一文了解射频前端现状及国产化替代

本文来自：国际电子商情

自5月15日，华为被美国商务部列入出口管制“黑名单”以来，全球相关产业链出现不小的震荡。对美国芯片供应商来说，要重新调整业绩预期及寻找新的增长点；而对华为来说，要经历一次全面启动“备胎”测试和磨合的严峻挑战期，特别是射频前端这颗模拟芯片“皇冠上的明珠”，找不到“备胎”意味着生产全面停摆。

什么是射频前端？

射频前端(RFFE)，是移动通信系统的核心组件，主要起到收发射频信号的作用，它包括功率放大器(PA)、双工器(Duplexer和Diplexer)、射频开关(Switch)、滤波器(Filter)、低噪放大器(LNA)等五个组成部分。

五大器件主要功能：

1、功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大；

2、双工器用于对发射和接收信号的隔离；

3、射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换；

4、滤波器用于保留特定频段内的信号，而将特定频段外的信号滤除；

5、低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大。

除了上面五大器件，其实还有一个RF天线：处于整个手机通信系统的最外端，是手机实现与外界通信的窗口，其作用是接收电磁波或将电磁波发射出去。

射频前端市场前景可观。据Yole数据显示，2017年手机射频前端市场规模为150亿美元，预计2023年达到352亿美元，是2017年的2倍多。

全球射频前端竞争格局分析

从5大器件的营收占比来看，滤波器约占射频器件营收的50%，射频PA约占30%，射频开关和LNA约占10%，其他约占10%。可见，滤波器和PA是射频器件的重中之重。对于通信设备而言，没有PA，信号覆盖会成问题，而没有滤波器意味着设备丧失抗干扰能力。

(1)滤波器&双工器

滤波器包括声表面滤波器(SAW)、体声波滤波器(BAW)、MEMS滤波器和IPD等，其中SAW和BAW是应用最为广泛的滤波器种类。

全球SAW滤波器市场份额排名前五的厂商，分别为村田(47%)、TDK(21%)、太阳诱电(14%)、Skyworks(9%) 、Qorvo(4%)，合计占比达95%。

相较于SAW，BAW更适合于2GHz以上的高频段，5G新增频段包括Sub6G和毫米波等超高频频段，BAW将成为5G滤波器应用主流。

全球BAW滤波器市场份额TOP3分别是博通(87%)、Qorvo(8%)、太阳诱电(3%)，合计占比达98%。其中，博通一家独占87%，“寡头”局面初显。

相比之下，国内滤波器设计还有很大的差距。国产滤波器厂商有麦捷科技、三环集团、中电德清华莹、信维通信、好达电子、天津诺思、大富科技、武汉凡谷、华远微电、瑞宏科技等，但还没有厂商能够成熟商用BAW滤波器产品。

对国产厂商而言，滤波器是瓶颈中的瓶颈。目前，能够量产的国产SAW滤波器，因尺寸太大没法做集成，只能外挂在芯片外面。GSM、2G或3G低频通信用的SAW滤波器，国内竞争者将有机会超过对手，而4G和5G使用BAW和FBAR滤波器，天津诺思、麦捷科技等正开始突破。

在代工模式上，目前可量产出货的滤波器厂家都是IDM模式。在制造工艺方面，MEMS技术制造滤波器具有极高的技术门槛，在保证高度一致性和高质量的条件下实现大规模量产难度较大。

双工器也常常被划入滤波器行列，它由两个滤波器组成，可在一条信道上实现双向通信。半双工是通信双方轮流收发，全双工是通信双方同时收发。全双工通过频分双工(FDD)或时分双工(TDD)实现。

(2)功率放大器(PA)

业内人士指出，4G手机内PA数量平均5～7个，5G手机至少十多个，以20 亿部通讯终端、单价1～1.5美金计算，市场将是千亿元级别。

在终端市场，全球P A绝大部分市场份额被Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata占据，四家厂商合计占比达97%，其中前三家合计占比达到92%。

值得注意的是，Qorvo、Skyworks和Broadcom都完成了PA、Switch、Duplexer、Filter全产品线布局，拥有专用的制造厂和封装厂。

从三家厂商的财报数据来看，它们在移动通信射频前端市场的毛利率均高于40%，最高可达50%，净利率约30%，具有极强的盈利能力。

基站市场，NXP和Freescale在合并前总共占据了51.1%的市场份额。

国内PA设计公司主要有中科汉天下、唯捷创芯、紫光展锐、慧智微、飞骧科技、中普微(韦尔股份控股)等。

在射频PA代工模式上，Sky-works、Qorvo和Broadcom采用IDM模式。同时，晶圆代工模式也在兴起，主要有台湾稳懋等。国内PA晶圆代工厂商主要有三安光电、海特高新。PA封测厂主要是华天科技和长电科技。

在制造工艺及材料方面，射频PA主要采用GaAs、RF-SOI、CMOS和SiGe。其中基站PA将采用高频性能更好的GaN材料，终端PA预计仍会采用性价比更高的GaAs材料。

目前，国内PA产品大多停留在中低端应用，布局高端应用的PA厂商为数不多。不过，华为自行设计GaAsPA，给了国内PA厂商一剂强心针。同时，5G的到来也将带给国内PA厂商更多替代国外产品的机会。

(3)射频开关(Switch)

射频开关在5G要求下既要满足高功率、高频率要求，也要配合更加复杂的射频信号路径进行结构性提升。在材料及工艺的选择上，射频开关多采用化合物半导体工艺如GaN、GaAs工艺等，亦或继续沿用RF-SOI工艺。

根据QYR Electronic sResearch Center 的统计，2010年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长，2017年全球市场规模达到14.47亿美元，预计到2020年期间仍保有9.5%的年增长率，市场规模达到19.01亿美元。

目前射频开关市场主要被Skyworks、Qorvo、Broadcom、NXP、Infineon、Murata等占据，这些厂商不断通过生产技术创新来提高企业效率。

国产RF开关公司有卓胜微、德清华莹、紫光展锐、唯捷创芯、韦尔股份、迦美信芯、宜确等。其中，卓胜微是国内最大的开关供应商，已打入三星和小米供应链，年销售额约1亿美金；展锐同为三星供应商，但所占份额不及卓胜微；唯捷创芯、德清华莹提供PA设计的同时，也提供RF开关、天线调谐器产品设计。

射频开关70%以上采用RF-SOI工艺，部分采用GaAs工艺。LTE LNA主要采用RF-SOI和CMOS工艺。国内射频开关封测厂主要是嘉盛、日月新和通富微电。目前，国内做RF -SOI射频开关的公司已有20-30家，价格战进入白热化。适用于5G的高频RF开关，是国产厂商极力攻破的方向。

(4)RF天线

目前智能手机主要采用LDS和FPC天线，随着5G频率走向高频，在Sub 6G范围内，LCP和MPI凭借更低的高频损耗将成为主流。尤其在毫米波范围内，天线尺寸急剧缩小，将采用天线阵列模组。LCP优良的弯折性能有助于合理利用智能手机内部的狭小空间。

LCP产业链上、中游主要由外国厂商把控。

在国内，生益科技进入LCPFCCL领域，信维通信进入LCP天线领域，立讯精密为LCP天线模组供应商，京信通信和通宇通讯主要是基站天线供应商，硕贝德作为曾经的手机天线霸主，如今产品切入基站、车载和V2X天线领域。

业内人士分析称， 因5G天线设计方案将由“单体天线”改为“天线阵列”，新型磁性材料及LTCC集成技术将是5G天线的核心技术，LCP天线性能比LDS更好但价格是LDS的20倍，国内手机厂商华为自己设计天线，可能改变天线厂现有的竞争格局。

总体而言， 领先的射频器件供应商几乎都采用IDM模式，拥有自己的晶圆厂是其能够领先市场的关键。相对而言，国内更多以代工模式为主，如GaAs工艺主要厂商有台湾稳懋、台湾宏捷科和厦门三安集成，RFSOI工艺主要厂商有TowerJazz、中芯国际和华虹宏力，CMOS工艺主要厂商有台积电、中芯国际和联电，SiGe工艺主要厂商有格罗方德和TowerJazz。国内少数厂商也在尝试IDM模式，但是短期内依然会依赖代工厂。

展望未来：

(1)射频前端市场前景可观

手机每增加一个频段，大约需要增加2个滤波器、1个功率放大器和1个天线开关。目前， 智能手机支持30多个频段，预计5G时代全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将达到91个以上。随着5G普及商用，射频前端的需求量将呈暴发式增长。

(2)模块“集成化”大势所趋

在射频前端“模块集成”上，发展更快的厂商有望成为市场的主导者。射频前端集成存在单片集成(片上SoC系统)和混合集成(SiP封装)两个发展方向。目前通过SiP的形式更易实现，也是各大厂商重点着力的方向。

(3)国产射频芯片的新机遇

2017年国产射频芯片市占率仅有2%。有分析指出，前端主力市场暂由海外巨头占据，但5G到来后，毫米波频段将给国产厂商带来突破机会。化合物半导体制造龙头三安光电、射频方案平台厂商信维通信，以及射频器件厂商韦尔股份、天通股份、麦捷科技等数十家企业都会有不错的契机。