射頻前端（RFFE， Radio Frequency Front-End）芯片是實現(xiàn)手機及各類移動終端通信功能的核心元器件，全球市場超過百億美金級別。過去10年本土手機的全面崛起，為本土射頻前端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)；而5G在中國的率先商用化，以及全球貿(mào)易環(huán)境的變化，又給本土射頻行業(yè)加了兩捆柴火。射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)在我國也已經(jīng)有了15年以上的發(fā)展歷史，創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)活動非常活躍，各類企業(yè)數(shù)十家，也是市場和資本高度關(guān)注的領(lǐng)域。本文作者有幸在射頻芯片行業(yè)從業(yè)11年，從2G時代做到今天的5G，也在外企、民企、國企都工作過，直接開發(fā)并大量量產(chǎn)過射頻的每一類型產(chǎn)品。這篇文章總結(jié)了作者與一些行業(yè)朋友近些年的討論，嘗試對射頻模組產(chǎn)品的技術(shù)市場及商業(yè)邏輯進行梳理。同時，本土射頻發(fā)展了十余年，競爭是行業(yè)主線，合作與友誼是非常稀缺的資源。本文將會重點分享“模組化”的相關(guān)知識，也是希望更多的本土廠商去通過“合作”分享模組化的巨大機遇。

引言

根據(jù)魏少軍教授在“2020全球CEO峰會”的《人間正道是滄桑-關(guān)于大變局下的戰(zhàn)略定力》主題演講，統(tǒng)計得出對中國市場依賴度最高（依營收占比計算）的美國公司。我們可以看到SKYWORKS、Qualcomm、Qorvo、Broadcom這四家美國射頻巨頭（其中SKYWORKS和Qorvo以射頻業(yè)務(wù)為主；Qualcomm和Broadcom包含了射頻業(yè)務(wù)）恰好占據(jù)了排行榜前4名。

射頻前端的國際情況

射頻前端技術(shù)主要集中在濾波器（Filter）、功率放大器（PA， Power Amplifier）、低噪聲放大器（Low Noise Amplifier）、開關(guān)（RF Switch）。目前全球射頻市場由引言提到的四家美國射頻公司Skyworks、Qualcomm、Qorvo、Broadcom與日本Murata這五大射頻巨頭寡占。

五家射頻巨頭在PA與LNA等市場占有率超過九成。濾波器方面，則分為聲表面波（SAW， Surface Acoustic Wave）與體表面波（BAW， Bulk Acoustic Wave）濾波兩種主要技術(shù)。目前，SAW濾波器市場由Murata占據(jù)一半，Skyworks約10%，Qorvo約4%，其余則被太陽誘電、TDK等大廠瓜分。BAW濾波器的市場則由美國企業(yè)占據(jù)9成市場。

由此可見，射頻前端是巨大的市場，能容納5家國際巨頭持續(xù)發(fā)展。國際巨頭的技術(shù)跨度大，模組化能力強；模組化產(chǎn)品是國際競爭的主賽道。每家巨頭都擁有BAW技術(shù)或其替代方案。

射頻前端的國內(nèi)情況

關(guān)于射頻前端的國內(nèi)情況有很多文章都曾提到，這里不贅述，只給幾個共識比較多的結(jié)論：

1.本土公司普遍以分立器件為主要方向；分立器件是當前本土競爭的主賽道。2.本土公司缺乏先進濾波器技術(shù)及產(chǎn)品，模組化能力普遍不強。

5G模組化挑戰(zhàn)及機遇的來源

PCB布線空間及射頻調(diào)試時間的挑戰(zhàn)，下沉到了入門級手機，打通了國產(chǎn)模組芯片的迭代升級路徑。

射頻模組芯片，不是一個新生的產(chǎn)品系列。事實上，射頻模組芯片的使用幾乎與LTE商業(yè)化同時發(fā)生。過去10年內(nèi)，各種復(fù)雜的射頻模組已經(jīng)普遍應(yīng)用在了各品牌的旗艦手機中；與此同時，在大量的入門級手機上，分立器件的方案也完全能夠滿足各方面的要求。因此在過去10年就出現(xiàn)了涇渭分明的兩個市場：旗艦機型用模組方案；入門機型用分立方案。模組方案要求“高集成度和高性能”，因而價格也很高；而分立方案要求“中低集成度和中等性能”，售價相對而言就低不少。兩種方案之間存在巨大的技術(shù)和市場差異，我們可以把這個稱作4G時代的“模組鴻溝”。

5G的到來，徹底改變了這個狀況。

相比于4G入門級手機的2~4根天線，5G入門級手機的天線數(shù)目增加到了8~12根；需要支持的頻段及頻段組合也在4G的基礎(chǔ)上顯著增加。大家知道，射頻元器件的數(shù)目，與天線數(shù)目及頻段強相關(guān)，這就意味著射頻元器件的數(shù)目出現(xiàn)了急劇地增長。與此同時，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，5G手機留給射頻前端的PCB面積是無法增加的，因此分立方案的面積大大超過了可用的PCB面積。這是空間帶來的約束。

還有一個挑戰(zhàn)，來自于調(diào)試時間。4G使用分立器件方案的射頻調(diào)試時間，一般在一周以內(nèi)。隨著5G射頻復(fù)雜度的顯著提升，假設(shè)使用分立方案，可能會帶來3~5倍的調(diào)試時間增加；從成本上來講，還需要消耗更貴的5G測試設(shè)備、熟悉5G測試的工程師資源。如果使用模組，大部分的調(diào)試已經(jīng)在模組設(shè)計過程中在內(nèi)部實現(xiàn)了，調(diào)試工作量將更多地移到軟件端，因此調(diào)試效率大大提升。這是時間帶來的約束。

時間和空間的約束，強烈而普遍。因此在入門級5G手機中，就天然出現(xiàn)了對“中低性能和高集成度”模組的需求，與旗艦手機的“中高性能和高集成度”模組形成了管腳統(tǒng)一。既然都需要高集成度的模組，只是指標要求不一樣，這樣國產(chǎn)的模組芯片就可以從“中低性能”（5G入門級手機）向“中高性能”（5G旗艦手機）迭代演進。因此，“模組鴻溝”便被填平了。

任何事情都是兩面的?！澳＝M鴻溝”被填平以后，分立市場的空間也出現(xiàn)了風險；對專長于分立芯片的本土企業(yè)來講，也需要巨大的資源和力量去在模組產(chǎn)品中找到自身的位置；如果不能突破，就會在不遠的未來進入到瓶頸階段。

在5G的早期階段，目前市場上也出現(xiàn)了一種混合方案，即用分立器件和模組混搭的方案。這個方案的出現(xiàn)，有很多客觀的原因，其中就包括歷史上形成的“模組鴻溝”。這種方案是妥協(xié)的產(chǎn)物，犧牲了一些關(guān)鍵指標，而且面積上也做了讓步。如果沒有專注做國產(chǎn)化模組的芯片公司，就不會有優(yōu)秀的國產(chǎn)模組芯片；如果沒有優(yōu)秀的國產(chǎn)模組芯片，模組方案的價格永遠高高在上。

濾波器技術(shù)簡要分類

BAW 濾波器： 即體聲波濾波器。具有插入損耗小、帶外衰減大等優(yōu)點，同時對溫度變化不敏感，BAW濾波器的尺寸大小會隨著頻率升高而縮小，因此尤其適用于1.7GHz以上的中高頻通信，在5G與sub-6G的應(yīng)用中有明顯優(yōu)勢。

SAW濾波器： 即聲表面波濾波器。采用石英晶體、鈮酸鋰、壓電陶瓷等壓電材料，利用其壓電效應(yīng)和表面波傳播的物理特性而制成的一種濾波專用器件。SAW濾波器具有性能穩(wěn)定、使用方便、頻帶寬等優(yōu)點，是頻率在1.6GHz以下的應(yīng)用主流。但存在插入損耗大、處理高頻率信號時發(fā)熱問題嚴重等缺點，因此在處理1.6GHz以上的高頻信號時適用性較差。

LC型濾波器： 即電感電容型濾波器。LC濾波器一般是由濾波電容、電抗和電阻適當組合而成，電感與電容一起組成LC濾波電路。

射頻模組簡要分類

射頻前端模組是將射頻開關(guān)、低噪聲放大器、濾波器、雙工器、功率放大器等兩種或者兩種以上的分立器件集成為一個模組，從而提高集成度和性能，并使體積小型化。根據(jù)集成方式的不同，主集天線射頻鏈路可分為：FEMiD（集成射頻開關(guān)、濾波器和雙工器）、PAMiD（集成多模式多頻帶PA和FEMiD）、LPAMiD（LNA、集成多模式多頻帶PA和FEMiD）等；分集天線射頻鏈路可分為：DiFEM（集成射頻開關(guān)和濾波器）、LFEM（集成射頻開關(guān)、低噪聲放大器和濾波器）等。

主集天線射頻鏈路

分集天線射頻鏈路

射頻前端的“價值密度”

既然5G手機PCB面積是受限制的資源，同時我們需要在5G手機內(nèi)“擠入”更多的射頻功能器件，因此我們評價每一類型射頻器件時，需要建立一個參數(shù)來進行統(tǒng)一描述，作為反映其價值與PCB占用面積的綜合指標。

ValueDensity=（平均銷售價格ASP）/（芯片封裝大小）

接下來，我們使用VD值這個工具，分別分析一下濾波器、功率放大器、射頻模組三類產(chǎn)品的情況。

1. 濾波器的VD值

首先說明一點，由于通常情況下濾波器還需要外部的匹配電路，實際的VD值比器件的VD值還要再低一些。我們先忽略這個因素。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，我們可以得到一些結(jié)論：從LTCC到四工器，VD值持續(xù)增加，從1.2到10.0，增加比較快速。

2. 功率放大器的VD值

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，也可以看到： a） 從2G到4G，VD值從0.6增加到了1.5。b） 4G向CAT1演進的小型化產(chǎn)品，以及向HPUE或者Phase5N演進的大功率PA，VD值增加到了2附近。

3. 射頻模組的VD值

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以觀察到： a） 接收模組普遍的VD值在5附近；b） 接收模組中的小封裝H/M/L LFEM，VD值非常突出，大于10；c） 發(fā)射模組（除FEMiD以外），VD值在4~6之間；d） FEMiD具有發(fā)射模組最高的VD值。因此當FEMiD與VD值較低的MMMB PA混搭時，也能達到合理的PCB布圖效率。

表格匯總的同時，我們也增加了技術(shù)國產(chǎn)化率和市場國產(chǎn)化率的參考數(shù)據(jù)。一般來講，市場國產(chǎn)化率較低的、或者技術(shù)國產(chǎn)化率遠遠超過國產(chǎn)化率數(shù)字的細分品類，VD值會虛高一些。在本土相應(yīng)產(chǎn)品市占率提高以后，未來還會有比較明顯的降價空間。

射頻發(fā)射模組的五重山

發(fā)射1： PA與LC型濾波器的集成，主要應(yīng)用在3GHz~6GHz的新增5G頻段，典型的產(chǎn)品是n77、n79的PAMiF或者LPAMiF。這些新頻段的5GPA設(shè)計非常有挑戰(zhàn)，但由于新頻段頻譜相對比較“干凈”，所以對濾波器的要求不高，因此LC型的濾波器（IPD、LTCC）就能勝任。綜合來看，這類產(chǎn)品屬于有挑戰(zhàn)但不復(fù)雜的產(chǎn)品，其技術(shù)和成本均由PA絕對掌控。

發(fā)射2： PA與BAW（或高性能SAW）的集成，典型產(chǎn)品是n41的PAMiF或者Wi-Fi的iFEM類產(chǎn)品，頻段在2.4GHz附近。這類產(chǎn)品的頻段屬于常見頻段，PA部分的技術(shù)規(guī)格有一定挑戰(zhàn)但并不高。由于工作在了2.4GHz附近，頻段非常擁擠，典型的產(chǎn)品內(nèi)需要集成高性能的BAW濾波器來實現(xiàn)共存。這類產(chǎn)品由于濾波器的功能并不復(fù)雜，PA仍有技術(shù)控制力；但在成本方面，濾波器可能超過了PA。綜合來講，這類產(chǎn)品屬于有挑戰(zhàn)但不復(fù)雜的產(chǎn)品，PA有一定的控制力。

發(fā)射3： LowBand發(fā)射模組。LB （L）PAMiD通常集成了1GHz以下的4G/5G頻段（例如B5、B8、B26、B20、B28等等），包括高性能功率放大器以及若干低頻的雙工器；在不同的方案里，還可能集成GSM850/900及DCS/PCS的2GPA，以進一步提高集成度。低頻的雙工器通常需要使用TC-SAW技術(shù)來實現(xiàn)，以達到最佳的系統(tǒng)指標。根據(jù)系統(tǒng)方案的需要，如果在LB PAMiD的基礎(chǔ)上再集成低噪聲放大器（LNA），這類產(chǎn)品就叫做LB LPAMiD?？梢钥吹?，這類產(chǎn)品的復(fù)雜度已經(jīng)比較高：PA方面，需要集成高性能的4G/5GPA，有時候還需要集成大功率的2GPA Core；濾波器方面，通常需要3~5顆使用晶圓級封裝（WLP）的TC-SAW雙工器?？偝杀镜慕嵌葋砜矗僭O(shè)需要集成2GPA），PA/LNA部分和濾波器部分占比基本相當。LB （L）PAMiD是需要有相對比較平衡的技術(shù)能力，因此第三級臺階出現(xiàn)在了PA和Filter的交界處。

發(fā)射4： FEMiD。這類產(chǎn)品通常包含了從低頻到高頻的各類濾波器/雙工器/多工器，以及主通路的天線開關(guān)；并不集成PA。FEMiD產(chǎn)品通常需要集成LTCC、SAW、TC-SAW、BAW（或性能相當?shù)腎.H.PSAW）和SOI開關(guān)。村田公司定義了這類產(chǎn)品，并且過去近8年的時間內(nèi)，占據(jù)了該市場的絕對主導(dǎo)權(quán)。三星、華為等手機大廠，曾經(jīng)或正在大量使用這類產(chǎn)品在其中高端手機中。如前文所述，有競爭力的PAMiD供應(yīng)商主要集中在北美地區(qū)；出于供應(yīng)鏈多樣化的考慮，一些出貨量非常大的手機型號，就可能考慮使用MMMB（Multi-Mode Multi-Band） PA加FEMiD的架構(gòu)。MMMB PA的合格供應(yīng)商廣泛分布在北美、中國、韓國，而日本村田的FEMiD產(chǎn)能非常巨大（主要表現(xiàn)在LTCC和SAW）。又如前文所述，F(xiàn)EMiD的VD值非常高，整體方案的空間利用率也在合理范圍內(nèi)。

發(fā)射5： M/H （L）PAMiD。這類產(chǎn)品是射頻前端最高市場價值也是綜合難度最大的領(lǐng)域，是射頻前端細分市場的巔峰。M/H通常覆蓋的頻率范圍是1.5GHz~3.0GHz。這個頻段范圍，是移動通信的黃金頻段。最早的4個FDDLTE 頻段Band1/2/3/4在這個范圍內(nèi)，最早的4個TDD LTE頻段B34/39/40/41在這個范圍內(nèi)，TDS-CDMA的全部商用頻段在這個范圍內(nèi)，最早商用的載波聚合方案（Carrier Aggregation）也出現(xiàn)在這個范圍（由B1+B3四工器實現(xiàn)），GPS、Wi-Fi 2.4G、Bluetooth等重要的非蜂窩網(wǎng)通信也都工作在這個范圍。可以想象，這段頻率范圍最大的特點就是“擁擠”和“干擾”，也恰恰是高性能BAW濾波器發(fā)揮本領(lǐng)的廣闊舞臺。由于這個頻率范圍商用時間較長，該頻率范圍內(nèi)的PA技術(shù)相對比較成熟，核心的挑戰(zhàn)來自于濾波器件。

先解釋一下為什么這段頻率是移動通信的黃金頻率。在很長的發(fā)展過程中，移動通信的驅(qū)動力來自移動終端的普及率，而移動終端普及的核心挑戰(zhàn)在于終端的性能和成本。過高的頻率，例如3GHz以上、10GHz以上，半導(dǎo)體晶體管的特性下降很快，很難做出高性能；而過低的頻率，例如800MHz以下、300MHz以下，需要天線的尺寸會非常巨大，同時用來做射頻匹配的電感值和電容值也會很大，在終端尺寸的約束下，超低頻段的射頻性能很難達到系統(tǒng)指標。簡而言之，從有源器件（晶體管）的性能角度出發(fā)，希望頻率低一些；從無源器件（電容電感和天線）的性能角度出發(fā)，希望頻率高一些。有源器件與無源器件從本質(zhì)上的沖突，到應(yīng)用端的折衷，再到模組內(nèi)的融合，恰如兩股強大的冷暖洋流，在人類最波瀾壯闊的移動通信主航道上，相匯于1.5~3GHz的頻段，形成了終端射頻最復(fù)雜也最有價值的黃金漁場：M/HB （L）PAMiD。多么地美妙！

這類高端產(chǎn)品的市場，目前主要由美商Broadcom、Qorvo、RF360等廠商占據(jù)。Qorvo公司在其官方公眾號上提供的芯片開蓋分析?？梢钥吹?，該類產(chǎn)品包含10顆以上的BAW，2~3顆的GaAs HBT，以及3~5顆SOI和1顆CMOS控制器，具有射頻產(chǎn)品最高的技術(shù)復(fù)雜度。該類產(chǎn)品通常需要集成四工器或者五/六工器這類超高VD值的器件。

射頻接收模組的五重山

接收1： 使用RF-SOI工藝在單顆die上實現(xiàn)了射頻Switch和LNA。雖然僅僅是單顆die，但從功能上也屬于復(fù)合功能的射頻模組芯片。這類產(chǎn)品主要的技術(shù)是RF-SOI，在4G和5G都有一些應(yīng)用。

接收2 ：使用RF-SOI工藝實現(xiàn)LNA和Switch的功能，然后與一顆LC型（IPD或者LTCC）的濾波器芯片實現(xiàn)封裝集成。LC型濾波器適合3~6GHz大帶寬、低抑制的要求，適用于5G NR部分的n77/n79頻段。這類產(chǎn)品也是SOI技術(shù)主導(dǎo)，主要應(yīng)用在5G。

接收3： 從接收3往上走，接收模組開始需要集成若干SAW濾波器，集成度越來越高。通常需要集成單刀多擲（SPnT）或者雙刀多擲（DPnT）的SOI開關(guān)，以及若干通路支持載波聚合（CA）的SAW濾波器。封裝方式上，由于“接收3”的集成程度還不極限，因此有多種可能的路徑。其中國際廠商的產(chǎn)品主要以WLP技術(shù)為主，除了在可靠度及產(chǎn)品厚度方面有優(yōu)勢，主要還是可以在更高集成度的其他產(chǎn)品中進行復(fù)用。

接收4： 這類產(chǎn)品叫做MIMO M/H LFEM。主要是針對M/H Band的頻段（例如B1/3/39/40/41/7）應(yīng)用了MIMO技術(shù)，增加通信速率，在一些中高端手機是屬于入網(wǎng)強制要求?？雌饋硗ㄐ艠I(yè)對M/H這個黃金頻段果然是真愛啊。技術(shù)角度出發(fā)，這類產(chǎn)品以RF-SOI技術(shù)實現(xiàn)的LNA加Switch為基礎(chǔ)，再集成4~6個通路的M/H高性能SAW濾波器。國際廠商在這些頻段已經(jīng)開始普遍使用TC-SAW的技術(shù)，以達到最好的整體性能。

接收5： 接收芯片的最高復(fù)雜度，就是H/M/L的LFEM。這類產(chǎn)品以非常小的尺寸，實現(xiàn)了10~15路頻段的濾波（SAW Filter）、通路切換（RF-Switch）以及信號增強（LNA），具有超高的Value Density值（10左右），在5G項目上能幫助客戶極大地壓縮Rx部分占用的PCB面積，把寶貴的面積用在發(fā)射/天線等部分，提升整體性能。這類產(chǎn)品需要的綜合技能最高，也基本必須要用WLP形式的先進封裝方式才能滿足尺寸、可靠度、良率的要求。

總結(jié)

1.射頻模組的核心要求是多種元器件的小型化及模組集成。

2.無論是發(fā)射模組還是接收模組，純5G的模組是困難但不復(fù)雜，最有挑戰(zhàn)也最具價值的是4G/5G同時支持的高復(fù)雜度模組。

本土替代是黃金機遇，不需要賽道創(chuàng)新，核心是技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)4G/5G射頻芯片的產(chǎn)品化、小型化、模組化。開元通信專注于射頻模組芯片的開發(fā)，在廈門、上海和臺北建立了研發(fā)中心，“all-in模組”，以射頻模組為目標配置關(guān)鍵資源，堅定地推進最高性價比和最實惠價格的模組芯片，以加速國產(chǎn)模組產(chǎn)品的量產(chǎn)，助力中國通信產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

射頻模組的產(chǎn)業(yè)化率先發(fā)端在西方企業(yè)，比中國早5到10年；如本文篇頭的圖片，國外射頻模組大量在中國市場銷售，中國還停留在分立器件產(chǎn)業(yè)的階段。中國產(chǎn)業(yè)當然應(yīng)該奮起直追，而奮起直追的第一步，就是先要深入分析5G模組的相關(guān)知識，結(jié)合自身競爭優(yōu)勢，尋找合適的切入點，最終全身心地擁抱模組化的產(chǎn)業(yè)潮流。只要全身心地擁抱潮流，我們有充分信心，用五年十年左右的時間，完成本土射頻模組的飛躍。

舉一個類似的成功例子。近代的工業(yè)革命率先發(fā)端在西歐，西歐已經(jīng)開始工業(yè)化，而俄國還是落后的封建農(nóng)業(yè)國家。1703年，羅曼諾夫王朝沙皇彼得一聲令下，要在波羅的海的港口建造新的首都，盡管眾人反對，哪怕萬千爭議，這位俄國歷史上數(shù)一數(shù)二的君王，這位喬裝成工匠在西歐游歷學習的君王，力排萬難要建造一個通往歐洲通往世界的俄國新首都（圣彼得堡），全面地擁抱歐洲、擁抱海洋、擁抱工業(yè)革命。歐洲、海洋、工業(yè)革命，就是18世紀國家的潮流；國產(chǎn)替代、5G、射頻模組，就是今天射頻前端行業(yè)的潮流。

彼得大帝出生時，俄國是砧板上的魚肉，去世時俄國已然是切肉之刃。在本土手機行業(yè)已經(jīng)全面崛起的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上，希望我們中國的射頻行業(yè)能夠奮勇前行，擁抱國產(chǎn)替代、5G信息化、射頻模組化的歷史浪潮。如果說在我們?nèi)胄袝r，中國的射頻行業(yè)還如砧板上的魚肉，那么希望在我們大家打算“退休”時，中國的射頻行業(yè)已經(jīng)是切肉之刃。與諸君共勉！
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