終端設(shè)備的無線通信模塊主要分為射頻前端模塊（RFFEM）、射頻收發(fā)模塊、以及基帶信號(hào)處理器三部分。其中，射頻前端模塊主要是實(shí)現(xiàn)信號(hào)在不同頻率下的收發(fā)。

移動(dòng)終端中的射頻前端模塊/射頻頻器件主要包括功率放大器（PA，PowerAmplifier）、雙工器（Duplexer ）、射頻開關(guān)（Switch）、濾波器（Filter）、低噪放大器（LNA，LowNoiseAmplifier）等。

其中：

功率放大器負(fù)責(zé)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大；

濾波器負(fù)責(zé)發(fā)射及接收信號(hào)的濾波,負(fù)責(zé)頻率選擇，保障信號(hào)在不同頻率互不干擾傳輸；

雙工器負(fù)責(zé)FDD系統(tǒng)的雙工切換及接收/發(fā)送通道的射頻信號(hào)濾波；

射頻開關(guān)負(fù)責(zé)接收、發(fā)射通道之間的切換；

低噪聲放大器主要用于接收通道中的小信號(hào)放大。

射頻前端集成模組

射頻前端元器件和模組供應(yīng)鏈

（圖來源：Yole、聯(lián)訊證券）

射頻前端集成化是必然趨勢(shì)。集成化可以降低成本、提高性能，以及給系統(tǒng)集成商提供turn-key方案。在射頻前端模塊集成上發(fā)展更快的廠商有望成為市場(chǎng)的主導(dǎo)者。同時(shí)擁有主、被動(dòng)器件的設(shè)計(jì)能力、制造工藝以及集成工藝是未來射頻元件公司的發(fā)展方向。射頻前端集成存在單片集成（片上SoC系統(tǒng)）和混合集成（SiP封裝）兩個(gè)發(fā)展方向。目前通過封裝集成的形式更易實(shí)現(xiàn)，也是各大廠商重點(diǎn)著力的方向。博通、Qorvo、Skyworks、村田、TDK不僅供應(yīng)元器件還具有模組整合能力，將在集中度很高的市場(chǎng)中進(jìn)一步確立優(yōu)勢(shì)?；鶐S商也進(jìn)入射頻前端領(lǐng)域，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。

近年射頻前端領(lǐng)域有多起并購(gòu)整合，相關(guān)廠商積極布局。2014年RFMD和TriQuint合并成立Qorvo，RFMD擅長(zhǎng)功率放大器，TriQuint的技術(shù)優(yōu)勢(shì)則在于SAW和BAW，二者合并技術(shù)互補(bǔ)。2017年1月高通和TDK合資成立RF360，TDK在SAW/BAW濾波器市場(chǎng)有技術(shù)積累。2017年2月聯(lián)發(fā)科將其部分持股的射頻前端芯片廠商絡(luò)達(dá)科技的股份全部收購(gòu)。安華高則收購(gòu)博通。

射頻前端的價(jià)值量從2G~4G不斷提升，4G時(shí)代平均成本（全頻段）約10美元，4.5G達(dá)到約18美元，預(yù)計(jì)5G將超過50美元。Yole數(shù)據(jù)顯示2017年手機(jī)射頻前端市場(chǎng)規(guī)模150億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到352億美元，2017~2023年CAGR=14%。

濾波器市場(chǎng)規(guī)模最大，2017年約80億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到225億美元，2017~2023年CAGR=19%，主要來自于高頻通信對(duì)BAW（Bulk Acoustic Wave）濾波器的需求增長(zhǎng)。

功率放大器市場(chǎng)規(guī)模位于第二位。2017年達(dá)到50億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到70億美元，2017~2023年CAGR=7%。高端LTEPA市場(chǎng)將保持增長(zhǎng)，尤其是在高頻和超高頻段，但是2G/3G PA市場(chǎng)將會(huì)衰退。

射頻開關(guān)市場(chǎng)規(guī)模位居第三位。2017年開關(guān)為10億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到30億美元，2017~2023年CAGR=15%。

低噪聲放大器2017年市場(chǎng)規(guī)模2.46億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到6.02億美元，2017~2023年CAGR=16%。主要是多種射頻前端模組的使用以及其在手機(jī)中與PA模塊集成。

天線調(diào)諧器2017年市場(chǎng)規(guī)模4.63億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到10億美元，2017~2023年CAGR=15%。主要受益于4×4 MIMO技術(shù)的滲透。

毫米波前端模組預(yù)計(jì)2023年的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到4.23億美元。

目前射頻開關(guān)、天線調(diào)諧器主要采用RF-SOI技術(shù)。濾波器、雙工主要是SAW/BAW。PA可以用CMOS、GaAs、RF-SOI技術(shù)。低噪聲放大器可以用GaAs、RF-SOI技術(shù)。

▲射頻器件各細(xì)分方向工藝路線圖

▲射頻功率產(chǎn)業(yè)鏈公司

▲射頻前端各部分市場(chǎng)規(guī)模

▲射頻前端演化過程

▲射頻前端各部分所用材料和技術(shù)

▲射頻前端元器件可采用的材料和技術(shù)

（以上圖來源：Yole、聯(lián)訊證券）

進(jìn)入5G時(shí)代，Sub-6GHz和毫米波階段各射頻元器件的材料和技術(shù)可能會(huì)有所變化。SOI有可能成為重要技術(shù)，具有制作多種元器件的潛力，同時(shí)后續(xù)有利于集成。

1功率放大器：GaAs PA仍是主流

PA的作用是將低功率信號(hào)進(jìn)行放大。PA直接決定了手機(jī)無線通信的距離、信號(hào)質(zhì)量，甚至待機(jī)時(shí)間，是射頻系統(tǒng)中的重要部分。手機(jī)頻段持續(xù)增加，PA的數(shù)量也隨之增加。4G多模多頻手機(jī)所需PA芯片5~7顆。StrategyAnalytics預(yù)計(jì)5G時(shí)代手機(jī)內(nèi)的PA或多達(dá)16顆。

目前GaAs PA是主流。CMOS PA由于性能的原因，只用于低端市場(chǎng)。Qorvo預(yù)計(jì)隨著5G的來臨，8GHz以下GaAs PA仍是主流，但8GHz以上GaN有望在手機(jī)市場(chǎng)成為主力。

▲PA市場(chǎng)各廠商份額

全球PA市場(chǎng)絕大部分份額被Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata占據(jù)。領(lǐng)導(dǎo)廠商Skyworks、Qorvo和Broadcom采用IDM模式。晶圓代工模式也在興起，主要有臺(tái)灣穩(wěn)懋等。

國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)公司有近20家，主要有漢天下、唯捷創(chuàng)芯、紫光展銳等。國(guó)內(nèi)晶圓代工廠商主要有三安光電、海特高新。

2濾波器：市場(chǎng)規(guī)模最大的細(xì)分領(lǐng)域

Skyworks預(yù)計(jì)2020年5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將翻番，新增50個(gè)以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)合計(jì)支持的頻段將達(dá)到91個(gè)以上。頻段數(shù)上升將帶來射頻濾波器使用數(shù)量增多。理論上每增加一個(gè)頻段需增加2個(gè)濾波器。由于濾波器集成于模組，二者并不是簡(jiǎn)單的線性增加的關(guān)系。

雙工器由兩個(gè)濾波器組成，可在一條信道上實(shí)現(xiàn)雙向通信。半雙工是通信雙方輪流收發(fā)。全雙工是通信雙方同時(shí)收發(fā)。全雙工通過頻分雙工（FDD）或時(shí)分雙工（TDD）實(shí)現(xiàn)。

射頻濾波器包括聲表面濾波器（SAW，SurfaceAcousticWave）、體聲波濾波器（BAW，Bulk Acoustic Wave）、MEMS濾波器、IPD（Integrated Passive Devices）等。SAW和BAW濾波器是目前手機(jī)應(yīng)用的主流濾波器。

全球SAW濾波器市場(chǎng)份額前五位的廠商分別為村田（47%）、TDK（21%）、太陽(yáng)誘電（14%）、Skyworks（9%）、Qorvo（4%），合計(jì)占比達(dá)95%。國(guó)內(nèi)SAW濾波器的廠商有麥捷科技、德清華瑩（信維通信入股）和好達(dá)電子等。

全球BAW濾波器市場(chǎng)份額前三位分別為博通（87%）、Qorvo（8%）、太陽(yáng)誘電（3%），合計(jì)占比達(dá)98%。

SAW濾波器的基本結(jié)構(gòu)由壓電材料襯底和2個(gè)IDT（Interdigital Transducer）組成。IDT是叉指換能器——交叉排列的金屬電極。IDT制作在壓電材料上，常用的材料是石英、鉭酸鋰（LiTaO3）或鈮酸鋰（LiNbO3）等。圖中左邊的IDT把電信號(hào)轉(zhuǎn)成聲波，右邊IDT把聲波轉(zhuǎn)成電信號(hào)。

SAW濾波器易受溫度變化的影響。改進(jìn)方法是在IDT結(jié)構(gòu)上涂覆一層在溫度升高時(shí)剛度會(huì)加強(qiáng)的涂層，制作成溫度補(bǔ)償（TC-SAW）濾波器。但由于溫度補(bǔ)償工藝需要更多掩模層，TC-SAW濾波器更復(fù)雜，制造成本也更高，但仍比BAW濾波器便宜。未來SAW濾波器的發(fā)展趨勢(shì)是小型片式化、高頻寬帶化、降低插入損耗以及降低成本。村田近期有開發(fā)出IHPSAW濾波器，性能大幅提升。

SAW濾波器頻率上限為2.5~3GHz。＞1GHz時(shí)，其選擇性降低。在約2.5GHz處，其僅限于對(duì)性能要求不高的應(yīng)用。BAW濾波器更適合于高頻。同時(shí)還有對(duì)溫度變化不敏感，具有插入損耗小、帶外衰減大等優(yōu)點(diǎn)。與SAW、TC-SAW濾波器一樣，BAW濾波器的大小也隨著頻率增加而減少。

BAW濾波器制造工藝步驟是SAW的10倍，但因其在更大晶圓上制造的，每片晶圓產(chǎn)出的BAW器件也多了約4倍。盡管如此，BAW的成本仍高于SAW。此外因?yàn)镼值高，量產(chǎn)一致性是重要挑戰(zhàn)。BAW濾波器一般工作在1.5~6.0GHz，因此在3G/4G智能手機(jī)內(nèi)所占的份額迅速增長(zhǎng)。但并不意味著SAW濾波器完全失去市場(chǎng)。二者會(huì)分別在中高頻和低頻發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)并在一段時(shí)間并存。2GHz以下SAW的市場(chǎng)占有率仍比較大，2GHz以上BAW的市場(chǎng)占有率會(huì)比較高。

BAW濾波器基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)金屬電極夾著壓電薄膜（如石英），聲波在壓電薄膜里震蕩形成駐波(standing wave)。板坯厚度和電極質(zhì)量（Mass）決定了共振頻率。其壓電層厚度在幾微米量級(jí)，因此要在載體基板上采用薄膜沉積和微機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)諧振器結(jié)構(gòu)。目前常用的BAW壓電材料有氮化鋁（AlN），鋯鈦酸鉛（PZT）、氧化鋅（ZnO）等。

35G帶動(dòng)SOI市場(chǎng)增長(zhǎng)

▲SOI產(chǎn)業(yè)鏈

▲RF-SOI發(fā)展過程

2011年智能手機(jī)中還未使用RF-SOI產(chǎn)品。2010年GaAs射頻開關(guān)是主流技術(shù)。RF-SOI產(chǎn)品在性能和功耗相當(dāng)?shù)那闆r下將成本下降30%、die尺寸減少50%，在不到5年的時(shí)間內(nèi)替代GaAs開關(guān)。Navian數(shù)據(jù)顯示90%的射頻開關(guān)和調(diào)諧器基于RF-SOI制造。5G時(shí)代基于RF-SOI的射頻開關(guān)使用數(shù)量會(huì)增加。盡管射頻開關(guān)的出貨量巨大，但市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，價(jià)格壓力較大，ASP為10~20美分。目前智能手機(jī)中均有RF-SOI產(chǎn)品，未來還將繼續(xù)增長(zhǎng)。

▲2013~2019年各類型射頻開關(guān)和調(diào)諧器數(shù)量

Yole數(shù)據(jù)顯示2016年全球絕緣體上硅（SOI，Silicon On Insulator）市場(chǎng)規(guī)模4.293億美元，預(yù)計(jì)2022年將達(dá)到18.593億美元，2017~2022年CAGR=29.1%。市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力主要來自消費(fèi)電子市場(chǎng)增長(zhǎng)帶來的需求提升。

Soitec預(yù)計(jì)2018年整個(gè)行業(yè)將出貨150~160萬片等效200mm RF-SOI晶圓，同比增長(zhǎng)15%~20%，預(yù)計(jì)2020年將超過200萬片。

SOI襯底大約占硅襯底市場(chǎng)規(guī)模6%。2016年200mm的SOI晶圓占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，在2017~2022年仍將有望以較快的速度增長(zhǎng)。200mm的晶圓主要用于生產(chǎn)RF-SOI，這是制造智能手機(jī)天線開關(guān)和其他重要元器件所使用的材料。2016年RF-SOI占據(jù)整個(gè)SOI市場(chǎng)最大的份額。按產(chǎn)品類型來看，射頻前端占據(jù)SOI市場(chǎng)的最大份額。預(yù)計(jì)未來仍有較大幅度的增長(zhǎng)。

廠商希望采用SOI將射頻開關(guān)和LNA集成到一起，可能會(huì)用300mmSOI晶圓實(shí)現(xiàn)。SOI技術(shù)具備集成毫米波PA、LNA、移相器、混頻器的潛力。

▲格羅方德45nm工藝RF-SOI射頻前端模組

RF-SOI襯底制造主要有法國(guó)Soitec、日本信越、臺(tái)灣環(huán)球晶圓和上海新傲科技。Soitec是“智能剝離（Smart Cut）”技術(shù)的擁有者，RF-SOI襯底的最大供應(yīng)商，擁有70%的市場(chǎng)份額。Soitec生產(chǎn)200mm和300mmRF-SOI晶圓襯底。信越和環(huán)球晶圓也基于Soitec的技術(shù)生產(chǎn)200mm和300mmRF-SOI晶圓襯底。中國(guó)新傲科技生產(chǎn)200mm RF-SOI晶圓襯底。

格羅方德、TowerJazz、中芯國(guó)際、華虹宏力、臺(tái)積電和臺(tái)聯(lián)電等晶圓代工公司在擴(kuò)大200mm或300mm晶圓RF-SOI工藝產(chǎn)能。

格羅方德推出300mm晶圓RF-SOI工藝，包括130nm和45nm工藝。中芯寧波將承接中芯國(guó)際的RF-SOI或其他SOI工藝技術(shù)。華虹集團(tuán)旗下的上海集成電路研發(fā)中心進(jìn)行SOI技術(shù)開發(fā)，華虹宏力的0.2μm RF-SOI CMOS工藝已經(jīng)量產(chǎn)。臺(tái)積電和臺(tái)聯(lián)電計(jì)劃進(jìn)軍300mmRF-SOI晶圓。

▲格羅方德RF-SOI平臺(tái)

設(shè)計(jì)公司Cavendish Kinetics推出了基于RF MEMS技術(shù)的射頻開關(guān)和天線調(diào)諧器產(chǎn)品，目前也在發(fā)展之中，未來可能成為挑戰(zhàn)者。

4天線：Massive MIMO和新材料將應(yīng)用

5G將推動(dòng)智能手機(jī)天線升級(jí)，Massive MIMO技術(shù)提升通信速率，天線數(shù)量也將提升。

LCP（液晶聚合物，Liquid Crystal Polymer）適合于高頻高速應(yīng)用，傳輸損耗較小，可以作為基板、封裝材料等。2017年蘋果首次使用LCP天線，單機(jī)價(jià)值量遠(yuǎn)高于之前的PI（Polymide，聚酰亞胺）天線。LCP優(yōu)良的彎折性能有助于合理利用智能手機(jī)內(nèi)部的狹小空間。LCP產(chǎn)業(yè)鏈上、中游主要由外國(guó)廠商涉及。生益科技進(jìn)入LCPFCCL領(lǐng)域。信維通信進(jìn)入LCP天線領(lǐng)域。立訊精密為L(zhǎng)CP天線模組供應(yīng)商。

MPI（Modified Polymide）在10~15GHz頻段（或更低）性能與LCP相當(dāng)，價(jià)格也更加便宜。2019年蘋果可能采用MPI天線，這將有利于改善良率，降低成本，同時(shí)提升對(duì)供應(yīng)商議價(jià)能力。MPI與LCP天線可能在5G時(shí)代共存，相對(duì)較低頻段采用MPI，較高頻段采用LCP。

Vivo方面認(rèn)為目前手機(jī)毫米波天線陣列較為主流與合適的可能方向是基于相控陣（phased antenna array）的方式，實(shí)現(xiàn)方式主要分為三種：AoB（Antenna on Board，天線陣列位于系統(tǒng)主板上）、AiP（Antenna in Package，天線陣列位于芯片的封裝內(nèi)）、AiM（Antenna in Module，天線陣列與RFIC形成一模組），三者各有優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段更多的以AiM的方式實(shí)現(xiàn)。

高通推出了QTM052毫米波天線模組產(chǎn)品，一部智能手機(jī)可集成4個(gè)該模組，預(yù)計(jì)2019年用于5G終端。

▲高通QTM052 5G毫米波天線模組

▲高通毫米波天線模組和X50芯片

55G封測(cè)：各大廠積極備戰(zhàn)5G芯片

5G使用的芯片和元器件數(shù)量增加，通過集成可降低成本、提升性能、縮小體積?，F(xiàn)階段高通、英特爾、聯(lián)發(fā)科、華為等推出的5G芯片方案，搭配的前端射頻模塊均采用SiP封裝。

SiP技術(shù)（FEMiD、PAMiD等）將10~15個(gè)器件（開關(guān)、濾波器、PA）封裝在一起，連接可能采用引線（Wirebond）、倒裝（FlipChip）、Cu柱（Cupillar）。5G毫米波產(chǎn)品的集成密度會(huì)進(jìn)一步提升。未來還要尋找低損耗的材料，集成天線，優(yōu)化封裝整體結(jié)構(gòu)，探索屏蔽防護(hù)措施。預(yù)計(jì)2017~2022年SiP封裝銷售額CAGR＞10%，快于整個(gè)先進(jìn)封裝銷售額增速（CAGR=7%）。

目前4G時(shí)代，智能手機(jī)射頻前端SiP封裝供應(yīng)鏈由Qorvo、博通、Skyworks、Murata、TDK-Epcos5家IDM廠商領(lǐng)導(dǎo)。他們部分生產(chǎn)外包至領(lǐng)先的OSAT廠商，如：日月光、安靠、長(zhǎng)電科技等。目前這幾家IDM廠商主要集中于Sub6GHz解決方案。高通則想直接開發(fā)毫米波產(chǎn)品并建立供應(yīng)鏈以確保未來處于領(lǐng)先位置。

各大封測(cè)廠在5G芯片及SiP模塊封測(cè)領(lǐng)域積極研發(fā)和布局并爭(zhēng)取訂單。近年來全球主要封測(cè)廠商在持續(xù)提升晶圓級(jí)先進(jìn)封裝技術(shù)，尤其是扇出型（Fan-out）封裝。日月光、安靠、臺(tái)積電、力成、長(zhǎng)電科技、華天科技等廠商均已推出相應(yīng)的扇出型封裝服務(wù)。工研院預(yù)計(jì)未來5G高頻通信芯片封裝中扇出型封裝技術(shù)將快速發(fā)展。