国产射频前端，攀登新高峰
来源:半导体行业观察发布时间:2022-02-07516浏览
询问 AI一元复始，万象更新。2022年，国产射频前端开启新篇章。
射频前端包括功率放大器（PA）、滤波器（Filter）、开关（Switch）、低噪声放大器（LNA）、天线调谐器（Tuner）。从产品市场构成来看：PA模组、RX FEM、分立式滤波器，构成射频三大主体。据Yole预计，到2025年对应的市场规模将达到89、46、42亿美元。
2021年中国大陆射频前端销售额约20亿美金（合计130亿元），预估2021年全球射频前端市场规模为190亿美金，国产射频前端约占比10.5%。卓胜微和唯捷创芯合计约80亿元，其他加起来约50亿元。其中Wi-Fi FEM约3.5亿元（立积公司10亿元除外），分立滤波器约12亿元。
有了对比才有真实感受，2018年，国产射频前端芯片销售额大约3亿美金，全球市场占有率为5%。2020年，国产射频前端芯片销售额约9亿美金，而2021年增长到了20亿美金。
一年一进步，三年大跨越，技术靠积累，科技靠创新，国产射频前端迎来快速发展期。
竞争格局受各方面的影响，只有真正懂得市场竞争格局的企业，才能得到应有的市场份额，在竞争白热的市场中站稳脚跟。
射频前端市场主要分为四个：智能手机市场、通讯模块市场、Wi-Fi路由器市场、宏基站和微基站市场。
目前，国内射频前端公司可以分为六类：手机PA公司、滤波器公司、Wi-Fi FEM公司、基站PA公司、Cat.1 PA公司、射频开关公司。
大胆预测三年以后，主体做分立开关和LNA的射频公司会消失。分立开关和LNA只会成为射频公司的一条产品线。
实际上，2022年国内射频前端的市场格局和竞争格局已初定，市场竞争日趋激烈。智能手机市场，唯捷创芯名列国产5G PA第一，其余都在争夺第二、第三。进不了5G PA前三的射频公司求其次，争夺4G PA市场的数一数二。如果进不了4G PA前二名，只能争抢Cat.1市场的第一名。在智能手机市场和通讯模块市场，最多6家射频PA公司能够活下来。所以，市场格局就决定了竞争格局。
基于中国的国情，会长时间存在三类国内射频前端公司：PA公司、滤波器公司、Wi-Fi FEM公司。
PA公司：
2021年全球手机出货量约为13.2亿部，多方预测2022年全球手机出货量在12~13亿之间。虽然手机市场出货量不容乐观，由于国产替代空间很大，国产射频前端业绩仍将高歌猛进。
5G PA又分为Sub-6GHz UHB L-PAMiF、Sub-3GHz PAMiD和Sub-3GHz Phase5N。
Sub-6GHz UHB L-PAMiF已量产的有：慧智微、唯捷创芯、卓胜微
Sub-3GHz PAMiD：国内射频前端公司正在研发中
Sub-3GHz Phase5N已量产的有：唯捷创芯、慧智微、飞骧科技、昂瑞微、锐石创芯。
2、4G PA公司
信通院发布信息，2021年国内手机市场出货量报告，国内全年出货3.51亿部，5G手机出货2.66亿部，占比75.9%。2G/3G手机出货已经很少，4G手机出货8000万部。据IDC报告，2021年全球5G手机的出货量增长率达到117%，而4G手机的出货量下降22.5%，但4G手机在未来几年会继续保持每年5亿部左右的出货量。
来源: IDC由此可以看出，剩余的4G手机市场能支撑起2家4G PA公司，但如果进不去5G PA市场，未来迷茫。由于过度竞争，4G PA市场最大的难题是没有利润，这个问题怎么解？
3、Cat.1 PA公司
Cat.1是简易版的4G LTE，模块市场2G退出，4G Cat.1顶上。80%的Cat.1模块市场在中国，2021年出货为1.17亿个模块，2022年预计达1.5亿个，此后略有增长。
来源：Techno Systems Research针对Cat.1市场，猎芯半导体自定义了一款4*4封装的PA，开创国产射频芯片公司自定义产品的先河。这款芯片无疑是成功的，从市场获悉，至晟微、芯朴科技都已经跟进，推出跟猎芯PIN脚兼容的Cat.1 PA，市场价格也快速的杀到0.3美金以下。Cat.1 PA每年有近3亿元市场规模，最终花落谁家？
最近，猎芯半导体又新发布一款更小尺寸自定义2.5*3.5封装的Cat.1 PA。而另一家射频PA公司正准备推出一款3*3封装Cat.1 PA，市场开始出现差异化，差异化的出现是市场良性竞争的开端。也有射频公司用CMOS取代砷化镓来做Cat.1 PA，通过工艺，去实现颠覆性创新。
4、基站PA公司
70%以上的基站PA需求来自华为和中兴，现有的基站PA公司已经站好队，插队进去不容易。
滤波器公司：
面对近100亿美金的滤波器市场蛋糕，很难不为之所动。滤波器创业公司多达40家，关注和加入的投资人也越来越多。滤波器是个大赛道，大赛道下面分小赛道，每个小赛道最多容下三家。
LTCC跟半导体行业不相关；IPD是半导体技术的一种应用形态；滤波器实际上就是SAW和BAW/FBAR。由于工艺和技术的原因，BAW/FBAR一定是走高频高端路线。SAW分为RX Filter、TX Filter、双工器、四工器等，也分为Normal SAW、TC-SAW、IHP-SAW等。
国内滤波器公司做的最多的是RX Filter，少数公司做TX Filter，个别公司做双工器和四工器。做了，不代表把滤波器频段做全了，把性能和良率做好了。
2、RX FEM滤波器公司
有了RX SAW滤波器资源，才能做好RX FEM，RX FEM包括DiFEM和L-FEM。卓胜微是国产RX FEM的佼佼者，好达、德清华莹和麦捷科技也在进入该市场。这几家都有自己的SAW滤波器，只是卓胜微先做开关/LNA，再做SAW滤波器；而好达、德清华莹和麦捷科技是先做滤波器，再做开关和LNA。
一些没有开关/LNA技术和产品的SAW滤波器公司，通过外购或者合作也进入RX FEM赛道。射频开关没有太高技术门槛，招3个研发就可以搞定，滤波器公司一旦把RX FEM做起来了，一定会自己做开关和LNA，否则也做不大。
备注：还有瑞宏、承芯等滤波器公司没有统计在内Wi-Fi FEM公司：
Wi-Fi FEM赛道也分为两种公司，一种是专注于该赛道的Wi-Fi FEM公司，像康希通信和三伍微；另一种是作为附加产品线的射频公司，像唯捷创芯和卓胜微。
Wi-Fi FEM赛道不大不小，唯捷创芯和卓胜微如果做不到前二名，Wi-Fi FEM的营收对于他们这种年营收几十亿的公司没啥意义。
然而，PAMiD将成为国产射频公司的一道分水岭，有公司会止步于此，有公司会跨越这座技术高峰走向强大。PAMiD成为国产射频PA创业最后机会。
5G是射频前端最大机遇，手机终端需要支持更多频段，定义了3GHz以上，6GHz以下的超高频（UHB，Ultra-High band）频段，对射频前端性能提出了更高要求。经过两年的方案迭代，主要分为Phase7系列方案及Phase5N两种方案。两种方案在Sub-6GHz UHB新频段部分方案相同，均为L-PAMiF集成模组方案；在Sub-3GHz频段分别为PAMiD模组方案和Phase5N分立方案。
集成LNA、PA、滤波器、收发开关及SRS开关的L-PAMiF成为主流选择，国产Sub-6GHz UHB L-PAMiF已量产出货。
接下来是国产PAMiD模组的技术攻关，必须要同时掌握有源（PA及LNA）及无源（SAW、BAW或FBAR）等技术能力，才能设计出PAMiD模组。目前掌握这些技术和资源的厂商只有Skyworks、Qorvo、Broadcom及Qualcomm。
由于国内厂商和国际厂商所拿到的滤波器的资源不同、滤波器的尺寸不同，照搬国际厂商的技术路线并不能设计出同样的PAMiD射频前端模组。
对于Sub-3GHz PAMiD模组产品设计，主要的挑战有：
1.全模块子电路的设计和量产能力需要射频前端厂商有模块内每个主要电路的成熟设计及产品化能力，如各频段的PA、LNA及开关等，并且各子模块电子无性能短板。
2.强大的系统设计能力全集成模组本身构成一个复杂的系统，涉及到发射与接收之间隔离、各频段之间的抑制及载波聚合的通路设计等等问题。射频前端不再是一个单独的功能模块，需要厂商有强大的系统分析与设计能力。
3.小型化滤波器资源小型化可集成的滤波器资源是模组设计的稀缺资源，目前在Sub-3GHz用到的主要是WLP（Wafer Level Package，晶圆级封装）或CSP（Chip Scale Package，芯片级封装）两种封装结构的滤波器。两种滤波器的比较如下图所示。WLP滤波器尺寸小、与模组内其他模块的设计中有优势，是未来模组内滤波器的发展方向。
来源：慧智微公众号（WLP与CSP两种封装结构下的滤波器比较）在成功研发Sub-6GHz UHB L-PAMiF并实现量产之后，慧智微、唯捷创芯和卓胜微率先进入PAMiD的研发。虽然面临诸多问题和挑战，但这三家公司利用各自的资源和优势做最大努力的技术攻关。
唯捷创芯：高度重视研发人员的引进、研发人才的培养和研发团队的建设。截至2021 年 6 月，公司的研发人员共 171 名，占公司员工比例 53.11%。公司的研发人员深耕射频前端行业多年，核心技术人员的从业经历已经超过二十年。技术积累、资源整合能力和大量研发投入是研发成功PAMiD的基础和保障。
慧智微：在PA模组产品方向上较早进行了积累，并形成了系列成果和优势。前端的PA/LNA模块采用可重构架构，集成度更高，晶圆更少，有助于兼容较大尺寸的滤波器；具有软件调谐特性，有助于集成之后的二次适配；多代产品持续积累，具备PAMiD的封装管控能力。公司人数规模已近300人，研发人员占比超过50%。
卓胜微：有了UHB L-PAMiF的技术基础和研发经验，有了滤波器的资源整合，有了强大资金做后盾，有了优质的客户资源为基础，未来在PAMiD这个产品上应该会有收获。
升新高：海外归国创业做PAMiD，在国外有成功研发PAMiD的经验，回国越晚，技术越先进。
PA模组和RX FEM，都集成滤波器，成为最大射频前端产品市场。根据Yole预测，到2025年，PA模组市场规模增长到89亿美金，RX FEM为46亿美金，分立式滤波器是42亿美元。
到底是PA主导滤波器还是滤波器主导PA呢？
个人观点：无源跟着有源走，被动跟着主动走，占比小的跟着占比大的走。因此，在接收模组里是开关跟着滤波器走，在PA模组里是滤波器跟着PA走。
现在，国产射频前端接收模组DiFEM都是跟着村田和高通（RF360）走，国产射频前端PA模组是跟着Skyworks和Qorvo走。
尽管村田对外宣称是模组公司，而不是滤波器公司；尽管在2012年村田收购了Renesas功率放大器业务，并在2014年，又以4.71亿美元收购Peregrine半导体以加强射频前端芯片业务，其手机PA模组仍没有取得成功。
相反，Skyworks、Qorvo和高通公司通过收购或者合并滤波器业务，其手机PA模组在市场上都取得了成功。
2014年，Skyworks与松下宣布组建合资公司，共同设计、开发SAW滤波器。2017年，Skyworks宣布以7.65亿美金收购合资公司旗下松下剩余的34%股权，实现全资控股。
2015年，RFMD和TriQuint合并成立Qorvo，RFMD擅长手机端射频器件，TriQuint则在SAW Filter和BAW Filte有技术基础和优势
2017年，RF360是高通与TDK共同成立的合资企业，制造SAW滤波器，来支持高通提供完整的4G/5G射频前端解决方案。2019年高通完成收购TDK合资公司，此次收购包括体声波(BAW)、表面声波(SAW)、温度补偿表面声波(TC-SAW)以及薄膜式表面声波(Thin Film SAW)等射频前端滤波器技术。
村田在PA模组产品上落败，却在RX FEM取得成功，为什么会是这样的结果？
因为做不做UHB L-PAMiF和PAMiD是手机射频PA公司跟平台一起决定的，不是滤波器公司决定。如果搞不定集成滤波器，射频PA公司可以采用分立方案，而且在高频段是采用IPD技术和LTCC滤波器，这方面不存在滤波器工艺的壁垒。村田在PA技术上没有竞争力，导致PA模组不成功。可以从发射部分和接收部分来具体分析：
对于发射部分（PA模组）：1.发射通路是一个复杂的系统，涉及到功率、功耗、线性度、不同频段间的隔离等复杂指标，这些指标之间相互影响，需要综合考虑。2.这些指标中，大多数重要指标与PA相关，比如功率、效率、线性度等，这些指标难度高，对系统影响大，所以一般发射通路的标准和方案由PA公司和平台共同制定。3.滤波器作为发射系统中的子模块，承担分解过后的滤波器部分指标实现，很难参与到全局系统指标的定义中来。
所以，PA模组开发的主导权掌握在PA公司手中。
对于接收部分（RX FEM）：1.接收部分不涉及大功率的输出指标，不需要考虑大信号对其他频段的干扰，所以接收部分系统指标定义中需要综合考虑的指标较少。2.对于接收部分，射频前端公司容易单独完成指标拆解和定义。3.DiFEM包含开关和滤波器，显然和开关相比，滤波器是核心资源，谁掌握核心资源谁就掌握主导权。
所以，DiFEM产品由滤波器公司主导。
但是，对于L-FEM，包含LNA、开关、滤波器三部分构成，由于LNA本身涉及到一些平台系统配合指标的设计，所以PA公司与滤波器公司均发挥自己优势，在这个产品形态中展开竞争，目前势均力敌。
最终，是手机射频PA公司走向滤波器，还是滤波器公司走向手机射频PA？
除非并购一家不错的滤波器公司，否则手机射频PA公司也很难从零开始去做滤波器。PA公司只要关注设计并采用成熟供应链就行。滤波器公司做的是全流程，从EDA到设计，从工艺到封测，这四部分哪个环节都很重要，哪个环节都要自己搞定，滤波器设计不一定是最重要的部分，某大厂做滤波器，仅EDA研发就投入200人。这几年下来，行业认知已达成一致，国内滤波器公司都开始搞工厂建自己产线，打通全产业链。做滤波器，是大资金和长时间的投入，一个也不能少。
至于滤波器公司去做手机PA，难度同样相当大，村田的案例就摆在眼前。
时间从来不语，却见证了中国射频芯片的崛起。攀登上PAMiD这座技术高峰，一起坐看云淡风轻。滤波器是我们心中的一片海，波澜壮阔又深情款款；长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。
中国射频人，在路上。
作者：
钟林，晋江三伍微电子有限公司
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