物聯網、人工智慧、5G等新市場即將引爆龐大商機, 手機射頻前端晶片市場作為半導體行業最具吸引力的領域之一, 將從此次5G產業升級中受益最大, 晶片大廠紮堆湧入射頻前端市場, 場面炙手可熱。 但手機射頻前端模組和元件增速不一, 四家原廠博通、Skyworks、Qorvo和村田佔據九成市場, 新玩家貪吃可能難消化。
射頻前端是塊肥肉, 高通、聯發科搶食
隨著4G通信制式的普及以及向5G技術的演進, PA在手機中的地位越來越重要。 特別是隨著雲服務、VR/AR等應用的興起, 智慧移動終端開始需要更大的資料傳輸速度與更大的頻寬,
目前全球射頻前端晶片產業擁有較為成熟的產業鏈, 歐美IDM大廠技術領先, 規模優勢明顯, 臺灣企業則在晶圓製造、封裝測試等產業鏈中下游佔據重要地位。
日前, 高通和TDK宣佈合資公司開始運營後, 火速推出一系列全面性的射頻前端(RFFE)解決方案, 包括, 除原本CMOS制程PA組件外,
資料顯示, 手機射頻(RF)前端模組和元件市場發展迅猛, 2016年其市場規模為101億美元, 預計到2022年將達到227億美元, 複合年增長率為14%。 這樣的高速增長, 惹得其它半導體市場中的廠商羡慕不已。
手機晶片向多模方向發展以及支持頻段數量指數性增加,
但是, 各種手機射頻前端元件的增速不一, 如天線調諧器(Antenna tuners)的複合年增長率為40%, 濾波器(Filters)的複合年增長率為21%, 射頻開關(Switches)的複合年增長率為12%, 而射頻功率放大器和低雜訊放大器(PAs & LNAs)的複合年增長率僅為1%。
2016~2022年手機射頻前端模組和元件市場
濾波器是射頻前端市場中最大的業務板塊, 其市場規模將從2016年的52億美元增長至2022年的163億美元。 濾波器市場的驅動力來自於新型天線對額外濾波的需求, 以及多載波聚合(CA)對更多的體聲波(BAW)濾波器的需求。
功率放大器(PA)和低雜訊放大器(LNA)是射頻前端市場中第二大的業務板塊, 但是其增長乏力。 高端LTE功率放大器市場的增長將被2G和3G市場的萎縮所平衡。 由於新型天線的出現和增長, 低雜訊放大器市場將穩步前行。
LNA LMM和LNA RDM
開關是射頻前端市場中第三大的業務板塊,其市場規模將從2016年的10億美元增長至2022年的20億美元。該市場將主要由天線開關業務驅動而增長。
天線調諧器是射頻前端市場中最小的業務板塊,2016年市場規模約為3600萬美元,預計2022年將達到2.72億美元。該市場的主要增長原因是調諧功能被添加到主天線和分集天線中。
兩位數增長帶來“甜蜜的煩惱”
iPhone智慧手機支持的頻段數量
移動資料的這種持續性增長已經導致需要使用更多的無線電頻譜。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。
為了應對上述的這種過度需求,手機必須滿足複雜的要求,例如:
•支援區域和全球漫遊的多頻帶;
•支援多種蜂窩模式,包括2G、3G、4G、WiFi、藍牙(Bluetooth)、近場通信(NFC)、全球定位系統(GPS);
•利用多輸入多輸出(MIMO)改善通信品質,使得資料速率提高和有效範圍增加;、
•利用智慧天線技術(如波束成形或分集)來增強單個資料信號的性能;
•載波聚合(CA)支援更寬的頻寬,提升頻寬體驗,如提供更高的峰值資料速率、更大的總體網路容量和更低的延遲等。
所有這些要求(頻帶從低頻到高頻)給手機射頻前端架構、設計和製造帶來了巨大的挑戰。
因此,手機射頻前端產業對“創新”求賢若渴,其創新主要體現在三個方面:
•材料:開發新的射頻SOI襯底,如SOITEC公司的e-Si襯底,以減少襯底漏電或減小寄生電容;
•設計:新型內部元件設計,如ACCO公司的功率放大器,可以提高基於SOI的功率放大器性能,並可以與用於中低頻帶的砷化鎵(GaAs)功率放大器展開成本競爭;
•架構:將三個雙工器(duplexer)集成到六工器(hexaplexer)中,或者構建多模多帶功率放大器模組,可以工作於所有的低頻帶、高頻帶或中頻帶;
手機射頻前端的創新之處
四家廠商壟斷九成市場,新玩家如何突圍?
博通(Broadcom)、Skyworks、Qorvo和村田(Murata)已經確立了在手機射頻前端市場中的領先優勢。而新廠商必須能夠大批量供應滿足手機行業需求的產品,同時還要獲得大客戶的支援。
另一方面,一旦新技術落地,可能在五年內佔領市場,並改變製造商和供應商的產業格局。
舉個例子,在天線射頻開關(RF-switch)中,SOI開關從2010年的不到20%市場份額增長至2016年的95%市場份額,Peregrine等公司從藍寶石上矽(Silicon-on-Sapphire, SOS)切換至SOI。
當創新發生時,整個產業鏈和價值鏈將改變,廠商要麼努力適應,要麼黯然離開。襯底供應商和代工服務商將受到這種快速技術變革的深刻影響。
射頻前端產業的整合並購歷史
領先的廠商和潛在的“顛覆性技術”廠商
短期內,類似Cavendish Kinetics擁有低損耗RF MEMS xPxT開關的廠商可以實現射頻前端架構的創新,且無需昂貴的雙工器和多工器。
從長遠來看,潛在的技術創新甚至可以顛覆手機射頻產業。例如,Seamless Waves公司正在開發基於CMOS的可調諧模數轉換器和可調諧數模轉換器,其可以主動地聚焦於特定頻率,並調整頻寬,從而僅轉換輸入信號的所需部分。如果這項技術設法實現智慧手機所需的低功耗和小尺寸,將很有可能改變射頻前端產業,並衍生出更多的創新發展。
未來在現有產品線市場高速增長的同時,對於國內產業鏈相關企業來說,在BAW濾波器、GaN PA和毫米波PA等領域將產生全新發展機遇。
設計方面,唯捷創芯(Vanchip)的3G/4G射頻前端方案已實現穩定出貨,營收逐年增長,銳迪科在與展訊合併為紫光展銳後,對PA事業部投入巨大,迅速在多條產品線推出新產品;代工方面,三安光電與老牌砷化鎵、氮化鎵化合物半導體晶圓製造代工廠商GCS成立合資公司,GaAs產線實現小規模量產,GaN產線試產中;封測方面,長電科技擁有的SiP和Flip-chip封裝工藝是提高射頻前端晶片集成度的核心技術。
國內方面,濾波器產品的國產替代化同樣取得一定進展,利用2016年手機元器件整體缺貨的機會,無錫好達電子的SAW濾波器產品成功進入中興、金立、魅族等手機供應鏈。另一方面,國內功率放大器設計廠商如紫光展銳等,也認識到了濾波器技術在未來射頻前端晶片中的重要性,成立MEMS研發團隊,力爭在濾波器、雙工器等領域取得突破。
R
eading
LNA LMM和LNA RDM
開關是射頻前端市場中第三大的業務板塊,其市場規模將從2016年的10億美元增長至2022年的20億美元。該市場將主要由天線開關業務驅動而增長。
天線調諧器是射頻前端市場中最小的業務板塊,2016年市場規模約為3600萬美元,預計2022年將達到2.72億美元。該市場的主要增長原因是調諧功能被添加到主天線和分集天線中。
兩位數增長帶來“甜蜜的煩惱”
iPhone智慧手機支持的頻段數量
移動資料的這種持續性增長已經導致需要使用更多的無線電頻譜。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。
為了應對上述的這種過度需求,手機必須滿足複雜的要求,例如:
•支援區域和全球漫遊的多頻帶;
•支援多種蜂窩模式,包括2G、3G、4G、WiFi、藍牙(Bluetooth)、近場通信(NFC)、全球定位系統(GPS);
•利用多輸入多輸出(MIMO)改善通信品質,使得資料速率提高和有效範圍增加;、
•利用智慧天線技術(如波束成形或分集)來增強單個資料信號的性能;
•載波聚合(CA)支援更寬的頻寬,提升頻寬體驗,如提供更高的峰值資料速率、更大的總體網路容量和更低的延遲等。
所有這些要求(頻帶從低頻到高頻)給手機射頻前端架構、設計和製造帶來了巨大的挑戰。
因此,手機射頻前端產業對“創新”求賢若渴,其創新主要體現在三個方面:
•材料:開發新的射頻SOI襯底,如SOITEC公司的e-Si襯底,以減少襯底漏電或減小寄生電容;
•設計:新型內部元件設計,如ACCO公司的功率放大器,可以提高基於SOI的功率放大器性能,並可以與用於中低頻帶的砷化鎵(GaAs)功率放大器展開成本競爭;
•架構:將三個雙工器(duplexer)集成到六工器(hexaplexer)中,或者構建多模多帶功率放大器模組,可以工作於所有的低頻帶、高頻帶或中頻帶;
手機射頻前端的創新之處
四家廠商壟斷九成市場,新玩家如何突圍?
博通(Broadcom)、Skyworks、Qorvo和村田(Murata)已經確立了在手機射頻前端市場中的領先優勢。而新廠商必須能夠大批量供應滿足手機行業需求的產品,同時還要獲得大客戶的支援。
另一方面,一旦新技術落地,可能在五年內佔領市場,並改變製造商和供應商的產業格局。
舉個例子,在天線射頻開關(RF-switch)中,SOI開關從2010年的不到20%市場份額增長至2016年的95%市場份額,Peregrine等公司從藍寶石上矽(Silicon-on-Sapphire, SOS)切換至SOI。
當創新發生時,整個產業鏈和價值鏈將改變,廠商要麼努力適應,要麼黯然離開。襯底供應商和代工服務商將受到這種快速技術變革的深刻影響。
射頻前端產業的整合並購歷史
領先的廠商和潛在的“顛覆性技術”廠商
短期內,類似Cavendish Kinetics擁有低損耗RF MEMS xPxT開關的廠商可以實現射頻前端架構的創新,且無需昂貴的雙工器和多工器。
從長遠來看,潛在的技術創新甚至可以顛覆手機射頻產業。例如,Seamless Waves公司正在開發基於CMOS的可調諧模數轉換器和可調諧數模轉換器,其可以主動地聚焦於特定頻率,並調整頻寬,從而僅轉換輸入信號的所需部分。如果這項技術設法實現智慧手機所需的低功耗和小尺寸,將很有可能改變射頻前端產業,並衍生出更多的創新發展。
未來在現有產品線市場高速增長的同時,對於國內產業鏈相關企業來說,在BAW濾波器、GaN PA和毫米波PA等領域將產生全新發展機遇。
設計方面,唯捷創芯(Vanchip)的3G/4G射頻前端方案已實現穩定出貨,營收逐年增長,銳迪科在與展訊合併為紫光展銳後,對PA事業部投入巨大,迅速在多條產品線推出新產品;代工方面,三安光電與老牌砷化鎵、氮化鎵化合物半導體晶圓製造代工廠商GCS成立合資公司,GaAs產線實現小規模量產,GaN產線試產中;封測方面,長電科技擁有的SiP和Flip-chip封裝工藝是提高射頻前端晶片集成度的核心技術。
國內方面,濾波器產品的國產替代化同樣取得一定進展,利用2016年手機元器件整體缺貨的機會,無錫好達電子的SAW濾波器產品成功進入中興、金立、魅族等手機供應鏈。另一方面,國內功率放大器設計廠商如紫光展銳等,也認識到了濾波器技術在未來射頻前端晶片中的重要性,成立MEMS研發團隊,力爭在濾波器、雙工器等領域取得突破。
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