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抓住5G机遇 左蓝微电子挑战滤波器国产替代之路
电子网2020-11-10 16:15:36财讯网
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5G作为移动通信领域的重大变革点,是当前新基建的领衔领域。在5G的影响下,射频前端器件正发生什么样的变化?近日在中国MEMS制造大会上,左蓝微电子创始人、总经理张博士以“5G时代射频前端的机遇与挑战”为主题发表了演讲,认为:5G将推动终端射频器件需求增加、技术升级、集成度提升,国内射频前端器件厂商应把握住5G历史机遇,不断增强技术实力,射频前端器件的国产化替代时刻已经来临。

5G推动射频模块复杂度提升 市场空间广阔

作为第五代通信系统,5G通信在网络容量、移动连接、延迟、成本、数据速率和覆盖范围等方面的性能有了非常显著的改进,对比4G的革命性突破主要有三个:增强型移动宽带(eMBB)、海量物联网(mMTC)、高可靠低时延(uRLLC),分别对应用户体验速率大于1Gbps、时延小于1毫秒、每平方公里100万个连接,实现这一切有赖于5G频谱资源。

5G 可部署频段分成了两个范围:FR1(450 MHz - 6000 MHz)和 FR2(24250 MHz - 52600 MHz)。中国、韩国、日本、欧洲等地区目前都是主要采用Sub-6GHz 5G方案,美国选择以毫米波频段为主。毫米波技术还未成熟,Sub-6GHz在目前阶段具有成本优势,一方面是由于毫米波成本高,另一方面毫米波基础建设成本高,网络没有完全覆盖。

张博士认为,5G的到来将大大提升射频模块的复杂度和用量:例如5G标准带来的新频段和Refarming频段,导致滤波器的需求倍增,同时频谱的重新划分增强了射频前端的复杂性;5G要求的高频率,推动BAW在高频的应用和创新;5G带来的大带宽,加大了滤波器设计难度;5G双连接技术需要更多的射频器件数量……等等。由于射频内容大幅增加,手机内部射频所占空间在不断缩小,射频前端集成化趋势将会加快。未来,射频前端器件走向高频化、低功耗、高性能、微型化、模组化等方向。

在5G的影响下,现有的4G LTE终端射频系统架构RF前端的复杂性增加。该标准要求手机将额外的射频复杂性压缩到基本相同的空间中,需要创新的方法来支持多个同时上行链路连接的需求,RFFE需要支持这种巨大的带宽,同时提供非常高的线性度和更低的管理功耗,同时,设计中越来越多地使用接收分集模块来处理分集路径,包括接收(Rx)滤波器和开关。

左蓝微电子通过对MEMS射频器件的技术研发优势,为客户提供多种高性能、高集成度的射频模组方案,例如FEMiD、PAiD、PAMiD等等,为5G终端带来了更高的性能和更节省的PCB面积。

滤波器成为国内厂商突破口 进入国产替代时刻

射频前端器件在5G时代量价齐升的趋势也推动市场进入新一轮的高速增长期。据Yole预测,2023年射频前端市场规模将达到350亿美元,较2017年增加130%,未来6年复合增速高达14%。

其中,滤波器已成为射频前端器件市场中份额最大、增速最快的业务板块,市场额度预计达到千亿级。其将从2017年的80亿美元增加到2023年225亿美元,复合增速达到19%。

不同频段需要不同类型的射频滤波器,声表面波滤波器(SAW)主要用于3GHz以下的低频段通讯,占据市场主要份额;体声波滤波器(BAW)适用于2GHz到6GHz频段的中高频段;而高于10GHz则需使用LTCC技术,但LTCC滤波器存在Q值不高的缺点。张博士表示,在不同领域、不同应用场景,各项技术都有自己的生存空间,每个领域的产品可以做的更好。厂商应针对应用场景,利用自身能力去发挥每一种技术的最大能量,甚至可以把各种技术进行混合,以充分满足客户的需求。

会上张博士重点介绍了左蓝微电子对于5G通信背景下滤波器技术的多种解决方案和一些见解看法。

例如,常规SAW易受温度变化影响。温度变化让SAW滤波器高温基片材料刚度变小,导致声速降低,产生器件频率漂移;同时,基片材料的热膨胀会导致IDT周期变化,性能不稳定。可通过温度补偿层法和键合片层法两种工艺类型实现温度补偿(TC-SAW)技术。TC-SAW是在IDT的结构上涂覆一层在温度升高时刚度会加强的涂层,进行温度系数的补偿,使声速控制在可以接受的范围。

针对常规SAW在高频段选择性变低的问题,可以通过选用高声速材料、多层薄膜结构作为衬底材料,减小声波向材料内部传播,选择优化工作模式消除各种寄生模式,提高主模式Q值。

此外,为了解决常规SAW面临的高频选择性降低、高频功率承受能力降低等挑战,左蓝微电子研发了PESAW滤波器。PESAW属于复合介质SAW,也可称为薄膜型SAW,主要特点是基板为多层复合介质,克服了常规SAW滤波器的缺点,有高Q值、低TCF等优点,其性能达到了接近于BAW滤波器的程度,在插损和隔离度等方面可以满足高性能射频器件的设计需要,同时PESAW与常规SAW相比还具有尺寸优势,符合移动终端不断缩小的发展趋势。在这种前提下,PESAW器件将会是具备优势的理想产品。

中国是滤波器产品消费大国,但关键技术和市场一直被欧美厂商占据。中国政府注重通信设备领域的自主可控,滤波器的国产化替代已成必需。张博士认为,当前国外巨头企业将目光主要投向了高频BAW滤波器,中低频段SAW滤波器技术研发进展有所放缓,国内厂商已经积累了一定的技术实力,可通过从中低端SAW布局渗透,提升技术水平,增加市场份额,再向高端器件和模组逐步迈进。

在需求的推动下,国产滤波器市场正成为投资新风口,不少企业纷纷入局。左蓝微电子凭借着出色的技术实力受到投资方的看好,并在近期完成由深创投领投的新一轮融资。下一阶段,左蓝微电子将针对国内市场需求的产品做到全覆盖,完善中高端射频滤波器方案,为实现国产化替代、打破国外垄断,最终成为RF-MEMS领域的全球领先供应商而努力。

在“5G新基建”发展的大背景下,打造自主射频前端供应链成为中国厂商的不懈追求。尽管国内射频前端器件跟国际先进水平仍有一定差距,但是中国厂商正在向前迈步,相信凭借不断的技术积累,国产射频前端市场有望加速突围,早日实现高端化,走出一条自主可控发展的康庄大道,为“5G新基建”发展提供有力支撑。

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