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2019/10/25 13:19

5G机遇下国产射频滤波器“冉冉升起”

厂商供稿  

全球射频前端器件发展正处于高速增长阶段,据Yole预测,射频前端市场中滤波器占比最大,预计到2023年全球滤波器市场份额将增长至225亿美元,对比2018年的92亿美元,将以19%的复合年增长率高速发展。长期以来,射频前端器件市场超过九成的份额为美资和日资企业把持,行业壁垒很难突破。然而随着进入5G时代,通信频段数量的增多推动了高端射频前端器件的快速发展,在产品迭代升级之际,国内手机厂商对于国产射频前端器件的需求更为强烈,我国射频前端器件产业也因此发展迅速,有望打破国外巨头垄断局面。

入选“2019中国最具投资价值企业—新芽榜50强”的杭州左蓝微电子技术有限公司(以下简称“左蓝微电子”)是备受各方关注的国产射频前端器件标杆企业。左蓝微电子创始人张博士认为,在现有产业需求和市场环境下,国产器件有能力赶上甚 超过国外的发展 平,而走好国产化道路需要加强产业链的整合、人才的集聚以及资金的投入。

5G推动滤波器蓝海初现国产化蓄势待发

左蓝微电子张博士认为,在5G的影响下,射频前端器件将向高性能、微型化和集成化发展。目前一个国内全网通手机至少拥有5-7颗PA、3个天线开关和20-26颗不同频段的滤波器。从2G手机支持4个频段、3G手机支持9个频段,到3GPPR11版本中蜂窝通信系统,需要支持的频段数达到41个,未来5G所支持的频段数量将达到50个以上,射频前端器件的数量及价值将经历一次飞跃,因此器件的集成化将成为必然。集成化射频前端模组可以减少通信终端的尺寸、降低成本、提高性能,同时不需要外部匹配调试,可以加快终端产品的研发进度。随着5G终端与基站部署数量成倍增长,射频前端器件产业规模也会大幅扩张,滤波器尤其是BAW滤波器更是蓝海初现。

在产业变化背后,国产射频前端器件发展的条件已经基本成熟。张博士认为,中国集成电路产业已具备芯片设计、制造、封装等全产业链生产能力,集成电路产业拥有长三角、环渤海、泛珠三角及中西部四个各具特色的产业集聚区,产业基础尤以长三角地区集成电路产业最为扎实。过去多年的积累为国产射频前端器件发展提供了良好的基础条件。如果中国企业有明确的目标和持之以恒的研发工作投入,国产滤波器可以赶上甚至超过国外的水平。

左蓝微电子公司总部设在杭州,从2016年开始深度布局射频前端器件尤其是滤波器这一细分领域,研发重点包括温度补偿声表面波滤波器(TC-SAW)、薄膜体声波滤波器(FBAR)等产品。TC-SAW的特点是能够实现低温度频率漂移,满足5G系统要求。由于器件结构复杂度高,需要很强的正向设计能力和工艺控制能力,左蓝微电子在模型、仿真、材料制备上有很强的技术储备。FBAR需要有特殊的结构设计和工艺流程,公司在这个领域进行了大量的专利布局。在滤波器领域,国内当前尚无可在技术上与国外巨头抗衡的厂商,左蓝微电子在该细分领域沉淀多年,已拥有40多项专利技术,在工艺、设计上具有行业领先优势,可填补国产产品空白,有望打造行业标杆产品。

扭转射频前端器件依赖进口局面产业链要加强精益求精的合作

张博士认为,想扭转市场依赖进口产品的局面,走通国产射频前端发展之路,国内产业要从需求和供给两方面着手布局:一,需求方面,国内终端公司要敢于采用国产器件,技术的发展需要经过多轮试错和迭代,才能得到较好发展并成熟起来;二,供给方面,国内的射频前端研发公司要尽最大可能配合终端公司应用,降低终端公司采用国产器件的风险。在产品研发上,厂商要掌握设计和工艺上的“know-how(行业秘诀)”,了解实现产品可靠性和品质控制的方法,并主动配合终端公司进行定制化设计。同时,厂商还要掌握核心技术的知识产权,使终端公司采用国产器件时没有后顾之忧。

此外,我国在传统半导体发展的进程中遇到的设计、工具、材料、工艺、生产、测试、封装等方面的问题,在射频前端器件发展中也会遇到,并且挑战更大,这就需要产业链各方不求大而求精,不求全而求专,寻找出一条射频前端器件发展的黄金路径。

首先,国内厂商要理解认知国外厂商所做的的基础性工作。元器件研发从材料到加工设备、加工工艺、封装测试都有很多讲究,是精益求精的行业,而射频前端器件又分为很多种类,各种器件有不同的特点,元器件研发需要对材料科学进行基础性研究。国外厂商在射频研发的早期基础工作上做的非常扎实。而作为跟随者,国内厂商也需要先学习国外的优秀经验,逐步和研究所合作,针对产业化的目标进行材料研究和实验,逐步从跟随者变为领跑者。

其次,产业链各方还要对器件模型设计、结构设计、封装优化技术加强共同研究。以器件模型为例,声学器件采用准确数学模型并不容易表达,通常是用等效模型来尽可能的模拟,等效模型在模拟的过程中有很多需要改进的地方。近年来有赖于计算机能力的提升,让很多研究人员倾向于使用需要大量计算资源的有限元仿真方法来模拟器件的模型,因此仿真工具方面的改进也是进行器件开发的重要工作。这个部分的工作需要产业和研究机构共同努力分工合作。在封装优化上,由于移动终端需要大量的工作频段,4GLTE有43个频段,5G会有50-60个频段,每个器件的尺寸必须非常小而薄,因此对于器件封装提出了很高的要求,产业需要找寻最优的封装技术。

加大人才和资本投入推动国产射频前端器件做深做全

我国的射频前端器件产业要想做好以上基础工作,必须要加强对人才的培养投入。张博士介绍,射频前端器件涉及射频集成电路、射频MEMS、声学、封装等多个专业领域,对人才和技术要求比较高。例如射频滤波器不仅需要MEMS设计人员、工艺人员,还需要懂声学理论和微声学器件制造的设计人员,这方面的人才在国内非常稀缺。此外,因为射频前端器件在大类上属于集成电路芯片,严重依赖于代工厂的生产和品质控制,因此打造国产射频前端器件除了需要上述研发人员外,对代工厂技术人员也有较高的要求。

张博士建议,要想加强产业的优秀人才集聚,首先要以更开放、更包容的心态去引进国外人才,如果无法吸引国外优秀工程师到国内来,可以到国外开办设计中心,聘请当地有实力的技术工程师;第二要重视现有的技术人才,半导体的知识结构需要有较长的积累,射频工程师尤其如此,企业要在留人、用人方面多下功夫;第三是加强后备人才的培养,加大力度吸引学生或专业人才进入集成电路行业,尤其是技术含量较高的射频领域。

左蓝微电子已吸纳了国内外众多优秀的人才,团队中既有一批半导体和电子工程领域的杰出专家,也有行业内具有多年经验的成功企业家、海外高层次留学人才,核心团队由“千人计划”成员、特聘专家组成。公司在美国马里兰设置了研发中心,公司芯片设计团队来自国内外知名的IC设计企业,拥有多款射频类IC产品设计量产经验,系统团队来自众多知名公司的博士团队,在行业中拥有突出的人才实力。

基于不断加强的人才积累和技术积累,左蓝微电子的发展规划是先从射频的基础工作做起,从材料模型的设计做起,然后立足高端射频前端器件的开发,推动产品做深做全。目前公司已经推出了样品,性能达到国内先进水平,通过了10多个手机项目的性能验证,预计明年将会批量生产。下一阶段,左蓝微电子将针对市场需求的产品做到全覆盖,低端采用SAW方案,中高端采用TC-SAW和BAW方案,在面向未来的毫米波领域采用MEMS解决方案。在此基础上,针对客户和市场需求有目的进行多规格模组开发,进一步增加集成度、降低成本。

张博士表示,想要做到产业链的整合和人才的集聚,资金的投入必不可少。近期左蓝微电子能够入选“2019中国最具投资价值企业—新芽榜50强”,也反映出投资市场对于国产射频前端器件发展的看好。在产业链的共同合作下,国产射频前端器件发展面临的挑战将有望被逐步解决,相信国产器件的市场接受度在未来会越来越高,最终产品与技术达到赶超国外巨头的水准。

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