5G作為移動(dòng)通信領(lǐng)域的重大變革點(diǎn)，是當(dāng)前新基建的領(lǐng)銜領(lǐng)域。在5G的影響下，射頻前端器件正發(fā)生什么樣的變化?近日在中國MEMS制造大會上，左藍(lán)微電子創(chuàng)始人、總經(jīng)理張博士以“5G時(shí)代射頻前端的機(jī)遇與挑戰(zhàn)”為主題發(fā)表了演講，認(rèn)為：5G將推動(dòng)終端射頻器件需求增加、技術(shù)升級、集成度提升，國內(nèi)射頻前端器件廠商應(yīng)把握住5G歷史機(jī)遇，不斷增強(qiáng)技術(shù)實(shí)力，射頻前端器件的國產(chǎn)化替代時(shí)刻已經(jīng)來臨。
5G推動(dòng)射頻模塊復(fù)雜度提升 市場空間廣闊
作為第五代通信系統(tǒng)，5G通信在網(wǎng)絡(luò)容量、移動(dòng)連接、延遲、成本、數(shù)據(jù)速率和覆蓋范圍等方面的性能有了非常顯著的改進(jìn)，對比4G的革命性突破主要有三個(gè)：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)、海量物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)、高可靠低時(shí)延(uRLLC)，分別對應(yīng)用戶體驗(yàn)速率大于1Gbps、時(shí)延小于1毫秒、每平方公里100萬個(gè)連接，實(shí)現(xiàn)這一切有賴于5G頻譜資源。
5G 可部署頻段分成了兩個(gè)范圍：FR1(450 MHz - 6000 MHz)和 FR2(24250 MHz - 52600 MHz)。中國、韓國、日本、歐洲等地區(qū)目前都是主要采用Sub-6GHz 5G方案，美國選擇以毫米波頻段為主。毫米波技術(shù)還未成熟，Sub-6GHz在目前階段具有成本優(yōu)勢，一方面是由于毫米波成本高，另一方面毫米波基礎(chǔ)建設(shè)成本高，網(wǎng)絡(luò)沒有完全覆蓋。
張博士認(rèn)為，5G的到來將大大提升射頻模塊的復(fù)雜度和用量：例如5G標(biāo)準(zhǔn)帶來的新頻段和Refarming頻段，導(dǎo)致濾波器的需求倍增，同時(shí)頻譜的重新劃分增強(qiáng)了射頻前端的復(fù)雜性;5G要求的高頻率，推動(dòng)BAW在高頻的應(yīng)用和創(chuàng)新;5G帶來的大帶寬，加大了濾波器設(shè)計(jì)難度;5G雙連接技術(shù)需要更多的射頻器件數(shù)量……等等。由于射頻內(nèi)容大幅增加，手機(jī)內(nèi)部射頻所占空間在不斷縮小，射頻前端集成化趨勢將會加快。未來，射頻前端器件走向高頻化、低功耗、高性能、微型化、模組化等方向。
在5G的影響下，現(xiàn)有的4G LTE終端射頻系統(tǒng)架構(gòu)RF前端的復(fù)雜性增加。該標(biāo)準(zhǔn)要求手機(jī)將額外的射頻復(fù)雜性壓縮到基本相同的空間中，需要?jiǎng)?chuàng)新的方法來支持多個(gè)同時(shí)上行鏈路連接的需求，RFFE需要支持這種巨大的帶寬，同時(shí)提供非常高的線性度和更低的管理功耗，同時(shí)，設(shè)計(jì)中越來越多地使用接收分集模塊來處理分集路徑，包括接收(Rx)濾波器和開關(guān)。
左藍(lán)微電子通過對MEMS射頻器件的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，為客戶提供多種高性能、高集成度的射頻模組方案，例如FEMiD、PAiD、PAMiD等等，為5G終端帶來了更高的性能和更節(jié)省的PCB面積。
濾波器成為國內(nèi)廠商突破口 進(jìn)入國產(chǎn)替代時(shí)刻
射頻前端器件在5G時(shí)代量價(jià)齊升的趨勢也推動(dòng)市場進(jìn)入新一輪的高速增長期。據(jù)Yole預(yù)測，2023年射頻前端市場規(guī)模將達(dá)到350億美元，較2017年增加130%，未來6年復(fù)合增速高達(dá)14%。
其中，濾波器已成為射頻前端器件市場中份額最大、增速最快的業(yè)務(wù)板塊，市場額度預(yù)計(jì)達(dá)到千億級。其將從2017年的80億美元增加到2023年的225億美元，復(fù)合增速達(dá)到19%。
不同頻段需要不同類型的射頻濾波器，聲表面波濾波器(SAW)主要用于3GHz以下的低頻段通訊，占據(jù)市場主要份額;體聲波濾波器(BAW)適用于2GHz到6GHz頻段的中高頻段;而高于10GHz則需使用LTCC技術(shù)，但LTCC濾波器存在Q值不高的缺點(diǎn)。張博士表示，在不同領(lǐng)域、不同應(yīng)用場景，各項(xiàng)技術(shù)都有自己的生存空間，每個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品可以做的更好。廠商應(yīng)針對應(yīng)用場景，利用自身能力去發(fā)揮每一種技術(shù)的最大能量，甚至可以把各種技術(shù)進(jìn)行混合，以充分滿足客戶的需求。
會上，張博士重點(diǎn)介紹了左藍(lán)微電子對于5G通信背景下濾波器技術(shù)的多種解決方案和一些見解看法。
例如，常規(guī)SAW易受溫度變化影響。溫度變化讓SAW濾波器高溫基片材料剛度變小，導(dǎo)致聲速降低，產(chǎn)生器件頻率漂移;同時(shí)，基片材料的熱膨脹會導(dǎo)致IDT周期變化，性能不穩(wěn)定?？赏ㄟ^溫度補(bǔ)償層法和鍵合片層法兩種工藝類型實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償(TC-SAW)技術(shù)。TC-SAW是在IDT的結(jié)構(gòu)上涂覆一層在溫度升高時(shí)剛度會加強(qiáng)的涂層，進(jìn)行溫度系數(shù)的補(bǔ)償，使聲速控制在可以接受的范圍。
針對常規(guī)SAW在高頻段選擇性變低的問題，可以通過選用高聲速材料、多層薄膜結(jié)構(gòu)作為襯底材料，減小聲波向材料內(nèi)部傳播，選擇優(yōu)化工作模式消除各種寄生模式，提高主模式Q值。
此外，為了解決常規(guī)SAW面臨的高頻選擇性降低、高頻功率承受能力降低等挑戰(zhàn)，左藍(lán)微電子研發(fā)了PESAW濾波器。PESAW屬于復(fù)合介質(zhì)SAW，也可稱為薄膜型SAW，主要特點(diǎn)是基板為多層復(fù)合介質(zhì)，克服了常規(guī)SAW濾波器的缺點(diǎn)，有高Q值、低TCF等優(yōu)點(diǎn)，其性能達(dá)到了接近于BAW濾波器的程度，在插損和隔離度等方面可以滿足高性能射頻器件的設(shè)計(jì)需要，同時(shí)PESAW與常規(guī)SAW相比還具有尺寸優(yōu)勢，符合移動(dòng)終端不斷縮小的發(fā)展趨勢。在這種前提下，PESAW器件將會是具備優(yōu)勢的理想產(chǎn)品。
中國是濾波器產(chǎn)品消費(fèi)大國，但關(guān)鍵技術(shù)和市場一直被歐美廠商占據(jù)。中國政府注重通信設(shè)備領(lǐng)域的自主可控，濾波器的國產(chǎn)化替代已成必需。張博士認(rèn)為，當(dāng)前國外巨頭企業(yè)將目光主要投向了高頻BAW濾波器，中低頻段SAW濾波器技術(shù)研發(fā)進(jìn)展有所放緩，國內(nèi)廠商已經(jīng)積累了一定的技術(shù)實(shí)力，可通過從中低端SAW布局滲透，提升技術(shù)水平，增加市場份額，再向高端器件和模組逐步邁進(jìn)。
在需求的推動(dòng)下，國產(chǎn)濾波器市場正成為投資新風(fēng)口，不少企業(yè)紛紛入局。左藍(lán)微電子憑借著出色的技術(shù)實(shí)力受到投資方的看好，并在近期完成由深創(chuàng)投領(lǐng)投的新一輪融資。下一階段，左藍(lán)微電子將針對國內(nèi)市場需求的產(chǎn)品做到全覆蓋，完善中高端射頻濾波器方案，為實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代、打破國外壟斷，最終成為RF-MEMS領(lǐng)域的全球領(lǐng)先供應(yīng)商而努力。
在“5G新基建”發(fā)展的大背景下，打造自主射頻前端供應(yīng)鏈成為中國廠商的不懈追求。盡管國內(nèi)射頻前端器件跟國際先進(jìn)水平仍有一定差距，但是中國廠商正在向前邁步，相信憑借不斷的技術(shù)積累，國產(chǎn)射頻前端市場有望加速突圍，早日實(shí)現(xiàn)高端化，走出一條自主可控發(fā)展的康莊大道，為“5G新基建”發(fā)展提供有力支撐。
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