5G推動射頻革命，中國廠商需奮起直追

隨著智慧型手機螢幕、電池容量的增大，加上智慧型手機內部功能組件的增多，PCB區域已成為移動終端內部寸土寸金的競爭地帶，他們都在擠壓著射頻前端的物理空間，加上移動通信技術的發展，對於射頻前端的設計複雜程度和技術難度帶來了極大的挑戰。

研究機構Yole Developpement最新的報告指出，隨著5G技術日益成熟，未來射頻功率放大器(RF PA)市場將出現顯著成長，但傳統的LDMOS製程將逐漸被新興的氮化鎵(GaN)取代，砷化鎵(GaAs)的市場占比則相對穩定。

Yole預計，電信基地台設備升級與小型基地台的廣泛布建，將是推動RF PA市場規模成長最主要的動力來源。

2016年全球RF PA市場規模約為15億美元，到2022年時，市場規模將達到25億美元，複合年增率(CAGR)為9.8%。

不過，由於導入新的射頻技術，並且使用更高的通訊頻段，因此RF PA必須使用新的製程技術來實現。

展望未來，採用GaN製程的RF PA將成為輸出功率3W以上的RF PA所採用的主流製程技術，LDMOS製程的市場份額則會明顯萎縮。

5G下的射頻前端

無線移動通信在20多年裡得到了飛速的發展，給人們的生活、學習和工作方式以及政治、經濟、社會等各方面都帶來了巨大的影響。

自2012年初WRC-12上ITU通過了4G標準之後，通信業界開始研究5G。

各國成立了專門組織推進5G研究，爭搶新一輪技術和標準的影響力和制高點。

例如，歐盟啟動了METIS、5GNOW等多個5G預研項目，並成立了5GPPP；韓國成立了5G Forum等；美國和日本也啟動了5G研究。

《IEEE Communications Magazine》在2014年2月和5月出版了兩期關於5G的技術專題。

從技術層面看，5G行動網路是繼目前4G LTE部署後移動電信標準的下一個主要階段。

從4G到4G+再到5G，意味著射頻系統的複雜度大大增加，需覆蓋的頻段大大增多。

據了解，目前全球典型的4G頻段已經有近30個。

在談5G給RF的挑戰之前，我們先來了解一下什麼是射頻前端。

從定義上來看，RF FEM是指從天線到Modem之間的整個系統。

在這一部分，包含了濾波器、LNA、PA、開關和雙工器等等。

回顧1G到4G的發展歷程，無線網絡的上下行速度在不斷加快，設備的射頻也在逐步演進。

到了4G時代，由於多模多頻的需求，射頻前端的複雜度已經大幅增加，面對即將到來的5G，這個挑戰更是空前的。

因為從4G到5G，無線傳輸速度跨越式提升。

根據無線通訊的相關理論，這樣的速度提升可以通過增加頻譜利用率或者頻譜帶寬來實現。

但從目前的無線應用現狀看來，由於常用的5Ghz以下頻段已經非常擁擠。

為了獲取頻譜資源，業界只有將目光投向了更高頻率的毫米波。

在解決了頻段問題，射頻也要齊頭並進。

在手機中，2G和3G無線網絡的RF功能簡單。

2G有四個頻段，3G有五個頻段。

但對4G來說，有40多個頻段。

4G不僅融合了2G和3G頻段，而且還搭載了4G頻段。

除此之外，移動運營商已經部署了一種稱為載波聚合的技術。

載波聚合將多個信道或分量載波組合到一個大數據管道中，可以在無線網絡中實現更大的帶寬和更快的數據速率。

為了處理頻段和載波聚合，OEM廠商需要複雜的RF前端模塊。

5G為RF提出了難題

如今的智慧型手機，特別是高端旗艦手機，打電話不僅要全網通，還要支持更多的頻段，例如全球全網通，除了打電話，還要上網瀏覽網頁、上傳下載網速也要快，這些需求的擴大，越來越考驗射頻前端技術的複雜程度，RF在當下和未來也面臨著諸多新的技術挑戰。

我們可以通過對以上技術要求進行拆分，了解5G時代射頻面臨的挑戰。

首先談一下載波聚合。

由於ITU為5G制定了最高50Gbps的下行速率標準，那麼相較於4G中最高支持5個20Mhz的載波聚合，進入5G時代，載波聚合的數量可能會高達32或者64。

對於射頻廠商來說，就是需要解決串擾的問題。

這就給濾波器帶來新的需求。

除了濾波器外，這種多載波聚合還會對PA和開關器件的線性度提出更高的需求。

更重要的是，全網通手機需要支持的頻段越來越多、同時多載波聚合組合數也在增加，對於射頻前端的技術挑戰性更大。

其次高頻率對濾波器的轉變也是一個挑戰。

在4G以前，由於頻率相對較低，SAW濾波器已經能夠滿足設備的需求。

但跨入了5G高頻時代，SAW的局限性就凸顯。

在高頻仍然保持較高Q值的BAW濾波器就成為了業界的新寵。

第三，5G引致PA的轉變。

在5G毫米波時代，高頻段讓傳統PA的LDMOS工藝捉襟見肘，但天生的性能缺陷讓其在未來的高頻應用中優勢盡失，基站亟需高功率密度、高運行電壓、高頻率和高帶寬的新工藝產品，於是擁有材料性能優勢的氮化鎵就成為業界追逐的新爆發點。

而5G的高頻特性，使得信號很容易被阻礙，因此使用微基站來進行信號覆蓋，就成為了業界的共識。

氮化鎵PA恰好也能完美契合微基站的需求。

GaN將取代LDMOS製程

目前針對3G/HSPA和LTE基站市場的PA（功放）主要有LDMOS和砷化鎵兩種類型。

其中，LDMOS製造工藝結合了BPT和砷化鎵工藝。

與標準MOS工藝不同的是，在器件封裝上，LDMOS沒有採用BeO氧化鈹隔離層，而是直接硬接在襯底上，導熱性能得到改善，提高了器件的耐高溫性，大大延長了器件壽命。

眾所周知，基站使用的射頻功率管一般採用 LDMOS 工藝，但現在 LDMOS 工藝正在被氮化鎵（ GaN ）工藝取代。

這是給半導體產業帶來的第一個挑戰，也是機遇。

目前，射頻器件中的功率放大器主要採用基於矽的橫向擴散金屬氧化物半導體 (LDMOS) 技術。

但是矽基技術在高頻應用領域存在局限性： LDMOS 功率放大器的帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少， LDMOS 僅在不超過約 3.5GHz 的頻率範圍內有效。

隨著通訊頻段向高頻遷移，基站和通信設備需要支持高頻性能的功率放大器。

如今， GaN 是有可能滿足這些要求的唯一普及的技術： GaN 功率放大器已經能處理 50GHz 或以上的毫米波頻率。

另外， GaN 功率放大器支持更高的帶寬，即使在較高的頻率也是如此。

雖然目前從性價比考慮， LDMOS 將仍然會是中低端頻率的主流，但是在在 10GHz 以上的頻段， GaN的優勢非常大。

我們認為 5G 時代 GaN 功率放大器將成為超高頻通信領域的首選。

另一方面，砷化鎵PA 晶片是目前市場主流，出貨占比占9 成以上。

在2G 時代，PA 晶片主要採用CMOS 工藝，而進入3G 時代，生產工藝轉向電子遷移率更高、截止頻率更高的砷化鎵製程技術。

國內廠商在砷化鎵晶圓製造領域已有不少投資項目，隨著三安光電及海特高新的砷化鎵產線投產，國內PA 晶片廠商的研發及生產環境將得到大幅改善。

市場被歐美廠商把持

通常情況下，一部手機主板使用的射頻晶片占整個線路面板的30%-40%。

據悉，一部iPhone 7僅射頻晶片的成本就高達24美元，有消息稱蘋果今年每部手機在射頻晶片上的投入將歷史性地超過30美元。

隨著智慧型手機疊代加快，射頻晶片也將迎來一波高峰。

目前，手機中的核心器件大多已實現了國產化，唯獨射頻器件仍在艱難前行。

據悉，全球約95%的市場被控制在歐美廠商手中，甚至沒有一家亞洲廠商進入頂尖行列。

Skyworks（思佳訊）

射頻元件龍頭，蘋果射頻供應商，主營方向為射頻前端產品，包括射頻功率放大器即RF PA、各種濾波器、混頻器、衰減器等。

手機中用到的射頻器件：

iPhone SE：射頻晶片 SKY77611、 電源放大模塊SKY77827

iPhone SE： SKY77802-23、SKY77803-20

iPhone 6S：電源放大模塊SKY77812（x2）

iPhone6 Plus：SKY77802-23

iPhone7 Plus：SKY78100-20

Qorvo

作為全球知名的射頻方案提供商， Qorvo 在 5G 方面的布局是非常領先的。

這首先體現在 GaAs 器件的布局上。

Qorvo 表示，由於毫米波的應用。

對新型器件就有了強烈的需求，與砷化鎵和矽等材料相比， GaN 在有高頻率需求小型基站需求的 5G 中優勢是非常明顯，而 5G 也會驅動很多技術的進步。

除了基站外， Qorvo 也推動 GaN 器件在手持設備上的普及。

Qorvo 目前也推出了一些 GaN 器件，以滿足 5G 的應用。

當中包括了一些高壓低頻率和高頻率的器件。

英飛凌

目前英飛凌提供世界一流的 SiGe:C 技術，可使 LNA 具有最低噪聲係數、最高線性度和最低功耗； 130 nm RFCMOS 技術使射頻開關尺寸小巧且插入損耗低； 2 層導線架封裝適用於複雜系統，可提供設計靈活性；致力於投資創新技術，已經在毫米波應用取得領先。

村田

村田總部位於日本，公司於1944年10月創業，1950年12月正式改名為村田製作所。

創業者是村田昭主力商品是陶瓷電容器，高居世界首位。

其他具領導地位的零件產品計有陶瓷濾波器，高頻零件，感應器等。

不僅是手機、家電，汽車相關的應用、能源管理系統、醫療保健器材等，都有村田公司的身影。

手機中用到的射頻器件：

iPhone6S：村田240前端模塊

iPhoneSE：村田240前端模塊

NXP

NXP 認為，在向 5G 演變過程中，需要更高的頻率帶寬， Si LDMOS 在目前的網絡中還處於主力位置，但在大雨 3.5GHZ 之後， GaN 和 GaAs 會成為主力，更大的寄生效應就會引致更高的集成化需求；而 MIMO 和小型蜂窩則會帶來更低發射功率的需求，這就要求更低的供電電壓；更小尺寸的 PA 封裝需求和高集成度；在這過程中也會產生信號帶寬的持續增長。

國產射頻器件上市公司

隨著5G的加速推進，國內一大波從事射頻器件製造的公司也迎來新的發展機遇。

目前，國產射頻器件上市公司主要有：

信維通信，產品線已從天線向射頻隔離、射頻連接器、射頻材料擴展；

碩貝德，在5G天線及射頻前端模組上的開發處於國內領先水平；

惠州碩貝德無線科技股份有限公司成立於2004年2月，2012年在深圳證券交易所創業板掛牌上市。

業務方向涉及移動智能終端天線、精密模具設計製造、塑膠及金屬結構件、無線充電產品、指紋及傳感器模組、半導體先進封裝測試、智能檢測治具及裝備等領域。

產品主要應用於手機、平板、可穿戴設備、筆記本電腦、汽車、無人機、安防監控等領域。

麥捷微電子，片式電感及LTCC射頻元器件的龍頭廠商。

創建於2001年的民營高科技企業，致力於成為泛亞洲地區頂尖的被動電子元器件製造商。

主要研發和生產各類陶瓷射頻元器件，包括藍牙（WIFI）天線、濾波器和GPS天線等；以及疊層式貼片電感和磁珠、貼片式繞線電感、功率電感、共模濾波器等系列產品。

長盈精密，成立於2001年7月，是一家專業從事移動通信終端、數碼及光電產品等配套精密手機金屬外觀件、手機金屬邊框、精密電磁屏蔽件、微型精密連接器等產品研發、生產、經營的高成長型股份制企業，也是國家、深圳市認定的「高新技術企業」。

長盈精密擁有兩大核心技術，分別為基於GaAs pHEMT工藝的功率放大器與包絡跟蹤電源系統。

這兩個核心技術均可以有效提高射頻前端的平均效率，面對市場具有極高的成品優勢和性價比。

武漢凡谷，國內主要的移動通信射頻器件供應商，為各大移動通信系統集成商提供射頻器件配套服務，是華為、中興、普天、諾西等全球通信設備商的射頻器件供應商。

主要產品有雙工器、濾波器、塔頂放大器、數字微波等。

大富科技，成立於2001年，是全球領先的移動通信基站射頻器件、結構件生產服務商，產品主要被應用於通信基站設備，大富科技去年營收24.07億，與武漢凡谷、春興精工等是競爭對手。

順絡電子，國內電感和射頻元件龍頭。

順絡電子成立於2000年，是一家專業從事各類片式電子元件研發、生產和銷售的高新技術企業，主要產品包括疊層片式電感器、繞線片式電感器、共模扼流器、壓敏電阻器、NTC熱敏電阻器、LC濾波器、各類天線、NFC磁片、無線充電線圈組件、電容、電子變壓器等電子元件。

產品廣泛應用於通訊、消費類電子、計算機、LED照明、安防、智能電網、醫療設備以及汽車電子等領域。

唯捷創芯，國內最大射頻IC設計公司。

該公司致力於射頻與高端模擬集成電路的研發，是集設計、測試、銷售一體化的集成電路設計公司。

公司目前的主要產品是射頻功率放大器，廣泛應用於2G/3G/4G手機及其它智能移動終端。

國民飛驤（Lansus）

2015年從國民技術分離出來。

2010年開始依託國內市場開發國產射頻功率放大器和射頻開關。

2011年，其NZ5081應用於宇龍酷派8180 TD-SCDMA手機，是第一個應用於智慧型手機的國產PA（RDA是第一個應用於國產功能機的PA）。

2015年，phase 1射頻功放做進紅米2A手機。

現在的客戶包括小米，酷派，中興，魅族等等。

國民飛驤已經擁有了國內同行業內最完整、最齊全的4G射頻解決方案，覆蓋包括MTK、高通、展訊、聯芯、Marvell等各種平台。

中科漢天下（Huntersun）

國內領先的 2G、3G 和 4G 射頻前端晶片供應商，產品主要有手機射頻前端/功放晶片，物聯網核心晶片等，RF-PA每月出貨量超過7000萬顆，其中2G PA超過4000萬/月，3G PA超過1100萬套/月，4G PA導入數家知名IDH方案商和品牌客戶的BOM列表。

2015年晶片的總出貨量近6億顆，射頻前端晶片出貨量在華人公司排名第一，遠超國內同行出貨量之和。

2016年，中科漢天下大規模量產4G三模八頻和五模十七頻的射頻前端套片，2G CMOS射頻前端晶片，3G CMOS TxM射頻前端模塊，以及藍牙低功耗SOC晶片，高品質藍牙音頻SOC晶片等。

技術工藝不達預期，中國廠商任重而道遠

在射頻前端這個市場，高端領域基本被外國廠商壟斷這是毫無疑問的，但近幾年中國廠商的進步也是有目共睹的。

伴隨著移動通信的跨越式發展，中國已經形成了全球規模最大、最有活力的消費電子市場，在這片沃土不僅孕育出了華為海思、紫光展銳等優秀的手機處理器平台方案廠商，也湧現出一批優秀的射頻前端晶片企業，他們在「依靠成本優勢從低端產品切入，迅速拓展高端產品線」的策略下不斷發展壯大，在殘酷的市場尋找自己的競爭優勢。

在SAW 器件領域，國內主要廠商包括以中電26 所、中電德清華瑩為代表的科研院所、無錫好達電子等廠商。

國內廠商整體實力較薄弱，科研院所的產品主要面向軍用通信終端設備。

無錫好達電子的saw 濾波器產品在手機中實現了銷售，客戶包括中興、宇龍、金立、三星、藍寶、富士康、魅族等。

但是，目前國內廠商大部分 SAW 濾波器廠商仍停留在公頻波段（較低頻率，低於 1GHz）的產品生產中。

而對於更高的射頻工作頻率（如目前 LTE 波段覆蓋的高於 2GHz 頻段），對工藝有著更高的技術要求，國內暫時無法追趕。

在BAW領域國內更是幾近一片空白，所以在未來的5G時代，將長時間保持對國外的依賴是一個必然的現象。

在PA產業，則進展較為順利。

湧現出、漢天下、國民飛驤、中科漢天下、唯捷創芯和蘇州宜確等一批廠商，但和濾波器面臨同樣的問題，那就是高端依然是心頭之痛。

射頻領域，中國依然還有很長的一段路要走！（文/劉燚）

今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1352期內容，歡迎關注。

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