5G作為移動通信領域的重大變革點，是當前新基建的領銜領域。在5G的影響下，射頻前端器件正發生什么樣的變化？近日在中國MEMS制造大會上，左藍微電子創始人、總經理張博士以“5G時代射頻前端的機遇與挑戰”為主題發表了演講，認為：5G將推動終端射頻器件需求增加、技術升級、集成度提升，國內射頻前端器件廠商應把握住5G歷史機遇，不斷增強技術實力，射頻前端器件的國產化替代時刻已經來臨。
5G推動射頻模塊復雜度提升 市場空間廣闊
作為第五代通信系統，5G通信在網絡容量、移動連接、延遲、成本、數據速率和覆蓋范圍等方面的性能有了非常顯著的改進，對比4G的革命性突破主要有三個：增強型移動寬帶（eMBB）、海量物聯網（mMTC）、高可靠低時延（uRLLC），分別對應用戶體驗速率大于1Gbps、時延小于 1 毫秒、每平方公里 100 萬個連接，實現這一切有賴于5G頻譜資源。
5G 可部署頻段分成了兩個范圍：FR1（450 MHz -6000 MHz）和 FR2（24250 MHz -52600 MHz）。中國、韓國、日本、歐洲等地區目前都是主要采用Sub-6GHz5G方案，美國選擇以毫米波頻段為主。毫米波技術還未成熟，Sub-6GHz在目前階段具有成本優勢，一方面是由于毫米波成本高，另一方面毫米波基礎建設成本高，網絡沒有完全覆蓋。
張博士認為，5G的到來將大大提升射頻模塊的復雜度和用量：例如5G標準帶來的新頻段和Refarming頻段，導致濾波器的需求倍增，同時頻譜的重新劃分增強了射頻前端的復雜性；5G要求的高頻率，推動BAW在高頻的應用和創新；5G帶來的大帶寬，加大了濾波器設計難度；5G雙連接技術需要更多的射頻器件數量……等等。由于射頻內容大幅增加，手機內部射頻所占空間在不斷縮小，射頻前端集成化趨勢將會加快。未來，射頻前端器件走向高頻化、低功耗、高性能、微型化、模組化等方向。
在5G的影響下，現有的4G LTE終端射頻系統架構RF前端的復雜性增加。該標準要求手機將額外的射頻復雜性壓縮到基本相同的空間中，需要創新的方法來支持多個同時上行鏈路連接的需求，RFFE需要支持這種巨大的帶寬，同時提供非常高的線性度和更低的管理功耗，同時，設計中越來越多地使用接收分集模塊來處理分集路徑，包括接收(Rx)濾波器和開關。
左藍微電子通過對MEMS射頻器件的技術研發優勢，為客戶提供多種高性能、高集成度的射頻模組方案，例如FEMiD、PAiD、PAMiD等等，為5G終端帶來了更高的性能和更節省的PCB面積。
濾波器成為國內廠商突破口 進入國產替代時刻
射頻前端器件在5G時代量價齊升的趨勢也推動市場進入新一輪的高速增長期。據Yole預測， 2023 年射頻前端市場規模將達到 350 億美元，較 2017 年增加130%，未來 6 年復合增速高達14%。
其中，濾波器已成為射頻前端器件市場中份額最大、增速最快的業務板塊，市場額度預計達到千億級。其將從 2017 年的 80 億美元增加到 2023 年的 225 億美元，復合增速達到19%。
不同頻段需要不同類型的射頻濾波器，聲表面波濾波器(SAW)主要用于3GHz以下的低頻段通訊，占據市場主要份額；體聲波濾波器(BAW)適用于2GHz到6GHz頻段的中高頻段；而高于10GHz則需使用LTCC技術，但LTCC濾波器存在Q值不高的缺點。張博士表示，在不同領域、不同應用場景，各項技術都有自己的生存空間，每個領域的產品可以做的更好。廠商應針對應用場景，利用自身能力去發揮每一種技術的最大能量，甚至可以把各種技術進行混合，以充分滿足客戶的需求。
會上，張博士重點介紹了左藍微電子對于5G通信背景下濾波器技術的多種解決方案和一些見解看法。
例如，常規SAW易受溫度變化影響。溫度變化讓SAW濾波器高溫基片材料剛度變小，導致聲速降低，產生器件頻率漂移；同時，基片材料的熱膨脹會導致IDT周期變化，性能不穩定。可通過溫度補償層法和鍵合片層法兩種工藝類型實現溫度補償(TC-SAW)技術。TC-SAW是在IDT的結構上涂覆一層在溫度升高時剛度會加強的涂層，進行溫度系數的補償，使聲速控制在可以接受的范圍。
針對常規SAW在高頻段選擇性變低的問題，可以通過選用高聲速材料、多層薄膜結構作為襯底材料，減小聲波向材料內部傳播，選擇優化工作模式消除各種寄生模式，提高主模式Q值。
此外，為了解決常規SAW面臨的高頻選擇性降低、高頻功率承受能力降低等挑戰，左藍微電子研發了PESAW濾波器。PESAW屬于復合介質SAW，也可稱為薄膜型SAW，主要特點是基板為多層復合介質，克服了常規SAW濾波器的缺點，有高Q值、低TCF等優點，其性能達到了接近于BAW濾波器的程度，在插損和隔離度等方面可以滿足高性能射頻器件的設計需要，同時PESAW與常規SAW相比還具有尺寸優勢，符合移動終端不斷縮小的發展趨勢。在這種前提下，PESAW器件將會是具備優勢的理想產品。
中國是濾波器產品消費大國，但關鍵技術和市場一直被歐美廠商占據。中國政府注重通信設備領域的自主可控，濾波器的國產化替代已成必需。張博士認為，當前國外巨頭企業將目光主要投向了高頻BAW濾波器，中低頻段SAW濾波器技術研發進展有所放緩，國內廠商已經積累了一定的技術實力，可通過從中低端SAW布局滲透，提升技術水平，增加市場份額，再向高端器件和模組逐步邁進。
在需求的推動下，國產濾波器市場正成為投資新風口，不少企業紛紛入局。左藍微電子憑借著出色的技術實力受到投資方的看好，并在近期完成由深創投領投的新一輪融資。下一階段，左藍微電子將針對國內市場需求的產品做到全覆蓋，完善中高端射頻濾波器方案，為實現國產化替代、打破國外壟斷，最終成為RF-MEMS領域的全球領先供應商而努力。
在“5G新基建”發展的大背景下，打造自主射頻前端供應鏈成為中國廠商的不懈追求。盡管國內射頻前端器件跟國際先進水平仍有一定差距，但是中國廠商正在向前邁步，相信憑借不斷的技術積累，國產射頻前端市場有望加速突圍，早日實現高端化，走出一條自主可控發展的康莊大道，為“5G新基建”發展提供有力支撐。
