三、滤波器是高端模组核心壁垒,5G 模组难度有所下滑 针对不同的频段和制式,射频前端可以分为 3G/4G、5G(Sub 6GHz)、5G 毫米波三块市场,其中 3G/4G 是存量 市场,5G 时代新增了 5G(Sub 6GHz)、毫米波两块新的射频前端市场。这三类市场的技术难度、竞争格局区别较 大,针对 5G 带来的冲击,未来这三类市场的竞争格局将会如何演变?本章将详细讨论这个问题。 1、滤波器是高端模组的核心壁垒 主集模组的难度和价值量一般高于分集接收端模组。接收模组不含 PA、且对滤波器的性能要求低于发射端,所以难 度相对较低。而主集模组同时含有收发通路,集成高端滤波器(或双工器、多工器)、PA 等器件,难度极高。国际 厂商在发射模组方面持续推进高性能高集成度的 FEMiD 和 PAMiD 等方案,已成为射频前端最高难度也是最高价值 的金字塔尖领域。主集模组市场规模比分集接收端模组高很多,2018 年主集模组全球市场规模为 59 亿美元,接收 端模组为 26 亿美元。 不管是分集接收模组还是主集模组,滤波器都是高端模组最核心、难度最大的器件,下文将详细分析不同类型模组 的难点: 分集接收模组:按照技术难度从低到高,分集接收模组分为三个等级,其中 5G LFEM 以 SOI 工艺的 Switch、LNA 为核心,难度相对最低;第二、三级模组以滤波器技术主导,难度相对较高。 主集模组:按照技术难度从低到高分为五个等级,低难度模组(1 级)以 PA 为核心,高难度模组(2~5 级)以滤波 器为核心。 第一级(5G PAMiF):主要由 PA 与 LC 型滤波器(IPD 或 LTCC 滤波器)构成,应用在 3GHz~6GHz 的新增 5G 频段。此类模组对 PA 性能要求高,但由于频谱附近干扰少,对滤波器性能要求低,采用简单的 IPD 或 LTCC 滤波器即可。技术和成本均由 PA 主导。 第二、三级(4G/5G LB - FEMiD 或 PAMiD):LB 指的是 1GHz 以下的 4G/5G 频段,第三级的 PAMiD 需集成 高性能 PA、低频 SAW/TC-SAW 滤波器(或双工器)。第二级 FEMiD 的区别在于不含 PA,部分中高端机采用 FEMID+PA 模组来取代 PAMID。这类模组需要比较强 SAW 滤波器能力,另外 PAMiD 还集成了高性能 4G/5G PA。 第四、五级(4G/5G MHB - FEMiD 或 PAMiD):MHB 频率范围是 1.5GHz~3.0GHz,频段非常拥挤,需要用到 高性能的 BAW 滤波器。该频率范围内的 PA 技术相对比较成熟,核心的挑战来自于滤波器。 根据以上分析可知,高端模组最核心的壁垒是高端滤波器。 2、5G 模组难度相比 4G 下滑,毫米波模组巨大变革 (1)3G/4G/5G(3GHz 以下):中高端模组需集成高端滤波器,技术壁垒高 虽然未来几年射频前端的增量在于 5G 频段,但 3G/4G 射频前端依然占比最大。5G 手机需要向下兼容 3G/4G 频段, 3G/4G 频段数量比 5G 更多,并且 4G 滤波器的技术难度很大,因此 2025 年 2G/3G/4G 频段的射频前端仍然占手机 射频前端总市场规模的 52%。 ![]()
3G/4G、3GHz 以下 5G 频段采用 SAW 和 BAW 滤波器,工艺壁垒极高。SAW 滤波器主要被日本 IDM 龙头垄断, CR3 高达 82%,主要为日本村田、TDK、太阳诱电。BAW 滤波器主要被 IDM 厂商 Broadcom 和 Qorvo 垄断,其中 Broadcom 的份额超过 80%。SAW 滤波器和 BAW 滤波器采用特殊工艺,代工厂缺乏研发产线的动力,自建产线、 或者采取虚拟 IDM 模式是目前生产高端滤波器的必经之路 。 3G/4G 模组竞争格局: 3G/4G 接收端模组以 SAW 滤波器为核心,因此竞争格局与 SAW 滤波器行业接近。4G 接收模组以 DiFEM 模 组为典型,内部集成了 SAW 滤波器、开关、LNA,不含 BAW 滤波器与 PA。在竞争格局上,村田凭借杰出的 SAW 滤波器能力,占据 43%市场份额(2018 年),Skyworks 也具备较强的 SAW 滤波器生产能力,占据 29% 市场份额(2018 年)。国内厂商的 SAW 滤波器生产能力较弱,目前在接收模组市场份额低。 3G/4G 发射端模组需融合高端 SAW/BAW 滤波器和 PA,美系三巨头垄断。4G 发射模组的壁垒很高,需要厂 商具备完整产品线,尤其是完备的滤波器和 PA 能力。日本厂商 Murata 的 PA 能力较弱,因为在发射端市场份 额较低,仅占据 17%份额(2018 年),且以低频模组为主。发射端模组主要被美国三大巨头 Skyworks、Qorvo、 Broadcom 占据,份额分别为 39%、32%、17%(2018 年)。 ![]()
(2)5G(3~6GHz):发射、接收模组难度皆降低 5G 主流频段处于 3~6GHz 之间,主要采用 LTCC/IPD 滤波器,难度相比 SAW/BAW 滤波器大幅降低。5G 主流频 段 N77、N78、N79 是典型的高频、宽频带,适用 LTCC/IPD 滤波器,国内有几十家厂商具备生产能力,例如麦捷 科技、顺络电子等。 滤波器是射频前端模组的关键器件,SAW、BAW 滤波器构成 4G 模组壁垒,5G 滤波器难度降低,其他器件的工艺 技术与 4G 几乎相同。4G 频段使用的滤波器壁垒极高,主要使用 SAW 滤波器、BAW 滤波器,主流厂商采用 IDM 模式封锁设计和工艺,因此技术难度很大,目前仅有 Murata、Qorvo、Skyworks、Broadcom、RF360(高通)这 少数几家海外厂商具备量产能力 ,国内厂商和他们的技术差距很大。5G PA 与 4G PA 一样采取 GaAs 工艺,5G 与 4G 开关/LNA 都以 SOI 为主流工艺。 主流 5G 模组壁垒相对 4G 降低,国内厂商切入发射及接收模组,市场格局趋于分散: 1)5G 主集收发模组(N77&N79 PAMiF)以 PA 为核心,PA 厂商逐渐切入:由于不再采用高难度的 SAW、BAW 滤波器,因此 PA 厂商有机会切入 5G 主集模组市场,例如: 2020 年国内 PA 龙头唯捷创芯推出 5G LPAMiF 模块,第一代产品已经量产并实现销售,第二代产品在研发设计 阶段;慧智微的 N77&N79 主收发模组 PAMiD 已量产,用在 OPPO K7x 中; 卓胜微 2021 年中报披露,公司应用于 5GNR 频段的主集发射端模组产品 L-PAMiF,并已开始送样推广; 2020 年飞骧科技发布完整的 5G 射频前端方案,产品包含接收端模组 LPAMiF、LFEM、以及主收发模组 PAMiF; 芯朴科技具备 N77&N79 PAMiF 生产能力; ![]()
2)5G 分集接收模组(N77 N79 LFEM)以 Switch、LNA 为核心,Switch/LNA 具备竞争力:由于不再采用 SAW 滤波器,难度大幅降低。国内很多厂商目前已具备 5G 模组生产能力,例如卓胜微的 5G 接收端模组 LFEM 已经大规模量产,预计 2021 年占据安卓主要品牌 30%以上份额。 (3)毫米波:AiP 模组集成射频前端、天线、收发器等,基带厂商优势明显 由于高传输损耗,毫米波手机采用封装天线(Antenna in Package,AIP)模组,将天线与射频前端、收发器等射 频器件集成在模块内,集成度大幅提升,对射频前端厂商的产品线齐全度提出更高的要求 。 毫米波射频前端器件的主流制造工艺也将发生变化,传统射频前端厂商积累的技术经验优势在毫米波模组中有所降 低: 滤波器:毫米波频段的频带很宽,不再需要采用高技术难度的 SAW 和 BAW 滤波器,仅需要采用技术难度较低 的 IPD、LTCC 滤波器。; PA:低频段 PA 主要采用第二代化合物半导体工艺,以 GaAs 为主;而毫米波频段的 PA 主流工艺未定,第三代 化合物半导体工艺 InP 或 SiGe、高级 SOI 工艺都有厂商进行相应布局; LNA/开关:低频段主要采用 SOI CMOS 工艺,预计毫米波依然延续 SOI 工艺。 基带厂商在毫米波 AiP 模组中具备优势。基带厂采取的战略是重点布局毫米波 AiP 模组,传统射频前端厂商如 Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata 等主要聚焦 Sub 6GHz 市场,目前还未发布毫米波 AiP 模组。 与传统射频前端厂商相比,基带厂商在毫米波 AiP 模块市场更具产品优势。其一,由于毫米波极易衰减,毫米波 AiP 模组设计对厂商的综合射频设计能力提出了很高的要求,基带与 AiP 模组在设计上的适配,可以提升毫米波通 信效率。其二,模组内部集成了收发器,收发器是基带厂商的优势产品,且收发器与基带紧密联系。其三,毫米波 射频前端器件工艺变化较大,传统射频前端厂商积累的优势有所削弱。
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