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5G換機(jī)潮來(lái)臨,掘金射頻前端

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來(lái)源:新浪財(cái)經(jīng)
日期:2019-12-18 14:37:07
摘要:進(jìn)入 5G 時(shí)代, 3GPP 把 5G 頻譜分為兩個(gè) FR(Frequency Range,頻率范圍),分別是 FR1 和 FR2。FR1 的頻率范圍是 450MHz 到 6GHz,為 Sub 6GHz(6GHz 以下頻段)。FR2 的頻率范圍是 24GHz 到 52GHz,為毫米波(mmWave)。
關(guān)鍵詞:射頻前端

進(jìn)入 5G 時(shí)代, 3GPP 把 5G 頻譜分為兩個(gè) FR(Frequency Range,頻率范圍),分別是 FR1 和 FR2。FR1 的頻率范圍是 450MHz 到 6GHz,為 Sub 6GHz(6GHz 以下頻段)。FR2 的頻率范圍是 24GHz 到 52GHz,為毫米波(mmWave)。

從已分配的 5G 頻譜來(lái)看,目前全球的 5G 部署分為 Sub 6G 和毫米波兩大陣營(yíng)。以中國(guó)、歐洲運(yùn)營(yíng) 商為代表的陣營(yíng)主要采用 Sub 6GHz,3.5GHz 產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)成熟,發(fā)展進(jìn)度比較快,更低頻、更經(jīng)濟(jì), 所需基站密度更低,資本支出相對(duì)更小。美國(guó)運(yùn)營(yíng)商目前的部署計(jì)劃主要集中在 24GHz-28GHz 毫 米波端,毫米波段的大帶寬可以支持更高的上下行速率,但是所需基站的密度更大,對(duì)資本支出帶 來(lái)一定壓力。

5G 頻譜之所以出現(xiàn) Sub 6G 和毫米波分化,主要由于早期各國(guó)頻段規(guī)劃步伐的不統(tǒng)一:美國(guó)的 Sub 6G 頻段大部分用于軍事、航天,頻帶重耕的難度非常大。為了不影響 5G 部署進(jìn)度,索性跨過(guò) Sub 6G,直接邁入毫米波段。但是由于毫米波段穿透性差、傳播距離短、雨衰嚴(yán)重等物理特性影響,大 規(guī)模商用的難度較高。

美國(guó)運(yùn)營(yíng)商 T-Mobile 正加緊對(duì) 600MHz 和 700MHz 的 LTE 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí),該公司計(jì)劃利用其低頻 段頻譜推出覆蓋范圍更廣的 5G 服務(wù)。11 月 26 日消息,AT&T 宣布在年底之前用 850MHz 頻段的 5G 網(wǎng)絡(luò)為消費(fèi)者和企業(yè)客戶提供 5G 商用服務(wù)。

2.2 通信引領(lǐng)終端射頻變革,紅利釋放在即

過(guò)去十幾年的時(shí)間,通訊行業(yè)經(jīng)歷了從 2G 到 3G,再由 3G 到 4G 的逐步迭代。更多頻段得開(kāi)發(fā)、 新技術(shù)得引入令高速網(wǎng)絡(luò)普及,手機(jī)也由當(dāng)年短信電話的功能機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)楦佣嘣闹悄芙K端,滿足 我們即時(shí)下載、社交直播、在線游戲等需求。伴隨著這種轉(zhuǎn)變,通訊性能成為衡量一款手機(jī)的重要 指標(biāo)。這其中射頻前端(RFFE)作為核心組件,其作用更是舉足輕重,主要包括功率放大器(PA)、天 線開(kāi)關(guān)(Switch)、濾波器(Filter)、雙工器(Duplexer 和 Diplexer)和低噪聲放大器(LNA)等,直接影響 著手機(jī)的信號(hào)收發(fā)。其中,天線開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)不同射頻通道之間的轉(zhuǎn)換;濾波器負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的濾波;雙工器負(fù)責(zé) FDD 系統(tǒng)的雙工切換和接收發(fā)射通道的射頻信號(hào)濾波;PA 負(fù)責(zé)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放 大;LNA 負(fù)責(zé)接收通道的射頻信號(hào)放大。

手機(jī)下載(聽(tīng)電話)的原理是:先由天線傳送過(guò)來(lái)高頻類比訊號(hào)(電磁波),由傳送接收器(Rx)接 收進(jìn)來(lái),再經(jīng)由帶通濾波器(BPF)得到特定頻率范圍(頻帶)的高頻類比訊號(hào),由低雜訊放大器 (LNA)將微弱的訊號(hào)放大,由混頻器(Mixer)轉(zhuǎn)換成所需要的頻率,由解調(diào)器(Demodulator) 轉(zhuǎn)換成數(shù)碼語(yǔ)音訊號(hào),最后由基頻芯片(BB)處理數(shù)碼語(yǔ)音訊號(hào),反之亦然。

2.2.1 手機(jī)射頻前端演進(jìn)趨勢(shì)之一:射頻前端器件增加

通信技術(shù)從 2G 發(fā)展到 5G,手機(jī)射頻前端最大的變化在于支持的頻段增加。2G 時(shí)代,通信制式只 有 GSM 和 CDMA 兩種,射頻前端采用分立器件模式,手機(jī)支持的頻段不超過(guò) 5 個(gè);3G 時(shí)代,由 于手機(jī)需要向下兼容 2G 制式,多模的概念產(chǎn)生了,手機(jī)支持的頻段最多可達(dá) 9 個(gè);4G 時(shí)代的全網(wǎng) 通手機(jī)所能夠支持的頻段數(shù)量猛增到 37 個(gè)。

射頻前端升級(jí),器件增加:隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,已由最初的 2G 發(fā)展到 3G 再到即將商用的 5G,對(duì)應(yīng)的頻段也在不斷地?cái)U(kuò)充。頻譜資源是一種非常珍貴的資源,由 2G 到 4G,使用的頻段變多, 且頻帶寬了,可以提供的容量增大了,用戶可以享受更高的網(wǎng)絡(luò)速度。

隨著全網(wǎng)通終端的普及,未來(lái)手機(jī)終端將支持更多的頻段和制式,意味著手機(jī)需要更多的射頻前端 器件。新增支持一個(gè) 2G 或 3G 頻段需增加一個(gè)相應(yīng)頻段的濾波器和天線開(kāi)關(guān)端口,由于 LTE 接收 分集的存在,新增支持一個(gè) LTE 頻段則至少需要增加兩個(gè)相應(yīng)頻段的濾波器和天線開(kāi)關(guān)端口。全球 LTE 頻段眾多,一顆 PA 無(wú)法支持全球所有的 LTE 頻段,所以在一些特殊的頻段還可能需要增加額 外的 PA。

2.2.2 手機(jī)射頻前端演進(jìn)趨勢(shì)之二:射頻前端集成化

射頻前端的發(fā)展自始至終圍繞著基帶芯片的進(jìn)步,從 4G 時(shí)代開(kāi)始,高通推出 MDM9615“五模十頻” 基帶使得一部手機(jī)可以在全球幾乎任何網(wǎng)絡(luò)中使用,從而促進(jìn)了射頻龍頭廠商推出集成化度更高的 射頻前端產(chǎn)品,這一趨勢(shì)在5G時(shí)代得到了延續(xù);從2G到5G,射頻前端經(jīng)歷了從分立器件到FEMiD, 再到 PAMiD 的演變,整個(gè)射頻前端的集成化趨勢(shì)愈加明顯。

FEMiD(Front End Modules integrated Duplexers)

FEMiD 指把濾波器組、開(kāi)關(guān)組和雙工器通過(guò) SIP 封裝在一枚芯片中。FEMiD 最早出現(xiàn)在 3G 時(shí)代是 由于 3G 手機(jī)第一次有了多模多頻段(MMMB)的需求,當(dāng)時(shí)主導(dǎo) FEMiD 市場(chǎng)的是以 Murata 和 TDK 為代表的無(wú)源器件廠商,它們把開(kāi)關(guān)器件和多個(gè)頻段的濾波器集成到一枚芯片當(dāng)中打包出售,一方 面為手機(jī)廠商降低設(shè)計(jì)和采購(gòu)難度,另一方面也能夠?yàn)樽陨韼?lái)更高的利潤(rùn)。事實(shí)上從 3G 時(shí)代開(kāi) 始,整個(gè) RF 前端方案的進(jìn)化都是圍繞多模多頻段進(jìn)行的。從技術(shù)的角度看,F(xiàn)EMiD 的實(shí)現(xiàn)難度并 不高。當(dāng)時(shí)的主流 PA 供應(yīng)商諸如 Skyworks、Renesas、Avago(Broadcom)在自身缺乏無(wú)源器件 工藝的情況下無(wú)意涉足這樣一個(gè)領(lǐng)域。

PAMid(Power Amplifier Modules integrated Duplexers)

PAMiD 把 PA 和 FEM 一起打包封裝,使得射頻前端的集成度再一次提高。PAMiD 相對(duì)于 FEMiD 來(lái)說(shuō),有兩大優(yōu)勢(shì):一方面通過(guò)小尺寸集總元件進(jìn)行匹配,提高集成度集成度,節(jié)省手機(jī) PCB 面積;另一方面,PA 的輸出匹配是整個(gè)射頻前端設(shè)計(jì)最繁瑣的步驟,PAMiD 的出現(xiàn)使得 PA 的輸出匹配工 作由 RF 器件供應(yīng)商承擔(dān)。對(duì)于手機(jī)廠商(OEM)來(lái)說(shuō),PAMiD 的出現(xiàn)讓射頻前端從以前一個(gè)復(fù)雜 的系統(tǒng)工程變成了簡(jiǎn)單的搭積木工作,手機(jī)廠商只需要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃,采購(gòu)相應(yīng)頻段的 PAMiD 模 塊,這樣一來(lái),射頻前端的設(shè)計(jì)難度大大降低


射頻前端主線的是從無(wú)源集成到有源集成

射頻前端發(fā)展的主線是從 FEMiD(無(wú)源器件集成)邁向 PAMiD(有源+無(wú)源器件集成)的過(guò)程。PAMiD 雖然集成度高,節(jié)省手機(jī) PCB 空間,但支持多頻段+CA+MIMO 的 PAMiD 成本高昂,一般手機(jī)廠商 難以承受。目前主要是蘋(píng)果這樣出貨量大且 SKU 較少的高端品牌采用。對(duì)于其他大部分手機(jī)廠商來(lái) 說(shuō),根據(jù)不同機(jī)型搭配不同的射頻方案,才是更為合理的選擇。目前射頻前端廠商推出的產(chǎn)品種類 眾多,OEM 廠商可以根據(jù)不同需求選擇搭配。

在手機(jī)輕薄化趨勢(shì)下,內(nèi)部的硬件空間越來(lái)越小,通信的復(fù)雜化及手機(jī)功能的多樣化使得射頻元件 數(shù)量越來(lái)越多。射頻前端(RFFE)有朝向模塊化、設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化的發(fā)展趨勢(shì),由于射頻前端器件的材料 多為 GaAs,無(wú)法于主芯片集成,所以射頻前端只能做出單獨(dú)的模塊。目前手機(jī)廠商大多選擇搭配多 個(gè)射頻前端小模塊,但隨著手機(jī)內(nèi)部空間日益吃緊,射頻前端器件的集成趨勢(shì)也非常明顯,未來(lái)射 頻前端可能會(huì)以單獨(dú)一個(gè)模塊的形式集成在手機(jī)內(nèi)。盡管射頻前端集成化是大勢(shì)所趨,但由于低端 手機(jī)的龐大出貨量,低集成度模組之間互相搭配的解決方案在短期內(nèi)仍然會(huì)繼續(xù)存在。

2.3 行業(yè)集中度進(jìn)一步提高,國(guó)產(chǎn)突圍可期

根據(jù)國(guó)際大廠的預(yù)計(jì),5G成熟階段全網(wǎng)通的手機(jī)射頻前端的Filters數(shù)量會(huì)從70余個(gè)增為100余個(gè), Switches 數(shù)量會(huì)亦由 10 余個(gè)增為超過(guò) 30 個(gè),使射頻模組的成本持續(xù)增加。從 2G 時(shí)代的約 3 美元, 增加到 3G 時(shí)代的 8 美元、4G 時(shí)代的 28 美元,預(yù)計(jì)在 5G 時(shí)代,旗艦機(jī)射頻模組的成本會(huì)超過(guò) 40 美元。

通過(guò)對(duì)三星 Galaxy S10+ 5G(Sub 6G)和 4G 版的拆機(jī)對(duì)比,物料清單(BOM)中,射頻前端價(jià) 值從 4G 版的 31 美金上升到 46 美金,價(jià)格上升幅度接近 50%,射頻前端 BOM 占比從 4G 版本的 7%提高到了 9%。對(duì)早期 5G 智能手機(jī)而言,射頻前端是推動(dòng) 5G 手機(jī)價(jià)格上漲的主要原因。

根據(jù) Yole 數(shù)據(jù),2018 年全球射頻前端市場(chǎng)規(guī)模 150 億美元。根據(jù)圖 32,5G 射頻前端物料成本從 28 美元提升到 40 美元,假設(shè) 2020 年 5G 手機(jī)出貨量占比為 13%來(lái)測(cè)算,2020 年射頻前端市場(chǎng)規(guī) ??赡軙?huì)達(dá)到 160 億美元。我們認(rèn)為,高集成度、一體化是射頻前端產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力,擁有全線 技術(shù)工藝能力的供應(yīng)商會(huì)占據(jù)大部分市場(chǎng),單一器件的供應(yīng)商市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)在 5G 時(shí)代逐漸降低。

2.3.1 無(wú)源器件廠商與有源器件廠商并購(gòu)整合

在整個(gè)射頻前端的市場(chǎng)中,Skyworks、Qorvo、Avogo 和 Murata 四家 IDM 公司占據(jù)了大部分的市 場(chǎng)份額,相比于手機(jī)芯片市場(chǎng)國(guó)產(chǎn)芯片的崛起,射頻前端器件的領(lǐng)域目前還主要由國(guó)外廠家主導(dǎo), 國(guó)內(nèi)的射頻廠商的差距主要在于技術(shù)、專利和制造工藝,主要的產(chǎn)品為相對(duì)簡(jiǎn)單的手機(jī)天線、PA 和 較低端的濾波器。因 IDM 具有各種射頻元件的完整制造技術(shù)與整合能力,可以提供射頻前端整體解 決方案,受到手機(jī) OEM 廠商的青睞。降低了開(kāi)發(fā)難度。

4G 商用后, 3G 時(shí)代無(wú)源器件廠商主導(dǎo)的 FEMiD 時(shí)代一去不返, 2011 年 Murata 通過(guò)收購(gòu) Renesas 的 PA 部門(mén)成為 PAMiD 供應(yīng)商,2014 年 RFMD 與 TriQuint 合并成立了 Qorvo,2016 年 Skyworks 收購(gòu)了松下的合資公司獲得了高性能濾波器技術(shù)。射頻行業(yè)并購(gòu)整合的原因主要有:一、高通“五 模十頻”基帶的推出讓智能手機(jī)進(jìn)入了全網(wǎng)通時(shí)代,從而促進(jìn)了多頻段射頻的需求;二、智能手機(jī) 的輕薄化趨勢(shì)壓縮了PCB板面積,傳統(tǒng)低集成度的設(shè)計(jì)方案對(duì)于捉襟見(jiàn)肘PCB空間來(lái)說(shuō)太過(guò)奢侈。

2.3.2 手機(jī)芯片廠商布局射頻前端,國(guó)產(chǎn)射頻進(jìn)步快速發(fā)展階段

2014 年高通收購(gòu) BlackSand 獲得 PA 技術(shù),2016 年與 TDK 成立合資公司 RF360,獲取了濾波器技 術(shù);國(guó)內(nèi)基帶芯片商展訊(現(xiàn)紫光展銳)2014 年收購(gòu)銳迪科,進(jìn)入射頻前端產(chǎn)業(yè);2017 年 MTK 收 購(gòu)射頻 PA 供應(yīng)商絡(luò)達(dá)。手機(jī)芯片廠商布局射頻前端的最大優(yōu)勢(shì)就是可以跟其他芯片捆綁銷售。能夠 提供從 AP 到基帶、電源管理、射頻前端完整手機(jī)芯片解決方案對(duì)于手機(jī)芯片商來(lái)說(shuō),將很大程度 提高自身的行業(yè)話語(yǔ)權(quán)。

另外,在最新推出的 MATE20 X 5G 版拆解中已經(jīng)可以看到多款海思射頻前端芯片:Hi6D03(MB/HB PAM)、 Hi6365(RF Transceiver)、 Hi6H11(LNA/RF switch)、 Hi6H12(LNA/RF switch)和 Hi6526 (PMIC)。盡管目前海思射頻前端芯片集成度不高,但是可以看出華為近年在減少美國(guó)供應(yīng)商依賴 方面的努力,預(yù)計(jì)未來(lái)華為手機(jī)采用海思自研的芯片會(huì)更多,集成度也有望進(jìn)一步提高。海思有望 成為未來(lái)國(guó)內(nèi)射頻前端領(lǐng)域的龍頭,與國(guó)外射頻巨頭競(jìng)爭(zhēng)。

從濾波器的全球競(jìng)爭(zhēng)格局上看,美國(guó)和日本基本壟斷了整個(gè)行業(yè)。在 SAW 濾波器領(lǐng)域,日本企業(yè) Murata、TDK 和 TaiyoYuden 占據(jù)市場(chǎng) 80%以上的份額;在 BAW 濾波器領(lǐng)域,Broadcom(博通)/ Avago 和 Qorvo 兩家廠商占據(jù)市場(chǎng) 90%以上的份額。在國(guó)內(nèi),SAW 濾波器廠商有麥捷科技(12.460, -0.40, -3.11%)、中電 二十六所、中電德清華瑩、華遠(yuǎn)微電和無(wú)錫好達(dá)電子,BAW 濾波器領(lǐng)域暫時(shí)只有部分研究所處于研發(fā)階段。其中,國(guó)內(nèi)廠商麥捷科技等廠商生產(chǎn)的 SAW 濾波器已經(jīng)開(kāi)始逐步批量出貨至華勤、聞泰二 線廠商,并正在積極向市場(chǎng)推廣逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)突圍。

高頻通信是 5G 時(shí)代的核心技術(shù),目前射頻前端器件在技術(shù)上還無(wú)法做到在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)高頻通信。高頻通信的出現(xiàn)將對(duì)手機(jī)射頻前端器件的性能和制作工藝提出更高的要求。目前 PA 和 LNA 主流的 制作材料在高頻時(shí)會(huì)受到很大的影響,未來(lái)可能需要諸如 GaN 等高頻特性更好的材料制造射頻前端 器件,在制造技術(shù)和成本上都還需要有所突破。

目前射頻前端市場(chǎng)的主要參與者有四類:一是以 IDM 模式為主的老牌射頻方案巨頭,有 Skyworks、 Qorvo、Murata 和 Avago(Broadcom)四家;二是以 Fabless 模式為主的設(shè)計(jì)公司供應(yīng)商,其中高 通、海思、MTK、紫光展銳近年來(lái)發(fā)展速度較快,有望上升至第一梯隊(duì);第三梯隊(duì)為擁有部分射頻 產(chǎn)品,暫無(wú)整體解決方案;四是化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域晶圓代工。國(guó)產(chǎn)射頻前端方面,伴隨著國(guó)產(chǎn)手機(jī) 品牌的崛起,海思、紫光展銳已經(jīng)在部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代;卓勝微(461.960, -11.14, -2.35%)、漢天下、唯捷創(chuàng)芯擁有關(guān)鍵 技術(shù),并且打入知名手機(jī)品牌供應(yīng)鏈。

2.4 終端產(chǎn)品天線升級(jí),MIMO 蓄勢(shì)待發(fā)

智能手機(jī)天線是多根特定長(zhǎng)度的金屬導(dǎo)線,天線長(zhǎng)度與載波頻率成正比。從 2G 到 5G,由于通信載 波頻率的變化,手機(jī)天線形態(tài)和材質(zhì)發(fā)生了很大變化:從金屬?zèng)_壓件、金屬邊框、FPC、LCP、LDS 到 Aip、AiM 等變革,手機(jī)天線的不斷變化體現(xiàn)了材料工藝與加工技術(shù)的升級(jí)。

我們從蘋(píng)果手機(jī)天線結(jié)構(gòu)的演進(jìn)中可以看到,在 3G 時(shí)代,iPhone 3G/3GS 采用 FPC 架構(gòu)天線;穿透手機(jī)塑料外殼發(fā)射和接受信號(hào);iPhone 4/4S 采用玻璃后蓋和金屬邊框,邊框采用分段設(shè)計(jì),邊 框不僅起到了機(jī)身框架的作用,同時(shí)還是手機(jī)的無(wú)線天線(后來(lái)的 iphone6 也是采用了分段式的設(shè) 計(jì));到 iPhone X 時(shí)蘋(píng)果首次使用 LCP(液晶聚合物)天線,用于提高天線的高頻高速性能并減小 空間占用。

天線類別包含語(yǔ)音通話主天線、PC 天線、wifi 天線、NFC 天線等。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或者形態(tài)上,有傳統(tǒng) 的螺旋式外置天線,后來(lái)逐步發(fā)展成內(nèi)置天線,如陶瓷天線、FPC 天線和 LDS 天線等。隨著形態(tài)的 改變和設(shè)計(jì)難度的提升,天線的價(jià)值量也在提升。

FPC 天線:FPC 一般指柔性電路板,是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性, 絕佳的可撓性印刷電路板。具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點(diǎn)。LDS 天線:主要 利用激光鐳射技術(shù)直接在支架上化鍍形成金屬天線,直接把精密的天線準(zhǔn)確地做在一個(gè)功能性塑料 原件上。LDS 天線擁有高穩(wěn)定性、避免內(nèi)部元器件干擾等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),LDS 天線節(jié)省出更多內(nèi)部設(shè) 計(jì)空間,為移動(dòng)終端產(chǎn)品纖薄化提供更多可能。目前很多國(guó)內(nèi)外眾多移動(dòng)終端廠商都使用了 LDS 天 線,包括三星、華為、小米等。

另外,LDS 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,除了數(shù)碼產(chǎn)品廠商外,還包括無(wú)線充電、NFC 設(shè)備、精密醫(yī)療設(shè)備、汽 車電子等。采用玻璃后蓋的三星 S8 中同時(shí)使用了 LDS 和 FPC 天線,NFC 天線和 WPC 充電線圈 為 FPC 工藝,其余天線為 LDS 工藝。

LDS 的優(yōu)勢(shì)在于直接來(lái)自數(shù)控程式 3D 激光可實(shí)現(xiàn)精細(xì)的分辨率,制造復(fù)雜的 3D 電路圖案結(jié)構(gòu),且 產(chǎn)品具備較高的一致性。主要缺點(diǎn)在于需要特殊的激光改性材料,材料可選范圍有限。

LCP 與 MPI 天線備受矚目

2017 年蘋(píng)果 iPhone X 發(fā)售后,首次采用了多層 LCP 天線。iPhone X 中使用了 2 個(gè) LCP 天線, iPhone 8/8Plus 亦使用1個(gè)局部基于LCP軟板的天線模組。而在2018年最新的三款iPhone (iPhone XS/XS Max/XR)都配備了 LCP 天線。LCP 工藝復(fù)雜,成本高,大約單組 4~5 美元,iPhone X 兩根合計(jì) 8-10 美元,而 iPhone 7 上所采用的 PI 天線 ASP 約為 0.4 美元,LCP 將單機(jī)天線價(jià)值提升 了約 20 倍。

常見(jiàn)的綠色 PCB 電路板主要使用聚酰亞胺(PI)材料包裹銅箔制成。為了更加輕薄化,電路板上傳輸 數(shù)據(jù)的銅箔厚度從 12 微米厚度逐漸壓縮成 6~9 微米的超薄壓延銅箔。由于高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)接口要 求電路板必須能夠承受 5G 每秒上下的傳輸速度。高速傳輸中,超薄銅箔會(huì)產(chǎn)生高溫。由于聚酰亞 胺(PI)材料的薄膜熱傳導(dǎo)系數(shù)和銅箔有差異,最終會(huì)導(dǎo)致 PCB 電路板基板翹曲,影響傳輸速度。

LCP(液晶聚合物材料)作為一種新材料:1)具有低介電常數(shù)(Dk=2.9)、低介電損耗(Df=0.001-0.002) 的特質(zhì),未來(lái)手機(jī)向 5G(頻率越來(lái)越高)方向發(fā)展,采用 LCP 材料介質(zhì)損耗與導(dǎo)體損耗更小;2) 可塑性高,LCP 高溫時(shí)溶體的流動(dòng)便會(huì)變得像水一樣,這一特性使得 LCP 更容易成型薄壁小型化的 一些連接器制件,較好靈活性,密封性(吸水率小于 0.004%);3)LCP 天線還可以代替部分射頻 連接器,符合手機(jī)內(nèi)部?jī)艨諟p少的趨勢(shì)。

LCP天線分為材料、FCCL、FPC、SMT四道工藝,前道 LCP材料和 FCCL由 Murata子公司Primatec 提供,LCP-FPC 由子公司 MetroCirc 以及中國(guó)臺(tái)灣 FPC 廠嘉聯(lián)益提供,天線模組由立訊精密和安 費(fèi)諾提供。LCP 天線代表了 5G 時(shí)代終端天線的發(fā)展方向之一,相較于傳統(tǒng)天線,LCP 天線在加工 難度和價(jià)值量上有顯著提升。

LCP 與 MPI 天線的并行:在量產(chǎn)的各大品牌機(jī)型中,目前只有蘋(píng)果手機(jī)使用這種 LCP 天線,而在 上游的材料的供應(yīng)商上基本還是來(lái)自于村田一家,對(duì)于下游的議價(jià)能力較高;另外,2017 年 iPhone X 上市后一度遭遇產(chǎn)能瓶頸,產(chǎn)業(yè)鏈多次傳出由于部分零組件供應(yīng)不足,iPhoneX 產(chǎn)能吃緊,其中 蘋(píng)果創(chuàng)新采用的“LCP 天線”即是導(dǎo)致 iPhone X 產(chǎn)能受限的因素之一,產(chǎn)業(yè)鏈公司上多次表示 LCP 天線只是未來(lái)手機(jī)天線方案之一。因此,在 2019 年蘋(píng)果新機(jī)的天線上,供應(yīng)鏈上表示蘋(píng)果準(zhǔn)備將改 良聚酰亞胺(MPI)技術(shù)用于蘋(píng)果 2019 年新機(jī)上,這種材質(zhì)的天線相比 LCP 天線有著更低廉的生 產(chǎn)成本,它的成品率要明顯高于 LCP 天線,一方面解決單一供應(yīng)商的問(wèn)題,引入更多的上游供應(yīng)商;另一方面,提升天線產(chǎn)品的綜合成品率。

全面屏的使用減少了可用于天線的空間

智能手機(jī)的普及大大豐富了我們的生活,我們對(duì)手機(jī)的需求早已不限于通信功能,娛樂(lè)功能也已經(jīng) 成為了手機(jī)最主要的功能之一。目前,視覺(jué)無(wú)邊框、雙曲面屏幕、3D Touch、PDAF 相位對(duì)焦、USB Type-C 等諸多黑科技紛至沓來(lái)。在手機(jī)屏幕增大節(jié)奏放緩之后,全面屏崛起成為智能機(jī)的標(biāo)配,市 場(chǎng)上比較常見(jiàn)的有“劉海屏”、“水滴屏”“挖孔屏”等。

制造商正在轉(zhuǎn)向“全屏”設(shè)計(jì),邊緣到邊緣的顯示屏幾乎占據(jù)整個(gè)手機(jī)面的智能手機(jī)。這些更改減 少了可用于天線的空間,天線必須位于屏幕占用的區(qū)域之外。天線面積縮小高達(dá) 50%,屏幕頂部和 底部的邊框從高度 7-8 毫米減少到 3-4 毫米,有的甚至更小。由于長(zhǎng)寬比變化,手機(jī)也變得越來(lái)越 窄,因此天線必須更短。天線面積和長(zhǎng)度的減小都會(huì)影響天線的性能,這使得特定頻段的效率優(yōu)化 變得更加困難。

我們明顯觀察到,傳統(tǒng)天線難以滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)快速傳輸,而且移動(dòng)終端用戶、移動(dòng)終 端產(chǎn)品對(duì)射頻天線都提出更高效、更快、更穩(wěn)定的性能要求。所以應(yīng)用在單機(jī)上的射頻天線也從過(guò) 去的單一的語(yǔ)音天線、GPS 天線、WLAN 發(fā)展至 MIMO 主天線、NFC 天線等,甚至是更高價(jià)值的 集成射頻天線模組等。我們認(rèn)為天線行業(yè)技術(shù)不斷升級(jí)、移動(dòng)終端市場(chǎng)的火爆成為推進(jìn)射頻天線行 業(yè)成長(zhǎng)的源動(dòng)力。

天線的技術(shù)革新是推動(dòng)無(wú)線連接向前發(fā)展的重要引擎

天線是接收和發(fā)射電磁波的元器件,是手機(jī)等終端的核心部件?,F(xiàn)在 4G 手機(jī)天線大多為 2×2,部 分手機(jī)為 4×4。5G 作為新一代通信技術(shù),引入了一系列新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。這些新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)將 大幅提升手機(jī)天線的設(shè)計(jì)和制造難度。天線正朝著高度集成化、復(fù)雜化的方向發(fā)展。MIMO 技術(shù)在 發(fā)射端和接收端采用多根發(fā)射天線和接收天線,通過(guò)空分復(fù)用提升速率和容量,是 4.5G 及未來(lái) 5G 時(shí)代的核心技術(shù)。目前 4×4MIMO 要求在手機(jī)端采用 4 根天線進(jìn)行接收,而每根天線均需要一整套 的射頻前端模塊,射頻前端器件的數(shù)量將成倍增加。未來(lái) 5G 時(shí)代的手機(jī)可能集成 8 根、16 根甚至 更多的天線,射頻前端器件的數(shù)目會(huì)更加龐大。

射頻復(fù)雜性的提高使得天線數(shù)量有所增加,接近手機(jī)可達(dá)到的實(shí)際極限。從智能手機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)上也 可以看出,5G 需求更高的數(shù)據(jù)速率,需要更多的天線,以使用多種方式來(lái)提供,包括多頻帶載波聚 合、4x4LTE MIMO 與 Wi-Fi MIMO,天線的典型數(shù)量也將從 4G 手機(jī)的 4-6 根增加到 8-10 根,甚至 更多,但天線可用空間在縮小。

在 5G 商用之前,預(yù)計(jì) 4.5G 會(huì)在移動(dòng)終端逐步使用。就手機(jī)天線而言,目前普通 4G 手機(jī)天線采用 2x2 MIMO,4.5G 使用 4x4 MIMO,4.5G advance 使用 8x8 MIMO,未來(lái)進(jìn)入 5G 時(shí)代有望采用 64x8 MIMO 的天線,基站和手機(jī)終端天線數(shù)量分別增長(zhǎng) 30 倍和 3 倍,同時(shí)天線設(shè)計(jì)難度上升,天線廠商 受益于天線需求的增長(zhǎng)。

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