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一文了解射頻前端現(xiàn)狀及國產(chǎn)化替代
關(guān)鍵字: 射頻本文來自:國際電子商情
自5月15日,華為被美國商務部列入出口管制“黑名單”以來,全球相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈出現(xiàn)不小的震蕩。對美國芯片供應商來說,要重新調(diào)整業(yè)績預期及尋找新的增長點;而對華為來說,要經(jīng)歷一次全面啟動“備胎”測試和磨合的嚴峻挑戰(zhàn)期,特別是射頻前端這顆模擬芯片“皇冠上的明珠”,找不到“備胎”意味著生產(chǎn)全面停擺。
什么是射頻前端?
射頻前端(RFFE),是移動通信系統(tǒng)的核心組件,主要起到收發(fā)射頻信號的作用,它包括功率放大器(PA)、雙工器(Duplexer和Diplexer)、射頻開關(guān)(Switch)、濾波器(Filter)、低噪放大器(LNA)等五個組成部分。
五大器件主要功能:
1、功率放大器用于實現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號放大;
2、雙工器用于對發(fā)射和接收信號的隔離;
3、射頻開關(guān)用于實現(xiàn)射頻信號接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換;
4、濾波器用于保留特定頻段內(nèi)的信號,而將特定頻段外的信號濾除;
5、低噪聲放大器用于實現(xiàn)接收通道的射頻信號放大。
除了上面五大器件,其實還有一個RF天線:處于整個手機通信系統(tǒng)的最外端,是手機實現(xiàn)與外界通信的窗口,其作用是接收電磁波或?qū)㈦姶挪òl(fā)射出去。
射頻前端市場前景可觀。據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示,2017年手機射頻前端市場規(guī)模為150億美元,預計2023年達到352億美元,是2017年的2倍多。
全球射頻前端競爭格局分析
從5大器件的營收占比來看,濾波器約占射頻器件營收的50%,射頻PA約占30%,射頻開關(guān)和LNA約占10%,其他約占10%??梢?,濾波器和PA是射頻器件的重中之重。對于通信設備而言,沒有PA,信號覆蓋會成問題,而沒有濾波器意味著設備喪失抗干擾能力。
(1)濾波器&雙工器
濾波器包括聲表面濾波器(SAW)、體聲波濾波器(BAW)、MEMS濾波器和IPD等,其中SAW和BAW是應用最為廣泛的濾波器種類。
全球SAW濾波器市場份額排名前五的廠商,分別為村田(47%)、TDK(21%)、太陽誘電(14%)、Skyworks(9%) 、Qorvo(4%),合計占比達95%。
相較于SAW,BAW更適合于2GHz以上的高頻段,5G新增頻段包括Sub6G和毫米波等超高頻頻段,BAW將成為5G濾波器應用主流。
全球BAW濾波器市場份額TOP3分別是博通(87%)、Qorvo(8%)、太陽誘電(3%),合計占比達98%。其中,博通一家獨占87%,“寡頭”局面初顯。
相比之下,國內(nèi)濾波器設計還有很大的差距。國產(chǎn)濾波器廠商有麥捷科技、三環(huán)集團、中電德清華瑩、信維通信、好達電子、天津諾思、大富科技、武漢凡谷、華遠微電、瑞宏科技等,但還沒有廠商能夠成熟商用BAW濾波器產(chǎn)品。
對國產(chǎn)廠商而言,濾波器是瓶頸中的瓶頸。目前,能夠量產(chǎn)的國產(chǎn)SAW濾波器,因尺寸太大沒法做集成,只能外掛在芯片外面。GSM、2G或3G低頻通信用的SAW濾波器,國內(nèi)競爭者將有機會超過對手,而4G和5G使用BAW和FBAR濾波器,天津諾思、麥捷科技等正開始突破。
在代工模式上,目前可量產(chǎn)出貨的濾波器廠家都是IDM模式。在制造工藝方面,MEMS技術(shù)制造濾波器具有極高的技術(shù)門檻,在保證高度一致性和高質(zhì)量的條件下實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)難度較大。
雙工器也常常被劃入濾波器行列,它由兩個濾波器組成,可在一條信道上實現(xiàn)雙向通信。半雙工是通信雙方輪流收發(fā),全雙工是通信雙方同時收發(fā)。全雙工通過頻分雙工(FDD)或時分雙工(TDD)實現(xiàn)。
(2)功率放大器(PA)
業(yè)內(nèi)人士指出,4G手機內(nèi)PA數(shù)量平均5~7個,5G手機至少十多個,以20 億部通訊終端、單價1~1.5美金計算,市場將是千億元級別。
在終端市場,全球P A絕大部分市場份額被Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata占據(jù),四家廠商合計占比達97%,其中前三家合計占比達到92%。
值得注意的是,Qorvo、Skyworks和Broadcom都完成了PA、Switch、Duplexer、Filter全產(chǎn)品線布局,擁有專用的制造廠和封裝廠。
從三家廠商的財報數(shù)據(jù)來看,它們在移動通信射頻前端市場的毛利率均高于40%,最高可達50%,凈利率約30%,具有極強的盈利能力。
基站市場,NXP和Freescale在合并前總共占據(jù)了51.1%的市場份額。
國內(nèi)PA設計公司主要有中科漢天下、唯捷創(chuàng)芯、紫光展銳、慧智微、飛驤科技、中普微(韋爾股份控股)等。
在射頻PA代工模式上,Sky-works、Qorvo和Broadcom采用IDM模式。同時,晶圓代工模式也在興起,主要有臺灣穩(wěn)懋等。國內(nèi)PA晶圓代工廠商主要有三安光電、海特高新。PA封測廠主要是華天科技和長電科技。
在制造工藝及材料方面,射頻PA主要采用GaAs、RF-SOI、CMOS和SiGe。其中基站PA將采用高頻性能更好的GaN材料,終端PA預計仍會采用性價比更高的GaAs材料。
目前,國內(nèi)PA產(chǎn)品大多停留在中低端應用,布局高端應用的PA廠商為數(shù)不多。不過,華為自行設計GaAsPA,給了國內(nèi)PA廠商一劑強心針。同時,5G的到來也將帶給國內(nèi)PA廠商更多替代國外產(chǎn)品的機會。
(3)射頻開關(guān)(Switch)
射頻開關(guān)在5G要求下既要滿足高功率、高頻率要求,也要配合更加復雜的射頻信號路徑進行結(jié)構(gòu)性提升。在材料及工藝的選擇上,射頻開關(guān)多采用化合物半導體工藝如GaN、GaAs工藝等,亦或繼續(xù)沿用RF-SOI工藝。
根據(jù)QYR Electronic sResearch Center 的統(tǒng)計,2010年以來全球射頻開關(guān)市場經(jīng)歷了持續(xù)的快速增長,2017年全球市場規(guī)模達到14.47億美元,預計到2020年期間仍保有9.5%的年增長率,市場規(guī)模達到19.01億美元。
目前射頻開關(guān)市場主要被Skyworks、Qorvo、Broadcom、NXP、Infineon、Murata等占據(jù),這些廠商不斷通過生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新來提高企業(yè)效率。
國產(chǎn)RF開關(guān)公司有卓勝微、德清華瑩、紫光展銳、唯捷創(chuàng)芯、韋爾股份、迦美信芯、宜確等。其中,卓勝微是國內(nèi)最大的開關(guān)供應商,已打入三星和小米供應鏈,年銷售額約1億美金;展銳同為三星供應商,但所占份額不及卓勝微;唯捷創(chuàng)芯、德清華瑩提供PA設計的同時,也提供RF開關(guān)、天線調(diào)諧器產(chǎn)品設計。
射頻開關(guān)70%以上采用RF-SOI工藝,部分采用GaAs工藝。LTE LNA主要采用RF-SOI和CMOS工藝。國內(nèi)射頻開關(guān)封測廠主要是嘉盛、日月新和通富微電。目前,國內(nèi)做RF -SOI射頻開關(guān)的公司已有20-30家,價格戰(zhàn)進入白熱化。適用于5G的高頻RF開關(guān),是國產(chǎn)廠商極力攻破的方向。
(4)RF天線
目前智能手機主要采用LDS和FPC天線,隨著5G頻率走向高頻,在Sub 6G范圍內(nèi),LCP和MPI憑借更低的高頻損耗將成為主流。尤其在毫米波范圍內(nèi),天線尺寸急劇縮小,將采用天線陣列模組。LCP優(yōu)良的彎折性能有助于合理利用智能手機內(nèi)部的狹小空間。
LCP產(chǎn)業(yè)鏈上、中游主要由外國廠商把控。
在國內(nèi),生益科技進入LCPFCCL領(lǐng)域,信維通信進入LCP天線領(lǐng)域,立訊精密為LCP天線模組供應商,京信通信和通宇通訊主要是基站天線供應商,碩貝德作為曾經(jīng)的手機天線霸主,如今產(chǎn)品切入基站、車載和V2X天線領(lǐng)域。
業(yè)內(nèi)人士分析稱, 因5G天線設計方案將由“單體天線”改為“天線陣列”,新型磁性材料及LTCC集成技術(shù)將是5G天線的核心技術(shù),LCP天線性能比LDS更好但價格是LDS的20倍,國內(nèi)手機廠商華為自己設計天線,可能改變天線廠現(xiàn)有的競爭格局。
總體而言, 領(lǐng)先的射頻器件供應商幾乎都采用IDM模式,擁有自己的晶圓廠是其能夠領(lǐng)先市場的關(guān)鍵。相對而言,國內(nèi)更多以代工模式為主,如GaAs工藝主要廠商有臺灣穩(wěn)懋、臺灣宏捷科和廈門三安集成,RFSOI工藝主要廠商有TowerJazz、中芯國際和華虹宏力,CMOS工藝主要廠商有臺積電、中芯國際和聯(lián)電,SiGe工藝主要廠商有格羅方德和TowerJazz。國內(nèi)少數(shù)廠商也在嘗試IDM模式,但是短期內(nèi)依然會依賴代工廠。
展望未來:
(1)射頻前端市場前景可觀
手機每增加一個頻段,大約需要增加2個濾波器、1個功率放大器和1個天線開關(guān)。目前, 智能手機支持30多個頻段,預計5G時代全球2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡合計支持的頻段將達到91個以上。隨著5G普及商用,射頻前端的需求量將呈暴發(fā)式增長。
(2)模塊“集成化”大勢所趨
在射頻前端“模塊集成”上,發(fā)展更快的廠商有望成為市場的主導者。射頻前端集成存在單片集成(片上SoC系統(tǒng))和混合集成(SiP封裝)兩個發(fā)展方向。目前通過SiP的形式更易實現(xiàn),也是各大廠商重點著力的方向。
(3)國產(chǎn)射頻芯片的新機遇
2017年國產(chǎn)射頻芯片市占率僅有2%。有分析指出,前端主力市場暫由海外巨頭占據(jù),但5G到來后,毫米波頻段將給國產(chǎn)廠商帶來突破機會?;衔锇雽w制造龍頭三安光電、射頻方案平臺廠商信維通信,以及射頻器件廠商韋爾股份、天通股份、麥捷科技等數(shù)十家企業(yè)都會有不錯的契機。
標簽 芯片- 原標題:一文了解射頻前端現(xiàn)狀及國產(chǎn)化替代
- 責任編輯:呂棟
- 最后更新: 2019-08-13 07:08:09
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