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    3. 《電子技術應用》
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      國產射頻芯片奔赴下一個戰場,漢天下蓄勢待發

      2022-04-18
      來源: 半導體行業觀察

        談到射頻芯片,大家即使不是很熟悉也不會陌生。射頻芯片,是指能夠將射頻信號和數字信號進行轉化的芯片。具體到通信設備中,則指由射頻收發器、射頻前端和天線等元器件組成的射頻信號處理單元,其主要的工作是負責信號的發送與接收。

        其中,射頻前端更是射頻信號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個濾波器組成)、功率放大器(PA)、開關(Switch)、低噪聲放大器(LNA)和天線調諧器等一系列負責不同射頻信號處理功能的器件。

        和很多其他芯片一樣,在射頻前端方面,國內一直處于追趕位置。尤其是隨著5G、WiFi以及萬物互聯時代的到來,疊加地緣政治等一系列問題的影響,發展本土射頻前端產業已經刻不容緩。實際上,一些歷經多年發展的本土射頻供應商也等到了開花結果的時刻,并站上參與下一階段競賽的起跑線。


        高門檻的射頻前端,濾波器尤甚


        去年以來,國內某手機廠商因為受到美國制裁而停止推出5G手機的事實已經不是什么新聞。據很多傳媒報道,之所以會出現這種卡脖子的情況,最主要的是因為缺乏5G射頻芯片。尤其是濾波器,更是被很多業內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?據本土射頻芯片先驅漢天下的首席技術官賴志國博士介紹,射頻芯片之所以那么難,與其所具備的幾方面特征有關:首先,射頻芯片領域技術壁壘高,需要依靠長期的經驗積累;其次,射頻芯片設計涉及的理論知識繁多復雜;再次,很多射頻芯片的指標要求都是要挑戰工藝極限,需要很多創新性的電路結構;最后,關鍵的還是工藝及封裝的物理限制或者模型的不準確性導致的難題。

        特別是隨著5G通信技術的普及,電子設備支持的頻段越來越多,移動網絡速度也隨之加快。在這一演進過程中隨著射頻前端器件數量不斷增加,多頻段設計復雜程度更是迎來了指數級的增加。

        來到濾波器領域,則門檻又進一步被提高。由于無源器件與有源器件在生產工藝上完全不同,這就使得濾波器在研發上與PA差別極大。據賴志國博士介紹,相較于PA產品的研發,濾波器沒有一個成熟的代工產業鏈可以使用。因此濾波器廠商不僅要在設計上下功夫,還必須兼顧工藝和模型。只有把這三者緊密結合在一起,才能有機會研發出可信賴的濾波器。又因為這三個方面彼此影響,這就意味著濾波器的開發絕不是簡單的“1+1+1”的難度,而是成倍疊加的難度。

        正是因為射頻芯片如此之難,加上國內廠商又錯失了先發優勢,這就讓射頻芯片成為了一個被海外廠商壟斷的市場。

        據Yole在2021年的報告中介紹,包括Skyworks、muRata、Qualcomm、Qorvo和 Broadcom在內的五家廠商占據了射頻前端市場 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的企業。報告進一步指出,5G 的引入增加了手機的復雜性以及射頻的用量,這就讓繼續使用分立射頻元件構建可接受的外形尺寸的5G手機成為了一項嚴峻挑戰,也因此將推動更多的集成。而射頻前端市場的領導者因為都擁有適應多種市場需求的靈活模塊產品,可以幫助解決此問題。除此之外,他們甚至還為旗艦機定制了模塊產品。


        國產初露曙光,漢天下一馬當先


        國外企業正在加緊鞏固他們的護城河,但從Yole的報告看來,來自中國公司的射頻芯片公司也在快速興起??v觀國內的射頻芯片市場,除了以開關聞名的卓勝微外,我們在PA方面也擁有了唯捷創芯、慧智微、昂瑞微和飛驤科技等企業。至于濾波器市場,同樣也涌現出了一批佼佼者。和射頻前端的其他領域不同的是,目前國內射頻濾波器廠商主要集中于聲表面濾波器領域,如好達電子、卓勝微、信維通信和麥捷科技等就是其中的代表。但在大家廣受關注的體聲波濾波器方面,國內產業化力量尚在興起,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的少數廠商,可通過自主研發制造出具有高性能的高端射頻前端體聲波濾波器芯片產品。

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        之所以出現這種情況,主要與體聲波濾波器的研發難度有關。賴志國博士解釋說,作為一種主流的手機濾波技術,體聲波濾波器比聲表面波濾波器具有更高穩定性、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發揮重要作用。但從其設計和制造上看,則還有很多難點需要攻克。例如產業鏈的缺失和不完善、核心裝備嚴重依賴進口、材料制備技術不成熟、專業技術人才稀缺、聲電轉換的物理模型及理論基礎不完善、專利壁壘強、核心器件及模組的技術積累不足等。

        由此可見,想要在這樣一個市場(尤其是濾波器方面)突圍是何其的艱難,但漢天下恰逢其會。最近在某國內一線手機品牌最新一代手機的拆解中,筆者就在其電路板上發現了漢天下WiFi濾波器(型號:HS5524FB06)和B40濾波器(型號:HS5540FC16)的身影??紤]到這個品牌對供應商的嚴苛要求和這兩個產品的實現難度,我們似乎看到了國產公司打破國外壟斷、解決射頻“卡脖子”難題、迎來國產射頻新紀元的一縷曙光。

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        據筆者獲悉,成立了近十年的漢天下是國產射頻芯片的先驅。尤其在濾波器方面,公司通過多年的技術積累和打磨,將這方面的業務打造成公司最為核心的模塊,并讓公司成為國內率先全面掌握體聲波濾波器量產技術的企業之一。這次打進國產旗艦的濾波器就是公司多年研究成果的一次展現。

        賴志國博士也表示,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,而公司最近推出的下一代B40濾波器HSBP1240在性能上則更進一層。據賴博士介紹,目前國內同類產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,大幅優化了帶內插損,典型插損值小于1.0dB。他同時指出,HSBP1240在帶外抑制方面也極具競爭優勢,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,該款產品的尺寸為1.1mm×0.9mm,可同時滿足目前手機射頻前端對濾波器芯片小尺寸及高性能的需求。

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        “憑借優異的技術性能,HSBP1240解決了當前市場上面臨的幾大痛點問題。首先,減少電流消耗,增加續航時間;其次,極大改善產品發熱狀況,延長電池壽命;最后,提高靈敏度從而提升產品的信號清晰度,優化語音質量。正是因為這眾多優點,讓HSBP1240在以對供應商要求高而著稱的客戶中獲得了難能可貴的認可?!睗h天下首席運營官殷毅敏總結道。

        緊接著,殷毅敏再次重申,作為基礎優勢業務,漢天下未來將在已有的濾波器產品基礎上進一步進行產品性能、尺寸等迭代升級,更好地滿足客戶需求。這首先體現在面向5G應用場景時,公司將繼續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。

        “雖然國產射頻企業在PA和濾波器方面有了單點突破,但我們必須清楚地認識到,國產射頻仍然還有很長一條路要走。以濾波器為例,國內這些廠商仍主要集中在單個濾波器芯片產業,雖然雙工器已開始涉及,然而四工器、多工器等復雜高端的射頻濾波器產品還未形成規模出貨?!币笠忝舯硎?。

        與此同時,在射頻芯片龍頭方面,我們也看到一場不算新的“革命”正在緩緩上演。

        

        模組成新戰場,無源廠更具優勢


        從行業發展現狀看來,隨著通信技術升級,高集成模組化是市場發展的必然結果。最近幾年射頻領域發生的多單收購就是朝著這個目的而來。如Qualcomm收購RF360的全部股份以及最近發生的muRata收購Resonant,無一不是為了鞏固自己的實力和擴充自己的產品線,為射頻模組化做好準備。

        在上述因素的影響下,我們可以看到全球射頻芯片產業呈現了一個新局面:分立器件方面,細分市場玩家眾多且分散,競爭異常激烈;而來到模組市場,則贏家通吃,Broadcom、Qorvo、Skyworks、muRata和Qualcomm這五大巨頭幾近瓜分市場。

        “這些國際廠商在模組方面持續推進高性能高集成度的 FEMiD 和 PAMiD 等方案,已成為射頻前端最高難度也是最高價值的金字塔尖領域?!辟囍緡┦繌娬{。他進一步指出,射頻模組主要劃分為分集模組和主集模組。其中,前者不含 PA、且對濾波器的性能要求低于發射端,所以難度相對較低。至于主集模組,則因為同時含有收發通路,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。不過,和十幾年前的那次追趕不一樣,隨著產業的發展進步,國產射頻芯片站上了一個新高度。

        賴志國博士告訴記者:“首先在PA方面,由于砷化鎵工藝的成熟,PA的迭代將會很慢,這就給了國內foundry趕超的機會,后續圍繞著PA的更多話題應該是國產化和本土化。但在濾波器方面,選擇則非常少?!薄安还苁欠旨邮漳=M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?!辟囍緡┦垦a充說。

        換而言之,對于漢天下這些擁有濾波器核心技術的廠商,在走向模組化的道路上,會擁有更大的優勢,事實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、南京大學、上海交通大學、中國人民大學、東南大學以及美國麻省大學、美國辛辛那提大學、美國印地安納大學、美國喬治華盛頓大學等海內外高等學府,他們在射頻集成電路和MEMS器件領域均深耕20年,具有在海內外知名企業和科研院所的研發和管理經驗。而為了補齊公司的產品線,公司已引進一支有源團隊,團隊成員主要來自于世界頂尖的射頻芯片公司,主持設計生產的多款射頻功放產品被廣泛應用于iPhone、Galaxy等主流智能手機。隨著有源團隊的加入,漢天下的人才梯隊結構更加合理,成員間優勢互補,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,擁有完整產業鏈經驗。

        “在這樣一支全新團隊的支持下,漢天下希望以聲學濾波器(Acoustic Filter)為核心產品,開發WiFi前端模組(WiFi FEM)、射頻前端模組(FEMiD)、接收前端模組(DiFEM)以及射頻收發模組(PAMiD/PAMiF)等模組產品,走上一條從單一濾波器向高端模組產品進軍的大道?!币笠忝粽f。

        在他看來,未來為了避免同質性趨勢,射頻芯片企業應該貼近終端廠商聯合設計,更多的是鎖定上下游企業共同進退,才能跟國外大廠一決高下。而濾波器是射頻前端的關鍵器件,是限制國產廠商從低端分立器件走向中高端模組的關鍵。

        由此可見,在新一輪的射頻前端模組化的進程中,漢天下搶占了先機。

        



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