5G時(shí)代 中高頻器件的國產(chǎn)化之路

為進(jìn)一步推動我國電子元器件的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)新型電子元器件的技術(shù)進(jìn)步與應(yīng)用水平提高，在 5G 商用爆發(fā)前夕，2019 中國 5G 新型電子元器件創(chuàng)新發(fā)展論壇在展會期間如期舉辦，論壇圍繞 5G 產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)展示關(guān)鍵元器件及設(shè)備，旨在助力電子元器件行業(yè)把握發(fā)展機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。

中國電子元件行業(yè)協(xié)會秘書長古群介紹了 5G 時(shí)代下電子元器件產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。古群認(rèn)為，在當(dāng)前不穩(wěn)定的國際貿(mào)易關(guān)系局勢下，分析 2018—2019 年中國電子元件行業(yè)發(fā)展情況可以看到，被美國加征關(guān)稅的電子元件產(chǎn)品的出口額占電子元件出口總額的比重僅為 10%，中美貿(mào)易對電子元件產(chǎn)業(yè)影響有限。

“回顧過去一年國內(nèi)電子元器件產(chǎn)業(yè)運(yùn)行情況，上半年市場低迷、部分外資企業(yè)產(chǎn)線轉(zhuǎn)移、中小企業(yè)經(jīng)營困難，開工不足等都是顯而易見的消極影響。但隨著電子元器件產(chǎn)業(yè)受到政府高度重視、下游企業(yè)與元器件產(chǎn)業(yè)的黏性增強(qiáng)、下游 5G 產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景明朗等利好因素的驅(qū)使下，我國電子元器件行業(yè)下半年形勢逐漸好轉(zhuǎn)，骨干企業(yè)發(fā)展平衡、產(chǎn)線轉(zhuǎn)移步伐減緩以及行業(yè)集中度提高，進(jìn)一步倒逼企業(yè)轉(zhuǎn)型升級?！睂τ?2018—2019 年國內(nèi)電子元器件產(chǎn)業(yè)運(yùn)營情況，古群總結(jié)道。

面對 5G 大規(guī)模商用，中高頻器件的國產(chǎn)化之路在何方？

不難理解，中高頻器件即應(yīng)用于 5G 中頻（Sub-6GHz）和高頻（毫米波 mmWave）頻段的射頻器件，包含功率放大器（PA）、濾波器、天線、低噪聲放大器（LNA）、射頻開關(guān)、射頻收發(fā)器等器件。

隨著 5G 通信的發(fā)展，5G 基站、載波聚合、Sub-6GHz 以及毫米波頻段的發(fā)展和成熟，將大幅度拉動功率放大器（PA）、濾波器、低噪聲放大器（LNA）、開關(guān)、天線等中高頻器件的市場需求。

“當(dāng)前國內(nèi)芯片行業(yè)發(fā)展迅速，我國 5G 產(chǎn)業(yè)發(fā)展已走在世界前列，但在整體產(chǎn)業(yè)鏈布局方面，我國企業(yè)主要處于產(chǎn)業(yè)鏈的中下游。在產(chǎn)業(yè)鏈上游，尤其是中高頻芯片和器件等核心環(huán)節(jié)，技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。尤其是射頻芯片、模組仍嚴(yán)重依賴進(jìn)口，射頻前端市場被 Qorvo、Skyworks、博通等企業(yè)壟斷?！睆V東省未來通信高端器件創(chuàng)新中心首席架構(gòu)師樊永輝在論壇上表示。

從上圖可以看到，通信射頻前端市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)展趨勢良好，但此類器件技術(shù)和市場目前被國外大廠掌控和壟斷。中高頻核心器件是實(shí)現(xiàn) 5G 通信網(wǎng)絡(luò)的核心與關(guān)鍵之一，面對我國 5G 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約瓶頸，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)射頻器件技術(shù)與市場的突破成為 5G 時(shí)代下的重要任務(wù)和目標(biāo)。

據(jù)工信部調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，濾波器和天線具有國產(chǎn)化供應(yīng)鏈基本能力，但功率放大器供應(yīng)鏈弱小，中高頻核心器件是我國 5G 領(lǐng)域主要短板。因此，面對“關(guān)鍵核心技術(shù)缺失”、“產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同不足”的行業(yè)現(xiàn)狀以及“sub-6G 中材料和工藝不足”、“毫米波領(lǐng)域設(shè)計(jì)能力分散、制造產(chǎn)能稀缺”的技術(shù)現(xiàn)狀，緊扣 5G 中高頻核心器件設(shè)計(jì)、制造、測試和應(yīng)用等各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)，以器件設(shè)計(jì)為核心，垂直應(yīng)用為引擎，整合產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢資源，彌補(bǔ)通信產(chǎn)業(yè)鏈缺失環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)中高頻核心器件前沿和共性技術(shù)研發(fā)供給、轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和首次商用化等眾多舉措成為我國爭奪未來通信技術(shù)國際制高點(diǎn)提供有力支撐，也為打破國外技術(shù)壁壘提供了新的可能和機(jī)遇。

此外，對于中高頻器件未來的發(fā)展與技術(shù)路線，樊永輝總結(jié)道：“以 SiC 為襯底的 GaN 的功率放大器將是宏基站的主要技術(shù)。Si 基 GaN 功率放大器有望被應(yīng)用于微小基站以及高頻段的手機(jī)中，取決于 8 寸硅工藝能力以滿足大規(guī)模市場需求及降低成本；

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基站濾波器的主要技術(shù)仍將是陶瓷介質(zhì)濾波器；在手機(jī)中，在 sub-6G 頻率范圍內(nèi)將以 FBAR 為主，在更高的頻率，需要開發(fā)基于電磁波的濾波器技術(shù)；

5G 時(shí)代，中高頻器件總的趨勢是小型化、模塊化、更高的頻率與集成化?！?/p>

5G 時(shí)代，國產(chǎn)濾波器面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)？

對于濾波器部分，北京航天微電科技有限公司南京分公司副總經(jīng)理林樹超在論壇上進(jìn)行了分享。

林樹超表示，隨著 5G 時(shí)代的到來，波器在通信終端中的應(yīng)用方面：濾波器在單個終端的使用數(shù)量從 2007 年的 5 個到如今超過 90 個；成本從 3G 終端的 1.25 美元到如今超過 15 美元。可以看到，在 5G 時(shí)代，濾波器的使用數(shù)量和成本都有了較大提升。

據(jù) Yole Development 數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì) 2023 手機(jī)射頻前端市場規(guī)模年將達(dá)到 352 億美元，年復(fù)合增速達(dá) 14%。其中，濾波器市場規(guī)模最大，2023 年 225 億美元，年復(fù)合增速達(dá) 19%。

在濾波器的應(yīng)用方面，5G 基站中，功率超過 5W 的主要采用介質(zhì)濾波器替代腔體濾波器（功率容量高）；5G 基站中，功率 5W 以內(nèi)的主要采用 SAW/BAW 濾波器（選擇性好）。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的成熟，預(yù)計(jì)到 2022 年，全球?qū)⒂?1,000 億（中國 200 億）個無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)至少用濾波器 10 顆，將達(dá)到 10,000 億顆的市場規(guī)模；在國防領(lǐng)域，軍用通信器材、衛(wèi)星導(dǎo)航、電子對抗系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域?qū)V波器需求旺盛；領(lǐng)先國家限制我國進(jìn)口半導(dǎo)體核心器件，國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)廠家面臨我國軍用裝備市場的廣闊機(jī)遇。

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縱觀濾波器產(chǎn)業(yè)全球市場格局，可以看到 SAW/BAW 濾波器市場均被美日等國外大廠占據(jù)，國內(nèi)企業(yè)占比極低，甚至為零。

面對差距，要加強(qiáng)在關(guān)鍵技術(shù)（諸如“仿真設(shè)計(jì)軟件（FEM/BEM、COM、EM）、微納米加工技術(shù)（0.25 微米工藝）、封裝技術(shù)（SMD-CSP-WLP-Film）、設(shè)備（光刻、鍍膜、濺射）、人才（聲學(xué)、射頻）等”）方面的投入和重視。除此之外，我國濾波器產(chǎn)業(yè)還面臨著來自于交叉學(xué)科、專利壁壘、重資產(chǎn)投資、技術(shù)快速迭代以及人才稀缺等近乎全方面的壓力和挑戰(zhàn)。

困難依舊，仍當(dāng)發(fā)展。在全方位的包圍和壟斷之下，尋找突破口才是國產(chǎn)廠商突圍的關(guān)鍵所在。

“5G 技術(shù)的發(fā)展、消費(fèi)產(chǎn)品需求帶動、供應(yīng)鏈危機(jī)”成為了如今擺在國產(chǎn)企業(yè)面前，可遇不可求的機(jī)遇。

5G 時(shí)代，光模塊發(fā)展面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)？

2019 年 4 月，韓國 KT、SKT、LGU+宣布 5G 網(wǎng)絡(luò)正式商用；2019 年 4 月，美國 Verizon 宣布 5G 網(wǎng)絡(luò)正式商用；2019 年 6 月 6 日中國發(fā)放 5G 牌照、2020 年規(guī)模商用。可以預(yù)見，5G 將于 2020 年—2021 年步入規(guī)模商用，每年新增上百萬個 5G 基站，進(jìn)入 5G 建設(shè)高峰期。5G 的發(fā)展和成熟為光模塊市場帶來發(fā)展驅(qū)動力。

青島海信寬帶多媒體技術(shù)有限公司技術(shù)合作總監(jiān)張華在論壇上介紹，光模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。其中，光電子芯片是光模塊的核心部件，成本占比大概在 50%—60%。但是，高端光電子芯片是我國光模塊企業(yè)的技術(shù)短板，當(dāng)前的國際形勢為國產(chǎn)化發(fā)展提供了契機(jī)，加大研發(fā)投入和促進(jìn)自產(chǎn)自用是有效措施。

在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、基站射頻、系統(tǒng)集成與應(yīng)用服務(wù)、光纖光纜、基站天線、光模塊 ... 等 5G 產(chǎn)業(yè)眾多細(xì)分領(lǐng)域中，光模塊投資占比僅為 4.6%，光通信模塊是產(chǎn)業(yè)鏈中盈利能力最差的環(huán)節(jié)。提高可持續(xù)發(fā)展的盈利能力是光模塊需要解決的重要問題，行業(yè)整體的理性投入和企業(yè)自身的定位策略是可能的解決途徑。

對于 5G 光模塊的發(fā)展策略，張華認(rèn)為，規(guī)模效應(yīng)、技術(shù)創(chuàng)新、國產(chǎn)化作為 5G 光模塊發(fā)展策略是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。

規(guī)模效應(yīng)：在滿足需求的前期下，減少光模塊型號，以提高單款型號的總需求量，這將有利于降低材料成本，進(jìn)而降低光模塊價(jià)格；

技術(shù)創(chuàng)新：通過技術(shù)創(chuàng)新降低成本；

國產(chǎn)化：國內(nèi)仍在攻關(guān) 25G 芯片，國際已經(jīng)準(zhǔn)備量產(chǎn) 50G 芯片，我們?nèi)孕璞M力追趕一個“代際”的差距。

對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的挑戰(zhàn)，張華指出，目前國內(nèi)光模塊供應(yīng)商、激光器芯片供應(yīng)商存在重復(fù)投入、不注重機(jī)會成本等不健康生態(tài)，同質(zhì)化和產(chǎn)能過剩也是存在的挑戰(zhàn)之一。

同時(shí)，我國光通信器件企業(yè)面臨的知識產(chǎn)權(quán)挑戰(zhàn)也較為嚴(yán)峻。我國企業(yè)知識產(chǎn)權(quán)實(shí)力與市場規(guī)模不匹配；核心光器件專利多數(shù)被美日企業(yè)掌握；我國光通信企業(yè)“出?！钡牡谝婚T檻就是專利，加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)布局是我國光模塊企業(yè)在海外做大做強(qiáng)的必備功課。此外，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)特別是數(shù)據(jù)通信光模塊標(biāo)準(zhǔn)，需要加大話語權(quán)。

當(dāng)前，面臨中美貿(mào)易爭端，短期內(nèi)，可能會影響光通信器件出貨量和營收；但從長遠(yuǎn)角度來看，中美角力也將加速中高端國產(chǎn)化器件的普及應(yīng)用。

與此同時(shí)，近年來國外光模塊公司向上游收斂對我國企業(yè)的追趕也許是一個新的機(jī)遇。

5G 時(shí)代，高速 PCB 面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)？

目前處于 5G 建網(wǎng)的初期階段，基站建設(shè)主要以宏基站為主，再用微基站作為補(bǔ)充，加大加深覆蓋區(qū)。隨著網(wǎng)絡(luò)深入部署，小基站需求會進(jìn)一步擴(kuò)大。通訊基站的大批量建設(shè)與升級換代對高頻高速 PCB 形成海量需求，PCB 正迎來新一輪升級換代的需求。

重慶方正高密電子有限公司技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用部技術(shù)專家唐耀表示，5G 時(shí)代下，高速 PCB 廣泛分布于企業(yè)網(wǎng)（ICT）、IT/ 數(shù)據(jù)中心（云 DC）、運(yùn)營商無線（基站）等多領(lǐng)域中。在 5G 下高速 PCB 的發(fā)展歷程中，高速化對 PCB 也提出了信號質(zhì)量、加工工藝、測量技術(shù)等多方面新的挑戰(zhàn)。

測試測量如何助力 5G 走向規(guī)模商用？

隨著 5G 時(shí)代的到來，終端和流量都取得了迅猛的增長。5G 通過其高性能、低延遲和高容量的特性帶來網(wǎng)絡(luò)的變革。

5G 時(shí)代網(wǎng)絡(luò)的演變，eMBB（增強(qiáng)型移動寬帶）、mMTC（大規(guī)模機(jī)器通信）、uRLLC（高可靠低時(shí)延通信）等 5G 三大應(yīng)用場景將要催生出新的應(yīng)用和載體。

高速的物理連接作為 5G 的基礎(chǔ)，憑借網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的更新和以太網(wǎng)聯(lián)盟的技術(shù)發(fā)展方向，速度和性能成為 5G 時(shí)代追求的目標(biāo)。

同時(shí)，隨著布線標(biāo)準(zhǔn)近幾年的更新，提供了更多的基于小基站、邊緣計(jì)算、云計(jì)算等數(shù)據(jù)線纜連接實(shí)施方案。并且，根據(jù)多種 IEEE 新完成的標(biāo)準(zhǔn)，滿足了 5G 時(shí)代物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的速度需求，利用更少光纖實(shí)現(xiàn)更高速度成為主題；減少支持該速度所需的通道；完成 25G 以太網(wǎng)系列標(biāo)準(zhǔn)等。

綜上所述，可以看到我國電子元器件產(chǎn)業(yè)較國外先進(jìn)水平還存在一定差距，面臨著諸多挑戰(zhàn)。隨著國際貿(mào)易的緊張局勢和 5G 時(shí)代的到來，給了國產(chǎn)廠商一個機(jī)會，去追趕或被進(jìn)一步拉大。

編輯：hfy