[原创] 国产射频芯片奔赴下一个战场，汉天下蓄势待发
2022-04-18
14:00:02
来源: 半导体行业观察
谈到射频芯片，大家即使不是很熟悉也不会陌生。射频芯片，是指能够将射频信号和数字信号进行转化的芯片。具体到通信设备中，则指由射频收发器、射频前端和天线等元器件组成的射频信号处理单元，其主要的工作是负责信号的发送与接收。
其中，射频前端更是射频信号处理单元的核心部件。所谓射频前端，又包括滤波器（Filter）、双工器（Diplexer/Duplexer，由2个滤波器组成）、功率放大器（PA）、开关（Switch）、低噪声放大器（LNA）和天线调谐器等一系列负责不同射频信号处理功能的器件。
和很多其他芯片一样，在射频前端方面，国内一直处于追赶位置。尤其是随着5G、WiFi以及万物互联时代的到来，叠加地缘政治等一系列问题的影响，发展本土射频前端产业已经刻不容缓。
实际上，一些历经多年发展的本土射频供应商也等到了开花结果的时刻，并站上参与下一阶段竞赛的起跑线。
去年以来，国内某手机厂商因为受到美国制裁而停止推出5G手机的事实已经不是什么新闻。据很多传媒报道，之所以会出现这种卡脖子的情况，最主要的是因为缺乏5G射频芯片。尤其是滤波器，更是被很多业内人看作是射频芯片的天花板。
这就不禁让人好奇，为何这些“小”器件门槛如此之高？据本土射频芯片先驱汉天下的首席技术官赖志国博士介绍，射频芯片之所以那么难，与其所具备的几方面特征有关：首先，射频芯片领域技术壁垒高，需要依靠长期的经验积累；其次，射频芯片设计涉及的理论知识繁多复杂；再次，很多射频芯片的指标要求都是要挑战工艺极限，需要很多创新性的电路结构；最后，关键的还是工艺及封装的物理限制或者模型的不准确性导致的难题。
特别是随着5G通信技术的普及，电子设备支持的频段越来越多，移动网络速度也随之加快。在这一演进过程中随着射频前端器件数量不断增加，多频段设计复杂程度更是迎来了指数级的增加。
来到滤波器领域，则门槛又进一步被提高。由于无源器件与有源器件在生产工艺上完全不同，这就使得滤波器在研发上与PA差别极大。据赖志国博士介绍，相较于PA产品的研发，滤波器没有一个成熟的代工产业链可以使用。因此滤波器厂商不仅要在设计上下功夫，还必须兼顾工艺和模型。
只有把这三者紧密结合在一起，才能有机会研发出可信赖的滤波器。又因为这三个方面彼此影响，这就意味着滤波器的开发绝不是简单的“1+1+1”的难度，而是成倍叠加的难度。
正是因为射频芯片如此之难，加上国内厂商又错失了先发优势，这就让射频芯片成为了一个被海外厂商垄断的市场。
据Yole在2021年的报告中介绍，包括Skyworks、muRata、Qualcomm、Qorvo和 Broadcom在内的五家厂商占据了射频前端市场 85% 的份额。其中除muRata是日本厂商以外，其他四家都是来自美国的企业。报告进一步指出，5G 的引入增加了手机的复杂性以及射频的用量，这就让继续使用分立射频元件构建可接受的外形尺寸的5G手机成为了一项严峻挑战，也因此将推动更多的集成。而射频前端市场的领导者因为都拥有适应多种市场需求的灵活模块产品，可以帮助解决此问题。除此之外，他们甚至还为旗舰机定制了模块产品。
国外企业正在加紧巩固他们的护城河，但从Yole的报告看来，来自中国公司的射频芯片公司也在快速兴起。纵观国内的射频芯片市场，除了以开关闻名的卓胜微外，我们在PA方面也拥有了唯捷创芯、慧智微、昂瑞微和飞骧科技等企业。至于滤波器市场，同样也涌现出了一批佼佼者。和射频前端的其他领域不同的是，目前国内射频滤波器厂商主要集中于声表面滤波器领域，如好达电子、卓胜微、信维通信和麦捷科技等就是其中的代表。但在大家广受关注的体声波滤波器方面，国内产业化力量尚在兴起，能力尚有较大不足，仅有包括苏州汉天下电子有限公司在内的少数厂商，可通过自主研发制造出具有高性能的高端射频前端体声波滤波器芯片产品。
之所以出现这种情况，主要与体声波滤波器的研发难度有关。赖志国博士解释说，作为一种主流的手机滤波技术，体声波滤波器比声表面波滤波器具有更高稳定性、更高Q值，更低的插入损耗和耐高功率等特性，能够在高频通讯市场发挥重要作用。但从其设计和制造上看，则还有很多难点需要攻克。例如产业链的缺失和不完善、核心装备严重依赖进口、材料制备技术不成熟、专业技术人才稀缺、声电转换的物理模型及理论基础不完善、专利壁垒强、核心器件及模组的技术积累不足等。
由此可见，想要在这样一个市场（尤其是滤波器方面）突围是何其的艰难，但汉天下恰逢其会。最近在某国内一线手机品牌最新一代手机的拆解中，笔者就在其电路板上发现了汉天下WiFi滤波器（型号：HS5524FB06）和B40滤波器（型号：HS5540FC16）的身影。考虑到这个品牌对供应商的严苛要求和这两个产品的实现难度，
我们似乎看到了国产公司打破国外垄断、解决射频“卡脖子”难题、迎来国产射频新纪元的一缕曙光。
据笔者获悉，成立了近十年的汉天下是国产射频芯片的先驱。尤其在滤波器方面，公司通过多年的技术积累和打磨，将这方面的业务打造成公司最为核心的模块，并让公司成为国内率先全面掌握体声波滤波器量产技术的企业之一。这次打进国产旗舰的滤波器就是公司多年研究成果的一次展现。
赖志国博士也表示，上述的WiFi和B40滤波器都拥有低插损和高带外抑制的共存指标，而公司最近推出的下一代B40滤波器HSBP1240在性能上则更进一层。据赖博士介绍，目前国内同类产品的插入损耗维持在1.5dB以上，而汉天下的这款滤波器在保持其它性能不变的情况下，大幅优化了带内插损，典型插损值小于1.0dB。他同时指出，HSBP1240在带外抑制方面也极具竞争优势，能满足近端（2422-2482MHz）带外抑制45dB以上，二次谐波抑制48dB，功率承受能力大于31dBm，在30dBm输入功率情况下二次谐波小于-40dBm。另外，该款产品的尺寸为1.1mm×0.9mm，可同时满足目前手机射频前端对滤波器芯片小尺寸及高性能的需求。
“凭借优异的技术性能，HSBP1240解决了当前市场上面临的几大痛点问题。首先，减少电流消耗，增加续航时间；其次，极大改善产品发热状况，延长电池寿命；最后，提高灵敏度从而提升产品的信号清晰度，优化语音质量。正是因为这众多优点，让HSBP1240在以对供应商要求高而著称的客户中获得了难能可贵的认可。”汉天下首席运营官殷毅敏总结道。
紧接着，殷毅敏再次重申，作为基础优势业务，汉天下未来将在已有的滤波器产品基础上进一步进行产品性能、尺寸等迭代升级，更好地满足客户需求。这首先体现在面向5G应用场景时，公司将继续推出高性能中高频段射频滤波器 （如B40、2.4GHz WiFi）、双工器（如B25、B3、B7）、多工器（如B1+B3；B1+B3+B7）芯片；其次，公司也会把高频超高频大带宽射频滤波器芯片（如n41、n77、n78、n79、5GHz WiFi）作为下一阶段的奋斗目标。
“虽然国产射频企业在PA和滤波器方面有了单点突破，但我们必须清楚地认识到，国产射频仍然还有很长一条路要走。以滤波器为例，国内这些厂商仍主要集中在单个滤波器芯片产业，虽然双工器已开始涉及，然而四工器、多工器等复杂高端的射频滤波器产品还未形成规模出货。”殷毅敏表示。
与此同时，在射频芯片龙头方面，我们也看到一场不算新的“革命”正在缓缓上演。
从行业发展现状看来，随着通信技术升级，高集成模组化是市场发展的必然结果。最近几年射频领域发生的多单收购就是朝着这个目的而来。如Qualcomm收购RF360的全部股份以及最近发生的muRata收购Resonant，无一不是为了巩固自己的实力和扩充自己的产品线，为射频模组化做好准备。
在上述因素的影响下，我们可以看到全球射频芯片产业呈现了一个新局面：分立器件方面，细分市场玩家众多且分散，竞争异常激烈；而来到模组市场，则赢家通吃，Broadcom、Qorvo、Skyworks、muRata和Qualcomm这五大巨头几近瓜分市场。
“这些国际厂商在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。”赖志国博士强调。他进一步指出，射频模组主要划分为分集模组和主集模组。其中，前者不含 PA、且对滤波器的性能要求低于发射端，所以难度相对较低。至于主集模组，则因为同时含有收发通路，且集成了高端滤波器（或双工器、多工器）、PA 等器件，难度极高。
这就让必须走上射频模组化的本土厂商迎来新挑战。不过，和十几年前的那次追赶不一样，随着产业的发展进步，国产射频芯片站上了一个新高度。
赖志国博士告诉记者：“首先在PA方面，由于砷化镓工艺的成熟，PA的迭代将会很慢，这就给了国内foundry赶超的机会，后续围绕着PA的更多话题应该是国产化和本土化。但在滤波器方面，选择则非常少。”“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。”赖志国博士补充说。
换而言之，对于汉天下这些拥有滤波器核心技术的厂商，在走向模组化的道路上，会拥有更大的优势，事实上他们也正在摩拳擦掌。
殷毅敏表示，汉天下核心成员来自清华大学、南京大学、上海交通大学、中国人民大学、东南大学以及美国麻省大学、美国辛辛那提大学、美国印地安纳大学、美国乔治华盛顿大学等海内外高等学府，他们在射频集成电路和MEMS器件领域均深耕20年，具有在海内外知名企业和科研院所的研发和管理经验。而为了补齐公司的产品线，公司已引进一支有源团队，团队成员主要来自于世界顶尖的射频芯片公司，主持设计生产的多款射频功放产品被广泛应用于iPhone、Galaxy等主流智能手机。随着有源团队的加入，汉天下的人才梯队结构更加合理，成员间优势互补，覆盖射频前端无源（以滤波器为代表）和有源（以PA为代表）两大核心模块，拥有完整产业链经验。
“在这样一支全新团队的支持下，汉天下希望以声学滤波器（Acoustic Filter）为核心产品，开发WiFi前端模组（WiFi FEM）、射频前端模组（FEMiD）、接收前端模组（DiFEM）以及射频收发模组（PAMiD/PAMiF）等模组产品，走上一条从单一滤波器向高端模组产品进军的大道。”殷毅敏说。
在他看来，未来为了避免同质性趋势，射频芯片企业应该贴近终端厂商联合设计，更多的是锁定上下游企业共同进退，才能跟国外大厂一决高下。而滤波器是射频前端的关键器件，是限制国产厂商从低端分立器件走向中高端模组的关键。
由此可见，在新一轮的射频前端模组化的进程中，汉天下抢占了先机。
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