左蓝微电子：5G时代射频前端的机遇与挑战
5G作为移动通信领域的重大变革点，是当前新基建的领衔领域 。在5G的影响下，射频前端器件正发生什么样的变化？近日在中国MEMS制造大会上，左蓝微电子创始人、总经理张博士以“5G时代射频前端的机遇与挑战”为主题发表了演讲，认为：5G将推动终端射频器件需求增加、技术升级、集成度提升，国内射频前端器件厂商应把握住5G历史机遇，不断增强技术实力，射频前端器件的国产化替代时刻已经来临 。
5G推动射频模块复杂度提升 市场空间广阔
作为第五代通信系统，5G通信在网络容量、移动连接、延迟、成本、数据速率和覆盖范围等方面的性能有了非常显著的改进，对比4G的革命性突破主要有三个：增强型移动宽带（eMBB）、海量物联网（mMTC）、高可靠低时延（uRLLC），分别对应用户体验速率大于1Gbps、时延小于1毫秒、每平方公里100万个连接，实现这一切有赖于5G频谱资源 。
5G 可部署频段分成了两个范围：FR1（450 MHz － 6000 MHz）和 FR2（24250 MHz － 52600 MHz） 。中国、韩国、日本、欧洲等地区目前都是主要采用Sub－6GHz 5G方案，美国选择以毫米波频段为主 。毫米波技术还未成熟，Sub－6GHz在目前阶段具有成本优势，一方面是由于毫米波成本高，另一方面毫米波基础建设成本高，网络没有完全覆盖 。
【左蓝微电子：5G时代射频前端的机遇与挑战】 张博士认为，5G的到来将大大提升射频模块的复杂度和用量：例如5G标准带来的新频段和Refarming频段，导致滤波器的需求倍增，同时频谱的重新划分增强了射频前端的复杂性；5G要求的高频率，推动BAW在高频的应用和创新；5G带来的大带宽，加大了滤波器设计难度；5G双连接技术需要更多的射频器件数量……等等 。由于射频内容大幅增加，手机内部射频所占空间在不断缩小，射频前端集成化趋势将会加快 。未来，射频前端器件走向高频化、低功耗、高性能、微型化、模组化等方向 。
在5G的影响下，现有的4G LTE终端射频系统架构RF前端的复杂性增加 。该标准要求手机将额外的射频复杂性压缩到基本相同的空间中，需要创新的方法来支持多个同时上行链路连接的需求，RFFE需要支持这种巨大的带宽，同时提供非常高的线性度和更低的管理功耗，同时，设计中越来越多地使用接收分集模块来处理分集路径，包括接收（Rx）滤波器和开关 。
左蓝微电子通过对MEMS射频器件的技术研发优势，为客户提供多种高性能、高集成度的射频模组方案，例如FEMiD、PAiD、PAMiD等等，为5G终端带来了更高的性能和更节省的PCB面积 。
滤波器成为国内厂商突破口 进入国产替代时刻
射频前端器件在5G时代量价齐升的趋势也推动市场进入新一轮的高速增长期 。据Yole预测，2023年射频前端市场规模将达到350亿美元，较2017年增加130％，未来6年复合增速高达14％ 。
其中，滤波器已成为射频前端器件市场中份额最大、增速最快的业务板块，市场额度预计达到千亿级 。其将从2017年的80亿美元增加到2023年的225亿美元，复合增速达到19％ 。
不同频段需要不同类型的射频滤波器，声表面波滤波器（SAW）主要用于3GHz以下的低频段通讯，占据市场主要份额；体声波滤波器（BAW）适用于2GHz到6GHz频段的中高频段；而高于10GHz则需使用LTCC技术，但LTCC滤波器存在Q值不高的缺点 。张博士表示，在不同领域、不同应用场景，各项技术都有自己的生存空间，每个领域的产品可以做的更好 。厂商应针对应用场景，利用自身能力去发挥每一种技术的最大能量，甚至可以把各种技术进行混合，以充分满足客户的需求 。
会上，张博士重点介绍了左蓝微电子对于5G通信背景下滤波器技术的多种解决方案和一些见解看法 。
例如，常规SAW易受温度变化影响 。温度变化让SAW滤波器高温基片材料刚度变小，导致声速降低，产生器件频率漂移；同时，基片材料的热膨胀会导致IDT周期变化，性能不稳定 。可通过温度补偿层法和键合片层法两种工艺类型实现温度补偿（TC－SAW）技术 。TC－SAW是在IDT的结构上涂覆一层在温度升高时刚度会加强的涂层，进行温度系数的补偿，使声速控制在可以接受的范围 。
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针对常规SAW在高频段选择性变低的问题，可以通过选用高声速材料、多层薄膜结构作为衬底材料，减小声波向材料内部传播，选择优化工作模式消除各种寄生模式，提高主模式Q值 。
此外，为了解决常规SAW面临的高频选择性降低、高频功率承受能力降低等挑战，左蓝微电子研发了PESAW滤波器 。PESAW属于复合介质SAW，也可称为薄膜型SAW，主要特点是基板为多层复合介质，克服了常规SAW滤波器的缺点，有高Q值、低TCF等优点，其性能达到了接近于BAW滤波器的程度，在插损和隔离度等方面可以满足高性能射频器件的设计需要，同时PESAW与常规SAW相比还具有尺寸优势，符合移动终端不断缩小的发展趋势 。在这种前提下，PESAW器件将会是具备优势的理想产品 。
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中国是滤波器产品消费大国，但关键技术和市场一直被欧美厂商占据 。中国政府注重通信设备领域的自主可控，滤波器的国产化替代已成必需 。张博士认为，当前国外巨头企业将目光主要投向了高频BAW滤波器，中低频段SAW滤波器技术研发进展有所放缓，国内厂商已经积累了一定的技术实力，可通过从中低端SAW布局渗透，提升技术水平，增加市场份额，再向高端器件和模组逐步迈进 。
在需求的推动下，国产滤波器市场正成为投资新风口，不少企业纷纷入局 。左蓝微电子凭借着出色的技术实力受到投资方的看好，并在近期完成由深创投领投的新一轮融资 。下一阶段，左蓝微电子将针对国内市场需求的产品做到全覆盖，完善中高端射频滤波器方案，为实现国产化替代、打破国外垄断，最终成为RF－MEMS领域的全球领先供应商而努力 。
在“5G新基建”发展的大背景下，打造自主射频前端供应链成为中国厂商的不懈追求 。尽管国内射频前端器件跟国际先进水平仍有一定差距，但是中国厂商正在向前迈步，相信凭借不断的技术积累，国产射频前端市场有望加速突围，早日实现高端化，走出一条自主可控发展的康庄大道，为“5G新基建”发展提供有力支撑 。
责任编辑：xj
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