國產(chǎn)5G射頻，舉全產(chǎn)業(yè)鏈之力強攻！但這顆射頻器件卻被“卡脖子”

從2013年我國正式成立5G推進工作組以來，開始自己的研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)實施，在2、3、4G由西方國家主導(dǎo)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的經(jīng)驗來判斷，跟著別人屁股走始終受制于人。所以在2016年的時候各項技術(shù)試驗研發(fā)全面鋪開，尤其是由華為主導(dǎo)的5G通信標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)研發(fā)能力為我國的5G發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

從2018年華為發(fā)布首款5G手機開始，到2019年工信部正式頒發(fā)給三大運營商的5G拍照，開啟式我們國家5G時代的立興之路。截止2022年初我們國家部署5G基站達到140萬多的設(shè)備。超過了世界總數(shù)了50%之高。手機移動5G用戶超過了4.3億戶，比漂亮國的總?cè)丝谶€多。

從上面的數(shù)據(jù)表面看，在5G領(lǐng)域我們國家的發(fā)展確實非常樂觀，而且5G技術(shù)專利和通信標(biāo)準(zhǔn)也是由我們?yōu)橹鲗?dǎo)，核心技術(shù)實力被擁有雄厚研發(fā)實力的華為所掌握。但是川普上臺后期，針對華為5G芯片限制的措施一發(fā)布，突然就像關(guān)上一扇門，5G的發(fā)展出現(xiàn)停頓，原來硬件中的核心5G芯片主要還是來源了西方國家。想要追上、趕超還有很大的距離。

據(jù)了解，到目前為止涉及到高尖端芯片或者5G智能手機中的RF射頻器件方面的芯片技術(shù)，我們國產(chǎn)化程度還非常低，高達95%的市場需要從西方國家進口，這個芯片的主要作用就是能把射頻信號和素質(zhì)信號進行轉(zhuǎn)化的芯片，也是核心的通信芯片。這直接決定了移動設(shè)備所需要支持的通信模式是什么，接受的信號強度有多高，通話的穩(wěn)定性和功率等各種重要指標(biāo)都離不開它。這些加起來直接影響了用戶是使用體驗和手機的市場拓展情況，沒有達標(biāo)的射頻器件，響應(yīng)的產(chǎn)品就沒法滿足市場需求，也就會被市場所淘汰。以至于后面華為減少、甚至停止了5G手機的銷售，重回4G領(lǐng)域。目前逐漸開始有所改善。


5G第一大國在射頻領(lǐng)域難以突破

目前掌握這些5G射頻器件的主要廠商來源于這四大企業(yè)：Broadcom、Skyworks、Murata、Qorvo。他們基本把相關(guān)設(shè)備的市場占據(jù)了90%的份額，里面重要的SAW和BAW等濾波器基本都是被日本和其他如博通等企業(yè)所壟斷。短期不容其他發(fā)展中國家插手發(fā)展。

射頻前端的設(shè)計和工藝復(fù)雜，有著相當(dāng)高的生產(chǎn)門檻。從設(shè)計上來說，不同頻段產(chǎn)品的種類繁多。射頻器件具體包括RF收發(fā)機、 功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、濾波器、射頻開關(guān)（Switch）等。不同器件之間差異很大，需要投入大量時間研發(fā)、調(diào)試，而且研發(fā)結(jié)果的不確定性也很大；從制造工藝上來說，部分器件需要特殊工藝，國內(nèi)下游代工企業(yè)并不成熟，即便相對比較成熟的器件工藝，國內(nèi)產(chǎn)能也無法滿足全部市場需求。

中國在起跑時也比國際領(lǐng)先的巨頭晚了一大截，發(fā)達國家早在上世紀(jì)六七十年代 開始研發(fā)射頻芯片，在技術(shù)、專利方面遙遙領(lǐng)先，這些大型廠商多以IDM模式經(jīng)營，擁有設(shè)計、制造和封測的全產(chǎn)業(yè)鏈能力。而國內(nèi) 射頻產(chǎn)業(yè)起步較晚，無論是技術(shù)積累還是人才培養(yǎng)都與發(fā)達國家有明顯差距。

2020年年報顯示，Skyworks、Qorvo兩大巨頭全年研發(fā)支出高達4.6億、5.7億美元，收入占比分別為13.8%、14.2%，而同年國內(nèi)巨頭卓勝微研發(fā)投入為1.82億元，占比僅為7%。研發(fā)投入低，造成國內(nèi) 射頻器件產(chǎn)品主要集中在中低端市場，同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重、盈利能力差，這又使得相當(dāng)數(shù)量的公司無力在研發(fā)上增大投入。隨著射頻領(lǐng)域的全球市場競爭越來越激烈，近些年各大公司更是掀起了一場并購整合狂潮。??面對白熱化的國際競爭，長期受制于人的國內(nèi)企業(yè)正在不斷加大自主研發(fā)的力度。

2018年，華為海思射頻前端團隊成立，首款PA模組Hi6D03已應(yīng)用于Mate 20X上，其他如卓勝微、唯捷創(chuàng)芯等龍頭企業(yè)規(guī)模近兩年迅速擴大，已逐漸接近國外一些二線廠商。研發(fā)難度最大的SAW濾波器，也有一批國內(nèi)廠商陸續(xù)進入市場，卓勝微依靠自籌和定增資金投入了濾波器研發(fā)和生產(chǎn)；曠達科技在2020年收購了日本NDK旗下SAW濾波器業(yè)務(wù)，已具備量產(chǎn)經(jīng)驗。此外，銳時創(chuàng)芯、芯樸科技等加入射頻賽道的新玩家也在不斷增多。


高集成度PA模組量產(chǎn)出貨

隨著5G的商用和普及，具備無線通信功能的終端設(shè)備種類愈加豐富。同時，在移動終端設(shè)備設(shè)計持續(xù)小型化的趨勢下，射頻前端模組化的趨勢日益明顯，PA模組為射頻前端最大的細(xì)分市場。

2019年，銳石創(chuàng)芯推出同時支持5G SA和NSA ENDC的射頻前端產(chǎn)品RR88643-91，這也是業(yè)內(nèi)首顆兼容5G N41及支持N41/B41 PC2的射頻前端模塊，在同等功率下其效率優(yōu)勢明顯，有利于降低5G應(yīng)用的功耗。2019年底慧智微推出Sub-6GHzn77/78/79 5G雙頻L-PAMiF模組產(chǎn)品，是業(yè)界集成度最高的模組產(chǎn)品，并于2020年率先實現(xiàn)量產(chǎn)，應(yīng)該是目前5G PA模組出貨量最多的國內(nèi)芯片公司。

2020年3月，搭載慧智微5G PA模組的首批手機終端批量生產(chǎn)。根據(jù)拆解機構(gòu)eWisetech的報告顯示，OPPO K7x手機首次采用了國產(chǎn)5G射頻前端器件。K7x采用慧智微電子S55255 5G頻段射頻前端集成收發(fā)模組L-PAMiF，覆蓋5G UHB 新頻段n77/78/79頻段，是集成度最高的5G射頻前端模組。這也是拆解5G手機以來，首次見到國產(chǎn)5G射頻芯片在手機上面應(yīng)用。

2020年底，昂瑞微的Phase5N射頻前端模組已經(jīng)在多家手機廠商和ODM方案商實現(xiàn)量產(chǎn)。在eWiseTech對榮耀50手機的拆解顯示，射頻芯片部分，采用了昂瑞微的射頻功放芯片OM9901-11與OM9902-11。OM9901和OM9902是昂瑞微在2020年推出的5G Sub-3GHz Phase5N解決方案。OM9901-11為2G頻段設(shè)計，低頻段支持GSM850/EGSM900，高頻段支持DCS1800/PCS1900頻段。OM9902-11支持3G/4G/5G NR頻段。據(jù)介紹，昂瑞微擁有完整的PA/FEM產(chǎn)品線系列，其產(chǎn)品覆蓋2G、3G、4G、5G Phase5N、L-PAMID和L-PAMIF全系列。是國內(nèi)首家同時擁有大規(guī)模量產(chǎn)的CMOS PA和GaAs PA技術(shù)的廠商。

唯捷創(chuàng)芯在4G射頻功率放大器產(chǎn)品出貨量位居國內(nèi)廠商第一。基于對 5G 前沿技術(shù)和市場的前瞻性布局，公司于2020年初實現(xiàn)5G射頻功率放大器模組的量產(chǎn)銷售，5G射頻功率放大器模組累計出貨超過1億顆。2021 年上半年實現(xiàn)接收端模組的量產(chǎn)銷售，快速推動新技術(shù)下的射頻前端產(chǎn)品面市。唯捷PA模組以MMMB PA和TxM中集成度的PA模組產(chǎn)品為主。 此外，公司已在高集成度的L-PAMiF等產(chǎn)品上實現(xiàn)了量產(chǎn)銷售。高集成度L-PAMiD模組處于向客戶送樣驗證階段。2021 年1-6月，公司高集成度PA模組開始向頭部手機廠商及ODM廠商批量出貨，銷售數(shù)量超過 1,000萬顆。

飛驤科技于2020年6月正式發(fā)布一套完整的5G射頻前端方案，實現(xiàn)了兩個第一：第一套完整支持所有5G頻段的國產(chǎn)射頻前端解決方案和第一套采用國產(chǎn)工藝實現(xiàn)5G性能的射頻前端模塊。FX6779/FX6777/FX6728/FX6727等產(chǎn)品進行組合，可以完整滿足Sub-6GHz頻段1T4R、2T4R等方式的任意5G NR應(yīng)用；在Sub-3GHz頻段，F(xiàn)X6241和FX5627H可以覆蓋所有頻段，同時組合滿足EN-DC應(yīng)用需求；6種5G開關(guān)全面覆蓋所有5G開關(guān)應(yīng)用場景，并能提供低于2us的極速切換速度。

卓勝微的模組產(chǎn)品包括接收端模組產(chǎn)品LFEM、LNA BANK、DiFEM，以及WiFi連接模組產(chǎn)品，其中接收端射頻模組產(chǎn)品已于2020年在多家知名手機廠商實現(xiàn)量產(chǎn)并出貨，適用于5G通信制 式的LDiFEM 產(chǎn)品（集成射頻低噪聲放大器、射頻開關(guān)和濾波器），已在部分客戶實現(xiàn)量產(chǎn)出貨。同時，公司持續(xù)豐富適用于5G NR頻段的LFEM 產(chǎn)品組合，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品覆蓋度。不過，卓勝微新推出的適用于5G NR頻段的主集發(fā)射模組（L-PAMiF）產(chǎn)品仍處于推廣送樣階段。


濾波器成國產(chǎn)5G射頻模組之痛

唯捷創(chuàng)芯表示，4G 時代，僅頭部手機廠商旗艦機可能采用高度集成PAMiD射頻前端解決方案。而在5G時代，L-PAMiD和L-PAMiF等更高集成度的射頻前端解決方案或?qū)⒊蔀橹懈叨耸謾C的標(biāo)配，進一步提高射頻前端企業(yè)中高端市場的準(zhǔn)入門檻。唯捷在中低集成度PA模組方面自主完成芯片設(shè)計，僅SMD和高集成度模組中的LTCC濾波器屬于直接對外采購的配套器件，在L-PAMiF、L-PAMiD等集成濾波器的模組中，唯捷需向外部廠商采購濾波器、多工器進行集成。

相較國際領(lǐng)先廠商，唯捷創(chuàng)芯在濾波器、多工器供應(yīng)商產(chǎn)能保障、成本和部分超薄、 超小的高性能產(chǎn)品獲取等方面存在一定競爭劣勢。同時，Skyworks、Qorvo等領(lǐng)先廠商已量產(chǎn)迭代多款 DiFEM、PAMiD 等模組產(chǎn)品，5G智能手機對高集成度PA模組產(chǎn)品及架構(gòu)方案的需求預(yù)計將逐步上升，唯捷將面臨更高的技術(shù)挑戰(zhàn)。而這一劣勢，應(yīng)當(dāng)是唯捷進行研發(fā)突破的方向之一。

由此可見，即便是在高集成度L-PAMiF模組的核心元件供應(yīng)上，國內(nèi) 射頻前端廠商也并沒有完全自主。

而在Sub-3GHz模組上，更是遇到了濾波器難題。慧智微公開信息指出，相比于Sub-6GHz，雖然Sub-3GHz模組頻率更低、功率更低，不需要復(fù)雜的SRS開關(guān)等，但由于Sub-3GHz頻段較多，需要集成的濾波器及雙工器更多，并且是SAW、BAW及FBAR等聲學(xué)濾波器，對濾波器資源的獲取、多頻段的系統(tǒng)設(shè)計能力提出了高的要求。

由于在全模塊子電路的設(shè)計和量產(chǎn)能力、強大的系統(tǒng)設(shè)計能力以及小型化濾波器資源方面的欠缺，國內(nèi)廠商例如慧智微、唯捷創(chuàng)芯、卓勝微等在Sub-3GHz只能提供分立方案，而還不能提供Sub-3GHz 模組產(chǎn)品。在這里用于Sub-3GHz頻段集成濾波器技術(shù)所需要的是SAW、BAW或FBAR產(chǎn)品，主要是WLP（Wafer Level Package，晶圓級封裝）或CSP（Chip Scale Package，芯片級封裝）兩種封裝結(jié)構(gòu)的濾波器。WLP濾波器尺寸小、與模組內(nèi)其他模塊的設(shè)計中有優(yōu)勢，是未來模組內(nèi)濾波器的發(fā)展方向。

濾波器方面，國內(nèi)廠商有好達電子、麥捷科技、卓勝微、三安集成、諾思等等，它們在SAW、BAW、FBAR等產(chǎn)品的市場應(yīng)用和產(chǎn)能建設(shè)方面都在加速發(fā)展。但目前國內(nèi)濾波器還沒有完全突破小型化、性能等問題可用于5G射頻前端模組的集成，而國外廠商基本以提供模組產(chǎn)品為主，或受限于競爭以及供應(yīng)等因素，國內(nèi)廠商在模組方案上短時間難以突破。

俗話說，芯片等半導(dǎo)體領(lǐng)域就是西方手上的最后一張王牌，只要我們能堅持住，突破他們限制的瓶頸，我們將無懼任何對手，可以傲世天下走自己的發(fā)展之路！你們覺得我們工業(yè)2025能完成既定目標(biāo)嗎？