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Forschungsbericht zur elektronischen 5g-HF-Industrie im Jahr 2021

Erscheinungsdatum: 2021Quelle des Autors: KinghelmAufrufe: 735


1 Im 5G-Zeitalter eröffnete das RF-Frontend deterministische Wachstumschancen


1.1 Das HF-Frontend ist ein wichtiger Bestandteil des drahtlosen Kommunikationsmoduls für Mobiltelefone


Hochfrequenz ist ein wichtiger Bestandteil analoger ICs in integrierten Halbleiterschaltkreisen.Halbleiter werden in diskrete Bauelemente und integrierte Schaltkreise unterteilt. Entsprechend den Eigenschaften der Signalverarbeitung werden integrierte Schaltkreise in analoge ICs und digitale ICs unterteilt. Digitale ICs werden zur Verarbeitung digitaler Signale (z. B. CPU, Logikschaltungen) und analoge ICs zur Erfassung realer Signale (einschließlich Licht, Ton, Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw.) verwendet. , Druck, Strom, Konzentration usw.) und Verarbeitung einschließlich Verstärkung, Filterung usw. können je nach Art des verarbeiteten Signals weiter in Leistungs-IC, Signalkette, Hochfrequenz usw. unterteilt werden. Zu den HF-Geräten gehören hauptsächlich Leistungsverstärker, HF-Schalter und rauscharme Verstärker. Darüber hinaus sind die Filter im HF-Frontend passive Geräte (passive Komponenten) und Halbleiter aktive Geräte.

Das RF-Frontend ist ein wichtiger Teil des drahtlosen Kommunikationsmoduls des Mobiltelefons.Das drahtlose Kommunikationsmodul des Mobiltelefons besteht aus vier Teilen, nämlich der Antenne, dem Hochfrequenz-Frontend (RFFE, Radio Frequency Front-End), dem Hochfrequenz-Transceiver (RF Transceiver) und dem Basisband (BB, Base). Band), die zusammen den Empfangspfad/Downlink (d. h. Empfangen, Rx) und den Sendepfad/Uplink (d. h. Senden, Tx) bilden. Einfach ausgedrückt bezieht sich das Basisbandsignal auf das erforderliche Verarbeitungssignal, z. B. das vom Mikrofon empfangene Audio, aber seine Frequenz ist niedrig, was für die Entfernungsübertragung nicht geeignet ist (zum einen ist die Länge der Antenne proportional zur Wellenlänge). und der andere ist, dass die Ressourcen des Niederfrequenzspektrums begrenzt sind. Daher ist es notwendig, das niederfrequente Basisbandsignal auf die höherfrequente elektromagnetische Welle zu laden, dh den Hochfrequenzstrom als Träger zu verwenden. Der obige Prozess wird Basisbandmodulation genannt (der umgekehrte Prozess ist Demodulation), während das HF-Frontend das HF-Signal filtert und verstärkt.

Das HF-Frontend filtert und verstärkt das Signal über PA und Filter. Zu den Hauptkomponenten des HF-Frontends gehören: Leistungsverstärker (PA, Leistungsverstärker), Filter (Filter), Schalter (Schalter), rauscharmer Verstärker (LNA, rauscharmer Verstärker), Tuner (Tuner), Dual/Multiplexer ( Du /Multiplexer).


(1) PA: Im Allgemeinen im Uplink platziert, wird es zur Erhöhung der Signalleistung verwendet und ist ein aktives Gerät. Aufgrund der Verbindungsdämpfung bei der drahtlosen Übertragung muss die Leistung des Signals am Sender groß genug sein, um eine Übertragung über große Entfernungen zu gewährleisten, und der PA muss Energie aus dem Netzteil beziehen, um die Ausgangsleistung des Signals zu verstärken. Zu den wichtigsten Prozesstechnologien gehören Niederfrequenz-Si-CMOS und Hochfrequenz-GaAs/GaN.


(2) Filter: Filtert andere Frequenzen als eine bestimmte Frequenz heraus, bei der es sich um ein passives Gerät handelt. Ein Filter besteht aus einer Kombination von Widerständen, Induktivitäten und Kondensatoren, wobei Induktivitäten hochfrequente Signale blockieren und niederfrequente Signale passieren lassen, während Kondensatoren das Gegenteil bewirken. Der Filter verfügt über vier Modi: Tiefpassfilter (zum Herausfiltern von Hochfrequenzsignalen), Hochpassfilter (zum Herausfiltern von Niederfrequenzsignalen) oder eine Kombination aus beiden, um einen Bandpassfilter und ein Band zu bilden -Filter stoppen. Zu den wichtigsten Prozesstechnologien gehören SAW, TC-SAW, BAW-FBAR und BAW-SMR.


(3) Sonstiges: Der Schalter dient zum Umschalten des HF-Transceiver-Kanals; Der LNA befindet sich auf dem Empfangskanal, unterdrückt Rauschen und verstärkt das schwache, von der Antenne empfangene Signal. Der Duplexer besteht aus einem Filter am Empfangsende und einem Filter am Sendeende, die zur Isolierung von HF-Transceiverkanälen verwendet werden.


Der Wert von PA und Filter beträgt 34 ​​% bzw. 54 %. Zu den Hauptkosten von Mobiltelefonen zählen Displays (ca. 20 %), Kameras (ca. 10 %) und Motherboards, von denen das Motherboard hauptsächlich drei Hauptchips enthält, nämlich den Hauptchip (ca. 15 %), den Speicherchip (ca. 10 %). %) und das RF-Frontend (ca. 10 %). 8 %). Im HF-Frontend sind PA und Filter mit 34 % bzw. 54 % die beiden Geräte mit dem höchsten Wert.


1.2 Die Erschließung neuer Frequenzbänder durch den Wechsel der Kommunikationsgenerationen ist die zentrale Triebkraft für das Wachstum des HF-Frontends


5G verbessert die Datenübertragungsgeschwindigkeit durch Erweiterung der Bandbreite und Erhöhung der Anzahl der Kanäle, und das neue Frequenzband erfordert die Unterstützung von RF-Front-End-Geräten. Die bedeutendste Veränderung beim Kommunikationsgenerationenwechsel von 2G zu 5G ist die Erhöhung der Datenübertragungsgeschwindigkeit. Nach dem Gesetz von Shannon gehören zu den wichtigsten Mitteln zur Verbesserung der Datenübertragungsgeschwindigkeit: (1) Erhöhen der Bandbreite BW (Hinweis: Die Bandbreite bezieht sich auf den vom modulierten Träger belegten Frequenzbereich, d. h. auf die Differenz zwischen der oberen und unteren Frequenz Grenzwerte, in Hz); (2) Erhöhen der Anzahl m der Empfangs-/Sendekanäle; (3) Verbessern Sie das Signal-Rausch-Verhältnis SNR (dh S/(N+1), wobei S die Signalleistung (W) und N die Rauschleistung (W) ist). Konkret gilt im 5G-Zeitalter:


(1) Methode 1: Erhöhen Sie die maximale Bandbreite von 20 MHz bei 4G auf 100 MHz bei 5G, indem Sie die riesigen Hochfrequenzbandressourcen freischalten (dh das neu hinzugefügte 5G-Frequenzband); → Auswirkungen auf das RF-Frontend: 5G-Mobiltelefone müssen abwärtskompatibel sein 2 Zusätzlich zum /3/4G/-Frequenzband müssen auch entsprechende Funkfrequenzgeräte hinzugefügt werden, um dem neuen 5G-Frequenzband zu entsprechen.


(2) Methode 2: Effizientere Nutzung der Spektrumressourcen durch Erhöhung der Anzahl der Kanäle → Auswirkungen auf das HF-Frontend: Im Vergleich zu 1T2R (eine kleine Menge von 1T4R) im 4G-Band wird das 5G-Band implementiert (im Rahmen der NSA). Standard) 1T4R/(SA) Standard) 2T4R.


1.2.1 Zwei Hauptmethoden zur 5G-Beschleunigung: Freischaltung von Hochfrequenzressourcen zur Erweiterung der Bandbreite und Erhöhung der Anzahl der Kanäle zur Verbesserung der Übertragungseffizienz


Das Streben nach schnelleren Übertragungsgeschwindigkeiten hat den Wandel im Kommunikationszeitalter vorangetrieben, und 5G wird im Jahr 2020 offiziell freigeschaltet. 1G wurde in den 1990er Jahren geboren, geprägt vom großen Bruder von Motorola. 2G begann im frühen 20. Jahrhundert und es kamen erstmals Feature-Phones von Motorola und Nokia auf den Markt. Die 3G-Ära begann mit der Einführung des iPhone 3G im Jahr 2008, und dann eroberten Smartphones, die mobile Multimedia-Technologie unterstützen, die Welt im Sturm. Die 4G-Ära begann im Jahr 2013. Schnellere Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglichten die digitale Wirtschaft und das mobile Internet begann, vom Konsumbereich in den Produktionsbereich vorzudringen (z. B. Live-Video, mobiles Einkaufen usw.). 5G wird im Jahr 2020 eingeführt, und die höhere Geschwindigkeit wird zu einer Verlagerung der Kommunikationsszene vom mobilen Internet zum Internet der Dinge führen.


Drei Hauptanwendungsszenarien im 5G-Zeitalter: eMBB, mMTC und uRLLC. 3GPP definiert die drei Hauptanwendungsszenarien von 5G als eMBB (erweitertes mobiles Breitband, angewendet auf 3D/UHD-Video, d. h. mobile Internetszenarien), mMTC (massenmaschinenartige Kommunikation, angewendet auf Smart Homes und Smart Cities, d. h. Internet der Dinge). Szene) und uRLLC (extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz für unbemanntes Fahren, mobile Medizin, industrielle Automatisierung usw., also die Internet-of-Things-Szene).


Die erste Methode zur Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit im 5G-Zeitalter besteht darin, durch die Erschließung der riesigen Hochfrequenzbandressourcen mehr Bandbreite zu erhalten.


2G-4G nutzt hauptsächlich das 600-MHz-3-GHz-Frequenzband, und 5G erweitert sich auf die Sub-6-GHz- und Millimeter-Frequenzbänder. Elektromagnetische Wellen sind elektromagnetische Felder, die sich durch elektrische und magnetische Felder in Form von Wellen im Raum bewegen, sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten und entsprechend der Frequenz in Lichtwellen und Radiowellen unterteilt werden (Frequenzbereich liegt zwischen 300 kHz und 300 GHz). ). Unter anderem werden Funkwellen häufig in Bereichen der drahtlosen Kommunikation wie Rundfunk, Mobilkommunikation, Meteorologie, Satellitenkommunikation sowie Navigation und Positionierung eingesetzt. Um sicherzustellen, dass sich die in verschiedenen Bereichen genutzten Spektrumsressourcen nicht gegenseitig stören, hat die Internationale Fernmeldeunion (ITU) internationale Funkvorschriften erlassen, um drahtlose Frequenzbänder einheitlich zu planen. Derzeit sind die meisten Low-Band-Ressourcen (600 MHz, 3 GHz) von 1G-4G belegt. 5G hingegen hat durch den technologischen Fortschritt die Spektrumsressourcen auf das Sub-6-GHz-Frequenzband (d. h. FR1-Segment) und das Millimeterwellenband (d. h. FR2-Segment) erweitert.


Nachdem das Hochfrequenzband freigeschaltet ist, wird die maximale Bandbreite von 20 MHz für 4G auf 100 MHz für 5G erhöht. Unter den beiden durch 5G freigeschalteten Frequenzbändern verfügt das FR1-Frequenzband über eine Gesamtbandbreite von 6 GHz (Hinweis: 600 MHz bis 3 GHz wird größtenteils von 1G bis 4G belegt), und das FR2-Frequenzband verfügt über eine Gesamtbandbreite von 249 GHz (Hinweis: Der Millimeterband-Frequenzbereich beträgt 3–300 GHz, mit Ausnahme von zwei speziellen Frequenzbändern, die nicht im Kommunikationsbereich verwendet werden können, Sauerstoffabsorptionsabschnitt 57–64 GHz, Wasserdampfabsorptionsabschnitt 164–200 GHz). Und breitere Spektrumsressourcen bedeuten eine größere Bandbreite. Im Vergleich zur maximalen 4G-Einzelträgerbandbreite von 20 MHz (durch Trägeraggregation (CA, Carrier Aggregation) können 40/60 MHz erreicht werden) wird die maximale 5G-Bandbreite auf 100 MHz erhöht.


Methode 2 zur Verbesserung der Übertragungsgeschwindigkeit im 5G-Zeitalter: Verbesserung der Nutzungseffizienz durch Erhöhung der Anzahl der Kanäle


Das Endgerät verwendet 1T4R (unter NSA)/2T4R (unter SA) im 5G-Frequenzband, während das 4G-Frequenzband nur 1T2R ist. MIMO-Technologie (Multi-Input Multi-Output), d. h. sowohl der Sender als auch der Empfänger verfügen über mehrere Antennen und jede sendet/empfängt Signale unabhängig voneinander. Es gibt drei Möglichkeiten, die Übertragungsrate zu verbessern: (1) räumliches Multiplexing. Verschiedene Antennen übertragen unterschiedliche Informationen, was einfach als Verlegung eines Viadukts verstanden werden kann, wodurch die Übertragungsrate verdoppelt werden kann, ohne die Bandbreite zu erhöhen. (2) Räumliche Diversität (räumliche Diversität): Verschiedene Antennen senden dieselben Informationen, sodass auch bei Störungen auf einem Kanal die elektromagnetischen Wellen von 1T2R weiterhin Informationen empfangen können, wodurch die Möglichkeit einer gleichzeitigen Signaldämpfung verringert und somit verbessert wird die Signalqualität. Theoretisch kann 1T2R einen Gewinn von bis zu 3 dB erzielen; (3) Strahlformung (Beamforming), indem mehrere Antennen einen gerichteten Strahl erzeugen, der die Energie in der zu übertragenden Richtung konzentriert, um die Signalqualität zu erhöhen. Für Endgeräte wird das 5G-Frequenzband nicht mehr das standardmäßige 1T2R (ein kleiner Teil von 1T4R) des 4G-Frequenzbands verwenden, sondern 1T4R (unter dem NSA-Standard) und 2T4R (unter dem SA-Standard) implementieren. (Hinweis: 1T4R bedeutet, dass das Endgerät 1 Uplink + 4 Downlinks umfasst).


1.2.2 Das neue Frequenzband von 5G muss an die entsprechenden RF-Frontend-Geräte angepasst werden


Aufgrund der Notwendigkeit der Abwärtskompatibilität mit alten Frequenzbändern führt der Wechsel der Kommunikationsgenerationen dazu, dass die Anzahl der abgedeckten Frequenzbänder zunimmt. Einfach ausgedrückt: Wenn ein 5G-Mobiltelefon weltweit und in verschiedenen Betreibernetzen eingesetzt werden soll, muss es eine vollständige Abdeckung der drahtlosen Kommunikationsfrequenzbänder durch Multimode und Multifrequenz erreichen, einschließlich (1) der vertikalen Dimension : Abwärtskompatibilität 2/3/4G-Frequenzband, (2) Horizontale Dimension: Kompatibel mit verschiedenen Frequenzbändern von Betreibern auf der ganzen Welt. Am Beispiel des iPhones können wir sehen, dass mit der Weiterentwicklung des Kommunikationszeitalters von 3G zu 4G die Anzahl der von Mobiltelefonen unterstützten Frequenzbänder von etwa 10 Frequenzbändern im 3G-Zeitalter auf etwa 40 Frequenzbänder im 4G-Zeitalter gestiegen ist .


Im 4G-Zeitalter decken High-End-Modelle fast 40 Frequenzbänder ab, und Mobiltelefone der Einstiegsklasse decken mehr als 10 Frequenzbänder ab. Im Allgemeinen handelt es sich bei Mobiltelefonen der mittleren bis unteren Preisklasse um regionale Versionen, die weniger Frequenzbänder unterstützen. Nimmt man die verschiedenen Mobiltelefonmodelle, die in der zweiten Jahreshälfte 2016 auf den Markt kamen, als Beispiel: Das Xiaomi Redmi 4A unterstützt weniger als 20 Frequenzbänder, weit weniger als die fast 40 Frequenzbänder des iPhone 7 im gleichen Zeitraum. Darüber hinaus haben wir die Anzahl der im 4G-Zeitalter häufig genutzten Frequenzbänder gezählt, darunter 25 4G-Frequenzbänder, 10 3G-Frequenzbänder und 4 2G-Frequenzbänder.


Im 5G-Zeitalter werden FR1/FR2-Ressourcen entwickelt, und das Frequenzband n77/n78 ist derzeit das am weitesten verbreitete. Die FR1FR2-Spektrumsressourcen für 5G wurden auf der WRC-15WRC-19 (Weltfunkkonferenz 15/19) zugewiesen. (1) FR1-Segmentressourcen: Seit 2016 haben große Länder/Regionen auf der Welt damit begonnen, 5G-Spektrum zuzuweisen, wobei das 600/700-MHz-Frequenzband in einigen Ländern in Europa und den Vereinigten Staaten genutzt wird, während das n77 (3.3- 4.2 GHz)/n78 (3.3–3.8 GHz) Es ist derzeit das am weitesten verbreitete Spektrum für 5G NR, und n79 (4.4–5 GHz) wird hauptsächlich von China, Japan und Russland gefördert. (2) FR2-Segmentressourcen: Die WRC-19 hat eine Einigung über die Zuteilung des Millimeterwellenspektrums für IMT-2020 (5G) erzielt, die in den Frequenzbereichen 24.25–27.5 GHz, 37–43.5 GHz, 45.5–47 GHz und 47.2 GHz durchgeführt wird -48.2- und 66-71-GHz-Frequenzbänder teilen.


China Mobile erhält das Frequenzband n41/n79 und China Telecom und China Unicom nutzen das Frequenzband n78. Der Frequenzzuteilungsplan der drei großen Betreiber meines Landes wurde Ende 2018 offiziell ins Leben gerufen. Dem Plan zufolge erhielt China Mobile die Frequenzbänder 2.6 GHz (n41) und 4.9 GHz (n79) mit einer Gesamtbandbreite von 260 MHz China Telecom/China Telecom hat neu das 3.5-GHz-Frequenzband erhalten (n78). , 100 MHz Bandbreite bzw. China Darunter sind n78/n79 neu hinzugefügte Frequenzbänder, und das Frequenzband 2575–2635 MHz (gehört zu n41) ist das Rekultivierungsfrequenzband des TD-LTE (4G)-Frequenzbands von China Mobile.


5G-Mobiltelefone unterstützen im Allgemeinen mehr als 5 5G-Frequenzbänder und können bis zu 17 5G-Frequenzbänder unterstützen. Wir haben die aktuellen Mainstream-5G-Mobiltelefone der ersten Generation gezählt und festgestellt, dass n41/n78/n79 neben der Unterstützung der drei Frequenzbänder n1/n3/n77 auch mehr abdeckt und das OPPO High-End Find X2 Pro sogar 10 unterstützt 5G-Frequenzbänder. Darüber hinaus müssen 5G-Mobiltelefone gemäß mobilfunkbezogenen Empfehlungen mindestens zwei Frequenzbänder n78/n79 hinzufügen, und es wird empfohlen, drei Frequenzbänder n1/n3/n41 hinzuzufügen. Laut dem neuesten 3GPP Release 17 gibt es im FR56-Frequenzband unter dem 1G NR-Standard insgesamt 5 Frequenzbänder, wobei n78/n79 derzeit weltweit am weitesten verbreitet sind.


5G fügt neue Frequenzbänder hinzu und es ist notwendig, RF-Frontend-Geräte hinzuzufügen, um dies zu unterstützen. Die aktuelle Mainstream-4G-HF-Frontend-Architektur verwendet hauptsächlich TRX (Empfangspfad + Sendepfad) + DRX (Diversity-Empfang), um den 1T2R-Modus zu erreichen, und sowohl TRX- als auch DRX-Pfade werden durch integrierte Module implementiert. Einfach ausgedrückt ist jedes Frequenzband je nach Frequenz in sechs bis acht Module integriert, nämlich GSM/LB/MB/HB PAMID-Module und GSM/LB/MB/HB Diversity FEM-Module. Im 5G-Zeitalter müssen mindestens zwei Kanäle hinzugefügt werden, die den n78/n79-Frequenzbändern entsprechen, nämlich 1T4R nach dem NSA-Standard und 2T4R nach dem SA-Standard.


1.3 Es wird geschätzt, dass der RF-Front-End-Bereich im Jahr 27.3 2024 Milliarden US-Dollar betragen wird und die CAGR in den Jahren 16-20 24 % betragen wird


Unserer Prognose zufolge wird der RF-Frontend-Markt im Jahr 27.3 2024 Milliarden US-Dollar erreichen, und die CAGR wird in den Jahren 16-20 24 % erreichen. Die letzte Runde des RF-Frontend-Marktes begann in der 4G-Ära. Die Nachfrage nach vollständigem Netcom hat die Anzahl der abgedeckten Frequenzbänder stark erhöht. Die Anzahl der häufig verwendeten Frequenzbänder ist von etwa 10 Frequenzbändern im 3G-Zeitalter auf etwa 40 Frequenzbänder im 4G-Zeitalter gestiegen. Die CAGR 2012–2019 lag bei bis zu 15 %. Die 5G-Ära wird offiziell im Jahr 2020 eingeläutet. Wir gehen davon aus, dass der RF-Front-End-Markt im Jahr 27.3 2024 Milliarden US-Dollar erreichen wird und die CAGR von 16 bis 2020 2024 % erreichen wird. Der Zuwachs ist hauptsächlich auf die neuen Frequenzbänder von 5G zurückzuführen , das sind 11.3 Milliarden US-Dollar.


2 Der Integrationsgrad wird verbessert und die Überlagerungstechnologie wird aktualisiert, um die Innovation des RF-Frontends weiterhin zu fördern


Wenn wir auf die iterative Geschichte der Kommunikationstechnologien von 2G bis 4G zurückblicken, können wir deutlich zwei parallele Entwicklungspfade für HF-Frontend-Hersteller erkennen. Selbst entwickelt, um das Layout der gesamten Produktlinie zu erhalten, besteht die zweite darin, sicherzustellen, dass durch technologische Innovation auch in der neuen Generation leistungsstarke Produkte bereitgestellt werden können.


2.1 Trend 1: Integrationsanforderungen bestimmen das Layout der gesamten Produktlinie


Um Leiterplattenfläche zu sparen und die Forschungs- und Entwicklungsschwierigkeiten der Mobiltelefonhersteller zu verringern, hat sich das HF-Frontend seit der 3G-Ära schrittweise von diskreten Geräten auf Module verlagert. Während dieser Zeit war das von japanischen Herstellern dominierte passive geräteintegrierte Produkt FEMiD (Front-End-Modul mit integrierten Duplexern) der Mainstream (hauptsächlich integrierte Filter und Schalter), während europäische und amerikanische Hersteller weiterhin aktive Geräte-PA-Produkte untersuchten. Mit dem Aufkommen der 4G-Ära besteht jedoch bei OEMs ein Bedarf an einer weiteren Integration von PA und FEMiD, nämlich dem PAMiD-Modul (PA Module Integrated Duplexer), das die Fusion und Integration von aktiven und passiven Herstellern fördert und über PA-Filter verfügt und Schalter. Auch die vier großen RF-Frontend-Giganten der gesamten Produktlinie, Qorvo, Skyworks, Broadcom (Avago) und Murata, wurden geboren.


2.1.1 Der unvermeidliche Bedarf bei der kontinuierlichen Zunahme der Anzahl der abgedeckten Frequenzbänder: die Verbesserung der Integration


Die Anzahl der abgedeckten Frequenzbänder nimmt weiter zu, sodass Mobiltelefonhersteller eine Integration benötigen. Wir glauben, dass die veränderte Nachfrage der Mobiltelefonhersteller im Zuge der Weiterentwicklung der drahtlosen Kommunikationstechnologie der Hauptgrund dafür ist, dass RFFE von diskreten Geräten zur Integration übergeht. (1) Die Anzahl der Frequenzbänder nimmt zu, aber der Platz auf der Leiterplatte ist begrenzt: Wenn weniger unterstützte Frequenzbänder und weniger RFFE-Geräte vorhanden sind, reserviert die Leiterplatte genügend Platz für das HF-Frontend, selbst wenn diskrete Geräte verwendet werden. Seit der 3G-Ära haben Mobiltelefonhersteller jedoch Multifrequenz- und Multimode-Modelle auf den Markt gebracht, sodass der begrenzte PCB-Bereich dazu geführt hat, dass das Design von RFFE integriert wurde. (2) Reduzieren Sie die Forschungs- und Entwicklungsschwierigkeiten der Mobiltelefonhersteller, um den Entwicklungszyklus neuer Produkte zu verkürzen: Als aktives Gerät wirkt sich der Wärmeverbrauch von PA auf die Arbeitseffizienz/Linearität des passiven Gerätefilters aus, sodass dies schwieriger ist um die PA und den Filter zu kombinieren. hoch. Die integrierte Lösung überträgt die technische Verbindung vom Mobiltelefonhersteller zum RFFE-Lieferanten, was die Schwierigkeit verringert, die Ausgabe der PA im Forschungs- und Entwicklungsprozess des Mobiltelefonherstellers abzugleichen, und so den Entwicklungszyklus neuer Produkte des Mobiltelefons verkürzt Telefonhersteller.


Da die RF-Frontend-Geräte heterogene Materialien verwenden, hat das integrierte Modul die Form von SiP. Im Gegensatz zu den meisten Halbleiterindustrien, bei denen die Leistung durch Verkürzung des Prozesses verbessert werden soll, hängt die Verbesserung der Leistung von HF-Frontend-Geräten von technologischen Innovationen ab. Beispielsweise verwendet PA den Halbleiter-Si+CMOS-Prozess der ersten Generation im Niederfrequenzband und den Halbleiter-GaAs+HBT-Prozess der zweiten Generation im Hochfrequenzband. Passive Gerätefilter umfassen SAW- und BAW-Technologien. Daher besteht eine wichtige Richtung der RF-Frontend-Entwicklung darin, die heterogene Integration auf einem einzigen Chip zu integrieren, d. h. mithilfe der SiP-Packaging-Technologie PA, Filter, Schalter usw. auf einem einzigen Chip unterzubringen.


Von FEMiD-Modulen im 3G-Zeitalter bis hin zu PAMiD-Modulen im 4G-Zeitalter. (1) 3G-Ära: In diesem Zeitraum war die Nachfrage nach Integration von Mobiltelefonherstellern noch gering, und das Mainstream-RFFE erschien häufig in Form von PA+FEMiD (Hinweis: FEMiD integriert hauptsächlich Filter und Schalter). Da japanische Hersteller seit vielen Jahren stark im Bereich Filter tätig sind, wird die Integration von FEMiD vor allem von den japanischen Herstellern Murata, TDK usw. vorangetrieben. (2) 4G-Ära: Die deutliche Zunahme der Anzahl der Frequenzbänder hat die Anzahl der Frequenzbänder erhöht Die Nachfrage nach Integration ist wieder hoch, und die Ausgabeanpassung von PA und anderen Geräten ist der Engpass der Integration. Daher wird diese Integrationsrunde von europäischen und amerikanischen Herstellern wie Skyworks, Qorvo, Avago usw. dominiert, die die Kerntechnologie von PA beherrschen. Sie kombinieren MMMB PA (d. h. ein einzelnes PA-Gerät, das Multimode und Multifrequenz unterstützt) und FEMiD zu einem PAMiD-Modul und unterteilen es entsprechend der Frequenz in GSM/LB/MB/HB PAMiD und das integrierte Die Form des aktuellen Mainstream-Mobiltelefons wird nach und nach festgelegt, das heißt, nur drei oder vier PAMiD-Chips können das gesamte Frequenzband abdecken.


Teardown-Vergleich: Nehmen Sie die Samsung Galaxy-Serie als Beispiel, um den Übergang von FEMiD zu PAMiD zu sehen. Nehmen Sie als Beispiel das Samsung Galaxy S4 und das Galaxy 10+: Das Samsung Galaxy S4 im 3G-Zeitalter verfügt über einen MMMB PA-Chip von Skyworks und einen FEMiD von Murata. Das 4G-Produkt derselben Serie, das Galaxy 10+, ist stärker integriert und besteht aus einem MB/HB PAMiD von Avago und einem LB PAMiD-Chip von Murata.


Die 5G-sub6-Ära könnte den Integrationsmodus von GSM/LB/MB/HB/5G PAMiD seit 4G fortsetzen. Gemessen an den veröffentlichten 5G-Mobiltelefonen (am Beispiel des Xiaomi Mi 10 und des Samsung Galaxy S20) setzt das RF-Frontend die Erfassungsmethode seit 4G fort, d vier GSM/LB/MB je nach Frequenzband. /HB PAMiD, und das neu hinzugefügte 2G-Frequenzband wird allein mit ein bis drei PAMiDs gelöst.


2.1.2 Angesichts einer hochkonzentrierten Kundenbasis bieten RF-Frontend-Hersteller zwei Sätze integrierter Lösungen an: eine vereinfachte Version und eine vollständige Netcom-Version


Die 4G-Ära hat den Aufstieg von Mobiltelefonherstellern mittlerer Preisklasse mit sich gebracht. Jede neue Generation neuer Technologien bietet Möglichkeiten für Nachzügler, sich zu übertreffen, und die 4G-Ära war Zeuge des Aufstiegs von Chinas Mittelklasse-OMEs: Der gemeinsame Marktanteil von Huawei + Xiaomi + OPPO + VIVO stieg von 18 % im Jahr 2015 auf 40 %. Während andere Hersteller mit kleinen und mittleren Marktanteilen einen Rückgang von 35 % im Jahr 2015 auf 22 % im Jahr 2019 verzeichneten.


Angesichts einer stark konzentrierten Kundenbasis im mittleren und oberen Preissegment haben RFFE-Hersteller zwei gezielte Produktserien auf den Markt gebracht. Wenn die Konzentration der nachgeschalteten Anwender zunimmt, werden maßgeschneiderte Produkte für bestimmte Anwender günstiger. Daher haben RFFE-Hersteller, darunter Skyworks und Qorvo, nacheinander zwei parallele Serien von High-End- und Mid-End-Produkten auf den Markt gebracht. Skyworks hat beispielsweise die Sky5 LiTE-Serie und die Sky5 Ultra-Serie auf den Markt gebracht, die jeweils den kostengünstigen Anforderungen von Mid-End-Benutzern und den vollständigen Netcom-Anforderungen von High-End-Benutzern gerecht werden; Im Vergleich zu High-End-Line-Produkten decken Mid-End-Line-Produkte weniger Frequenzbänder ab, hauptsächlich um den Anforderungen regionaler drahtloser Kommunikationsbedürfnisse gerecht zu werden. Am Beispiel des Mid-End-Produkts MB/HB PAMiD SKY5™-8095 deckt es insgesamt 8 Frequenzbänder für Hochfrequenz/Zwischenfrequenz ab; während das entsprechende High-End-Produkt MB/HB LPAMiD SKY5™-8265 11 Frequenzbänder abdeckt. In ähnlicher Weise hat Qorvo auch RF Flex und RF Fusion auf den Markt gebracht, um den Bedürfnissen von Mittelklasse-Benutzern bzw. High-End-Benutzern gerecht zu werden.


2.1.3 Von der Unterscheidung zur Fusions- und Übernahmeintegration: die Flut von Fusionen und Übernahmen, die durch Integration katalysiert werden


Die Trennung der 3G-Ära und die Integration der 4G-Ära. Im 3G-Zeitalter dominierten japanische Hersteller das passive Geräteintegrationsprodukt FEMiD, während europäische und amerikanische Hersteller weiterhin aktive Geräte-PA-Produkte untersuchten. Allerdings hat der Beginn der 4G-Ära die Trennlinie zwischen aktiven und passiven Herstellern durchbrochen. Die Notwendigkeit einer weiteren Integration von PA und FEMiD hat die Fusion und Integration von aktiven und passiven Herstellern gefördert. Es verfügt über eine vollständige Produktpalette an PA, Filtern und Schaltern. Auch die vier großen RFFE-Giganten wurden geboren:


Neues Murata = altes Murata (Schwerpunkt auf SAW-Filter) + PA-Geschäft von Renesas + CMOS-PA von Peregrine. Das japanische Unternehmen Murata ist führend bei passiven Komponenten mit SAW-Filtern mit hohem Q und geringem Verlust. Seit der 4G-Ära hat Murata 2012 nacheinander das PA-Geschäft von Renesas und 2014 das CMOS-PA-Geschäft von Peregrine übernommen und sich so zu einem HF-Hersteller mit umfassender Industriekette entwickelt, der Filter, PAs und Schalter integriert.


Neues Skyworks = altes Skyworks (PA-Legacy-Hersteller) + Joint Venture mit Panasonic (SAW-Filter). Im 3G-Zeitalter war Skyworks weniger wettbewerbsfähig als die anderen europäischen und amerikanischen Hersteller Avogo und RFMD; Seit es jedoch 2012 in die Lieferantenliste von Apple aufgenommen wurde und 2013 das integrierte Produkt Skyone auf den Markt brachte, begann das Unternehmen, in die erste Stufe einzusteigen. Im Jahr 2014 gründeten das Unternehmen und Panasonic gemeinsam Skyworks Filter Solution und schlossen die Übernahme im Jahr 2016 ab, um so den Mangel an Filtern auszugleichen.


Das neue Broadcom (Avago) = transformiert von Avago (beherrscht die PA und hält den BAW-FARB-Filter in der Hand). Avago entstand aus der Halbleiterabteilung des ursprünglichen HP. 1999 gliederte HP Agilent aus. Im Jahr 2005 verkaufte Agilent seine I/O-Lösungssparte, die heute Avago heißt. Im Gegensatz zu anderen Unternehmen in der gesamten Produktionskette wurden die aktuellen Produktlinien von Avago, PA und BAW-FARB, jedoch nicht durch Fusionen und Übernahmen erworben.


Neues Qorvo = RFMD (Fokus auf GaAs/GaN PA) + TriQuint (BAW-SMR-Filter). RFMD konzentriert sich auf GaAs-PA-Produkte und verfügt über GaN-Produktionskapazitäten; Früher war es eng mit Nokia verbunden, aber mit dem Fall von Nokia verlor es einen großen Markt. TriQuint verfügt zusätzlich zu GaAs/GaN-Produktionskapazitäten über BAW-SMR-Filtertechnologie. Daher glänzte Qorvo, das durch die komplementäre Integration der beiden entstand, auch im Jahr 2014 im 4G-Zeitalter weiter.


Nach der Integration im 4G-Zeitalter haben die vier Giganten das Layout der gesamten Produktlinie fertiggestellt. Durch Fusionen und Übernahmen im 4G-Zeitalter verfügen die vier Giganten derzeit über große Geräteproduktionslinien, die PAMiD-Chips produzieren können. Im Vergleich dazu sind Murata und Skyworks im Bereich der Filter besser als SAW/TC-SAW-Filter, die für niedrige Frequenzbänder geeignet sind, während Broadcom und Qorvo die BAW-Filterroute wählen; Im PA-Bereich verfügen Mainstream-Hersteller derzeit über die Möglichkeit, Hochfrequenzbänder zu produzieren. Geeignetes GaAs PA.


2.2 Trend 2: Hochfrequenztrends sind nicht aufzuhalten und neue Technologien entstehen, wenn es die Zeit erfordert

Die kontinuierliche Erschließung von Hochfrequenzressourcen erfordert von RFFE die kontinuierliche Einführung neuer Technologien, um die Leistung sicherzustellen. Darunter konzentrieren wir uns auf die beiden „strategischen Schlachtfelder“ im RF-Frontend, aktive Geräte-PA und passive Gerätefilter:


Technologie 1: Die Leistungsverbesserung von PA erfolgt hauptsächlich durch die Kombination neuer Materialien und neuer Prozesse und nicht durch eine Verkürzung des Prozesses. Das Entwicklungsgesetz digitaler Chips wie Speicherchips und Prozessoren folgt in etwa dem Mooreschen Gesetz, das heißt, die Leistung des Chips verdoppelt sich alle 18 Monate (das heißt, mehr Transistoren machen ihn schneller). Das Schrumpfen bringt keine Leistungsverbesserungen und Kostensenkungen: (1) Die Durchbruchspannung nimmt mit der Größenreduzierung ab, und für PAs sind hohe Betriebsspannungen erforderlich, um eine hohe Ausgangsleistung bereitzustellen. (2) Die Gesamtgröße der analogen Schaltung schrumpft nicht proportional mit der Verringerung der Strukturgröße (z. B. der Induktivität), sodass die Kosten pro Chip beim fortgeschrittenen Prozess nicht sinken, sondern steigen. Wenn wir uns die Technologieveränderungen der letzten Generationen ansehen, können wir erkennen, dass der gängige Entwicklungspfad von PA (1) terminal ist: von Si CMOS zu GaAs HBT/GaAs HEMT; (2) Basisstation: von Si LDMOS zu GaN HEMT.


Technologie 2: Im Hochfrequenzband wird der Filter von der SAW-Technologie auf die BAW-Technologie migriert. Ähnlich wie bei PAs müssen auch Filter eine hohe Leistung in höheren Frequenzbändern und größeren Bandbreiten aufrechterhalten. In der 2G-Ära waren SAW-Filter die Mainstream-Technologie und Murata der Industriestandard; Allerdings ist es den japanischen Herstellern seit der 3G-Ära aufgrund der kontinuierlichen Forschung und Handwerkskunst nicht gelungen, eine gute Leistung in Hochfrequenzbändern zu erzielen (einschließlich geringer Einfügungsdämpfung, hoher Q-Wert usw.), während europäische und amerikanische Hersteller, vertreten durch Qorvo und Broadcom, zurückgetreten sind durch Hochfrequenz-BAW-Filter auf die Bühne, die dennoch eine hohe Leistung aufrechterhalten können.


2.2.1 PA: Im Hochfrequenzzeitalter ist GaAs/GaN weiterhin führend


Die größte Designschwierigkeit von PA: das Gleichgewicht zwischen Effizienz und Linearität. Der PA bezieht Energie von der Stromversorgung, um die Leistung des Ausgangssignals zu erhöhen. Das heißt, wenn die Wellenform des Ausgangssignals mit dem Eingangssignal übereinstimmt, wird die Amplitude des Ausgangssignals erhöht. Zu den wichtigsten technischen Indikatoren gehören: (1) Ausgangsleistung, d. h. wie viel Ausgangsleistung erreicht werden muss, um die Übertragungsentfernung sicherzustellen; (2) Effizienz, d. h. das Verhältnis der Ausgangsleistung zur vom Netzteil bereitgestellten Leistung, wird zur Messung des Stromverbrauchs bei gleicher Ausgangsleistung verwendet. (3) Linearität, d. h. das Verhältnis der Ausgangsleistung zur Eingangsleistung, Nichtlineare Verzerrungen erzeugen neue Frequenzkomponenten und verursachen Störungen im übertragenen Signal. Zwischen Effizienz und Linearität besteht jedoch ein Widerspruch, der schwer zu vereinbaren ist. Daher ist das Gleichgewicht zwischen Effizienz und Linearität das Hauptproblem, das beim PA-Design berücksichtigt werden muss: (1) Hohe Effizienz erfordert hohe Leistungsabgabe: Effizienz ist proportional zur Ausgangsleistung, und bei maximaler Leistung ist die höchste Effizienz (50 %- 60 %) wird bei hoher Leistung erreicht; (2) Bei hoher Ausgangsleistung kann die Linearität nicht garantiert werden: Wenn die Eingangsleistung innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, hat die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers eine lineare Beziehung zur Eingangsleistung, aber wenn die Eingangsleistung zunimmt, erreicht sie einen bestimmten Wert , die Ausgangsleistung steigt nicht weiter an, das heißt, sie tendiert dazu, die Ausgangsleistung zu sättigen.


Die Erschließung von Hochfrequenzbändern bringt GaAs/GaN mit höheren Sättigungselektronengeschwindigkeiten auf die Bühne. Im Prozess der Entwicklung von 2G zu 5G im Kommunikationszeitalter ist die zunehmende Schwierigkeit des PA-Designs hauptsächlich darauf zurückzuführen, wie eine hohe Leistung (hauptsächlich Linearität, Effizienz, Ausgangsleistung usw.) bei höheren Betriebsfrequenzen aufrechterhalten werden kann. Im Vergleich zum aktuellen Mainstream-Halbleitermaterial Si (das etwa 95 % des Marktes ausmacht) (1) eignen sich die Halbleitermaterialien GaAs und GaN der zweiten und dritten Generation besser für Hochfrequenz-Arbeitsumgebungen: Die Arbeitsfrequenz des Halbleiters ist positiv hängt mit der Migrationsgeschwindigkeit der Sättigungselektronen zusammen. Daher eignen sich GaAs- und GaN-Materialien besser für Hochfrequenz-Arbeitsumgebungen. (2) Im Vergleich zu GaAs eignet sich GaN besser für eine hohe Leistungsabgabe: GaN hat als Material mit großer Bandlücke (d. h. die Bandlücke beträgt bis zu 3.4 eV) eine höhere Durchbruchspannung und ist daher besser geeignet als ein Hochleistungsmaterial.


Sub-5-GHz-Segment der 6G-Ära: Terminals verwenden weiterhin GaAs und Basisstationen wechseln von Si-LDMOS zu GaN. Die physikalischen Eigenschaften eines Materials bestimmen seine Leistung in verschiedenen Arbeitsumgebungen. Betrachtet man die beiden Aspekte Ausgangsleistung und Betriebsfrequenz, können wir erkennen, dass das Material und die Technologie von PA die folgenden Trends aufweisen: (1) Terminal (mobiles Terminal): Im 2G-Zeitalter ist kostengünstiges Si-CMOS der Hauptprozess; Ab 3G ist GaAs HBT zum Mainstream-Material geworden. Im Vergleich zu GaN hat GaAs eine maximale Leistung von nicht mehr als 5 W und eignet sich daher besser für Endgeräte (der Leistungsbereich am Mobiltelefon liegt bei etwa 27.5 bis 28 dBm oder 0.4 bis 0.5 W). (2) Basisstation: Seit der 4G-Ära wurde GaN schrittweise kommerzialisiert; Im 5G-Zeitalter besteht in der Branche Konsens darüber, dass GaN Si-LDMOS schrittweise ersetzen wird.


Millimeterband im 5G-Zeitalter: Mehrere Lösungen für terminales GaAs, GaN und lnP sind parallel. Derzeit gibt es noch Kontroversen über die Auswahl von Endmaterialien im Millimeterwellenband. Es gibt mehrere parallele Forschungsprogramme für GaAs HEMT, lnP HBT und GaN bei IDM-Herstellern. Im Vergleich zu GaAs verfügt GaN über eine höhere Leistungsdichte und eine höhere Grenzfrequenz, wodurch die Anzahl der Transceiverkanäle und die Chipgröße effektiv reduziert werden können und voraussichtlich eine Lösung für Endgeräte werden wird. Qorvo hat beispielsweise ein GaN-Modul QPF4006 auf den Markt gebracht, das PALNA-Schalter integriert und für 5G-Basisstationen und Terminals mit 39 GHz geeignet ist; Sein Übertragungskanal bietet eine Kleinsignalverstärkung von 23 dB und eine gesättigte Ausgangsleistung von 2 W, und die Gehäusegröße von 4.5 mm x 4.0 mm kann die Anforderungen an phasendichte Gitterabstände für Array-Anwendungen erfüllen.


Aus Kostengründen verwenden GaN-Geräte meist SiC/Si als Substrat. Aufgrund der hohen Kosten für die Verwendung homogener Materialien als Substrate verwendet GaN meist heterogene Substrate, darunter: GaN-auf-Saphir (die Haupttechnologie von LED), GaN-auf-SiC, GaNon-Silizium, wobei die beiden letzteren die Alternative sind ist das RF-Frontend. Die Wärmeleitfähigkeit von GaN-auf-SiC ist dreimal so hoch wie die von GaN-auf-Si, wodurch Geräte mit höheren Spannungen und höheren Leistungsdichten betrieben werden können. Daher verwenden die meisten kommerziellen GaN-HF-Geräte in der Branche derzeit dieses Verfahren.


2.2.2 Filter: Im 5G-Zeitalter sind BAW-Filter leistungsfähiger


Die wichtigsten technischen Indikatoren des Filters: Qualitätsfaktor Q-Wert und Einfügedämpfung. Der Filter führt eine spezifische Abschirmung von Frequenzbändern durch die Kombination von Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen durch. Der Frequenzbereich, in dem das Signal nicht wesentlich gedämpft wird, wird als Durchlassband bezeichnet, und der Bereich, in dem das Signal deutlich gedämpft wird, wird als Sperrband bezeichnet. Die Position der Dämpfung bei 3 dB (dh die Frequenz, die einer Leistungsdämpfung von etwa 50 % entspricht) wird als Grenzfrequenz bezeichnet. Die wichtigsten Indikatoren zur Messung der Leistung des Filters sind: (1) Der Einfügungsverlust misst den Grad der Signaldämpfung: Der Einfügungsverlust (Insertion Loss) bezieht sich auf die Dämpfung des Originalsignals im Schaltkreis aufgrund der Einführung des Filters 10lg (Po/Pi) Berechnung (Po ist Ausgangsleistung, Pi ist Eingangsleistung), in dB, d. h. je geringer die Einfügungsdämpfung, desto geringer der Stromverbrauch. (2) Der Q-Wert misst die Selektivität: Der Q-Wert (Qualitätsfaktor, Qualitätsfaktor) ist das Verhältnis der Mittenfrequenz des Filters zur -3-dB-Bandbreite, mit dem die Fähigkeit des Filters beschrieben wird, benachbarte Frequenzen zu unterscheiden. Je breiter die Bandbreite des Filters, desto höher der Q-Wert, je schmaler die Bandbreite des Filters, desto „selektiver“.


Der Akustikfilter filtert die Frequenzen beim Umwandlungsprozess „elektrisch→akustisch→elektrisch“. Wenn eine Spannung an den Kristall angelegt wird, erfährt der Kristall eine mechanische Verformung und wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um; Wenn der Kristall dagegen mechanisch komprimiert oder gedehnt wird, werden auf der gegenüberliegenden Seite der Kristallstruktur Ladungen gebildet, die es ermöglichen, dass Strom in die Anschlüsse fließt und/oder sich zwischen den Anschlüssen bildet. Stromspannung. Und der akustische Filter befindet sich im Prozess der Umwandlung von elektrisch → akustisch → elektrisch, die Frequenz wird abgeschirmt. Schallwellen können sich in Festkörpern auf zwei Arten ausbreiten: Die eine ist die akustische Volumenwelle (d. h. sie wird in Form von Longitudinal- oder Transversalwellen innerhalb des Festkörpers übertragen) und die andere ist die akustische Oberflächenwelle, die der BAW (akustische Volumenwelle) entspricht Filter) bzw. SAW (Surface Acoustic Wave). , Oberflächenwellenfilter).


Zu den aktuellen Mainstream-Akustikfiltern gehören SAW und BAW. (1) SAW-Filter: Es besteht aus einem piezoelektrischen Substrat und einem beidseitig abgedeckten Interdigitalwandler (IDT). Ersteres besteht hauptsächlich aus Quarz, Lithiumtantalat (LiTaO3) oder Lithiumniobat (LiNbO3) usw.; Letzteres ist eine kammartige Metallschicht, die zur Umwandlung von Elektrizität in Schall und Schall in Elektrizität dient. Wenn sich eine Schallwelle entlang der Oberfläche eines elastischen Materials ausbreitet, nimmt ihre Amplitude exponentiell mit der Tiefe in die Oberfläche ab. (2) BAW-Filter: Das piezoelektrische Substrat (Piezoschicht) besteht aus Quarzkristall, und auf der Ober- und Unterseite befinden sich Metallelektroden (elektrischer Anschluss). Die Metallplatten auf der Ober- und Unterseite des Quarzes regen Schallwellen an, die zwischen dem Patch und dem Kristall hin und her springen und innerhalb des piezoelektrischen Films oszillieren, um stehende Wellen zu bilden. Entsprechend den unterschiedlichen Arten der Erfassung und Ableitung von Schallenergie können BAW-Filter in SMR (Solid-Body-Bulk-Acoustic-Wave-Filter) und FBAR (Film-Bulk-Acoustic-Wave-Filter) unterteilt werden.


Sub-1-GHz-SAWs bieten Kostenvorteile und 1- bis 6-GHz-BAWs bieten eine bessere Leistung. (1) SAW-Filter haben Kostenvorteile, aber eine schlechte Hochfrequenzleistung und eine schlechte Empfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen: Da SAW-Filter auf Wafern montiert werden, können sie zu geringen Kosten in Massenproduktion hergestellt werden. Sein Funktionsprinzip bestimmt jedoch, dass der IDT-Abstand umso kleiner ist, je höher die Frequenz ist, was dazu führt, dass es im Frequenzband über 1 GHz eine schlechte Leistung erbringt und nur das 2.5-GHz-Frequenzband unterstützen kann. Darüber hinaus nimmt die Leistung des SAW-Filters mit zunehmender Temperatur ab. Zu diesem Zweck hat Murata eine Schutzschicht auf dem IDT (d. h. TC (temperaturkompensiert)-SAW-Filter) angebracht, und seine Leistung und sein Preis liegen zwischen BAW und SAW. (2) BAW hat eine bessere Hochfrequenzleistung und ist unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen: BAW-Filter sind teurer, aber da ihre Schallenergiedichte sehr hoch ist und sie Schallwellen effektiver einfangen können, haben sie eine geringere Einfügungsdämpfung. Die Hochfrequenzleistung ist besser; Darüber hinaus hat es den Vorteil, dass es kleiner und weniger temperaturempfindlich ist. BAW kann derzeit Frequenzen bis zu 6 GHz verarbeiten.


Im Vergleich zu den beiden BAW-Filtern ist die Wärmeableitung von SMR besser als die von FBAR, was für die von Hochfrequenzbändern geforderte hohe Leistungsabgabe geeignet ist. Mit zunehmender Betriebsfrequenz nimmt auch die Signaldämpfung zu. Daher muss der Filter leistungsstarke HF-Signale unterstützen, um die Übertragung über große Entfernungen zu gewährleisten. Daher ist die Wärmeableitung in Hochfrequenzbändern äußerst wichtig. Einer der grundlegenden Unterschiede zwischen FARB und SMR ist der Wärmeleitungspfad: SMR verfügt über einen Wärmeleitungspfad, der zum Substrat führt und Wärme über das Substrat ableitet. Während bei FARB auf jeder Seite Luftspalte vorhanden sind, ist der Wärmeleitungspfad relativ klein. schwach. Pro Watt Sendeleistung ist der SMR also um 20 °C höher und der FBAR um 70 °C höher.


Im 4G-Zeitalter macht der Wert von BAW im Filter 40–50 % aus. Laut Statistik beträgt die durchschnittliche Anzahl von SAW-, TC-SAW- und BAW-Filtern pro 4G-Mobiltelefon etwa 30+/10/20. Insgesamt werden BAW-Filter seltener eingesetzt, aber aufgrund ihres hohen Preises macht der Wert von BAW in 4G-Mobiltelefonen fast die Hälfte aus; Am Beispiel eines regionalen und voll ausgestatteten Netcom-Mobiltelefons beträgt der Wert des eigenständigen Filters jeweils 4/7.25. USD, wovon der Wert der BAW-Filter 40–50 % ausmacht. Abbildung 55. Anzahl der Einzelfilter (Stück/Einheit) Abbildung 56. Wert der Einzelfilter


Die Hochfrequenzfilterung und die große Bandbreite von 5G Sub6 stellen höhere Anforderungen an die Leistung, und BAW-Filter sind immer noch die erste Wahl. Im Vergleich zum 4G-Frequenzband verfügt das Sub-6-Frequenzband von 5G über eine größere Bandbreite und höhere Frequenz. Gleichzeitig liegt das n79-Frequenzband nahe am 5-GHz-WIFI-Frequenzband und ist in der Mitte nur 150 MHz voneinander entfernt. Daher muss der Filter bei hoher Bandbreite und hohem Nachbarband unterdrückt werden. Das Gleichgewicht zwischen beiden und dem aktuellen 5G-Sub6-Frequenzband ist immer noch die erste Wahl für BAW-Filter.


TDer technische Weg des 5G-Millimeterwellenbands ist noch unklar, darunter LTCC, XBAR und andere Technologien, die sich noch in der Entwicklung befinden. Der derzeit anwendbare Bereich der FBAR- und SMR-Technologie liegt immer noch hauptsächlich unter 6 GHz. Aufgrund der höheren Frequenzfilterung (24 GHz–52 GHz) und der größeren Bandbreite (bis zu 1 GHz oder mehr gegenüber 100 MHz bei 5G Sub6) hat das Millimeterwellenband eine bessere Leistung des Filters hervorgebracht. Hohe Anforderungen, es gibt derzeit keinen deterministischen technischen Weg. Zu den aktuellen potenziellen mmWave-Technologien gehören (1) TDKs erstes LTCC-Filterprodukt für das 28-GHz-Band im Jahr 2019/11, (2) Resonants erster XBAR-Filter im Oktober 2018, laut ISN-Simulationen, der kommerzielles Potenzial bei 28 GHz hat, und im Oktober 2019 hat Murata einen mehrjährigen kommerziellen Vertrag mit Resonant für die XBAR-Technologie unterzeichnet.


3 Die vier Giganten teilen sich 80 % des Marktes, mit differenzierten Produktlayouts und Konkurrenz in verschiedenen Frequenzbändern


3.1 Die vier Giganten teilen sich mehr als 80 % des Marktes und es gibt Unterschiede in der Gestaltung der einzelnen Produktlinien


3.1.1 Der Wachstumspfad der Giganten hat das gleiche Ziel


Die Integrationsanforderungen, die sich aus der 4G-Ära ergeben, haben dazu geführt, dass die aktuellen Mainstream-Hersteller ein vollständiges Produktlinienlayout durchführen, aber die Entwicklungspfade der vier Giganten sind nicht die gleichen.


Murata: Ein typisch japanisches Unternehmen, das mit genialer Handwerkskunst einen Branchenmaßstab für SAW-Filter geschaffen hat. Murata begann mit passiven Gerätefiltern und Induktivitäten. Nach 2005 erweiterte das Unternehmen seine Produktpalette durch eine Reihe von Akquisitionen und erwarb 2012/2014 die PA-Produktlinien von Renesas und Peregrine. Die wichtigsten profitablen Produkte des Unternehmens sind jedoch immer noch seine passiven Produkte. Gerät. Im Gegensatz zu den anderen drei Giganten ist Murata ein typisch japanisches Unternehmen, das auf geniale Handwerkskunst und fortschrittliche Technologie setzt, um mit seinen Mitbewerbern zu konkurrieren. Im Zeitalter der Breitband- und Hochfrequenzbänder brachte Avago/Qorvo beispielsweise BAW-Filter auf andere Weise auf den Markt, aber Murata entschied sich dennoch für die Untersuchung von SAW-Filtern. Daher hat Murata im Bereich der SAW-Filter immer noch niemanden, der mit seiner hohen Technologie und niedrigen Kosten mithalten kann.


Skyworks: Mit der umfassenden Anhäufung der PA-Technologie im 3G-Zeitalter ist sie durch die Zusammenarbeit mit Apple in die First-Line-Phase eingetreten. Skyworks entstand 2002 durch den Zusammenschluss von Alpha, das auf Dioden spezialisiert ist, und der drahtlosen Kommunikationsabteilung von Conexant, während Conexant die Halbleiterabteilung der Rockwell Corporation abspaltete, die mit kalifornischen Militärprodukten (hauptsächlich dem Space Shuttle), also der PA-Technologie, begann ist tatsächlich Rockwells tiefgreifende Errungenschaft im Bereich der Militärindustrie geerbt. Vor der 3G-Ära war Skyworks jedoch hauptsächlich auf die kostengünstige Versorgung von Mobiltelefonherstellern angewiesen, um zu überleben, und dies war lau; Aber ab der 3G-Ära begann es aufzutauchen, weil es in die Apple-Lieferkette eintrat und auf einen Schlag zum erstklassigen HF-Hersteller wurde. Skyworks ist auch heute noch der am stärksten von Apple abhängige HF-Hersteller. Im Geschäftsjahr 2019 betrug der Beitrag von Apple zum Betriebsergebnis des Unternehmens: Skyworks 51 % > Qorvo 32 % > Avago 20 %.


Qorvo: RFMD und TriQuint bündeln ihre Kräfte, um Komplementarität zu erreichen und die Integrationsanforderungen des 4G-Zeitalters zu erfüllen. Qorvo entstand durch den gleichberechtigten Zusammenschluss von RFMD, das damals den zweiten Platz im RF-Frontend-Markt einnahm, und TriQuint, dem dritten. Aufgrund der unterschiedlichen Produktausrichtung der beiden Unternehmen entstanden durch den Zusammenschluss von Qorvo komplementäre Produkte. (1) GaAs von RFMD ist traditionell seine Stärke: RFMD hat sich seit seiner Gründung auf den Markt für drahtlose Kommunikation konzentriert und ist aufgrund seiner intensiven Zusammenarbeit mit Nokia der Spitzenreiter auf dem Markt für GaAs-Geräte. Obwohl im 3G-Zeitalter mit dem Fall von Nokia der Marktanteil bei GaAs-Geräten rapide von 20 % im Jahr 2008 auf 12.4 % im Jahr 2011 zurückging, stabilisierte es im 4G-Zeitalter die erste Staffel durch die komplementäre Allianz von TriQuint. s Position. (2) TriQuint verfügt über BAWSMR-Technologie: Zusätzlich zu TriQuints Produktionskapazität für III- und V-Verbindungen erwarb das Unternehmen durch die Übernahme von TFR Technologies im Jahr 2005 auch die BAW-Filtertechnologie, was Qorvo zu einem der beiden aktuellen Helden auf dem Gebiet der BAW-Filter macht .


Broadcom (Avago): Nach zehn Jahren des Schärfens eines Schwertes ist die FBAR-Technologie zu seinem einzigartigen Stunt geworden. Avago entstand aus der Halbleiterabteilung des ursprünglichen HP. 1999 gliederte HP Agilent aus und 2005 verkaufte Agilent seine I/O-Lösungssparte, die heute Avago heißt. Seine exklusive FARB-Technologie hat ihren Ursprung in der Agilent-Zeit. Nach 10 Jahren Forschung entwickelte das Unternehmen 1900 in den USA erfolgreich einen FBAR-Filter für das PCS-1999-MHz-Frequenzband und begann 2001 mit der Massenproduktion. Seitdem liegt der Marktanteil bei über 50 %.


3.1.2 Die Gesamtstärke ist ähnlich, es gibt jedoch Unterschiede im Produktlayout


Die vier Giganten haben die gleiche Gesamtstärke, aber der Unterschied in der Filteranordnung führt zu einer unterschiedlichen Modulpositionierung. (1) Im Großen und Ganzen sind die vier Giganten mit einem Marktanteil von 20–24 % gleich stark; Den restlichen Markt teilen sich die japanischen Hersteller TDK, Taiyo Yuden und der Newcomer Qualcomm auf der Basisbandseite. (2) Aus Sicht der Produktlinie hat die im 4G-Zeitalter festgelegte PAMiD-Route dazu geführt, dass die vier großen Hersteller verschiedene Produktlinien auf den Markt gebracht haben, aber es gibt einen großen Unterschied in der Filtertechnologieroute: Der alte Filterhersteller Murata hat dies immer noch SAW-Filter. Absoluter Vorteil, mit einem Marktanteil von über 50 %. Avago und Qorvo, die neu in den Filtermarkt eingestiegen sind, haben durch die neue FARB/SMR-Technologie mit einem Marktanteil von 56 % bzw. 38 % die Führung im Bereich der BAW-Filter übernommen. Skyworks hingegen hat einen leichten Mangel an Filtern, da das Layout der Filter mehr als zehn Jahre später ist als das von Qorvo/broadcom. Obwohl SAW/TC-SAW-Filter über unabhängige Produktionskapazitäten verfügen, werden einige Produkte derzeit noch an Taiyo Yuden ausgelagert. Darüber hinaus haben Qorvo und Skyworks mit einem Marktanteil von 35 % bzw. 23 % größere Vorteile auf dem LNA- und Switch-Markt, während der LNA- und Switch-Marktanteil des inländischen Herstellers Zhuoshengwei ebenfalls 8 % erreichte.


Aufgrund der Unterschiede im Produktlayout konkurrieren Skyworks/Murata hauptsächlich um Low-Band-Produkte und Avago/Qorvo um High-Band-Produkte. Wir haben die vorherigen Generationen der Produkte der iPhone- und Galaxy-S-Serie gezählt und können sehen, dass Murata/Skyworks hauptsächlich GSM/LB-PAMiD und Qorvo/Avago hauptsächlich MB/HB-PAMiD bereitstellt. Der Unterschied in den konkurrierenden Frequenzbändern ist letztendlich auf die Unterschiede im Layout der einzelnen Produkte zurückzuführen: (1) Niederfrequenzband: Murata konzentriert sich hauptsächlich auf SAW-Filter, Skyworks erwirbt SAW/TC-SAW-Technologie durch die Übernahme eines Joint Ventures mit Panasonic und integriert BAW Demand Outsourcing, daher konzentrieren sich diese beiden Hersteller hauptsächlich auf die Low-Band-GSM/LB-Strecke mit geringeren technischen Anforderungen und höheren Anforderungen an die Kostenkontrolle. (2) Mittleres und hohes Frequenzband: Qorvo/Avago hat aufgrund seines Durchbruchs bei der Entwicklung von BAW-Filtern im Filterbereich einen erheblichen Vorteil im MB/HB.


3.2 Umsatzanalyse der Big Four


Die HF-Geräte von Broadcom/Qorvo/Skyworks erwirtschaften jeweils einen Jahresumsatz von über 2 Milliarden US-Dollar. Wir haben Statistiken über den Umsatz von drei europäischen und amerikanischen HF-Herstellern in den letzten Jahren erstellt und ihr Betriebsumsatz mit HF-Geräten auf dem Mobiltelefonterminal beträgt mehr als 2 Milliarden US-Dollar. Unter ihnen sind Skyworks und Qorvo hauptsächlich mit HF-Frontend-Geräten für Mobiltelefone beschäftigt, die mehr als 70 % ihres Umsatzes ausmachen, während der sonstige Umsatz hauptsächlich mit IoT-bezogenen HF-Geräten erzielt wird. Das HF-Gerätegeschäft von Broadcom, einem Halbleiterhersteller mit einem breiten Spektrum an Kategorien, ist nur einer seiner Geschäftsbereiche und macht daher einen relativ kleinen Anteil aus, der im Jahr 9.7 2019 % des Umsatzes ausmachte.


Murata und Taiyo Yuden haben ähnliche Umsatzstrukturen, beide betreffen den Kommunikationsbereich, einschließlich Filter, Kondensatoren und andere Produkte. Hinsichtlich der Produkttypen konzentrieren sich sowohl Murata als auch Taiyo Yuden auf modulare Produkte (hauptsächlich Filter) und andere Geräte (hauptsächlich Kondensatoren). USD), die 30 % des Gesamtumsatzes ausmachen, und andere Geräteumsätze in Höhe von 1,143.5 Milliarden Yen (ca. 10.4 Milliarden US-Dollar), was 70 % des Gesamtumsatzes ausmacht. Aus Sicht der Produktanwendung stammen etwa 50 % des Gesamtumsatzes von Murata aus dem Kommunikationsbereich, mit einem Umsatz von etwa 804.9 Milliarden Yen (etwa 7.3 Milliarden US-Dollar) im Geschäftsjahr 2021.


4 Inländische Substitution: Der Weg ist lang und der Weg kommt


4.1 Das Aufkommen inländischer Hersteller, die Entwicklung von einem einzelnen Produkt zu einem modularen Produkt


Inländische Hersteller haben sich von Einzelprodukten zu modularen Produkten entwickelt, und es gibt immer noch Raum für Verbesserungen bei Layout und Leistung. Aus der Perspektive des Entwicklungspfads ausländischer Hersteller erreichen Mainstream-Hersteller im Allgemeinen zunächst das branchenführende Niveau in einem einzelnen Gerät (PA oder Filter) und vollenden dann die Transformation von diskreten Geräten zu modularen Produkten durch Fusionen und Übernahmen. Aus Sicht des Entwicklungspfads entwickeln sich auch inländische Hersteller schrittweise von einem Einzelprodukt zu einem modularen Produkt, das hauptsächlich drei Arten von Herstellern umfasst. (1) PA-Hersteller: Beginnen Sie mit dem 2/3G-Frequenzband und dringen Sie schrittweise in 5G vor, darunter Onray Micro, Weijie Chuangxin (von MediaTek übernommen), Feixiang Technology, Diric (von Spreadtrum übernommen) usw. Darunter Onray Micro Der weltweite Marktanteil bei 2G/3G beträgt 75 % bzw. 65 %. Darüber hinaus sehen wir, dass PA-Hersteller die Führung bei der Modularisierung übernommen haben und Module wie FEMPAMiDPAMiF auf den Markt gebracht haben, die HF-Modulprodukte jedoch noch relativ rudimentär sind. Nehmen wir als Beispiel OnMicro: Das vom 5G PAMid des Unternehmens verwendete Frequenzband ist 4G-lastig. Bei der 5G PAMid-Technologie wird das Hochfrequenzband nicht genutzt. (2) Filterhersteller: darunter Microgate Technology (ein erstklassiger Hersteller von Mobiltelefonen in China, intensive Zusammenarbeit mit CLP 26), Xinwei Communication (tiefgreifende Zusammenarbeit mit CLP 55 bei SAW), Wuxi Haoda, Northwest Wait. (3) Andere Geräte: Beispielsweise trennten sich der HF-Marktführer Zhuosheng Micro, die Plattformunternehmen Weir Shares und Awinic Electronics vom LNA-HF-Schalter und weiteten ihn auf andere Geräte und Module aus.


4.2 Inländische Substitution, verstehen Sie den technischen Durchbruch und den modularen Aufbau von PA und Filter


4.2.1 Zhuoshengwei


Inländischer Marktführer für HF-Switches/LNA, Erweiterung um integrierte Module. Das Unternehmen produziert hauptsächlich Hochfrequenzschalter auf Basis des 12-Zoll-65-nm-RF-SOI-Prozesses und LNA auf Basis von SiGe- und CMOS-Prozessen. Derzeit können die vom Unternehmen hergestellten HF-Schalter und LNAs die Anwendungsanforderungen des Sub-6-GHz-Frequenzbands in 5G erfüllen und haben eine vollständige Abdeckung der TOP-Unternehmen im Android-Lager erreicht. Gleichzeitig hat das Unternehmen auch eine Kooperationsabsicht mit Qualcomm vereinbart, und der HF-Schalter hat die Testproduktionsverifizierung für Kleinserien von Qualcomm bestanden und ist offiziell in die Massenproduktion gegangen. Um dem Integrationstrend gerecht zu werden, begann das Unternehmen außerdem mit der Einführung entsprechender modularer Produkte, darunter DiFEM (Diversity-Empfangsmodulprodukte), LFEM (LNA/Filter-integriertes Modul) und LNA-Bank (Multifrequenz-Multimode). Integriertes LNA-Modul).


4.2.2 Wehranteile


Ein plattformbasiertes Unternehmen, angefangen bei Switches und LNAs. Mit dem Hauptgeschäfts-CIS als Kern engagiert sich das Unternehmen auch für TDDI, Analog, RF usw. und engagiert sich für den Aufbau eines plattformbasierten Unternehmens. In den letzten Jahren hat das Unternehmen kontinuierlich in die Bereicherung der Art der selbst entwickelten Produkte des Unternehmens investiert. Durch Investitionen in Wuxi Zhongpuwei und Shanghai Weijue hat das Unternehmen seine Investitionen in Produktforschung und -entwicklung im Bereich Hochfrequenz erhöht. Das Ergebnis eines Wettbewerbsvorteils auf dem Markt.


4.2.3 Sanan Optoelektronik


Entwickeln Sie Halbleiter der dritten Generation, um PA- und Filterherstellern eine Gießerei zu bieten. Sanan Optoelectronics ist führend in der Produktion von LED-Epitaxie-Wafern und -Chips. Sein LED-Geschäft hat einen Weltmarktanteil von 20 % und einen Inlandsmarktanteil von 29 %. Im Jahr 2020 wird das Betriebsergebnis 8.5 Milliarden Yuan und der Nettogewinn 1 Milliarde Yuan betragen. Die hundertprozentige Tochtergesellschaft San'anji wurde 2014 gegründet. Sie bietet hauptsächlich Dienstleistungen im Bereich der Herstellung von Verbindungshalbleiterwafern an. Seine Prozesskapazitäten umfassen Produkte in vier Bereichen: Mikrowellen-Hochfrequenz, Leistungselektronik, optische Kommunikation und Filter. Es hat wichtige inländische Kunden gewonnen. Im Jahr 2020 erzielte das Unternehmen einen Umsatz von 974 Millionen Yuan, was einer Steigerung von 305 % gegenüber dem Vorjahr entspricht; Unter diesen haben wichtige Kunden von GaN-Hochfrequenzprodukten die Massenproduktion erreicht und die Produktionskapazität steigt allmählich; Darüber hinaus wird die Produktionslinie für Filterprodukte kontinuierlich erweitert und im Jahr 2020 werden Lieferungen realisiert.


4.2.4 Awinic-Elektronik


Intensive Weiterentwicklung von Audio-Leistungsverstärkern und Power-Management-Chips sowie Ausbau der Entwicklung von RF-Front-End-Chips. Das Unternehmen engagiert sich seit vielen Jahren intensiv im Bereich digital-analoger Mixed-Signal-, Analog- und Hochfrequenzchips. Ausgehend von Audio-Leistungsverstärker-Chips und Power-Management-Chip-Produkten wurden sukzessive Produkte wie Hochfrequenz-Front-End-Chips und Motorantriebs-Chips erweitert und entwickelt. Im Jahr 2020 erzielte das Unternehmen einen Umsatz von 1.43 Milliarden Yuan und einen Bruttogewinn von 460 Millionen Yuan; Davon betrug das RF-Frontend 101 Millionen Yuan und der Bruttogewinn 18 Millionen Yuan.


5 Risikowarnung


(1) Die Auslieferungen von 5G-Mobiltelefonen sind geringer als erwartet: Wir gehen davon aus, dass der Markt für das 3/4G-Frequenzband weiterhin rund 14 Milliarden US-Dollar betragen wird, während der Markt für das 5G-Frequenzband im Jahr auf über 10 Milliarden anwachsen wird 2024. Wenn die Epidemie und der Mangel an Kernen betroffen sind, könnten die Auslieferungen von 5G-Mobiltelefonen geringer ausfallen als erwartet.


(2) Der technologische Fortschritt inländischer Hersteller ist langsamer als erwartet: Die RF-Frontend-Integration ist ein wichtiger Trend, während inländische Hersteller größtenteils auf LNA, Switches und andere Verbindungen zurückgreifen. Um Modulauslieferungen zu erreichen, müssen diese noch in Filtern und PA-Produkten implementiert werden. Durchbruch.




Die "Königshelm„Die Marke wurde ursprünglich von der Golden Navigator Company registriert. Golden Navigation ist ein Direktvertriebshersteller von GPS-Antennen und Beidou-Antennen. Das Unternehmen genießt in der Beidou-GPS-Navigations- und Positionierungsbranche einen sehr hohen Ruf und Ruf. Seine Forschungs- und Entwicklungsprodukte sind weit verbreitet Wird in der BDS-Satellitennavigation und der drahtlosen Positionierung usw. verwendet. Zu den Hauptprodukten gehören: RJ45-RJ45-Netzwerk, Netzwerkschnittstellenstecker, HF-Stecker-Adapterkabel, Koaxialkabelstecker, Typ-C-Stecker, HDMI-Schnittstelle, Typ-C-Schnittstelle, Pin Header, SMA, FPC, FFC-Antennenanschluss, wasserdichter Antennensignalübertragungsanschluss, HDMI-Schnittstelle, USB-Anschluss, Anschlussklemmenleitung, Anschlussklemmenblock, Anschlussblock, Hochfrequenz-RFID-Etikett, Positionierungs- und Navigationsantenne, Kommunikationsantennen-Antennenkabel, Kleber Stabantenne, Saugnapfantenne, 433-Antenne, 4G-Antenne, GPS-Modulantenne usw. Weit verbreitet in der Luft- und Raumfahrt, Kommunikation, Militär, Instrumentierung und Sicherheit, Medizin und anderen Branchen.




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