芯耀
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射頻器件是無線連接的核心，凡是需要無線連接的地方必備射頻器件。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推動(dòng)下，未來全球無線連接數(shù)量將成倍的增長。
射頻器件已經(jīng)是一個(gè)規(guī)模超過 200 億美元的大市場(chǎng)，未來由 4G+，5G，物聯(lián)網(wǎng)等對(duì)射頻器件的爆發(fā)性需求會(huì)加速它的發(fā)展。
現(xiàn)在，手機(jī)中射頻器件的成本越來越高。手機(jī)中的典型的前端射頻模塊（RF Frontend Module， RF FEM）包括天線調(diào)諧器 Antenna Tuner、天線開關(guān) Antenna Switch、多路器 Diplexer、收 / 發(fā)開關(guān) T/R Switch、濾波器(如 SAW、BAW、FBAR)、功率放大器 PA、低噪聲放大器 LNA。
據(jù)稱，一個(gè) 4G 全網(wǎng)通手機(jī)，前端射頻模塊的成本已達(dá)到 8-15 美元，含有 10 顆以上射頻芯片，包括 2-3 顆 PA、2-4 顆開關(guān)、6-10 顆濾波器，未來在手機(jī)中套片的價(jià)格甚至?xí)^主芯片。
圖一：前端射頻模塊產(chǎn)業(yè)鏈
筆者梳理了一下相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈情況，從圖一可以看出，目前全球射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)擁有較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。歐美日 IDM 大廠技術(shù)領(lǐng)先，規(guī)模優(yōu)勢(shì)明顯；中國臺(tái)灣企業(yè)則在晶圓制造、封裝測(cè)試等產(chǎn)業(yè)鏈中下游占據(jù)重要地位；中國大陸公司則主要以海思和漢天下為主的 Fabless 公司，三安和海威華芯開始在代工領(lǐng)域發(fā)力，而能訊卻以 IDM 模式開始釋放國產(chǎn)氮化鎵的潛力，為市場(chǎng)提供系列化性能出眾的氮化鎵器件。
IDM 公司
在終端功率放大器市場(chǎng)，形成了 Qorvo、Skyworks 和 Broadcom 三大家巨頭競(jìng)爭(zhēng)的局面，三家企業(yè)合計(jì)占據(jù)了 90%以上的市場(chǎng)份額。
思佳訊(Skyworks)是一家高可靠性模擬和混合信號(hào)半導(dǎo)體公司，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域的射頻及完整半導(dǎo)體系統(tǒng)解決方案，包括放大器、衰減器、檢波器、二極管、定向耦合器、前端模塊等。公司在美國設(shè)有兩座 6 寸 GaAs 晶圓廠，提供 BHT 和 PHEMT 工藝。
2015 年 5 月 Avago 收購 Broadcom 公司成立新 Broadcom，主要聚焦 III-V 族復(fù)合半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)，提供廣泛的模擬、混合信號(hào)以及光電零組件產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)。公司在美國設(shè)有兩座 6 寸 GaAs 晶圓，，提供 BHT 和 PHEMT 工藝。
作為移動(dòng)、基礎(chǔ)設(shè)施和國防應(yīng)用領(lǐng)域可擴(kuò)展和動(dòng)態(tài) RF 解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者 Qorvo 公司則是業(yè)界兩家領(lǐng)先射頻解決方案公司 RF Micro Devices 和 TriQuint Semiconductor 在 2015 年合并后的新公司，合并后的 Qorvo 有兩個(gè)重要的產(chǎn)品線：移動(dòng)設(shè)備產(chǎn)品線、基站和軍工設(shè)備產(chǎn)品線。Qorvo 在美國有多座晶圓廠，可自行提供 4 寸、6 寸、8 寸晶圓生產(chǎn)，可使用 Si/GaAs/GaN 等多種材料進(jìn)行生產(chǎn)。最近又在美國德州購進(jìn)一座新廠房，將于 2018 年量產(chǎn) BAW 產(chǎn)品。
最主要的是三大巨頭都完成了 PA、Switch、Duplexer、Filter 全產(chǎn)品線布局，同時(shí)，擁有專用的制造廠和封裝廠也有利于加快高集成度產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度。
三大巨頭在移動(dòng)通信射頻前端市場(chǎng)的毛利率均高于 40%，最高可以達(dá)到 50%，凈利率約 30%，說明寡頭公司利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)和規(guī)模效應(yīng)，具有極強(qiáng)的盈利能力。其次，三大巨頭積極開發(fā)面向未來的先進(jìn)工藝技術(shù)，以繼續(xù)保持自己的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)。相信短期內(nèi)三大寡頭公司的優(yōu)勢(shì)地位將難以撼動(dòng)。
而我國公司卻開始在氮化鎵領(lǐng)域布局，以期和三巨頭站在同一起跑線上開始競(jìng)技。
蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司創(chuàng)立于 2011 年，建有國內(nèi)最早的規(guī)模化氮化鎵電子器件生產(chǎn)線，可實(shí)現(xiàn)氮化鎵材料生長、器件設(shè)計(jì)、工藝制造、芯片封裝以及可靠性驗(yàn)證的全鏈條生產(chǎn)工藝，公司產(chǎn)品主要應(yīng)用于無線通訊、雷達(dá)、寬頻帶通信等射頻微波領(lǐng)域和工業(yè)控制、電源、電動(dòng)汽車、太陽能逆變器等電力電子領(lǐng)域。2017 年公司發(fā)布適合 5G 移動(dòng)通信的寬帶、高效的 GaN 功放管，可支持頻段為 3.4 GHz-3.8 GHz，在效率、增益，寬帶特性和線性度等指標(biāo)上，均達(dá)到世界領(lǐng)先水平。并且該功放管針對(duì)無線通信基站進(jìn)行了特殊優(yōu)化，易于設(shè)計(jì)成 Doherty 架構(gòu)的寬帶功率放大器，非常適合輸出平均功率為 20W 的宏站 RRU 使用。
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由于建設(shè)晶圓廠的費(fèi)用較高，現(xiàn)在進(jìn)入射頻前端的公司都采用 Fabless 模式。但是 Fabless 相較 IDM 公司在研發(fā)進(jìn)度上可能不如 IDM。
漢天下(Huntersun)成立于 2012 年 7 月，專注于射頻 / 模擬集成電路芯片和 SOC 系統(tǒng)集成芯片的開發(fā)，以及物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)芯片及應(yīng)用解決方案的研發(fā)和推廣。產(chǎn)品覆蓋 2G、3G、4G 全系列無線射頻前端 / 功放系列核心芯片和無線連接芯片，國內(nèi)首家同時(shí)擁有大規(guī)模量產(chǎn)的 CMOS PA 和 GaAs PA 技術(shù)。漢天下是國內(nèi)首家通過三星產(chǎn)品認(rèn)證，并獲得訂單的 RF PA 公司！
銳迪科微電子(RDA)成立于 2004 年，致力于射頻及混合信號(hào)芯片和系統(tǒng)芯片的設(shè)計(jì)，是數(shù)字基帶、射頻收發(fā)器、功率放大器、射頻開關(guān)、藍(lán)牙、無線、調(diào)頻收音等全系列數(shù)字及射頻產(chǎn)品的集成電路供應(yīng)商。被紫光收購后與展訊進(jìn)行整合，將銳迪科的周邊芯片和展訊的基帶主芯片融合，迅速產(chǎn)生協(xié)同作用。
絡(luò)達(dá)科技(AIROHA)成立于 2001 年 8 月， 致力于開發(fā)無線通信的高度集成電路，為客戶提供高性能、低成本的各式射頻 / 混合信號(hào)集成電路元件及完整的藍(lán)牙 / 藍(lán)牙低功耗系統(tǒng)單晶片解決方案。產(chǎn)品主要包括手機(jī)功率放大器(PA)、射頻開關(guān)(T/R Switch)、低噪聲功率放大器(LNA)、數(shù)位電視與機(jī)頂盒衛(wèi)星(DVB-S/S2)調(diào)諧器，WiFi 射頻收發(fā)器和藍(lán)牙系統(tǒng)單晶片。作為聯(lián)發(fā)科的投資企業(yè)，2017 年初，聯(lián)發(fā)科表示將有計(jì)劃收購絡(luò)達(dá)在外的所有股份，實(shí)現(xiàn)全資，將有益于整合聯(lián)發(fā)科集團(tuán)資源并擴(kuò)大母公司營運(yùn)規(guī)模，有助于母公司的運(yùn)營提升。
唯捷創(chuàng)芯(VANCHIP)）成立于 2010 年成立，團(tuán)隊(duì)來自 RFMD，以主流的 GaAs 工藝切入射頻 PA 市場(chǎng)，主要產(chǎn)品是射頻功率放大器，廣泛應(yīng)用于 2G/3G/4G 手機(jī)及其它智能移動(dòng)終端。
智慧微電子(SmarterMicro)成立于 2012 年，團(tuán)隊(duì)成員來自 Skyworks，從事微波器件和射頻模擬集成電路芯片設(shè)計(jì)，其特色是可重構(gòu)的 SOI+GaAs 混合工藝。
國民飛驤科(Lansus)成立于 2015 年，其前身是 2010 年成立的國民技術(shù)無線射頻事業(yè)部，專注于射頻功率放大器、開關(guān)及射頻前端等電子元件設(shè)計(jì)，擁有完整的 4G 射頻解決方案。
中普微電子(CUCT)從事射頻 IC 設(shè)計(jì)、研發(fā)及銷售，產(chǎn)品涵蓋 GSM、W-CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000 以及快速演變的 TD-LTE，提供 2G/3G/4G 全面的射頻前端解決方案。中普微電子的的前瞻性 TD-LTE 射頻功放技術(shù)突顯了公司能夠?yàn)槿?4G 市場(chǎng)提供成熟的射頻解決方案。目前公司產(chǎn)品以其高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)在市場(chǎng)上備受歡迎，得到眾多客戶包括品牌商的肯定。
高通(QUALCOMM)是全球最大的手機(jī)芯片供應(yīng)商，也在大力強(qiáng)化射頻芯片技術(shù)，2015 年收購 Silanna 半導(dǎo)體的 RF 業(yè)務(wù)；2016 年 1 月和 TDK 合資成立 RF360 Holdings，進(jìn)一步提升公司的實(shí)力。而近期將完成收購 NXP，公司將獲得充足的制造資源。
海思半導(dǎo)體(HISILICON)成立于 2004 年 10 月，前身是創(chuàng)建于 1991 年的華為集成電路設(shè)計(jì)中心，是全球領(lǐng)先的 FABLESS 公司，致力于構(gòu)建更好的互聯(lián)世界，并推動(dòng)高端視頻時(shí)代的發(fā)展。公司射頻收發(fā)器(transceiver)可以支持 Cat6 和 Cat12。
目前許多射頻器件都轉(zhuǎn)向 SOI 工藝，制造工藝相對(duì)砷化鎵等制造工藝而言良率更高，成本更低，也更加適合新進(jìn)入射頻前端芯片的 Fabless 公司。相信隨著國內(nèi)中芯國際、華虹宏力、華潤微的 RF SOI 工藝的成熟，國內(nèi)的射頻前端芯片的 Fabless 公司會(huì)加速崛起。
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穩(wěn)懋半導(dǎo)體(WIN)擁有全球首座 6 寸 GaAs 晶圓生產(chǎn)線，目前公司擁有 3 座 6 寸 GaAs 生產(chǎn)線，提供異質(zhì)接面雙極性電晶體(HBT)和應(yīng)變式異質(zhì)接面高遷移率電晶體(pHEMT)工藝。2016 年?duì)I收達(dá) 13.6 億新臺(tái)幣，凈利 3.1 億新臺(tái)幣；2016 年公司總產(chǎn)能達(dá) 35 萬片，預(yù)計(jì)三個(gè)廠滿負(fù)荷年產(chǎn)能超過 56 萬片。
宏捷科技(AWSC)成立于 1998 年，獲得 SKYWORKS 技術(shù)支持，可提供 HBT 和 pHEMT 工藝，2008 年完成 6 寸 GaAs 晶圓生產(chǎn)線建設(shè)，目前年產(chǎn)能 15 萬片。
環(huán)宇通訊(GCS)主要生產(chǎn) 4 吋 GaAs 晶圓，是全球唯一同時(shí)擁有射頻和光電組件制造技術(shù)的化合物晶圓代工廠商，超過 85%的產(chǎn)能用于生產(chǎn)無線射頻晶圓，并透過與三安集成策略聯(lián)盟建置 6 寸產(chǎn)能。
聯(lián)穎光電(Wavetek)是聯(lián)電(UMC)旗下成員，可提供 HBT 和 pHEMT 工藝，2014 年底自聯(lián)華取得原 Fab6A 產(chǎn)權(quán)，藉由提供 GaAs 及 CMOS Specialities 業(yè)界最廣泛產(chǎn)品組合的 150mm 晶圓代工服務(wù)，以及優(yōu)化的獨(dú)特雙軌式晶圓代工商業(yè)模式，希望在全球特色工藝市場(chǎng)躋身領(lǐng)先地位。
全訊科技(Transcom)研發(fā)生產(chǎn)微波(功率)放大器及低噪音放大器等微波組件，年產(chǎn) 4 寸 GaAs 芯片為 1 萬 5 千片。
海威華芯(HIWAFER)擁有 6 寸 GaAs 代工線，更專注于提供 pHEMT 集成電路制程技術(shù)，技術(shù)來源是中電 29 所。
三安集成(SANAN IC)聚焦于微波集成電路及功率器件兩大市場(chǎng)領(lǐng)域的高端技術(shù)發(fā)展，將建 30 萬片 / 年 6 寸的 GaAs 產(chǎn)線和 6 萬片 / 年 6 寸的 GaN 產(chǎn)線，截止 2016 年底公司參與的客戶設(shè)計(jì)案 263 個(gè)，有 19 個(gè)芯片通過性能驗(yàn)證，部分客戶開始出貨，產(chǎn)品涉及 2G/3G/4G-LTEPA，WiFiPA，LNA 及光通訊，足以說明公司工藝功能性已符合應(yīng)用要求。
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封裝測(cè)試
前端射頻模塊隨著整體架構(gòu)復(fù)雜度不斷上升，為滿足小型化的要求，需要將功率放大器、濾波器和 Switch 開關(guān)電路集成為一顆芯片，然而，功率放大器通常使用 GaAs HBT 工藝制造，濾波器使用 RF MEMS 工藝，Switch 使用 GaAs pHEMT 或 SOI 工藝，多種工藝技術(shù)的應(yīng)用使得他們的集成嚴(yán)重依賴先進(jìn)封裝技術(shù)。
濾波器
濾波器包括 SAW、BAW、FBAR，主要集中在美日公司手中。
村田(MURATA)擁有濾波器、雙工器、收發(fā)雙工器、諧振器、頻率控制裝置等高性能的 SAW 的 RF 元件，通過一站式服務(wù)為 RF 技術(shù)者提供廣泛的基于 SAW 的 RF 元件。 此外，在移動(dòng)電話、ISM、GPS/GNSS 等頻帶的 40MHz～2.7GHz 頻率范圍內(nèi)，擁有非常廣泛的 SAW 產(chǎn)品組合。
TDK 為業(yè)界提供 SAW 和 BAW 濾波器等，其功能已經(jīng)超越了智能手機(jī)，并支持其他設(shè)備和應(yīng)用，包括平板電腦，可穿戴設(shè)備和汽車產(chǎn)品等。
中國有公司在進(jìn)入濾波器領(lǐng)域，如天津的諾思微系統(tǒng)、深圳的麥捷微電子。
結(jié)語
5G 對(duì)射頻前端芯片的更高要求催生出毫米波 PA、GaN PA 等新的技術(shù)熱點(diǎn)，形成新的產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力。
業(yè)內(nèi)某 RF 專家表示，中國芯片公司未來將在 RF 芯片領(lǐng)域取得大突破，必將打破由歐美廠商壟斷的局面。
期待中國半導(dǎo)體崛起！
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