMD作为一家根正苗红的硅谷半导体公司,却是做过很多MCM的,之前它家甚至还有一条专门的产品线做RF TRX。在基站行里它家也是有名的喜欢推MCM,我就至少见过它家做的TX/RX MCM(集成了GainBlock、Filter、Mixer)还有DVGA模块。

我一直觉得RFMD这家公司比较有意思,它的发迹是靠跟Nokia结盟成为手机RF PA的一方枭雄,但是它的产品线和工艺却是非常的全;尤其是RF Switch,一张产品列表铺下来能让人把眼睛看花。也许当时RFMD喜欢做MCM与它的工艺全面不无关系,而后来在低谷中与TriQuint联手东山再起,除了来自TriQuint的BAW Filter外,RFMD的全套PA+Switch也是关键——这是后话了。


而在FEMiD时代的大部分时间里,真正普及商用的例子并不多,大多数依然是定制化的产品。如果我们回看那个时代,GSM依然是主流(尤其在中国和印度这样用户剧烈增长、但是所用技术依然滞后的国家),数据流量的重要性还远未达到今天的程度,所用的频段、制式用两只手肯定能数的过来;对于RF设计来说(尤其是对中小厂商而言),最主要的任务不是囊括海内做全网通,而是想着法子怎么降低成本。

降成本各有大招:如果量大,那么半导体的成本就呈指数下降,供货自然就便宜了;如果量不大、没法降价,那么就得选更便宜的器件和方案。
对于广大中小厂商而言,“选便宜货”是更实惠的:譬如GSM手机就能分开做成EU和US两个版本(分别对应EGSM+DCS和GSM850+PCS),对PA和Filter就可以都做成窄带单频段的了;WCDMA也可以按照销售区域的频段执照分布,做成支持不同频段组合的variant。

而对于大厂来说,有时候做成多个variant并不是最优的选择。由于他们出货量大,那么做成模块化的设计有它的好处:设计进一步简化(工作量转移到供应商侧),量产制程能力可控化进一步提高(模块Cpk由供应商保证,总比自己设计的级联电路Cpk更可控),供应链控制也进一步简化(超过10个器件、不下3家供应商 vs 1个器件、2家供应商)。虽然模块本身有研发成本、而且包含了供应商的利润,但是随着产量的爬升,降价空间也就越来越大,综合成本是可以通过产量的提升达到优化的。

如此就出现了这样一番场景:一方面中小厂商们坚持分立器件设计,当时主流的有源器件和无源器件厂商能提供足够多的选项给他们。另一方面部分大厂商开始进行定制,供应商们则垂涎于大厂的巨大需求额度而参与定制;无源器件厂商们利用自身的集成封装优势主导了FEMiD,有源器件厂商则在传统的PA产品线上赚的盆满钵满。

大家把酒言欢,你好我好大家好,看这行情再吃个十年不成问题。
直到门口出现了一个做电脑起家的“野蛮人”,还有一个住在它家南边、成天跟人打官司索要专利费的“状王”。

未完待续。




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发表于 2019-6-10 21:10:29 | 显示全部楼层
请教一下,FEMID  和 DIMFEM  是什么意思?
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