5G时代下，射频器件、光模块、PCB等电子元器件产业面临的机遇与挑战
品慧电子讯2019 年 10 月 30 日至 11 月 1 日，第 94 届中国电子展在上海新国际博览中心盛大召开。展会涵盖上游基础电子元器件到下游产品应用端全产业链，汇聚 800 多家厂商和数万名买家、观众参加。
2019 年 10 月 30 日至 11 月 1 日，第 94 届中国电子展在上海新国际博览中心盛大召开。展会涵盖上游基础电子元器件到下游产品应用端全产业链，汇聚 800 多家厂商和数万名买家、观众参加。
为进一步推动我国电子元器件的产业发展，促进新型电子元器件的技术进步与应用水平提高，在 5G 商用爆发前夕，2019 中国 5G 新型电子元器件创新发展论坛在展会期间如期举办，论坛围绕 5G 产业重点展示关键元器件及设备，旨在助力电子元器件行业把握发展机遇，实现跨越发展。
中国电子元件行业协会秘书长古群介绍了 5G 时代下电子元器件产业面临的机遇与挑战。古群认为，在当前不稳定的国际贸易关系局势下，分析 2018—2019 年中国电子元件行业发展情况可以看到，被美国加征关税的电子元件产品的出口额占电子元件出口总额的比重仅为 10%，中美贸易对电子元件产业影响有限。
“回顾过去一年国内电子元器件产业运行情况，上半年市场低迷、部分外资企业产线转移、中小企业经营困难，开工不足等都是显而易见的消极影响。但随着电子元器件产业受到政府高度重视、下游企业与元器件产业的黏性增强、下游 5G 产业发展前景明朗等利好因素的驱使下，我国电子元器件行业下半年形势逐渐好转，骨干企业发展平衡、产线转移步伐减缓以及行业集中度提高，进一步倒逼企业转型升级。”对于 2018—2019 年国内电子元器件产业运营情况，古群总结道。
面对 5G 大规模商用，中高频器件的国产化之路在何方？
不难理解，中高频器件即应用于 5G 中频（Sub-6GHz）和高频（毫米波 mmWave）频段的射频器件，包含功率放大器（PA）、滤波器、天线、低噪声放大器（LNA）、射频开关、射频收发器等器件。
随着 5G 通信的发展，5G 基站、载波聚合、Sub-6GHz 以及毫米波频段的发展和成熟，将大幅度拉动功率放大器（PA）、滤波器、低噪声放大器（LNA）、开关、天线等中高频器件的市场需求。
“当前国内芯片行业发展迅速，我国 5G 产业发展已走在世界前列，但在整体产业链布局方面，我国企业主要处于产业链的中下游。在产业链上游，尤其是中高频芯片和器件等核心环节，技术和产业发展水平远远落后于国外。尤其是射频芯片、模组仍严重依赖进口，射频前端市场被 Qorvo、Skyworks、博通等企业垄断。”广东省未来通信高端器件创新中心首席架构师樊永辉在论坛上表示。
从上图可以看到，通信射频前端市场规模不断扩大，发展趋势良好，但此类器件技术和市场目前被国外大厂掌控和垄断。中高频核心器件是实现 5G 通信网络的核心与关键之一，面对我国 5G 产业发展的制约瓶颈，实现国产射频器件技术与市场的突破成为 5G 时代下的重要任务和目标。
据工信部调研数据显示，滤波器和天线具有国产化供应链基本能力，但功率放大器供应链弱小，中高频核心器件是我国 5G 领域主要短板。因此，面对“关键核心技术缺失”、“产业上下游协同不足”的行业现状以及“sub-6G 中材料和工艺不足”、“毫米波领域设计能力分散、制造产能稀缺”的技术现状，紧扣 5G 中高频核心器件设计、制造、测试和应用等各环节关键技术，以器件设计为核心，垂直应用为引擎，整合产业链优势资源，弥补通信产业链缺失环节，实现中高频核心器件前沿和共性技术研发供给、转移扩散和首次商用化等众多举措成为我国争夺未来通信技术国际制高点提供有力支撑，也为打破国外技术壁垒提供了新的可能和机遇。
此外，对于中高频器件未来的发展与技术路线，樊永辉总结道：“以 SiC 为衬底的 GaN 的功率放大器将是宏基站的主要技术。Si 基 GaN 功率放大器有望被应用于微小基站以及高频段的手机中，取决于 8 寸硅工艺能力以满足大规模市场需求及降低成本；
基站滤波器的主要技术仍将是陶瓷介质滤波器；在手机中，在 sub-6G 频率范围内将以 FBAR 为主，在更高的频率，需要开发基于电磁波的滤波器技术；
5G 时代，中高频器件总的趋势是小型化、模块化、更高的频率与集成化。”
5G 时代，国产滤波器面临的机遇和挑战？
对于滤波器部分，北京航天微电科技有限公司南京分公司副总经理林树超在论坛上进行了分享。
林树超表示，随着 5G 时代的到来，波器在通信终端中的应用方面：滤波器在单个终端的使用数量从 2007 年的 5 个到如今超过 90 个；成本从 3G 终端的 1.25 美元到如今超过 15 美元。可以看到，在 5G 时代，滤波器的使用数量和成本都有了较大提升。
据 Yole Development 数据显示，预计 2023 手机射频前端市场规模年将达到 352 亿美元，年复合增速达 14%。其中，滤波器市场规模最大，2023 年 225 亿美元，年复合增速达 19%。
在滤波器的应用方面，5G 基站中，功率超过 5W 的主要采用介质滤波器替代腔体滤波器（功率容量高）；5G 基站中，功率 5W 以内的主要采用 SAW/BAW 滤波器（选择性好）。此外，随着物联网的成熟，预计到 2022 年，全球将有 1,000 亿（中国 200 亿）个无线物联网节点，每个节点至少用滤波器 10 颗，将达到 10,000 亿颗的市场规模；在国防领域，军用通信器材、卫星导航、电子对抗系统、雷达系统等领域对滤波器需求旺盛；领先国家限制我国进口半导体核心器件，国内自主知识产权生产厂家面临我国军用装备市场的广阔机遇。
纵观滤波器产业全球市场格局，可以看到 SAW/BAW 滤波器市场均被美日等国外大厂占据，国内企业占比极低，甚至为零。
面对差距，要加强在关键技术（诸如“仿真设计软件（FEM/BEM、COM、EM）、微纳米加工技术（0.25 微米工艺）、封装技术（SMD-CSP-WLP-Film）、设备（光刻、镀膜、溅射）、人才（声学、射频）等”）方面的投入和重视。除此之外，我国滤波器产业还面临着来自于交叉学科、专利壁垒、重资产投资、技术快速迭代以及人才稀缺等近乎全方面的压力和挑战。
困难依旧，仍当发展。在全方位的包围和垄断之下，寻找突破口才是国产厂商突围的关键所在。
“5G 技术的发展、消费产品需求带动、供应链危机”成为了如今摆在国产企业面前，可遇不可求的机遇。
5G 时代，光模块发展面临的机遇与挑战？
2019 年 4 月，韩国 KT、SKT、LGU+宣布 5G 网络正式商用；2019 年 4 月，美国 Verizon 宣布 5G 网络正式商用；2019 年 6 月 6 日中国发放 5G 牌照、2020 年规模商用。可以预见，5G 将于 2020 年—2021 年步入规模商用，每年新增上百万个 5G 基站，进入 5G 建设高峰期。5G 的发展和成熟为光模块市场带来发展驱动力。
青岛海信宽带多媒体技术有限公司技术合作总监张华在论坛上介绍，光模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。其中，光电子芯片是光模块的核心部件，成本占比大概在 50%—60%。但是，高端光电子芯片是我国光模块企业的技术短板，当前的国际形势为国产化发展提供了契机，加大研发投入和促进自产自用是有效措施。
在通信网络设备、基站射频、系统集成与应用服务、光纤光缆、基站天线、光模块 ... 等 5G 产业众多细分领域中，光模块投资占比仅为 4.6%，光通信模块是产业链中盈利能力最差的环节。提高可持续发展的盈利能力是光模块需要解决的重要问题，行业整体的理性投入和企业自身的定位策略是可能的解决途径。
对于 5G 光模块的发展策略，张华认为，规模效应、技术创新、国产化作为 5G 光模块发展策略是机遇也是挑战。
规模效应：在满足需求的前期下，减少光模块型号，以提高单款型号的总需求量，这将有利于降低材料成本，进而降低光模块价格；
技术创新：通过技术创新降低成本；
国产化：国内仍在攻关 25G 芯片，国际已经准备量产 50G 芯片，我们仍需尽力追赶一个“代际”的差距。
对于产业发展中的挑战，张华指出，目前国内光模块供应商、激光器芯片供应商存在重复投入、不注重机会成本等不健康生态，同质化和产能过剩也是存在的挑战之一。
同时，我国光通信器件企业面临的知识产权挑战也较为严峻。我国企业知识产权实力与市场规模不匹配；核心光器件专利多数被美日企业掌握；我国光通信企业“出海”的第一门槛就是专利，加强知识产权布局是我国光模块企业在海外做大做强的必备功课。此外，技术标准特别是数据通信光模块标准，需要加大话语权。
当前，面临中美贸易争端，短期内，可能会影响光通信器件出货量和营收；但从长远角度来看，中美角力也将加速中高端国产化器件的普及应用。
与此同时，近年来国外光模块公司向上游收敛对我国企业的追赶也许是一个新的机遇。
5G 时代，高速 PCB 面临的机遇和挑战？
目前处于 5G 建网的初期阶段，基站建设主要以宏基站为主，再用微基站作为补充，加大加深覆盖区。随着网络深入部署，小基站需求会进一步扩大。通讯基站的大批量建设与升级换代对高频高速 PCB 形成海量需求，PCB 正迎来新一轮升级换代的需求。
重庆方正高密电子有限公司技术开发及应用部技术专家唐耀表示，5G 时代下，高速 PCB 广泛分布于企业网（ICT）、IT/ 数据中心（云 DC）、运营商无线（基站）等多领域中。在 5G 下高速 PCB 的发展历程中，高速化对 PCB 也提出了信号质量、加工工艺、测量技术等多方面新的挑战。
测试测量如何助力 5G 走向规模商用？
随着 5G 时代的到来，终端和流量都取得了迅猛的增长。5G 通过其高性能、低延迟和高容量的特性带来网络的变革。
5G 时代网络的演变，eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（大规模机器通信）、uRLLC（高可靠低时延通信）等 5G 三大应用场景将要催生出新的应用和载体。
高速的物理连接作为 5G 的基础，凭借网络标准的更新和以太网联盟的技术发展方向，速度和性能成为 5G 时代追求的目标。
同时，随着布线标准近几年的更新，提供了更多的基于小基站、边缘计算、云计算等数据线缆连接实施方案。并且，根据多种 IEEE 新完成的标准，满足了 5G 时代物联网驱动的速度需求，利用更少光纤实现更高速度成为主题；减少支持该速度所需的通道；完成 25G 以太网系列标准等。
论坛期间，福禄克网络技术专家潘凯恩介绍了公司的解决方案，支持多种线缆类型，以及网线、单模光纤和多模光纤等多应用标准下的测试，帮助网络技术人员保障网络互联的性能和可靠性。
结语
综上所述，可以看到我国电子元器件产业较国外先进水平还存在一定差距，面临着诸多挑战。随着国际贸易的紧张局势和 5G 时代的到来，给了国产厂商一个机会，去追赶或被进一步拉大。
任重道远，需砥砺前行。
推荐阅读：
可编程LED驱动器怎么设计才更简单？这一招你必须要学会
为何共模电感的漏感能滤除差模信号？
如何采用降压型控制器产生负电压？
中国电子第一街创新基地！弘德智云联合我爱方案网推出产业园区入驻服务
印制线路板元器件如何放置？看完这篇文章恍然大悟
