射頻前端產(chǎn)業(yè)中最大的市場(chǎng)為濾波器，將從2017年的80億美元增長(zhǎng)到2023年225億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)19%。

圖片來自“東方IC”

5G智能移動(dòng)終端，射頻PA的大機(jī)遇

1、射頻功率放大器（PA）-射頻器件皇冠上的明珠

射頻功率放大器（PA）作為射頻前端發(fā)射通路的主要器件，主要是為了將調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的小功率的射頻信號(hào)放大，獲得足夠大的射頻輸出功率，才能饋送到天線上輻射出去，通常用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大。

手機(jī)射頻前端：一旦連上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，任何一臺(tái)智能手機(jī)都能輕松刷朋友圈、看高清視頻、下載圖片、在線購(gòu)物，這完全是射頻前端進(jìn)化的功勞，手機(jī)每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)制式（2G/3G/4G/WiFi/GPS），都需要自己的射頻前端模塊，充當(dāng)手機(jī)與外界通話的橋梁—手機(jī)功能越多，它的價(jià)值越大。

射頻前端模塊是移動(dòng)終端通信系統(tǒng)的核心組件，對(duì)它的理解可以從兩方面考慮：一是必要性，它是連接通信收發(fā)器（transceiver）和天線的必經(jīng)之路；二是重要性，它的性能直接決定了移動(dòng)終端可以支持的通信模式，以及接收信號(hào)強(qiáng)度、通話穩(wěn)定性、發(fā)射功率等重要性能指標(biāo)，直接影響終端用戶體驗(yàn)。

射頻前端芯片包括功率放大器（PA），天線開關(guān)（Switch）、濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer和Diplexer）和低噪聲放大器（LNA）等，在多模／多頻終端中發(fā)揮著核心作用。

手機(jī)和WiFi連接的射頻前端市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2023年達(dá)到352億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為14%。

射頻前端產(chǎn)業(yè)中最大的市場(chǎng)為濾波器，將從2017年的80億美元增長(zhǎng)到2023年225億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)19%。該增長(zhǎng)主要來自于BAW濾波器的滲透率顯著增加，典型應(yīng)用如5GNR定義的超高頻段和WiFi分集天線共享。

功率放大器市場(chǎng)增長(zhǎng)相對(duì)穩(wěn)健，復(fù)合年增長(zhǎng)率為7%，將從2017年的50億美元增長(zhǎng)到2023年的70億美元。高端LTE功率放大器市場(chǎng)的增長(zhǎng)，尤其是高頻和超高頻，將彌補(bǔ)2G/3G市場(chǎng)的萎縮。

砷化鎵器件應(yīng)用于消費(fèi)電子射頻功放，是3G/4G通訊應(yīng)用的主力，物聯(lián)網(wǎng)將是其未來應(yīng)用的藍(lán)海；氮化鎵器件則以高性能特點(diǎn)目前廣泛應(yīng)用于基站、雷達(dá)、電子戰(zhàn)等軍工領(lǐng)域，利潤(rùn)率高且戰(zhàn)略位置顯著，由于更加適用于5G，氮化鎵有望在5G市場(chǎng)迎來爆發(fā)。

2、5G推動(dòng)手機(jī)射頻PA量?jī)r(jià)齊升

射頻前端與智能終端一同進(jìn)化，4G時(shí)代，智能手機(jī)一般采取1發(fā)射2接收架構(gòu)。由于5G新增了頻段（n412.6GHz，n773.5GHz和n794.8GHz），因此5G手機(jī)的射頻前端將有新的變化，同時(shí)考慮到5G手機(jī)將繼續(xù)兼容4G、3G、2G標(biāo)準(zhǔn)，因此5G手機(jī)射頻前端將異常復(fù)雜。

預(yù)測(cè)5G時(shí)代，智能手機(jī)將采用2發(fā)射4接收方案。

無論是在基站端還是設(shè)備終端，5G給供應(yīng)商帶來的挑戰(zhàn)都首先體現(xiàn)在射頻方面，因?yàn)檫@是設(shè)備“上”網(wǎng)的關(guān)鍵出入口，即將到來的5G手機(jī)將會(huì)面臨多方面的挑戰(zhàn)：

更多頻段的支持：因?yàn)閺拇蠹沂煜さ腷41變成n41、n77和n78，這就需要對(duì)更多頻段的支持；

不同的調(diào)制方向：因?yàn)?G專注于高速連接，所以在調(diào)制方面會(huì)有新的變化，對(duì)功耗方面也有更多的要求。比如在4G時(shí)代，大家比較關(guān)注ACPR。但到了5G時(shí)代，則更需要專注于EVM（一般小于1.5%）；

信號(hào)路由的選擇：選擇4Ganchor+5G數(shù)據(jù)連接，還是直接走5G，這會(huì)帶來不同的挑戰(zhàn)。

開關(guān)速度的變化：這方面雖然沒有太多的變化，但SRS也會(huì)帶來新的挑戰(zhàn)。

其他如n77/n78/n79等新頻段的引入，也會(huì)對(duì)射頻前端形態(tài)產(chǎn)生影響，推動(dòng)前端模組改變，滿足新頻段和新調(diào)諧方式等的要求。

Qorvo指出，5G將給天線數(shù)量、射頻前端模塊價(jià)值量帶來翻倍增長(zhǎng)。以5G手機(jī)為例，單部手機(jī)的射頻半導(dǎo)體用量達(dá)到25美金，相比4G手機(jī)近乎翻倍增長(zhǎng)。其中濾波器從40個(gè)增加至70個(gè)，頻帶從15個(gè)增加至30個(gè)，接收機(jī)發(fā)射機(jī)濾波器從30個(gè)增加至75個(gè)，射頻開關(guān)從10個(gè)增加至30個(gè)，載波聚合從5個(gè)增加至200個(gè)。

5G手機(jī)功率放大器（PA）用量翻倍增長(zhǎng)：PA是一部手機(jī)最關(guān)鍵的器件之一，它直接決定了手機(jī)無線通信的距離、信號(hào)質(zhì)量，甚至待機(jī)時(shí)間，是整個(gè)射頻系統(tǒng)中除基帶外最重要的部分。手機(jī)里面PA的數(shù)量隨著2G、3G、4G、5G逐漸增加。以PA模組為例，4G多模多頻手機(jī)所需的PA芯片為5-7顆，預(yù)測(cè)5G手機(jī)內(nèi)的PA芯片將達(dá)到16顆之多。

5G手機(jī)功率放大器（PA）單機(jī)價(jià)值量有望達(dá)到7.5美元：同時(shí)，PA的單價(jià)也有顯著提高，2G手機(jī)用PA平均單價(jià)為0.3美金，3G手機(jī)用PA上升到1.25美金，而全模4G手機(jī)PA的消耗則高達(dá)3.25美金，預(yù)計(jì)5G手機(jī)PA價(jià)值量達(dá)到7.5美元以上。

載波聚合與MassivieMIMO對(duì)PA的要求大幅增加。“一般情況下，2G只需非常簡(jiǎn)單的發(fā)射模塊，3G需要有3G的功率放大器，4G要求更多濾波器和雙工器載波器，載波聚合則需要有與前端配合的多工器，上行載波器的功率放大器又必須重新設(shè)計(jì)來滿足線性化的要求。

5G無線通信前端將用到幾十甚至上百個(gè)通道，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或者器件供應(yīng)商能夠提供全集成化的解決方案，這大大增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，無論對(duì)器件解決方案還是設(shè)備解決方案提供商都提出了很大技術(shù)挑戰(zhàn)。

3、GaAs射頻器件仍將主導(dǎo)手機(jī)市場(chǎng)

5G時(shí)代，GaAs材料適用于移動(dòng)終端。GaAs材料的電子遷移率是Si的6倍，具有直接帶隙，故其器件相對(duì)Si器件具有高頻、高速的性能，被公認(rèn)為是很合適的通信用半導(dǎo)體材料。在手機(jī)無線通信應(yīng)用中，目前射頻功率放大器絕大部分采用GaAs材料。在GSM通信中，國(guó)內(nèi)的銳迪科和漢天下等芯片設(shè)計(jì)企業(yè)曾憑借RFCMOS制程的高集成度和低成本的優(yōu)勢(shì)，打破了采用國(guó)際龍頭廠商采用傳統(tǒng)的GaAs制程完全主導(dǎo)射頻功放的格局。但是到了4G時(shí)代，由于Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等缺點(diǎn)，RFCMOS已經(jīng)不能滿足要求，手機(jī)射頻功放重新回到GaAs制程完全主導(dǎo)的時(shí)代。與射頻功放器件依賴于GaAs材料不同，90%的射頻開關(guān)已經(jīng)從傳統(tǒng)的GaAs工藝轉(zhuǎn)向了SOI（Silicononinsulator）工藝，射頻收發(fā)機(jī)大多數(shù)也已采用RFCMOS制程，從而滿足不斷提高的集成度需求。

5G時(shí)代，GaN材料適用于基站端。在宏基站應(yīng)用中，GaN材料憑借高頻、高輸出功率的優(yōu)勢(shì)，正在逐漸取代SiLDMOS；在微基站中，未來一段時(shí)間內(nèi)仍然以GaAsPA件為主，因其目前具備經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證的可靠性和高性價(jià)比的優(yōu)勢(shì)，但隨著器件成本的降低和技術(shù)的提高，GaNPA有望在微基站應(yīng)用在分得一杯羹；在移動(dòng)終端中，因高成本和高供電電壓，GaNPA短期內(nèi)也無法撼動(dòng)GaAsPA的統(tǒng)治地位。

全球GaAs射頻器件被國(guó)際巨頭壟斷。全球GaAs射頻器件市場(chǎng)以IDM模式為主，主要廠商有美國(guó)Skyworks、Qorvo、Broadcom，日本村田等。據(jù)StrategyAnalytics統(tǒng)計(jì)，2016年全球GaAs射頻器件市場(chǎng)規(guī)模為81.9億美元，同比增長(zhǎng)0.9%。2016年，Skyworks、Qorvo和Broadcom在全球射頻器件市場(chǎng)的占有率分別為30.67%、27.97%和7.39%，三家合計(jì)占有全球66%的份額，Skyworks和Qorvo更是處于全球遙遙領(lǐng)先的位置。

2017年GaAs晶圓代工市場(chǎng)，臺(tái)灣穩(wěn)懋（WinSemi）獨(dú)占全球72.7%的市場(chǎng)份額，是全球第一大GaAs晶圓代工廠。

4、5G設(shè)備射頻前端模組化趨勢(shì)明顯，SIP大有可為

5G將重新定義射頻（RF）前端在網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器之間的交互。新的RF頻段（如3GPP在R15中所定義的sub-6GHz和毫米波（mm-wave））給產(chǎn)業(yè)界帶來了巨大挑戰(zhàn)。

LTE的發(fā)展，尤其是載波聚合技術(shù)的應(yīng)用，導(dǎo)致當(dāng)今智能手機(jī)中的復(fù)雜架構(gòu)。同時(shí)，RF電路板和可用天線空間減少帶來的密集化趨勢(shì)，使越來越多的手持設(shè)備OEM廠商采用功率放大器模塊并應(yīng)用新技術(shù)，如LTE和WiFi之間的天線共享。

在低頻頻段，所包含的600MHz頻段將為低頻段天線設(shè)計(jì)和天線調(diào)諧器帶來新的挑戰(zhàn)。隨著新的超高頻率（N77、N78、N79）無線電頻段發(fā)布，5G將帶來更高的復(fù)雜性。具有雙連接的頻段重新分配（早期頻段包括N41、N71、N28和N66，未來還有更多），也將增加對(duì)前端的限制。毫米波頻譜中的5GNR無法提供5G關(guān)鍵USP的多千兆位速度，因此需要在前端模組中具有更高密度，以實(shí)現(xiàn)新頻段集成。

5G手機(jī)需要4X4MIMO應(yīng)用，這將在手機(jī)中增加大量RF流。結(jié)合載波聚合要求，將導(dǎo)致更復(fù)雜的天線調(diào)諧器和多路復(fù)用器。

RF系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）市場(chǎng)可分為一級(jí)和二級(jí)SiP封裝：各種RF器件的一級(jí)封裝，如芯片/晶圓級(jí)濾波器、開關(guān)和放大器（包括RDL、RSV和/或凸點(diǎn)步驟）；在表面貼裝（SMT）階段進(jìn)行的二級(jí)SiP封裝，其中各種器件與無源器件一起組裝在SiP基板上。2018年，射頻前端模組SiP市場(chǎng)（包括一級(jí)和二級(jí)封裝）總規(guī)模為33億美元，預(yù)計(jì)2018~2023年期間的復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到11.3%，市場(chǎng)規(guī)模到2023年將增長(zhǎng)至53億美元。

預(yù)測(cè)2023年，PAMiDSiP組裝預(yù)計(jì)將占RFSiP市場(chǎng)總營(yíng)收的39%。2018年，晶圓級(jí)封裝大約占RFSiP組裝市場(chǎng)總量的9%。移動(dòng)領(lǐng)域各種射頻前端模組的SiP市場(chǎng)，包括：PAMiD（帶集成雙工器的功率放大器模塊）、PAM（功率放大器模塊）、RxDM（接收分集模塊）、ASM（開關(guān)復(fù)用器、天線開關(guān)模塊）、天線耦合器（多路復(fù)用器）、LMM（低噪聲放大器多路復(fù)用器模塊）、MMMBPA（多模、多頻帶功率放大器）和毫米波前端模組。

MEMS預(yù)測(cè)，到2023年，用于蜂窩和連接的射頻前端SiP市場(chǎng)將分別占SiP市場(chǎng)總量的82%和18%。按蜂窩通信標(biāo)準(zhǔn)，支持5G（sub-6GHz和毫米波）的前端模組將占到2023年RFSiP市場(chǎng)總量的28%。高端智能手機(jī)將貢獻(xiàn)射頻前端模組SiP組裝市場(chǎng)的43%，其次是低端智能手機(jī)（35%）和奢華智能手機(jī)（13%）。

高通發(fā)布5G手機(jī)射頻前端模組化方案。

2019年2月，高通宣布推出面向5G多模移動(dòng)終端的第二代射頻前端（RFFE）解決方案。全新推出的產(chǎn)品是一套完整的，可與全新Qualcomm?驍龍?X555G調(diào)制解調(diào)器搭配使用的射頻解決方案，為支持6GHz以下頻段和毫米波頻段的高性能5G移動(dòng)終端提供從調(diào)制解調(diào)器到天線的完整系統(tǒng)。支持更纖薄、更高效的5G多模移動(dòng)終端。高通同時(shí)還發(fā)布了全球首款宣布的5G100MHz包絡(luò)追蹤解決方案QET6100、集成式5G/4G功率放大器（PA）和分集模組系列，以及QAT35555G自適應(yīng)天線調(diào)諧解決方案。高通QET6100將包絡(luò)追蹤技術(shù)擴(kuò)展到5GNR上行所需的100MHz帶寬和256-QAM調(diào)制，這在之前被認(rèn)為是無法實(shí)現(xiàn)的。該解決方案與其他平均功率追蹤技術(shù)相比，可將功效提升一倍，以更長(zhǎng)的電池續(xù)航時(shí)間支持傳輸數(shù)據(jù)更快的終端，還可顯著改善網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商非常關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)覆蓋與網(wǎng)絡(luò)容量。

Qualcomm的全新先進(jìn)射頻前端功率放大器和分集模組包括：

功率放大器模組，搭配QET6100支持100MHz5G包絡(luò)追蹤。QPM6585、QPM5677和QPM5679分別支持n41、n77/78和n79頻段。

中/高頻段5G/4G功率放大器模組QPM5670，包括集成式低噪聲放大器（LNA）、射頻開關(guān)、濾波器和5G六工器。

低頻段5G/4G功率放大器模組QPM5621，包括集成式低噪聲放大器、切換開關(guān)和濾波器，支持低頻段/低頻段載波聚合和雙連接。

分集模組系列QDM58xx，包括集成式5G/4G低噪聲放大器、射頻開關(guān)和濾波器，支持6GHz以下頻段接收分集和多輸入多輸出（MIMO）。

為幫助OEM廠商應(yīng)對(duì)日益增多的天線和頻段給移動(dòng)終端設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn)，Qualcomm還推出了QAT3555SignalBoost自適應(yīng)天線調(diào)諧器，將自適應(yīng)天線調(diào)諧技術(shù)擴(kuò)展到6GHz以下的5G頻段；與上一代產(chǎn)品相比，其封裝高度降低了25%，插入損耗顯著減少。

5G基站，PA數(shù)倍增長(zhǎng)，GaN大有可為

1、5G基站，射頻PA需求大幅增長(zhǎng)

5G基站PA數(shù)量有望增長(zhǎng)16倍。4G基站采用4T4R方案，按照三個(gè)扇區(qū)，對(duì)應(yīng)的PA需求量為12個(gè)，5G基站，預(yù)計(jì)64T64R將成為主流方案，對(duì)應(yīng)的PA需求量高達(dá)192個(gè)，PA數(shù)量將大幅增長(zhǎng)。

5G基站射頻PA有望量?jī)r(jià)齊升。目前基站用功率放大器主要為基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體LDMOS技術(shù)，不過LDMOS技術(shù)僅適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。對(duì)于5G基站PA的一些要求可能包括3~6GHz和24GHz~40GHz的運(yùn)行頻率，RF功率在0.2W~30W之間，我們研判5G基站GaN射頻PA將逐漸成為主導(dǎo)技術(shù)，而GaN價(jià)格高于LDMOS和GaAs。

GaN具有優(yōu)異的高功率密度和高頻特性。提高功率放大器RF功率的最簡(jiǎn)單的方式就是增加電壓，這讓氮化鎵晶體管技術(shù)極具吸引力。如果我們對(duì)比不同半導(dǎo)體工藝技術(shù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)功率通常會(huì)如何隨著高工作電壓IC技術(shù)而提高。硅鍺(SiGe)技術(shù)采用相對(duì)較低的工作電壓（2V至3V），但其集成優(yōu)勢(shì)非常有吸引力。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來一直廣泛應(yīng)用于功率放大器。硅基LDMOS技術(shù)的工作電壓為28V，已經(jīng)在電信領(lǐng)域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發(fā)揮作用，因此在寬帶應(yīng)用中的使用并不廣泛。新興GaN技術(shù)的工作電壓為28V至50V，優(yōu)勢(shì)在于更高功率密度及更高截止頻率(CutoffFrequency，輸出訊號(hào)功率超出或低于傳導(dǎo)頻率時(shí)輸出訊號(hào)功率的頻率)，擁有低損耗、高熱傳導(dǎo)基板，開啟了一系列全新的可能應(yīng)用，尤其在5G多輸入輸出(MassiveMIMO)應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)高整合性解決方案。

典型的GaN射頻器件的加工工藝，主要包括如下環(huán)節(jié)：外延生長(zhǎng)-器件隔離-歐姆接觸（制作源極、漏極）-氮化物鈍化-柵極制作-場(chǎng)板制作-襯底減薄-襯底通孔等環(huán)節(jié)。

外延生長(zhǎng)：采用金屬氧化物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）或分子束外延（MBE）方式在SiC或Si襯底上外延GaN材料。

器件隔離：采用離子注入或者制作臺(tái)階（去除掉溝道層）的方式來實(shí)現(xiàn)器件隔離。射頻器件之間的隔離是制作射頻電路的基本要求。

歐姆接觸：形成歐姆接觸是指制作源極和漏極的電極。對(duì)GaN材料而言，制造歐姆接觸需要在很高的溫度下完成。

氮化物鈍化：在源極和漏極制作完成后，GaN半導(dǎo)體材料需要經(jīng)過鈍化過程來消除懸掛鍵等界面態(tài)。GaN的鈍化過程通常采用SiN（氮化硅）來實(shí)現(xiàn)。

柵極制作：在SiN鈍化層上開口，然后沉積柵極金屬。至此，基本的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)就成型了。

場(chǎng)板制作：柵極制作完成后，繼續(xù)沉積額外的幾層金屬和氮化物，來制作場(chǎng)板、互連和電容，此外，也可以保護(hù)器件免受外部環(huán)境影響。

襯底減?。阂r底厚度減薄至100μm左右，然后對(duì)減薄后的襯底背部進(jìn)行金屬化。

襯底通孔：通孔是指在襯底上表面和下表面之間刻蝕出的短通道，用于降低器件和接地(底部金屬化層)之間的電感。

GaN材料已成為基站PA的有力候選技術(shù)。GaN是極穩(wěn)定的化合物，具有強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、在Ⅲ-Ⅴ族化合物中電離度是最高的、化學(xué)穩(wěn)定性好，使得GaN器件比Si和GaAs有更強(qiáng)抗輻照能力，同時(shí)GaN又是高熔點(diǎn)材料，熱傳導(dǎo)率高，GaN功率器件通常采用熱傳導(dǎo)率更優(yōu)的SiC做襯底，因此GaN功率器件具有較高的結(jié)溫，能在高溫環(huán)境下工作。GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）憑借其固有的高擊穿電壓、高功率密度、大帶寬和高效率，已成為基站PA的有力候選技術(shù)。

GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。相較于基于Si的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體（SiLDMOS，LateralDouble-diffusedMetal-oxideSemiconductor）和GaAs，在基站端GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。目前針對(duì)3G和LTE基站市場(chǎng)的功率放大器主要有SiLDMOS和GaAs兩種，但LDMOS功率放大器的帶寬會(huì)隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過約3.5GHz的頻率范圍內(nèi)有效，而GaAs功率放大器雖然能滿足高頻通信的需求，但其輸出功率比GaN器件遜色很多。在5G高集成的MassiveMIMO應(yīng)用中，它可實(shí)現(xiàn)高集成化的解決方案，如模塊化射頻前端器件。在毫米波應(yīng)用上，GaN的高功率密度特性在實(shí)現(xiàn)相同覆蓋條件及用戶追蹤功能下，可有效減少收發(fā)通道數(shù)及整體方案的尺寸。實(shí)現(xiàn)性能成本的最優(yōu)化組合。隨著5G時(shí)代的到來，小基站及MassiveMIMO的飛速發(fā)展，會(huì)對(duì)集成度要求越來越高，GaN自有的先天優(yōu)勢(shì)會(huì)加速功率器件集成化的進(jìn)程。5G會(huì)帶動(dòng)GaN這一產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。然而，在移動(dòng)終端領(lǐng)域GaN射頻器件尚未開始規(guī)模應(yīng)用，原因在于較高的生產(chǎn)成本和供電電壓。GaN將在高功率，高頻率射頻市場(chǎng)發(fā)揮重要作用。

2、GaN射頻PA有望成為5G基站主流技術(shù)

預(yù)測(cè)未來大部分6GHz以下宏網(wǎng)絡(luò)單元應(yīng)用都將采用GaN器件，小基站GaAs優(yōu)勢(shì)更明顯。就電信市場(chǎng)而言，得益于5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益臨近，將從2019年開始為GaN器件帶來巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。相比現(xiàn)有的硅LDMOS（橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)）和GaAs（砷化鎵）解決方案，GaN器件能夠提供下一代高頻電信網(wǎng)絡(luò)所需要的功率和效能。而且，GaN的寬帶性能也是實(shí)現(xiàn)多頻帶載波聚合等重要新技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。GaNHEMT（高電子遷移率場(chǎng)效晶體管）已經(jīng)成為未來宏基站功率放大器的候選技術(shù)。由于LDMOS無法再支持更高的頻率，GaAs也不再是高功率應(yīng)用的最優(yōu)方案，預(yù)計(jì)未來大部分6GHz以下宏網(wǎng)絡(luò)單元應(yīng)用都將采用GaN器件。5G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段更高，穿透力與覆蓋范圍將比4G更差，因此小基站（smallcell）將在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中扮演很重要的角色。不過，由于小基站不需要如此高的功率，GaAs等現(xiàn)有技術(shù)仍有其優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，由于更高的頻率降低了每個(gè)基站的覆蓋率，因此需要應(yīng)用更多的晶體管，預(yù)計(jì)市場(chǎng)出貨量增長(zhǎng)速度將加快。

預(yù)計(jì)到2025年GaN將主導(dǎo)RF功率器件市場(chǎng)，搶占基于硅LDMOS技術(shù)的基站PA市場(chǎng)。根據(jù)yole的數(shù)據(jù)，2014年基站RF功率器件市場(chǎng)規(guī)模為11億美元，其中GaN占比11%，而橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)（LDMOS）占比88%。2017年，GaN市場(chǎng)份額預(yù)估增長(zhǎng)到了25%，并且預(yù)計(jì)將繼續(xù)保持增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年GaN將主導(dǎo)RF功率器件市場(chǎng)，搶占基于硅LDMOS技術(shù)的基站PA市場(chǎng)。

對(duì)于既定功率水平，GaN具有體積小的優(yōu)勢(shì)。有了更小的器件，則可以減小器件電容，從而使得較高帶寬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加輕松。

氮化鎵基MIMO天線功耗可降低40%。下圖展示的是鍺化硅和氮化鎵的毫米波5G基站MIMO天線方案，左側(cè)展示的是鍺化硅基MIMO天線，它有1024個(gè)元件，裸片面積是4096平方毫米，輻射功率是65dbm，與之形成鮮明對(duì)比的，是右側(cè)氮化鎵基MIMO天線，盡管價(jià)格較高，但功耗降低了40%，裸片面積減少94%。

GaN適用于大規(guī)模MIMO

GaN芯片每年在功率密度和封裝方面都會(huì)取得飛躍，能比較好的適用于大規(guī)模MIMO技術(shù)。當(dāng)前的基站技術(shù)涉及具有多達(dá)8個(gè)天線的MIMO配置，以通過簡(jiǎn)單的波束形成算法來控制信號(hào)，但是大規(guī)模MIMO可能需要利用數(shù)百個(gè)天線來實(shí)現(xiàn)5G所需要的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。

大規(guī)模MIMO中使用的耗電量大的有源電子掃描陣列（AESA），需要單獨(dú)的PA來驅(qū)動(dòng)每個(gè)天線元件，這將帶來顯著的尺寸、重量、功率密度和成本（SWaP-C）挑戰(zhàn)。這將始終涉及能夠滿足64個(gè)元件和超出MIMO陣列的功率、線性、熱管理和尺寸要求，且在每個(gè)發(fā)射/接收（T/R）模塊上偏差最小的射頻PA。

MIMOPA年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到135%。預(yù)計(jì)2022年，4G/5G基礎(chǔ)設(shè)施用RF半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到16億美元，其中，MIMOPA年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到135%，射頻前端模塊的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到119%。

預(yù)計(jì)未來5～10年，GaN將成為3W及以上RF功率應(yīng)用的主流技術(shù)。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2017年，全球GaN射頻市場(chǎng)規(guī)模約為3.84億美元，在3W以上（不含手機(jī)PA）的RF射頻市場(chǎng)的滲透率超過20%。GaN在基站、雷達(dá)和航空應(yīng)用中，正逐步取代LDMOS。隨著數(shù)據(jù)通訊、更高運(yùn)行頻率和帶寬的要求日益增長(zhǎng)，GaN在基站和無線回程中的應(yīng)用持續(xù)攀升。在未來的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，針對(duì)載波聚合和大規(guī)模輸入輸出（MIMO）等新技術(shù)，GaN將憑借其高效率和高寬帶性能，相比現(xiàn)有的LDMOS處于更有利的位置。未來5～10年內(nèi)，預(yù)計(jì)GaN將逐步取代LDMOS，并逐漸成為3W及以上RF功率應(yīng)用的主流技術(shù)。而GaAs將憑借其得到市場(chǎng)驗(yàn)證的可靠性和性價(jià)比，將確保其穩(wěn)定的市場(chǎng)份額。LDMOS的市場(chǎng)份額則會(huì)逐步下降，預(yù)測(cè)期內(nèi)將降至整體市場(chǎng)規(guī)模的15%左右。

到2023年，GaNRF器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到13億美元，約占3W以上的RF功率市場(chǎng)的45%。截止2018年底，整個(gè)RFGaN市場(chǎng)規(guī)模接近4.85億美元。未來大多數(shù)低于6GHz的宏網(wǎng)絡(luò)單元實(shí)施將使用GaN器件，無線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用占比將進(jìn)一步提高至近43%。

3、RFGaN市場(chǎng)的發(fā)展方向

GaN技術(shù)主要以IDM為主。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，GaN技術(shù)在全球各大洲已經(jīng)普及。市場(chǎng)領(lǐng)先的廠商主要包括SumitomoElectric、Wolfspeed（Cree科銳旗下）、Qorvo，以及美國(guó)、歐洲和亞洲的許多其它廠商?；衔锇雽?dǎo)體市場(chǎng)和傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不同。相比傳統(tǒng)硅工藝，GaN技術(shù)的外延工藝要重要的多，會(huì)影響其作用區(qū)域的品質(zhì)，對(duì)器件的可靠性產(chǎn)生巨大影響。這也是為什么目前市場(chǎng)領(lǐng)先的廠商都具備很強(qiáng)的外延工藝能力，并且為了維護(hù)技術(shù)秘密，都傾向于將這些工藝放在自己內(nèi)部生產(chǎn)。

GaN-on-SiC更具有優(yōu)勢(shì)。盡管如此，F(xiàn)abless設(shè)計(jì)廠商通過和代工合作伙伴的合作，發(fā)展速度也很快。憑借與代工廠緊密的合作關(guān)系以及銷售渠道，NXP和Ampleon等領(lǐng)先廠商或?qū)⒏淖兪袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局。同時(shí)，目前市場(chǎng)上還存在兩種技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)：GaN-on-SiC（碳化硅上氮化鎵）和GaN-onsilicon（硅上氮化鎵）。它們采用了不同材料的襯底，但是具有相似的特性。理論上，GaN-on-SiC具有更好的性能，而且目前大多數(shù)廠商都采用了該技術(shù)方案。不過，M/A-COM等廠商則在極力推動(dòng)GaN-on-Silicon技術(shù)的廣泛應(yīng)用。未來誰將主導(dǎo)還言之過早，目前來看，GaN-on-silicon仍是GaN-on-SiC解決方案的有力挑戰(zhàn)者。

4、全球GaN射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)格局

境外GaN射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司及產(chǎn)品進(jìn)展

GaN微波射頻器件產(chǎn)品推出速度明顯加快。目前微波射頻領(lǐng)域雖然備受關(guān)注，但是由于技術(shù)水平較高，專利壁壘過大，因此這個(gè)領(lǐng)域的公司相比較電力電子領(lǐng)域和光電子領(lǐng)域并不算很多，但多數(shù)都具有較強(qiáng)的科研實(shí)力和市場(chǎng)運(yùn)作能力。GaN微波射頻器件的商業(yè)化供應(yīng)發(fā)展迅速。據(jù)材料深一度對(duì)Mouser數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析顯示，截至2018年4月，共有4家廠商推出了150個(gè)品類的GaNHEMT，占整個(gè)射頻晶體管供應(yīng)品類的9.9%，較1月增長(zhǎng)了0.6%。

Qorvo產(chǎn)品工作頻率范圍最大，Skyworks產(chǎn)品工作頻率較小。Qorvo、CREE、MACOM73%的產(chǎn)品輸出功率集中在10W～100W之間，最大功率達(dá)到1500W（工作頻率在1.0-1.1GHz，由Qorvo生產(chǎn)），采用的技術(shù)主要是GaN/SiCGaN路線。此外，部分企業(yè)提供GaN射頻模組產(chǎn)品，目前有4家企業(yè)對(duì)外提供GaN射頻放大器的銷售，其中Qorvo產(chǎn)品工作頻率范圍最大，最大工作頻率可達(dá)到31GHz。Skyworks產(chǎn)品工作頻率較小，主要集中在0.05-1.218GHz之間。

Qorvo射頻放大器的產(chǎn)品類別最多。在我國(guó)工信部公布的2個(gè)5G工作頻段（3.3-3.6GHz、4.8-5GHz，）內(nèi)，Qorvo公司推出的射頻放大器的產(chǎn)品類別最多，最高功率分別高達(dá)100W和80W（1月份Qorvo在4.8-5GHz的產(chǎn)品最高功率為60W），ADI在4.8-5GHz的產(chǎn)品最高功率提高到50W（之前產(chǎn)品的最高功率不到40W），其他產(chǎn)品的功率大部分在50W以下。

大陸GaN射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)公司及產(chǎn)品進(jìn)展：歐美國(guó)家出于對(duì)我國(guó)技術(shù)發(fā)展速度的擔(dān)憂及遏制我國(guó)新材料技術(shù)的發(fā)展想法，在第三代半導(dǎo)體材料方面，對(duì)我國(guó)進(jìn)行幾乎全面技術(shù)封鎖和材料封鎖。在此情況下，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)單位立足自主創(chuàng)新，目前在GaN微波射頻領(lǐng)域已取得顯著成效，在軍事國(guó)防領(lǐng)域和民用通信領(lǐng)域兩個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行突破，打造了中電科13所、中電科55所、中興通信、大唐移動(dòng)等重點(diǎn)企業(yè)以及中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通等大客戶。

蘇州能訊推出了頻率高達(dá)6GHz、工作電壓48V、設(shè)計(jì)功率從10W-320W的射頻功率晶體管。在移動(dòng)通信方面，蘇州能訊已經(jīng)可以提供適合LTE、4G、5G等移動(dòng)通信應(yīng)用的高效率和高增益的射頻功放管，工作頻率涵蓋1.8-3.8GHz，工作電壓48V，設(shè)計(jì)功率從130W-390W，平均功率為16W-55W。