射频前端模块构成及其供应链

2023年11月18日发(作者：2021款全新爱丽舍介绍)

射频前端模块构成及其供应链

终端设备的 ?线通信模块主要分为射频前端模块（RFFEM）、射频收发模块、以及基带信号处理器三部分。其中，射

频前端模块主要是实现信号在不同频率下的收发。

移动终端中的射频前端模块/射频频器件主要包括 功率放?器（PA，Powe rAmplifier）、双?器（Duplexer ）、射频开

关（Switch）、 滤波器（Fil ter）、低噪 放?器（LNA，LowNoiseAmplifier）等。

其中：

功率放?器负责发射通道的射频信号放?；

滤波器负责发射及接收信号的滤波,负责频率选择，保障信号在不同频率互不?扰传输；

双?器负责FDD系统的双?切换及接收/发送通道的射频信号滤波；

射频开关负责接收、发射通道之间的切换；

低噪声放?器主要?于接收通道中的?信号放?。

射频前端集成模组

射频前端元器件和模组供应链

射频前端集成化是必然趋势。集成化可以降低成本、提?性能，以及给系统集成商提供turn-key?案。在射频前端模块

集成上发展更快的?商有望成为市场的主导者。同时拥有主、被动器件的设计能?、制造?艺以及集成?艺是未来射频

元件公司的发展?向。射频前端集成存在单?集成（?上SoC系统）和混合集成（SiP封装）两个发展?向。?前通过

封装集成的形式更易实现，也是各??商重点着?的?向。 博通、 Qorvo、Skyworks、 村?、 TDK不仅供应元器件还

具有模组整合能?，将在集中度很?的市场中进?步确?优势。基带?商也进?射频前端领域，?业竞争更加激烈。

近年射频前端领域有多起并购整合，相关?商积极布局。2014年RFMD和TriQuint合并成?Qorvo，RFMD擅长功率放

?器，TriQuint的技术优势则在于SAW和BAW，?者合并技术互补。2017年1? ?通和TDK合资成?RF360，TDK在

SAW/BAW滤波器市场有技术积累。2017年2? 联发科将其部分持股的射频前端芯??商络达科技的股份全部收购。安

华?则收购博通。

射频前端的价值量从2G~4G不断提升，4G时代平均成本（全频段）约10美元，4. 5G达到约18美元，预计5G将超过50

美元。Yole数据显?2017年?机射频前端市场规模150亿美元，预计2023年将达到352亿美元，2017~2023年

CAGR=14%。

滤波器市场规模最?，2017年约80亿美元，预计2023年将达到225亿美元，2017~2023年CAGR=19%，主要来?于?

频通信对BAW（Bulk Acous tic Wave）滤波器的需求增长。

功率放?器市场规模位于第?位。2017年达到50亿美元，预计2023年将达到70亿美元，2017~2023年CAGR=7%。?

端LTEPA市场将保持增长，尤其是在?频和超?频段，但是2G/3G PA市场将会衰退。

射频开关市场规模位居第三位。2017年开关为10亿美元，预计2023年将达到30亿美元，2017~2023年CAGR=15%。

低噪声放?器2017年市场规模2.46亿美元，预计2023年将达到6.02亿美元，2017~2023年CAGR=16%。主要是多种射

频前端模组的使?以及其在?机中与PA模块集成。

频前端模组的使?以及其在?机中与PA模块集成。

天线调谐器2017年市场规模4.63亿美元，预计2023年将达到10亿美元，2017~2023年CAGR=15%。主要受益于4×4

MIMO技术的渗透。

毫?波前端模组预计2023年的市场规模将达到4.23亿美元。

?前射频开关、天线调谐器主要采?RF-SOI技术。滤波器、双?主要是SAW/BAW。PA可以?CMOS、GaAs、RF-

SOI技术。低噪声放?器可以?GaAs、RF-SOI技术。

▲射频器件各细分?向?艺路线图

▲射频功率产业链公司

▲射频前端各部分市场规模

▲射频前端演化过程

▲射频前端各部分所?材料和技术

▲射频前端元器件可采?的材料和技术

进?5G时代，Sub-6GHz和毫?波阶段各射频元器件的材料和技术可能会有所变化。SOI有可能成为重要技术，具有制

作多种元器件的潜?，同时后续有利于集成。

1功率放?器：GaAs PA仍是主流

PA的作?是将低功率信号进?放?。PA直接决定了?机?线通信的距离、信号质量，甚?待机时间，是射频系统中的

重要部分。?机频段持续增加，PA的数量也随之增加。4G多模多频?机所需PA芯?5~7颗。StrategyAnalytics预计5G

时代?机内的PA或多达16颗。

?前GaAs PA是主流。CMOS PA由于性能的原因，只?于低端市场。Qorvo预计随着5G的来临，8GHz以下GaAs PA

仍是主流，但8GHz以上GaN有望在?机市场成为主?。

▲PA市场各?商份额

全球PA市场绝?部分份额被Skyworks、Qorvo、Bro adcom、Murata占据。领导?商Skyworks、Qorvo和Broadcom采

?IDM模式。晶圆代?模式也在兴起，主要有台湾稳懋等。

国内设计公司有近20家，主要有汉天下、唯捷创芯、紫光展锐等。国内晶圆代??商主要有三安光电、海特?新。

2滤波器：市场规模最?的细分领域

Skyworks预计2020年5G应??持的频段数量将翻番，新增50个以上通信频段，全球2G/3G/4G/5G?络合计?持的频段

将达到91个以上。频段数上升将带来射频滤波器使?数量增多。理论上每增加?个频段需增加2个滤波器。由于滤波器

将达到91个以上。频段数上升将带来射频滤波器使?数量增多。理论上每增加?个频段需增加2个滤波器。由于滤波器

集成于模组，?者并不是简单的线性增加的关系。

双?器由两个滤波器组成，可在?条信道上实现双向通信。半双?是通信双?轮流收发。全双?是通信双?同时收发。

全双?通过频分双?（FDD）或时分双?（TDD）实现。

射频滤波器包括声表?滤波器（SAW，SurfaceAcousticWave）、体声波滤波器（BAW，Bulk Acoustic Wave）、

MEMS滤波器、IPD（Integrated Passive Devices）等。SAW和BAW滤波器是?前?机应?的主流滤波器。

全球SAW滤波器市场份额前五位的?商分别为村?（47%）、TDK（21%）、太阳诱电（14%）、Skyworks（9%）、

Qorvo（4%），合计占?达95%。国内SAW滤波器的?商有麦捷科技、德清华莹（信维通信?股）和好达电?等。

全球BAW滤波器市场份额前三位分别为博通（87%）、Qorvo（8%）、太阳诱电（3%），合计占?达98%。

SAW滤波器的基本结构由压电材料衬底和2个 IDT（Interdigital Transducer）组成。IDT是叉指换能器——交叉排列的

?属电极。IDT制作在压电材料上，常?的材料是?英、钽酸锂（LiTaO3）或铌酸锂（LiNbO3）等。图中左边的IDT把

电信号转成声波，右边IDT把声波转成电信号。

SAW滤波器易受温度变化的影响。改进?法是在IDT结构上涂覆?层在温度升?时刚度会加强的涂层，制作成温度补偿

（TC-SAW）滤波器。但由于温度补偿?艺需要更多掩模层，TC-SAW滤波器更复杂，制造成本也更?，但仍?BAW

滤波器便宜。未来SAW滤波器的发展趋势是?型?式化、?频宽带化、降低插?损耗以及降低成本。村?近期有开发

出IHPSAW滤波器，性能?幅提升。

SAW滤波器频率上限为2.5~3GHz。＞1GHz时，其选择性降低。在约2.5GHz处，其仅限于对性能要求不?的应?。

BAW滤波器更适合于?频。同时还有对温度变化不敏感，具有插?损耗?、带外衰减?等优点。与SAW、TC-SAW滤

波器?样，BAW滤波器的??也随着频率增加?减少。

BAW滤波器制造?艺步骤是SAW的10倍，但因其在更?晶圆上制造的，每?晶圆产出的BAW器件也多了约4倍。尽管

如此，BAW的成本仍?于SAW。此外因为Q值?，量产?致性是重要挑战。BAW滤波器?般?作在1.5~6.0GHz，因此

在3G/4G智能?机内所占的份额迅速增长。但并不意味着SAW滤波器完全失去市场。?者会分别在中?频和低频发挥各

?优势并在?段时间并存。2GHz以下SAW的市场占有率仍?较?，2GHz以上BAW的市场占有率会?较?。

BAW滤波器基本结构是两个?属电极夹着压电薄膜（如?英），声波在压电薄膜?震荡形成驻波(standing wave)。板

坯厚度和电极质量（Mass）决定了共振频率。其压电层厚度在?微?量级，因此要在载体基板上采?薄膜沉积和微机

械加?技术实现 谐振器结构。?前常?的BAW压电材料有氮化铝（AlN），锆钛酸铅（PZT）、氧化锌（ZnO）等。

35G带动SOI市场增长

▲SOI产业链

▲RF-SOI发展过程

2011年智能?机中还未使?RF-SOI产品。2010年GaAs射频开关是主流技术。RF-SOI产品在性能和功耗相当的情况下

将成本下降30%、die尺?减少50%，在不到5年的时间内替代GaAs开关。Navian数据显?90%的射频开关和调谐器基

于RF-SOI制造。5G时代基于RF-SOI的射频开关使?数量会增加。尽管射频开关的出货量巨?，但市场竞争激烈，价格

于RF-SOI制造。5G时代基于RF-SOI的射频开关使?数量会增加。尽管射频开关的出货量巨?，但市场竞争激烈，价格

压?较?，ASP为10~20美分。?前智能?机中均有RF-SOI产品，未来还将继续增长。

▲2013~2019年各类型射频开关和调谐器数量

Yole数据显?2016年全球绝缘体上硅（SOI，Silicon On Insulator）市场规模4.293亿美元，预计2022年将达到18.593

亿美元，2017~2022年CAGR=29.1%。市场驱动?主要来?消费电?市场增长带来的需求提升。

Soitec预计2018年整个?业将出货150~160万?等效200mm RF-SOI晶圆，同?增长15%~20%，预计2020年将超过

200万?。

SOI衬底?约占硅衬底市场规模6%。2016年200mm的SOI晶圆占据市场主导地位，在2017~2022年仍将有望以较快的

速度增长。200mm的晶圆主要?于?产RF-SOI，这是制造智能?机天线开关和其他重要元器件所使?的材料。2016年

RF-SOI占据整个SOI市场最?的份额。按产品类型来看，射频前端占据SOI市场的最?份额。预计未来仍有较?幅度的

增长。

?商希望采?SOI将射频开关和LNA集成到?起，可能会?300mmSOI晶圆实现。SOI技术具备集成毫?波PA、LNA、

移相器、混频器的潜?。

▲格罗?德45nm?艺RF-SOI射频前端模组

RF-SOI衬底制造主要有法国Soitec、?本信越、台湾环球晶圆和上海新傲科技。Soitec是“智能剥离（Smart Cut）”技术

的拥有者，RF-SOI衬底的最?供应商，拥有70%的市场份额。Soitec?产200mm和300mmRF-SOI晶圆衬底。信越和环

球晶圆也基于Soitec的技术?产200mm和300mmRF-SOI晶圆衬底。中国新傲科技?产200mm RF-SOI晶圆衬底。

格罗?德、TowerJazz、中芯国际、华虹宏?、台积电和台联电等晶圆代?公司在扩?200mm或300mm晶圆RF-SOI?

艺产能。

格罗?德推出300mm晶圆RF-SOI?艺，包括130nm和45nm?艺。中芯宁波将承接中芯国际的RF-SOI或其他SOI?艺

技术。华虹集团旗下的上海集成电路研发中?进?SOI技术开发，华虹宏?的0.2?m RF-SOI CMOS?艺已经量产。台

积电和台联电计划进军300mmRF-SOI晶圆。

▲格罗?德RF-SOI平台

设计公司Cavendish Kinetics推出了基于RF MEMS技术的射频开关和天线调谐器产品，?前也在发展之中，未来可能成

为挑战者。

4天线：Massive MIMO和新材料将应?

5G将推动智能?机天线升级，Massive MIMO技术提升通信速率，天线数量也将提升。

LCP（液晶聚合物，Liquid Crystal Polymer）适合于?频?速应?，传输损耗较?，可以作为基板、封装材料等。

2017年苹果?次使?LCP天线，单机价值量远?于之前的 PI（Polymide，聚酰亚胺）天线。LCP优良的弯折性能有助

于合理利?智能?机内部的狭?空间。LCP产业链上、中游主要由外国?商涉及。?益科技进?LC PFCCL领域。信维

通信进?LCP天线领域。?讯精密为LCP天线模组供应商。

MPI（Modified Polymide）在10~15GHz频段（或更低）性能与LCP相当，价格也更加便宜。2019年苹果可能采?MPI

天线，这将有利于改善良率，降低成本，同时提升对供应商议价能?。MPI与LCP天线可能在5G时代共存，相对较低频

段采?MPI，较?频段采?LCP。

Vivo??认为?前?机毫?波天线阵列较为主流与合适的可能?向是基于相控阵（phased antenna array）的?式，实

现?式主要分为三种：AoB（Antenna on Board，天线阵列位于系统主板上）、 AiP（Antenna in Package，天线阵列

位于芯?的封装内）、AiM（Antenna in Module，天线阵列与RFIC形成?模组），三者各有优势。现阶段更多的以AiM

的?式实现。

的?式实现。

?通推出了QTM052毫?波天线模组产品，?部智能?机可集成4个该模组，预计2019年?于5G终端。

▲?通QTM052 5G毫?波天线模组

▲?通毫?波天线模组和X50芯?

55G封测：各??积极备战5G芯?

5G使?的芯?和元器件数量增加，通过集成可降低成本、提升性能、缩?体积。现阶段?通、 英特尔、联发科、 华为

等推出的5G芯??案，搭配的前端射频模块均采?SiP封装。

SiP技术（FEMiD、PAMiD等）将10~15个器件（开关、滤波器、PA）封装在?起，连接可能采?引线

（Wirebond）、倒装（FlipChip）、Cu柱（Cupillar）。5G毫?波产品的集成密度会进?步提升。未来还要寻找低损耗

的材料，集成天线，优化封装整体结构，探索屏蔽防护措施。预计2017~2022年SiP封装销售额CAGR＞10%，快于整

个先进封装销售额增速（CAGR=7%）。

?前4G时代，智能?机射频前端SiP封装供应链由Qorvo、博通、Skyworks、Murata、TDK-Epcos5家IDM?商领导。

他们部分?产外包?领先的OSAT?商，如：??光、安靠、长电科技等。?前这?家IDM?商主要集中于Sub6GHz解

决?案。?通则想直接开发毫?波产品并建?供应链以确保未来处于领先位置。

各?封测?在5G芯?及SiP模块封测领域积极研发和布局并争取订单。近年来全球主要封测?商在持续提升晶圆级先进

封装技术，尤其是扇出型（Fan-out）封装。??光、安靠、台积电、?成、长电科技、华天科技等?商均已推出相应

的扇出型封装服务。?研院预计未来5G?频通信芯?封装中扇出型封装技术将快速发展。