5G时代,我国射频器件有哪些机遇与挑战
要采用2 载波的载波聚合。2017 年,国内的三大电信运营商将正式启动三载波的聚合,而到2018 年,四载波甚至五载波的载波聚合将出现在手机通讯应用中。例如载波聚合技术要求射频天线开关具有极高的线性度,以避免与其他设备发生干扰,对于滤波器及射频开关的性能要求将更加苛刻。
随着载波聚合的逐步普及,射频MEMS 开关行业将迎来快速增长。目前机遇SOI 工艺的射频开关正在接近技术极限,无法满足IIP3=90dbm 的要求。能够达到IIP3>90dbm 的射频性能目标的唯一一种开关是射频MEMS 开关,因此射频MEMS开关将在未来5G 时代迎来确定性增长机会。
载波聚合(CA)技术在2016 年进入快速渗透期
2.4创新射频技术有望在4.5G/4.9G中率先实现应用
回顾2G 到4G 的通讯发展历程,每一代通讯技术的发展都不是一蹴而就的,而是由多个小的技术升级叠加形成的。2G 时代,地面蜂窝通讯经历了GSM、GPRS、EDGE三个小型技术升级;而在3G 时代,地面通讯经历了UMTS、HSPA、HSPA+三个小型技术升级。我们判断在4G 向5G 的演进过程中,每2 年就会出现一次小型技术升级。而每一代小型技术升级都会推动射频器件产品复杂度及单部手机价值量的提升。
3G到4G的发展历程中,每2年就会有小的技术升级
3 射频器件国产替代空间广阔
手机等终端的射频器件主要包括PA 芯片、滤波器、射频开关、天线。天线是目前国产化率最高的细分领域,信维通信(300136)、硕贝德(300322)等在终端天线领域已经达到全球领先水平,产品已经进入苹果、微软等国际巨头供应链体系。国产PA 芯片在2G、3G、WiFi、NFC 等通信系统中已经实现了大批量出货销售,而在4G PA 芯片领域,国内厂商还处于客户认证及商业谈判阶段。射频滤波器及射频开关的国产化率相对较低,国内厂商的产品主要集中在军用无线通信系统中,在手机等消费电子产品中的应用较少。
我国是全球最大的手机生产基地,同时华为、vivo、oppo、小米、魅族、联想等国产品牌的手机销售量占全球的30%以上。凭借庞大的终端市场需求,手机供应链向大陆转移是非常确定的产业趋势。事实上,国内不少射频器件厂商已经进入了千元智能机市场,如天珑、西可、海派、TCL 等厂商就已经开始采用中普微的PA 芯片。
3.1砷化镓晶圆代工兴起、接口趋于标准化两大红利助力PA芯片国产化
3.1.1接口趋于标准化
在2014 年之前,射频器件与基带芯片之间的接口各家厂商采用自家的独立接口,各不兼容。市场上一旦某种型号手机销量超出预期,由于没有可被替换的射频器件厂商选,PA、射频开关、射频滤波器等射频器件是手机零部件中缺货最严重的零组件。
2014 年,联发科推出了"Phase 2"整体方案,与Skyworks、RFMD、Murata 等厂商合作推出引脚相互兼容的射频PA 产品。"Phase 2"方案使得终端厂商替换PA 器件的弹性大幅提高,即使出现单一供应商缺货时,其他厂商的产品可以实现快速替补。引脚标准化为国内射频器件企业切入4G 市场提供了机会,国内PA 厂商Vanchip 及Airoha 在2015 年加入了联发科的公板认证,切入了联发科的低阶套片产品。
联发科定义的射频模块标准结构图(phase1至phase6)
3.1.2砷化镓成为主流生产工艺
砷化镓PA 芯片是目前市场主流,出货占比占9 成以上。在2G 时代,PA 芯片主要采用CMOS 工艺,而进入3G 时代,生产工艺转向电子迁移率更高、截止频率更高的砷化镓制程技术。国内厂商在砷化镓晶圆制造领域已有不少投资项目,随着三安光电及海特高新的砷化镓产线投产,国内PA 芯片厂商的研发及生产环境将得到大幅改善。
射频器件各细分方向工艺线路图
3.1.3国内厂商立足2G/3G市场,向4G市场发起突围
目前4G 手机一般配臵4 颗PA 芯片,一些高端旗舰机型配臵5 颗PA 芯片,比如苹果iPhone 7 即配臵了5 颗PA 芯片。国内芯片设计厂商抓住国内手机品牌崛起的机会成功切入了PA 芯片厂商,涌现出了RDA、汉天下、中普微电子、国民飞骧、唯捷创芯(Vanchip)、广州慧智微电子等一批射频PA 芯片厂商。目前国内PA 芯片厂商的主力销售产品集中为2G/3G PA芯片,在4G PA 芯片领域市场占比较小。
PA 芯片是决定发射信号质量的重要器件,其线性度及转化效率决定了通话质量。国内射频龙头企业RDA 在2015 年12 月实现了4G PA 芯片的客户批量验证,标志着国内厂商在4G 产品上实现了突破。
国内主要PA厂商
PA芯片市场格局
3.2 saw/baw滤波器国产替代兴起
3.2.1 saw、baw滤波器是手机应用中的主流滤波器
Saw、baw 滤波器的性能(插入损耗低、Q 值高)
- 英国萨里大学5G创新中心(5GIC)正式成立(10-06)
- 微电子所研究生在2015年亚洲创新大赛5G专题竞赛中荣获一等奖(01-05)
- 西南交大首席教授范平志领衔的国际首部5G高移动无线通信白皮书(英文版)正式发布(06-14)
- 美国FCC Part 15E UNII band新规范要求正式生效(06-26)
- 中国5G标准化研究工作提案获世界电信标准化全会通过(11-16)
- 国际电联将研究5G网络标准化要求 年底前完成(05-15)