談到射頻芯片，大家即使不是很熟悉也不會(huì)陌生。射頻芯片，是指能夠?qū)⑸漕l信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的芯片。具體到通信設(shè)備中，則指由射頻收發(fā)器、射頻前端和天線等元器件組成的射頻信號(hào)處理單元，其主要的工作是負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)送和接收。
其中，射頻前端更是射頻信號(hào)處理單元的核心部件。所謂射頻前端，又包括濾波器（Filter）、雙工器（Diplexer/Duplexer，由2個(gè)濾波器組成）、功率放大器（PA）、開關(guān)（Switch）、低噪聲放大器（LNA）和天線調(diào)諧器等一系列負(fù)責(zé)不同射頻信號(hào)處理功能的器件。
和很多其他芯片一樣，在射頻前端方面，國(guó)內(nèi)一直處于追趕位置。尤其是隨著5G、WiFi以及萬物互聯(lián)時(shí)代的到來，疊加地緣政治等一系列問題的影響，發(fā)展本土射頻前端產(chǎn)業(yè)已經(jīng)刻不容緩。實(shí)際上，一些歷經(jīng)多年發(fā)展的本土射頻供應(yīng)商也等到了開花結(jié)果的時(shí)刻，并站上參與下一階段競(jìng)賽的起跑線。
| 高門檻的射頻前端，濾波器尤甚 |
去年以來，國(guó)內(nèi)某手機(jī)廠商因?yàn)槭艿矫绹?guó)制裁而停止推出5G手機(jī)的事實(shí)已經(jīng)不是什么新聞。據(jù)很多傳媒報(bào)道，之所以會(huì)出現(xiàn)這種卡脖子的情況，最主要的是因?yàn)槿狈?G射頻芯片。尤其是濾波器，更是被很多業(yè)內(nèi)人看作是射頻芯片的天花板。
這就不禁讓人好奇，為何這些“小”器件門檻如此之高？據(jù)本土射頻芯片先驅(qū)漢天下的首席技術(shù)官賴志國(guó)博士介紹，射頻芯片之所以那么難，與其所具備的幾方面特征有關(guān)：首先，射頻芯片領(lǐng)域技術(shù)壁壘高，需要依靠長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累；其次，射頻芯片設(shè)計(jì)涉及的理論知識(shí)繁多復(fù)雜；再次，很多射頻芯片的指標(biāo)要求都是要挑戰(zhàn)工藝極限，需要很多創(chuàng)新性的電路結(jié)構(gòu)；最后，關(guān)鍵的還是工藝及封裝的物理限制或者模型的不準(zhǔn)確性導(dǎo)致的難題。
特別是隨著5G通信技術(shù)的普及，電子設(shè)備支持的頻段越來越多，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)速度也隨之加快。在這一演進(jìn)過程中隨著射頻前端器件數(shù)量不斷增加，多頻段設(shè)計(jì)復(fù)雜程度更是迎來了指數(shù)級(jí)的增加。
來到濾波器領(lǐng)域，則門檻又進(jìn)一步被提高。由于無源器件與有源器件在生產(chǎn)工藝上完全不同，這就使得濾波器在研發(fā)上與PA差別極大。據(jù)賴志國(guó)博士介紹，相較于PA產(chǎn)品的研發(fā)，濾波器沒有一個(gè)成熟的代工產(chǎn)業(yè)鏈可以使用。因此濾波器廠商不僅要在設(shè)計(jì)上下功夫，還必須兼顧工藝和模型。只有把這三者緊密結(jié)合在一起，才能有機(jī)會(huì)研發(fā)出可信賴的濾波器。又因?yàn)檫@三個(gè)方面彼此影響，這就意味著濾波器的開發(fā)絕不是簡(jiǎn)單的“1+1+1”的難度，而是成倍疊加的難度。
正是因?yàn)樯漕l芯片如此之難，加上國(guó)內(nèi)廠商又錯(cuò)失了先發(fā)優(yōu)勢(shì)，這就讓射頻芯片成為了一個(gè)被海外廠商壟斷的市場(chǎng)。
據(jù)Yole在2021年的報(bào)告中介紹，包括Skyworks、muRata、Qualcomm、Qorvo和 Broadcom在內(nèi)的五家廠商占據(jù)了射頻前端市場(chǎng) 85% 的份額。其中除muRata是日本廠商以外，其他四家都是來自美國(guó)的企業(yè)。報(bào)告進(jìn)一步指出，5G 的引入增加了手機(jī)的復(fù)雜性以及射頻的用量，這就讓繼續(xù)使用分立射頻元件構(gòu)建可接受的外形尺寸的5G手機(jī)成為了一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也因此將推動(dòng)更多的集成。而射頻前端市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者因?yàn)槎紦碛羞m應(yīng)多種市場(chǎng)需求的靈活模塊產(chǎn)品，可以幫助解決此問題。除此之外，他們甚至還為旗艦機(jī)定制了模塊產(chǎn)品。
| 國(guó)產(chǎn)初露曙光，漢天下一馬當(dāng)先 |
國(guó)外企業(yè)正在加緊鞏固他們的護(hù)城河，但從Yole的報(bào)告看來，來自中國(guó)公司的射頻芯片公司也在快速興起?？v觀國(guó)內(nèi)的射頻芯片市場(chǎng)，除了以開關(guān)聞名的卓勝微外，我們?cè)赑A方面也擁有了唯捷創(chuàng)芯、慧智微、昂瑞微和飛驤科技等企業(yè)。至于濾波器市場(chǎng)，同樣也涌現(xiàn)出了一批佼佼者。和射頻前端的其他領(lǐng)域不同的是，目前國(guó)內(nèi)射頻濾波器廠商主要集中于聲表面濾波器領(lǐng)域，如好達(dá)電子、卓勝微、信維通信和麥捷科技等就是其中的代表。但在大家廣受關(guān)注的體聲波濾波器方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化力量尚在興起，能力尚有較大不足，僅有包括蘇州漢天下電子有限公司在內(nèi)的少數(shù)廠商，可通過自主研發(fā)制造出具有高性能的高端射頻前端體聲波濾波器芯片產(chǎn)品。
之所以出現(xiàn)這種情況，主要與體聲波濾波器的研發(fā)難度有關(guān)。賴志國(guó)博士解釋說，作為一種主流的手機(jī)濾波技術(shù)，體聲波濾波器比聲表面波濾波器具有更高穩(wěn)定性、更高Q值，更低的插入損耗和耐高功率等特性，能夠在高頻通訊市場(chǎng)發(fā)揮重要作用。但從其設(shè)計(jì)和制造上看，則還有很多難點(diǎn)需要攻克。例如產(chǎn)業(yè)鏈的缺失和不完善、核心裝備嚴(yán)重依賴進(jìn)口、材料制備技術(shù)不成熟、專業(yè)技術(shù)人才稀缺、聲電轉(zhuǎn)換的物理模型及理論基礎(chǔ)不完善、專利壁壘強(qiáng)、核心器件及模組的技術(shù)積累不足等。
由此可見，想要在這樣一個(gè)市場(chǎng)（尤其是濾波器方面）突圍是何其的艱難，但漢天下恰逢其會(huì)。最近在某國(guó)內(nèi)一線手機(jī)品牌最新一代手機(jī)的拆解中，筆者就在其電路板上發(fā)現(xiàn)了漢天下WiFi濾波器（型號(hào)：HS5524FB06）和B40濾波器（型號(hào)：HS5540FC16）的身影?？紤]到這個(gè)品牌對(duì)供應(yīng)商的嚴(yán)苛要求和這兩個(gè)產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)難度，我們似乎看到了國(guó)產(chǎn)公司打破國(guó)外壟斷、解決射頻“國(guó)產(chǎn)化替代”難題、迎來國(guó)產(chǎn)射頻新紀(jì)元的一縷曙光。
據(jù)筆者獲悉，成立了近十年的漢天下是國(guó)產(chǎn)射頻芯片的先驅(qū)。尤其在濾波器方面，公司通過多年的技術(shù)積累和打磨，將這方面的業(yè)務(wù)打造成公司最為核心的模塊，并讓公司成為國(guó)內(nèi)率先全面掌握體聲波濾波器量產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)之一。這次打進(jìn)國(guó)產(chǎn)旗艦的濾波器就是公司多年研究成果的一次展現(xiàn)。
賴志國(guó)博士也表示，上述的WiFi和B40濾波器都擁有低插損和高帶外抑制的共存指標(biāo)，而公司最近推出的下一代B40濾波器HSBP1240在性能上則更進(jìn)一層。據(jù)賴博士介紹，目前國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的插入損耗維持在1.5dB以上，而漢天下的這款濾波器在保持其它性能不變的情況下，大幅優(yōu)化了帶內(nèi)插損，典型插損值小于1.0dB。他同時(shí)指出，HSBP1240在帶外抑制方面也極具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，能滿足近端（2422-2482MHz）帶外抑制45dB以上，二次諧波抑制48dB，功率承受能力大于31dBm，在30dBm輸入功率情況下二次諧波小于-40dBm。另外，該款產(chǎn)品的尺寸為1.1mm×0.9mm，可同時(shí)滿足目前手機(jī)射頻前端對(duì)濾波器芯片小尺寸及高性能的需求。
“憑借優(yōu)異的技術(shù)性能，HSBP1240解決了當(dāng)前市場(chǎng)上面臨的幾大痛點(diǎn)問題。首先，減少電流消耗，增加續(xù)航時(shí)間；其次，極大改善產(chǎn)品發(fā)熱狀況，延長(zhǎng)電池壽命；最后，提高靈敏度從而提升產(chǎn)品的信號(hào)清晰度，優(yōu)化語音質(zhì)量。正是因?yàn)檫@眾多優(yōu)點(diǎn)，讓HSBP1240在以對(duì)供應(yīng)商要求高而著稱的客戶中獲得了難能可貴的認(rèn)可。”漢天下首席運(yùn)營(yíng)官殷毅敏總結(jié)道。
緊接著，殷毅敏再次重申，作為基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)業(yè)務(wù)，漢天下未來將在已有的濾波器產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)品性能、尺寸等迭代升級(jí)，更好地滿足客戶需求。這首先體現(xiàn)在面向5G應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，公司將繼續(xù)推出高性能中高頻段射頻濾波器 （如B40、2.4GHz WiFi）、雙工器（如B25、B3、B7）、多工器（如B1+B3；B1+B3+B7）芯片；其次，公司也會(huì)把高頻超高頻大帶寬射頻濾波器芯片（如n41、n77、n78、n79、5GHz WiFi）作為下一階段的奮斗目標(biāo)。
“雖然國(guó)產(chǎn)射頻企業(yè)在PA和濾波器方面有了單點(diǎn)突破，但我們必須清楚地認(rèn)識(shí)到，國(guó)產(chǎn)射頻仍然還有很長(zhǎng)一條路要走。以濾波器為例，國(guó)內(nèi)這些廠商仍主要集中在單個(gè)濾波器芯片產(chǎn)業(yè)，雖然雙工器已開始涉及，然而四工器、多工器等復(fù)雜高端的射頻濾波器產(chǎn)品還未形成規(guī)模出貨。”殷毅敏表示。
與此同時(shí)，在射頻芯片龍頭方面，我們也看到一場(chǎng)不算新的“革命”正在緩緩上演。
| 模組成新戰(zhàn)場(chǎng)，無源廠更具優(yōu)勢(shì) |
從行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀看來，隨著通信技術(shù)升級(jí)，高集成模組化是市場(chǎng)發(fā)展的必然結(jié)果。最近幾年射頻領(lǐng)域發(fā)生的多單收購就是朝著這個(gè)目的而來。如Qualcomm收購RF360的全部股份以及最近發(fā)生的muRata收購Resonant，無一不是為了鞏固自己的實(shí)力和擴(kuò)充自己的產(chǎn)品線，為射頻模組化做好準(zhǔn)備。
在上述因素的影響下，我們可以看到全球射頻芯片產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)了一個(gè)新局面：分立器件方面，細(xì)分市場(chǎng)玩家眾多且分散，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈；而來到模組市場(chǎng)，則贏家通吃，Broadcom、Qorvo、Skyworks、muRata和Qualcomm這五大巨頭幾近瓜分市場(chǎng)。
“這些國(guó)際廠商在模組方面持續(xù)推進(jìn)高性能高集成度的 FEMiD 和 PAMiD 等方案，已成為射頻前端最高難度也是最高價(jià)值的金字塔尖領(lǐng)域。”賴志國(guó)博士強(qiáng)調(diào)。他進(jìn)一步指出，射頻模組主要?jiǎng)澐譃榉旨＝M和主集模組。其中，前者不含 PA、且對(duì)濾波器的性能要求低于發(fā)射端，所以難度相對(duì)較低。至于主集模組，則因?yàn)橥瑫r(shí)含有收發(fā)通路，且集成了高端濾波器（或雙工器、多工器）、PA 等器件，難度極高。
這就讓必須走上射頻模組化的本土廠商迎來新挑戰(zhàn)。不過，和十幾年前的那次追趕不一樣，隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)射頻芯片站上了一個(gè)新高度。
賴志國(guó)博士告訴記者：“首先在PA方面，由于砷化鎵工藝的成熟，PA的迭代將會(huì)很慢，這就給了國(guó)內(nèi)foundry趕超的機(jī)會(huì)，后續(xù)圍繞著PA的更多話題應(yīng)該是國(guó)產(chǎn)化和本土化。但在濾波器方面，選擇則非常少。”“不管是分集接收模組還是主集模組，濾波器都是高端模組最核心、難度最大的器件。”賴志國(guó)博士補(bǔ)充說。
換而言之，對(duì)于漢天下這些擁有濾波器核心技術(shù)的廠商，在走向模組化的道路上，會(huì)擁有更大的優(yōu)勢(shì)，事實(shí)上他們也正在摩拳擦掌。
殷毅敏表示，漢天下核心成員來自清華大學(xué)、南京大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)人民大學(xué)、東南大學(xué)以及美國(guó)麻省大學(xué)、美國(guó)辛辛那提大學(xué)、美國(guó)印地安納大學(xué)、美國(guó)喬治華盛頓大學(xué)等海內(nèi)外高等學(xué)府，他們?cè)谏漕l集成電路和MEMS器件領(lǐng)域均深耕20年，具有在海內(nèi)外知名企業(yè)和科研院所的研發(fā)和管理經(jīng)驗(yàn)。而為了補(bǔ)齊公司的產(chǎn)品線，公司已引進(jìn)一支有源團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員主要來自于世界頂尖的射頻芯片公司，主持設(shè)計(jì)生產(chǎn)的多款射頻功放產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于iPhone、Galaxy等主流智能手機(jī)。隨著有源團(tuán)隊(duì)的加入，漢天下的人才梯隊(duì)結(jié)構(gòu)更加合理，成員間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，覆蓋射頻前端無源（以濾波器為代表）和有源（以PA為代表）兩大核心模塊，擁有完整產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)驗(yàn)。
“在這樣一支全新團(tuán)隊(duì)的支持下，漢天下希望以聲學(xué)濾波器（Acoustic Filter）為核心產(chǎn)品，開發(fā)WiFi前端模組（WiFi FEM）、射頻前端模組（FEMiD）、接收前端模組（DiFEM）以及射頻收發(fā)模組（PAMiD/PAMiF）等模組產(chǎn)品，走上一條從單一濾波器向高端模組產(chǎn)品進(jìn)軍的大道。”殷毅敏說。
在他看來，未來為了避免同質(zhì)性趨勢(shì)，射頻芯片企業(yè)應(yīng)該貼近終端廠商聯(lián)合設(shè)計(jì)，更多的是鎖定上下游企業(yè)共同進(jìn)退，才能跟國(guó)外大廠一決高下。而濾波器是射頻前端的關(guān)鍵器件，是限制國(guó)產(chǎn)廠商從低端分立器件走向中高端模組的關(guān)鍵。
由此可見，在新一輪的射頻前端模組化的進(jìn)程中，漢天下?lián)屨剂讼葯C(jī)。
*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個(gè)人觀點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對(duì)該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察