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5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析-股票走势图入门图解

投资大参考 投资大参考 10月09日 20:01

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受益 5G 商用,射频前端芯片未来可期

射频前端芯片主要组成部分及功能介绍

射频前端芯片主要应用于智能手机等移动智能终端,其技术创新推动了移动通信技术的发 展,是现代通信技术的基础。射频前端模块(RFFEM:Radio Frequency Front End Module)是手机通信系统的核心组件,RFFEM 的性能直接决定了移动终端可以支持的通 信模式,以及接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标,直接影响终端用户 的通信质量。

射频前端模组介于天线部分与收发组件之间。手机射频前端主要包括功率放大器(Power Amplifier)、天线开关(Antenna Switch)、滤波器(Filter)/双工器(Duplexer)、低噪声 放大器(LNA)等器件,再加上基带芯片组成了手机射频系统。射频开关用于实现射频信 号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信 号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频 段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接 收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。

按照信号传输路径来看,分为发射通路和接收通路。其中发射通路的器件主要包括功率放 大器、滤波器及天线开关等。接收通路的器件主要包括低噪声放大器、滤波器、射频开关 及天线开关等。

5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析

目前,我国 5G 商用进程已完成频谱分配,开启预商用序幕。频谱分配是 5G 商用进程中 的关键节点,18 年 12 月初,国内三大运营商正式获得全国范围 5G 中频段试验频率使用 许可,其中中国移动获 2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz 频段的 5G 试验频率资 源;中国联通获 3500MHz-3600MHz 共 100MHz 带宽的 5G 试验频率资源。中国电信获 3400MHz-3500MHz 共 100MHz 带宽资源。我们认为本次全国范围内 5G 频段频谱使用许 可的发放,为运营商开展 5G 系统组网试验奠定了基础,开启了我国 5G 预商用序幕。

5G 除了推动传统移动频段<2.7GHz 的使用,也会推动 C-Band (3.3-4.9GHz) 和毫米波 Ka-Bands (24-40GHz)的广泛使用。5G 通信及物联网的发展为射频器件行业带来新的增 长机遇,同时也为射频器件设计企业提出新的挑战:射频前端器件需要支持的频段数量大 幅增加;高频段信号处理难度增加,系统对射频器件的性能要求大幅提高;载波聚合及 MIMO 技术应用逐步普及要求各射频器件进行相应的技术更新。

5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析

图 2 展示了 5G 时代大规模 MIMO 天线阵列中收发机的典型架构。该图演示了一种数字/ 模拟波束形成的混合方法,是目前商业化的代表实例。这些表明 5G 时代对射频前端芯片 的数量和性能提出了更高要求。天线数量的增加,将带动射频开关、PA、滤波器等射频前 端芯片需求的增加。

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5G 时代带宽、时延、同步等性能全面提升。ITU 为 5G 定义了三类典型应用场景:增强 移动宽带(eMBB)、海量物联网业务(mMTC)和超高可靠性超低时延业务(URLLC)。 三大应用场景对 5G 网络的性能提出了更高、更全面的要求。根据《中国电信 5G 技术白 皮书》,未来 5G 网络的移动数据流量相对于 4G 网络将增长 500~1000 倍,典型用户数据 速率可提升 10~100 倍,峰值传输速率可达 10Gbit/s 或更高,端到端时延缩短了 5~10 倍, 网络综合能效提升了 1000 倍。

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受益 5G 频段增加,射频前端芯片市场增长空间大

射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,受益于移动互联网的快速发 展,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量保持稳定。根据 Gartner 统计,包含手机、平板电脑、超级本等在内的移动终端的出货量从 2012 年的 22 亿台增长至 2018 年的 23 亿台,预计未来保持稳定。

在基于移动智能终端实现这些需求的过程中,移动数据的数据传输量和传输速度大幅提升, 并将持续快速增长。根据 Yole Development 的研究,2016 年全球每月流量为 960 亿 GB, 其中智能手机流量占比为 13%;预计到 2021 年,全球每月流量将达到 2,780 亿 GB,其 中智能手机流量占比亦大幅提高到 33%。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频 前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间,通信行业经历了从 2G(GSM/CDMA/Edge)

到 3G( WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到 4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产 业升级。在 4G 普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智 能手机兼容不同通信制式的能力,也成为了检验智能手机通信性能竞争力的核心指标之一。

为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射频前端芯片数量相比 2G 方 案和 3G 方案有了明显的增长,单个智能手机中射频前端芯片的整体价值也不断提高。根 据 Yole Development 的统计,2G 制式智能手机中射频前端芯片的价值为 0.9 美元,3G 制式智能手机中大幅上升到 3.4 美元,支持区域性 4G 制式的智能手机中射频前端芯片的 价值已经达到 6.15 美元,高端 LTE 智能手机中为 15.30 美元,是 2G 制式智能手机中射 频前端芯片的 17 倍。因此,在 4G 制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业 的市场规模将持续快速增长。

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5G 为射频前端产业提供更大的市场机会。随着终端支持的无线连接协议越来越多,从最 初的 2G 网络到现在的 NFC、2G/3G/4G 网络、WiFi、蓝牙、FM 等,通信终端的射频器 件单机价值量增长了数倍。展望未来,4G 的渗透率尚未饱和,渗透率提升将继续驱动射 频器件单机价值量增长。另外 5G 通讯为射频器件行业带来新的增长机遇,一方面射频模 块需要处理的频段数量大幅增加,另一方面 sub-6G、毫米波等频段信号处理难度增加, 系统对滤波器性能的要求也大幅提高。

根据法国 Yole Development 报告预测,移动设备以及 WiFi 连接部分整体射频前端市场规 模将从 2017 年 150 亿美元增长到 2023 年 350 亿美元,年复合增长率达到 14%。其中作 为射频前端最大市场的滤波器从 2017-2023 年将增长 3 倍左右,复合增长率达到 19%。

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现阶段,全球射频前端芯片市场主要被欧美传统大厂占据,国内移动智能终端厂商也多向 其采购射频前端芯片产品。根据 2015 年 5 月国务院发布的《中国制造 2025》, “到 2020 年,40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,“到 2025 年,70%的核心基 础零部件、关键基础材料实现自主保障”,提出中国的芯片自给率要不断提升。在这一过程 中,射频前端芯片行业因产品广泛应用于移动智能终端,行业战略地位将逐步提升,国内 的射频前端芯片设计厂商亦迎来发展机会,在全球市场的占有率有望大幅提升。

高频和集成化为射频前端芯片技术发展趋势

Yole预计全球移动设备和WiFi的射频前端芯片市场将在2023年达到350亿美元,较2017 年增长 133%,2018 年至 2023 年的 CAGR 为 14%;其中滤波器市场有望由 80 亿美金增 至 225 亿美金,6 年内的 CAGR 为 19%;PA(功率放大器)市场有望由 50 亿美金增至 70 亿美金,6 年内的 CAGR 为 7%;LNA(低噪声放大器)有望由 2.46 亿美金增至 6.02 亿美金,6 年内的 CAGR 为 16%;Antenna tuners(天线协调器)有望由 4.63 亿美金增 至 10 亿美金,6 年内的 CAGR 为 15%;Switches(开关)有望由 10 亿美金增至 30 亿美 金,6 年内的 CAGR 为 15%;新增的 mmW FEM(毫米波前端)市场有望在 2023 年达 到 4.23 亿美元。

常用射频芯片用半导体材料有 Si、SOI、SiGe、GaAs、InP、GaN 等。两个非常重要的 参数直接决定了器件特性。首先是电子迁移率,电子迁移率的大小,直接决定了该半导体 材料是否适用于更高频波段。因此我们可以看到 GaAs、InP、SiGe 等被广泛的应用于 3G、 4G、5G 的 PA 和 LNA。其次是半导体材料的击穿场强,直接决定了器件工作时候的功率 密度。因此 GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)被广泛的应用于 4G、5G 通讯基站。

另外制造成本及是否易于实现系统集成也是一种半导体器件是否适合制作射频前端芯片 的重要考虑因素。既能满足高频需求,制造成本有优势,并且易于实现模组集成的半导体 器件是未来射频前端芯片发展的趋势。因此 SOI、SiGe 等材料在射频前端芯片领域的应 用越来越广泛,既能实现芯片的高频特性,又与 Si 的 CMOS 工艺兼容是其最大优势。

基于智能手机轻薄化、高屏占比的 ID 设计趋势,同时为了满足日益丰富的功能,手机内 部 PCB 板上留给射频前端功能区的空间处于持续减少的趋势中,根据 IHS 数据,三星 Galaxy S8+的射频前端器件密度已经接近 48%,较 S7Edge 提升超过 6pct,而射频前端 占整个 PCB 的面积仅超过 8.2%,较 S7 Edge 下降约 2pct。

按照集成度,手机终端设备射频前端模组可以分为高、中、低集成度模组。高集成度产品 主要有 PAMiD 和 LNA DivFEM,主要用于中高端手机;中度集成产品主要有 FEMiD、PAiD、 SMMB PA 及 MMMB PA 等。苹果、三星、华为等高端智能手机大量使用模组。举例来看, IPhoneX 中采用了 Qorvo 的 PAMiD,Avago 的 PAMiD,以及 Epcos 的 FEMiD。PAMiD 属于高集成度产品,主要集成了多模多频的 PA、RF 开关以及滤波器等,FEMiD 属于中 度集成产品,主要集成了开关和滤波器等。

根据 Yole 报告,iPhone X 高频 LTE 射频前端模组采用 Broadcom 的 AFEM-8072。iPhone X 中使用 6~7 个射频前端模组实现高中低频全覆盖,模组化程度前所未有,iPhone X A1865&A1902 中的 Broadcom AFEM-8072 PAMiD(功放集成双工器)作为中高频发射 模组,集成了 18 个 BAW 滤波器、 4 功率放大器、 3 个 SOI 开关等近 30 颗芯片;Skyworks SKY78140 PAMiD 作为低频发射模组,集成了多个双工器、2 个 SOI 开关、2 个功率放大 器等。集成化程度的提升有利于整合能力强的国际巨头。

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受益 5G 频段增加,射频开关市场增长潜力大

射频开关的作用是将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连通,以实现不同信号 路径的切换,包括接收与发射的切换、不同频段间的切换等,以达到共用天线、节省终端 产品成本的目的。射频开关的主要产品种类有移动通信传导开关、 WiFi 开关、天线调谐 开关等,广泛应用于智能手机等移动智能终端。

射频开关根据用途不同可分为移动通信传导开关、WiFi 开关、天线调谐开关等;根据刀 数和掷数不同,可分为单刀单掷(SPST)、单刀双掷(SPDT)、单刀多掷(SPNT)和多 刀多掷(NPNT)开关。以单刀双掷开关为例,其工作原理是:当控制端口加上正电压时, 连接端口 1 与端口 3 的电路导通,同时连接端口 2 与端口 3 的电路断开;当控制端口加 上零电压时,连接端口 1 与端口 3 的电路断开,同时连接端口 2 与端口 3 的电路导通。

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根据 的统计,2011 年至 2018 年,全球射频开关市场 规模从 6.34 亿美元增长至 16.54 亿美元,2012 年至 2018 年均复合增长率 14.68%,预计 至 2023 年,市场规模将达 35.6 亿元。

高性能射频开关应具有低插入损耗、高隔离度。射频开关主要指标有工作频率、工作带宽、 插入损耗、隔离度、功率容量等,其中插入损耗和隔离度是重要性能指标。插入损耗在发 射端影响输出功率,在接收端影响接收灵敏度,因此插入损耗越低越好。而对射频开关的 信道隔离能有效降低系统干扰,因此隔离度越高越好。

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先进 RF-SOI 工艺为射频开关未来技术发展趋势

根据卓胜微招股说明书介绍,射频开关市场的增长主要来自 4x4 MIMO 新增射频路径对 分集开关的需求,以及天线和频段增加对天线开关的需求。目前射频开关主要基于 RF-SOI 工艺,由于目前 RF SOI 产能供不应求,有利于 SOI 代工厂台积电、Tower Jazz、Global Foundry 等。

SOI 技术指在绝缘衬底上生长半导体层的技术,通过绝缘衬底实现有源层和衬底层的电气 连接隔断。SOI 器件拥有尺寸小、寄生电容小、速度快、功耗低、集成度高、抗辐射能 力强等优点,特别适合开关和转换器低插损、高线性、高速的要求。

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根据 Soitec 公司数据,2018 年法国 Soitec 公司及其授权的信越、环球晶等占据了全球 90%以上的 SOI 衬底市场。在 2010 年左右 GaAs 基的 HEMT 还是 RF Switch 的主要技 术选择。根据 GTI 数据,随着 RF-SOI 技术的成熟,RF-SOI 能够达到同样的性能和低功 耗,并且制造成本比 GaAs 低 30%左右,die 的体积减小 50%左右。所以在不到五年的 时间里,RF-SOI 技术逐渐取代 GaAs 基的 HEMT 成为 RF Switch 的主流技术。根据上海 硅产业集团招股说明书,国内的上海硅产业集团取得了法国 Soitec 公司的授权,目前也能 够提供 6-inch 高阻的 SOI 衬底。

法国 Soitec 半导体公司是设计和生产创新性半导体材料的全球领先企业,是 SOI 晶圆供 应商。2016 年,上海硅产业集团宣布收购 Soitec 的 14.5%股份,宣布首个采用 Soitec 专有 Smart Cut 技术制作的 200mm SOI 晶圆在上海工厂生产成功。2019 年 2 月 22 日, 新傲科技和 Soitec 联合宣布,扩大新傲科技位于中国上海制造工厂的 200mm SOI 晶圆年 产量,从年产 18 万片增加至 36 万片,满足全球市场对 RF-SOI 和 Power-SOI 产品的增 长性需求。根据 Soitec 的数据,整个行业 2018 年出货 150 万到 160 万片 RF SOI 工艺的 200mm 等效晶圆,比 2017 年增长 15%-20%。预计到 2020 年,出货量将超过 200 万片。

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卓胜微:国产射频芯片的领军者

江苏卓胜微电子股份有限公司(简称卓胜微)是以射频开关和 LNA 芯片为主营业务的国 产射频芯片设计公司。公司于 2006 年 7 月创办于张江高科,2012 年 8 月在江苏无锡建立 卓胜微电子股份有限公司,而后在上海、深圳、成都设立分公司。公司以智能手机等移动 终端和物联网为两大目标市场,主营业务包括射频开关芯片(Switch)、射频低噪声放大 器芯片(LNA)等射频前端芯片的研发、销售,同时在 WiFi、蓝牙方面进行技术积累,并 对外提供 IP(知识产权)授权和技术服务。目前公司已是全球第五大、国内第一大射频开 关芯片设计公司。

根据 Gartner 公布统计数据显示,2018 年全球手机销量前五名分别为三星、苹果、华为、 小米和 OPPO,占全球市场 61.0%的市场份额;根据 IDC 公布统计数据显示,2018 年 中国智能手机销量前五名为华为、OPPO、vivo、小米和苹果,占中国市场 87.5%的市场 份额。根据公司招股说明书介绍,公司射频开关和低噪声放大器已打入三星、小米、华为 等一线品牌。2015 年度卓胜微向三星导入射频开关和低噪声放大器部分新产品,并于下 半年度实现量产;2017 年保持稳步增长,销售数量较 2016 年度上升 65.88%,销售金额 较 2016 年度上升 33.26%。

2018 年随着已有产品导入时间逐渐增加,部分已导入产品的销售数量呈下降趋势,同时, 2017 年度以来三星对供应商新品导入进行了严格控制,因此 2018 年度对三星的销售数量 整体呈下降趋势。此外,同型号芯片产品在推出后,随着市场竞争日趋激烈,单价呈下降 趋势,卓胜微 2018 年度对三星销售的复杂产品比例也较 2017 年度有所降低,因此 2018 年度平均单价也呈下降趋势。综上,2018 年度对三星的销售数量及金额均有所下降。

2016 年度卓胜微对小米的业务规模较小,尚未形成稳定的规模。随着卓胜微与小米合作 程度的加深,卓胜微向小米导入产品的数量逐渐增加并形成量产,2017 年以来,卓胜微 对小米的销售数量和金额均呈快速增加趋势。2016 年度、2017 年度及 2018 年度,卓 胜微对小米收入占比分别为 0.06%、8.81%和 13.03%。

射频开关龙头公司包括美国的 Skyworks、Qorvo、Broadcom 和日本的 Murata 等,根据 Yole 数据,2018 年 4 家公司合计占据全球射频开关市场份额的 77%,其射频开关产品 覆盖高端机型,比如苹果 iPhone X/XS Max/XR、三星 Galaxy 系列、华为 Mate 系列等。 根据 Bloomberg 数据,卓胜微作为全球第五大、国内第一大射频开关公司,产品以中低 端机型为主,目前已取得全球 5%市场份额,率先实现国产突破。

射频功率放大器和低噪声放大器国产替换市场空间大

射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中,调制振荡电路所产生的射频信号功率很小,需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级,获得足够的射频功率以后,才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够 大的射频输出功率,必须采用射频功率放大器,其直接决定了无线终端的通讯距离、信号 质量和待机时间。

射频低噪声放大器(LNA)的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大,尽量减少噪声的 引入,在移动智能终端上实现信号更好、通话质量和数据传输率更高的效果。射频低噪声 放大器根据适用频率的不同,分为全球卫星定位系统射频低噪声放大器、移动通信信号射 频低噪声放大器、电视信号射频低噪声放大器、调频信号射频低噪声放大器。

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预计在未来较长的期间内,GaAs 微波射频器件将在通讯市场占据重要地位。在高频领域, 传统硅制程由于存在高频损耗、讯号隔离度不佳等物理性特征,使其在功率放大器(PA)、 低噪声放大器(LNA)以及射频开关(RF Switch)等领域的应用始终无法与 GaAs 的 HBT、 HEMT 等器件匹敌。GaAs PA、LNA、RF Switch 在高频、高速领域展现的优异的、不可 替代的物理性能优势,使得 GaAs 微波射频器件越来越广泛应用于移动手机、无线局域网 络、光纤通讯、卫星通讯、卫星定位、GPS 汽车导航等领域。

射频功率放大器(PA,Power Amplifier)国产替换初现曙光

目前主流常用的射频功率放大器主要有硅基 CMOS PA、SiGe 基 CMOS PA 以及 III-V 族 PA,三种 PA 各有优劣,应用在不同的领域。目前在低频 2G、3G,CMOS PA 具有成本 优势,也能满足移动端的功能需求,因此有稳定的出货量。SiGe 基 CMOS PA 的击穿电 压只有 1.67V,因此只能应用在对工作电压要求比较低的情况下。III-V 族 PA 具有多方面 的优势,因此为目前 4G、5G 大规模应用的 PA。

根据 Keysight 数据,为了满足 5G 对高频的需求,CMOS 工艺需要低至 28nm 的线宽, 意味着更高的开发成本。但是相对于开发成本,CMOS 的制造成本又是最低的。大致开发 成本 III-V 为$10k 到 $50k , SiGe 是$100k 到 $500k,CMOS 为 $1M 到 $5M。PA 在 满足频率需求的基础上,最重要的三个参数为Pout 和 Gain,Efficiency 和 PAE,Linearity。 高频情况下, SiGe 和 III-V PA 相对 CMOS PA 性能方面有无可比拟的优势。

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GaAs PA 和 CMOS PA

从 3G 时代起由于击穿电压、输出功率等优势,GaAs(砷化镓)材料代替 CMOS 材料成 为 PA 市场主流材料。GaAs 材料是目前生产量最大、应用最广泛,因而也是最重要的化 合物半导体材料,是仅次于硅的最重要的半导体材料。用砷化镓制成的半导体器件具有高 频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。虽然砷化镓具有优越的性能,但 由于它在高温下分解,故要生产理想化学配比的高纯的单晶材料,技术上要求比较高。

根据 Strategy Analytics 数据,从 2014 年智能手机进入 4G 时代以来,随着终端支持频段 数的增加,砷化镓 PA 单机需求数量从 3G 时代的 4-6 颗增长为 4G 时代的 7 颗,Strategy Analytics 预计 5G 时代手机内的 PA 数将超过 16 颗。

InP 基的 HBT 作为 PA,只要在 2.0m 的线宽条件下,就能达到 GaAs pHEMT 0.25um 同样的性能要求,制造成本更低。使用 InP 基的 HBT ,同样的参数情况下,其线性度优 于 GaAs HBT。从各方面性能指标来看,InP HBT 为手机端 PA 的最佳选择。因此目前 InP HBT 为手机端 PA 的首要选择。在 sub-6G, InP HBT 也能满足需求,只有在毫米波 情况下才会考虑 GaAs pHEMT 和 GaN HEMT 来替换 InP HBT 。

根据 Yole 数据,2017 年全球 GaAs PA 市场规模达到 50 亿美金,同比增长 42.9%,预计 2023 年将达到 70 亿美金,2017 年这一市场仍被 Skyworks、Qorvo 和 Avago 等大厂垄 断,市场份额分别为 37%、25%、24%,合计达到 86%,其中 Qorvo 覆盖的产品链最全。

目前 GaAs 射频已经形成了完整的产业链。根据 Yole 数据,GaAs 衬底生产商包括:住友 电工、弗莱贝格化合物材料、AXT 三家公司,2017 年合计占据约 95%市场份额。IQE 占 据了外延片 50%以上的市场份额。晶圆代工方面,稳懋为全球龙头,占据了 50%以上的 市场份额,另有宏捷科、GCS、Waveteck 等提供专业 III-V 族化合物半导体代工服务。

5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析

就工艺材料来说,目前砷化镓 PA 是主流,CMOS PA 由于参数性能的影响,只用于低 端市场。CMOS PA 最大的优势是制造成本较低,易于与传统的 Si 基数字电路进行集成。 目前国内的汉天下为全球最大的 CMOS PA 供应商,已经打入三星等手机供应链。

5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析

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5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析

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汉天下是国内规模最大的 CMOS PA 供应商。根据公司官方网站数据,汉天下电子创办于 2012 年 7 月,是中国领先的射频前端芯片和射频 SoC 芯片的供应商,每年芯片的出货量 达 7 亿颗。公司总部位于北京,在美国、韩国设有研发中心和办事处,在上海、深圳、香 港、中国台湾设有技术支持、销售、物流中心。

汉天下主要产品涵盖射频功放前端芯片、IoT 射频 SoC 芯片、手机终端射频器件三大类产 品线:完整的 PA/FEM 产品线系列,产品覆盖 2G、3G、4G 全系列,国内首家同时拥有 大规模量产的 CMOS PA 和 GaAs PA 技术。汉天下 CMOS PA 已经成为 2G 功能机和智 能机的首选射频功率放大器,成功应用于 SPRD 和 MTK 等各类平台。无线通信产品涵盖 2.4G、蓝牙、wifi 等现有主流通信方式,具有低功耗、高集成度,超低 BOM 成本,良好 封装,满足各种市场需求,支持更远的接收和发射距离。

2013 年 4 月,推出国内首款单芯片 CMOS GSM 射频前端芯片,并实现销售。2014 年 2 月,发布全系列 3G PA/射频前端产品。2015 年 7 月,3G 系列产品单月出货量超过 800 万套,占有率国内第一。2017 年 2 月 , 发 布 全 球 首 款 商 用 量 产 的 支 持 GSM/EDGE/TD-SCDMA/TD-LTE 的多模多频 CMOS 工艺 PA。

公司专注于射频/模拟集成电路和 SoC 系统集成电路的开发,以及应用解决方案的研发和 推广。主要产品:面向手机终端的 2G/3G/4G 全系列射频前端芯片、面向物联网的无线连 接芯片,支持高通、联发科、展讯、英特尔等基带平台。产品应用于功能手机、智能手机、 平板电脑、智能手表、无线键盘/鼠标、无人机、遥控汽车、智能家居、蓝牙音箱、蓝牙电 子秤、对讲机等消费类产品。

唯捷创芯(Vanchip)是国内最大的射频 IC 设计公司之一,由前 RFMD 人员成立,以主 流的 GaAs 工艺切入射频 PA 市场。其 4G PA 出货量是国内最大的,出货覆盖前几大手 机设计公司以及小米。作为国内 PA 行业的领先力量,唯捷创芯一直加大研发投入,坚持 自主创新,为用户提供高品质的产品。公司多款产品性能比肩国际一流水平,得到用户广 泛认可。在现有产品取得突破性进展的同时,公司积极布局,大力投入到 5G 各项技术的 研发中。集微网消息,联发科技于 4 月 30 日代子公司 Gaintech Co. Limited ("Gaintech") 发出公告,将增资唯捷创芯(天津)电子技术股份有限公司。Gaintech 将以 4,000 万美元或 等值人民币认购唯捷创芯发行的普通股共 19,098,449 股,每股面额为人民币 1 元。

根据公司官方网站信息,唯捷创芯(天津)电子技术股份有限公司,其主营业务为射频及高 端模拟芯片的研发、生产和销售,主要产品为智能终端射频功率放大器芯片、射频天线开 关模块、射频前端集成电路模块。2012 年公司独立研发的射频功率放大器芯片开始量产。 2013 年公司即进入全国集成电路设计企业前 30 强。目前公司拥有完全独立知识产权的 PA、开关等终端芯片已经大规模量产及商用,最新发布的新一代 4G 射频模组的关键性 能指标更是达到了业内领先的水平。

GaN PA,5G 通讯基站首选功率放大器

GaN 基 HEMT 是功率射频器件的首选。氮化镓(GaN)是 5G 时代最具增长潜质的化合 物半导体,与 GaAs 和 InP 等器件相比,氮化镓器件输出的功率更大;与 LDMOS(Si 基 横向扩散金属氧化物半导体器件)和 SiC 等器件相比,氮化镓的频率特性更好。由于二维 电子气电子(2DEG)限制使得 GaN HEMT 漏极电流密度可以达到硅器件的 10 倍,因此 GaN HEMT 已经成为未来宏基站功率放大器的首选技术。GaN 器件相比于目前主流技术 -GaAs PA 和 LDMOS,具有性能优势。

未来 5G商用频段主要在 3.5GHz附近,LDMOS技术在高频应用领域存在局限性:LDMOS 功率放大器的带宽会随着频率的增加而大幅减少,LDMOS 仅在不超过约 3.5GHz 的频率 范围内有效,因此在 3.5GHz 频段 LDMOS 的性能已开始出现明显下滑。随着半导体材料 工艺的进步,氮化镓(GaN)正成为中高频频段 PA 主要技术路线,GaN 技术优势包括能 源效率提高、带宽更宽、功率密度更大、体积更小,使之成为 LDMOS 的天然继承者。

Massive-MIMO天线要求器件小型化,根据《氮化镓的射频应用》介绍,GaN尺寸为LDMOS 尺寸 1/6 至 1/4。受基站内功率放大器尺寸要求和材料能量密度的限制,LDMOS 在 3.5GHz 附近最大发射功率会大幅度下降,导致需要更多 LDMOS 器件,基于此,GaN 具有更高 功率密度特性,能够实现更小器件封装,因而非常适用于 5G的Massive-MIMO天线系统。

氮化镓应用在微波领域的优势可以概括为:更高效率:降低功耗,节省电能,降低散热成 本,降低总运行成本。更大的宽带:提高信息携带量,用更少的器件实现多频率覆盖,降 低客户产品成本。也适用于扩频通信、电子对抗等领域。更高的功率:在 4GHz 以上频段, 可以输出比砷化镓高得多的频率,特别适合雷达、卫星通信、中继通信等领域。

国防市场是过去几十年来 GaN PA 技术发展的主要动力,目前美国国防部的 GaN PA 已经 在新一代天线和相阵控雷达中得到应用。其高功率能力提高了雷达的检测范围和分辨率。

5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析

ABI Research 2016 年调研显示 LDMOS 在射频功率放大器市场仍居垄断地位,占据 76% 市场份额。随着氮化镓应用激增,到 2021 年 LDMOS 占比下降到 52%,而氮化镓将由 15%上升到 42%。整个射频功率器件的市场容量将由 2015 年的 15.1 亿美元上升到 2021 年的 16.6 亿美元(包括基站、医疗、雷达等)。氮化镓射频器件市场预计 2020 年可达 6.2 亿美元。Yole 数据显示,2010 年全球氮化镓射频器件市场总体规模仅为 6300 万美元, 2015 年 2.98 亿美元,2020 年预计约 6.2 亿美元。2016 年至 2022 年复合增长率为 13%。

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全球基站端射频器件的供应商以 IDM 企业为主,主要有日本住友电工旗下的 SEDI 公司 (Sumitomo Electric Device Innovations)、美国 Cree旗下Wolfspeed公司、Qorvo公司、 MACOM 公司、Ampleon、韩国 RFHIC 等。根据 ABI Research 数据,全球 GaN 射频器 件供应商中,住友电工和 Cree 是行业的龙头企业,2018 年市场占有率均超过 30%,其 次为 Qorvo 和 MACOM。Cree 收购英飞凌 RF 部门后实力大增,LDMOS 产品和 GaN 产 品在全球都比较有竞争力。Qorvo 在国防和航天领域市场份额排名领先。

代工厂商主要有环宇通讯半导体(GCS)、稳懋半导体、日本富士通、Cree、台湾嘉晶电 子、台积电、欧洲联合微波半导体公司(UMS),以及中国的三安集成和海威华芯。此前 恩智浦 RF 部门(安谱隆前身)、英飞凌 RF 部门(已出售给 Cree)、韩国 RF HIC 将 GaN 射频器件委托 Cree 公司代工。MACOM 收购 Nitronex 在 2011 年就与环宇通讯半导体 (GCS)公司合作生产 Si 基 GaN 器件,一直合作至今。

中国 GaN 器件 IDM 企业有苏州能讯、英诺赛科,大连芯冠科技正在布局,海威华芯和三 安集成可提供 GaN 器件代工服务,其中海威华芯主要为军工服务。中电科 13 所、55 所 同样拥有 GaN 器件制造能力。

三安光电:国家大基金重点支持的化合物半导体制造企业

A 股上市公司中,建议关注提供化合物半导体制造服务的三安光电。未来,随着毫米波等 高频段技术的成熟,GaN 作为主流技术将成为必然,化合物半导体相关产业链公司将深度 受益,建议关注国内化合物半导体制造潜在龙头企业三安光电。

公司是国家大基金重点扶持的化合物半导体制造企业,是国家在半导体制造领域取得战略 突破的重要布局。三安光电早在 2015 年 6 月便携手大基金、华芯投资、国开行合资设立 III-V 族化合物集成电路发展专项基金,并于 2016 年 5 月与大基金、晋江安瀛投资基金共 同设立福建省安芯投资管理有限责任公司并将 70%可投资资金投向 III-V 族化合物集成电 路产业群。

根据公司 2018 年年报,三安集成砷化镓射频销售持续成长,出货客户累计至 73 家,达 270 种产品,客户范围已扩展至包括日本、韩国、台湾在内的泛亚太国家和地区;氮化镓 射频已给几家客户送样,产品已阶段性通过电应力可靠性测试,实现小批量供货;滤波器 产品的研发和可靠性验证已取得了实质性进展,进入客户送样验证阶段,客户反馈初步测 试产品性能已优于业界同类产品。在射频代工领域,三安集成在国内市场已崭露头角,随 着工艺及客户端产品认证的不断成熟,市场占有率逐步提升。

非上市公司建议关注能讯高能半导体。苏州能讯高能半导体有限公司是由海外归国人员创 办的高新技术企业,致力于氮化镓电子器件技术与产业化,为 5G 移动通讯、宽频带通信 等射频微波领域和工业控制、电源、电动汽车等电力电子领域等两大领域提供高效率的半 导体产品与服务。

作为中国氮化镓产业领军企业,能讯高能半导体采用整合设计与制造(IDM)的模式,自 主开发了氮化镓材料生长、芯片设计、晶圆工艺、封装测试、可靠性与应用电路技术。能 讯高能半导体专利布局完整,比肩行业一线厂商,海外专利主要分布美国、日本、欧洲等 等区域。公司技术水平和产品指标均已达到国际先进水平。

SiGe 工艺为低噪声放大器(LNA)未来技术发展趋势

LNA 是用于对接收信号功率放大的核心器件,广泛用于手机等各类通信终端。随着移动 通讯技术的变革,移动智能终端对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放 大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能 最大限度地抑制噪声,因此得到广泛的应用。根据 Global Radio Frequency Front-end Module Market Research Report 2019 数据,2018 年全球射频低噪声放大器收入为 14.21 亿美元,随着 4G 逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大 器的数量需求迅速增加,而 5G 的商业化建设将推动全球射频低噪声放大器市场在 2020 年迎来增速的高峰,到 2023 年市场规模达到 17.94 亿美元。

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SiGe HBT 是近十年发展起来的一项技术,主要优点是能够很好地与 CMOS工艺相集成。 可以用标准硅晶圆工艺生产线来实现,制造成本低。相比传统的硅器件,具有可以媲美 InP HBT 的截止频率、噪声系数和很低的功率附加效率,有助于实现极高性能的低成本射频集 成电路。在 LNA 领域的应用越来越广。高频化趋势下,LNA 面临更高线性度要求,其工 艺有望转向高级 SOI 先进工艺。LNA 市场的增长主要来自分集模组的应用,PA 模组集 成以及新增天线的应用。

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2018 年,LNA 前五大龙头 Broadcom、ON Semiconductor、Infineon、TI、NXP 的相关 营收占全市场 52%,远低于射频开关前五大公司营收占比的 82%,相对于射频开关市场 格局较为分散。国产 LNA 公司目前也处于小而散状态,以低端 2/3G 频段市场为主,整体 出货规模较小,价格战和市场竞争较为激烈。国产 LNA 厂商中,2017 年卓胜微 LNA 芯 片业务实现营收 0.17 亿美元,全球市场份额仅有 1.3%,未来市场增长空间大。

受益 5G 频段增加,滤波器需求量加速增长

射频滤波器是射频前端芯片市场份额最大的细分领域。RF 滤波器包括了 SAW(声表面滤 波器)、 BAW(体声波滤波器)、陶瓷滤波器(LTCC 滤波器) 、IPD(Integrated Passive Devices)等。全面屏及手机轻薄化,频率资源拥挤化,高性能的滤波器愈发重要。

SAW、BAW 滤波器是目前手机应用的主流滤波器。衡量滤波器性能的指标有两个:Q 值和插入损耗。Q 值越高,表明滤波器可以实现更好的滤波功能。插入损耗是指通带 信号经过滤波器之后的信号功率衰减,当插入损耗达到 1dB,则信号功率衰减达到 20%。从这两大指标来看,SAW 和 BAW 滤波器凭借优良的频带选择性、高 Q 值、 低插入损耗等特性,已成为射频滤波器的主流选择。

移动无线数据和 4G LTE 网络的快速增长导致了对新频段以及通过载波聚合来组合频段的 需求不断增长。3G 网络只使用了大约五个频段,LTE 网络使用的频段有 40 多个,随着 5G 的到来,频段的使用数量将会进一步增加。互联设备必须要跨多个频段来发送蜂窝信 号、Wi-Fi 信号、蓝牙信号和 GPS 信号,同时还要避免干扰,这就需要滤波器发挥其作用。

5G产业链之射频前端芯片国产化机会深度分析

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目前国外厂商在 SAW 滤波器领域的技术已较为成熟,并构建了专利壁垒,形成 Murata、 Qualcomm、TAIYOYUDEN 等数家国际厂商的供给垄断格局。国内 SAW 滤波器厂商的研 发与产品市场应用时间相对较短,技术与产品性能同大型国际厂商之间仍存在差距,急需 加强技术研发投入突破技术壁垒,逐步提升行业的国产化程度。

根据 Yole 数据,BAW 滤波器主要以美国的 Qorvo、Broadcom 为主,2018 年垄断了全球 95%以上的市场份额。国内 BAW 滤波器尚处于起步阶段,仅有少数公司和科研机构有 BAW 样品提供。

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根据《射频滤波器介绍》, SAW 和TC-SAW滤波器适用于2.5GHz以下的低频段。在2.5GHz 以上的中高频段, BAW 滤波器为首选。但是在更高频的 SUB-6G 频段及毫米波频段, SAW、 BAW 滤波器已经不能满足需求,需要使用到 IPD、LTCC 等滤波器。因此在未来 5G 通信 时期,对 BAW、IPD、LTCC 等中高频滤波器的需求量将持续增加。

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SAW 滤波器需求稳定增长

SAW 滤波器是声表面波(Surface Acoustic Wave)滤波器的简称,其本质是采用石英晶 体、压电陶瓷等压电材料,利用其压电效应和声表面波传播的物理特性而制成的一种滤波 专用器件,广泛应用于电视机及录像机中频电路中以取代 LC 中频滤波器,使图像、声音 的质量大大提高。一个基本的 SAW 滤波器由压电材料(piezoelectric substrate)和两个 Interdigital Transducers(IDT)组成。

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IDT 是由交叉排列的金属电极组成,一侧的 IDT 把电信号转成声波,另一侧的 IDT 把接收 到的声波再转成电信号。IDT 之所以能够将电信号转成声波,其原因在于 IDT 下方的压电 材料。压电是指某些晶体受到外部压力时会产生电压,相反地,如果某些晶体两面存在电 压,晶体形状会轻微变形。SAW 滤波器常用的压电材料有铌酸锂(LiTaO3),铌酸锂 (LiNbO3), SiO2等。

SAW 滤波器的主要特点是:设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择 性优良、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰性能好、可靠性高、制作的器件 体积小、重量轻且能实现多种复杂的功能。

SAW 滤波器的特征和优点,正适应了现代通信系统设备及便携式电话轻薄短小化和高频 化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。其不足之处是:热稳定性较差,高频特性有 待改善。

TC-SAW 热稳定性改善,更适合移动端使用

对于 SAW 等声表面波器件来说,对温度非常敏感。在较高温度下,衬底材料的硬度易于 下降,声波速度也因此下降。由于保护频带越来越窄,并且消费设备的指定工作温度范围 较大(通常为-20℃至 85℃),因此这种局限性的影响越来越严重。

一种替代方法是使用温度补偿(TC-SAW)滤波器,它是在 IDT 的结构上另涂覆一层在温 度升高时刚度会加强的涂层。温度未补偿 SAW 器件的频率温度系数(TCF)通常约为 -45ppm/℃,而 TC-SAW 滤波器则降至-15 到-25ppm/℃。但由于温度补偿工艺需要加倍 的掩模层,所以,TC-SAW 滤波器更复杂、制造成本也相对更高。

目前 TC-SAW 技术越来越成熟,国外大厂基本都有推出相应产品,在手机射频前端取得 不少应用,而国内的工艺仍需要摸索。

I.H.P.SAW 工作频率较 SAW 提升,可部分替换 BAW

根据村田公司数据,普通 SAW 基本上是工作在 2GHz 以下,高频特性有待改善。村田开 发出克服以往声表面波弱点的 I.H.P.SAW(Incredible High Performance-SAW)。村田将 SAW 技术发挥到极致(4GHz 以下),目前量产的频率可达 3.5GHz。

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根据村田公司资料,I.H.P.SAW 可以实现与 BAW 相同或高于 BAW 的特性,并兼具了 BAW 的温度特性、高散热性的优点,具体如下:

(1)高 Q 值:在 1.9GHz 频带上的谐振器试制结果显示,其 Q 值特性的峰值超过了 3000, 比以往 Qmax 为 1000 左右的 SAW 得到了大幅度的改善。

(2)低 TCF:它通过同时控制线膨胀系数和声速来实现良好的温度特性。以往 SAW 的 TCF 转换量非常大(约为-40ppm/℃),而 I.H.P.SAW 可将其改善至8ppm/℃以下。

(3)高散热性:向 RF 滤波器输入大功率信号后 IDT 会产生热量,输入更大功率则可能 因 IDT 发热而破坏电极,从而导致故障。I.H.P.SAW 可将电极产生的热量高效地从基板一 侧散发出去,可将通电时的温度上升幅度降至以往 SAW 的一半以下。低 TCF 和高散热性 两种效果,使其在高温下也能稳定工作。

BAW 滤波器适合更高频工作,5G 时代市场空间广阔

根据化合物半导体技术介绍,BAW 滤波器最基本结构是两个金属电极夹着压电薄膜 (Quartz substrate 在 2GHz 下厚度为 2um),声波在压电薄膜里震荡形成驻波。

BAW 滤波器不同于 SAW 滤波器,BAW 滤波器内的声波垂直传播,贴嵌于石英基板顶、 底两侧的金属对声波实施激励,使声波从顶部表面反弹至底部,以形成驻声波在大于 2.5GHZ 的频段,BAW 压电层的厚度必须在几微米量级,因此,要在載体基板上采用薄膜 沉积和微机械加工技术实现谐振器结构。

为了把电磁波的能量局限在滤波器体内,可以使用 BAW-SMR 技术或 FBAR。BAW-SMR 技术通过堆叠不同材质的薄层形成一个 DBR 的反射器,而 FBAR 技术则在有源区下方蚀 刻出空腔以实现悬浮膜。BAW 滤波器在高频段可实现低插入损耗和高 Q 值,成为高性能 射频系统的首选。

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为了把声波留在压电薄膜里震荡,震荡结构和外部环境之间必须有足够的隔离才能得到最 小损失和最大 Q 值。声波在固体里传播速度为~5000m/s,即固体的声波阻抗大约为空气 的 105 倍,所以 99.995%的声波能量会在固体和空气边界处反射回来,跟原来的波一起 形成驻波。而震荡结构的另一面,压电材料的声波阻抗和其他衬底的差别不大,所以不能 把压电层直接沉积在衬底上。

方法有二:其一,在震荡结构下方形成 Bragg reflector,把声波反射到压电层里面。反射 板由数层高低交替阻抗层组成,且每层的厚度是声波的 /4,这样大部分波会反射回来和 原来的波叠加。整体效果相当于和空气接触,大部分声波被反射回来,这种结构称为 BAW-SMR。

其二,可采用 FBAR 技术。当前主流的 FBAR 结构主要有三种:空气隙型、硅反面刻蚀型 和固态装配型。

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压电材料方面,石英作为常见的压电材料,在高电压和高压力的情况下表现出线性反应, 但还没有合适的方法把石英做成薄膜沉积硅衬底上。合适的 BAW 压电材料需要高机电耦 合系数,低机电损耗,高热稳定性,还要符合 IC 工艺技术。目前最常用的 BAW 压电材料 有 AlN(氮化铝),PZT(锆钛酸铅),ZnO(氧化锌)等。

虽然 SAW 和 TC-SAW 滤波器非常适合约 1.5GHz 以内的应用,但高于 1.5GHz 时,BAW 滤波器性能优势开始凸显。BAW 滤波器的尺寸随频率升高而缩小,适合要求非常苛刻的 3G 和 4G 应用。此外,即便在高宽带设计中,BAW 对温度变化并不敏感,同时还具有极 低的损耗和非常陡峭的滤波器裙边。

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IPD 滤波器适合高频集成,市场规模增长快

为了满足不断增长的需求、减小尺寸和成本、增加功能,集成无源器件(IPD)技术已成为射 频前端设计的一种可行性技术。IPD 是在硅基板、玻璃基板或陶瓷基板上利用晶圆代工厂 的工艺,采用光刻技术蚀刻出不同图形,形成不同的器件,从而实现各种无源元件如电阻、 电容、电感、滤波器、耦合器等的高密度集成。

一般来说,根据无源器件制作工艺的不同,IPD 技术分为厚膜技术与薄膜技术。低温共烧 陶瓷(LTCC)是典型的厚膜 IPD 技术,过去被广泛应用于民用通信、军用电子中。IPD 技术 已经从低温共烧陶瓷(LTCC)发展到薄膜技术,例如高阻硅(HR-Si)或玻璃基板。IPD 技术 相比传统的无源器件具有以下优点:体积明显减小,更加轻薄,高性能且一致性更好。

根据 CSMANTECH 报道,PA 的国际龙头企业 Skyworks 所用方案中多采用 IPD 技术,每 月所需 IPD 晶圆达到数千片,且增长趋势明显。国内方面,芯禾科技(Xpeedic)一家独 大。在芯禾科技先进 IPD 设计技术引领下,国内各大芯片设计巨头都在积极将此技术布局 于高端芯片设计,把IPD无源芯片与有源芯片整合在SiP模组中,采用三维封装集成方式, 进一步实现小型化。根据 statista 的预测,2025 年,北美的 IPD 市场预计将达到 7.4 亿美 元,其中 RF IPD 将达 2.2 亿美元。

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Sub-6G 优选 LTCC 滤波器,市场增量大

LTCC(低温共烧陶瓷,Low Temperature Co-fired Ceramic)滤波器是通过高精度印刷叠 层技术及低温烧结技术等多种工艺过程而制成的多层陶瓷滤波器。基于这种工艺平台,可 以设计和制造从很低的频率(10MHz 到 100GHz)到很高的频率(100GHz 甚至太赫兹) 的各种滤波器。

LTCC 滤波器产品具有优良的高频、高速传输以及宽通带的特性,此外 LTCC 滤波器尺寸 小、性能优、可靠性高、成本低、抗电磁干扰好、不必另加封装。陶瓷材料的介电常数可 以从 4.8 到 70 可选,高介电常数对应低频应用,低介电常数对应高频应用。

Murata是国际市场主要领军者,其LTCC滤波器可以覆盖BAW的所有频段,并在sub-6G 具有更小的损耗。

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滤波器全球市场主要被美日公司垄断

滤波器需求稳定增加

随着全球联网设备增多,射频前端系统需求量增多,滤波器的需求量自然增多。根据 IMT-2020 5G 推进组预测,到 2020 年全球移动终端(不含物联网设备)数量将超过 100 亿台,中国将超过 20 亿台。

根据工信部数据,中国移动要求的 5 模 13 频分为 8 个 FDD 频段和 5 个 TDD 频段。因为 FDD 是频分复用的,需要含有接收器、发射器的双工器,同时接收还需要一个单独的滤波 器,所以一个频段需要 3 个滤波器,总共 24 只。TDD 模式 5 个频段,每个频段需要一个 发射以及一个接收的滤波器,共 10 个。再加上手机上的 wifi、GPS、蓝牙等,滤波器数 量达到 30-40 个。

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从射频前端使用滤波器的价值量来看,随着频段增多,滤波器在射频前端价值量占比越大。 根据 Qorvo 测算,4G 时代,单部手机射频器件价值从 3G 终端的 3.75 美金提升至 7.5 美 元,支持全球漫游的终端设备 ASP 甚至达到了 12.75 美元。与此同时,滤波器在射频器 件扮演的重要性越来越强,滤波器的价值占比也从 3G 终端的 33%提升到全网通 LTE 终 端的 57%。到 5G 时代,滤波器的应用量将进一步增加(特别是 BAW 滤波器),单台手机 的滤波器价值将达到 10 美元以上。

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美日企业垄断滤波器市场

声波滤波器(SAW/BAW)相对于传统 LC 或者陶瓷滤波器来说,制作难度更大,成本更 高。在声波滤波器领域,经历数次整合并购之后,已经呈现了巨头垄断的竞争格局。

根据 Yole 数据, 2018 年全球 SAW 滤波器市场份额前五位的厂商分别为 Murata(47%)、 TDK(21%)、 Taiyo Yuden(14%)、 Skyworks(9%)、 Qorvo(4%),合计占比达 95%。 BAW/FBAR 市场基本被 Broadcom、Qorvo 垄断。其中 Broadcom 的 BAW 滤波器主要为 FBAR,而 Qorvo 的 BAW 滤波器主要为 SMR。2016 年,Broadcom 的 FBAR 产品出货 突破 5 亿颗。

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总体上看,在射频前端器件厂商中,各家厂商在不同细分领域的优势不尽相同,Murata 股票行情大盘走势软件在 SAW 领域优势明显,Broadcom 在 BAW 领域优势明显。

近年来,国外主流滤波器厂家和射频元器件企业 Broadcom、Murata、TDK 和 Skyworks 为了获得更多利润,呈现出两种技术发展趋势:

一是提高产品技术门槛,保证利润。面对通讯市场对高选择性滤波器的技术需求,加大高 性能的 TC-SAW 及 FBAR 滤波器产品的研发力度,过去几年中,上述厂家滤波器产品的 频率选择性大大的提高,解决了单机中通讯频段增多带来的抗干扰技术难题,市场份额进 一步扩大。同时通过专利壁垒与竞争对手的差距越拉越大。

二是大力发展体积更小,成本更低的 WLCSP 封装形式滤波器。这种滤波器采用晶圆与晶 圆的键合,采用成熟的 TSV 和电镀工艺、硅工艺结合在一起,滤波器的成本和体积都得 到了大幅的减少。同时在形式上更大的优势是将滤波器与 PA、开关等射频器件进行整合, 向模块化,集成化和整体射频解决方案的方向发展,提高射频方案的价值。这一趋势也推 动了整个射频行业的整合。

专利集中,助推垄断形成

在上世纪 90 年代,SAW 滤波器的专利申请量增长很快,彰显了 RF 声波滤波器市场的快 速发展。自 2010 年起,随着多家重点厂商的专利申请量增长趋向平稳,专利优势地位逐 渐确立,市场格局也逐渐稳定下来

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根据 Knowmade 数据,截止 2017 年 7 月,全球 630 多位专利申请人共申请了 6550 多件 RF 声波滤波器发明专利。相关专利申请始于上世纪 70 年代的日本,当时刚刚兴起的 SAW 滤波器主要用于中频(IF)电视应用,并迅速成为全球主要专利申请人的申请热点,例如 来自日本的 JapanRadio(日本无线)和 NEC,以及来自美国的 Motorola(摩托罗拉)等。 2000 年代,随着智能手机和 3G 的 BAW 应用发展,跟 BAW 相关的专利申请数量迅速上 升。现在,相关专利申请已经逐渐趋于平稳,Murata(村田)和 Taiyo Yuden(太阳诱电) 等日本厂商在 SAW 专利申请方面处于领导地位,而 Qorvo、Qualcomm(高通)和 Broadcom(博通)等美国厂商则在 BAW 专利领域处于领导地位。

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海外巨头简介

村田(Murata)产品链齐全,滤波器全球领先

村田总部位于日本,公司于 1944 年 10 月创业,1950 年 12 月正式改名为村田制作所。 主力商品是陶瓷电容器。其他具领导地位的零件产品主要有陶瓷滤波器,高频零件,感应 器等。村田制作所是全球领先的电子元器件制造商,是一家使用性能优异电子原料,设计、 制造最先进的电子元器件及多功能高密度模块的企业。不仅是手机、家电,汽车相关的应 用、能源管理系统、医疗保健器材等,都有村田公司的身影。

公司 FY2018 收入为 15750.26 亿日元,同比增长 14.81%。毛利 6002.18 亿日元,对应 毛利率为 38.11%,同比提升 5.72 个百分点。

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Qorvo 射频芯片覆盖频段广

2015 年,RFMD 和 TriQuint 两家公司合并成立一家新公司 Qorvo,一家全球领先的 RF 厂商从此诞生。RFMD 曾经是全球领先的高性能射频元件和化合物半导体技术的设计者和 制造商。TriQuint 公司的产品组合包括开关和放大器产品,以及适用于各种无线与网路基 础设备应用的射频滤波器,如表面声波(SAW )、温度补偿表面声波(TC-SAW)和体声波 (BAW)滤波器。

Qorvo 在北卡州、俄州、德州和佛州拥有行业领先的 GaAs、GaN、TC-SAW、SAW 和 BAW 生产工厂;2016 年 Qorvo 进一步扩大 TC-SA、SAW 产能,并且 BAW 制程向 8 英 寸转换;2017 年收购 GreenPeak Technologies,补充基于 Si 的生产工艺。

公司 FY2018 收入为 30.90 亿美元,同比增长 3.93%。毛利 11.95 亿美元,对应毛利率为 38.67%,同比提升 0.11 个百分点。

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博通(Broadcom)FBAR 滤波器全球领先

Broadcom 是全球领先的有线和无线通信半导体公司。其产品实现向家庭、办公室和移动 环境以及在这些环境中传递语音、数据和多媒体。Broadcom 为计算和网络设备、数字娱 乐和宽带接入产品以及移动设备的制造商提供业界最广泛的、一流的 SoC 系统和软件解 决方案。

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公司 FY2018 收入为 208.48 亿美元,同比增长 18.21%。毛利 107.33 亿美元,对应毛利 率为 51.48%,同比提升 3.23 个百分点。

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博通收入结构由半导体解决方案、基础设施软件和知识产权业务构成,公司 2019 财年的 收入指引为 245 亿美元。半导体约为 195 亿美元,基础设施软件约为 50 亿美元。

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Broadcom 无线解决方案由射频前端、Wi-Fi,蓝牙和 GNSS 构成。

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滤波器国产市占率有待提升

我国声表面波技术的发展从 20 世纪 70 年代初开始,大约经历了三个阶段:70 年代初到 80 年代初为第一阶段,以基础研究为主,主要是在国家的支持下研究声表面波技术的基 本原理和制作工艺技术,以南京大学、北京声学所、中电科技 26 所等为主导力量。80 年 代中至 90 年代中为第二阶段。在国家“彩电国产化”项目的支持下,国内声表面波器件产业 得到飞速发展。90 年代中至现在为第三阶段,移动通信的发展对声表面波技术提出了更 高要求,声表面波器件向高频化、多元化、多层次扩产,产品结构从中低档向中高档跨进, 国内一些厂商取得了相当的进步,但相对于国外厂商,差距仍非常巨大。

近年,我国从事声表滤波器的公司不断涌现,包括德清华莹(中电 55 所)、中电 26 所、 北京长峰(航天二院),中讯四方(中科院声学所背景)、中科飞鸿(中科院声学所背景) 等,其中北京长峰,中讯四方,中科飞鸿等主要偏重于军工市场。

SAW 产品方面,无锡好达起步较早,另外,射频芯片设计企业锐迪科也开始涉足 SAW 产 品,还有以晶体材料专长的天通股份也宣布进入下游 SAW 器件领域;在 SAW 器件的封 装领域,研究所和上市公司的合作兴起,包括信维通信和德清华莹合作、麦捷科技和 26 所合作。FBAR 产品方面,26 所、55 所、13 所及天津大学、诺思微均在研究的基础上在 做产业化的工作。

中电 55 所是国内较早研制生产声表用的铌酸锂、钽酸锂等压电晶体材料和声表面波滤波 器产品的企业之一。55 所旗下的德清华莹始创于 1978 年,是国内最早研制生产铌酸锂压 电晶体材料和声表面波滤波器产品的企业之一。2002 年 12 月中国电子科技集团公司控股 并联合下属二十六研究所、五十五研究所参股。2014 年 12 月,通过增资重组,公司成为 中电五十五所控股的一家以压电晶体材料和射频元件为主营业务的国家高新技术企业,主 要研发生产 3-6 英寸铌酸锂钽酸锂晶片、声表面波滤波器、声表面波传感器、环行器和隔 离器等系列产品,是行业内唯一具有材料、器件、模块全产业链竞争优势的企业。iphone7 关键基础材料六英寸声表面波级黑化铌酸锂单晶片,正是由德清华莹生产。

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中电 26 所

中电 26 所,是国内唯一同时具有 SAW,TC-SAW,FBAR 研发和生产的单位。从事表面 波及体声波技术研发 40 余年,积累了丰富的人力资源及研发经验,在为军工产品提供强 有力技术支持的同时,也是国内少数能为中兴/华为提供 SAW 滤波器产品的供应商。

无锡好达

无锡好达电子有限公司,成立于 1990 年,主要生产的产品包括声表面波滤波器、双工器、 谐振器等等,应用于手机、基站等射频通讯领域。作为国内拥有较大规模的生产线的厂商 之一,无锡好达已实现了对主流手机厂商(包括中兴、宇龙、金立、三星、蓝宝、富士康、 魅族等)的供货,并逐步实施从单纯加工到技术研发的转型。

模组化封装是射频前端芯片发展趋势

环旭电子:聚焦 sip 封装在先进射频模组领域的应用

环旭电子是全球电子设计制造领导厂商,专为国内外品牌电子产品或模块提供产品设计、 微小化、物料采购、生产制造、物流与维修服务。环旭电子为日月光投控成员之一,承袭 环隆电气于电子制造服务行业多年经验,并整合日月光集团之封装测试领先技术,为客户 提供通讯类、计算机及存储类、消费电子类、工业类及车用电子为主等电子产品。公司销 售服务据点遍布美洲、欧洲、亚洲,并在中国大陆、台湾、墨西哥和波兰设置生产基地。

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2018 年是公司的“扩张”元年,围绕公司提出的“模块化、多元化、全球化”发展战略目标, 公司继续强化领先同业的 D(MS)2 业务定位,巩固微小化系统模块(SiP)技术全球领导 者地位,推动汽车电子、工业类及服务器等系统整合优势产品线加速成长。公司自 2003 年成立,在封装行业中已有近 16 年历史,拥有足够的销售渠道和技术沉淀。公司的 SiP 业务涉及智能手机的轻薄化封装,无线通信的 SiP 封装,以及其他消费电子方面。

2018 年 8 月,全资孙公司收购波兰的标的公司 Chung Hong Electronics Poland SP Z.O.O, 加快全球化 EMS 工厂布局。公司欧洲、美洲、国内合资厂均处于产能储备期,全球布局 策略明朗化,我们预计将于明后年进一步提升市场服务能力,以争取更多市场份额。

1)配合消费电子客户建立新产线。2)2019 年 2 月,与高通子公司签订合资协议,拟在 巴西投资设立合资公司,为研发、制造具有多合一功能的 SiP 模块产品,应用于智能手机、 物联网等相关设备;3 月发布的 ZenFone MaxShot 及 MaxPlus 已搭载环旭与高通合作的 第一款 Qualcomm Snapdragon SiP 芯片。3)与中科曙光合资成立子公司中科泓泰电子 于 2019 年 3 月在昆山登记成立,致力于生产安全可控服务器产品。4)工业类产品,在 墨西哥就近建立生产据点,服务新客户。5)汽车电子,公司在美洲、亚洲已有据点,在 欧洲建设据点以更好服务当地客户。6)深圳、昆山扩产旨在服务非 SiP 客户。

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长电科技:世界第三大封测龙头

长电科技成立于 1972 年,历经四十余年发展,长电科技已成为全球知名的集成电路封装 测试企业。从近几年市场份额排名来看,全球芯片封装测试市场的竞争格局已经基本形成, 行业龙头企业占据了主要的市场份额。根据 SEMI 数据,2018 年,按营收数据,长电科 技已经是全球第三大封测厂。

公司的主营业务为集成电路、分立器件的封装与测试以及分立器件的芯片设计、制造,公 司为海内外客户提供涵盖封装设计、焊锡凸块、针探、组装、测试、配送等一整套半导体 封装测试解决方案。目前公司产品主要有 QFN/DFN、BGA/LGA、FCBGA/LGA、FCOL、 SiP、WLCSP、Bumping、MEMS、Fan-outeWLB、POP、PiP 及传统封装 SOP、SOT、 DIP、TO 等多个系列。产品主要应用于计算机、网络通讯、消费电子及智能移动终端、工 业自动化控制、电源管理、汽车电子等电子整机和智能化领域。

长电科技在高端封装技术已与国际先进同行并行发展,在国内处于领先水平,并实现大规 模生产。

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投资建议

2019 年以来,全球各大手机厂商陆续推出 5G 手机终端,5G 手机目前已经下探到 3000-4000 元的价格区间,我们预计 5G 手机价格的下探将刺激 5G 换机潮提前到来。华 为于 7 月 26 日发布首款国行 5G 手机 Mate 20X 5G,是全球首款支持 SA 和 NSA 两种主 流 5G 组网方式的 5G 双模手机,定价 6199 元,低于市场预期。9 月 19 日,华为在德国 慕尼黑发布的 Mate 30 5G 手机,是另外一款同时支持 SA 及 NSA 5G 双模,适配国内三 大运营商的 5G/4G/3G/2G 频段。价格区间下探有望促进 5G 手机换机潮,预计今明两年 各大手机厂商将有多款中高端 5G 手机推向市场。

9 月初以来,中兴、VIVO、小米等国内手机厂商先后发布了自己的 5G 手机,目前 5G 手 机的推出已成为各大手机厂商的核心卖点之一。国内市场现已推出 12 款 5G 手机,价格 区间从高至 19999 元的顶级概念机型到 3699 的中端性价机型全面覆盖。5G 手机的推出 将有利于拉动上游射频前端芯片的需求量。我们认为,未来 3 年到 5 年,国内射频前端芯 片厂商将迎来快速发展期。

全球射频前端芯片产业链

由于 5G 换机潮及频段增加带来的射频前端行业增长,海外半导体产业链建议关注射频前 端芯片布局最广、耕耘时间较长的:Broadcom( AVGO) 、 Qorvo( QRVO), Skyworks ( SWKS)和 Murata( 6981.JP),以及射频前端芯片上下游产业链的 IQE(射频外延 片供应商)、soitec(SOI 衬底供应商)、Towerjazz(SOI 代工厂)以及稳懋(全球化合物 半导代工龙头)等。

目前国内涉及射频前端芯片业务的公司主要包括:

滤波器:无锡好达(未上市)、三安光电、天通股份、德清华莹(未上市) 、天津诺思微(未 上市)、开元通信(未上市)等;

功率放大器:三安光电、海特高新、Vanchip(未上市)、慧智微(未上市) 、中科汉天下 (未上市)等;

射频开关:卓胜微、紫光展锐(未上市)等;

低噪声放大器:卓胜微、紫光展锐(未上市)等;

(报告来源:华泰证券)

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