一、射頻前端——手機(jī)通信重要模塊
(一)、射頻前端基本架構(gòu)與運(yùn)作原理
手機(jī)終端的通信模塊主要分為天線、射頻前端模塊、射頻收發(fā)模塊、基帶信號(hào)處理。射頻前端是移動(dòng)智能終端產(chǎn)品的核心組成部分,它是模擬電路中應(yīng)用于高頻領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。按照設(shè)備中產(chǎn)品形態(tài)分類,射頻器件可分為分立器件和射頻前端模組。分立器件即功放、濾波器、天線開(kāi)關(guān)等各個(gè)獨(dú)立器件;射頻前端模組則是將器件集成在一起,隨著通信技術(shù)的進(jìn)步,集成化和小型化技術(shù)趨勢(shì)已使射頻前端模組倍受推崇。
射頻前端介于天線與射頻收發(fā)之間,可以分為接收通道和發(fā)射通道,元件主要包括濾波器(Filters)、低噪聲放大器(LNA,LowNoiseAmplifier),功率放大器(PA,PowerAmplifier)、射頻開(kāi)關(guān)(RFSwitch)、天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)(RFAntennaSwitch)、雙工器。從線路看信號(hào)傳輸:
其接收通道:信號(hào)—天線—天線開(kāi)關(guān)—濾波器/雙工器—LNA—射頻開(kāi)關(guān)—射頻收發(fā)—基帶;
其發(fā)射通道:基帶—射頻收發(fā)—射頻開(kāi)關(guān)—PA—濾波器/雙工器—天線開(kāi)關(guān)—天線—信號(hào)。
天線用于無(wú)線電波的收發(fā);射頻開(kāi)關(guān)用于實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換;LNA用于實(shí)現(xiàn)接收通道的射頻信號(hào)放大;PA用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大;濾波器用于保留特定頻段內(nèi)的信號(hào),而將特定頻段外的信號(hào)濾除;雙工器用于將發(fā)射和接收信號(hào)的隔離,保證接收和發(fā)射在共用同一天線的情況下能正常工作。
智能手機(jī)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
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相關(guān)報(bào)告:智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國(guó)手機(jī)射頻行業(yè)市場(chǎng)全景評(píng)估及投資前景分析報(bào)告》
射頻器件功能
射頻器件 | 功能 |
天線 | 用于無(wú)線電波的收發(fā) |
射頻開(kāi)關(guān) | 用于實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換 |
LNA | 用于實(shí)現(xiàn)接收通道的射頻信號(hào)放大 |
PA | 用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大 |
濾波器 | 用于保留特定頻段內(nèi)的信號(hào),而將特定頻段外的信號(hào)濾除 |
雙工器 | 用于將發(fā)射和接收信號(hào)的隔離,保證接收和發(fā)射在共用同一天線的情況下能正常工作 |
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1、天線與射頻開(kāi)關(guān)
天線用于無(wú)線電波的收發(fā),連接射頻前端,是接收通道的起點(diǎn)與發(fā)射通道的終點(diǎn)。天線按功能分類包括主天線、GPS定位天線、Wifi天線、NFC天線、FM天線等。天線的應(yīng)用包括基站側(cè)與終端側(cè),本文主要介紹手機(jī)終端情況。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻段增加、頻率升高,驅(qū)使手機(jī)天線的使用增加,同時(shí),為實(shí)現(xiàn)高速、多頻率、少損耗的傳輸,終端天線通過(guò)材料、
結(jié)構(gòu)、工藝的不斷改進(jìn)實(shí)現(xiàn)性能的提升。
射頻開(kāi)關(guān)的作用是控制多路射頻信號(hào)中的一路或幾路實(shí)現(xiàn)邏輯連通,達(dá)到不同信號(hào)路徑的切換的目的,包括接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換等,最終可以共用天線、節(jié)省終端產(chǎn)品成本。射頻開(kāi)關(guān)的主要包括移動(dòng)通信傳導(dǎo)開(kāi)關(guān)、WiFi開(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)等。
它的運(yùn)作原理如下:當(dāng)射頻開(kāi)關(guān)的控制端口加上不同電壓時(shí),射頻開(kāi)關(guān)各端口將呈現(xiàn)不同的連通性。以單刀雙擲射頻開(kāi)關(guān)為例,當(dāng)控制端口加上正電壓時(shí),連接端口1與端口3的電路導(dǎo)通,同時(shí)連接端口2與端口3的電路斷開(kāi);當(dāng)控制端口加上零電壓時(shí),連接端口1與端口3的電路斷開(kāi),同時(shí)連接端口2與端口3的電路導(dǎo)通。通過(guò)控制電壓,實(shí)現(xiàn)了不同電路的連通。
射頻開(kāi)關(guān)運(yùn)作過(guò)程示意圖
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2、濾波器:射頻器件最大的細(xì)分市場(chǎng)
射頻濾波器包括聲表面濾波器(SAW,SurfaceAcousticWave)、體聲波濾波器(BAW,BulkAcousticWave)、MEMS濾波器IPD(IntegratedPassiveDevices)等。SAW和BAW濾波器是目前手機(jī)應(yīng)用的主流濾波器。
SAW濾波器的基本結(jié)構(gòu)由壓電材料襯底和2個(gè)IDT(InterdigitalTransducer)組成。IDT是叉指換能器——交叉排列的金屬電極。下圖中左邊的IDT把電信號(hào)轉(zhuǎn)成聲波,右邊IDT把聲波轉(zhuǎn)成電信號(hào)。
SAW濾波器頻率上限為2.5~3GHz。頻率高于1.5GHz時(shí),其選擇性降低。在約2.5GHz處,其僅限于對(duì)性能要求不高的應(yīng)用,而且SAW濾波器易受溫度變化的影響。未來(lái)SAW濾波器的發(fā)展趨勢(shì)是小型片式化、高頻寬帶化、降低插入損耗以及降低成本。
SAW濾波器結(jié)構(gòu)圖
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BAW濾波器更適合于高頻,同時(shí)對(duì)溫度變化不敏感,具有插入損耗小、帶外衰減大等優(yōu)點(diǎn)。BAW是3D腔體結(jié)構(gòu),能量損失小,Q值高,濾波效果更好,尤其適用于2GHz以上之頻段,對(duì)于5Gsub-6GU有明顯優(yōu)勢(shì)。
BAW濾波器結(jié)構(gòu)圖
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BAW濾波器制造工藝步驟是SAW的10倍,但因其在更大晶圓上制造的,每片晶圓產(chǎn)出的BAW器件也多了約4倍。盡管如此,BAW的成本仍高于SAW。
BAW濾波器一般工作在1.5~6.0GHz,因此在3G/4G智能手機(jī)內(nèi)所占的份額迅速增長(zhǎng)。但并不意味著SAW濾波器完全失去市場(chǎng)。二者會(huì)分別在中高頻和低頻發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)并在一段時(shí)間并存。2GHz以下SAW的市場(chǎng)占有率仍比較大,2GHz以上BAW的市場(chǎng)占有率會(huì)比較高。
不同頻率下SAW和BAW濾波的應(yīng)用范圍
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濾波器是射頻前端市場(chǎng)中最大的業(yè)務(wù)板塊。波器全球市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的約80億美元增長(zhǎng)至2023年的225億美元,CAGR達(dá)19%,市場(chǎng)空間廣闊。
濾波器是射頻器件潛力最大的市場(chǎng)之一,濾波器的市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于新型天線對(duì)額外濾波的需求,以及多載波聚合(CA)對(duì)更多的體聲波(BAW)濾波器的需求。據(jù)預(yù)測(cè),在3G向5G演進(jìn)的過(guò)程中,濾波器的單機(jī)價(jià)值量將成倍增長(zhǎng)。3G設(shè)備的濾波器單機(jī)價(jià)值為1.25美元,4G設(shè)備為4美元,而到了5G時(shí)代預(yù)計(jì)將達(dá)到10美元以上。
2023年濾波器在射頻前端模塊中的占比
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2023年全球?yàn)V波器市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)(億美元)
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3、3LNA與PA
低噪聲放大器LNA的功能是將從天線處接收到的微弱射頻信號(hào)放大,盡量減少噪聲的引入,在移動(dòng)智能終端上實(shí)現(xiàn)信號(hào)更好、通話質(zhì)量更高和數(shù)據(jù)傳輸率更高的效果。以卓勝微的LNA產(chǎn)品為例,根據(jù)適用頻率的不同,可以分為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)LNA、移動(dòng)通信信號(hào)LNA、電視信號(hào)LNA、調(diào)頻信號(hào)LNA。
LNA的工作原理如下:輸入的射頻信號(hào)被輸入匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為電壓,經(jīng)過(guò)放大器對(duì)電壓進(jìn)行放大,同時(shí)在放大過(guò)程中最大程度降低自身噪聲的引入,最后經(jīng)過(guò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為放大后功率信號(hào)輸出。
LNA的主要規(guī)格是噪聲系數(shù)(NF),即通過(guò)LNA增加的固有噪聲量,當(dāng)NF介于15-20db時(shí),能將收到的信號(hào)升壓到可被后續(xù)放大器、濾波器正確處理的范圍。
功率放大器PA是將發(fā)射通路調(diào)制振蕩電路產(chǎn)生的射頻信號(hào)功率方法,獲得足夠大的射頻輸出功率后,經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)將其饋送至天線。PA的功效定義為輸出信號(hào)的功率與輸入信號(hào)功率之差與直流電源功耗的比值。主要技術(shù)指標(biāo)為輸出功率與效率:最大輸出功率決定了PA最大容量,而增加輸出功率即增益輸入與輸出之間的比值;提高工作效率需要增大對(duì)不同頻率信號(hào)的承載;另外,增加工作帶寬可以擴(kuò)大PA使用范圍。
(二)、射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈日趨成熟
射頻前端半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)將迎來(lái)新的變化,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈公司迎新機(jī)遇。目前射頻前端半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)由IDM模式主導(dǎo)。射頻前端主要產(chǎn)品的市場(chǎng)均被幾大國(guó)際巨頭壟斷。隨著5G到來(lái),以高通為代表的Fabless廠商試圖憑借基帶技術(shù)切入射頻前端領(lǐng)域;同時(shí)以華為為代表的設(shè)備商對(duì)于上游供應(yīng)鏈的把控和“國(guó)產(chǎn)替代”需求也將重塑產(chǎn)業(yè)鏈格局,國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)廠商有望迎來(lái)替代機(jī)遇,看好未來(lái)射頻前端的國(guó)產(chǎn)替代邏輯。
1、IDM模式仍為行業(yè)主流
射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈根據(jù)分工的不同可以分為芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造和封裝測(cè)試三個(gè)環(huán)節(jié)。而IDM(IntegratedDeviceManufacturing,垂直整合制造)模式是指垂直整合制造商獨(dú)自完成集成電路設(shè)計(jì)、晶圓制造、封測(cè)的所有環(huán)節(jié),因此該模式對(duì)技術(shù)和資金實(shí)力均有很高的要求,所以目前只有國(guó)際上成功的大型企業(yè)采納IDM模式,如Skyworks、Qorvo、Murata、Broadcom等。
1987年臺(tái)灣積體電路公司(TSMC)成立以前,集成電路產(chǎn)業(yè)只有IDM一種模式,此后,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化分工成為一種趨勢(shì)。出現(xiàn)垂直分工模式的根本原因是半導(dǎo)體制造業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性。但是現(xiàn)今IDM廠商仍然占據(jù)主要地位,主要是因?yàn)镮DM企業(yè)具有資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及較高的利潤(rùn)率:
1.資源的內(nèi)部整合優(yōu)勢(shì)。在IDM企業(yè)內(nèi)部,從IC設(shè)計(jì)到完成IC制造所需的時(shí)間較短,主要的原因是不需要進(jìn)行硅驗(yàn)證(SiliconProven),不存在工藝流程對(duì)接問(wèn)題,所以新產(chǎn)品從開(kāi)發(fā)到面市的時(shí)間較短。而在垂直分工模式中,由于Fabless在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品時(shí),難以及時(shí)與Foundry的工藝流程對(duì)接,造成一個(gè)芯片從設(shè)計(jì)公司到代工企業(yè)的流片(晶圓光刻的工藝過(guò)程)完成往往需要6-9個(gè)月,延緩了產(chǎn)品的上市時(shí)間。
2.技術(shù)優(yōu)勢(shì)。大多數(shù)IDM都有自己的IP(IntellectualProperty,知識(shí)產(chǎn)權(quán))開(kāi)發(fā)部門,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研發(fā)與積累,企業(yè)技術(shù)儲(chǔ)備比較充足,技術(shù)開(kāi)發(fā)能力很強(qiáng),具有技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
3.較高的利潤(rùn)率。根據(jù)“微笑曲線”原理,最前端的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與最末端的品牌、營(yíng)銷具有最高的利潤(rùn)率,中間的制造、封裝測(cè)試環(huán)節(jié)利潤(rùn)率較低。
行業(yè)模式示意圖
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目前射頻前端行業(yè)仍然以IDM模式為主導(dǎo)。射頻與功率器件集成度不高,設(shè)計(jì)變化不多,設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)附加值較低,而且材料結(jié)構(gòu)與工藝密切相關(guān),而工藝又決定了產(chǎn)品最終的電學(xué)性能,材料、設(shè)計(jì)、制造與封測(cè)一體相關(guān),這幾個(gè)因素是射頻器件競(jìng)爭(zhēng)的主導(dǎo)性因素。所以全球成功的射頻或功率器件公司,多數(shù)都采用IDM模式。
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展,手機(jī)等移動(dòng)終端對(duì)于射頻前端的要求也越來(lái)越高。一方面,手機(jī)等終端需要的射頻前端的數(shù)量在上升,射頻前端在手機(jī)成本的比重也越加上升;另一方面,隨著對(duì)便攜性和輕薄化的要求越來(lái)越高,而需求的射頻前端數(shù)量也在不斷增長(zhǎng),這時(shí)射頻前端廠商只能增加集成度以把整個(gè)射頻系統(tǒng)的實(shí)際尺寸控制在合適的范圍內(nèi)。
目前,已經(jīng)有一些廠商在研發(fā)把低噪聲放大器和開(kāi)關(guān)模組集成在一起的方案,例如Skyworks的SkyOne模組(集成了PA,開(kāi)關(guān),多路器在同一模組上)。未來(lái)隨著通信技術(shù)和生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展,可望看到集成度更高的射頻前端。
射頻前端行業(yè)兼并收購(gòu)不斷,巨頭不斷擴(kuò)大業(yè)務(wù)版圖。越來(lái)越多的廠商也在紛紛加大在射頻前端方面的投入,希望在未來(lái)的5G浪潮中分一杯羹。例如聯(lián)發(fā)科計(jì)劃收購(gòu)絡(luò)達(dá)科技布局射頻PA,紫光展訊整合銳迪科買入射頻PA行業(yè),而國(guó)際巨頭Skyworks聯(lián)手松下組建合資公司開(kāi)發(fā)SAW濾波器,而巨頭Qorvo則由主營(yíng)濾波器的RFMD和主營(yíng)射頻PA的Triquint合并而成。
有很多特殊的半導(dǎo)體產(chǎn)品適用IDM而不是代工模式,例如模擬器件。模擬器件和數(shù)字器件不一樣。數(shù)字器件的敏感度一般來(lái)說(shuō)不那么高,它追求摩爾定律,要求線寬越來(lái)越小、功耗越來(lái)越少、成本越來(lái)越低,而單位面積上晶體管的數(shù)目要越來(lái)越多,它需要最先進(jìn)的工藝和技術(shù)。
模擬器件則非常敏感,只要一個(gè)參數(shù)有變化,整體功能就會(huì)改變很多。譬如模擬器件里面的一個(gè)電容或電感的尺寸,稍微大一點(diǎn)或者小一點(diǎn)效果就會(huì)差很多。所以模擬器件更需要有一條專門為它服務(wù)的生產(chǎn)線。
混合信號(hào)、模擬和功率半導(dǎo)體器件都不需要使用7納米、14納米的工藝,它需要的是穩(wěn)定性和可靠性,需要對(duì)它的工藝流程進(jìn)行量身定做,因此很多模擬器件是沒(méi)有代工工廠(Foundry)的,譬如5G通訊中用到的氮化鎵(GaN),目前這種高功率芯片的大企業(yè)有Skyworks(思佳訊)、Qorvo、Sumitomo(住友)、Murata(村田)、NXP(恩智浦)、AVAGO(安華高)等,都是IDM公司。
射頻前端產(chǎn)業(yè)目前是IDM模式最成功的領(lǐng)域。就在其它半導(dǎo)體芯片市場(chǎng)(如處理器、SoC等)Fabless模式占據(jù)大半江山的時(shí)候,在射頻前端市場(chǎng)仍然是IDM獨(dú)大,這是因?yàn)樯漕l前端設(shè)計(jì)需要仔細(xì)結(jié)合器件制造工藝,有時(shí)候甚至?xí)榱嗽O(shè)計(jì)而調(diào)整工藝。目前射頻前端領(lǐng)域的巨頭Skyworks,Qorvo等都有自己的生產(chǎn)線,隨著未來(lái)5G時(shí)代對(duì)射頻前端器件的要求越來(lái)越高,制造工藝越來(lái)越復(fù)雜,預(yù)計(jì)IDM模式仍然將在未來(lái)的射頻前端行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。
2、“基帶供應(yīng)商切入射頻前端市場(chǎng)+整機(jī)商把控供應(yīng)鏈國(guó)產(chǎn)替代”,F(xiàn)abless迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇
IDM模式雖然有這么多的好處,但是IDM模式最大的局限就在于對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)不夠迅速。由于IDM企業(yè)的“質(zhì)量”較大,所以“慣性”也大,因此對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)速度會(huì)比較慢。其次,半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所需的投資十分巨大,沉沒(méi)成本高。晶圓生產(chǎn)線投資較大,而且每年的運(yùn)行保養(yǎng)、設(shè)備更新與新技術(shù)開(kāi)發(fā)等成本占總投資的比例較高。這意味著除了少數(shù)實(shí)力強(qiáng)大的IDM廠商有能力擴(kuò)張外,其他的廠商根本無(wú)力擴(kuò)張,因此便催生出了Fabless模式。
在Fabless模式下,集成電路設(shè)計(jì)、晶圓制造、封測(cè)分別由專業(yè)化的公司分工完成,此模式中主要參與的企業(yè)類型有芯片設(shè)計(jì)廠商、晶圓制造商、外包封測(cè)企業(yè)。采用Fabless模式的公司處于產(chǎn)業(yè)鏈上游,技術(shù)密集程度高,芯片設(shè)計(jì)廠商在該種模式下起到龍頭作用,統(tǒng)一協(xié)調(diào)芯片設(shè)計(jì)后的生產(chǎn)、封測(cè)與銷售。
高通借助基帶技術(shù)優(yōu)勢(shì),涉足5G射頻模組,產(chǎn)業(yè)秩序面臨改變。RFIC巨頭高通和射頻前端大廠TDK合資成立了RF360,使得高通擁有了提供從基帶ModemSoC,RFIC到射頻前端完整解決方案的能力。
高通于2018年推出全球首款5G毫米波天線模組QTM052,該模組包含毫米波IC、1x4天線陣列、射頻收發(fā)器(transceiver)、電源管理IC、射頻前端元件(放大器、濾波器、低雜訊放大器.等),并采用AiP(AntennainPackage)封裝技術(shù),使得模組寬度僅約1美分硬幣的1/3寬,其搭配高通5GModem(X50)晶片,獲得優(yōu)異的射頻性能表現(xiàn),可大幅簡(jiǎn)化手機(jī)系統(tǒng)廠商需面對(duì)的復(fù)雜射頻通訊設(shè)計(jì)問(wèn)題,預(yù)計(jì)此模組將用在三星(S10)、Sony、LG、小米、OPPO、Google等2019年的5G手機(jī)上。
目前Qorvo、Broadcom、Skyworks主要占據(jù)4GLTE/Sub-6G領(lǐng)域,而高通則選擇深耕5G毫米波市場(chǎng),并不斷拉大與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的差距。預(yù)計(jì)高通的進(jìn)入將深刻地改變射頻前端產(chǎn)業(yè)秩序。
以華為為代表的設(shè)備商對(duì)于上游供應(yīng)鏈的把控和“國(guó)產(chǎn)替代”需求也將重塑產(chǎn)業(yè)鏈格局,國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)廠商有望迎來(lái)替代機(jī)遇,看好未來(lái)射頻前端的國(guó)產(chǎn)替代邏輯。國(guó)內(nèi)射頻器件的生產(chǎn)廠商以Fabless為主,在代工廠工藝的挹注下,產(chǎn)業(yè)鏈將迎來(lái)加速國(guó)產(chǎn)替代的機(jī)遇。目前國(guó)內(nèi)代表公司有海思半導(dǎo)體,卓勝微,VanChip,Ampleon,慧智微等。
二、多因素驅(qū)動(dòng),射頻前端與天線機(jī)會(huì)凸顯
(一)、技術(shù)驅(qū)動(dòng):5G核心技術(shù)變化創(chuàng)造新發(fā)展機(jī)遇
1、5G頻段增加,迎接Sub-6GHz和mmWave雙市場(chǎng)
5G核心技術(shù)主要包括增加基站密度、采用MIMO技術(shù)與載波聚合技術(shù)、提高頻段、高階調(diào)制提高頻譜效率等。其技術(shù)變化圍繞香農(nóng)定理展開(kāi)=··2(1++1)其中,C為最大信息傳送速率,BW為信道寬度,S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率,N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率,S/(N+1)為信噪比,m為傳輸和接收天線的數(shù)量,1/n為基站網(wǎng)絡(luò)密度。
為了改善數(shù)據(jù)傳輸效果,可分別在以下技術(shù)改進(jìn):1)降低n值:提高網(wǎng)絡(luò)密度,增加小型基站數(shù)量,減少每個(gè)基站的用戶數(shù)量;2)增加M值:利用MIMO技術(shù),提高M(jìn)IMO階數(shù),增加天線發(fā)射與接收數(shù)量;3)增加BW值:拓寬信道寬度,可以采取增加頻段與載波聚合的方式;4)提高信噪比:采用高階調(diào)制提高頻譜效率。5G技術(shù)的變化促使射頻前端價(jià)值量的提升,疊加5G時(shí)代手機(jī)換機(jī)帶來(lái)的數(shù)量提升,量?jī)r(jià)齊升為手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)戴維斯雙擊。
(1)低頻段(Sub-6GHz):5G頻段增加,天線、射頻數(shù)量擴(kuò)增
5G網(wǎng)絡(luò)的部署采用兩種頻段FR1和FR2,F(xiàn)R1是低頻段Sub-6GHz(頻率范圍450MHz-6GHz),特征是傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大;FR2是高頻段mmWave(頻率范圍24.25GHz-52.60GHz),特征是傳輸速度快,容量大,但覆蓋面積有限。相比于4G,5GNR除了包含部分LTE頻段外,同時(shí)新增部分頻段。根預(yù)測(cè),到2020年,5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將實(shí)現(xiàn)翻番,新增50個(gè)以上通信頻段,全球2G/3G/4G/5G合計(jì)支持的頻段將達(dá)到91個(gè)以上。
5G的在我國(guó)的布局大致分為三個(gè)階段,4.5G階段(4G向5G過(guò)渡的階段,NSA與SA網(wǎng)絡(luò)并存)、5G初步階段(以Sub-6GHz頻段為主的5G階段)、5G深入階段(mmWave商用,Sub-6GHz與mmWave共存)。當(dāng)前我國(guó)5G仍處在4GLTE到5GNR的過(guò)渡階段,頻段的利用以FR1為主。2018年12月6日,工信部公布了運(yùn)營(yíng)商5G試驗(yàn)頻率,中國(guó)移動(dòng)分配得到N41、N79頻段、中國(guó)聯(lián)通為N78頻段、中國(guó)電信為N78頻段,全網(wǎng)通手機(jī)則涵蓋N41、N78、N79頻段,5G頻段數(shù)量確定性增加。
3GPPTS38.213協(xié)議中說(shuō)明,5G波束需滿足5個(gè)邊帶(SSB),其中,對(duì)于3GHz以下的頻段,SSB波束的上限為4個(gè),對(duì)于3-6GHz的頻段,上限為8個(gè)。為滿足5G下不同場(chǎng)景高低頻段需求,5G天線支持全頻段波束賦,5G形成形波束的生成至少需要2個(gè)天線陣列。若手機(jī)需支持全頻段,至少需要4個(gè)天線,采用4T4RMIMO技術(shù)。而理論上新增一個(gè)頻段需要配置2個(gè)濾波器,頻段數(shù)量增長(zhǎng)將直接驅(qū)動(dòng)天線和濾波器數(shù)量大幅增長(zhǎng)。
(2)高頻段毫米波(mmW):技術(shù)區(qū)別低頻段,有望廣泛應(yīng)用Aip設(shè)計(jì)
毫米波段作為高頻段,將以大帶寬實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸,還可利用極密的空間復(fù)用度來(lái)增加容量。傳統(tǒng)通信利用基站與手機(jī)間單天線到單天線進(jìn)行電磁波傳播,5G時(shí)代為滿足大容量與高速率的需求,引入波束成形技術(shù),在基站側(cè)采用陣列天線,自動(dòng)調(diào)節(jié)各天線發(fā)射信號(hào)的相位,使手機(jī)側(cè)可以收到疊加的電磁波增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度。
毫米波手機(jī)天線有多種應(yīng)用模式:一個(gè)手機(jī)對(duì)兩個(gè)基站、一個(gè)基站對(duì)一個(gè)手機(jī)、一個(gè)基站對(duì)幾個(gè)手機(jī)模式等不同應(yīng)用場(chǎng)景,影響終端手機(jī)天線布局。高頻毫米波的傳輸損耗大,因此毫米波手機(jī)可能會(huì)呈現(xiàn)以下布局特征:一是協(xié)同化設(shè)計(jì),天線與芯片位置靠近,將天線與射頻前端集成化,即采用基于SiP封裝的AiP(Antenna-in-Package),減少高頻短波下的信號(hào)損耗;二是采用兩組線性相控陣,可以同時(shí)尋找新信號(hào)與識(shí)別舊信號(hào)。因此,5G毫米波手機(jī)需要定制,發(fā)展進(jìn)程將位于5GSub-6GHz手機(jī)之后,預(yù)計(jì)在2021年技術(shù)成熟后呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
毫米波段AiP封裝詳情
項(xiàng)目 | 內(nèi)容 |
手機(jī)用量 | 一個(gè)手機(jī)預(yù)計(jì)使用3-4個(gè)AiP模組,會(huì)將射頻元件、電源管理芯片、天線進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)封裝 |
供應(yīng)商 | 高通、三星宣布量產(chǎn)毫米波模組;華為海思與聯(lián)發(fā)科AiP封裝仍以Sub-6GHz為主 |
成本 | 傳統(tǒng)天線價(jià)格約1美元,AiP模組價(jià)格約是傳統(tǒng)天線的18-22倍,其中成本的70%-80%源自封裝測(cè)試。 |
材料 | 低頻段RF元件采用化合物半導(dǎo)體如GaAs;毫米波段材料采用GaN-On-SiC、GaN-On-Si等 |
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目前5G毫米波模組研發(fā)技術(shù)要求較高,當(dāng)前高通和三星具備領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。2018年7月,高通推出首款面向智能手機(jī)的全集成5GNR毫米波及6GHz以下射頻模組,即QTM052毫米波天線模組系列和QPM56xx6GHz以下射頻模組系列;同年10月,宣布將QTM052毫米波天線模組系列體積縮小25%。以高通QTM052為例,一部5G毫米波手機(jī)將集成4個(gè)模組以上。另外,三星的5G毫米波設(shè)備也成為全球首個(gè)通過(guò)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)批準(zhǔn)的5G毫米波產(chǎn)品。
據(jù)預(yù)測(cè),2021年后毫米波手機(jī)將放量,預(yù)計(jì)截至2025年,手機(jī)市場(chǎng)中將存在34%連接5GSub-6GHz網(wǎng)絡(luò),20%連接5G毫米波網(wǎng)絡(luò)(數(shù)量預(yù)計(jì)為5.64億部)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,手機(jī)端毫米波天線市場(chǎng)空間廣闊,提供天線板、轉(zhuǎn)接軟板,以及AiP封裝的企業(yè)將受益其中。
未來(lái)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)制式變遷過(guò)程預(yù)測(cè)
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2、射頻材料低頻段以GaAs主導(dǎo),高頻段GaN占優(yōu)
5G來(lái)臨,射頻功放材料將以GaAs主導(dǎo)。半導(dǎo)體材料的變遷歷程如下:Ge(鍺)、Si(硅)——GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)——SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)——SiGe(鍺化硅)、SOI(絕緣層上覆硅)——碳納米管(CNT)——石墨烯(Graphene)。當(dāng)前射頻功放的材料主要集中在第二代化合物半導(dǎo)體材料上。第一代Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等特點(diǎn);第二代半導(dǎo)體材料電子遷移率高,是Si的6倍,具有直接帶隙,相較第一代具有高頻、高速的性能;第三代半導(dǎo)體原料具有較大的帶寬寬度,較高的擊穿電壓,熱導(dǎo)率高,電子飽和速率高,同樣適用于制造高頻、高溫、大功率的射頻組件。比較GaAs與GaN,低頻領(lǐng)域GaAs可以承受較高工作電壓,且GaN目前制造成本依然較高,5GSub-6GHz頻段最適用的工藝方案是GaAs;而在毫米波領(lǐng)域,GaN材料憑借適用高頻、高輸出功率的優(yōu)勢(shì),更適合作毫米波射頻器件材料。
三代半導(dǎo)體材料比較
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不同材料工藝在不同頻率下的對(duì)比
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在射頻器件工藝上,主流射頻半導(dǎo)體制造工藝主要有5類,包括GaAs對(duì)應(yīng)工藝、SiGe對(duì)應(yīng)工藝、RFCMOS、UltraCMOS、SiBiCMOS。在手機(jī)射頻端最常使用的是GaAs對(duì)應(yīng)工藝、SiGe對(duì)應(yīng)工藝。
GaAs元件早期工藝為MESFET(金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管),而后演變?yōu)镠EMT(高電子遷移率晶體管)、pHEMT(介面應(yīng)變式高電子遷移電晶體),目前則演變至
HBT(異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管)。HBT組件的功率密度、電流推動(dòng)能力、線性度超過(guò)FET組件,適用于高功率、高效率、高線性度的功率放大器。此外,BT組件可以單電源操作,因此可以簡(jiǎn)化手機(jī)電路設(shè)計(jì),適用于射頻收發(fā)模塊的研制。
SiGe對(duì)應(yīng)的CMOS工藝兼顧Si工藝集成度、良率和成本優(yōu)勢(shì)和第三代半導(dǎo)體速度優(yōu)勢(shì),目前已經(jīng)較為成熟,適用于在6GHz以下低頻帶。但是CMOS功放版圖面積較大,設(shè)計(jì)復(fù)雜因此面臨的研發(fā)成本也并不低,在線性度、輸出功率、擊穿電壓等性能上仍不及GaAs。
5G時(shí)代,射頻PA面臨更高的功率、頻率及效率要求,Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等特點(diǎn),CMOS工藝已不能滿足要求,因此GaAsPA的市場(chǎng)將更加廣闊。
常見(jiàn)的PA工藝按材料分類
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3、模組集成已成趨勢(shì),SiP封裝減少空間占用
射頻器件按照設(shè)備中產(chǎn)品形態(tài)分類可分為分立器件和射頻前端模組。射頻前端模組包括蜂窩式PAMiD(PowerAmplifierModulewithIntegratedDuplexer)、
PAM(PowerAmplifierModule)、RxDM(ReceiveDiversityModule)、ASM(switchplexer)(AntennaSwitchModule)、Antennaplexers(multiplexer)、
LMM(Lownoiseamplifier-multiplexermodule)、MMMBPA(Multi-Mode,Multi-BandPowerAmplifier)、mmWFEM等,和連接式WiFiFEM、WiGigFEM等。
按高通定義,蜂窩式手機(jī)射頻模組主要可分為兩類FEMiD和PAMiD,F(xiàn)EMiD主要包括濾波器、雙工器、天線開(kāi)關(guān),PAMiD則在FEMiD基礎(chǔ)上再集成功率放大器。PAMiD相比FEMiD的集成度更高,技術(shù)難度也更高。
受5G核心技術(shù)特征影響,手機(jī)內(nèi)部射頻器件數(shù)量不斷提升,資料顯示,5G手機(jī)濾波器達(dá)到70個(gè),CA載波聚合達(dá)200個(gè),開(kāi)關(guān)增加至30個(gè)。因此,在智能手機(jī)有限的空間能布局更多的射頻器件成為5G手機(jī)時(shí)代必須解決的難題,目前全球頭部的射頻器件廠商Skyworks、Qorvo、Murata、Broadcom、TDK均投入資金研發(fā)射頻模組,射頻模組集成化趨勢(shì)已具備確定性。
SiP封裝可以實(shí)現(xiàn)不同射頻器件集成為手機(jī)預(yù)留空間。SiP(SystemInaPackage,系統(tǒng)級(jí)封裝)是將多個(gè)具有不同功能的有源電子元件與可選無(wú)源器件,以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起,實(shí)現(xiàn)一定功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝件,形成一個(gè)系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。SiP與SoC(SystemOnaChip系統(tǒng)級(jí)芯片)相對(duì)應(yīng),SiP是實(shí)現(xiàn)SoC封裝的基礎(chǔ),SoC是高度集成的芯片產(chǎn)品,SiP則是采用不同芯片進(jìn)行并排或疊加的封裝方式。智能手機(jī)內(nèi)部可以采用SiP封裝的部分大約占據(jù)一半以上,若實(shí)現(xiàn)集成將節(jié)約大量空間同時(shí)降低手機(jī)能耗。
智能手機(jī)內(nèi)部采用SiP封裝部分
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(二)、數(shù)量驅(qū)動(dòng):手機(jī)市場(chǎng)迎來(lái)?yè)Q機(jī)潮,出貨量有望回升
全球智能手機(jī)出貨量近年來(lái)趨穩(wěn),但出貨結(jié)構(gòu)有所變更,2008年3G商用,2009-2012年3G手機(jī)進(jìn)入高速成長(zhǎng)期;2010年4G開(kāi)始商用,2011-2014年4G手機(jī)出貨量復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到200%;預(yù)計(jì)2020年開(kāi)始商用,5G手機(jī)出貨量將迎來(lái)高速增長(zhǎng)。消費(fèi)者對(duì)移動(dòng)終端需求大幅上升,源于移動(dòng)終端已成為集結(jié)各項(xiàng)功能的便攜設(shè)備,且移動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸量與傳輸速度也在不斷提升。2016年全球每月流量為960億GB,其中智能手機(jī)流量占比為13%;預(yù)計(jì)2021年,全球每月流量將達(dá)到2780億GB,其中智能手機(jī)流量占比亦大幅提高到33%。據(jù)預(yù)測(cè),20205G智能手機(jī)出貨量將占智能手機(jī)總出貨量的8.9%,達(dá)到1.235億部;到2023年全球5G手機(jī)的市占率將達(dá)到26%,年復(fù)合增長(zhǎng)率23.90%。目前,中國(guó)已有15款5G手機(jī)獲得進(jìn)網(wǎng)許可證,包括華為的5款,vivo3款,OPPO2款;中興、三星、中國(guó)移動(dòng)終端、小米、萬(wàn)普拉斯各有一款手機(jī)入網(wǎng)。
IDC對(duì)5G手機(jī)市占率的預(yù)測(cè)
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手機(jī)上網(wǎng)流量比例不斷提升
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全球移動(dòng)終端出貨量
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(三)、價(jià)格驅(qū)動(dòng):智能手機(jī)中射頻前端價(jià)值占比逐步提升
4G方案的射頻前端芯片數(shù)量與整體價(jià)值相比2G/3G方案存在明顯增長(zhǎng), 2G制式手機(jī)中射頻前端芯片的價(jià)值為0.9美元,3G制式智能手機(jī)中射頻前端芯片價(jià)值為3.4美元,支持區(qū)域性4G制式的智能手機(jī)中射頻前端芯片的價(jià)值達(dá)到6.15美元,高端LTE智能手機(jī)中射頻芯片價(jià)值為15.30美元。隨著5G商用臨近,預(yù)計(jì)5G制式下智能手機(jī)內(nèi)射頻前端芯片價(jià)值將繼續(xù)上升,5G低頻段單機(jī)手機(jī)射頻芯片價(jià)值預(yù)計(jì)達(dá)32美元,毫米波單機(jī)手機(jī)射頻芯片價(jià)值預(yù)計(jì)達(dá)38.50美元。
射頻芯片價(jià)值變遷
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數(shù)據(jù)顯示,移動(dòng)設(shè)備以WiFi連接部分整體射頻前端市場(chǎng)規(guī)模將從2017年150億美元增長(zhǎng)到2023年350億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到14%。其中作為射頻前端最大市場(chǎng)的濾波器從2017-2023年將幾乎增長(zhǎng)3倍,復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到19%;市場(chǎng)份額第二的功率放大器將復(fù)合增長(zhǎng)7%。
2017-2023年射頻前端市場(chǎng)復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為14%
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具體看射頻前端細(xì)分市場(chǎng)分布,2017到2023年間,濾波器市場(chǎng)占比最大將達(dá)到66%,功放PA占比略降達(dá)到21%,前兩者比例之和接近90%,其余開(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧、LNA、毫米波模組市場(chǎng)占比在9%、3%、2%、1%。
射頻前端市場(chǎng)分布
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(三)、射頻為寡頭壟斷市場(chǎng),關(guān)注細(xì)分突破口
1.手機(jī)射頻前端市場(chǎng)潛力巨大
5G時(shí)代對(duì)于設(shè)備的性能提出了更高的要求,因此射頻器件的成本和所需數(shù)量都會(huì)得到提升。數(shù)據(jù)顯示,5G時(shí)代單部手機(jī)的射頻器件成本將由4G時(shí)期的18美元上升至25美元;而射頻器件的數(shù)量方面都有較大提高,例如單部手機(jī)濾波器數(shù)量從4G時(shí)代的40個(gè)上升至5G時(shí)代的70個(gè)左右,頻帶從15個(gè)增加至30個(gè),接收機(jī)發(fā)射機(jī)濾波器從30個(gè)增加至75個(gè),射頻開(kāi)關(guān)從10個(gè)增加至30個(gè),載波聚合從5個(gè)增加至200個(gè)等等。
2017年手機(jī)射頻器件全球總市場(chǎng)為150億美元,隨著5G的發(fā)展,將在2023年達(dá)到350億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率CAGR預(yù)計(jì)為14%。
其中射頻濾波器(Filters)全球市場(chǎng)將在2023年達(dá)到225億美元,CAGR為19%;射頻天線調(diào)諧器(Antennatuners)將達(dá)到10億美元,CAGR為15%;射頻開(kāi)關(guān)(Switches)將達(dá)到30億美元,CAGR為15%;射頻功率放大器(PA)將達(dá)到70億美元,CAGR為7%;射頻低噪聲放大器(LNAs)將達(dá)到6.02億美元,CAGR為16%;而隨著5G時(shí)代的到來(lái),5G毫米波射頻前端(mmWFEM)將從0增長(zhǎng)至4.23億美元。
2017-2023年MARKETOUTLOOK
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而按照不同網(wǎng)絡(luò)制式拆分來(lái)看,數(shù)據(jù)顯示,5G射頻前端全球市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)從2018年的0增長(zhǎng)至2022年的55億美元,而LTEAdvanced射頻前端市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)從2018年的25億美元增長(zhǎng)至至2022年的70億美元,2G/3G/4G的射頻前端市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)從2018年的110億美元下降至2022年的85億美元。
2017-2022年手機(jī)射頻前端市場(chǎng)規(guī)模情況(億美元)
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2、整體市場(chǎng)由國(guó)外廠商寡頭壟斷,國(guó)內(nèi)技術(shù)待突破
現(xiàn)階段,全球射頻前端芯片市場(chǎng)主要被歐美日等廠商壟斷,前五大公司Skyworks(25.5%)、Qorvo(19.4%)、Qualcomm(18.7%)、Broadcom(18.3%)、Murata(5.1%)市場(chǎng)份額合計(jì)約87%,國(guó)內(nèi)手機(jī)終端廠商多進(jìn)口國(guó)外射頻器件。根據(jù)2015年5月國(guó)務(wù)院發(fā)布的《中國(guó)制造2025》,“到2020年,40%的核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料實(shí)現(xiàn)自主保障”,“到2025年,70%的核心基礎(chǔ)零部件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料實(shí)現(xiàn)自主保障”,提出中國(guó)的芯片自給率要不斷提升。在這一過(guò)程中,射頻前端芯片行業(yè)因產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于移動(dòng)智能終端,行業(yè)戰(zhàn)略地位將逐步提升,國(guó)內(nèi)的射頻前端芯片設(shè)計(jì)廠商亦迎來(lái)巨大發(fā)展機(jī)會(huì),在全球市場(chǎng)的占有率有望大幅提升。
射頻前端全球五大供應(yīng)廠商
公司 | 英文名 | 稱國(guó)家 | 2018年?duì)I業(yè)收入 | 2018年射頻產(chǎn)品收入 | 射頻收入占比 | 詳情 | |
思佳訊 | Skyworks | 美國(guó) | 38.68 | 38.68 | 100% | 模組、濾波器、PA、開(kāi)關(guān)、LNA、調(diào)諧 | |
威訊聯(lián)合 | Qorvo | 美國(guó) | 29.74 | 21.81 | 73% | 模組、濾波器、PA、開(kāi)關(guān)、LNA、調(diào)諧 | |
高通 | Qualcomm | 美國(guó) | 227.32 | 全資收購(gòu)RF360,射頻銷售約翻倍 | - | 模組、濾波器、PA、開(kāi)關(guān)、LNA、調(diào)諧 | |
博通 | Broadcom | 美國(guó) | 208.48 | 64.90 | 31% | 模組、濾波器、PA、開(kāi)關(guān)、LNA、調(diào)諧 | |
村田 | Murata | 日本 | 129.42 | 37.26 | 29% | 模組、濾波器、PA、開(kāi)關(guān)、LNA |
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全球與國(guó)內(nèi)主要射頻器件供應(yīng)商
射頻器件 | 英文名稱 | 全球主要廠商與市占率 | 國(guó)內(nèi)相關(guān)供應(yīng)商 |
濾波器 | Filter | SAW濾波器:Murata(47%)、TDK(21%)、太陽(yáng)誘電(14%)、Skyworks(10%);BAW濾波器:Broadcom(87%)、Qorvo(8%) | 麥捷科技、中電科26所、德清華瑩(中電科55所、信維通信)、好達(dá)電子、天津諾思、云塔科技 |
功放 | PA | Skyworks(43%)、Qorvo(25%)、Broadcom(25%) | 海威華芯(海特高新)、三安集成(三安光電)、中科漢天下、唯捷創(chuàng)芯、紫光展銳、國(guó)民飛驤、慧智微、宜確半導(dǎo)體(長(zhǎng)盈精密) |
射頻開(kāi)關(guān) | Switch | kyworks(33%)、Qorvo(20%)、Murata(14%)、Broadcom(10%)、卓勝微(5%) | 卓勝微、唯捷創(chuàng)芯、銳迪科、中普微(韋爾股份)、德清華瑩、 |
低放 | LNA | Broadcom(16%)、ONSemiconductor(12%)、Infineon(9%)、TI(8%)、NXP(7%) | 卓勝微、唯捷創(chuàng)芯、銳迪科 |
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3、射頻前端與天線細(xì)分市場(chǎng)格局
3.1濾波器市場(chǎng)現(xiàn)狀
濾波器是射頻前端中份額占比最高的器件,達(dá)50%以上。濾波器的技術(shù)復(fù)雜,雖然當(dāng)前射頻前端的發(fā)展趨勢(shì)均是趨向高集成化,但濾波器不受到器件標(biāo)準(zhǔn)化的影響,高性能濾波器可以保證無(wú)線信號(hào)滿足通信協(xié)議對(duì)干擾的要求。濾波器的完成需要芯片設(shè)計(jì)與成熟工藝的協(xié)同優(yōu)化,因此廠商需要較高的人員、設(shè)備投入與高昂的時(shí)間成本。
目前全球SAW和BAW濾波器市場(chǎng)均被國(guó)際巨頭壟斷。在SAW濾波器市場(chǎng),前五大廠商(Murata、TDK、TAIYOYUDEN、Skyworks、Qorvo)占據(jù)了95%的全球市場(chǎng);而在BAW濾波器市場(chǎng)中,僅Broadcom-Avago一家就占據(jù)了87%的全球市場(chǎng)份額,而且全球市場(chǎng)均被國(guó)外大廠壟斷。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)大批量生產(chǎn)和出貨的射頻濾波器的企業(yè)。
全球SAW濾波器市場(chǎng)份額情況
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全球BAW濾波器市場(chǎng)份額情況
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SAW濾波器可滿足約1.5GHz以內(nèi)的頻率使用,BAW濾波器則可應(yīng)用于更高頻率。SAW濾波器無(wú)法滿足高頻段的使用條件,因此BAW濾波器成為市場(chǎng)新焦點(diǎn),是未來(lái)5G時(shí)代發(fā)展的主要方向,但是技術(shù)難度也較大,因此國(guó)內(nèi)廠商目前主要布局還是在SAW濾波器,BAW濾波器還處于研發(fā)階段。
目前國(guó)內(nèi)布局SAW濾波器的企業(yè)有麥捷科技、瑞宏科技、信維通信、中電德清華瑩、華遠(yuǎn)微電、無(wú)錫好達(dá)電子等,雖取得一定進(jìn)展,但在大批量生產(chǎn)和出貨能力方面仍有追趕空間。但是由于射頻芯片市場(chǎng)的投入相對(duì)較小,因此是一個(gè)很好的嘗試點(diǎn)和突破口,國(guó)產(chǎn)濾波器有望實(shí)現(xiàn)突破。
我國(guó)當(dāng)前有部分基站SAW濾波器的IDM供應(yīng)商近年來(lái)開(kāi)始進(jìn)軍終端市場(chǎng),如好達(dá)電子、德清華瑩;也有部分fabless廠商切入SAW濾波器領(lǐng)域,如麥捷科技、中電26所、卓勝微等。但在BAW濾波器領(lǐng)域,受制于工藝與設(shè)計(jì)的雙重難度,國(guó)內(nèi)廠商實(shí)現(xiàn)突破的難度較大,目前國(guó)內(nèi)只有中電26所和天津諾思有較完整工藝線。
國(guó)內(nèi)濾波器公司詳情
公司 | 詳情 |
麥捷科技 | 2016年增發(fā)募資用于LTCC基板的SAW生產(chǎn)項(xiàng)目,預(yù)計(jì)項(xiàng)目建成后,年產(chǎn)濾波器9.4億只,達(dá)產(chǎn)后預(yù)計(jì)年均實(shí)現(xiàn)銷售收入3.87億元,年均實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn)5806萬(wàn)元。公司的主要客戶為中興、華為、聯(lián)想、小米、冠捷、TCL、長(zhǎng)虹、酷派、魅族、康佳等國(guó)內(nèi)一流企業(yè)。 |
中電科26所 | 同時(shí)具有SAW,TC-SAW,F(xiàn)BAR研發(fā)和生產(chǎn)的單位。通過(guò)與麥捷科技的股權(quán)交易,重點(diǎn)在布局手機(jī)濾波器市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。 |
德清華瑩(中電科55所、信維通信) | 已具備8000萬(wàn)只SAW濾波器的年產(chǎn)能。 |
好達(dá)電子 | 擁有國(guó)內(nèi)最大、最先進(jìn)的SAW濾波器,核心業(yè)務(wù)為SAW濾波器、雙工器、諧振器。 |
天津諾思 | 推出2.6G194MHZ帶寬濾波器—RSFP2602D(適用于5GNRn41頻段)和3.5G200MHz帶寬濾波器—RSFP3500D(適用于5GNRn78頻段)。 |
云塔科技 | 推出了國(guó)內(nèi)首顆自主研發(fā)的5GNRn77頻段、n78頻段、n79頻段三款濾波器芯片。 |
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3.2PA市場(chǎng)現(xiàn)狀
功率放大器在射頻前端價(jià)值占比位列第二,份額在30%左右,全球市場(chǎng)主要由Skyworks(43%)、Qorvo(25%)、Broadcom(25%)三大射頻器件龍頭覆蓋。雖然多模多頻將減少功放的用量,但是5G建設(shè)下,高頻與超高頻的PA市場(chǎng)具備較高價(jià)值,2G/3G市場(chǎng)空間縮小,5G市場(chǎng)擴(kuò)大未來(lái)將趨向于量?jī)r(jià)齊升。
全球PA器件市場(chǎng)格局
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中國(guó)手機(jī)終端GaAsPA市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
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我國(guó)也存在一批經(jīng)營(yíng)PA業(yè)務(wù)的廠商,主要有紫光展銳、中科漢天下、唯捷創(chuàng)芯、蘇州宜確半導(dǎo)體、國(guó)民飛驤、廣州慧智微電子等。但國(guó)產(chǎn)PA廠商也大多采用Fabless模式,以芯片設(shè)計(jì)為主,且產(chǎn)品主要集中在市場(chǎng)中低端,所占市場(chǎng)份額仍較小。
據(jù)預(yù)測(cè),功率放大器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從2018年的214億美元增長(zhǎng)到2023年的306億美元,復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到7.4%。GaAs工藝PA市場(chǎng)擴(kuò)大,據(jù)預(yù)測(cè),隨著5G智慧型手機(jī)滲透率逐漸提升,國(guó)內(nèi)手機(jī)GaAsPA市場(chǎng)將從2019年的18.76億美元增長(zhǎng)到2023年的57.27億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到19.17%,高于PA整體市場(chǎng)增長(zhǎng)率。
具體分析國(guó)內(nèi)GaAsPA廠商,主要可以分為三類,IDM、Fabless、晶圓代工企業(yè),其中,比較突出的包括海威華芯、三安集成、漢天下、唯捷創(chuàng)芯、紫光展銳、國(guó)民飛驤、慧智微等。雖然國(guó)內(nèi)廠商競(jìng)爭(zhēng)力仍較弱,但已有部分廠商進(jìn)入國(guó)內(nèi)終端產(chǎn)業(yè)鏈,伴隨著國(guó)內(nèi)政策支持,研發(fā)環(huán)境改善,國(guó)產(chǎn)自主可控概念的不斷加強(qiáng),廠商生產(chǎn)線有望趨向高端化,向國(guó)際廠商靠近。
國(guó)內(nèi)PA廠商詳情
公司 | 詳情 |
海威華芯 | 已發(fā)布0.15um砷化鎵工藝,適用于20GHz以下領(lǐng)域,2025年GaAs和GaN合計(jì)產(chǎn)能10萬(wàn)片/月。 |
三安集成 | 規(guī)劃產(chǎn)能30萬(wàn)片/年的砷化鎵高速半導(dǎo)體外延片,30萬(wàn)片/年的砷化鎵高速半導(dǎo)體芯片 |
中科漢天下 | 國(guó)內(nèi)2G/3GPA主流廠商,4GPA與IDH和品牌客戶合作,年出貨量超7億顆唯捷創(chuàng)芯4GPA進(jìn)入小米供應(yīng)鏈紫光展銳以展銳平臺(tái)手機(jī)客戶為主,產(chǎn)品包括2G/3G/4G基帶芯片、PA和濾波器 |
國(guó)民飛驤 | 3GPA與國(guó)內(nèi)品牌和IDH合作;4G供應(yīng)小米低端產(chǎn)品,已擁有完整4G射頻方案;5GPA開(kāi)始研發(fā)慧智微全球首家量產(chǎn)可重構(gòu)MIMO射頻前端芯片,特色是重構(gòu)SOI+GaAs工藝 |
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(四)、射頻開(kāi)關(guān)和LNA:未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊
由于移動(dòng)通訊技術(shù)的變革,智能手機(jī)需要接收更多頻段的射頻信號(hào),對(duì)于射頻開(kāi)關(guān)的需求也隨之提升。2011年及之前智能手機(jī)支持的頻段數(shù)不超過(guò)10個(gè),而隨著4G通訊技術(shù)的普及,至2016年智能手機(jī)支持的頻段數(shù)已經(jīng)接近40個(gè);因此,移動(dòng)智能終端中需要不斷增加射頻開(kāi)關(guān)的數(shù)量以滿足對(duì)不同頻段信號(hào)接收、發(fā)射的需求。
2010年以來(lái)全球射頻開(kāi)關(guān)市場(chǎng)經(jīng)歷了持續(xù)的快速增長(zhǎng),2018年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到16.54億美元,隨著5G商業(yè)化的推進(jìn),預(yù)計(jì)2020年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到22.90億美元。
2018-2023年間,全球射頻開(kāi)關(guān)市場(chǎng)規(guī)模的年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)達(dá)16.55%。
2010-2020年全球射頻開(kāi)關(guān)市場(chǎng)規(guī)模及增長(zhǎng)走勢(shì)
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隨著移動(dòng)通訊技術(shù)的變革,移動(dòng)智能終端對(duì)信號(hào)接收質(zhì)量提出更高要求,需要對(duì)天線接收的信號(hào)放大以進(jìn)行后續(xù)處理。一般的放大器在放大信號(hào)的同時(shí)會(huì)引入噪聲,而射頻低噪聲放大器能最大限度地抑制噪聲,因此得到廣泛的應(yīng)用。
據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年,全球射頻低噪聲放大器(LNA)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)14.21億美元。隨著4G的普及,智能手機(jī)中天線和射頻通路的數(shù)量增多,對(duì)射頻低噪聲放大器的數(shù)量需求迅速增加,因此預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年將持續(xù)增長(zhǎng),到2020年,其市場(chǎng)規(guī)模將在5G商業(yè)化建設(shè)迎來(lái)發(fā)展高峰,在2023年達(dá)17.94億美元。
2010-2020年全球射頻低噪聲放大器(LNA)市場(chǎng)規(guī)模及增長(zhǎng)走勢(shì)
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