鋭石創芯實現國產高壓天線調諧開關量產突破_風聞

市場價值隨着國內外5G的大力建設和發展，當前國內5G滲透率達到了85%以上，世界平均滲透率也超過了50% ，且在未來3到5年世界平均滲透率會達到80%以上， 5G手機佔有率也相應得到大幅度提升。對於普通4G手機，由於結構相對簡單，天線數量少，調諧開關一般1至3顆；而5G高端手機由於結構和功能複雜，天線數量急劇增加，天線調諧開關可以達到驚人的13至15顆。據專業機構調查，天線調諧類產品將以每年5%左右的複合增長率增加，在未來3到5年裏達到總價值19億美金，超過100億顆市場需求，但這塊市場目前仍被美系主導，國內供應商仍處於大力追趕突破階段。隨着國產工藝不斷進步，供應鏈持續壯大，各廠家重視並大力投入開發，促進成本的持續下降，同時各終端客户出於供應鏈安全佈局考慮也在大力導入國產供應商。因此，無論是產品性能還是市場佔有率，國產天線調諧均在加速縮小與國際品牌的差距，逐步擴大市場佔有率，並迎來蓬勃發展和超越。（圖-1 Source: Yole）需求背景隨着5G和智能手機的不斷發展，手機承載了越來越多的應用和功能，與此同時也給手機天線帶來了巨大的挑戰。一方面，新技術和應用的產生促使手機搭載更多的天線，以滿足眾多EN-DC組合、載波聚合 (CA)、UL&DL MIMO、Wi-Fi MIMO 和衞星通信等需求，同時提供更高的數據速率。另一方面，眾多5G頻段和新應用頻段的增加，也需要手機天線覆蓋更寬的頻率，從過去的Sub3GHz擴展到Sub7GHz，還要考慮到GSM以及5G PC2和高軌衞星通信等大功率的設計挑戰。更具挑戰性的是，手機中留給天線的設計空間變得卻越來越少，導致天線效率降低，設計難度大幅增加。為了達到更高的整機性能要求，工程師必須面對巨大的設計挑戰，這也促使不得不選用高性能天線調諧產品來輔助達成系統設計，使得天線能在更廣泛的頻率範圍（從600 MHz到7GHz） 和更有限的物理空間內達成高效的收發性能，並幫助增加電池續航，支撐手機的纖薄設計。P=V²/R(Assume P is constant, higher impedance causes higher voltage)（圖-2）天線調諧分為阻抗調諧（Impedance tuning，如圖-3）和孔徑調諧（Aperture tuning，如圖-4），一般阻抗調諧主要通過優化傳導與天線匹配來減小失配損耗並提升收發性能，處於低阻抗區以低壓形式出現；而孔徑調諧則更多通過優化天線本體長度及諧振點，可以跨多頻段優化天線效率，阻抗範圍較寬，有低壓和高壓形式。從系統設計角度，高壓調諧可以為系統帶來更多的性能提升和收益，但高壓天線調諧開關的設計難度較大，目前市面仍以基於海外工藝產品為主。綜上，高壓天線調諧開關不僅在系統設計上扮演了極為重要的角色，也一定程度代表了工藝及研發設計能力！設計能力較之於傳統開關設計，天線調諧開關設計更專注於極致的性能提升，鋭石創芯與全球知名晶圓合作伙伴共同打造了高壓工藝平台，對工藝本身Ron和Coff進行深度優化，並且自行優化底層版圖進一步改善了天線調諧開關的Ron和Coff。除了對小信號的優化以外，高壓天線調諧開關的核心需求在於極高的耐壓性能（定義為天線調諧開關的諧波非線性變化點為Vpeak），通常射頻器件的應用場景都不會超過40dBm射頻功率，而高壓天線調諧開關對於耐壓的定義超過48.1dBm功率耐受（換算為80V射頻電壓）。傳統射頻開關設計會通過MOS管的堆疊設計來滿足更高耐壓的需求，但隨着堆疊MOS管的數量增加會出現耐受功率非線性增長的問題，還會給產品帶來Ron的退化以及面積的損失。鋭石創芯通過電路設計和版圖佈局優化了開關管設計，在不進一步損失面積和耐壓的情況下，提升了天線調諧開關 Vpeak性能。除了耐壓的優化，高壓天線調諧開關的最大難點在於當性能滿足Vpeak時，還需要滿足3GPP定義的諧波要求。鋭石創芯從2020年攻克了全球領先的高壓諧波消除技術並申請多項發明專利，成功應用在多款SRS開關和天線調諧開關產品中。如圖-5所示，當頻率在1880MHz下，4*SPST 天線調諧開關在最惡劣的All-Port測試狀態下3次諧波依然有足夠餘量，Vpeak在85V下依然能滿足小於-40dBm的需求。（圖-5）產品能力經歷過各種工藝探索、產品迭代與技術打磨，鋭石創芯第一代高壓天線調諧開關得到了國內知名品牌手機客户的認可。RR13124-11是一系列產品中難度最大的高壓 SP4T,併成功實現量產出貨，證明了鋭石創芯作為一家年輕的國產射頻供應商，已然具備了行業領先的產品設計與量產能力。對比國際知名品牌競品Vpeak及Harmonic測試如下：（圖-7）鋭石創芯 1.5*1.1尺寸天線調諧產品參考如下：（表-1）鋭石創芯最新一代小尺寸天線調諧開關基於12英寸晶圓和先進SOI工藝開發，相比上一代產品縮小25%面積，同時實現1.2/1.8V低壓IO控制，能很好地適配新老各種平台接口。對比國際知名品牌競品Vpeak及Harmonic測試如下：（圖-9）鋭石創芯 13095尺寸天線調諧產品參考如下：（表-2）測試能力鋭石創芯已成功搭建出多套專門用於高壓天線調諧開關的測試環境，從研發到量產，覆蓋全面測試驗證性能，支持客户單體評估和產測保證。此外，鋭石創芯自主開發了全自動測試系統，支持測試計劃編輯和保存、測試結果動態曲線顯示、測試數據對比回放等重要功能，實現了測試完全自動化，大幅提升測試效率。鋭石創芯高壓天線調諧開關自動化測試軟件（圖-10）對於80V高壓的射頻測試，系統要提供48dBm的射頻功率，這對測試系統來説是極大的挑戰，特別是量產測試環境下要維護這麼大功率的系統，無疑是非常複雜的工程。鋭石創芯採用在高壓天線調諧開關的輸出端搭配一個阻抗調諧器——Impedance tuner的方法，通過調節阻抗來改變反射係數（VSWR通常6:1），實現被測件端的功率疊加，並通過改變阻抗相位來測量最差諧波阻抗點，一舉實現被測件的耐壓和諧波測量。總結及展望一直以來，鋭石創芯高度重視SOI產品線，在研發側和市場側均投入了大量資源，持續推進與相關Fab廠的工藝深度合作開發。歷時三年不僅實現了在射頻開關的大量出貨，而且得到了國內眾多終端客户的高度認可和一致好評。如今實現了國內供應商在高壓天線調諧產品重大突破，極大地推動了高壓天線調諧的國產化，使得終端客户能夠在供應鏈上有了更多差異化選擇，在風雲變幻的地緣政治背景下，為終端客户的供應鏈安全性保駕護航。鋭石創芯堅定不移地在國產化道路上奮勇前行，不斷深耕、精進核心產品的性能並着力降低成本，大力強化國產供應鏈，戰略性規劃自研濾波器Fab並配合L-PAMiD、L-DiFEM、DiFEM等大模組開發，持續提升市場競爭力，也為客户提供全射頻前端方案做足準備。未來在天線調諧產品線方面，鋭石創芯還將繼續開發120V高壓RF-MEMS產品，可調電容以及超過100V RF-SOI等產品來滿足多樣化市場需求。後續文章將展示更多突破性成果，敬請期待……公司介紹鋭石創芯是一家專注於4G、5G射頻前端分立器件及模組的研發、製造及銷售的高新技術企業，同時也是國家級專精特新小巨人企業。公司具備射頻前端產品所需全系列芯片的設計及模組化能力，並戰略佈局濾波器晶圓製造。公司產品廣泛應用於智能手機、物聯網及智能穿戴設備等領域。自創立以來，鋭石創芯堅持“科技創芯+國產替代”戰略，在積極探索射頻前端核心器件國產化方案的同時，通過持續技術研發，在芯片設計、模組集成方案設計、封裝測試等環節均形成了較強的核心技術優勢，並對濾波器設計、製造、封裝測試等環節進行了多方面佈局，為公司不斷開發及迭代高品質射頻前端產品積蓄了充足勢能。公司已陸續推出4G Phase2, 5G Phase5N, Sub6G L-PAMiF, Sub3G L-PAMiD, WiFi FEM, 濾波器，射頻開關，天線調諧開關 (Antenna Tuning Switch), LNA Bank, 分集接收模組DiFEM, L-FEM等射頻前端產品，以滿足國內外市場對射頻前端產品的巨大需求。作為一家國產優秀的射頻供應商，鋭石創芯以PA為核心，不斷擴大產品佈局，從分立到模組產品線全面覆蓋，經過3年打磨，高壓天線調諧產品實現量產出貨突破，新一代產品也將很快量產，這為整個射頻前端佈局再次增強補齊了版圖，加強了在天線調諧領域的市場地位。