我們?cè)?019年報(bào)道過射頻前端的現(xiàn)狀和替代情況，當(dāng)時(shí)的結(jié)論是：射頻前端的需求將呈暴發(fā)式增長(zhǎng)，毫米波頻段將給射頻器件/方案平臺(tái)商帶來機(jī)遇；圍繞射頻前端模塊集成發(fā)展更快的廠商有望成為行業(yè)主導(dǎo)者，SiP集成是重點(diǎn)著力方向。RJXesmc

如今，5G技術(shù)商用已經(jīng)三年整，智能手機(jī)年出貨量破13億，智能家電、穿戴產(chǎn)品年出貨量均破5億，5G基站累計(jì)建成數(shù)百萬臺(tái)，這些設(shè)備的無線聯(lián)網(wǎng)功能的實(shí)現(xiàn)都離不開射頻前端?，F(xiàn)在，射頻前端發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)如何？RJXesmc

走向AiP天線封裝，射頻前端進(jìn)一步集成

近十余年來，智能手機(jī)功能越來越強(qiáng)大，其內(nèi)部元件也越來越集成。雖然手機(jī)尺寸也在逐漸變大，但作為便攜移動(dòng)通信設(shè)備，它有著非常嚴(yán)格的尺寸限制。隨著手機(jī)功能的完善，電路板空間無法再設(shè)計(jì)更多元件和電路，分散安裝形式變得非常困難，于是供應(yīng)商開始聚焦“集成化”和“模塊化”。RJXesmc

從2G到5G，最明顯的特點(diǎn)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)速度加快，這需要各類射頻器件的支持。以4G手機(jī)的通訊模組為例，它可分為天線、射頻前端、收發(fā)器和數(shù)據(jù)機(jī)等主要的SiP(System in Package，系統(tǒng)級(jí)封裝)模組，目前SiP大致可分為晶圓級(jí)封裝技術(shù)(WLCSP)和基板級(jí)封裝技術(shù)。SiP將多種功能芯片(包括CMOS、BiCMOS、GaAs等工藝的芯片)集成在一個(gè)封裝內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本完整的功能，帶來尺寸小、時(shí)間快、成本低、生產(chǎn)效率高、系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。這類封裝涉及到Wi-Fi模組、UWB模組、AiP模組、指紋辨識(shí)模組、智能穿戴用手表和耳機(jī)模組等。RJXesmc

到5G時(shí)代，射頻前端從分立器件，轉(zhuǎn)向FeMid(集成開關(guān)、濾波器和雙工器)和PaMid(集成多模式多頻帶PA和FeMid)形式。另外，5G毫米的短波長(zhǎng)特點(diǎn)讓天線尺寸更短，AiP(天線封裝)把天線集成到射頻開關(guān)、濾波器和放大器的SiP中，極大簡(jiǎn)化了毫米波應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)、加快了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。RJXesmc

全球供應(yīng)商已有針對(duì)SiP和AiP封裝來布局。RJXesmc

SiP系統(tǒng)封裝在智能手表、TWS耳機(jī)等產(chǎn)品上有很好的應(yīng)用，蘋果的AirPods、Apple Watch都采用了SiP封裝，歌爾股份和立訊精密為蘋提供SiP服務(wù)，Tier 1德賽西威的車規(guī)SiP預(yù)計(jì)今年下半年上線投產(chǎn)，美的、TCL、海信等終端生產(chǎn)商也布局SiP。RJXesmc

SiP系統(tǒng)封裝參與者中中國企業(yè)較多，包括了日月光、長(zhǎng)電科技、通富微電、華天科技、甬矽電子、晶方科技、華進(jìn)半導(dǎo)體等封測(cè)廠，還有發(fā)力基板級(jí)SiP封裝的環(huán)旭電子、深南電路、歌爾股份、歐菲光、丘鈦科技、立訊精密、富士康、聞泰科技等。RJXesmc

全球AiP的專利格局主要由IDM、Foundry、Fabless和外包封測(cè)廠(OSAT)、手機(jī)廠主導(dǎo)，相關(guān)技術(shù)主要掌握在臺(tái)系、日系及美系廠商手中。據(jù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)研究公司Knowmade資料顯示：中芯長(zhǎng)電/中芯國際、臺(tái)積電、三星電機(jī)、日月光、矽品精密、安靠等(Foundry、OSAT)，聯(lián)發(fā)科、高通、村田、德州儀器、思佳訊等(Fabless、IDM)和華為、vivo、OPPO(手機(jī)廠)等均有相關(guān)專利。RJXesmc

可以肯定的是，無論是SiP還是AiP，這些封裝方式都有同樣的目標(biāo)——讓模塊的尺寸更小、降低電路復(fù)雜度且保證性能和更好的性價(jià)比。未來，5G射頻前端將以SiP、AiP的形式進(jìn)一步走向高度集成。RJXesmc

移動(dòng)設(shè)備和基站帶來更多射頻前端需求

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圖1：射頻前端主要器件構(gòu)成 制圖/來源：國際電子商情RJXesmc

射頻前端包括功率放大器(PA，Power Amplifier)、濾波器(Filter)、開關(guān)(Switch)、低噪音放大器(LNA，Low Noise Amplifier)、調(diào)諧器(Tuner)、雙/多工器(Du/Multiplexer)等器件，可為移動(dòng)終端(以智能手機(jī)、智能家電、可穿戴設(shè)備為代筆)和通信基礎(chǔ)設(shè)施(以基站為代表)提升無線連接性能。RJXesmc

由于大量頻段被集成到5G手機(jī)里，其射頻器件的使用量也隨之大增。在4G手機(jī)商用之前，一部手機(jī)只需消耗少量的射頻器件。5G時(shí)代，每部手機(jī)所消耗的射頻器件數(shù)量增多，集成度高的射頻前端更受市場(chǎng)關(guān)注。RJXesmc

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圖2：2G-5G手機(jī)中單機(jī)射頻芯片價(jià)值含量 制圖：國際電子商情 數(shù)據(jù)來源: Yole DédeveloppementRJXesmc

與2G、3G、4G手機(jī)相比，5G手機(jī)中單機(jī)射頻芯片價(jià)值含量也有了顯著的提升。據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)Yole Dédeveloppement統(tǒng)計(jì)，2G手機(jī)單機(jī)射頻芯片總價(jià)值為0.7美元，到5G手機(jī)單機(jī)射頻芯片總價(jià)值達(dá)32-38.5美元，兩者間的射頻芯片價(jià)值相差45-55倍。RJXesmc

主要原因在于，5G手機(jī)不僅要兼容3G/4G頻譜且支持5G頻譜，還要避免蜂窩信號(hào)與Wi-Fi信號(hào)的重合干擾等，這對(duì)射頻前端提出了更嚴(yán)苛的要求。例如中國5G手機(jī)最低配置是支持“5G雙模三頻”：支持5G SA(獨(dú)立組網(wǎng))/NSA(非獨(dú)立組網(wǎng))雙模；支持n41、n78、n79三大5G頻段。眾多頻段和功能的支持需配置更多的射頻芯片，所以單機(jī)內(nèi)的射頻芯片價(jià)值量提升。RJXesmc

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圖3:我國5G智能手機(jī)出貨量數(shù)據(jù) 制圖:國際電子商情 數(shù)據(jù)來源:中國信通院RJXesmc

同時(shí)，5G手機(jī)出貨量也有了提升。預(yù)計(jì)到2023年，全球5G手機(jī)年出貨量將突破7億部。再看中國的5G手機(jī)相關(guān)的數(shù)據(jù)，綜合中國信通院報(bào)告數(shù)據(jù)可推出：從2019年至2022年5月，我國已出貨約5.29億部5G智能手機(jī)(詳見圖3)。這意味著，國內(nèi)5G手機(jī)帶來的射頻前端累計(jì)金額，已突破130億美元。RJXesmc

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圖4：2019-2025年射頻前端和連接市場(chǎng)各類器件市場(chǎng)規(guī)模 制圖：國際電子商情 數(shù)據(jù)來源：Yole DédeveloppementRJXesmc

再看全球市場(chǎng)，Yole Dédeveloppement預(yù)測(cè)：到2025年，全球移動(dòng)設(shè)備射頻前端市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)到253.98億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)達(dá)到11%。其中，在2020-2025年期間，有7類器件/模組的CAGR達(dá)到兩位數(shù)：RJXesmc

• AiP模組從0.6億美元增長(zhǎng)到14.3億美元，CAGR高達(dá)53%；
• 射頻IC從3.85億美元增長(zhǎng)到12.16億美元，CAGR為15%；
• FEM模組從25.77億美元增長(zhǎng)到45.72億美元，CAGR為13%；
• PA模組從53.76億美元增長(zhǎng)到89.31億美元，CAGR預(yù)計(jì)為11%；
• LNA從3.98億美元增長(zhǎng)到7.84億美元，CAGR為11%；
• 開關(guān)從4.46億美元增長(zhǎng)到8.28億美元，CAGR為11%；
• 天線調(diào)諧器從5.69億美元到10.11億美元，CAGR為10%。

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圖5：2020-2025年基礎(chǔ)設(shè)施射頻前端市場(chǎng)預(yù)測(cè) 圖片來源：Yole DédeveloppementRJXesmc

2021年3月，Yole Dédeveloppement發(fā)布了全球通信基礎(chǔ)設(shè)施射頻前端報(bào)告。預(yù)計(jì)在2020-2025期間，通信基礎(chǔ)設(shè)施射頻前端市場(chǎng)規(guī)模從27億美元增長(zhǎng)到36億美元，CAGR為6%。其中，LNA、LNA/Switch & Switch以及波束形成器(Beamformer)的CAGR分別為11%、100%。RJXesmc

綜合Yole Dédeveloppement的兩份報(bào)告可推出：到2025年，全球“移動(dòng)設(shè)備+基站”所需射頻前端的市場(chǎng)規(guī)模約達(dá)290億美元，PA和濾波器是市場(chǎng)份額占比最大兩類器件，分別為104.31億美元、50.3億美元，由此可知圍繞這兩類器件的競(jìng)爭(zhēng)將非常激烈。RJXesmc

射頻濾波器和PA的應(yīng)用趨勢(shì)

經(jīng)過多年的發(fā)展，射頻前端的開關(guān)、LNA、調(diào)諧器已有一定的國產(chǎn)力量，但在濾波器和PA上還需進(jìn)一步突破。對(duì)于通信設(shè)備而言，PA決定了信號(hào)覆蓋強(qiáng)度，濾波器決定了設(shè)備的抗干擾能力，它們是射頻前端最重要的兩類器件。RJXesmc

·射頻濾波器IDM模式將是主流

頻段的增多也要求增加濾波器的使用量，每一個(gè)頻段都需要單獨(dú)支持它的濾波器。據(jù)射頻供應(yīng)商思佳訊預(yù)測(cè)，5G手機(jī)濾波器使用量將從4G手機(jī)中的40顆上升至70顆。RJXesmc

關(guān)于濾波器，此前行業(yè)有過路線之爭(zhēng)，現(xiàn)在大家基本已達(dá)成共識(shí)：中低頻段用基于SAW(聲表面波)的技術(shù)路線，中高頻段和超高頻采用FBAR/BAW(體聲波)方案，部分薄膜TC-SAW工藝將突破高頻應(yīng)用場(chǎng)景。由于LTCC器件、IPD濾波器的份額還較小，本文不展開分析。RJXesmc

SAW濾波器包括普通SAW及具有溫度補(bǔ)償特性的TC-SAW，這是一種沿著固體表面?zhèn)鞑サ穆暡?，它具備可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、不易老化、使用方便、選擇性好、頻帶寬等優(yōu)勢(shì)，但其插入耗損大(需在前級(jí)加寬頻帶放大器)，工藝/精度要求高，在頻率高于1GHz時(shí)選擇性降低，高于2.5GHz時(shí)適用對(duì)性能要求不高的應(yīng)用，比如手機(jī)、GPS定位、衛(wèi)星通訊和有線電視等設(shè)備。RJXesmc

BAW濾波器包括普通BAW及采用薄膜腔聲波諧振器的FBAR濾波器，它的聲波呈垂直傳播，在頻率高于1.5GHz時(shí)，BAW具有較大的性能優(yōu)勢(shì)，其尺寸與頻率成反比，適合要求嚴(yán)苛的3G和4G應(yīng)用。它具備對(duì)溫度變化不敏感、插入損耗小、帶外衰減大等優(yōu)勢(shì)，但它的壓電層厚度必須在微米量級(jí)，制造工藝步驟是SAW的10倍。FBAR濾波器支持4W@2GHz的更高射頻功率，適用于下一代無線通信和無線接入產(chǎn)品。RJXesmc

在供應(yīng)商方面，SAW濾波器主要供應(yīng)商有村田、TDK、太陽誘電、思佳訊、Qorvo等，國產(chǎn)供應(yīng)商主要有信維通信、麥捷科技、卓勝微等；BAW濾波器主要供應(yīng)商有博通、Qorvo、Avago、太陽誘電、TDK等，我國廠商主要圍繞FBAR濾波器發(fā)力，有諾思、麥捷科技等。RJXesmc

蘇州漢天下電子有限公司CEO陶鎮(zhèn)曾公開表示，濾波器未來的趨勢(shì)將是IDM模式，濾波器需要“工藝+設(shè)計(jì)+模型”為一體，國內(nèi)有非常成熟的代工產(chǎn)業(yè)鏈，F(xiàn)abless公司無需關(guān)注工藝、節(jié)點(diǎn)、模型。不過，只有IDM模式才有足夠的模型數(shù)據(jù)作為仿真和實(shí)測(cè)之間的橋梁，國內(nèi)的BAW濾波器公司一定會(huì)向IDM商業(yè)模式轉(zhuǎn)型。RJXesmc

IDM商業(yè)模式的自建晶圓線能帶來幾大好處：1.從研發(fā)流片周期或量產(chǎn)流片周期來看，自有晶圓線比公開晶圓線節(jié)省三分之二的時(shí)間，可加速新品推陳出新及量產(chǎn)交付的時(shí)間；2.自有晶圓線的生產(chǎn)成本比公開晶圓線至少降低30%?；贗DM+CIDM的“雙循環(huán)”驅(qū)動(dòng)，是最適合國內(nèi)BAW濾波器公司的商業(yè)模式。RJXesmc

CIDM是Commune IDM，Commune在法語中是“共同、共有”的意思。在CIDM模式中，由10-15個(gè)單個(gè)企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合出資半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、封裝、測(cè)試、營銷/銷售、最終產(chǎn)品組裝等，這些出資者形成一個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)平臺(tái)，所有參加者共同構(gòu)筑雙贏的關(guān)系。RJXesmc

過去二十年里，射頻芯片公司正往模組類轉(zhuǎn)型，行業(yè)出現(xiàn)了許多整合、兼并、收購案例。在濾波器領(lǐng)域也有一些值得關(guān)注的并購案例：2019年高通完成對(duì)RF 360的所有股份的收購，后者專門供應(yīng)完整的濾波器和濾波技術(shù)產(chǎn)品組合，包括SAW、TC-SAW和BAW解決方案；2022年3月，村田完成對(duì)Resonant的收購，前者的SAW濾波器技術(shù)與后者的XBAR技術(shù)相融合，將為客戶提供更優(yōu)秀的高頻濾波器。相信伴隨技術(shù)的升級(jí)，濾波器行業(yè)的并購、整合趨勢(shì)持續(xù)。RJXesmc

·射頻PA集成度提升、研發(fā)難度加大

在發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號(hào)功率很小，需要經(jīng)過一系列的放大來獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，就必須采用射頻PA。RJXesmc

射頻PA主要有CMOS、GaAs(砷化鎵)、GaN(氮化鎵)三大路線。RJXesmc

在智能手機(jī)中，基帶、電源管理和射頻收發(fā)等器件已被CMOS工藝集成，但如今主流的射頻PA卻采用GaAs工藝。業(yè)內(nèi)的觀點(diǎn)認(rèn)為，CMOS晶圓比GaAs晶圓便宜，但CMOS PA的面積比GaAs PA大，單個(gè)器件的成本優(yōu)勢(shì)并不太明顯。另外，在采用同樣工藝節(jié)點(diǎn)的情況下，CMOS PA適用的頻率比GaAs PA要低。RJXesmc

據(jù)Qorvo預(yù)測(cè)，頻率為8Ghz以下的應(yīng)用中，GaAs PA在輸出功率、工作頻率等性能優(yōu)于Si CMOS PA，因此市場(chǎng)預(yù)測(cè)GaAs PA在5G手機(jī)的應(yīng)用將進(jìn)一步滲透。雖有企業(yè)在致力于用CMOS PA替代GaAs PA，但CMOS PA主要應(yīng)用在低端應(yīng)用中。移動(dòng)終端及IoT射頻PA供應(yīng)商有思佳訊、Qorvo、高通、穩(wěn)懋、三安光電、環(huán)旭電子、卓勝微、信維通信。RJXesmc

當(dāng)頻率大于8GHz時(shí)，GaN PA有更好的表現(xiàn)，它被視為高頻應(yīng)用的更優(yōu)選擇。GaN器件主要分為Si基和SiC基，因SiC的高導(dǎo)熱率以及低RF loss(射頻衰落)，使GaN-on-SiC適用于功率較大的宏基站，GaN-on-Si則有望憑借低成本優(yōu)勢(shì)在小基站有大規(guī)模應(yīng)用。5G基站要求PA的運(yùn)行頻率為3GHz-6GHz和24GHz-40GHz，射頻功率在0.2W-30W之間。增加電壓可提升PA的射頻功率，而GaN具有高功率密度和高頻特性，所以GaN射頻PA更加適合5G基站應(yīng)用。當(dāng)然，GaN還面臨成本問題，其價(jià)格高于LDMOS和GaAs?；旧漕lPA供應(yīng)商有Qorvo、科銳、穩(wěn)懋、三安光電、海特高新。RJXesmc

與濾波器一樣，5G智能手機(jī)對(duì)PA的使用量也翻倍增長(zhǎng)。比如，4G多模多頻手機(jī)所需的 PA芯片為5-7顆，5G手機(jī)內(nèi)的PA芯片則達(dá)到16顆。此外，5G基站中使用的射頻PA也在數(shù)量和質(zhì)量上有提升。為了更大程度地縮小尺寸，集成了PA、濾波器和開關(guān)的PAMiD模組在手機(jī)上得到應(yīng)用。值得注意的是，當(dāng)頻率越高、帶寬越寬、集成度越高，射頻PA的研發(fā)難度也就相應(yīng)地越大，未來射頻PA供應(yīng)商將面臨更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。RJXesmc