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5G手機射頻前端市場機會激增 技術路線如何選擇

欄目:行業動態 發布時間:2019-08-20 來源: 中國電子報 瀏覽量: 190

5G時代的日益臨近,讓終端廠商也踏著節奏紛紛推出5G手機。5G讓智能手機面臨空前復雜的技術難點,包括手機射頻前端架構、設計、制造、封測和原材料等都需要進行優化和改進。

2019年開啟5G商用元年

5G(第五代移動電話行動通信標準)的愿景與需求,是為了應對未來爆炸性的移動數據流量增長、海量的設備連接、不斷涌現的各類新業務和應用場景,同時與各行業深度融合,滿足垂直行業終端互聯的多樣化需求,實現真正的“萬物互聯”,構建社會經濟數字化轉型的基石。

5G將滲透到各種場景(云AR/VR、車聯網、智能制造、智慧能源、無線醫療、無線家庭娛樂、聯網無人機、社交網絡、個人AI輔助、智慧城市、全息投影),豐富的商業回報令業界對5G賦予了前所未有的期盼。2018年,眾多國家宣告2019年將成為5G試商用的時間點。2019 CES上,英特爾發布5G SoC處理器Snow Ridge、三星和摩托羅拉展示首款5G手機、高通宣布30余款5G終端設備將于2019面世;2019年,1月16日,廣東聯通聯合中興通訊在深圳5G規模測試外場,接通了全球第一個基于3GPP最新協議版本的5G手機外場通話;2019年6月6日,工信部宣布正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G商用牌照。這也意味著我國正式進入5G元年。雖然對于許多人來說,如今的5G移動設備,價格十分昂貴,但按照之前3G、4G的發展規律來看,5G代替4G也已經是不遠的事情了。這也意味著在這之后,智能手機將逐漸代替電腦,成為人們日常生活中最不可或缺的電子設備。

射頻前端采用“集成模組”還是“分立器件”?

在移動通信中,隨著用戶數量和技術種類的激增,無線電頻譜成為稀缺資源。智能手機面臨著空前復雜的要求,例如:支持區域和全球漫游的多頻帶;支持多種蜂窩模式,包括2G/3G/4G/5G、WiFi、藍牙、近場通信(NFC)、全球定位系統(GPS);利用多輸入多輸出(MIMO)改善通信質量,提高數據速率和擴大有效范圍;利用智能天線技術(如波束成形或分集)來增強單個數據信號的性能;載波聚合(CA)支持更寬的帶寬,提升帶寬體驗。由于射頻前端是手機射頻收發器和天線之間的功能區域,主要由功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、開關、雙工器、濾波器和其他被動器件組成。因此,5G的這些要求(頻帶從低頻到高頻)給手機射頻前端架構、設計、制造、封測和原材料都帶來了巨大的挑戰。

在射頻前端和連接架構方面,全球主要智能手機廠商通過采用“集成模組”或“分立器件”的方式各樹旗幟。國外手機廠商如三星(Samsung)、蘋果(Apple)、索尼(Sony)、樂金(LG)等都趨向采用復雜的集成模組;而中國手機廠商如華為(Huawei)、小米(Xiaomi)、歐珀(OPPO)和維沃(vivo)等卻采用了更多的分立器件,因為這能夠使他們盡可能降低射頻物料清單(BOM)成本,以便在競爭激烈的手機市場上也能獲得銷售價格優勢。

對比華為P20 Pro和三星S10,我們可以看出兩家企業的手機射頻前端戰略。華為P20 Pro的射頻電路板由45顆分立元件和4個集成模組(含25顆元件)組成,而三星S10則由17顆分立元件和8個集成模塊(含71顆元件)組成。因此,最終三星S10的射頻BOM是華為P20 Pro的兩倍,但是這兩款手機下行速度性能并無明顯差異。此外,這兩款手機都支持30多個頻段,并使用如載波聚合(CA)和4×4 MIMO等類似技術。

5G賦能智能手機的同時,無疑讓射頻前端變得更加復雜。實際上,5G在智能手機中的普及率不僅取決于網絡是否可用、應用案例是否成功,還取決于消費者的經濟承受能力。隨著射頻前端的價格壓力增加,如何以較低的成本實現5G功能成為行業關心的話題。因此,分立元件仍將會保持一定的市場份額,法國市場調研機構Yole預測,2018~2025年,分立元件的市場規模占比將保持在30%的水平。

5G促進射頻前端市場增長

2018~2019年,消費者對智能手機的需求減弱導致市場有所下滑。在像頭等新技術的應用進程。在LTE時代,射頻前端市場的增長來自于載波聚合和多輸入多輸出(MIMO)技術。5G需要增加頻段,實現雙重連接,下行鏈路過渡到4 ×4 MIMO,上行鏈路發展到2×2 MIMO,這將促進射頻前端市場增長。因此,2018年射頻前端市場規模為150億美元,預計2025年將達到258億美元,2018~2025年的年復合增長率為8%。其中,分立器件的年復合增長率略高于集成模組的復合年增長率。在分立器件方面,天線調諧器的市場增長速度最快——復合年增長率高達13%,這是因為更高的頻段和4 ×4 MIMO對天線及天線調諧器數量的需求越來越多。

因為5G(3.5GHz及以上)對4 ×4 MIMO的強制性要求,所以低噪聲放大器(LNA)的市場增長受到積極影響,無論是分立器件還是集成模組。而關于5G毫米波,封裝天線(AiP)模組將在2019年產生營收,美國是其首個目標市場。Yole預測,2025年AiP市場規模將達到13億美元。

為了實現LNA與開關的集成,射頻前端產業選擇的晶圓襯底材料正轉向12英寸射頻SOI,從而限制了鍺硅的增長機會。在濾波器方面,傳統的聲表面(SAW)濾波器技術將保持穩定,而薄膜聲表面濾波器、體聲波(BAW)濾波器、薄膜體聲波(FBAR)濾波器、集成無源器件(IPD)和多層單元(MLC)技術將獲得增長機會。

美日主導射頻前端領域

智能手機射頻前端領域的主要領導廠商均來自美國和日本,包括博通(Broadcom)、思佳訊(Skyworks)、Qorvo、高通(Qualcomm)和村田(Murata),合計占據了81%的市場份額。目前,村田的市場份額領先于思佳訊和博通;高通在LNA領域已經足夠強大,通過整合TDK EPCOS的濾波器業務,大有趕超Qorvo之勢。其他射頻前端廠商,例如英飛凌(Infineon)、索尼(Sony)、太陽誘電(Taiyo Yuden)、恩智浦(NXP)和威盛(Wisol),也占有一席之地。這些第二梯隊公司具備LNA、開關、調諧器和濾波器的制造能力,成為智能手機廠商的其他供應商選項。

整體來看,中國射頻前端廠商處于弱勢地位,技術實力、量產規模等各方面均落后于國外廠商。由于全球智能手機市場采用的中高端濾波器目前已被前五大美日廠商瓜分,加之國內濾波器產業起步較晚,因此中高端濾波器的技術突破正成為射頻前端國產化的最大挑戰。

最后值得注意的是,美日濾波器廠商較早地進行了全面的專利布局,主要包括中國、美國、日本及歐洲地區。村田和太陽誘電等日本廠商在SAW專利申請方面處于領導地位,而Qorvo、高通和博通等美國廠商則在BAW專利領域處于領導地位。這對中國濾波器廠商帶來更大的困難和挑戰,稍有不慎,將會受到國際巨頭的專利訴訟。

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