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中國射頻濾波器迎來春秋時期

 漢無為 2022-01-03

伴隨著5G正式商用,2021年,智能手機迎來了更為強勁的5G換機熱潮。終端市場的爆發(fā)以及不斷增多的5G新頻段,推動著全球射頻行業(yè)的發(fā)展,濾波器需求量順勢也迎來新一輪增長。根據(jù)Yole預測,2020年濾波器市場規(guī)模達到66.25億美元,預計2025年達到95.46億美元,CAGR達到7.6%,為市場規(guī)模最大的器件。

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與此同時,我國對于射頻濾波器發(fā)展的支持力度也在持續(xù)加大。射頻濾波器研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化先后被列入《國家科技中長期發(fā)展綱要2006-2020》,國家01、02、03重大科技專項以及國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金。國產(chǎn)射頻濾波器產(chǎn)業(yè)正在高速發(fā)展。

在舉辦的第一屆射頻濾波器創(chuàng)新技術大會上,漢天下創(chuàng)始人楊清華更是指出,中國射頻濾波器迎來了它的春秋時期。

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 射頻前端概述:濾波器是重中之重

據(jù)楊清華介紹,一般的無線通信射頻系統(tǒng)的整體架構(gòu)主要由基帶信號處理器、射頻收發(fā)模塊、射頻前端、天線四大部分組成。而射頻前端芯片作為實現(xiàn)通信最重要的一部分,則擁有了包括功放(PA)、低噪放(LNA)、濾波器(Filter/Duplexer)、開關(Switch)和調(diào)諧器(Tuner)在內(nèi)的多個產(chǎn)品。

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“其中,濾波器和功放是最核心的兩個器件,當中尤其以濾波器芯片是其中最難做的一個板塊,同時也是最大的業(yè)務板塊?!睏钋迦A在演講中強調(diào)。

據(jù)介紹,濾波器是實現(xiàn)頻段過濾的專用器件,它可以使信號中特定的頻率成分通過,而極大地衰減或抑制其他頻率成分,實現(xiàn)射頻信號的濾波、共存、雙工、聚合等功能。從應用上看,則具體可以分為“民用”和“軍用”兩大領域。其中在民用方面,濾波器廣泛應用于手機、平板電腦、智能家居、汽車、生物醫(yī)學領域,市場巨大;在軍用方面,濾波器則在北斗GPS導航、電子對抗等軍用領域有重要應用,可以說它是關乎國家信息安全的重要一環(huán)。

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其中,智能手機更成為了包括濾波器在內(nèi)的射頻器件的最大市場。

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楊清華指出,過去二十多年里,通信技術從2G發(fā)展至5G,手機通信頻段數(shù)量從 2G 的4個頻段上升到 5G 的45余個頻段。而為了支持新頻段的通信功能,手機每新增一個頻段將需要增加相應頻段的濾波器和功放。

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更重要的是,射頻濾波器作為射頻前端器件中市場規(guī)模增長最快的細分領域,帶來的不僅僅只有單機器件數(shù)量的變化,更有價值量的提升。如上圖所示,隨著 5G 的到來,更多頻段和技術帶來了相應射頻前端單機價值量增長迅速,單臺高端 4G 手機的射頻前端芯片價值量最高可達10美元,而5G手機最高可達30美元。

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 射頻前端芯片現(xiàn)狀:外商把持,本土亂戰(zhàn)

來到射頻前端芯片現(xiàn)狀章節(jié)。從楊清華的介紹我們可以看到,當前,射頻前端市場主要被美、日兩國企業(yè)占據(jù)。而從模式劃分,射頻前端行業(yè)主要分為IDM模式和Fabless模式兩種其中,IDM廠商是主導。

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從上圖我們可以看到,在目前國際射頻巨頭中,除高通采取Fabless+IDM模式外,其余包括博通、Skyworks、Qorvo、村田、太陽誘電等都采取的IDM模式,這些能發(fā)揮他們對工藝端的Know-how,讓產(chǎn)品在性能和成本上占據(jù)優(yōu)勢。

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縱觀整個射頻產(chǎn)業(yè),我們發(fā)現(xiàn)其集中度較高,不管是功放還是濾波器,基本上被幾家國際巨頭壟斷。領先的廠商也均是日美發(fā)達國家企業(yè)。就算是國產(chǎn)射頻跑得比較前的功放領域,雖然擁有一定的市場占有率,但是高端品牌手機使用的高性能功放依然以日美國際巨頭為主。

但即使如此,因為這是一個巨大的市場,而中國作為智能手機的生產(chǎn)重地,對射頻的需求量也是顯而易見的,這也驅(qū)動在國內(nèi)射頻的不同領域催生了一大批的國產(chǎn)射頻前端企業(yè)。

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具體到濾波器領域,資料顯示,這同樣是一個擁有“IDM”和“Fabless+Foundry+OAST”兩種不同模式運行的行業(yè)。其中,海外濾波器廠商主要以IDM垂直整合模式為主,他們同樣也是濾波器的主導企業(yè)。而中國濾波器廠商主要以“Fabless+Foundry+OAST”垂直分工模式為主。

從楊清華的介紹我們得知,在被廣泛使用的BAW和SAW濾波器領域只有少數(shù)幾家掌握BAW濾波器量產(chǎn)技術的公司,其中Broadcom和Qorvo兩家市場占有率超過95%;而SAW濾波器也基本被muRata、RF360等日美巨頭壟斷。

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但即使如此,國內(nèi)還是涌現(xiàn)出了包括蘇州漢天下、天津諾思、廈門開元、武漢衍熙等三十多家射頻濾波器企業(yè)。其中蘇州漢天下更是國內(nèi)率先全面掌握BAW濾波器量產(chǎn)技術的公司。除了FBAR、SAW和BAW以外,國內(nèi)還有關注LTCC、IPD等技術的安徽云塔、上海芯和半導體、深圳順絡電子和蘇州林禾等企業(yè)。

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射頻前端未來發(fā)展趨勢

在演講最后,楊清華還談到了他對射頻前端未來發(fā)展趨勢的看法。

他指出,隨著通信技術的發(fā)展,通信頻段不斷增加進而帶動終端中射頻前端芯片元件的數(shù)量和種類均不斷增多,為了滿足輕薄便攜的需求,集成化、模組化已成為射頻前端芯片發(fā)展必然趨勢,5G射頻前端模組集成度也將進一步提高。這也是射頻行業(yè)過去多年來的一個公認的發(fā)展趨勢。

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據(jù)相關資料顯示,早前在2007-2010年期間,射頻前端仍主要以分立器件的形式存在。而到了2011年左右,F(xiàn)EM、PA模組PAM開始出現(xiàn)并逐漸占據(jù)主流。2014年,4G帶來頻段數(shù)大量增加,疊加載波聚合技術的要求,射頻前端設計復雜度提升,高端機型開始采用集成度高的多頻前端模組FEM+PA整合的解決方案。當邁入5G時代,射頻前端開始采用AiP封裝技術進一步集成了天線。

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同時,楊清華指出,在射頻前端芯片趨于集成化、模組化發(fā)展的勢態(tài)下,為提高產(chǎn)業(yè)鏈集成度,行業(yè)內(nèi)企業(yè)的橫向并購將越來越成為常態(tài)。

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而事實上,在射頻領域,當前Skyworks、Qorvo、博通等寡頭壟斷的格局也是由于美日企業(yè)經(jīng)歷多次整合并購后形成的。2012年,RFMD收購Amalfi從而獲得RF CMOS工藝,2015年RFMD和TriQuint合并形成了Qorvo;2014年村田通過收購Peregrine獲得了全球領先的RF-SOI工藝;2016年,Skyworks宣布以7.65億美金收購合資公司旗下松下的34%股權(quán),以此獲得濾波器事業(yè)部;2016年,高通宣布與TDK建立新的合資公司RF360。

楊清華強調(diào),在這種情況下,國內(nèi)射頻企業(yè)要做到以下幾點,才能有機會突圍:

1、射頻濾波器研發(fā)、制造技術全面落后的美、日發(fā)達國家,性能突破是難點也是關鍵;

2、射頻芯片投入相對小,是很好的嘗試點和突破口,性能提高是關鍵;

3、國內(nèi)射頻芯片公司小而散,只有聯(lián)手、整合,放棄內(nèi)部低端市場的競爭,才有機會挑戰(zhàn)國際巨頭;

4、產(chǎn)業(yè)環(huán)境利好,政府、資本和全社會都給以巨大支持和關注,至少10年窗口期,抓住機會;

5、射頻芯片產(chǎn)業(yè)沒有捷徑可走,必須不斷試錯,需要政府、資本和從業(yè)者都保持巨大的耐心,十年磨一劍,持續(xù)專注,方有所成。

在演講最后,楊清華還列出了他認為的國產(chǎn)射頻面臨的挑戰(zhàn):

1、產(chǎn)業(yè)鏈的缺失和不完善:比如,8英寸FBAR濾波器量產(chǎn)技術;及晶圓級封裝技術。

2、聲電轉(zhuǎn)換的物理模型及理論基礎:大學研究所的學科建設與產(chǎn)業(yè)應用的脫節(jié)。

3、核心裝備的國產(chǎn)化迫在眉睫:比如,AlN壓電材料的PVD設備。

4、材料研究技術和方法:高Q值,AlN摻鈧、單晶。。。

5、專利壁壘的突破:我國處在學習和跟隨的階段,如何繞開國外巨頭的專利問題。

6、核心器件及模組的技術積累不夠:需要持續(xù)專注和大量的經(jīng)驗積累,從國家政策、資本和從業(yè)者,都要保持足夠耐心。

“我們需要重點突破大帶寬射頻毫米波功率放大器、FBAR濾波器、低插損射頻開關與低噪聲放大器等核心技術,構(gòu)建以商用濾波器生產(chǎn)線為載體的射頻前端集成模組產(chǎn)業(yè)鏈,獲得具備自主知識產(chǎn)權(quán)的5G及毫米波射頻前端模組的量產(chǎn)化技術并在5G移動終端中獲得產(chǎn)業(yè)化應用,為我國5G及下一代移動通信的發(fā)展提供技術支撐。需要產(chǎn)學研的協(xié)同攻關,方能有機會打破西方國家對我國高端集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約?!睏钋迦A最后說。

來源:半導體行業(yè)觀察 龔佳佳

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