〈分析〉解析5G射頻前端發展與趨勢

電信通訊技術發展到 5G 世代，頻率升高，頻寬增加已經是個趨勢，這促使射頻重要性不斷提升，且單顆射頻晶片的價格也持續增加。根據 Skyworks 資料顯示，4G 高階旗艦機型每顆射頻價格為 28 美元，5G 旗艦機型則增加至 40 美元。

另一方面，5G 基地台採用 Massive MIMO 技術，同時也需要大量小型基地台做補強，使得基地台數量和單顆基地台射頻呈現雙升。

根據 Yole 預估，2018 年～2025 年全球射頻前端的市場規模將由 150 億美元成長至 258 億美元，年複合成長率高達 8%，其中，漲幅最大的部份是射頻前端 Tuner 零件，市場規模將從 2018 年的 5 億美元上升到 2025 年的 12 億美元，年複合成長率達 13%。 

全球射頻前端市場集中度高，主要由日美大廠壟斷，前四大廠商佔據全球 85% 的市占率，分別為 Skyworks 的 24%、Qorvo 的 21%、Avago(博通) 的 20%，及村田的 20%。 

在 5G 初期發展階段，中、日、韓、歐選擇 Sub 6GHz 方案，美國則是從 mmWave(毫米波) 轉向 Sub 6GHz 方案。因為 mmWave 技術尚未成熟，零組件成本高，即使高通推出的下一代 5G 解決方案能夠相容，但是技術尚不成熟通訊品質不夠穩定，另一方面毫米波基礎建設成本高，若無法完全覆蓋，則無法達到 5G 理想境界，這是世界各國暫先發展 Sub 6GHz 的主因之一。

射頻趨勢

首先就是模組化。射頻前端模組化是產業發展趨勢，蘋果等一線旗艦機型使用大量模組化射頻零組件。射頻前端各類零件獨立製作相對容易，一旦要整合成單一晶片，廠商就要具備強大的射頻設計能力。

而射頻模組化將帶來不少優勢，如解決多頻段帶來的射頻複雜性挑戰，提供全球載波聚合模組化平台，縮小 RF 元件體積，加速手機產品上市時間等。

特別的是，mmWave 模組化是採取 AiP 模組方案，使射頻前端模組整合天線及射頻前端功能。AiP 是利用封裝材料與工藝將天線與晶片整合封裝，實現系統級無線功能的技術，具備縮短路徑損耗、性價比高、符合小型化趨勢等優點。從 AiP 產業鏈結構來看，主要的模組設計方案廠商是高通、三星，主要製造和封測廠商則有台積電、日月光等。 

目前模組化在高階旗艦機種較常見，中、低階手機大多獨立製作，只有少部份零件有做整合，不過隨著成本下滑，射頻模組化也會開始向中、低階手機滲透。

第二個趨勢則是 PA 材料改採氮化鎵 (GaN)。目前射頻 PA 材料可以分為 CMOS、GaAs、GaN。以 CMOS 製成的 PA 早於 2000 年就已經出現，在 2G 時代進入手機市場，目前大多數電子產品中的零件都是基於矽的標準 CMOS 工藝製作，技術成熟且產能穩定，但已無法因應現今通訊傳輸需求。

而 GaAs 材料可適用於超高速、超高頻電子零組件，比矽零件更適合應用在高 功率的場合。目前行動通訊 3G/4G 主要採用 GaAs 材料製作 PA，與第三代半導體材料 GaN 相比，GaAs 技術成熟穩定可靠，仍是民用商業市場主流。

但做為第三代半導體原料 GaN 則能實現更高的電壓，減少損耗，可提升效率，進一步縮減晶片尺寸，現階段最大劣勢只是成本過高。因此在軍用，及大型基地台 GaN 已經是主流。隨著技術演進加速，未來 GaN 將有機會滲透至手機市場，成為高射頻、大功耗應用的主流方案。

第三個趨勢則是濾波器將從金屬腔體朝陶瓷介質轉變。基地站的濾波器在 2G、3G 和 4G 時代的主流由金屬腔體濾波器為主。金屬腔體濾波器由金屬整體切割而成，因此結構牢固，但缺點就是體積大，損耗高。

但進入 5G 世代為因應越來越複雜的無線干擾環境，金屬腔體已受到限制，而陶瓷介質濾波器應運而生。陶瓷材料損耗更低、介電常數更高、頻率溫度系數和熱膨脹系數更小，所以可以承受更高功率。就結果而論，陶瓷介質濾波器體積小，損耗小，現階段最大缺點就是成本高。但隨著新建 5G 基地台數量增加，3G/4G 基地台數量趨於飽和，金屬腔體濾波器比重將減少，陶瓷介質濾波器滲透可望加速。

隨著 2G 到 5G，頻段數量大幅增加，技術的演變帶給 PA 和濾波器產業全新的挑戰。為了適應 5G 的需求，射頻前端朝模組化邁進，而目前具備這技術實力的仍以日、美大廠 Skyworks、Qorvo、Avago、村田等為主，這個趨勢短期時間內難以改變。而環繞在這些大廠的相關企業則是可望在這波 5G 射頻發展浪潮中先行受惠。