1895年，馬可尼成功的進(jìn)行了約3公里無(wú)線電通信，6年后的1891年，他在英格蘭和紐芬蘭之間進(jìn)行橫跨大西洋的摩爾斯碼電報(bào)的發(fā)射和接受，正式標(biāo)志著人類進(jìn)入了無(wú)線通信時(shí)代，飛鴿傳書壽終正寢。

1973年4月一名男子站在紐約街頭，掏出一個(gè)約有兩塊磚頭大的無(wú)線電話，并打了一通電話，引得過(guò)路人紛紛駐足側(cè)目。這位就是“現(xiàn)代手機(jī)之父”，摩托羅拉的工程師馬丁·庫(kù)帕。

現(xiàn)代手機(jī)之父馬丁·庫(kù)帕與第一代“大哥大”

這一通電話也是馬丁·庫(kù)帕打給在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的一位競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，當(dāng)時(shí)對(duì)方當(dāng)時(shí)也在研制移動(dòng)電話，但尚未成功。庫(kù)帕后來(lái)回憶道：“我打電話給他說(shuō)：‘喬，我現(xiàn)在正在用一部便攜式蜂窩電話跟你通話?！衣牭铰犕材穷^的‘咬牙切齒’——雖然他已經(jīng)保持了相當(dāng)?shù)亩Y貌。

時(shí)至今日，手機(jī)已經(jīng)誕生整整36年。手機(jī)的出現(xiàn)極大的豐富的我們的生活，現(xiàn)在各式手機(jī)已經(jīng)遍地開花，全球僅智能手機(jī)用戶就超過(guò)30億。我們可以用手機(jī)進(jìn)行視頻電話、上網(wǎng)、聊天、看直播、購(gòu)物、玩游戲……，在這背后是無(wú)線通信技術(shù)在這幾十年時(shí)間里飛速發(fā)展。

任何一部手機(jī)，都必須有無(wú)線通信功能才能上網(wǎng)打電話，否則就是一塊磚頭，因此所有的手機(jī)中都安裝有無(wú)線通信功能的射頻芯片。

射頻芯片種類很多，包括射頻前端和射頻后端，其中射頻后端主要就是基帶芯片。而射頻前端則主要包括：射頻天線，射頻開關(guān)、功率放大器（PA）、低噪放大器（LNA）、濾波器、雙工器等，這些都屬于射頻前端不可或缺的芯片。

射頻前端結(jié)構(gòu)

從上世紀(jì)80年代開始，無(wú)線通信技術(shù)經(jīng)歷了1G、2G、3G、4G時(shí)代，直至2017年12月，3GPP組織發(fā)布了V15.0.0版TS 38.104規(guī)范，正式確定了5G標(biāo)準(zhǔn)。

新5G NR標(biāo)準(zhǔn)的頻率范圍分別定義為兩個(gè)不同的FR：即FR1與FR2。

FR1的重心放在450MHz-6GHz的頻譜上也稱為“Sub-6”標(biāo)準(zhǔn)，主要使用3GHz-4GHz之間頻段。FR2側(cè)重于24GHz~300GHz之間的頻段，又稱為“毫米波”標(biāo)準(zhǔn)，主要使用28GHz、40GHz和67GHz頻段。

無(wú)論是sub-6還是毫米波標(biāo)準(zhǔn)，所用的頻率都超過(guò)此前4G的200MHz-2.5GHz的頻率。因此在更高的頻率下，無(wú)論是移動(dòng)設(shè)備還是基站，都對(duì)射頻芯片提出了更高的要求！

國(guó)際機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測(cè)，隨著5G的到來(lái)，幾個(gè)主要的手機(jī)射頻前端市場(chǎng)規(guī)模都會(huì)出現(xiàn)快速增長(zhǎng)。

根據(jù)Yole的預(yù)計(jì)，到2023年，射頻前端市場(chǎng)規(guī)模有望超過(guò)340億美金，折合2300億元人民幣，而這龐大的市場(chǎng)中，有一大半是中國(guó)廠商消化掉的，因此未來(lái)中國(guó)將成為全球最大的射頻芯片市場(chǎng)！

誰(shuí)能在這場(chǎng)商戰(zhàn)中勝出，誰(shuí)將獲得最大的利潤(rùn)！因此目前國(guó)內(nèi)外公司都鉚足勁要在5G領(lǐng)域一爭(zhēng)高下！

曾經(jīng)巨頭壟斷，如今奮起直追

由于我國(guó)在無(wú)線通信領(lǐng)域，起步晚、技術(shù)差、基礎(chǔ)薄，在2G/3G時(shí)代只能眼睜睜看著國(guó)外巨頭在中國(guó)攫取巨額利潤(rùn)。4G時(shí)代稍好一些，但是也只是跟跑者，國(guó)外廠商依然賺的盆滿缽滿。從市場(chǎng)格局上來(lái)看，射頻前端的幾大類芯片包括PA、LNA、濾波器、依然被國(guó)外公司所壟斷。

SAW濾波器被村田、TDK、太陽(yáng)誘電、Skyworks、Qorvo等巨頭壟斷；BAW濾波器，更是被博通一家壟斷了87%的市場(chǎng)；

在PA領(lǐng)域內(nèi)博通、Skyworks、Qorvo射頻三巨頭更是合計(jì)占有超過(guò)90%的市場(chǎng)份額。

整個(gè)射頻市場(chǎng)呈現(xiàn)寡頭壟斷格局。國(guó)內(nèi)雖然也有不少行業(yè)公司，比如射頻開關(guān)的卓勝微、迦美；PA的昂瑞微、飛驤、唯捷創(chuàng)芯；濾波器的麥捷、大富、凡谷、諾思等。但就整體而言，國(guó)內(nèi)射頻芯片公司在出貨量、性能、以及市占率方面，與各大巨頭相去甚遠(yuǎn)，還需行業(yè)公司們發(fā)奮圖強(qiáng)，縮短差距，伺機(jī)趕超。

5G時(shí)代開啟化合物半導(dǎo)體材料的春天

在半導(dǎo)體世界里有，除了單一元素材料硅和鍺之外，還有一些由兩種及兩種以上元素結(jié)合而成的半導(dǎo)體材料，統(tǒng)稱為化合物半導(dǎo)體材料，主要包括GaAs（砷化鎵）、InP（磷化銦）、氮化鎵（GaN）、SiC（碳化硅）等。

這些化合物材料相比硅材料，有著禁帶寬度更大、電子遷移率更高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)大、耐高溫性更好等特點(diǎn)。這些利用這些優(yōu)異的特性，做出來(lái)器件，比傳統(tǒng)硅器件更耐高溫，耐高壓大電流、開關(guān)速度更快。所以因此在化合物半導(dǎo)體特別適合5G領(lǐng)域在內(nèi)一些應(yīng)用。

在之前的4G時(shí)代、主要有兩種方案來(lái)做PA。第一種是用硅材料的LDMOS結(jié)構(gòu)做的PA，另外一種是用化合物材料來(lái)做的，比如GaAs HBT/HEMT結(jié)構(gòu)的PA。

無(wú)論是LDMOS PA還是GaAs PA都有各自廣泛應(yīng)用。LDMOS PA勝在產(chǎn)業(yè)成熟，易于制造，成本方面有優(yōu)勢(shì)，但是性能略弱于GaAs PA；GaAs PA勝在面積更小、性能優(yōu)異，但是制造工藝較復(fù)雜，產(chǎn)業(yè)公司稍少，生態(tài)不如硅產(chǎn)業(yè)成熟。

由于LDMOS低成本的原因，在4G時(shí)代在基站上曾一度被大量使用，占據(jù)半壁江山。但是在5G時(shí)代，無(wú)論是sub-6還是毫米波標(biāo)準(zhǔn)，所使用的頻率都超過(guò)4G的頻率，需要PA運(yùn)行在更高頻率下。但此時(shí)由于硅材料本身物理性質(zhì)所限，已經(jīng)力不從心。在高頻下線性度越來(lái)越差，增益也很難做高，如要想提高性能和功率密度，那面積就會(huì)呈幾何倍的增長(zhǎng)，導(dǎo)致最終芯片變的碩大無(wú)比，面積變大后帶來(lái)的一系列的難題包括功耗、漏電、發(fā)熱量等都極其棘手。LDMOS的所面臨“三高問(wèn)題”，功耗高、價(jià)格高、體積高，使得其商業(yè)前景存疑。

因此在5G時(shí)代，LDMOS PA是很難滿足實(shí)際需求的，將被逐漸邊緣化，此時(shí)輪到GaAs/GaN PA發(fā)力。GaAs/GaN PA在相同電壓下輕松可以上到40GHz，且芯片面積更小，更省電、功率密度更高，性能更加強(qiáng)悍，無(wú)論是移動(dòng)設(shè)備終端，還是宏基站、微基站，在5G時(shí)代GaAs/GaN PA都將有很大的用武之地。

雖然化合物材料本身優(yōu)點(diǎn)突出，但是想要把完全發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)可是非常難的！化合物半導(dǎo)體有很多特殊結(jié)構(gòu)和特殊工藝，不像CMOS那樣都是標(biāo)準(zhǔn)工藝，一定程度上可以互相學(xué)習(xí)和借鑒。而且PA射頻芯片又屬于模擬芯片，不像數(shù)字芯片那樣有標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。要用好化合物材料做PA，能做出怎么樣的芯片，完全取決于你的芯片設(shè)計(jì)能力、和對(duì)材料的理解，以及工藝的掌握程度，真正做到“know How”，才能做出最好的產(chǎn)品！

抓住機(jī)遇，貼近市場(chǎng)，服務(wù)全球

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不斷釋放紅利。有越來(lái)越多的海歸專家選擇回國(guó)創(chuàng)業(yè)。在杭州這片創(chuàng)業(yè)熱土上，就有這么一家公司，國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的砷化鎵射頻芯片制造公司——杭州立昂東芯微電子有限公司。杭州立昂東芯是杭州立昂微電子股份有限公司的控股子公司，是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的射頻芯片制造公司。做為省重點(diǎn)集成電路企業(yè)，立昂東芯還承接了不少重點(diǎn)學(xué)科的研發(fā)項(xiàng)目，為浙江省的集成電路發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。?

2016年3月被授予“浙江省射頻集成電路制造技術(shù)省級(jí)重點(diǎn)企業(yè)研究院”；

2016年承擔(dān)浙江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目《6英寸第二代半導(dǎo)體微波射頻集成電路芯片項(xiàng)目》，；

2018年承擔(dān)杭州市重大科技創(chuàng)新項(xiàng)目《面向5G通信的化合物射頻器件關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目》；

立昂東芯的CEO汪博士回想起2015年回國(guó)創(chuàng)業(yè)的時(shí)候，表示當(dāng)時(shí)省政府非常重視，在省市區(qū)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)關(guān)懷和立昂集團(tuán)王敏文董事長(zhǎng)的大力支持下，汪博士和幾位志同道合者選擇回國(guó)創(chuàng)業(yè)。短短幾年時(shí)間，便建成了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的射頻芯片制造線。創(chuàng)業(yè)途中雖遇到不少困難，但是都被克服了，從今日回望，滿滿的成就感。

“2015年?yáng)|芯開始建設(shè)的，2017年我們生產(chǎn)出第一片HBT晶圓、第一片pHEMT晶圓這幾年時(shí)間內(nèi)，立昂東芯不僅拿出過(guò)硬的產(chǎn)品，更是積累了寶貴的專利，技術(shù)和人才，頗為不易。”

汪博士回憶，“我曾經(jīng)在國(guó)外一家全球知名的射頻芯片公司干了近20年，看著整個(gè)射頻芯片市場(chǎng)的潮起潮落，但是國(guó)內(nèi)公司一直落后于人，目前我國(guó)90%以上的射頻元器件依然依靠進(jìn)口，國(guó)內(nèi)水平處初級(jí)階段，因此我和我伙伴們，選擇回國(guó)創(chuàng)業(yè)，國(guó)產(chǎn)射頻芯片領(lǐng)域有著巨大的增長(zhǎng)空間，我相信我們有能力把握住這股大潮！”

據(jù)汪博士介紹，客戶有時(shí)候會(huì)提出一些特定的需求，如果是適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的方向，立昂東芯就會(huì)進(jìn)行技術(shù)疊加。

“公司已經(jīng)開發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的具有世界先進(jìn)水平的高集成的射頻芯片結(jié)構(gòu)，比如InGaP HBT（銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管）、GaAs pHEMT（砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管）、BiHEMT射頻集成電路（RFIC）、VCSEL等，這些技術(shù)屬于我們的獨(dú)門秘籍，具有領(lǐng)先水準(zhǔn)?！?/p>

汪博士說(shuō)道：“此外一些傳統(tǒng)的工藝方面我們也做了不少改進(jìn)，我們開發(fā)了雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（DHBT）、三層金屬鏈接、低k值高可靠性的層間介電質(zhì) (ILD)的先進(jìn)工藝技術(shù)，更好的為國(guó)內(nèi)外5G客戶服務(wù)?！?/p>

“最近就有不少射頻芯片設(shè)計(jì)公司來(lái)我們這里流片，我們的技術(shù)、工藝、產(chǎn)品、IP已經(jīng)得到客戶的認(rèn)可，我們有信心與國(guó)外公司正面競(jìng)爭(zhēng)，也期望與國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)公司一起發(fā)展，共同成長(zhǎng)和進(jìn)步?！?/p>

“你只有腳踏實(shí)地，精益求精的做好每份客戶訂單，客戶才會(huì)更加認(rèn)可你，信任你。在我們這行，絕對(duì)來(lái)不的半點(diǎn)馬虎和浮夸，一旦產(chǎn)品出問(wèn)題，以后客戶再也不會(huì)和你合作了，你要想穩(wěn)固和商業(yè)伙伴的關(guān)系就要認(rèn)真對(duì)待每片Wafer！”

——杭州立昂東芯CEO 汪耀祖

“除了砷化鎵之外，我們已經(jīng)做好準(zhǔn)備，隨時(shí)可以開拓氮化鎵市場(chǎng)，雖然氮化鎵方面存在很大的挑戰(zhàn)，但是我們有信心，有能力，有把握做好氮化鎵。畢竟5G后期一定會(huì)過(guò)渡到毫米波標(biāo)準(zhǔn)，基站側(cè)的大功率射頻芯片，只有氮化鎵才能滿足，我們已經(jīng)做好準(zhǔn)備靜待市場(chǎng)到來(lái)?！?/p>

5G時(shí)代即將來(lái)臨，類似立昂東芯的公司，杭州還有很多，離東芯不遠(yuǎn)還有一家專注BAW濾波器的公司——杭州左藍(lán)微電子，該公司創(chuàng)始人張博士也緊盯著5G的進(jìn)展，希望未來(lái)公司的濾波器產(chǎn)品趕上甚至超過(guò)國(guó)外水平。在杭州越來(lái)越多的半導(dǎo)體公司如雨后春筍一般迅速成長(zhǎng)。這些未來(lái)的芯片生力軍，將帶領(lǐng)杭州、帶領(lǐng)浙江、帶領(lǐng)中國(guó)邁向更高的山峰。

杭州不僅有阿里巴巴、螞蟻金服、網(wǎng)易等“軟”公司，還有一干集成電路“硬核”公司！

5G大潮突飛猛進(jìn)，“網(wǎng)紅之城”蓄勢(shì)待發(fā)！