隨著5G的到來,射頻器件的需求將大幅增加。分析機構(gòu)預(yù)測,到2023年射頻前端市場規(guī)模有望突破352億美元,年復(fù)合增長率達到14%??焖僭鲩L的市場讓行業(yè)看到了機會,新的射頻公司在不斷地涌現(xiàn)出來,尤其是在國內(nèi),打造自主射頻供應(yīng)鏈就成為很多廠商的追求,但縱觀現(xiàn)狀,似乎差距還是很明顯。
射頻器件是無線連接的核心,是實現(xiàn)信號發(fā)送和接收的基礎(chǔ)零件,有著廣泛的應(yīng)用。目前,射頻器件的幾大主要市場大概分布是:1)手機和通訊模塊市場,預(yù)估占80%;2 ) WIFI路由器市場,預(yù)估占9%;3)通訊基站市場,預(yù)估占9%;4)NB-IoT市場,預(yù)估占2%。
隨著5G的到來,萬物互聯(lián)有了更強的技術(shù)支撐,NB-IoT市場將會爆發(fā),但時間點還不確定。目前NB-IoT市場是熱,但沒有開始走量。5G通訊手機和模塊市場將促發(fā)射頻器件需求大幅增長。5G通訊基站市場相對4G時代,射頻器件的需求也是成倍增加。WiFi路由器市場,在5G時代,射頻器件的需求存在一定的不確定性。所以,在筆者看來,未來射頻器件最重要的市場需求來自:1)手機和通訊模塊市場,2)NB-IoT市場。
根據(jù)德勤1月初發(fā)布的報告預(yù)計,2019年全年5G手機銷量超過100萬部。我們看到的是,5G手機從未來時走進了現(xiàn)在時,成為各大品牌旗艦手機的核心競爭力之一。換機需求的高漲以及5G手機本身需要更多的射頻器件,短時間內(nèi)手機和通訊產(chǎn)品作為第一射頻應(yīng)用市場的地位是難以撼動的。
來到NB-IoT方面,2017年6月,我國工信部對部署NB-IoT做出明確指示,電信運營商可以使用已分配的GSM或IMT系統(tǒng)頻段部署NB-IoT系統(tǒng)。這樣的指示讓NB-IoT成為電信運營商的首選,尤其是國內(nèi)三大運營商。雖然,運營商層面是通過頻段重更和軟件升級就可以完成升級。不過,當運營商組網(wǎng)完成后,NB-IoT模組、應(yīng)用都將帶來可觀的射頻器件需求。
值得注意的是,雖然手機和NB-IoT的射頻需求是清晰且強勁的,但是想要獲得紅利也面臨著諸多的挑戰(zhàn)。比如,5G手機內(nèi)部的天線個數(shù)還要增加,但留給天線的空間卻越來越小,且5G手機還需要更高功率的PA、額外的ET、更高功率的濾波器,這些都需要技術(shù)創(chuàng)新;對于NB-IoT來說, NB-IoT的接收靈敏度在-130dBm左右,需要信號傳輸具備更高的靈敏度和更遠的傳輸距離,在考慮到物聯(lián)網(wǎng)器件本身的低功耗特性,射頻器件需要功率和功耗雙方面取得突破。
濾波器和PA是重頭戲,幾大外商壟斷
射頻器件包括射頻開關(guān)和LNA,射頻PA,濾波器,天線Tuner和毫米波FEM等,其中濾波器占了射頻器件營業(yè)額的約50%,射頻PA占約30%,射頻開關(guān)和LNA占約10%,其他占約10%。上述數(shù)據(jù)表明,濾波器和PA是射頻器件的重頭戲,其中PA負責發(fā)射通道的信號放大,濾波器負責發(fā)射機接收信號的濾波。對于通信設(shè)備而言,沒有PA,信號覆蓋就會成為很大的問題;沒有濾波器的設(shè)備更是相當于一塊磚頭,通信設(shè)備上通常安裝30-40個濾波器就是為了避免干擾,讓設(shè)備實現(xiàn)正常通信。而這些產(chǎn)品都集中在日本廠商手中。
無線通信系統(tǒng)框架示意圖
根據(jù)申萬宏源的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,現(xiàn)在全球93%的PA供應(yīng)集中在 Skyworks、Qorvo 和 Avago(Broadcomm)等幾家廠商手中。濾波器也被Murata、TDK、TAIYO YUDEN、Avago和Qorvo等廠商瓜分,其中Murata、TDK和TAIYO YUDEN瓜分了80%的SAW濾波器供應(yīng),而Qorvo和Broadcomm則統(tǒng)領(lǐng)了95%的BAW市場。
國內(nèi)在這兩個領(lǐng)域雖然也有廠商涉足,但因為這些器件的特性,讓一切沒那么簡單。以PA為例,射頻PA的主要技術(shù)指標是輸出功率與效率,如何提高輸出功率和效率是射頻功率放大器設(shè)計目標的核心。作為一個射頻芯片,PA不但對工藝有需求,同時其設(shè)計團隊的技術(shù)能力、經(jīng)驗積累和專利支撐都非常重要,尤其是工程師的經(jīng)驗和和Know-How,更是重中之重。再者,隨著5G的到來,PA需要滿足的性能參數(shù)眾多,因此不可避免需要研發(fā)時間的積累,對于后來入局者具有一定障礙。
尤其是工藝方面,更是很多PA廠商,甚至是射頻廠商難以逾越的門檻。我們縱觀上面的射頻器件供應(yīng)商,幾乎所有都是IDM廠商。擁有自己的晶圓廠是他們能夠領(lǐng)先市場的關(guān)鍵。目前,射頻器件(不含濾波器)涉及的主要工藝:GaAs, SOI, CMOS, SiGe。其中,GaAs的電子遷移速率比Si高5.7倍,非常適合用于長距離、長通信時間的高頻電路;SOI工藝的優(yōu)勢在于可集成邏輯與控制功能,不需要額外的控制芯片;CMOS的優(yōu)勢在于可以將射頻、基頻與存儲器等組件合而為一的高整合度,并同時降低組件成本;SiGe工藝幾乎能夠與硅半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路(VLSI)行業(yè)中的所有新工藝技術(shù)兼容,是未來的趨勢。
據(jù)了解,射頻PA采用的工藝分別是GaAs,SOI,CMOS和SiGe。其中4G PA主要采用GaAs工藝;3G PA 采用GaAs或者CMOS,出貨大約各50%;2G PA主要是CMOS;5G手機PA采用GaAs工藝;NB-IoT PA采用CMOS和SOI是趨勢,現(xiàn)在還是GaAs為主,個別廠商采用SiGe。
在射頻器件其他領(lǐng)域,射頻開關(guān)采用的工藝:SOI,GaAs。70%以上采用SOI工藝;LTE LNA采用的工藝:SOI,CMOS。
未來濾波器方面,因為他們設(shè)計主要有三個難題:首先是應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜,濾波器如何避免溫漂問題;其次是頻段復(fù)雜后,濾波器需要在有限面積內(nèi)應(yīng)對更多的信號干擾;最后是共存濾波器如何讓不同類型信號和諧共存。特別是來到高頻款的SAW濾波器方面,那挑戰(zhàn)更是嚴峻。這同樣也是一個IDM主導(dǎo)的市場,對于國內(nèi)的追隨者來說,任務(wù)更為艱巨。
急起直追,國內(nèi)射頻廠商供應(yīng)鏈解讀
4G 到5G 的演進過程中,射頻器件的復(fù)雜度逐漸提升,產(chǎn)品在設(shè)計、工藝和材料等方面都將發(fā)生遞進式的變化。但國產(chǎn)射頻器件替代空間大,但困難也大。我們系統(tǒng)地看一下國產(chǎn)廠商在射頻器件領(lǐng)域的分布和表現(xiàn)。
國內(nèi)射頻公司晶圓代工主要廠家:
GaAs工藝:***穩(wěn)懋,***宏捷科,廈門三安集成
SOI工藝:格羅方德,TowerJazz,中芯國際,華虹宏力
CMOS工藝:臺積電,中芯國際,聯(lián)電
SiGe工藝:格羅方德,TowerJazz
國內(nèi)射頻公司主要封測廠家:
射頻PA封測廠:華天科技,長電科技
射頻開關(guān)封測廠:嘉盛,日月新,通富微電
目前市場上量產(chǎn)出貨的濾波器廠家都是IDM公司,自己設(shè)計,自己生產(chǎn)封測。
濾波器分SAW濾波器和BAW濾波器:
SAW濾波器國內(nèi)廠商:55所,26所,好達
BAW濾波器國內(nèi)廠商:天津諾思
廈門開元通信則是國內(nèi)第一家Fabless濾波器設(shè)計公司,中芯國際代工,目前處在研發(fā)階段。
國內(nèi)4G PA主要廠家:
唯捷創(chuàng)芯:4G PA出貨量是國內(nèi)最大的,出貨覆蓋前幾大手機設(shè)計公司以及小米。
絡(luò)達:被MTK收購,基于MTK平臺進行銷售,出貨量還不錯,4G PA認可度越來越高。
展銳射頻產(chǎn)品線:基于展訊平臺銷售,出貨量一般。
慧智微:依靠SOI架構(gòu)創(chuàng)新,實現(xiàn)低成本。由于品牌影響力弱,出貨量一般,但長期看好。
漢天下:采用低價策略,部分小客戶采用,出貨很少。
飛驤科技:產(chǎn)品認可度不高,但客戶基礎(chǔ)還不錯,所以市場上有一些出貨。
國內(nèi)3G PA主要廠家:
絡(luò)達:客戶基礎(chǔ)好,盡管價格偏高,還有一部分出貨。
漢天下:通過CMOS工藝把PA成本做低,性能也不錯,市場上的3G PA主要供應(yīng)商。
飛驤科技:出貨量一般,主要出貨是印度的Reliance項目。
展銳射頻產(chǎn)品線:出貨不多,主要出貨也是印度的Reliance項目。
國內(nèi)2G PA主要廠家:
漢天下:依靠CMOS技術(shù),2G PA占了市場大約70%份額。
展銳射頻產(chǎn)品線:CMOS PA和GaAs PA一共占市場份額大約10%。
飛驤科技:新的CMOS PA在2018年做進了一些客戶,已經(jīng)量產(chǎn)出貨。
國內(nèi)WIFI PA/FEM主要廠家:
立積電子:***上市公司,2018年出貨量大約5000萬美金,逐步蠶食SKY的市場。
康希電子:2014年成立,2018年開始推產(chǎn)品,有部分客戶開始導(dǎo)入,出貨量很少。
展銳射頻產(chǎn)品線:2018年開始量產(chǎn)出貨,幾家大的網(wǎng)通客戶都已經(jīng)導(dǎo)入,并做進華為。
三伍微:2018年成立,專注于WIFI PA/FEM,產(chǎn)品處在研發(fā)階段。
國內(nèi)開關(guān)主要廠家:
卓勝微:國內(nèi)最大開關(guān)供應(yīng)商,主要客戶是三星和小米,銷售額大約1億美金。
展銳射頻產(chǎn)品線:也是三星供應(yīng)商,只占很少份額。開關(guān)出貨總量一般。
立積電子:2018年開關(guān)出貨量大約3000萬美金,有很好的利潤率。
國內(nèi)射頻芯片產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟,從設(shè)計到晶圓代工,再到封測,已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。從國際競爭力來講,國內(nèi)的射頻設(shè)計水平還處在中低端。以上PA和開關(guān)廠商,射頻芯片產(chǎn)品銷售額加起來大約5億美金,大陸射頻芯片廠商銷售額大約3億美金。全球PA和開關(guān)射頻產(chǎn)品需求金額大約60億美金。可見,國內(nèi)廠商依然在起步階段,市場話語權(quán)有限;濾波器方面,國內(nèi)廠商銷售總額不到1億美金,全球市場需求在90億美金。
換句話說,以后通過提升設(shè)計能力,輔助調(diào)試工作來提升射頻性能,國內(nèi)射頻產(chǎn)業(yè)還有很大的成長空間。
結(jié)語
5G到來是機會,也可能會拉大國內(nèi)射頻公司與國際射頻公司的差距。SKY與Qovor布局了濾波器,有自己的工廠,在射頻前端模組產(chǎn)品研發(fā)上走到了前面。國內(nèi)射頻公司都還弱小,研發(fā)能力和資金都很有限,射頻前端模組提高了研發(fā)門檻。
射頻器件的追趕與替代,要求國內(nèi)廠商的研發(fā)人員有“坐冷板凳”的決心和毅力,也需要政府和投資機構(gòu)給予企業(yè)更多的耐心。區(qū)別于處理器等芯片,射頻器件的突破點在新設(shè)計、新工藝和新材料,只有三者齊頭并進才能完成追趕甚至是超越。
最后,希望國產(chǎn)射頻器件廠商借助5G和物聯(lián)網(wǎng)的大趨勢,不斷地提升自己,共同鑄就國產(chǎn)射頻器件產(chǎn)業(yè)的崛起。
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