5G、物聯網帶動射頻前端市場，解密中國廠商如何布局
隨著 5G 網路在頻寬、覆蓋率、時延等技術全面提升，將人與物、物與物串連已不是遙不可及的夢想。根據 TrendForce 旗下拓墣產業研究院資料顯示，在這波浪潮下，為射頻前端市場營造出相當有利的發展空間，其組成元件發展受到關注；另一方面，5G 做為建構物聯網、智慧城市、智慧製造的基礎，中國廠商積極投入 5G 布局的情勢如何？一起來了解。
誰為射頻前端市場營造有利空間？
射頻前端是無線通訊設備的核心組件，介於天線與基頻晶片間，負責處理訊號接收與發送，主要由濾波器（Filter）、雙工器（Duplexer）低噪音放大器（LNA）、功率放大器（PA）與開關（Switch）等組成。拓墣產業研究院指出，隨著行動通訊系統從 2G 走向 5G，射頻前端支援的頻段越來越多，其內部各項元件的搭載數量也不斷提高，以手機為例，2G 手機射頻前端搭載的功率放大器約 1~2 顆，到了 5G 手機則需 16 顆以上。
在平均銷售單價部分，4G 手機射頻前端要價約 15~25 美元，5G 手機射頻前端則介於 30~55 美元；此外，5G 手機若要支援 n257 和 n258 等毫米波（mmWave）頻段，就得搭載更多天線與射頻前端模組，才能避免訊號衰減，其射頻前端價格可能在 70 美元以上。
由此可見，有了 5G 加入，未來架構的物聯網世界，將進一步擴大射頻前端市場規模。
▲ 2018~2022 年全球射頻前端市場規模預估。（Source：拓璞產業研究院，2019/12）
各家元件廠商發展動態概述
拓墣產業研究院表示，射頻前端市場各個組成元件技術門檻高，還沒有單一廠商能為各元件提供最具競爭力的解決方案。以下將聚焦射頻前端的內部元件，概述其發展動態。
▲ 射頻前端的成本結構。（Source：拓璞產業研究院，2019/12）
1. 濾波器
濾波器（Filter）在射頻前端中成本占比最高，由壓電材料製成，主要功能是確保特定訊號通過，並將其他不必要的訊號衰減至最低，以實現高通、低通、帶通或帶阻（註 1）。目前主流的射頻前端濾波器有表面聲波（SAW）濾波器，以及體聲波（BAW）濾波器。此外，5G 系統跨入毫米波頻段，也為低溫共燒陶瓷（LTCC）濾波器開創出全新商機。
從指標供應商來看，SAW 濾波器主要由日本 Murata、TDK、太陽誘電與美國 Skyworks、Qorvo 壟斷，5 家廠商囊括約 96% 市占率；BAW 濾波器則由美國 Broadcom 獨大，市占率約 85%。在 LTCC 濾波器部分，日本 Murata 為領導廠商，TDK、太陽誘電亦布局多年。
▲ 2019 年 SAW（左）與 BAW（右）濾波器供應商市場占有率推估。（Source：拓璞產業研究院，2019/12）
2. 雙工器
雙工器主要由濾波器組成，通常會形成 2 個帶阻，將特定範圍的訊號衰減至最低，並令其他訊號通過。
因雙工器核心技術源自於濾波器，前述 Murata、TDK、太陽誘電、Broadcom、Skyworks 與 Qorvo 等濾波器廠商依然主導雙工器市場。
3. 低噪音放大器
自天線接入的訊號通常較微弱，低噪音放大器（LNA）能將濾波器過濾後的特定訊號放大並抑制噪音，以利後續訊號處理，是訊號接收路徑上的必要元件（註 2）。
在供應商部分，LNA 技術門檻不若濾波器和功率放大器，市場競爭者相對較多，主要供應商有美國 Broadcom、On Semiconductor、Texas Instrument、德國 Infineon 與荷蘭 NXP，各家市占率介於 7~14%。
▲ 2019 年 LNA 供應商市場占有率推估。（Source：拓璞產業研究院，2019/12）
4. 功率放大器
為了確實將訊號穩定傳遞出去，功率放大器會（PA）將來自基頻晶片的微弱訊號放大（註 3），使訊號能經由天線發送出去，屬於訊號發射路徑元件，也是射頻前端內部功耗最高的元件，且成本占比僅次於濾波器。
主要供應商有美國 Skyworks、Qorvo、Broadcom 與日本 Murata，3 家美系廠商合計市占率高達 86%。估計未來基於 GaAs 的 PA 仍會是主流産品，而 InPHBT PA、GaN HEMT PA 需求量則有望於 5G 擴大商用的過程中逐步走高。
▲ 2019 年 PA 供應商市場占有率推估。（Source：拓璞產業研究院，2019/12）
5. 開關
開關的功用是管制訊號接收、發送路徑上各元件間的訊號傳遞，可在接收、發送做切換，或將特定訊號導向指定路徑。開關主要有 3 大類，分別是採用 CMOS 製程的 Switch、採用 SOI 製程的 Switch，以及基於 GaAs 的 Switch。（註 4）
主要供應商有美國 Skyworks、Qorvo、Broadcom 與日本 Murata，合計市占率約 76%，上述廠商也正積極布局 SOI Switch，開發整合 LNA 與 Switch 的解決方案。
▲ 2019 年 Switch 供應商市場占有率推估。（Source：拓璞產業研究院，2019/12）
拓墣產業研究院提醒，終端設備裝置空間有限，如何進一步整合各元件以控制和縮小射頻前端尺寸，就成為國際大廠可以努力的方向。
中國指標廠商的因應之道
目前各個組成元件技術幾乎都由美國、日本所把持，即便華為、中興通訊與大唐電信等指標性廠商已成功奪得 5G 技術發言權，不過在射頻前端和光通訊元件上，中國仍高度依賴進口，技術上相較美國、日本與歐洲廠商仍有差距。
中、美貿易爭端浮上擡面後，中國官方與民間企業更積極設法降低對美系廠商的依賴，那麼，亟欲「去美化」的中國指標廠商，有誰已經投入相關領域謀求發展呢？
1. 濾波器
主要布局 SAW 濾波器的中國廠商有德清華塋、無錫好達、麥捷科技與信維通信，而致力開發 BAW 濾波器的廠商則有諾思和漢天下。
德清華瑩：已具備 SAW 材料、元件與模組的解決方案，且 SAW 濾波器產品線完整，是當地最具實力的 SAW 供應商。
無錫好達：耕耘 SAW 濾波器多年，能滿足 2G 和 3G 頻段的工作需求，已供貨給中興通訊和魅族等手機製造商。
麥捷科技：本業為被動元件，以電感產品為主，近年切入 SAW 濾波器市場。
信維通信：本業為通訊基地台天線與連接元件，2017 年入股德清華塋，協議一同開發 SAW 濾波器技術和共享產品出海口。
諾思：專注於技術門檻較高的 BAW 濾波器，是中國當地唯一具備量產實力的廠商，產品涵蓋軍用與民用，後者以無人機和手機為主。
漢天下：初步跨入濾波器領域，正積極開發 BAW 及基於 BAW 的雙工器。
2. 功率放大器、低噪音放大器、開關
現階段主流的 PA、LNA 與 Switch 大多由化合物半導體製成，多數布局 PA 的中國廠商，往往也切入技術門檻相對較低的 LNA 或 Switch，主要廠商有前述信維通信、漢天下，以及紫光展銳、唯捷創芯、慧智微電子、國民飛驤與卓勝微電子。
信維通信：目標是量產適用於 5G 基地台的 GaN PA，以便與基地台天線本業整合。
漢天下：具備 CMOSPA 與 GaAs PA 技術，產品線已涵蓋 2G、3G 與 4G 頻段，主要供貨給規模較小的當地手機製造商。
紫光展銳：PA、LNA 與 Switch 技術承繼自銳迪科，產品線完整，可應用於 2G、3G 與 4G 頻段。在 2G 和 3G 手機市場耕耘已久。
唯捷創芯：具備 GaAs PA 與 SOI Switch 技術，可應用於 2G、3G 與 4G 頻段，是中國當地最大 4G GaAs PA 供應商，SOI Switch 獲得眾多中國廠商採用，最大客戶為小米。
慧智微電子：開發應用在 4G、5G 頻段的 PA、Switch，専注於整合射頻前端元件的解決方案，以及可重構射頻前端元件，在 SOI 製程上著墨較深。
國民飛驤：主要產品有應用於 2G、3G、4G 頻段的 CMOS PA、GaAs PA，以及應用於 4G 頻段的 Switch 與 FEM 解決方案，目前正針對 5G 的 n78、n79 頻段開發 PA 與射頻前端整合方案。
卓勝微電子：LNA、Switch 設計大廠，具備 GaAs LNA、SiGe LNA 與 SOI Switch 技術，其產品可應用於 2G、3G、4G 頻段，已打入三星等一線手機品牌供應鏈。
以上可知，目前中國廠商提供的射頻前端元件主要仍針對 2G、3G 市場，雖不少廠商已具備應用於 4G 市場的解決方案，但能搶市占率的產品，僅唯捷創芯的 PA 與卓勝微電子的 LNA、Switch。而在 5G 系統即將大規模商用前夕，中國廠商何時可以拉近與國際大廠的差距？如果中美貿易爭端未能善了，中國內部無力自給 5G 射頻前端的情況下，還能仰賴哪些供應商？更多深度分析請見拓墣產業研究院焦點報告。
註 1：高通是令高頻訊號通過，並將截止頻率以下訊號衰減至最低；低通是讓低頻訊號通過，並將截止頻率以上訊號衰減至最低；帶通是令 2 個截止頻率間的訊號通過，將高截止頻率以上和低截止頻率以下訊號衰減至最低；帶阻是令 2 個截止頻率間的訊號衰減至最低，讓高截止頻率以上和低截止頻率以下的訊號通過。
註 2：主要低噪音放大器有採用 SOI 製程的 LNA、基於神化錄（GaAs）的假型高電。
註 3：主要功率放大器分別是採用 CMOS 製程的 PA，基於 GaAs 的高電子移動率電晶體（HEMT）PA、PHEMT PA 與 HBT PA，基於磷化錮（InP）的 HBT PA，以及基於氮化銥（GaN）的 HEMT PA 。
註 4：GaAs Switch 是市占率最高的 Switch 產品；CMOS Switch 的工作頻率在 1GHz 以下，主要針對低階市場；而SOI Switch 的成本和體積小於 GaAs Switch，且能與採用 SOI 製程的 LNA 整合。
（首圖來源：shutterstock）