5G射频产业国产化率仅占个位数，多家企业正蓄势待发
电子发烧友综合报道（文/程文智）要说科技产业今年什么最热门，非“5G”莫属，截至到7月底，全球已经有126个国家，将近400家运营商在开展5G部署的研究，而我国目前走在世界前列，截至到今年6月份，我国的5G入网用户已经上亿，5G终端连接数超过了6600万 。从5G的产业链来看，它的应用、运营商、终端、上游的模组、器件，芯片，以及更加上游的设备材料来看，它涉及的产业链非常长 。
本文主要谈一谈5G射频前端的发展状况和趋势，以及国内企业在产业链中的位置和贡献 。射频前端模块（RF Front End）主要包括滤波器、功率放大器（PA）、低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）、射频开关、天线调谐器、双工器，以及接收机/发射机等几部分 。
其中在射频滤波器方面，国内企业最近有不少动作，比如开元通信近期推出了其最新的射频发射模组（FEMiD）芯片品牌“鸿雁”系列产品；天津诺思获得经纬辉开1.27亿元投资后，终于在近期解决了南昌3亿元的借款问题，其BAW滤波器产线进入量产倒计时，预计十月份可以达到全面投产状态 。
全球射频前端发展状况及发展趋势
根据Resnant的预测，2020年全球射频前端市场将超过1500亿元，其中滤波器市场超过1000亿元 。进入5G时代，手机终端新增了N77/N78/N79等高频频段，射频滤波器用量大幅增加 。
Qorvo曾在公开场合表示，4G手机滤波器用量约为40个，而5G手机将提高到70个，另外在3GHz以上的频段，BAW滤波器是主流方案，随着5G的持续渗透，BAW滤波器市场的产值占比持续提升 。
根据公开数据，4G时代单部手机的射频滤波器价值量在4-7美元之间，到5G时代，这个数字会变成10美元以上 。在芯片封装端，射频前端模块逐步从CSP封装形式转为WLP封装形式 。
【5G射频产业国产化率仅占个位数，多家企业正蓄势待发】
文章插图
图1：手机中射频前端结构图 。（图片来源：Wind）
从滤波器方面来看，基站跟终端都略有不同 。基站侧主要是以金属滤波器和陶瓷介质滤波器为主，在这个领域国内跟国外有一些企业都在布局 。国内主要有大富科技和武汉凡谷等企业；国外有村田、TDK、京瓷、凯瑟琳（爱立信）、康普和CTS等企业 。手机侧，4G时代主要以声表面波滤波器（SAW）和体声波滤波器（BAW）为主；到5G时代，LTCC和IDP将会迎来发展契机 。另外，薄膜体声波谐振器（FBAR）也会继续扩大其市场份额 。由于技术和专利上的优势，当前滤波器市场主要以国外的企业为主，其中，SAW滤波器主要供应商为村田、TDK、太阳诱电、Skyworks、RF360等几家厂商，体声波滤波器为Broadcom、Qorvo、太阳诱电和RF360等几家主导；LTCC和IDP滤波器主要供应商为村田、太阳诱电和RF360等 。手机端射频滤波器国产化率仅为个位数 。
在功率放大器方面，基站侧在2G/3G时代基本全部使用LDMOS工艺，4G时代开始使用氮化镓工艺，预计5G时代，氮化镓工艺将成为主流 。LDMOS产品市场份额主要被NXP、Ampleon、Wolfspeed等占据 。超过70%的氮化镓PA市场被住友电工、Wolfspeed和Qorvo占据 。手机侧PA在4G时代主要采用砷化镓工艺，全球4G PA约90%市场份额被Skyworks、Qorvo、博通、高通和村田占据 。5G时代，还是会延续砷化镓工艺的发展 。
在天线方面，4G基站就开始采用MIMO技术，不过当时最多采用8T8R，天线主要是无源天线 。到5G时代，将会更多采用Massive MIMO技术，主要采用64T64R，并且向有源天线演进，天线与滤波器集成的一体化解决方案将会更受欢迎 。基站侧天线全球市场超过40%的份额被中国企业占据 。在手机上，介质更低的LCP天线可能会成为一种主流 。
其他的射频开关、LNA，以及天线调谐器的发展势头也很好 。从工艺上来看，RF SOI工艺可能会取代砷化镓工艺，逐渐成为射频开关的主流工艺 。LNA目前以SiGe工艺为主，但在毫米波波段，SOI有望成为主流 。天线调谐器目前以SOI工艺为主，RF MEMS工艺的占比逐渐增加，因为RF MEMS工艺在品质因数、线性度和插入损耗等方面的性能更好 。供应商方面，射频开关的主要供应商有Skyworks、Qorvo、村田、博通和卓胜微等；LNA的主要供应商则包括博通、安森美、英飞凌、TI和NXP等；
射频前端市场国产量与需求量相差甚远
纵观射频前端的整个产业链，几乎每个环节都被国外厂商占据着主要市场，比如射频PA市场，Skyworks、Qorvo、博通和村田四家企业就占据了超过90%的市场；在滤波器市场，村田、博通、太阳诱电和Qorvo、Skyworks联手拿走了95%的市场份额，国内厂商的市场份额仅占个位数 。
不过自去年以来，由于中美贸易摩擦和美国对大陆科技公司的技术管制，加速了国产器件的替代步伐，射频前端产业也不例外，现在不少下游品牌厂商都在积极寻找能够国产替代的射频芯片厂商 。国内射频企业迎来了发展良机，而且随着技术上不断的积累和突破，国内有不少射频前端企业开始崭露头角，在全球市场占有一席之地 。比如国内射频开关企业卓胜微、射频芯片代工企业三安光电、封测企业长电科技等 。
比如在射频滤波器方面，国外企业将主要精力集中在了高频段BAW滤波器市场，中低频SAW滤波器技术进展缓慢，这也成为了国产替代的重点领域 。
在国内的射频前端领域中，深耕滤波器产业多年的企业有好达电子、中电26所、德清华莹和中电55所等 。企业方面卓胜微、信维通信和麦捷科技在SAW滤波器领域相对较快，其中麦捷科技与中电26所合作，信维通信与德清华莹在合作开发新的产品 。在体声波滤波器领域，汉天下、开元通信和天津诺思等厂商进展迅速 。
好达电子是滤波器出货量领先的国内射频厂商，其主要产品包括中频SAW滤波器、声表谐振器、双工器和其他射频滤波器产品 。
诺思拥有300多项技术专利，是国内最早开始研发BAW滤波器，技术实力最强的BAW滤波器厂商之一 。它拥有自有滤波器Fab，在天津、南昌和绵阳三地建有生产线 。该公司是国内唯一拥有Fab的BAW滤波器供应商 。其高功率容量体声波滤波器在基站领域有应用 。据其官网信息，诺思天津工厂滤波器交付能力3亿颗/年，南昌工厂的交付能力为12亿颗/年 。绵阳工厂规划总投资额为128亿元，届时将具备110亿颗FBAR滤波器产能 。
开元通信采用的是Fablite经营模式，它成立于2018年，是一家新兴的、专注于射频前端解决方案的本土芯片公司 。公司总部成立于厦门市海沧区，目前在上海张江设有运营中心，并在深圳设有销售及客户支持中心 。公司产品主要基于BAW、SAW、TC-SAW还有LTCC的滤波技术，覆盖了分立滤波器、射频模组还有WLP管芯等产品领域 。核心自主知识产权已申请了50多项发明专利，其中包括10余项PCT的国际专利 。该公司在2019年就发布了BAW滤波器品牌“矽力豹”系列产品，随后又推出了SAW滤波器品牌“蜂鸟”产品系列 。今年8月又正式推出了射频发射模组（FEMiD）芯片品牌“鸿雁”系列产品 。
EM6375是“鸿雁”品牌的首款射频发射模组芯片，同时也是国内首个量产的FEMiD射频发射模组产品，采用了适用于模组的先进WLP封装方式，集成了单频性能富有竞争力的各频段滤波器管芯，有效减小了射频前端在手机板上的占用面积，占用面积仅为分立方案的1/4至1/3 。相比于传统分立滤波器 开关的方案，通过器件优化和集成优化，系统功耗也可以得到明显降低 。
文章插图
图2：EM6375内部开盖图 。
具体性能参数方面，EM6375集成了高性能SOI射频开关及多个频段、不同工艺（BAW、SAW、LTCC）的双工器和收发滤波器芯片 。同步推出的首发产品，FEMiD 5G射频模组滤波器芯片EM6375，将高线性多掷数mipi控制射频开关，及多个基于BAW / SAW / LTCC技术的双工器和收发滤波器集成至一颗发射模组芯片内部，能支持B1/3/5/7/8频段发射和接收，B34/39/41频段接收，GSM850/900/1800/1900发射通路，支持B1＋B3, B3＋B41 和B39＋B41载波聚合，支持n41及EN-DC，同时还集成了7个AUX口，可以扩展至更多的频段 。
汉天下是国内率先全面掌握BAW滤波器量产技术的公司之一，拥有关于BAW滤波器、谐振器的多项核心技术 。2019年推出了适配5G技术的一些滤波器产品，包括全频段N41滤波器在内的多款产品 。
在PA市场，4G之后，国内PA企业就已经开始慢慢的站稳了脚跟，有了4G这个基础，现在正在向5G方面布局 。从未来看，国内5G基站的建设会加速，需求会增长，这样会极大拉动PA市场需求，包括氮化镓的需求 。同时5G基站的建设也会拉动5G终端的发展，而终端的发展也会进一步带动5G砷化镓市场的发展 。
目前氮化镓工艺的市场还未完全打开，国内企业也主要集中在砷化镓工艺阶段 。但从未来来看，国内的发展趋势可能跟国际差不多，一方面基站侧氮化镓工艺会逐步取代CMOS工艺，成为宏基站的主流 。但在微基站方面硅基的CMOS方案和砷化镓还是会有一定的市场空间 。
终端侧，砷化镓还是主流，不过，可重构的PA是5G PA一种潜在的技术路线 。硅基的氮化镓有望降低成本，成为手机PA的一种解决方案 。
在毫米波段PA的技术发展方面，一方面基站侧的毫米波频段，硅和砷化镓具有成本优势，但是氮化镓仍然是高功率PA的一个优选方案；手机侧在毫米波的波段方面，PA仍存在多种可能的技术路线 。
PA 市场主要由国外厂商主导，市场份额集中在Skyworks、Qorvo 和博通等国际厂商中 。国内PA 厂商基本是Fabless 设计公司，主要有海思、卓胜微、昂瑞微、唯捷创芯、紫光展锐、慧智微、飞骧科技、锐石创新等，主要代工厂有三安光电、海特高新 。
在天线方面，国内的基础还是比较好，市场占有率比较高，5G天线发展会带来量价同升的局面 。5G技术的发展会推动小基站天线的应用，对于终端侧的天线，5G也带动模块化的发展，逐步引入了一些新的材料和一些新的技术 。同时毫米波段天线将会系统化和集成化，毫米波的5G天线相关厂商也正在加紧天线、滤波器以及材料的布局 。从未来的趋势看，基站侧天线会从MIMO升级成Massive MIMO；终端侧，一方面是高阶的调制，载波聚合和MIMO三大技术提升5G天线带宽与下载的速率，软板天线已经成为目前的一个主流 。在毫米波段方面，模块化是一个趋势，同时AIP的封装也是未来的一个主流 。
其他的射频开关方面，一方面射频开关和LNA天线调谐量会进一步提升，射频开关领域，国内企业已经采用设计+代工的产业模式，占据了一定的市场份额 。在射频开关天线调谐方面主要采用RFSOI工艺，LNA方面主要采用CMOS硅+氮的工艺 。从未来的趋势看，一方面射频开关未来会向双刀、三刀等多载波聚合的开关演进 。
射频开关厂商主要包括Skyworks（33%）、Qorvo（20%）、村田（14%）、博通（10%）等 。目前国内主要的射频开关企业包括卓胜微、德清华莹、紫光展锐、唯捷创芯、韦尔股份、迦美信芯等，国内射频开关封测厂有嘉盛、日月新和通富微电 。
总结
总的来说，我们在射频前端产业还是有非常大的发展空间的，不过面临的挑战也不少，比如我们的射频前端相关的企业大多是些初创企业，基本都是以单点突破为主，产品线方面还不完善，整体解决方案不足；高水平专业人才也比较匮乏，如果互相挖人的话，对企业的稳定性很不利等等 。
我们如果想要在射频前端产业中占据更大的市场，还是需要加强基础研究和原始创新，夯实射频器件产业的发展基础；还需要加强人才的培养，注重人才的引进；更重要的是要合理引导产业布局，促进产业链上下游的协同发展，避免盲目投资造成行业资源浪费 。
本文由电子发烧友网原创，未经授权禁止转载 。如需转载，请添加微信号elecfans999 。
文章插图
推荐阅读
- 中国光谷推动光电行业产业链融合发展
- 全文！《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》
- 美国传感器技术和传感器产业的最新现状
- 隆化肉牛产业发展前景
- 华为邱真：5G智慧园区空间巨大，产业风口已至
- 5G专网是产业转型升级的刚性需求
- 射频晶体管发射通道和接收通道的工作原理
- 我国半导体产业对生产和生活的影响日益加深
- Palma Ceia 的 NB-IoT 射频收发器系统组成结构
- 合肥新一代人工智能产业发展联盟正式成立