手機射頻前端模塊和組件-2017版

RF Front End Modules and Components for Cellphones 2017

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未來五年，手機射頻前端市場充滿活力且技術創新層出不窮，預計複合年增長率高達14%，2022年將達到227億美元。

手機通信技術的演進

2016年至2022年手機射頻前端市場規模翻番有餘

手機射頻（RF）前端模塊和組件市場發展很快，2016年其市場規模為101億美元，預計到2022年將達到227億美元，複合年增長率為14%。這樣的高速增長，惹得其它半導體市場中的廠商羨慕不已。但是，各種手機射頻前端組件的增速不一，如天線調諧器（Antenna tuners）的複合年增長率為40%，濾波器（Filters）的複合年增長率為21%，射頻開關（Switches）的複合年增長率為12%，而射頻功率放大器和低雜訊放大器（PAs & LNAs）的複合年增長率僅為1%。

2016~2022年手機射頻前端模塊和組件市場

濾波器是射頻前端市場中最大的業務板塊，其市場規模將從2016年的52億美元增長至2022年的163億美元。濾波器市場的驅動力來自於新型天線對額外濾波的需求，以及多載波聚合（CA）對更多的體聲波（BAW）濾波器的需求。

功率放大器（PA）和低雜訊放大器（LNA）是射頻前端市場中第二大的業務板塊，但是其增長乏力。高端LTE功率放大器市場的增長將被2G和3G市場的萎縮所平衡。由於新型天線的出現和增長，低雜訊放大器市場將穩步前行。

PA模塊

LNA LMM和LNA RDM

開關是射頻前端市場中第三大的業務板塊，其市場規模將從2016年的10億美元增長至2022年的20億美元。該市場將主要由天線開關業務驅動而增長。

最後，天線調諧器是射頻前端市場中最小的業務板塊，2016年市場規模約為3600萬美元，預計2022年將達到2.72億美元。該市場的主要增長原因是調諧功能被添加到主天線和分集天線中。

手機射頻前端是一個高度複雜的產業

手機射頻前端市場的兩位數增長帶來了「甜蜜的煩惱」：增加了複雜性！

部署和接入3G及4G網路加速了智能手機的發展，使得人們享受了更多的網路服務，包括即時消息、音樂、照片、電影、視頻聊天等。高品質的視頻下載和上傳是對增強帶寬和峰值數據速率的「無限」驅動。

iPhone智能手機支持的頻段數量

移動數據的這種持續性增長已經導致需要使用更多的無線電頻譜。在移動通信中，隨著用戶數量和技術種類的激增，無線電頻譜成為稀缺資源。

為了應對上述的這種過度需求，手機必須滿足複雜的要求，例如：

- 支持區域和全球漫遊的多頻帶

- 支持多種蜂窩模式，包括2G、3G、4G、WiFi、藍牙（Bluetooth）、近場通信（NFC）、全球定位系統（GPS）

- 利用多輸入多輸出（MIMO）改善通信質量，使得數據速率提高和有效範圍增加

- 利用智能天線技術（如波束成形或分集）來增強單個數據信號的性能

- 載波聚合（CA）支持更寬的帶寬，提升帶寬體驗，如提供更高的峰值數據速率、更大的總體網路容量和更低的延遲等

所有這些要求（頻帶從低頻到高頻）給手機射頻前端架構、設計和製造帶來了巨大的挑戰！

因此，手機射頻前端產業對「創新」求賢若渴，其創新主要體現在三個方面：

- 材料：開發新的射頻SOI襯底，如SOITEC公司的e-Si襯底，以減少襯底漏電或減小寄生電容。

- 設計：新型內部組件設計，如ACCO公司的功率放大器，可以提高基於SOI的功率放大器性能，並可以與用於中低頻帶的砷化鎵（GaAs）功率放大器展開成本競爭。

- 架構：將三個雙工器（duplexer）集成到六工器（hexaplexer）中，或者構建多模多帶功率放大器模塊，可以工作於所有的低頻帶、高頻帶或中頻帶。

手機射頻前端的創新之處

四家廠商壟斷90%的手機射頻前端市場，新廠商如何進入？

博通（Broadcom）、Skyworks、Qorvo和村田（Murata）已經確立了在手機射頻前端市場中的領先優勢。而新廠商必須能夠大批量供應滿足手機行業需求的產品，同時還要獲得大客戶的支持。

另一方面，一旦新技術落地，可能在五年內佔領市場，並改變製造商和供應商的產業格局。

舉個例子，在天線射頻開關（RF-switch）中，SOI開關從2010年的不到20%市場份額增長至2016年的95%市場份額，Peregrine等公司從藍寶石上硅（Silicon-on-Sapphire, SOS）切換至SOI。

當創新發生時，整個產業鏈和價值鏈將改變，廠商要麼努力適應，要麼黯然離開。襯底供應商和代工服務商將受到這種快速技術變革的深刻影響。

射頻前端產業的整合併購歷史

領先的廠商和潛在的「顛覆性技術」廠商

短期內，類似Cavendish Kinetics擁有低損耗RF MEMS xPxT開關的廠商可以實現射頻前端架構的創新，且無需昂貴的雙工器和多路復用器。

從長遠來看，潛在的技術創新甚至可以顛覆手機射頻產業。例如，Seamless Waves公司正在開發基於CMOS的可調諧模數轉換器和可調諧數模轉換器，其可以主動地聚焦於特定頻率，並調整帶寬，從而僅轉換輸入信號的所需部分。如果這項技術設法實現智能手機所需的低功耗和小尺寸，將很有可能改變射頻前端產業，並衍生出更多的創新發展！

報告中涉及的部分公司：

ACCO Semiconductor Inc., Alcatel-Lucent, Altis Semiconductor (X-FAB), Analog Devices Inc. (Hittite), Amkor, Apple, ASE Group, Broadcom Ltd. (Avago Technologies, Javelin Semiconductor), Cavendish Kinetics, China Mobile, Coolpad, DelfMEMS, Ericsson, Fujitsu, GLOBALFOUNDRIES, Google, Hon Hai Precision Industry Co. (Foxconn), HTC, Huawei (Hisilicon), Infneon, Intel, Integrated Device Technology (IDT), JCET/STATS ChipPAC, Kyocera, Lenovo, LG, Marvell, Mediatek, NXP Semiconductors (Freescale), Microsoft, Mitsubishi Electric, Murata Manufacturing Company, Nokia, NEC, NTT Docomo, Ommic, OPPO, Panasonic, Peregrine Semiconductor / Murata, Qorvo (RFMD, Triquint), Qualcomm (RF360), Raytheon, Samsung, Seamless Waves, Silanna Semiconductor, Skyworks Solutions Inc (RFaxis), Soitec, Sony Semiconductor, Spreadtrum, Sprint Clearwire, STMicroelectronics, Taiyo Yuden Company Ltd., TDK-EPC (EPCOS), TCL, Towerjazz, TPSCO, TSMC, UMC, UMS, Vivo, Win Semiconductors Corp., Wisol, Wispry, Wolfspeed, X (Google X), Xiaomi, ZTE

報告目錄：

Report objectives

Methodology

Executive summary

Global mobile ecosystem

> History of smartphones

> RF spectrum

> RF front-end industry

> Innovation in RF Front-Ends (RFFE)

Market forecasts

> PA

> LNAs

> Switches

> Filters

> Antenna tuners

> All components

> Modules

> Wafer projections

BACK TO BASICS: Description of the RF components in RFFE modules

> Power amplifers

> Low noise amplifers

> Filters

> Switches

> Antenna tuning

Evolution trends

> 4G characteristics and future

> 4G history

> QAM

> MIMO

> Carrier aggregation

> Future of 4G

> 5G characteristics and future

> 5G dream

> Massive MIMO

> D2D

> Millimeter waves

> OFDM coding

> New RFFE

Industrial players - market strategy

Conclusions

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延伸閱讀：

《智能手機中的射頻模塊和組件》

《2016-2022年氮化鎵射頻器件市場：應用、廠商、技術及基底》

《村田低頻段前端模組中的TC-SAW濾波器》

《Avago新一代射頻前端模組：AFEM-9040》

《iPhone 6s Plus中FBAR-BAW中頻濾波器：Avago AFEM8030》

《iPhone 6s Plus中SMR-BAW高頻帶通濾波器：Qorvo TQF6405》

《Cavendish Kinetics MEMS天線調諧器：32CK417R》