解读射频前端，5G的必争之地

射频前端，作为设备于外界通信的重要节点，在整个通信系统中产生的作用不言而喻。根据统计，2015 年全球射频功率放大器市场规模84.5 亿美元，化合物射频半导体占比高达95.33%。预计2020 年市场总量增至114.16 亿美元，2014 至2020 年复合增长率7.51%。

砷化镓器件应用于消费电子射频功放，是3G/4G 通讯应用的主力，物联网将是其未来应用的蓝海；氮化镓器件则以高性能特点目前广泛应用于基站、雷达、电子战等军工领域，利润率高且战略位置显著，由于更加适用于5G，氮化镓有望在5G 市场迎来爆发，而砷化镓则是5G 功放的另一种备选。

但是我们也应该明白到，全球化合物射频芯片设计呈现IDM 三寡头格局，2015 年IDM 厂商Skyworks、Qorvo、Avago 在砷化镓领域分别占据32.3%、25.5%、7.8%市场份额；产业链呈现多模式整合态势，设计公司去晶圆化及IDM 产能外包成必然趋势，未来行业整合仍将持续；化合物半导体代工市场将加速成长，预计2018 年扩张至百亿人民币规模。

基于此，我们来了解一下全球的射频前端市场。

化合物射频器件：自成体系的芯片产业

（1）射频性能优异的化合物半导体

化合物半导体射频性能优异。硅单晶材料是制作普通集成电路芯片的主要原料，但受限于材料特性，很难适用于高频/高压/大电流芯片应用。化合物半导体材料因其优良的器件特性广泛适用于射频器件。常见的化合物半导体包括三五族化合物半导体和四族化合物半导体。

其中，砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）作为其中应用领域最广、产业化程度最高的三五族化合物材料，具有优良的射频性能，天然具备禁带宽度宽、截止频率高、功率密度大等特点， 作为射频功率器件的基础材料分别主宰主流民用和军用/高性能射频集成电路市场。

化合物半导体与普通Si CMOS 半导体器性能比较

化合物半导体细分应用及说明

化合物射频器件应用器件工艺分布图

化合物射频器件应用相关信息

（2）工艺独特，产业链自成体系

化合物半导体工艺独特，需要专门的制造产线。普通硅工艺集成电路和砷化镓/氮化镓等化合物集成电路芯片生产流程大致类似：先将衬底材料纯化、拉晶、切片后在某种衬底上形成外延层，由代工厂按照设计公司的设计进行一系列工艺步骤进行电路制造，制成的芯片交由相关厂商进行封装与测试，最终完成芯片制造。然而由于材料特性、外延方式和制作环境要求和普通硅CMOS 工艺截然不同，化合物集成电路需要使用专门的生产工艺流程与产线设备，进而催生出专门针对化合物半导体集成电路生产的工厂（Fab）。

砷化镓/氮化镓化合物半导体芯片制造流程示意图

化合物半导体射频器件产业存在整合元件制造商（IDM）和（ 无晶圆设计公司+晶圆代工厂）两种商业模式。传统的国际设计厂商都采用IDM 形式，各自配备私有产线，从设计到晶圆生产成品都自己完成。该模式的优点为有利于技术保密、产线工艺参数控制及设计精确度提升，缺点是重固定资产配置的产线容易闲置浪费，且规模扩张受限。新兴化合物集成电路设计公司往往采用无晶圆设计（Fabless Design House）模式，即设计公司本身不配备芯片制造产线，而将晶圆代工和封装测试都交由下游专业代工厂（Fab）配合进行。

化合物半导体产业链主要厂商梳理

射频核芯：GaAs 占据主流，GaN 利润战略双高地

（1）PA：独立于主芯片的射频器件

射频功率放大器（Power Amplifier, 简称PA）是化合物半导体应用的主要器件，也是无线通信设备射频前端最核心的组成部分。射频前端（RF Front End） 是用以实现射频信号发射与接收功能的芯片组，与基带芯片协同工作，共同实现无线通讯功能。

射频前端包括功率放大器（Power Amplifier）、开关（Switch）、滤波器（Filter）、双工器（Duplexer）、低噪声放大器（Low Noise Amplifier） 等功能构件，其中核心器件是决定发射信号能力的射频功率放大器芯片。PA 芯片的性能直接决定了手机等无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间，是整个通讯系统芯片组中除基带主芯片之外最重要的组成部分。

射频功率放大器主要应用领域

射频前端功能组件围绕PA 芯片设计、集成和演化，形成独立于主芯片的前端芯片组。随着无线通讯协议的复杂化及射频前端芯片设计的不断演进，PA 设计厂商往往将开关或双工器等功能与功率放大电路集成在一个芯片封装中，视系统需求形成多种功能组合。目前PA 芯片除实现发射信号功率放大功能外，往往会集成开关器或双工器，进而演化出TxM（PA+Switch）、PAiD（PA+ Duplexer）、PAM（ 多PA 模组）等多种复合功能的PA 芯片类型。

手机结构示意图

RF 前端细分结构示意图