中國射頻前端器件競爭格局及國外廠商壟斷射頻前端器件供應分析[圖]

射頻前端器件王密 2019-07-08 05:31 來源：智研咨詢

先進的產(chǎn)品技術、制造工藝和系統(tǒng)封裝助力企業(yè)滲透高端應用領域。5G對射頻前端各子器件的性能、體積和成本要求提升，擁有先進的產(chǎn)品技術方有機會進入高端領域；核心器件以化合物半導體為主，其制造工藝決定產(chǎn)品性能，同時將難以集成的器件系統(tǒng)性封裝，可有效減小射頻前端模塊體積，是終端射頻模塊的發(fā)展趨勢。

美日廠商壟斷高端射頻前端器件供應，臺灣、中國大陸廠商立足中低端，努力向高端市場切入。射頻前端領域設計及制造工藝復雜、門檻極高，以Broadcom/Avago、Qorvo、Skyworks、Murata、TDK為代表的美日IDM廠商擁有較強的產(chǎn)品和模組制造能力，優(yōu)勢明顯，當前占據(jù)絕大部分市場份額，尤其是在智能手機領域；中國大陸及臺灣廠商以Fabless和晶圓代工模式為主，強調產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作，其中臺灣企業(yè)在晶圓代工、封裝測試等中下游環(huán)節(jié)占據(jù)重要位置，大陸廠商在技術、專利、工藝等方面與國際大廠存在差距，主要供應中低端PA、濾波器、射頻開關等產(chǎn)品。隨著射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈逐漸向中國轉移，國內(nèi)廠商加緊技術工藝突破，努力向高端市場邁進。

各主要廠商在蘋果手機射頻前端市場占比

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射頻廠商兼并整合，射頻前端模塊化、集成化和提供整體射頻解決方案漸成趨勢。隨著5G支持的頻帶數(shù)量增加，射頻前端的復雜度也逐漸提高，將濾波器與PA、開關等射頻器件進行整合，向模塊化、集成化和整體射頻解決方案方向發(fā)展，同時提高射頻方案的整體價值成為當前產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢。近年來，國際大廠通過整合兼并加強平臺建設，以提供射頻前端模組產(chǎn)品，當前射頻器件巨頭廠商基本都具備濾波器、功放、開關、低噪放等器件的設計、制造及模組生產(chǎn)能力。

射頻行業(yè)并購整合案例

產(chǎn)業(yè)并購整合案例	產(chǎn)品、模組/方案能力說明
2012年，Murata收購RenesasPA業(yè)務。	提供濾波器、PA等射頻前端核心部件，整合自身射頻產(chǎn)品平臺。
2014年，RFMD與TriQuint合并成Qorvo。	IDM巨頭合并，可提供PA、開關、SAW/BAW 及射頻前端模組。
Skyworks先后收購Panasonic和MEMS solution。	可提供PA、TC-SAW、FBAR，增強自身射頻前端模組開發(fā)能力。
2015年，Avago以370億美元收購Broadcom。	IDM巨頭收購，具備射頻前端全產(chǎn)品和模組供應能力。
2016年，Qualcomm與TDK聯(lián)合成立RF360。	基帶廠商與射頻器件廠商結合，獲取聲表面波濾波器、射頻前端模塊技術，具備手機終端通信系統(tǒng)全產(chǎn)品供應能力。
2017年，聯(lián)發(fā)科收購洛達科技。	可提供射頻前端模塊，完善自身平臺。

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射頻前端相關模組及器件集成度

模組	集成的器件	集成度
ASM	天線和開關	低
FEM	濾波器和開關	低
DivFEM	集成FEM的分集模組	中
FEMiD	集成ASM和雙工/濾波器	中
PAiD	集成PA和雙工	中
SMMBPA（3G/4G）	支持單模式多頻帶的PA模組	中
MMMBPA（3G/4G）	支持單模式多頻帶的PA模組	中
TxModule（2G）	集成PA和開關的發(fā)射模組	中
PAMiD	集成MMMBPA和FEMiD	高
LNADivFEM	集成DivFEM和LNA	高

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一、廠商壟斷高端市場

帶寬寬度、插入損耗、抗干擾能力是評價濾波器性能的關鍵指標。濾波器通過電容、電感、電阻等元器件的組合移除信號中不需要的頻率分量，同時保留需要的頻率分量，從而保障信號能在特定的頻帶上傳輸，消除頻帶間相互干擾。性能（帶寬寬度、插入損耗、抗干擾能力等）是濾波器選擇過程中需要重點考慮的因素，同時需綜合考慮尺寸和成本。

濾波器核心參數(shù)

參數(shù)	功能
中心頻率（CenterFrequency）	用來計算濾波器通帶帶寬，一般取帶通或帶阻濾波器左、右相對下降1dB或3dB邊頻點之和的一半。
截止頻率（CutoffFrequency）	指低通濾波器的通帶右邊頻點及高通濾波器的通帶左邊頻點，通常以1dB或3dB相對損耗點來標準定義。
通帶帶寬（BWxdB）	需要通過的頻譜寬度，通常用X=3、11、0.5即即BW3dB、BW1dB、 BW0.5dB表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。
插入損耗（InsertionLoss）	濾波器對電路中原有信號帶來的衰耗，以中心或截止頻率處損耗表征。損耗越小，則通過濾波器的有效信號強度越大，濾波器的性能就越好。
帶內(nèi)駐波比（VSWR）	衡量濾波器通帶內(nèi)信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁椫匾笜恕?/div>
阻帶抑制度	衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標，，該指標越高說明對帶外干擾信號抑制的越好。
延遲（Td）	指信號通過濾波器所需要的時間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導數(shù)，即Td=df/dv。
品質因素（Q值）	指電感在某一頻率的交流電壓下工作時，所呈現(xiàn)的感抗與其等效損耗電阻之比。QQ值越高，則濾波器的通帶帶寬越窄，無效信號越少，表明其濾波能力越好。

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5G時代，介質濾波器和體聲波濾波器在體積、損耗和頻率方面更具優(yōu)勢，將分別主導基站和終端市場。目前，基站用濾波器以金屬腔體濾波器為主，工藝較為成熟、穩(wěn)定性好、價格較低。隨著5G時代新天線技術的應用，天線數(shù)量增加，相應的濾波器的數(shù)量也在增加，對濾波器的體積、發(fā)熱等方面提出了更高的要求，而陶瓷介質濾波器因其具有體積小、損耗低、Q值高及工作頻率穩(wěn)定性好等優(yōu)點，未來有望成為行業(yè)主流。

金屬腔體和陶瓷介質濾波器技術原理及核心參數(shù)對比

濾波器種類	技術原理	損耗	體積	Q值	帶外抑制	適用場景
金屬腔體濾波器	電磁波在同軸腔體濾波器中震蕩	大	大	低	高	頻率范圍廣
陶瓷介質濾波器	電磁波諧振發(fā)生在陶瓷介質材料內(nèi)部	小	小	高	低	器件體積要求高

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在手機等終端領域，一方面對濾波器的體積要求更高（數(shù)量增加），而聲學濾波器采用半導體微加工工藝，可實現(xiàn)低成本、小體積；另一方面，5G通信要求濾波器能適應更高的頻率，體聲波濾波器（BAW）相比聲表面波濾波器（SAW）具有更低的損耗、更高的QQ值，在z2GHz以上的高頻領域更有優(yōu)勢。

SAW和BAW濾波器核心參數(shù)對比

濾波器種類	頻段范圍	插入損耗	功率閾值	體積
SAW	2.5GHz以下	低	低	小
BAW	2-20GHz	很低	高	很小

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家國際巨頭廠商占據(jù)絕大部分終端，市場份額，Avago更是幾乎獨占BAW濾波器市場。目前，全球終端市場的濾波器供應較為集中，主要為美日國際巨頭壟斷，前5大廠商市場份額達到95%。在BAW濾波器方面，只有Avago、Qorvo等少數(shù)幾家企業(yè)掌握量產(chǎn)技術，光Avago一家便占據(jù)全球87%的市場份額；SAW濾波器方面，也基本被Murata、TDK、TaiyoYuden等日本廠商壟斷，三家合計占有85%以上的市場份額。

SAW濾波器全球市場份額

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BAW濾波器全球市場份額

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國內(nèi)濾波器產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展早期，不論是在技術層面還是在整個產(chǎn)業(yè)的配套方面差距明顯。國內(nèi)在濾波器領域起步較晚，主要廠家是研究院所和一些民營公司，如麥捷科技、德清華瑩電子、中電26所、中電55所、無錫好達電子、北京長峰（航天二院）、中訊四方、中科飛鴻（具有中科院聲學所背景）等；BAW濾波器目前僅有中電26所、天津諾斯微在FBAR（薄膜體聲波）方面有完整的產(chǎn)線，其他還有漢天下和RDA都在進行FBAR的開發(fā)，但尚無完整的工藝線。

國內(nèi)主要濾波器企業(yè)

企業(yè)名稱	企業(yè)基本情況
麥捷科技	公司投資4.5億元增資SAW濾波器業(yè)務，目前公司產(chǎn)品已通過MTK和展訊技術平臺認證，并實現(xiàn)批量出貨，主要供貨給國內(nèi)手機品牌。
中電26所	國內(nèi)唯一擁有齊全的SAW濾波器技術的單位，產(chǎn)品包括SAW、TC-SAW、FBAR 濾波器，也是國內(nèi)少有的能為中興/華為提供聲表面濾波器廠商。
中電55所	國內(nèi)較早使用鈮酸鋰、鉭酸鋰等壓電晶體制作聲表面波濾波器產(chǎn)品的企業(yè)之一。
德清華瑩	公司專注鈮酸鋰晶體的聲表面波濾波器，是國內(nèi)唯一同時擁有材料、器件、模塊的企業(yè)。
無錫好達電子	公司擁有國內(nèi)最大、最先進的聲表面波濾波器產(chǎn)線，主要產(chǎn)品為聲表面波濾波器、雙工器、諧振器等，應用于手機、基站等領域。

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二、IDM廠商

高輸出功率和效率是射頻功放的核心。功率放大器位于發(fā)射機的末級，功能是將已調制的頻帶信號放大到所需要的功率值，再送到天線中發(fā)射，保證一定區(qū)域內(nèi)的接收機可以收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。功放是整個通訊系統(tǒng)芯片組中除基帶主芯片之外最重要的組成部分，手機的通話質量、信號接收能力等都由功放決定，其核心性能參數(shù)為輸出功率，理論上功率越大，通信質量越好，但高功率必然帶來高功耗，因此在保證擁有足夠輸出功率同時還要兼顧效率的提升。

功率放大器核心參數(shù)

性能參數(shù)	指標意義
工作頻率	功放的重要指標，影響輸出功率和增益。
輸出功率	功放的核心性能指標，通常用飽和輸出功率的大小來衡量，大小根據(jù)實際應用而定，移動終端一般為0.3~0.6W，基站一般為10~100W
效率	功放的核心性能指標，一般與輸出功率結合在一起衡量，提高效率對移動通信終端比較重要，可以延長續(xù)航時間。
線性度	反映功放的非線性效應，影響信號質量。
功率增益	輸出功率/輸入功率，表征功放的放大特性。

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材料及制造工藝決定射頻功放的性能，化合物半導體PA仍將是主流。射頻功放的制作材料歷經(jīng)三代半導體材料（硅、鍺，砷化鎵、磷化銦，碳化硅、氮化鎵、鍺化硅）到碳納米管、石墨烯等特殊材料，GaAsPA基于其高擊穿電壓、高輸出功率等特性成為當前主流，CMOSPA由于性能及成本原因，目前只用于低端市場。Qorvo預計5G來臨之后，8GHz以下，GaAsPA仍是主流，8GHz以上GaN有望率先在基站市場成為主力。此外，功放還是射頻器件中相對獨立的領域，是手機射頻系統(tǒng)里難以集成的元器件。

射頻功放制作材料、工藝及優(yōu)劣勢對比

材料	制造工藝	工藝對比	應用領域
Ge(鍺)、Si(硅)	CMOS工藝	工藝成熟，硅晶圓相對便宜，易于集成射頻控制邏輯單元；但設計復雜，研發(fā)投入成本高，且硅基功放的線性度、輸出功率、效率等方面性能較差，同時有膝點電壓高、擊穿電壓低、硅基襯底的電阻率低等缺點。	多用于2G手機和低端WiFi領域。
GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)	GaAs工藝	高功率、高效率（略低于GaN），工藝成熟，兼具成本與性能優(yōu)勢。	當前射頻PA的主流，廣泛用于手機/WiFi等消費電子領域。
SiC(碳化硅)、GaN(氮化鎵)、 SiGe(鍺化硅)、SOI(絕緣層上硅)	GaN工藝	具有極高的功率、效率和增益，工藝復雜，成本高。	多用于遠距離信號傳送或高功率（雷達、基站收發(fā)臺、衛(wèi)星通信）和軍用電子等特殊應用。
碳納米管(CNT)	-	具有物理尺寸小、電子遷移率高、電流密度大和本征電容低等特點。	是納米電子器件的理想材料。
石墨烯	-	具有很高的電子遷移速率、納米數(shù)量級的物理尺寸、強度等優(yōu)秀的電學及機械性能。	未來射頻芯片高頻領域的熱門材料。

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全球PA市場絕大部分份額被Skyworks、Qorvo、Broadcom等IDM廠商占據(jù)。由于GaAs/GaN化合物PA工藝的獨特性和高技術壁壘，當前市場呈現(xiàn)出IDM巨頭壟斷的局面，前三大廠商Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago合計市場份額超過90%。GaAsPA的代工龍頭為臺灣的穩(wěn)懋，其主要客戶除了高通、RDA等Fabless企業(yè)外，還包括Broadcom/Avago、Murata、Skyworks等IDM企業(yè)。

國內(nèi)射頻功放集中在中低端領域，高端市場有待突破。國內(nèi)射頻功放公司有近20家，以Fabless企業(yè)為主，主要有RDA/紫光展銳、中科漢天下、唯捷創(chuàng)芯等，產(chǎn)品集中在2G/3G射頻PA領域，總體市場份額偏小。

三、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈

國內(nèi)射頻器件設計++代工++封測產(chǎn)業(yè)鏈逐漸完備。射頻前端器件領域由于設計及制造工藝復雜，國際上以IDM企業(yè)為主，代表廠商為Skyworks、Qorvo、Broadcom/Avago等產(chǎn)業(yè)巨頭；國內(nèi)射頻產(chǎn)業(yè)起步較晚，有實力建產(chǎn)線的射頻廠商不多，更多的是采取Fabless+Foundry+封測廠的垂直整合模式分工協(xié)作，國內(nèi)近年來加強相關產(chǎn)業(yè)鏈建設，整個射頻器件產(chǎn)業(yè)逐漸崛起，設計企業(yè)以RDA/紫光展銳、唯捷創(chuàng)芯為代表，晶圓代工廠有三安光電、海特高新，以及長電科技等封測廠商。

國內(nèi)企業(yè)立足低端市場，集成化及技術變革趨勢下有望實現(xiàn)向高端領域突破。對于國內(nèi)射頻產(chǎn)業(yè)來說，高端市場短期進入門檻很高，產(chǎn)品質量與驗證周期均長，在產(chǎn)業(yè)壁壘逐步堆高的前提下，只有先從低端市場做起，依靠成本和市場服務優(yōu)勢占據(jù)一定的市場份額，積累起相對應的人才和技術，才有機會向中高端產(chǎn)品延伸。5G來臨的時候，一部分模組廠商可以在技術進行迭代器件快速通過技術引進或者相關公司收購快速進入行業(yè)；另一部分有資金優(yōu)勢的企業(yè)可以通過Fabless+Foundry的方式快速介入代工行業(yè)，國內(nèi)的企業(yè)多數(shù)在工藝改造和成本管控方面具有優(yōu)勢，可通過此路徑加快技術工藝的突破。

相關報告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國射頻前端模塊行業(yè)市場研究及投資前景預測報告》

本文采編：CY337

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