Radiofrequenz-Frontend-Chips (RFFE) sind die Kernkomponenten, die die Kommunikationsfunktionen von Mobiltelefonen und anderen mobilen Endgeräten realisieren. Der globale Markt hat ein Volumen von mehreren zehn Milliarden US-Dollar. Der allgemeine Aufschwung der Mobiltelefone in China in den letzten zehn Jahren hat eine solide industrielle Grundlage für die Entwicklung der lokalen RFFE-Industrie geschaffen. Die erste Kommerzialisierung von 5G in China sowie Veränderungen im globalen Handelsumfeld haben der lokalen RFFE-Industrie zusätzlichen Auftrieb gegeben. Die RFFE-Chipindustrie blickt in China auf eine über 15-jährige Entwicklungsgeschichte zurück. Innovation und unternehmerische Aktivitäten sind sehr ausgeprägt, mit Dutzenden von Unternehmen verschiedenster Art. Der Sektor genießt großes Markt- und Investitionsinteresse. Der Autor dieses Artikels hatte das Glück, elf Jahre lang in der RFFE-Chipindustrie zu arbeiten – von der 2G-Ära bis zum heutigen 5G. Er hat sowohl in ausländischen als auch in privaten und staatlichen Unternehmen gearbeitet und alle Arten von Hochfrequenzprodukten direkt entwickelt und in Serie gefertigt. Dieser Artikel fasst die Gespräche des Autors mit Branchenkollegen der letzten Jahre zusammen und versucht, den technischen Markt und die Geschäftslogik von Hochfrequenzmodulen zu analysieren. Gleichzeitig entwickelt sich die lokale Hochfrequenzbranche seit über zehn Jahren. Wettbewerb ist das bestimmende Element der Branche, Kooperation und Partnerschaft sind hingegen rar. Dieser Artikel konzentriert sich daher auf die Vermittlung von Wissen zum Thema Modularisierung und hofft, dass weitere lokale Hersteller durch Kooperation die enormen Chancen der Modularisierung nutzen werden.

         

Einführung

Laut Professor Wei Shaojuns Keynote-Rede auf dem „Global CEO Summit 2020“ mit dem Titel „Der richtige Weg in der Welt sind die Wechselfälle des Lebens – Strategische Entschlossenheit im Angesicht großer Veränderungen“ zeigen Statistiken, dass die folgenden amerikanischen Unternehmen am stärksten vom chinesischen Markt abhängig sind (gemessen am Umsatzanteil). Die vier amerikanischen RF-Giganten Skyworks, Qualcomm, Qorvo und Broadcom (Skyworks und Qorvo konzentrieren sich hauptsächlich auf das RF-Geschäft; Qualcomm und Broadcom bieten auch RF-Dienstleistungen an) belegen die ersten vier Plätze im Ranking.

 

Die internationale Situation des HF-Frontends

Die HF-Frontend-Technologie konzentriert sich hauptsächlich auf Filter, Leistungsverstärker (PA), rauscharme Verstärker (Low Noise Amplifier) ​​und Schalter (HF-Schalter). Derzeit wird der globale HF-Markt von den vier in der Einleitung erwähnten amerikanischen HF-Unternehmen Skyworks, Qualcomm, Qorvo und Broadcom sowie dem japanischen Unternehmen Murata dominiert – den fünf größten HF-Herstellern.

 

 

Die fünf größten Hersteller von Hochfrequenztechnik beherrschen über 90 % des Marktes für Leistungsverstärker (PA) und rauscharme Verstärker (LNA). Bei Filtern gibt es zwei Haupttechnologien: Oberflächenwellenfilter (SAW) und Volumenwellenfilter (BAW). Derzeit hält Murata die Hälfte des SAW-Filtermarktes, Skyworks etwa 10 % und Qorvo etwa 4 %. Der Rest verteilt sich auf große Hersteller wie Taiyo Yuden und TDK. Der BAW-Filtermarkt wird von amerikanischen Unternehmen dominiert, die 90 % des Marktes ausmachen.

 

Es zeigt sich, dass der Markt für HF-Frontend-Systeme riesig ist und die kontinuierliche Weiterentwicklung von fünf internationalen Marktführern ermöglicht. Diese verfügen über ein breites Technologiespektrum und starke Modularisierungsfähigkeiten; modulare Produkte sind der Schlüssel zum internationalen Wettbewerb. Jeder dieser Marktführer setzt auf BAW-Technologie oder deren Alternativen.

Inländische Situation des HF-Frontends

Die Situation der Hochfrequenz-Frontend-Systeme im Inland wurde bereits in vielen Artikeln thematisiert. Ich werde hier nicht näher darauf eingehen, sondern lediglich einige Schlussfolgerungen mit relativ breiter Übereinstimmung darlegen:

 

1. Lokale Unternehmen konzentrieren sich im Allgemeinen auf diskrete Bauelemente; diskrete Bauelemente sind derzeit der Hauptbereich des lokalen Wettbewerbs.

2. Lokalen Unternehmen mangelt es an fortschrittlicher Filtertechnologie und -produkten, und ihre Modularisierungsfähigkeiten sind im Allgemeinen schwach.

             

Herausforderungen und Chancen der 5G-Modularisierung

Die Herausforderungen hinsichtlich des Platzes für die Leiterplattenverdrahtung und der Zeit für die Fehlersuche in HF-Systemen haben nun auch Einsteiger-Mobiltelefone erreicht und eröffnen damit einen iterativen Upgrade-Pfad für inländische Modulchips.

 

HF-Modulchips sind keine neue Produktreihe. Tatsächlich begann ihre Verwendung nahezu zeitgleich mit der Kommerzialisierung von LTE. In den letzten zehn Jahren wurden diverse komplexe HF-Module in Flaggschiff-Mobiltelefonen verschiedener Marken weit verbreitet eingesetzt; gleichzeitig erfüllen diskrete Bauelementlösungen in einer Vielzahl von Einsteiger-Mobiltelefonen alle Anforderungen. Daher haben sich in den letzten zehn Jahren zwei unterschiedliche Märkte herausgebildet: Flaggschiffmodelle nutzen Modullösungen, Einsteigermodelle hingegen diskrete Lösungen. Modullösungen erfordern eine hohe Integration und hohe Leistung, was zu einem sehr hohen Preis führt; diskrete Lösungen hingegen benötigen eine mittlere bis niedrige Integration und mittlere Leistung und sind vergleichsweise günstig. Zwischen den beiden Lösungen bestehen erhebliche technische und marktbezogene Unterschiede. Dies lässt sich als die „Modullücke“ im 4G-Zeitalter bezeichnen.

   

Die „Modullücke“ im 4G-Zeitalter

 

Die Einführung von 5G hat diese Situation völlig verändert.

 

Im Vergleich zu den 2 bis 4 Antennen von 4G-Einsteigerhandys hat sich die Anzahl der Antennen bei 5G-Einsteigerhandys auf 8 bis 12 erhöht. Auch die Anzahl der unterstützten Frequenzbänder und Frequenzbandkombinationen hat sich im Vergleich zu 4G deutlich erhöht. Bekanntermaßen hängt die Anzahl der Hochfrequenzkomponenten stark von der Anzahl der Antennen und Frequenzbänder ab, was bedeutet, dass die Anzahl der Hochfrequenzkomponenten drastisch gestiegen ist. Gleichzeitig kann die für das HF-Frontend von 5G-Handys verfügbare Leiterplattenfläche aufgrund von Konstruktionsvorgaben nicht vergrößert werden, sodass die Fläche der diskreten Lösung die verfügbare Leiterplattenfläche deutlich übersteigt. Dies ist eine durch den Platzmangel bedingte Einschränkung.

 

Eine weitere Herausforderung stellt die Debugging-Zeit dar. Die Debugging-Zeit für 4G-Funkfrequenzen mit diskreten Bauelementen beträgt in der Regel etwa eine Woche. Aufgrund der deutlich höheren Komplexität der 5G-Funkfrequenzen kann sich die Debugging-Zeit bei Verwendung einer diskreten Lösung um das Drei- bis Fünffache erhöhen. Hinzu kommen die Kosten für teurere 5G-Testgeräte und qualifizierte Ingenieure mit Erfahrung im 5G-Testing. Bei Verwendung von Modulen ist der Großteil des Debuggings bereits im Moduldesignprozess intern implementiert, wodurch ein größerer Teil der Debugging-Arbeit auf die Softwareseite verlagert wird und die Debugging-Effizienz erheblich gesteigert wird. Dies ist eine zeitliche Einschränkung.

 

Die zeitlichen und räumlichen Beschränkungen sind stark und allgegenwärtig. Daher besteht bei 5G-Einsteigergeräten ein natürlicher Bedarf an Modulen mit mittlerer bis niedriger Leistung und hoher Integration, der den entsprechenden Modulen von Flaggschiffgeräten entspricht. Da alle Geräte hochintegrierte Module benötigen, die Anforderungen jedoch unterschiedlich sind, können sich inländische Modulchips iterativ von Modulen mit mittlerer bis niedriger Leistung (5G-Einsteigergeräte) zu solchen mit mittlerer bis hoher Leistung (5G-Flaggschiffgeräte) weiterentwickeln. Dadurch wird die Modullücke geschlossen.

 

 

Alles hat zwei Seiten. Nachdem die „Modullücke“ geschlossen wurde, sind Risiken im Markt für diskrete Bauelemente entstanden. Lokale Unternehmen, die sich auf diskrete Chips spezialisiert haben, benötigen enorme Ressourcen und Stärke, um sich im Modulmarkt zu positionieren. Gelingt ihnen der Durchbruch nicht, geraten sie in naher Zukunft in eine Engpassphase.

 

In der Anfangsphase von 5G ist derzeit eine Hybridlösung auf dem Markt, die diskrete Bauelemente und Module nutzt. Für das Aufkommen dieser Lösung gibt es viele objektive Gründe, darunter die in der Vergangenheit entstandene „Modullücke“. Diese Lösung ist das Ergebnis von Kompromissen, die Abstriche bei einigen wichtigen Leistungsmerkmalen und auch bei der Fläche mit sich bringen. Ohne Chiphersteller, die sich auf die Produktion heimischer Module konzentrieren, gäbe es keine exzellenten heimischen Modulchips; ohne exzellente heimische Modulchips blieben die Preise für Modullösungen stets hoch.

             

Eine kurze Klassifizierung der Filtertechnologie

BAW-Filter: Volumenakustikwellenfilter. Er zeichnet sich durch geringe Einfügungsdämpfung, hohe Dämpfung außerhalb des Frequenzbandes und Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen aus. Die Größe des BAW-Filters verringert sich mit steigender Frequenz, wodurch er sich besonders für die Kommunikation im mittleren und hohen Frequenzbereich oberhalb von 1.7 GHz eignet und deutliche Vorteile in 5G- und Sub-6G-Anwendungen bietet.

 

 

SAW-Filter: Oberflächenwellenfilter. Es handelt sich um ein spezielles Filterelement aus piezoelektrischen Materialien wie Quarz, Lithiumniobat und piezoelektrischer Keramik, das den piezoelektrischen Effekt und die physikalischen Eigenschaften der Oberflächenwellenausbreitung nutzt. SAW-Filter zeichnen sich durch stabile Leistung, einfache Handhabung und einen breiten Frequenzbereich aus und werden häufig bei Frequenzen unter 1.6 GHz eingesetzt. Allerdings weisen sie Nachteile wie hohe Einfügungsdämpfung und starke Erwärmung bei der Verarbeitung hochfrequenter Signale auf. Daher eignen sie sich nur bedingt für die Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen über 1.6 GHz.

 

 

LC-Filter: Das heißt, ein Spulen-Kondensator-Filter. Ein LC-Filter besteht im Allgemeinen aus einer geeigneten Kombination von Filterkondensator, Reaktanz und Widerstand. Spule und Kondensator bilden zusammen einen LC-Filterkreis.

 

             

Kurze Klassifizierung von HF-Modulen

Das HF-Frontend-Modul integriert zwei oder mehr diskrete Bauelemente wie HF-Schalter, rauscharme Verstärker, Filter, Duplexer und Leistungsverstärker in einem Modul. Dadurch werden Integration und Leistung verbessert und die Größe reduziert. Je nach Integrationsmethode lässt sich die HF-Verbindung der Hauptantenne in folgende Varianten unterteilen: FEMiD (integrierter HF-Schalter, Filter und Duplexer), PAMiD (integrierter Multimode-Multiband-Leistungsverstärker und FEMiD), LPAMiD (rauscharmer Verstärker, integrierter Multimode-Multiband-Leistungsverstärker und FEMiD) usw. Die HF-Verbindung der Diversity-Antenne lässt sich in folgende Varianten unterteilen: DiFEM (integrierter HF-Schalter und Filter), LFEM (integrierter HF-Schalter, rauscharmer Verstärker und Filter) usw.

 

Hauptantenne HF-Verbindung

 

Diversity-Antennen-HF-Verbindung

             

„Wertdichte“ des HF-Frontends

Da die Leiterplattenfläche von 5G-Mobiltelefonen eine begrenzte Ressource ist und wir mehr Hochfrequenz-Funktionsgeräte in 5G-Mobiltelefone "quetschen" müssen, müssen wir bei der Bewertung jedes Typs von Hochfrequenzgerät einen Parameter festlegen, der es einheitlich als umfassenden Indikator beschreibt, der seinen Wert und die von der Leiterplatte belegte Fläche widerspiegelt.

 

Wertdichte = (Durchschnittlicher Verkaufspreis) / (Chipverpackungsgröße)

 

Anschließend verwenden wir das VD-Wert-Tool, um die drei Produkttypen zu analysieren: Filter, Leistungsverstärker und Hochfrequenzmodule.

 

1. VD-Wert des Filters

 

 

Zunächst möchte ich erklären, dass der tatsächliche VD-Wert niedriger ist als der VD-Wert des Geräts, da der Filter üblicherweise eine externe Anpassungsschaltung benötigt. Diesen Faktor vernachlässigen wir vorerst. Aus den obigen Daten lassen sich folgende Schlüsse ziehen: Vom LTCC zum Quadplexer steigt der VD-Wert kontinuierlich von 1.2 auf 10.0 an, und zwar relativ schnell.

 

2. VD-Wert des Leistungsverstärkers

 

 

Auf Grundlage der obigen Daten lässt sich außerdem Folgendes feststellen:

a) Von 2G zu 4G steigt der VD-Wert von 0.6 auf 1.5.

b) Bei den miniaturisierten Produkten, die sich von 4G zu CAT1 weiterentwickelt haben, und den Hochleistungs-PAs, die sich von HPUE oder Phase5N weiterentwickelt haben, ist der VD-Wert auf etwa 2 gestiegen.

 

3. VD-Wert des HF-Moduls

 

 

Auf Grundlage der obigen Daten lässt sich Folgendes feststellen:

a) Der übliche VD-Wert der Empfangsmodule liegt bei etwa 5;

b) Das kleine H/M/L LFEM-Gehäuse im Empfangsmodul weist einen sehr ausgeprägten VD-Wert von über 10 auf;

c) Sendemodul (außer FEMiD), VD-Wert liegt zwischen 4 und 6;

d) FEMiD weist den höchsten VD-Wert des Sendemoduls auf. Daher lässt sich durch die Kombination von FEMiD mit MMMB-PA mit niedrigerem VD-Wert eine zufriedenstellende Leiterplatten-Layout-Effizienz erzielen.

 

In der Zusammenfassung der Tabelle haben wir auch Referenzdaten zur Technologie- und Marktlokalisierungsrate hinzugefügt. Generell ist der VD-Wert in Unterkategorien mit niedriger Marktlokalisierungsrate oder einer deutlich höheren Technologielokalisierungsrate als der Lokalisierungswert fälschlicherweise hoch. Mit steigendem Marktanteil lokal angepasster Produkte ergibt sich zukünftig deutlicheres Spielraum für Preissenkungen.

             

Die fünf Berge der HF-Sendermodule

   

Einführung 1: Die Integration von Leistungsverstärkern (PA) und LC-Filtern findet hauptsächlich im neuen 5G-Frequenzband von 3 GHz bis 6 GHz Anwendung. Typische Produkte sind PAMiF oder LPAMiF der Typen n77 und n79. Die Entwicklung von 5GPA für diese neuen Frequenzbänder ist sehr anspruchsvoll. Da das Spektrum der neuen Frequenzbänder jedoch relativ „sauber“ ist, sind die Anforderungen an die Filter nicht hoch, sodass LC-Filter (IPD, LTCC) ausreichend sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Produktart zwar anspruchsvoll, aber nicht kompliziert ist und ihre Technologie und Kosten vollständig vom Leistungsverstärker bestimmt werden.

 

Launch 2: Integration von Leistungsverstärker (PA) und BAW (oder Hochleistungs-SAW). Typische Produkte sind beispielsweise PAMiF- oder iFEM-Produkte von n41 mit einem Frequenzband nahe 2.4 GHz. Dieses Frequenzband ist weit verbreitet, und die technischen Anforderungen an den Leistungsverstärker sind zwar anspruchsvoll, aber nicht besonders hoch. Da der Betrieb nahe 2.4 GHz stattfindet, ist das Frequenzband stark frequentiert, weshalb typische Produkte Hochleistungs-BAW-Filter integrieren müssen, um eine Koexistenz zu gewährleisten. Da die Filterfunktion bei diesem Produkttyp nicht komplex ist, hat der Leistungsverstärker weiterhin eine gewisse technische Kontrolle; die Kosten des Filters können jedoch den Leistungsverstärker übersteigen. Insgesamt stellt dieser Produkttyp zwar eine Herausforderung dar, ist aber nicht komplex, und der Leistungsverstärker bietet eine gewisse Kontrolle.

 

Launch 3: LowBand-Launchmodul. LB (L)PAMiD integriert üblicherweise 4G/5G-Frequenzbänder unter 1 GHz (z. B. B5, B8, B26, B20, B28 usw.) einschließlich Hochleistungs-Leistungsverstärkern und mehreren Niederfrequenz-Duplexern. In verschiedenen Lösungen können auch GSM850/900 und DCS/PCS 2GPA integriert werden, um den Integrationsgrad weiter zu erhöhen. Niederfrequenz-Duplexer müssen üblicherweise mit TC-SAW-Technologie implementiert werden, um optimale Systemspezifikationen zu erreichen. Wird je nach Systemlösung ein rauscharmer Verstärker (LNA) auf Basis eines LB PAMiD integriert, spricht man von einem LB LPAMiD. Die Komplexität solcher Produkte ist bereits relativ hoch: Im Hinblick auf die Leistungsverstärker (PA) müssen leistungsstarke 4G/5GPA und mitunter auch ein leistungsstarker 2GPA-Kern integriert werden. Im Hinblick auf die Filter werden üblicherweise 3 bis 5 TC-SAW-Duplexer in Wafer-Level-Packaging (WLP) benötigt. Betrachtet man die Gesamtkosten (bei der Annahme, dass 2GPA integriert werden müssen), so teilen sich der PA/LNA-Teil und der Filterteil im Wesentlichen den gleichen Anteil. LB(L)PAMiD erfordert relativ ausgewogene technische Fähigkeiten, sodass die dritte Ebene an der Schnittstelle von PA und Filter entsteht.

 

Produktneuheit 4: FEMiD. Diese Produkte umfassen üblicherweise verschiedene Filter/Duplexer/Multiplexer für Nieder- und Hochfrequenzbereiche sowie Antennenschalter im Hauptpfad; sie integrieren keine Leistungsverstärker (PA). FEMiD-Produkte benötigen in der Regel integrierte LTCC-, SAW-, TC-SAW-, BAW- (oder IHPSAW-) und SOI-Schalter. Murata hat diesen Produkttyp definiert und den Markt seit fast acht Jahren dominiert. Führende Mobiltelefonhersteller wie Samsung und Huawei haben bzw. verwenden eine große Anzahl solcher Produkte in ihren Mittelklasse- und High-End-Mobiltelefonen. Wie bereits erwähnt, konzentrieren sich die Wettbewerber unter den PAMiD-Anbietern hauptsächlich auf Nordamerika. Aufgrund der Diversifizierung der Lieferkette könnten einige Mobiltelefonmodelle mit sehr hohen Absatzzahlen den Einsatz der MMMB-PA-Architektur (Multi-Mode Multi-Band) in Kombination mit FEMiD in Betracht ziehen. Qualifizierte Anbieter von MMMB-PAs sind in Nordamerika, China und Südkorea weit verbreitet, und die Produktionskapazität von Murata (Japan) für FEMiD ist sehr groß (hauptsächlich für LTCC und SAW). Wie bereits erwähnt, ist der VD-Wert von FEMiD sehr hoch, und die Raumausnutzung der Gesamtlösung liegt ebenfalls in einem vernünftigen Bereich.

 

Produktneuheit 5: M/H (L)PAMiD. Diese Produktart hat den höchsten Marktwert im Bereich der HF-Frontend-Systeme und stellt die größte Herausforderung für die umfassende Integration dar. Sie bildet die Spitze des Marktsegments für HF-Frontend-Systeme. Der üblicherweise von M/H abgedeckte Frequenzbereich liegt zwischen 1.5 GHz und 3.0 GHz. Dieser Frequenzbereich gilt als das optimale Frequenzband für die Mobilkommunikation. Die ersten vier FDD-LTE-Frequenzbänder (Band 1/2/3/4), die ersten vier TDD-LTE-Frequenzbänder (Band 34/39/40/41), alle kommerziellen Frequenzbänder von TDS-CDMA sowie die erste kommerzielle Carrier-Aggregation-Lösung (implementiert durch einen B1+B3-Quadplexer) fallen in diesen Bereich. Auch wichtige nicht-zellulare Netzwerkkommunikationsdienste wie 2.4 GHz und Bluetooth funktionieren in diesem Bereich. Wie Sie sich vorstellen können, sind die größten Merkmale dieses Frequenzbereichs Überbeanspruchung und Interferenz. Gleichzeitig bietet er ein breites Anwendungsfeld für leistungsstarke BAW-Filter. Da dieser Frequenzbereich bereits seit Längerem kommerziell verfügbar ist, ist die PA-Technologie in diesem Bereich relativ ausgereift, und die größte Herausforderung liegt in den Filterbauelementen.

 

Lassen Sie mich zunächst erläutern, warum diese Frequenz die optimale Frequenz für die Mobilkommunikation darstellt. Im langen Entwicklungsprozess der Mobilkommunikation wurde die Verbreitung mobiler Endgeräte maßgeblich vorangetrieben. Die zentrale Herausforderung für die Popularität mobiler Endgeräte liegt in deren Leistung und Kosten. Bei zu hohen Frequenzen, beispielsweise über 3 GHz und über 10 GHz, nehmen die Eigenschaften von Halbleitertransistoren rapide ab, was eine hohe Leistungsfähigkeit erschwert. Bei zu niedrigen Frequenzen, beispielsweise unter 800 MHz und unter 300 MHz, sind die benötigten Antennen sehr groß, und auch die für die HF-Anpassung verwendeten Induktivitäts- und Kapazitätswerte sind sehr hoch. Aufgrund der begrenzten Endgerätegröße ist es schwierig, die Systemvorgaben für die HF-Leistung im Ultraniedrigfrequenzbereich zu erfüllen. Kurz gesagt: Aus Sicht der Leistungsfähigkeit aktiver Bauelemente (Transistoren) ist eine niedrigere Frequenz wünschenswert; aus Sicht der Leistungsfähigkeit passiver Bauelemente (Kondensatoren, Induktivitäten und Antennen) hingegen eine höhere. Vom grundlegenden Konflikt zwischen aktiven und passiven Bauelementen über die Kompromisse auf Anwendungsseite bis hin zur Integration in das Modul – sie gleichen zwei starken, warmen und kalten Meeresströmungen, die im Frequenzband von 1.5 bis 3 GHz auf dem wichtigsten Hauptkanal der Mobilkommunikation zusammenlaufen und so das komplexeste und wertvollste Angelrevier für Endgeräte-Funkfrequenzen bilden: M/HB (L)PAMiD. Welch ein Wunder!

 

Der Markt für solche High-End-Produkte wird derzeit hauptsächlich von amerikanischen Herstellern wie Broadcom, Qorvo und RF360 dominiert. Die untenstehende Abbildung zeigt die Chip-Öffnungsanalyse, die Qorvo auf seinem offiziellen Account veröffentlicht hat. Daraus geht hervor, dass dieser Produkttyp mehr als 10 BAWs, 2–3 GaAs-HBTs, 3–5 SOI-Bausteine ​​und einen CMOS-Controller enthält und die höchste technische Komplexität aller Hochfrequenzprodukte aufweist. Solche Produkte erfordern üblicherweise die Integration von Bauelementen mit extrem hohen VD-Werten, wie beispielsweise Quadplexer oder Fünf-/Sechsplexer.

 

M/H LPAMiD Eröffnungsbild

Quelle: Offizieller Qorvo-Account

             

Die fünf Berge der HF-Empfängermodule

   

Das Wuzhongshan-Modell, das das Modul aufnimmt, ist wie oben abgebildet.

 

Empfänger 1: HF-Schalter und LNA sind in RF-SOI-Technologie auf einem einzigen Chip integriert. Obwohl es sich um einen einzelnen Chip handelt, ist er dennoch ein HF-Modul mit mehreren Funktionen. Die Haupttechnologie für diesen Produkttyp ist RF-SOI, die auch in 4G- und 5G-Netzen Anwendung findet.

 

Empfänger 2: Die Funktionen von LNA und Schalter werden mittels RF-SOI-Technologie realisiert und anschließend mit einem LC-Filterchip (IPD oder LTCC) integriert. Der LC-Filter eignet sich für die Anforderungen an große Bandbreite und geringe Dämpfung im Frequenzbereich von 3–6 GHz und ist für das n77/n79-Frequenzband des 5G-NR-Bereichs geeignet. Auch dieser Produkttyp basiert überwiegend auf SOI-Technologie und wird hauptsächlich in 5G-Netzen eingesetzt.

 

Empfang 3: Ab Empfang 3 müssen im Empfangsmodul mehrere SAW-Filter integriert werden, wodurch der Integrationsgrad stetig steigt. Üblicherweise ist die Integration eines SPnT- (Single-Pole Multi-Throw) oder DPnT-SOI-Schalters (Double-Pole Multi-Throw) sowie mehrerer SAW-Filter mit Unterstützung für Carrier Aggregation (CA) erforderlich. Da der Integrationsgrad von „Empfänger 3“ noch nicht begrenzt ist, bieten sich hinsichtlich der Gehäusemethode zahlreiche Möglichkeiten. Die Produkte internationaler Hersteller basieren hauptsächlich auf der WLP-Technologie. Diese bietet Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit und Gehäusedicke und ist zudem für Produkte mit höherem Integrationsgrad wiederverwendbar.

 

Empfang 4: Dieses Produkt wird als MIMO M/H LFEM bezeichnet. Es nutzt die MIMO-Technologie hauptsächlich in den M/H-Frequenzbändern (z. B. B1/3/39/40/41/7), um die Übertragungsrate zu erhöhen. Für den Netzwerkzugang einiger Mittelklasse- bis High-End-Mobiltelefone ist dies eine zwingende Voraussetzung. Die Kommunikationsbranche scheint das M/H-Frequenzband besonders zu schätzen. Technisch basiert dieses Produkt auf einem LNA mit integriertem Switch in RF-SOI-Technologie und verfügt über vier bis sechs Kanäle mit leistungsstarken M/H-SAW-Filtern. Internationale Hersteller setzen in diesen Frequenzbändern zunehmend auf TC-SAW-Technologie, um die bestmögliche Gesamtleistung zu erzielen.

 

Empfang 5: Die höchste Komplexität des Empfangschips weist der LFEM H/M/L auf. Dieser Produkttyp implementiert Filterung (SAW-Filter), Kanalumschaltung (HF-Schalter) und Signalverstärkung (LNA) für 10 bis 15 Frequenzbänder auf kleinstem Raum. Er zeichnet sich durch eine extrem hohe Wertdichte (ca. 10) aus. In 5G-Projekten kann er Kunden helfen, die von der Empfängerkomponente belegte Leiterplattenfläche erheblich zu reduzieren und die wertvolle Fläche im Sender/Antennenbereich und anderen Komponenten zur Verbesserung der Gesamtleistung zu nutzen. Dieser Produkttyp erfordert höchste Fachkompetenz und setzt in der Regel fortschrittliche Gehäuseverfahren wie WLP voraus, um die Anforderungen an Größe, Zuverlässigkeit und Ausbeute zu erfüllen.

         

Zusammenfassen

1. Die Kernanforderung an HF-Module besteht in der Miniaturisierung verschiedener Komponenten und der Modulintegration.

2. Ob Sende- oder Empfangsmodul – reine 5G-Module sind zwar anspruchsvoll, aber nicht kompliziert. Die anspruchsvollsten und wertvollsten sind die hochkomplexen Module, die gleichzeitig 4G und 5G unterstützen.

 

Lokale Substitution bietet eine hervorragende Chance und erfordert keine grundlegenden Innovationen. Im Kern geht es um technologische Innovationen zur Produktentwicklung, Miniaturisierung und Modularisierung von 4G/5G-Funkchips. Kaiyuan Communications konzentriert sich auf die Entwicklung von Funkmodulchips und hat Forschungs- und Entwicklungszentren in Xiamen, Shanghai und Taipeh eingerichtet. Das Unternehmen setzt auf „Komplettmodule“, bündelt wichtige Ressourcen mit dem Ziel, Funkmodule zu entwickeln, und fördert gezielt kostengünstige Modulchips, um die Massenproduktion heimischer Modulprodukte zu beschleunigen und die gesunde Entwicklung der chinesischen Kommunikationsbranche zu unterstützen.

   
   

Die Industrialisierung von HF-Modulen begann in westlichen Unternehmen 5 bis 10 Jahre früher als in China. Wie die Abbildung am Anfang dieses Artikels zeigt, werden zahlreiche ausländische HF-Module auf dem chinesischen Markt verkauft, und China befindet sich noch im Stadium der diskreten Bauelementefertigung. Die chinesische Industrie muss diesen Rückstand aufholen. Der erste Schritt dazu ist eine eingehende Analyse des relevanten Wissens über 5G-Module, die Nutzung eigener Wettbewerbsvorteile, die Suche nach einem geeigneten Markteintritt und die konsequente Umsetzung des Trends zur modularen Fertigung. Wenn wir diesen Trend voll und ganz annehmen, sind wir zuversichtlich, dass wir in etwa fünf bis zehn Jahren den Durchbruch bei lokalen HF-Modulen schaffen werden.

 

Statue von Peter dem Großen in St. Petersburg

   

Nennen Sie ein ähnliches Erfolgsbeispiel. Die moderne industrielle Revolution begann in Westeuropa. Während Westeuropa bereits mit der Industrialisierung begonnen hatte, war Russland noch ein rückständiges, feudales Agrarland. 1703 erließ Zar Peter aus dem Hause Romanow den Befehl zum Bau einer neuen Hauptstadt an einem Hafen an der Ostsee. Trotz des Widerstands aller und unzähliger Kontroversen setzte sich dieser Zar, einer der bedeutendsten der russischen Geschichte, der getarnt als Handwerker durch Westeuropa gereist und studiert hatte, gegen alle Widerstände durch, um eine neue russische Hauptstadt (Sankt Petersburg) zu errichten. Diese sollte den Weg nach Europa und in die Welt ebnen und Europa, das Meer und die industrielle Revolution in vollem Umfang einbeziehen. Europa, das Meer und die industrielle Revolution prägten die Trends im Land im 18. Jahrhundert; heute sind es die Substitution heimischer Technologien, 5G und HF-Module, die die Trends in der HF-Frontend-Industrie bestimmen.

 

Als Peter der Große geboren wurde, war Russland ein Stück Fisch auf dem Schneidebrett; als er starb, war es bereits ein Schneidemesser für Fleisch. Aufbauend auf dem umfassenden Aufstieg der heimischen Mobilfunkindustrie hoffen wir, dass Chinas Funkfrequenzindustrie mutig voranschreitet und die historische Welle der Substitution durch heimische Technologien, der 5G-Informatisierung und der Modularisierung der Funkfrequenzen nutzt. Wenn Chinas Funkfrequenzindustrie bei unserem Einstieg in die Branche noch wie ein Stück Fisch auf dem Schneidebrett war, dann hoffe ich, dass sie bis zu unserem geplanten Ruhestand ein Schneidemesser für Fleisch sein wird. Lasst uns euch alle ermutigen!

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