5G 「東風」 起,國產射頻產業鏈是否「萬事俱備」?

2021-01-09 RFID世界網

市場需求放緩,國際貿易環境不穩,多種因素導致2019年全球半導體市場開始下滑。據ICInsights統計,2019年上半年,全球前十五大半導體公司銷售額合計同比下降18%,而全球半導體產業總銷售額同比下降14%。然而隨著5G開啟商用化進程,5G基礎設施大規模部署,全球迎來5G智慧型手機換機潮,這些因素會對射頻產業帶來巨大的拉動作用。

關於射頻應用,我們最熟悉的就是手機,一部手機包括射頻、基帶、電源管理、外設、軟體五部分。其中最重要的核心就是射頻晶片和基帶晶片,射頻晶片負責射頻收發、頻率合成、功率放大;基帶晶片負責信號處理和協議處理。從4G網絡向5G網絡升級的過程中,5G手機中所需的射頻前端器件,包括功率放大器、天線開關、濾波器、雙工器和低噪聲放大器等數量和價值量都會成倍增加,射頻前端市場將大規模增加,根據Yole的預測,2023年射頻前端的市場規模將達到350億美元。

由於受到國際貿易等不確定因素的影響,國家在大力推進國產半導體產業的發展,射頻產業作為半導體產業的重要環節受到高度關注,5G基礎設施建設、5G終端設計、生產都需要射頻技術的支持,今天我們就重點分析一下國內射頻產業鏈的發展現狀。

從IDM到製造代工,國產射頻廠商在崛起

整個射頻產業鏈主要包括IDM和製造代工廠。所謂IDM(Integrated Device Manufacturer)就是整合元件製造商,從設計、製造、封裝測試到銷售都自己來做,目前射頻領域的IDM廠商基本都被海外公司壟斷,包括美系廠商Qorvo、skyworks、Broadcom,以及日系廠商Sumitomo Electric和Murata;製造代工廠是專門幫別人生產晶圓的廠商,我們比較熟悉的公司有臺積電、格芯、中芯國際、聯電,射頻領域的代工廠以中國臺灣地區的穩懋、環宇、漢磊等為主。

隨著國內對射頻晶片需求的增加,越來越多國內設計公司、代工廠開始加入射頻產業鏈,自行搭建射頻晶片製造體系。下面我們就詳細看一看國產射頻廠商的發展現狀。

全球射頻設計、封測及製造廠商匯總表

目前,國內射頻晶片設計公司包括唯捷創芯、蘇州能訊、英諾賽科、大連芯冠科技、三安集成、中普微電子、漢天下電子、廣州智慧微電子。

唯捷創芯

唯捷創芯專注於射頻前端及高端模擬晶片的研發與銷售,產品主要應用於智慧型手機等移動終端,是手機中的核心晶片之一。2012 年公司獨立研發的射頻功率放大器晶片開始量產;2013 年公司進入全國集成電路設計企業前 30 強。目前公司擁有完全獨立智慧財產權的 PA、開關等終端晶片已經大規模量產及商用,已累計銷售超過 13 億顆晶片,年銷售額超過4億人民幣。

在射頻前端的關鍵技術上,唯捷創芯獲得授權及已申請的發明專利總數已超過 40項,國際PCT申請25項,其中15件PCT申請歐美授權,並有一項已獲美國專利授權。同時成功申請了超過 60項的相關集成電路產品布圖,掌握了射頻前端設計領域的核心技術。

蘇州能訊

蘇州能訊高能半導體採用整合設計與製造(IDM)的模式,致力於寬禁帶半導體氮化鎵電子器件技術與產業化,自主開發了氮化鎵材料生長、晶片設計、晶圓工藝、封裝測試、可靠性與應用電路技術。目前公司擁有專利280項,其中:中國發明186項,國際發明69項,實用新型25項、專利使用授權40項。為5G移動通訊、寬頻帶通信等射頻微波領域和工業控制、電源、電動汽車等電力電子領域提供半導體產品與服務。

英諾賽科

英諾賽科(珠海)科技有限公司成立於2015年,採用IDM全產業鏈模式,打造了一個集研發、設計、外延生長、晶片製造、測試與失效分析為一體的第三代半導體生產平臺。公司一期項目坐落於珠海市國家級高新區,並已建成中國首條8英寸矽基氮化鎵外延與晶片大規模量產生產線。2018年6月,發布世界首個8英寸矽基氮化鎵WLCSP功率產品。英諾賽科的主要產品包括30V-650V氮化鎵功率與5G射頻器件,產品設計及性能均達到國際先進水平。

大連芯冠科技

大連芯冠科技有限公司於2016年成立於大連高新區,公司採用整合設計與製造(IDM)的商業模式,主要從事第三代半導體矽基氮化鎵外延材料及電力電子器件的研發、設計、生產和銷售,產品應用於電源管理、太陽能逆變器、電動汽車及工業馬達驅動等領域。

大連芯冠已建成首條6英寸矽基氮化鎵外延及功率器件晶圓生產線。2019年3月,芯冠科技在國內率先推出符合產業化標準的650伏矽基氮化鎵功率器件產品(通過1000小時HTRB可靠性測試),並正式投放市場。公司已與國內多家半導體功率器件及下遊電源廠商展開深入合作,開發基於氮化鎵器件的新一代各類電源產品,包括新能源汽車車載充電機、數據中心伺服器電源和高端電機驅動等。

中普微電子

中普微電子的團隊均在北美半導體行業工作多年,具有集成電路設計、系統集成及企業管理方面的豐富經驗。公司成立以來專注射頻IC設計、研發及銷售,產品涵蓋GSM、W-CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及快速演變的TD-LTE,提供2G/3G/4G全面的射頻前端解決方案。CUCT的前瞻性TD-LTE射頻功放技術突顯了CUCT能夠為全球4G市場提供成熟的射頻解決方案。

漢天下電子

漢天下電子成立於2012年,專注於射頻/模擬集成電路和SoC系統集成電路的開發,以及應用解決方案的研發和推廣。主要產品包括面向手機終端的2G/3G/4G全系列射頻前端晶片、面向物聯網的無線連接晶片,支持高通、聯發科、展訊、英特爾等基帶平臺。每年晶片的出貨量達7億顆。產品應用於功能手機、智慧型手機、平板電腦、智能手錶、無線鍵盤/滑鼠、無人機、遙控汽車、智能家居、藍牙音箱、藍牙電子秤、對講機等消費類電子產品中。

廣州智慧微電子

廣州智慧微電子提供高性能微波射頻前端晶片,致力於通過軟體定義的射頻晶片使能萬物互聯的智能世界。通過自主創新,慧智微電子研發出有基礎專利的射頻前端可重構技術,在全球率先實現技術突破及規模商用,使射頻前端器件可以通過軟體配置實現不同頻段、模式、制式和場景下的復用,取得性能、成本、尺寸多方面優化,幫助客戶化繁為簡、與時俱進。基於可重構技術平臺,推出面向4G/5G 和NB-IoT的系列射頻前端晶片,廣泛應用於智慧型手機、平板電腦、無線通信模塊、車載智能後視鏡、智能手錶等產品。

在晶片代工方面,目前,國內的射頻晶片製造代工廠包括海威華芯和三安集成。

海威華芯

成都海威華芯科技有限公司位於天府新區,是國內率先提供六英吋砷化鎵集成電路(GaAs MMIC)的純晶圓代工(Foundry)服務的製造企業,擁有完整的技術團隊、先進的GaAs集成電路製造技術和生產設備。

在製程技術發展方面,以多元化及領先為原則,力爭為客戶提供完整的Foundry服務。在通訊領域,海威華芯科技專注於提供GaAs pHEMT集成電路製程技術。與中國電科29所合資,目前具有GaAs 0.25um PHEMT工藝製程能力。

三安集成

廈門三安集成電路是中國首個涵蓋光通訊、微波射頻、高功率電力電子等領域的化合物半導體製造平臺;具備襯底材料、外延生長、以及晶片製造的產業整合能力;擁有全世界規模最大、製程能力最先進的MOCVD外延生長製造線,是中國第一家具備規模化研發、生產化合物半導體晶片能力的公司。三安集成是目前國內布局最為完善,具有GaAs HBT/pHEMT和 GaNSBD/FET工藝布局,與國內200多家企事業單位進行合作,有10多種晶片通過性能驗證。

從封測端來看,華天科技,長電科技主要針對射頻PA封測,嘉盛、日月新、通富微電主要針對射頻開關封測,目前市場上出貨的濾波器廠家都是IDM公司,自己設計,自己生產封測。

國產射頻材料研發乘風直上

對於射頻技術的發展,新型半導體材料也發揮著關鍵作用,尤其是GaN射頻功率放大器具備高功率、高增益和高效率的特性,更能滿足5G基站的需求。從5G的頻譜劃分來看,主要包含Sub-6G和mmWave(毫米波)兩種,中國主推Sub-6G,基站距離是500m-1000m,美國主推mmWave(毫米波),基站距離是300m。目前,射頻應用主要採用砷化鎵(GaAS)技術和氮化鎵(GaN)技術,GaAS支持的帶寬頻譜範圍是900MHz到3GHz,GaN支持的帶寬頻譜範圍是3GHz-6GHz,

在2G/3G/4G通信中,帶寬範圍是900MHz到3GHz,主要採用GaAS技術;到5G 時代,GaAs PA已經無法滿足技術需求,帶寬在Sub-6G(3GHz-6GHz)階段GaAS技術尚可滿足需求,當帶寬到mmWave (28GHz-52GHz)階段需要GaN技術才能滿足要求。據國家新材料產業發展戰略諮詢委員會預測,2023年GaN射頻器件市場規模將達到13億美元。5G基礎建設大範圍鋪開後,GaN器件數量將以80%的年均複合增長率增長

在市場需求的推動下,中國的射頻廠商在GaAS和GaN技術上取得了突破性進展。在GaAS領域,有三安集成、Vanchip(唯捷創芯)、長電科技;在GaN領域,IDM企業有蘇州能訊、英諾賽科,大連芯冠科技、海思等公司,GaN 器件代工企業有海威華芯和三安集成,中電科 13 所、55 所也擁有 GaN 器件製造能力。

總結:國內射頻產業鏈搭建完成,需緊跟大廠步伐

總體來看,國內射頻產業鏈已經搭建完成,從射頻晶片設計,到封測、製造三個環節均有公司可以支撐,其中IDM公司、Fabless公司和代工廠齊頭並進,並且在新材料的研發上也取得了不錯的成績。

從全球市場來看,Qorvo、skyworks、Broadcom等三大公司仍然會佔據主流;從國內市場來看,射頻晶片的設計門檻較高,國內射頻廠商無論是IDM廠商,還是製造代工廠的製程技術仍屬於弱勢,所推出產品主要針對中低市場。未來隨著技術積累和人力投入加大,國內射頻廠商可有機會追趕國際主流射頻大廠的步伐。

5G時代的新需求給國內射頻產業鏈帶來快速的發展機會,但是也對傳輸速率、時延、流量密度、移動性等提出更高要求,國內射頻廠商要在新產品、新工藝、新材料方面齊下手,緊跟國際大廠前進步伐,才能享受5G帶來的高速增長紅利。

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