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未来5年射频前端成为无线通讯主要驱动力

上一篇 / 下一篇  2018-11-27 08:56:02

个人认为:提高集成度是关键


未来5年射频前端成为无线通讯主要驱动力

滤波器 昨天

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来源:乐晴智库精选 | 中金研究

▌无线通信芯片概要:未来五年增速放缓,射频前端成为主要驱动力

在智能手机普及的带动下,2012-2017五年无线通信芯片实现9.7%的复合增长率,根据iHS的数据,2017年市场规模达到1,322亿美金,占全球半导体市场的31%

展望未来,随着手机出货量及硬件规格升级的放缓,预计行业总体增速下降至2.9%左右。但由于5G需要支持新的频段和通信制式,包括滤波器,功率放大器,开关等射频前端存在结构性增长机会。

5G对无线通讯芯片产业链的影响

5G技术将推动手机终端射频系统的全面升级。

为了获得手机通信速率的大幅提升,5G将引入Sub-6GHz6GHz以上频段通信,同时需要利用MIMO技术由现有的2通道通信向4~8通道通信演进。

滤波器

为添加新频段通信功能,需要提升滤波器数量。

4G5GSkyworks预计滤波器数量平均将由40只提升至50只。

且高频通信场景中,现有SAW/TC-SAW滤波器将替换为BAW/FBAR。现有滤波器头部厂商因为市场规模提升直接受益,相关标的如MurataAvago

国内有BAW/SAW滤波器制造能力的厂商可能享受国产替代红利,相关标的包括麦捷科技等。

PA

为实现从2通道向4通道通信,PA数量预计将可能翻倍提升。

长期看,为支持更高频率信号的输出,现有GaAs材料也可能向GaN材料功放升级。

现有GaAs功放厂商直接受益于功放数量提升带来的市场机会,相关标的包括全球GaAsPA代工龙头稳懋等,国内国产替代逻辑标的包括三安光电等。

Switch&Tuner

射频开关和调节器同天线通道数相关,4G5G终端开关数量可由10只升至30只,因此市场规模不断提升。

4G时代Switch&Tuner基于SOI工艺制造,5G时代SOI工艺将提升至45nmSOI开关市场竞争激烈,价格便宜(0.10~0.20美元)

由于目前RFSOI产能供不应求,有利于SOI代工厂,标的包括TowerJazz等。

天线

通过MassiveMIMO技术提升通信速率,终端由2通道向4通道通信发展,导致天线数量由现有2天线向4~8天线提升。

为了减小尺寸、可有若干解决方案,包括PI基材向LCP基材或LDS方向演进。苹果在新iPhone中选择LCP软板方案。天线数量提升和新工艺的加入有利于天线提供商信维通信等。

集成化趋势明显。射频大厂通过模块化产品提供一揽子解决方案,降低手机大厂采购成本,推动自有全线产品的同时,提升了毛利率水平。趋势有利于全面布局的龙头射频公司,如SkyworksMurataQorvoAvagoQualcomm等。

5G将带动射频系统的升级。相比4G5G将在理论上带给手机空口速率10倍以上的提升以支持更大带宽的通信;同时5G要求空口时延从10ms下降至1ms量级,以支持车联网、工业互联网等场景。

高频率引入。5G将使用Sub-6GHz6G以上频谱。2.5GHz以上滤波器的选型将由SAW/TC-SAW转为BAW/FBAR。高频率功放材料可以选择GaNSiGe等。天线开关等SOI组件的工艺也将提升至45nm

多通道通信。频段变高的同时,现有手机双天线的模式可能升级为4~8天线,以实现MIMO通信。

多个可选通道可以组合实现更宽频段(载波聚合技术)通信。在3GPPR15中定义了600多个新的载波聚合组合。组合过程中对开关的工艺精度要求提升。

大带宽通信。相比4G20MHz5G单通道理论值为100MHz,大带宽的滤波器、功放、天线的设计难度均有提升。

复杂编解码。5G通过更复杂的编码实现频谱利用率的提升和更强的多址。基带芯片的处理能力进一步提升。同时多通道、高频率和大带宽,也在推动基带芯片的数据吞吐量提升。

低时延通信。5G对系统端到端的时延要求苛刻,空口时延更限制在1ms量级,这对天线开关等元器件的敏捷性提出了挑战。

新材料。半导体衬底如SiGeGaAs具有电子迁移率高,噪声性能好的特点,在微波和毫米波频段内这些器件的性能远远优于硅器件。

GaAs工艺已成为微波毫米波集成电路的主流工艺。

GaN作为宽带半导体材料,有高电子迁移率、高的载流子饱和漂移速度和高击穿场强等,成为未来的射频主流材料代表。

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另外,在制备中,微波毫米波集成电路一般在介质基片材料(如氧化铝、石英、蓝宝石等)上,采用厚膜工艺(如低温/高温烧结工艺、印刷工艺等)或者薄膜工艺(如溅射工艺、电镀工艺等)制备。

根据Skyworks的测算,从4G5G,终端射频系统单价几乎呈现翻倍式增长,推动射频前端芯片市场规模不断扩大。

按器件种类来看,射频前端模组可以分为放大器、滤波器、天线开关/调谐器及天线四部分。

根据YOLE的预计,射频系统市场未来五年市场规模将迅速增长,其中滤波器市场的规模则占比市场的50%以上,滤波器产品和功放产品市场规模总和达到整体市场容量的80%~90%。射频开关市场排名第三,2020年之后毫米波元器件市场开启。

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