5G加速落地 中國射頻前端晶片廠商將迎重大發展機遇

本報實習記者 李玉洋 記者 李立 上海報道

5G在全球尤其是中國的加速落地,正在開啟射頻行業“天花板”,射頻前端晶片產業將迎來量價齊升。

根據知名市場研究機構Yole Development的預測,在5G的推動下,整個射頻前端市場規模將從2019年的152億美元發展到2025年的254億美元,年均複合增長率將達到11%。

“因為5G的射頻要向下相容4G/3G/2G的頻段,濾波器、PA(功率放大器)、開關等器件的使用數量急劇增多,所以就會走向射頻整合的道路。”電子創新網CEO張國斌告訴《中國經營報》記者,去年釋出的iPhone 12裡的射頻系統便採用了模組形式。

市場規模的快速增長,也在推動射頻前端產業朝著新的方向發展。“隨著5G的到來,整個射頻前端產業獲得了飛速的發展,產品形態也從離散的器件發展到模組化階段。” Qorvo高階銷售經理趙玉龍在2021中國積體電路設計創新大會上對記者表示。

另外,由於華為、中興在國內5G裝置招標中的份額不斷攀升、以及國內手機品牌在全球的市佔率持續增長,有業內分析人士表示,國內射頻前端晶片廠商有望迎來重大發展機遇,今年下半年或將迎來起飛時刻。

模擬晶片皇冠上的明珠

2G、3G、4G、5G等無線通訊,主要是利用電磁波實現在基站以及手機終端等多個裝置之間的資訊傳輸。而所謂的射頻晶片,就是用於發射和接收裝置之間無線電訊號的主要裝置,主要包括RF收發機、功率放大器、低噪聲放大器、濾波器、射頻開關、天線調諧開關等器件,除了RF收發機之外,其他器件距離天線比較近,所以也被稱為射頻前端器件。

射頻晶片是無線通訊裝置實現訊號收發的核心模組,無論是手機終端,還是基站,甚至WiFi路由器都離不開射頻晶片。

進入5G時代後,行動通訊裝置需要支援的頻段越來越多。以使用者最多的中國移動為例,其全網通裝置需要支援900MHz、1800MHz、2GHz、1。9GHz、2。3GHz、2。6GHz、4。9GHz多達7個頻段。其他兩家運營商也不遑多讓。只有支援所有這些頻段的裝置,才能讓人們在5G沒有訊號的時候用4G,4G也沒有訊號的時候用3G、2G。當人們看到自己的5G手機在某些時候連線的是3G網路,這裡面就有射頻晶片的功勞。

不過,有業內人士向記者科普,智慧手機每多支援一個頻段,大約需要增加2個濾波器、1個功率放大器和1個天線開關。

從半導體的角度來說,射頻晶片屬於模擬晶片。“國內數字晶片的設計能力較強,但是模擬晶片更加依賴研發人員的經驗,所以差距較大。其中,最核心、最缺的就是射頻晶片,射頻晶片是模擬晶片皇冠上的明珠。”信達證券電子行業首席分析師方競表示。

集邦諮詢分析師王尊民認同這一觀點,並指出研發難度在於,“射頻前端晶片以PA為關鍵,必須透過反覆模擬及驗證的實踐經驗累積,才能製作出高質量的PA產品”。

國海證券的一份研報指出,射頻晶片設計是積體電路領域中相對難度較高的技術方向,其面臨的難題包括設計者理論及經驗方面的主觀因素以及工藝及封裝的客觀限制因素。由於設計及製造工藝複雜、門檻極高,現階段全球射頻前端晶片市場主要被Murata、Skyworks、Broadcom、Qorvo等國外企業佔據。Yole Development資料顯示,2019 年,前五大射頻器件提供商佔據了射頻前端市場份額的79%。

模組化趨勢漸顯

射頻前端模組(RF FEM,Front End Module)是射頻前端晶片另一種叫法。“只要整合功率放大器、低噪聲放大器、濾波器、射頻開關、雙工器等兩種及以上的器件,我們都叫射頻FEM。”Qorvo亞太區資深市場部高階經理林健富告訴記者。

根據應用路徑不同,目前可分為應用於主集天線射頻鏈路模組、用於分集天線射頻鏈路模組和用於WiFi端射頻模組,具體包括DiFEM、LFEM(整合射頻開關、低噪聲放大器和濾波器)、FEMiD(整合射頻開關、濾波器和雙工器)等多種組合。

因為,5G需要向下相容多個頻段,各種器件使用量增多,射頻整合已是大勢所趨。來自CSSInsight的拆解資料顯示,iPhone 12的射頻系統佔板面積相比iPhone 11增加了一倍還多,並且採用了時下最複雜的蜂窩網路射頻前端系統,能支援包括毫米波在內的20個頻段。

趙玉龍認為,對於手機廠商來說,他們不但希望射頻前端尺寸更小,還需要更小的AiP(天線晶片一體化封裝)等。

“諸如發熱、方向性、手機ID設計和前端插損等因素也會給5G手機設計帶來挑戰。”趙玉龍表示,要解決這些問題,則需要尋找最佳化的半導體制造工藝來實現。

張國斌則認為,等到5G實現毫米波覆蓋以後,天線可能也會整合在射頻模組裡,“因為毫米波的波長非常短,天線體積也非常小。射頻前端晶片的模組化趨勢很考驗封裝技術,封裝對半導體未來發展很重要。”

國內廠商迎來重大機遇

在射頻前端晶片這個“隱秘角落”,儘管大部分市場份額被美日廠商把控,但局勢正在改變,國產廠商在一步步發力。

日前,業界人士“手機晶片達人”發微博稱:“今年下半年是國內射頻前端晶片大幅度起飛的開始,Vanchip、國民飛驤、smartmicro、漢天下……有幾家的5G分離式方案在OPPO、Honor、小米等手機廠商的立項數越來越多。”對此,記者向OPPO和小米方面求證,但截至發稿尚未獲得答覆。

但“手機晶片達人”告訴記者,國內射頻前端晶片行業的起飛趨勢將從今年第四季開始反映在相關企業的業績上。

“除了PA器件,國產射頻前端器件的發展多數已逐漸站穩腳跟,在濾波器、低噪聲放大器、開關等方面,由於現在大多采用傳統Si器件製程方式,因而中國廠商現在已逐漸佔有一席之地。”王尊民表示。

華西證券研報顯示,2018年之前,華為P系列和Mate系列的旗艦機型,射頻晶片的主要供應商是Murata、Skyworks、Qorvo和Epcos。2018年後,華為供應鏈發生變化,開始自研射頻PA,“自研+國產+日系”組成華為的射頻核心器件架構。

2019年第四季度出品的華為Mate 30手機中,射頻前端晶片供應商已經變成Murata、海思和卓勝微,P40 Pro的射頻功率放大器則用了海思Hi6D05。

前述國海證券研報指出,國內射頻前端晶片廠商有望迎來重大發展機遇。其中,卓勝微在射頻開關領域已經達到國際先進水平,在LNA和接收端射頻模組產品上也具備一定實力,唯捷創芯在射頻PA領域表現出色,目前已經佔據全球4G中低端PA市場的三成以上。

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