5G “东风” 起,国产射频产业链是否“万事俱备”?

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市场需求放缓,国际贸易环境不稳,多种因素导致2019年全球半导体市场开始下滑。据ICInsights统计,2019年上半年,全球前十五大半导体公司销售额合计同比下降18%,而全球半导体产业总销售额同比下降14%。然而随着5G开启商用化进程,5G基础设施大规模部署,全球迎来5G智能手机换机潮,这些因素会对射频产业带来巨大的拉动作用。

 

关于射频应用,我们最熟悉的就是手机,一部手机包括射频、基带、电源管理、外设、软件五部分。其中最重要的核心就是射频芯片和基带芯片,射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大;基带芯片负责信号处理和协议处理。从4G网络向5G网络升级的过程中,5G手机中所需的射频前端器件,包括功率放大器、天线开关、滤波器、双工器和低噪声放大器等数量和价值量都会成倍增加,射频前端市场将大规模增加,根据Yole的预测,2023年射频前端的市场规模将达到350亿美元。

 

由于受到国际贸易等不确定因素的影响,国家在大力推进国产半导体产业的发展,射频产业作为半导体产业的重要环节受到高度关注,5G基础设施建设、5G终端设计、生产都需要射频技术的支持,今天我们就重点分析一下国内射频产业链的发展现状。

 

 

从IDM到制造代工,国产射频厂商在崛起

 

整个射频产业链主要包括IDM和制造代工厂。所谓IDM(Integrated Device Manufacturer)就是整合元件制造商,从设计、制造、封装测试到销售都自己来做,目前射频领域的IDM厂商基本都被海外公司垄断,包括美系厂商Qorvo、skyworks、Broadcom,以及日系厂商Sumitomo Electric和Murata;制造代工厂是专门帮别人生产晶圆的厂商,我们比较熟悉的公司有台积电、格芯、中芯国际、联电,射频领域的代工厂以中国台湾地区的稳懋、环宇、汉磊等为主。

 

随着国内对射频芯片需求的增加,越来越多国内设计公司、代工厂开始加入射频产业链,自行搭建射频芯片制造体系。下面我们就详细看一看国产射频厂商的发展现状。

 

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全球射频设计、封测及制造厂商汇总表

 

目前,国内射频芯片设计公司包括唯捷创芯、苏州能讯、英诺赛科、大连芯冠科技、三安集成、中普微电子、汉天下电子、广州智慧微电子。

 

唯捷创芯

唯捷创芯专注于射频前端及高端模拟芯片的研发与销售,产品主要应用于智能手机等移动终端,是手机中的核心芯片之一。2012 年公司独立研发的射频功率放大器芯片开始量产;2013 年公司进入全国集成电路设计企业前 30 强。目前公司拥有完全独立知识产权的 PA、开关等终端芯片已经大规模量产及商用,已累计销售超过 13 亿颗芯片,年销售额超过4亿人民币。

 

在射频前端的关键技术上,唯捷创芯获得授权及已申请的发明专利总数已超过 40项,国际PCT申请25项,其中15件PCT申请欧美授权,并有一项已获美国专利授权。同时成功申请了超过 60项的相关集成电路产品布图,掌握了射频前端设计领域的核心技术。

 

苏州能讯

苏州能讯高能半导体采用整合设计与制造(IDM)的模式,致力于宽禁带半导体氮化镓电子器件技术与产业化,自主开发了氮化镓材料生长、芯片设计、晶圆工艺、封装测试、可靠性与应用电路技术。目前公司拥有专利280项,其中:中国发明186项,国际发明69项,实用新型25项、专利使用授权40项。为5G移动通讯、宽频带通信等射频微波领域和工业控制、电源、电动汽车等电力电子领域提供半导体产品与服务。

 

英诺赛科

英诺赛科(珠海)科技有限公司成立于2015年,采用IDM全产业链模式,打造了一个集研发、设计、外延生长、芯片制造、测试与失效分析为一体的第三代半导体生产平台。公司一期项目坐落于珠海市国家级高新区,并已建成中国首条8英寸硅基氮化镓外延与芯片大规模量产生产线。2018年6月,发布世界首个8英寸硅基氮化镓WLCSP功率产品。英诺赛科的主要产品包括30V-650V氮化镓功率与5G射频器件,产品设计及性能均达到国际先进水平。

 

大连芯冠科技

大连芯冠科技有限公司于2016年成立于大连高新区,公司采用整合设计与制造(IDM)的商业模式,主要从事第三代半导体硅基氮化镓外延材料及电力电子器件的研发、设计、生产和销售,产品应用于电源管理、太阳能逆变器、电动汽车及工业马达驱动等领域。

 

大连芯冠已建成首条6英寸硅基氮化镓外延及功率器件晶圆生产线。2019年3月,芯冠科技在国内率先推出符合产业化标准的650伏硅基氮化镓功率器件产品(通过1000小时HTRB可靠性测试),并正式投放市场。公司已与国内多家半导体功率器件及下游电源厂商展开深入合作,开发基于氮化镓器件的新一代各类电源产品,包括新能源汽车车载充电机、数据中心服务器电源和高端电机驱动等。

 

中普微电子

中普微电子的团队均在北美半导体行业工作多年,具有集成电路设计、系统集成及企业管理方面的丰富经验。公司成立以来专注射频IC设计、研发及销售,产品涵盖GSM、W-CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及快速演变的TD-LTE,提供2G/3G/4G全面的射频前端解决方案。CUCT的前瞻性TD-LTE射频功放技术突显了CUCT能够为全球4G市场提供成熟的射频解决方案。

 

汉天下电子

汉天下电子成立于2012年,专注于射频/模拟集成电路和SoC系统集成电路的开发,以及应用解决方案的研发和推广。主要产品包括面向手机终端的2G/3G/4G全系列射频前端芯片、面向物联网的无线连接芯片,支持高通、联发科、展讯、英特尔等基带平台。每年芯片的出货量达7亿颗。产品应用于功能手机、智能手机、平板电脑、智能手表、无线键盘/鼠标、无人机、遥控汽车、智能家居、蓝牙音箱、蓝牙电子秤、对讲机等消费类电子产品中。

 

广州智慧微电子

广州智慧微电子提供高性能微波射频前端芯片,致力于通过软件定义的射频芯片使能万物互联的智能世界。通过自主创新,慧智微电子研发出有基础专利的射频前端可重构技术,在全球率先实现技术突破及规模商用,使射频前端器件可以通过软件配置实现不同频段、模式、制式和场景下的复用,取得性能、成本、尺寸多方面优化,帮助客户化繁为简、与时俱进。基于可重构技术平台,推出面向4G/5G 和NB-IoT的系列射频前端芯片,广泛应用于智能手机、平板电脑、无线通信模块、车载智能后视镜、智能手表等产品。

 

在芯片代工方面,目前,国内的射频芯片制造代工厂包括海威华芯和三安集成。

 

海威华芯

成都海威华芯科技有限公司位于天府新区,是国内率先提供六英吋砷化镓集成电路(GaAs MMIC)的纯晶圆代工(Foundry)服务的制造企业,拥有完整的技术团队、先进的GaAs集成电路制造技术和生产设备。

 

在制程技术发展方面,以多元化及领先为原则,力争为客户提供完整的Foundry服务。在通讯领域,海威华芯科技专注于提供GaAs pHEMT集成电路制程技术。与中国电科29所合资,目前具有GaAs 0.25um PHEMT工艺制程能力。

 

三安集成

厦门三安集成电路是中国首个涵盖光通讯、微波射频、高功率电力电子等领域的化合物半导体制造平台;具备衬底材料、外延生长、以及芯片制造的产业整合能力;拥有全世界规模最大、制程能力最先进的MOCVD外延生长制造线,是中国第一家具备规模化研发、生产化合物半导体芯片能力的公司。三安集成是目前国内布局最为完善,具有GaAs HBT/pHEMT和 GaNSBD/FET工艺布局,与国内200多家企事业单位进行合作,有10多种芯片通过性能验证。

 

从封测端来看,华天科技,长电科技主要针对射频PA封测,嘉盛、日月新、通富微电主要针对射频开关封测,目前市场上出货的滤波器厂家都是IDM公司,自己设计,自己生产封测。

 

 

国产射频材料研发乘风直上

 

对于射频技术的发展,新型半导体材料也发挥着关键作用,尤其是GaN射频功率放大器具备高功率、高增益和高效率的特性,更能满足5G基站的需求。从5G的频谱划分来看,主要包含Sub-6G和mmWave(毫米波)两种,中国主推Sub-6G,基站距离是500m-1000m,美国主推mmWave(毫米波),基站距离是300m。目前,射频应用主要采用砷化镓(GaAS)技术和氮化镓(GaN)技术,GaAS支持的带宽频谱范围是900MHz到3GHz,GaN支持的带宽频谱范围是3GHz-6GHz,

 

在2G/3G/4G通信中,带宽范围是900MHz到3GHz,主要采用GaAS技术;到5G 时代,GaAs PA已经无法满足技术需求,带宽在Sub-6G(3GHz-6GHz)阶段GaAS技术尚可满足需求,当带宽到mmWave (28GHz-52GHz)阶段需要GaN技术才能满足要求。据国家新材料产业发展战略咨询委员会预测,2023年GaN射频器件市场规模将达到13亿美元。5G基础建设大范围铺开后,GaN器件数量将以80%的年均复合增长率增长

 

在市场需求的推动下,中国的射频厂商在GaAS和GaN技术上取得了突破性进展。在GaAS领域,有三安集成、Vanchip(唯捷创芯)、长电科技;在GaN领域,IDM企业有苏州能讯、英诺赛科,大连芯冠科技、海思等公司,GaN 器件代工企业有海威华芯和三安集成,中电科 13 所、55 所也拥有 GaN 器件制造能力。

 

 

总结:国内射频产业链搭建完成,需紧跟大厂步伐

 

总体来看,国内射频产业链已经搭建完成,从射频芯片设计,到封测、制造三个环节均有公司可以支撑,其中IDM公司、Fabless公司和代工厂齐头并进,并且在新材料的研发上也取得了不错的成绩。

 

从全球市场来看,Qorvo、skyworks、Broadcom等三大公司仍然会占据主流;从国内市场来看,射频芯片的设计门槛较高,国内射频厂商无论是IDM厂商,还是制造代工厂的制程技术仍属于弱势,所推出产品主要针对中低市场。未来随着技术积累和人力投入加大,国内射频厂商可有机会追赶国际主流射频大厂的步伐。

 

5G时代的新需求给国内射频产业链带来快速的发展机会,但是也对传输速率、时延、流量密度、移动性等提出更高要求,国内射频厂商要在新产品、新工艺、新材料方面齐下手,紧跟国际大厂前进步伐,才能享受5G带来的高速增长红利。

  本文来自与非网
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