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手机零组件产业全方位剖析(上)
 

【作者: 吳明木】2001年03月05日 星期一

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自1999年开始明碁、大霸、致福加入手机代工市场,2000年又加入华山、英业达、兴门、华冠、仁宝、大众、广达等厂商,预估2000年产量可达1660万支,产值也从55亿跃升为387亿。手机市场快速成长,国际大厂为维持市场占有率,将产能释出代工是一条必走的路,如Motorola放出代工订单加强IC元件、Qualcomm将手机制造部门卖给Kyocera,对国内厂商来说可是一个相当好的机会。


手机所用到的零组件种类繁杂,关键零组件包括收发开关(T/R Switch)、功率放大器、电压谐振器(VCO)、SAW Filter、高频锁相环路(PLL)IC及高频用被动元件等。通讯产业制造体系与资讯产业不同,不同系统需要不同的零组件规格,因此必须上中下游共同存在,如此通讯产业才能建立成功。全球手机制造商及零组件厂商关系相当密切,零组件厂商供货以手机大厂为优先对象,由于国内零组件自给率相当低,若零组件缺货将受手机大厂挤压致使零组件无法取得,因此台湾欲成为全球手机制造重镇,掌握零组件为首要条件。


由于关键零组件技术均掌握在外商手中,外商目前仍未有释出技术意愿,因此国内手机零组件技术之取得相当辛苦,但由于下游产业已大幅投资设厂,上游零组件也需要积极推动,否则国内手机产业将难以和先进国家竞争。


加速通讯产业成长需先建立手机零组件产业

由于手机的价格逐渐降低,成本必须精简才有竞争力,加上市场成长高于预期,大厂产能扩增不及,手机大厂为维持市场占有率,将产能释出代工是一条必走的路。由于市场成长加上手机上网、收发电子邮件等功能的提升促使每部手机零组件的数量大幅增加,从1999年开始应用于手机的SRAM、Flash、LCD驱动IC、SAW Filter、MLCC等零组件缺货情况相当严重,国内手机厂商由于取得零组件不易(表一),手机出货量大受影响,因此稳定掌握零组件来源手机产业才能生根。



《表一 国内通讯产业结构》 - BigPic:684x325
《表一 国内通讯产业结构》 - BigPic:684x325

目前日本在手机零组件技术具有优势,也形成一个结构完整的产业体系,不论是LCD面板、LCD驱动IC、PCB、快闪记忆体及各种重要功能性零组件的发展皆相当完整,可做为国内发展手机产业的参考。未来国内的手机产业若要继资讯产业之后,成为具世界级地位的产出国,必须建立完整的产业部落,如此下游手机组装产业发展才能稳固。


目前国内生产能力相当强的产品包括小尺寸LCD、PCB、作为LCD背光模组的LED、连接器、Receiver及按键等,这些产业的特色皆是进入门槛较低、占手机成本不高、国内相关产业技术成熟,因此未来在全球供应链将扮演相当重要脚色。关键零组件包括IC元件、SAW Filter等功能元件由于技术较高,全球可供应者不多,国内才刚起步因此未来市场成长空间很大。随着手机功能的提升、多样化,全球手机需求量也大幅成长(表二),未来各种零组件产值将相当可观。


《表二 各厂商或研究机构对全球移动电话需求预测》 - BigPic:622x139
《表二 各厂商或研究机构对全球移动电话需求预测》 - BigPic:622x139

剖析手机零组件架构寻求潜力股

手机的重量从1992年的200公克降到目前的65公克,足足减少近三分之二,为降低成本及符合手机轻、薄、短、小的设计要求,手机零组件数量必须逐渐减少才有可能,且为了加速产业分工结构建立,手机零组件往模组化发展是未来的趋势。本文将手机零组件区分为IC元件、功能元件、被动元件、光电元件、机构元件及其他零件等几个族群,目前以IC元件、功能元件产值较高且缺货较严重,国内需求量完全仰赖进口。光电元件、机构元件及其他零件国产品已可打进国际市场,未来发展速度较快。


由于手机朝多频多模发展,加上每家厂商所推出手机设计皆不同,负责在收讯与发讯间切换的RF切换器(Switch)、LPF、联结器(Coupler)、频通滤波器(Band Pass Filter;BPF)、平衡/不平衡变换器(Balun)等零件使用量每支手机皆不同。加上石英振荡器、表面声波滤波器(SAW Filter)、诱电体滤波器、陶瓷滤波器、天线共用器、阻隔器(Isolator)、电感、IF模组等各种零件都朝模组化发展,因此确实预估手机零组件结构及成本有所困难,(表三)以GSM双频手机为例,概略估算并详述于后。



《表三 手机零组件结构及成本预估》 - BigPic:689x439
《表三 手机零组件结构及成本预估》 - BigPic:689x439

IC元件产业渐趋完整

Dataquest对1999~2004年IC市场的前景相当乐观,预估成长最快的是通讯应用市场,平均复合年成长率为15.8%,高于PC应用市场的11.6%。且预估在2004年全球手机生产量将达到10亿支,1999~2004年的复合年成长率为28.2%。手机零组件众多,其中IC元件成本最高,因此成为国际大厂必争之地。国内IC产业除了晶圆代工与DRAM外只有低阶的消费性IC市场,由于技术难度较高及起步较晚,国内手机IC元件产业与日、韩差距颇大。国内系统厂商在OEM时期大都使用原厂指定的IC,但到了ODM阶段时只要台湾生产的IC品质没有问题,国内厂商将有很好的机会。


藉由手机下游产业的蓬勃发展,国内厂商正全力向上发展手机IC元件领域,包括SRAM/Flash、无线通讯IC设计、砷化镓(GaAs)磊晶片、砷化镓晶圆代工、封装及测试等产品,为台湾未来在庞大的无线通讯市场中,建立完整的通讯IC产业(表四)。



《表四 国内通讯IC产业结构》 - BigPic:680x84
《表四 国内通讯IC产业结构》 - BigPic:680x84

目前国内已有多家厂商投入通讯IC设计产业,和茂科技为国内第一家投入无线通讯IC,目前已经积极开发正缺货中的功率放大器(PA),2000年就能提供手机的客户验证,其他重要元件包括高频锁相回路(PLL)IC,推出已超过半年,打破过去一直为日、韩厂商所独占的国内市场。


砷化镓磊晶片已量产厂商包括博达科技、全新,国联也即将推出。砷化镓晶圆代工的厂商包括位于南科的全讯、宏捷、竹科的汉威、和茂。其中宏捷已量产4吋GaAs HBT晶片,为继美国科胜讯(Conexant)及RFMD两家厂商后,全球第三家可提供砷化镓晶圆的厂商。


封装测试(含设备)方面,国碁已经有能力进行MCM(Multi-Chip Module)封装,而华治、麦瑟也已积极投入。国碁现有功率放大器(PA)月产量约为100多万个,而手机上另一重要元件-电压控制石英震荡器(VCO),国碁现虽已开发完成,但VCO需要的样式较多且复杂,因此暂不推出。国内最早投入测试的业者为宇通,许多测试业者也都积极准备切入,其中京元电子目前已经握有订单,预料到2001年市场将会有明显的成长,安捷伦科技则提供IC测试设备。


IC元件市场最为可观

手机迈向第三代数位系统及网路存取趋势,将大幅增加相关IC的需求量,据估计手机用IC市场99年约4200亿台币,预估2000年达5400亿台币。手机的主要IC元件构造可分成射频(Radio Frequency)、中频(Intermediate Frequency)及基频(Baseband),其功能及重要元件如(表五)所述:



《表五 移动电话的主要IC组件构造》 - BigPic:674x130
《表五 移动电话的主要IC组件构造》 - BigPic:674x130

国内功率放大器(PA)已具基础

手机RF部分最难取得且最昂贵的关键零组件为功率放大器(PA),PA多为国外厂商掌控,PA材料包括BiCMOS矽晶圆、砷化镓(GaAs)、矽锗(SiGe)、磷化铟镓(InGaP)等产品,过去手机采用Discrete Bipolar功率放大模组,因为它需要50个以上的零组件,操作电压及能量消耗均无法有效降低。当电池微型化并由5V转向3V电压以下,而系统由GSM逐渐转向CDMA时,低操作电压、及高操作频率的要求显得相当重要。


目前PA主要材料矽元件的成本较低,由于电子在砷化镓中的速度比在矽中高五倍,砷化镓元件的工作速度远高于矽元件,而在相同的工作速度下,砷化镓元件亦比矽元件消耗较少能量,因此待机及通话时间较久。尤其在高频领域因矽晶片中的寄生效应(Parasitic Effect)所造成的衰减,砷化镓晶片较无此困扰,因此在高频、低耗能之射频应用领域中,砷化镓半导体技术已逐渐取代矽半导体技术。


未来Bipolar、CMOS可用来生产大哥大里面频率比较低的元件,至于高频的功率放大器,关乎手机的电池使用时间,砷化镓元件可达到功率消耗较小的目的。在今年Q1功率放大器采用矽元件及砷化镓比例约2:1,未来应可改调整为1:2。


砷化镓元件技术的发展由早期的MESFET,逐渐移转至HBT、HEMT及PHEMT,以期在高频区域可提供较高的运作效率。砷化镓将来的成长及竞争力完全取决于价格和品质,从技术发展趋势来看现有的HBT、MESFET和PHEMT等3种制程技术中,还是以HBT最被看好,可望成为主流。 HBT有很多技术特性,价格也较低,良率更可达80%以上,竞争力居于领先地位。


国内砷化镓上游产业除了博达及全新外,砷化镓晶圆代工厂宏捷及汉威也是手机IC产业中相当重要的一员。目前全球只有宏捷和美国TRW技术移转的RFMD,以及由Rockwell衍生的Conexant等3家有砷化镓晶圆量产能力,提供市场80%的需求量。


宏捷目前每周生产200片4吋砷化镓HBT晶片,正陆续通过客户的品质认证,同时开始规划在南科园区扩建6吋砷化镓HBT晶片代工厂,完工后产能将倍增到每周1200片,同时将与美国的Dynalinear科技进行策略性技术合作,并移转功率放大器的设计能力,开始进行数位式行动电话功率放大器模组制作,长期发展目标则是针对GSM、CDMA及W-CDMA等不同的无线通讯系统,开始制造及设计RF功率放大器模组,同时量产MMIC模组。汉威则自行开发出HBT功率放大器,现已进入投片测试阶段。


IC元件整合使得厂商面临竞争压力

为降低成本并提升功能,各类型IC必须进行整合以减少用量,部分元件将整合低杂讯扩大器(LNA)、混合器、编/解码器、数位基频及类比基频的功率管理等功能。目前厂商所采取的方式包括依制程特性的不同,而将RF的前端部份和PA利用砷化镓技术整合成一颗,其余RF/IF的元件则采取BiCMOS的技术整合成一颗;基频由于只有少数几颗类比IC,因CMOS制程相同更易于进行整合。


已有成果的大厂包括IBM计划于2001年推出整合矽锗低杂讯扩大器(LNA)、电压控制震荡器(VCO)与功率扩大器(PA)等产品的单一晶片。估计未来一部手机的IC数量在2002年时将只需6颗左右(表六)。由于国内厂商刚进入IC元件产业,如脚步太慢则当元件整合趋势已成,未来再踏入此市场将更加艰困。 (待续)



《表六 手机的IC使用量》 - BigPic:676x78
《表六 手机的IC使用量》 - BigPic:676x78
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