通訊基站4G/5G模塊封裝技術(shù)的原理

一、無線通信基本原理與頻段特點(diǎn)

通訊基站4G/5G模塊封裝技術(shù)基于無線通信原理，無線通信依靠電磁波傳輸信息，遵循光速 = 波長×頻率這一基本公式。在4G/5G通信中，不同頻段具有不同特性。4G LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要使用特高頻和超高頻頻段，如我國運(yùn)營商使用的頻段等。5G頻率范圍分為6GHz以下和24GHz以上頻段，高頻段如28GHz的5G信號(hào)，其波長較短，衍射能力差，在傳播介質(zhì)中的衰減大，趨近于直線傳播，但能攜帶更多信息量，傳輸速率高，不過覆蓋范圍小，為了覆蓋相同區(qū)域需要更多基站。

二、基站組成部分與功能相關(guān)的封裝原理

基站包含基帶處理單元BBU、射頻處理單元RRU和天饋系統(tǒng)等部分。

1. BBU功能與封裝關(guān)聯(lián)

• BBU主要完成信道編解碼、基帶信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、協(xié)議處理等功能，還需提供與上層網(wǎng)元的接口功能等。其功能的實(shí)現(xiàn)需要特定的電路布局和封裝形式，以保護(hù)內(nèi)部芯片和電路免受外界干擾，同時(shí)確保信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。例如，在將BBU的各種功能模塊集成封裝時(shí)，要考慮信號(hào)的傳輸路徑、電磁兼容性等因素。在封裝中，要避免不同功能模塊之間的信號(hào)干擾，保證基帶信號(hào)處理的準(zhǔn)確性，這就需要合理的布線和屏蔽設(shè)計(jì)。

2. RRU功能與封裝關(guān)聯(lián)

• RRU作為遠(yuǎn)端射頻模塊，主要完成基帶到空口的發(fā)射信號(hào)處理、接收信號(hào)處理，負(fù)責(zé)無線信號(hào)的收發(fā)功能。RRU系統(tǒng)由收發(fā)信機(jī)(TRX)、功放、濾波器、天線、電源、結(jié)構(gòu)六大硬件子系統(tǒng)組成。在封裝RRU模塊時(shí)，需要考慮到射頻信號(hào)的特性。射頻信號(hào)在高頻下容易受到外界干擾和損耗，所以封裝材料要具有良好的高頻特性，能夠減少信號(hào)的損耗和反射。例如，對于功放部分的封裝，要能夠有效地散熱，因?yàn)楣Ψ殴ぷ鲿r(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，熱量積累可能會(huì)影響功放的性能和壽命，所以封裝要有利于熱量的傳導(dǎo)和散發(fā)。同時(shí)，對于濾波器部分，封裝要保證其濾波性能，避免外界電磁干擾影響濾波效果，從而確保RRU能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)處理。

3. 天饋系統(tǒng)與封裝關(guān)聯(lián)

• 天饋系統(tǒng)主要由饋線和天線組成，饋線常見的內(nèi)芯材質(zhì)有純銅的，也有銅包鋁，天線有多種類型如板狀定向天線等。天饋系統(tǒng)的目的是將接收至射頻單元的無線信號(hào)集中起來然后輻射出去，也能將手機(jī)發(fā)送過來的信號(hào)集中起來傳送給射頻單元處理。在封裝與天饋系統(tǒng)相關(guān)的組件時(shí)，要考慮到信號(hào)的傳輸效率和方向性。對于天線的封裝，要保證天線的輻射特性不受影響，同時(shí)要能夠抵御外界環(huán)境因素的影響，如風(fēng)雨、沙塵等。例如，對于室外基站的天線封裝，要具有防水、防潮、防塵等功能，以確保天線在惡劣環(huán)境下能夠正常工作。

常見的通訊基站4G/5G模塊封裝材料

一、射頻封裝材料

1. 特性要求

• 射頻封裝材料用于封裝和保護(hù)基站中的射頻前端模塊（RF Front - End Module），包括射頻放大器、濾波器、混頻器等組件。這些材料需要具備優(yōu)異的高頻特性和低介電損耗，以確保射頻信號(hào)的穩(wěn)定傳輸和有效過濾，從而提高基站的信號(hào)傳輸效率和通信覆蓋范圍。

2. 示例材料

• 例如一些特殊的陶瓷材料，它們具有高介電常數(shù)、低損耗角正切等特性，能夠滿足射頻信號(hào)在高頻下的傳輸要求。另外，某些聚合物材料經(jīng)過特殊處理后，也可以用于射頻封裝，它們具有良好的柔韌性和加工性，可以適應(yīng)不同形狀和尺寸的射頻模塊封裝。

二、散熱封裝材料

1. 特性要求

• 基站設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，散熱封裝材料通常具有良好的熱導(dǎo)性和散熱性能，能夠有效地將熱量從設(shè)備內(nèi)部傳導(dǎo)到外部環(huán)境中，防止設(shè)備因過熱而導(dǎo)致的性能下降或故障。

2. 示例材料

• 金屬材料如銅和鋁是常見的散熱封裝材料。銅具有較高的熱導(dǎo)率，能夠快速地傳導(dǎo)熱量；鋁則相對成本較低且重量較輕，在一些對重量和成本有要求的基站設(shè)備中應(yīng)用較多。此外，還有一些新型的散熱材料如石墨烯也在研究和應(yīng)用中，石墨烯具有超高的熱導(dǎo)率，雖然目前在基站封裝中的大規(guī)模應(yīng)用還面臨一些技術(shù)和成本問題，但具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

三、高密度連接材料

1. 特性要求

• 基站中的各種電子組件需要進(jìn)行連接和布局排列，高密度連接材料用于滿足這一需求。這些材料需要具備良好的導(dǎo)電性、連接可靠性和高密度集成能力，以確保各個(gè)電子組件之間的信號(hào)傳輸準(zhǔn)確無誤。

2. 示例材料

• 例如金、銀等貴金屬在一些高精度連接中會(huì)被使用，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫膶?dǎo)電性。同時(shí)，一些特殊的合金材料或者導(dǎo)電膠等也可以用于高密度連接，導(dǎo)電膠可以在較低的溫度和壓力下實(shí)現(xiàn)連接，并且能夠適應(yīng)不同形狀和尺寸的連接需求，在一些小型化和精密化的基站模塊封裝中有較好的應(yīng)用前景。

通訊基站4G/5G模塊封裝技術(shù)的發(fā)展歷程

一、1G - 2G時(shí)代：早期基站封裝的起步

1. 1G時(shí)代

• 1G網(wǎng)絡(luò)為模擬網(wǎng)絡(luò)，在20世紀(jì)80年代初提出，其基站主要是為模擬語音調(diào)制技術(shù)服務(wù)。當(dāng)時(shí)的封裝技術(shù)相對簡單，主要是為了保護(hù)電子元件免受外界環(huán)境的影響，例如防止灰塵、濕氣等對電路的損害。封裝材料多為一些簡單的塑料和金屬外殼，電路集成度較低，因?yàn)?G設(shè)備的功能相對單一，主要是實(shí)現(xiàn)語音的傳輸，對封裝的要求不高，更多是基于基本的物理防護(hù)和簡單的電氣連接。

2. 2G時(shí)代

• 2G網(wǎng)絡(luò)為窄帶數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，起源于20世紀(jì)90年代初期。隨著數(shù)字技術(shù)的引入，基站設(shè)備的功能開始多樣化，除了語音傳輸外，還可以提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這一時(shí)期的封裝技術(shù)開始注重信號(hào)的完整性和電路的小型化。封裝材料和工藝有所改進(jìn)，例如開始使用多層電路板技術(shù)，將不同功能的電路分層布局，提高了電路的集成度。同時(shí)，對于射頻部分的封裝也開始有了一定的優(yōu)化，以適應(yīng)數(shù)字信號(hào)的傳輸要求，但整體的封裝技術(shù)仍然處于相對初級(jí)的階段，與現(xiàn)代的4G/5G封裝技術(shù)相比，在性能和功能上還有很大的差距。

二、3G - 4G時(shí)代：向高速和多功能封裝發(fā)展

1. 3G時(shí)代

• 3G網(wǎng)絡(luò)在2009年后開始發(fā)展，包括基于碼分多址CDMA技術(shù)的多個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)。3G時(shí)代對數(shù)據(jù)傳輸速率有了更高的要求，基站設(shè)備需要處理更多的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這促使封裝技術(shù)在信號(hào)傳輸速度、散熱等方面進(jìn)行改進(jìn)。在封裝材料方面，開始使用一些具有更好高頻性能的材料來滿足3G頻段的信號(hào)傳輸要求。同時(shí)，為了應(yīng)對設(shè)備功耗增加帶來的散熱問題，散熱技術(shù)和散熱封裝材料得到了進(jìn)一步發(fā)展。例如，改進(jìn)了散熱片的設(shè)計(jì)和材料，提高了散熱效率，以確?；驹O(shè)備在處理高速數(shù)據(jù)時(shí)的穩(wěn)定性。此外，3G時(shí)代的基站封裝開始注重模塊的集成化，將多個(gè)功能模塊集成到一個(gè)封裝中，減少了設(shè)備的體積和復(fù)雜度。

2. 4G時(shí)代

• 4G LTE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下，基站的封裝技術(shù)進(jìn)一步提升。4G網(wǎng)絡(luò)的理論速率相比3G有了大幅提高，對基站的信號(hào)處理能力、傳輸效率和散熱等方面提出了更高的要求。在封裝技術(shù)上，采用了更先進(jìn)的多層陶瓷封裝等技術(shù)，提高了射頻模塊的性能。在散熱方面，除了傳統(tǒng)的散熱方式外，還開始探索一些新的散熱技術(shù)，如液冷技術(shù)的研究和應(yīng)用。同時(shí)，4G基站的封裝更加注重小型化和高密度集成，以適應(yīng)4G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)中對基站設(shè)備空間和成本的要求。例如，通過采用更小尺寸的芯片和更緊湊的電路布局，提高了基站設(shè)備的集成度，降低了設(shè)備的成本和功耗。

三、5G時(shí)代：滿足高性能和多頻段要求的封裝變革

1. 5G頻段和性能需求對封裝的挑戰(zhàn)

• 5G有兩個(gè)主要頻段FR1(450 - 6000MHZ)和FR2(24250 - 52600MHZ)，其高頻段信號(hào)的波長更短，衍射能力差，信號(hào)衰減大。這就要求封裝材料具有更低的介電損耗和更好的高頻特性，以確保信號(hào)的有效傳輸。同時(shí)，5G技術(shù)的高數(shù)據(jù)傳輸速率、低延遲、大容量等特性，需要基站設(shè)備具有更高的集成度和更強(qiáng)的信號(hào)處理能力。例如，5G基站需要支持大規(guī)模MIMO技術(shù)，這就需要在封裝中對天線陣列等組件進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)和封裝，以實(shí)現(xiàn)多天線的高效協(xié)同工作。

2. 5G封裝技術(shù)的新發(fā)展

• 在5G時(shí)代，封裝技術(shù)朝著異質(zhì)異構(gòu)集成方向發(fā)展，如2.5D/3D系統(tǒng)級(jí)封裝（System in Pakage,Sip）技術(shù)備受關(guān)注。2.5D/3D SiP技術(shù)可以將射頻、模擬、數(shù)字功能和無源器件以及其他系統(tǒng)組件集成在一個(gè)封裝模塊中，滿足5G系統(tǒng)的高度集成化要求。這種封裝技術(shù)通過異質(zhì)生長或者異質(zhì)鍵合等方式，將基于GaAs、GaN等新型半導(dǎo)體材料的高性能毫米波有源器件以及射頻微電子機(jī)械系統(tǒng)和無源器件、硅基電路模塊集成為一個(gè)具有完整功能的二維或者三維集成電路，克服了傳統(tǒng)系統(tǒng)級(jí)芯片技術(shù)（System of Chip,SoC）在5G器件封裝中的困難，提高了封裝的性能和集成度。

最新的通訊基站4G/5G模塊封裝技術(shù)創(chuàng)新

一、2.5D/3D系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）技術(shù)

1. 技術(shù)原理和優(yōu)勢

• 2.5D/3D SiP技術(shù)是將多個(gè)具有不同功能的有源電子器件和無源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他的器件，組裝為可以提供多種功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝器件，形成一個(gè)系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。其原理是通過異質(zhì)生長或者異質(zhì)鍵合等方式，將不同的芯片和器件集成在一起。與傳統(tǒng)的封裝技術(shù)相比，2.5D/3D SiP技術(shù)具有高度的集成化優(yōu)勢。它可以將射頻、模擬、數(shù)字功能和無源器件以及其他系統(tǒng)組件集成在一個(gè)封裝模塊中，這對于5G系統(tǒng)來說非常關(guān)鍵。在5G通信中，需要處理多種類型的信號(hào)，如射頻信號(hào)、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)等，2.5D/3D SiP技術(shù)能夠?qū)⑦@些不同類型的信號(hào)處理模塊集成在一起，減少了信號(hào)傳輸?shù)穆窂介L度，從而降低了信號(hào)的傳輸損耗和延遲。例如，在一個(gè)5G基站的射頻前端模塊封裝中，通過2.5D/3D SiP技術(shù)可以將功率放大器、濾波器、低噪聲放大器等多個(gè)組件集成在一起，提高了整個(gè)射頻前端模塊的性能和可靠性。

2. 在基站模塊中的應(yīng)用實(shí)例

• 在5G基站的基帶處理單元BBU封裝中，2.5D/3D SiP技術(shù)可以集成多個(gè)處理芯片，如數(shù)字信號(hào)處理器、協(xié)議處理器等，同時(shí)還可以集成一些無源器件如電容、電感等。這樣可以大大縮小BBU的體積，提高其集成度和性能。在RRU的封裝中，也可以采用2.5D/3D SiP技術(shù)將射頻收發(fā)模塊、功放模塊、濾波器模塊等集成在一起，實(shí)現(xiàn)更緊湊的設(shè)計(jì)，并且能夠提高射頻信號(hào)的處理能力和傳輸效率。例如，一些5G基站設(shè)備制造商已經(jīng)開始在其產(chǎn)品中應(yīng)用2.5D/3D SiP技術(shù)，通過這種技術(shù)提高了基站的信號(hào)覆蓋范圍和數(shù)據(jù)傳輸速率。

二、片上天線和封裝天線技術(shù)

1. 技術(shù)原理和優(yōu)勢

• 在4G通信中，通常采用離散天線，而在5G通信中，由于天線元件的尺寸和間距與波長有關(guān)，封裝集成天線成為了可能。片上天線是直接將天線集成在芯片上，這種方式可以減少天線與芯片之間的連接損耗，提高信號(hào)傳輸效率。封裝天線則是將天線集成在封裝模塊內(nèi)，與片上天線相比，封裝天線具有更大的設(shè)計(jì)靈活性，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整天線的形狀、尺寸和布局。這兩種天線技術(shù)都能夠滿足5G通信中對天線性能的要求，如高增益、寬頻帶等。例如，片上天線可以利用芯片制造工藝的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高精度的天線制造，提高天線的性能。封裝天線則可以在封裝過程中對天線進(jìn)行優(yōu)化，適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，如在基站的不同頻段和不同覆蓋要求下，可以通過調(diào)整封裝天線的參數(shù)來滿足需求。

2. 在基站模塊中的應(yīng)用實(shí)例

• 在5G微基站的封裝中，由于微基站的體積較小，對天線的集成度要求較高，片上天線和封裝天線技術(shù)可以得到很好的應(yīng)用。例如，一些小型的5G微基站可以采用片上天線技術(shù)，將天線直接集成在基帶處理芯片或者射頻芯片上，減少了基站的體積和重量。在一些大型的5G宏基站中，也可以采用封裝天線技術(shù)，通過在RRU的封裝模塊內(nèi)集成天線，提高天線的性能和可靠性。同時(shí)，在5G基站的多天線系統(tǒng)如Massive MIMO系統(tǒng)中，片上天線和封裝天線技術(shù)可以提高天線陣列的集成度和協(xié)同工作能力，從而提高基站的信號(hào)傳輸能力和覆蓋范圍。

不同廠家通訊基站4G/5G模塊封裝技術(shù)的比較

一、華為

1. 封裝技術(shù)特點(diǎn)

• 華為在基站封裝技術(shù)方面具有多項(xiàng)創(chuàng)新。例如在散熱方面，華為可能采用了高效的散熱設(shè)計(jì)和散熱材料，以確?；驹O(shè)備在高負(fù)荷運(yùn)行下的穩(wěn)定性。在集成度方面，華為的基站可能采用了先進(jìn)的集成封裝技術(shù)，如類似于2.5D/3D SiP技術(shù)的集成方式，將多個(gè)功能模塊高度集成在一起，減少了設(shè)備的體積和成本。華為在5G基站的Massive MIMO技術(shù)應(yīng)用方面也處于領(lǐng)先地位，這也與其在天線封裝和射頻模塊封裝方面的技術(shù)優(yōu)勢有關(guān)。例如，華為的Lampsite皮基站，其內(nèi)部的封裝設(shè)計(jì)能夠有效地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸、處理和散熱等功能，滿足室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求。

2. 技術(shù)優(yōu)勢帶來的市場影響

• 華為的這些封裝技術(shù)優(yōu)勢使其基站產(chǎn)品在全球市場上具有很強(qiáng)的競爭力。在5G基站的全球部署中，華為的基站能夠提供更高效的信號(hào)覆蓋、更低的功耗和更小的占地面積等優(yōu)點(diǎn)。這使得華為在國際市場上獲得了眾多運(yùn)營商的青睞，盡管面臨一些外部壓力，但仍然在全球5G基站建設(shè)中占據(jù)重要的份額。

二、中興

1. 封裝技術(shù)特點(diǎn)

• 中興通訊也在基站封裝技術(shù)上有自己的特色。中興提出了“5G技術(shù)4G化”創(chuàng)新理念，推出業(yè)界首個(gè)基于Pre5G AAU的Massive MIMO技術(shù)，這其中必然涉及到基站模塊的封裝技術(shù)創(chuàng)新。中興可能在射頻模塊的封裝上注重信號(hào)的優(yōu)化處理，采用了適合5G頻段的封裝材料和結(jié)構(gòu)，確保射頻信號(hào)的高質(zhì)量傳輸。在散熱方面，中興也會(huì)采用相應(yīng)的散熱措施來保障基站設(shè)備的正常運(yùn)行，可能采用了一些新型的散熱材料或者散熱結(jié)構(gòu)，提高散熱效率。

2. 技術(shù)優(yōu)勢帶來的市場影響

• 中興的這些封裝技術(shù)優(yōu)勢使其在5G基站市場上具有一定的競爭力。中興的基站產(chǎn)品能夠滿足運(yùn)營商對5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求，在信號(hào)傳輸質(zhì)量、設(shè)備穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)出色。這有助于中興在國內(nèi)和國際市場上獲得一定的份額，與其他廠商共同推動(dòng)5G基站的建設(shè)和發(fā)展。

三、其他廠家

1. 共性與差異

• 其他一些基站設(shè)備制造商也在不斷發(fā)展自己的4G/5G模塊封裝技術(shù)。在共性方面，大家都面臨著5G頻段的信號(hào)傳輸、設(shè)備散熱、高度集成等問題，所以都會(huì)朝著采用低介電損耗材料、高效散熱材料和高度集成化封裝技術(shù)的方向發(fā)展。然而，在具體的技術(shù)細(xì)節(jié)上可能存在差異。例如，一些廠家可能更側(cè)重于在天線封裝方面的創(chuàng)新，采用獨(dú)特的天線封裝結(jié)構(gòu)來提高天線的性能；而另一些廠家可能在基帶處理單元的封裝上有自己的優(yōu)勢，通過優(yōu)化BBU的封裝提高信號(hào)處理能力。在散熱方面，不同廠家可能會(huì)根據(jù)自己的成本和技術(shù)優(yōu)勢選擇不同的散熱材料和散熱結(jié)構(gòu)，如有的廠家可能更傾向于采用銅基散熱材料，而有的廠家可能會(huì)研究和應(yīng)用石墨烯等新型散熱材料。

2. 市場競爭中的表現(xiàn)

• 在市場競爭中，這些廠家的封裝技術(shù)差異會(huì)影響到他們的市場份額。具有更先進(jìn)封裝技術(shù)的廠家能夠提供性能更優(yōu)、成本更低、可靠性更高的基站產(chǎn)品，從而在市場上更具競爭力。例如，在一些新興的5G市場中，能夠提供高效散熱、高集成度基站設(shè)備的廠家可能會(huì)更容易獲得運(yùn)營商的訂單，因?yàn)檫@些設(shè)備能夠更好地滿足當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，如在一些高溫環(huán)境或者對基站設(shè)備空間有限制的地區(qū)。

4G/5G模塊封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù)，滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求，打破國外廠商在行業(yè)中的壟斷地位，為芯片封裝材料全面國產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。