獲悉射頻芯片廠家唯捷創芯完成科創板上市輔導,即將成為第一家上市的國產PA公司。
國產射頻PA新歷史,從此拉開序幕。
回望這條國產射頻芯片之路,不能忘記銳迪科(RDA),開創了2G PA的先河;不能忘記昂瑞微,成功研發2G CMOS PA,第一次打敗國外公司;不能忘記唯捷創芯,讓行業看到國產4G PA也能做的很好;不能忘記慧智微,走了一條連國外公司都不敢走的技術創新路線,構建起產品和技術的雙重競爭力,從4G PA走到5G PA,第一次在產品和技術上追平國外公司。
更多的國產射頻PA公司正趕在上市的路上,有慧智微,有昂瑞微,還會有很多……。
從2004年起,國產射頻PA走過了16個年頭,一路艱辛,一路收獲,從2G PA走到了5G PA。2006年,國產2G PA量產;2011年,國產3G PA量產;2016年,國產4G PA量產;2020年是5G元年,國產5G PA量產,慧智微成為第一家與Skyworks和Qorvo同步推出產品的國產射頻PA公司。
從2G PA到5G PA,產品集成度越來越高,技術難度越來越高。國產射頻PA公司要在5G PA上完全追上國外公司還是有難度的,難在哪里呢?
技術研發難
對于射頻PA來講,頻率越高,帶寬越寬,芯片設計難度越大;集成度越高,技術研發難度也就越高。可以從頻段和器件集成度來看射頻5G PA技術研發難度。
一、從頻段來看5G PA技術研發難度
GSMA是全球運營商的聯盟,每年MWC的組織方,是最有權威價值的移動通信統計機構。GSMA的數據顯示,3.5GHz是5G通訊最主流的選擇。
3.5GHz頻段包含在5G的Sub-6GHz 5G新頻段中。Sub-6GHz的5G新頻段,通常又被稱作UHB(Ultra High Band,超高頻)頻段。截止2021年3月31日,全球運營商發布的5G頻段可使用數目為196個,其中UHB頻段數目為112個,占所有發布的5G頻段數目的57%,為5G部署的主要選擇。供使用的毫米波頻段數目只有11個,主要是美國、韓國運營商在推廣。短期來看,毫米波只是一個小范圍的應用,難以普及。此外,還有未公布的頻段數目有76個。
從上圖能看到,UHB頻段是為5G新開的頻段,不是原來的4G頻段升級,具有更大的帶寬,更適合5G協議應用。
通過頻段對比,可以看到射頻PA芯片設計難易程度不同:
1、位于Sub-3GHz的n41/n3/n1/n8/n5等,是在原來4G頻段上做的重耕,帶寬窄。
帶寬最大的n41也只有194M,只有n79頻段是1/3,n77頻段的1/4.5。所以,n41 PA相對n77/78/79的UHB頻段PA,技術研發難度要低很多。
2、n77/78/79 PA頻率更高,帶寬更寬,設計難度更大。
要求更高的功率:在相同天線增益和傳輸距離的情況下,信號的衰減與信號的頻率成正比。對于n77/78/79 頻段,更高的頻率意味著更大的損耗。為了保證信號覆蓋問題,5G 終端的發射功率等級從PC3提升至PC2,即提升了3dB。對于射頻PA設計來說,每提升1dB線性功率都是極大的挑戰。
要求更大的帶寬:n77的帶寬/載波頻率比達到24%,遠高于n41的7.5%。對于高集成度的L-PAMiF方案,需要兼顧各個功能子模塊的帶寬和匹配。
要求更高的散熱要求:采用相同的制造工藝, 通常PA的效率會隨著頻率的升高而下降。特別是在n79頻段,PAE的提升受到很多限制。5G NR定義了終端要求支持上行占空比30%甚至更高,在PC2的發射功率要求下,PA的散熱問題變得非常重要。
二、從器件集成度來看5G PA技術研發難度
5G UHB頻段的L-PAMiF集成度最高,也是最具挑戰的5G PA模組。無法在原有4G PA模組上來做優化和提升。UHB頻段的5G PA模組需要全新設計,非常考驗射頻芯片公司的綜合設計能力,根本就不是在原來基礎上小修小改就可以實現的。
下表列出了常見的收發模組對比,4G LTE方案中常用的是PAM和PAMiD,分別對應高性價比方案和高性能方案。而n77/78/79雙頻L-PAMiF是目前5G NR集成度最高的商用芯片之一。
目前國產廠商所發布的5G PA主要也可以大致分為三類:UHB L-PAMiF、n41 PAMiF、Phase5N分立。
產品量產難
國內5G手機推出已經一年多了,哪些國產5G PA進入客戶端量產了?
早在2019年,多家國產射頻PA公司都宣告自己推出了5G PA。時至今日,從媒體報道和行業了解的信息,看到三家國產5G PA公司正式進入手機客戶端量產。
慧智微
2020年3月,搭載慧智微5G PA模組的首批手機終端批量生產。根據拆解機構eWisetech的報告顯示,OPPO K7x手機首次采用了國產5G射頻前端器件。K7x采用慧智微電子S55255 5G頻段射頻前端集成收發模組L-PAMiF,覆蓋5G UHB 新頻段n77/78/79頻段,是集成度最高的5G射頻前端模組。這也是拆解5G手機以來,首次見到國產5G射頻芯片在手機上面應用。
唯捷創芯
于2020年推出5G Sub-3GHz Phase5N產品,覆蓋4G重耕頻段。據了解,2021年開始唯捷創芯的Phase5N產品已經在OPPO、vivo等廠商實現量產。
銳石創芯
銳石創芯推出支持n41頻段的射頻功放濾波器模組(PAMiF)RR58041-11,并已在國內手機客戶端量產。5G n41頻段模塊中內置功率放大器、收發開關、CMOS控制器及高性能濾波器。
從樣品到量產,國產5G PA模組至少歷經一年的時間。相比4G PA,5G PA模組量產難表現在兩個方面:
1、產品集成度高,高性能模組需要用到Flipchip技術
FlipChip的優勢主要在于:小尺寸,性能增強(互聯短,寄生效應好),散熱能力高(芯片正面通過銅柱與基板直接互聯),高可靠性(相較于打線工藝更穩定)。
Qorvo、高通、Broadcom均采用Flipchip技術來做高性能射頻前端產品,而目前Skyworks只有在SOI器件部分采用Flipchip技術,HBT PA部分沒有,通過自己特有的技術和工藝來實現高性能射頻5G PA模組。據了解,真正掌握Flipchip技術的國內射頻公司很少,在5G PA模組量產上遇到很大挑戰,也會花費很長時間。
之前,國內射頻PA公司還是分立為主或者通過基板綁定打線的方式,沒有Flipchip的技術和經驗積累,更沒有全集成模組的量產經驗。因此,5G PA模組能否真正進入量產將成為國內射頻PA公司的分水嶺。
2、需要專業的質量和生產交付團隊做支撐
5G PA模組面對的都是國內頭部的手機客戶,他們對產品性能、可靠性、供應鏈等的要求很高,量產交付質量要求是100ppm以下。對于數字芯片來講,100ppm以下這個要求很低,但對于射頻PA來說,是很有挑戰的,更何況是5G PA模組產品,這道坎,不是所有射頻PA公司都能跨過去的。
要服務好這些手機大公司,必須有一個專業的質量和生產團隊來支持。這個團隊的規模需要幾十人,分工很細,專業性很強。
國產射頻PA公司正在從過去幾十人的規模,增加到現在200人的規模。不管是產品、銷售額,還是公司員工規模,國產射頻PA公司這幾年發展迅速。在未來的2~3年,國產射頻PA公司還會進入一個高速成長期,公司員工規模將達到500人,各部門配套更加完善和專業。未來2年,國產射頻PA格局將形成,半導體投資熱也將告一段落。
客戶導入難
手機客戶向頭部集中,沒有原來的“小白鼠”客戶了,新產品導入手機客戶端越來越難。
現在國內的手機客戶,屈指可數。第一梯隊的品牌客戶有華為、小米、OPPO、vivo、榮耀、傳音等。第一梯隊的手機ODM廠家:聞泰、華勤、龍旗、中諾等。隨著這些企業的規模越來越大,產品導入進入門檻提高,產品需要進行全面性、系統化驗證。
規模越大的手機客戶,對可靠性的要求越高,產品性能測試和評估相對比較簡單,對產品穩定性和可靠性的測試和評估耗財耗力,更耗時間。
尤其是5G PA模組,現在上5G的手機都是旗艦機或者主力機型,對性能和可靠性要求極高。國內射頻PA公司在推廣5G PA模組時,有個很深很直白的感受,手機客戶是“拿著放大鏡”做評估。
首先,頭部手機客戶在技術上對國產5G PA公司不信任,技術測試更仔細,一些技術問題,對于國際廠商是解釋過了就好,對于國內廠商就要深挖到底。這樣,國產5G PA模組在客戶端導入會很難,俗話說得好“玉不琢,不成器”,國產射頻PA產品和公司就是這樣成長起來的。
其次,手機客戶在產品導入流程上,對國產射頻PA也是不利的。選擇國際廠商的射頻PA,不存在對與錯,各部門是免責的。5G PA模組,選擇Skyworks和Qorvo是第一選項,選擇他們產品出了問題,對個人和部門來說,就是沒有問題。如果選擇國產5G PA模組,出了問題,個人和部門就會很有壓力,會承擔相應責任。
再次,越復雜的產品導入越難,技術要求越高的產品導入越難。難度高低依次是5G PA 》 4G PA 》 3G PA 》 2G PA。5G PA模組的復雜性和高技術性在手機里的調試工作量很大,要把性能和穩定性調試好,需要手機廠商更多研發投入和時間投入。
趁著這一波國產替代契機,國產射頻PA公司要努力抓住機會,把產品做好,把公司規模做大,向國際廠商看齊,規范公司流程,專業和完善每個部門,加大研發力度,抓好質量管理和提升交付能力。這一次新供應商導入之后,頭部手機客戶很難開啟5G PA模組新品牌導入。5G PA模組新品牌導入,對頭部手機客戶來說,投入和風險都很大。
結語
國產射頻芯片走過了2G PA和3G PA,正在從4G PA主戰場遷移到5G PA。
2G 和3G PA成就了昂瑞微,4G PA成就了唯捷創芯,5G PA又會成就誰呢?
聽聞,國內某公司5G PA模組產品被國際大品牌5G手機采用并已經量產,驚訝之余,心中有欣喜,眼中有未來,中國芯正在成為世界芯。
原文標題:國產5G PA追上了嗎,難在哪里?
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