5G核心器件基站濾波器:爆發前夜迎布局良機

2020-12-14 新浪財經

來源:樂晴智庫

從3G時代開始,移動通信射頻器件行業持續向中國轉移。主要原因是通信主設備商從降低成本的角度考慮,主動尋求低價的上遊供應商。中國廠商在原材料和勞動力上具備優勢,同時具備成熟的濾波器技術和生產實力,因而可以逐步搶佔國外主流供應商的市場份額。

從投資周期來看,每一代移動通信網絡以10年為周期迭代商用,從5G基礎設施建設節奏來看,2020年是行業投資放量的起點,2021-2023年是5G投資建設的高峰期。

國內來看,中國移動2019年建成超過5萬個5G基站,在超過50個城市5G商用,2020年地級以上城市5G商用;中國聯通已在40個城市開通5G試驗網絡;中國電信在17個試點城市5G試驗網建設,並迅速推進至40個城市。

隨著全球聯網設備增多,射頻前端系統需求量增多,濾波器的需求量自然增多。根據IMT-20205G推進組預測,到2020年全球移動終端(不含物聯網設備)數量將超過100億臺,中國將超過20億臺。

一般來講,每個濾波器覆蓋相應的頻段。由於5G時代將增加通信頻段,尤其是高頻率通信頻段,濾波器將成為基站射頻器件中的核心受益部件,市場規模有望達到4G的4.5倍。

隨著5G通信標準帶來的頻段數量增加,手機中使用的濾波器數目有望進一步提升。根據Qorvo測算,4G時代,單部手機射頻器件價值從3G終端的3.75美金提升至7.5美元,支持全球漫遊的終端設備ASP甚至達到了12.75美元。

與此同時,濾波器在射頻器件扮演的重要性越來越強,濾波器的價值佔比也從3G終端的33%提升到全網通LTE終端的57%。到5G時代,濾波器的應用量將進一步增加(特別是BAW濾波器),單臺手機的濾波器價值將達到10美元以上。

根據工信部數據,中國移動要求的5模13頻分為8個FDD頻段和5個TDD頻段。因為FDD是頻分復用的,需要含有接收器、發射器的雙工器,同時接收還需要一個單獨的濾波器,所以一個頻段需要3個濾波器,總共24隻。TDD模式5個頻段,每個頻段需要一個發射以及一個接收的濾波器,共10個。再加上手機上的wifi、GPS、藍牙等,濾波器數量達到30-40個。

據悉,要實現5G+4G全球通,可能需要支持90多個頻段,而一個頻段通常需要兩個濾波器,這也意味著未來一部5G手機可能需要上百個濾波器。

Yole預計,全球手機射頻前端中濾波器市場規模至2021年有望增長至166.7億美元,CAGR達27%,具有廣闊的市場前景。

從射頻前端使用濾波器的價值量來看,隨著頻段增多,濾波器在射頻前端價值量佔比越大。

射頻濾波器包括聲表面濾波器(SAW,SurfaceAcousticWave)、體聲波濾波器(BAW,BulkAcousticWave)、MEMS濾波器、IPD(IntegratedPassiveDevices)等。其中SAW和BAW濾波器為兩個主要濾波器。

華為哈勃投資此次投資的無錫好達電子就是國內較早布局SAW濾波器的企業。

聲波濾波器(SAW/BAW)相對於傳統LC或者陶瓷濾波器來說,製作難度更大,成本更高。在聲波濾波器領域,經歷數次整合併購之後,已經呈現了巨頭壟斷的競爭格局。

根據Yole數據,2018年全球SAW濾波器市場份額前五位的廠商分別為Murata村田(47%)、TDK(21%)、TaiyoYuden太陽誘電(14%)、Skyworks(9%)、Qorvo(4%),合計佔比達95%。

總體上看,在射頻前端器件廠商中,各家廠商在不同細分領域的優勢不盡相同,Murata(村田)在SAW領域優勢明顯,BAW/FBAR市場基本被Broadcom博通、Qorvo壟斷。其中Broadcom的BAW濾波器主要為FBAR,而Qorvo的BAW濾波器主要為SMR。

在上世紀90年代,SAW濾波器的專利申請量增長很快,彰顯了RF聲波濾波器市場的快速發展。自2010年起,隨著多家重點廠商的專利申請量增長趨向平穩,專利優勢地位逐漸確立,市場格局也逐漸穩定下來。

從主設備商的生態格局來看,每家主設備商根據自己的技術路線培養自己的供應商體系,在通信設備行業各細分領域會選擇3-4家核心供應商,決定了上遊濾波器行業的競爭格局。隨著技術革新和優勝劣汰,新一輪通信周期來臨時上遊供應商行業競爭格局面臨洗牌。

5G格局仍存在不確定性。5G時代的濾波器相比4G時代在原材料、產品形態、生產工藝等方面都有了質的革新,行業格局重新洗牌,隨著運營商5G建設招標的逐步落地,格局會逐漸明晰。

目前,國內參與者主要包括大富科技、武漢凡谷、國人通信、春興精工、東山精密、國華新材料(以下簡稱國華)和燦勤等。

5G基站中使用的濾波器有兩種方案,分別是小型化金屬濾波器和陶瓷介質濾波器。前者是4G向5G的過渡方案,後者是未來基站濾波器的主流方案。

金屬腔體濾波器的上遊是金屬腔體元器件的生產商。陶瓷介質濾波器的上遊企業是微波陶瓷粉體、介質諧振器生產商。濾波器的下遊主要是通信設備商。

3G到4G濾波器形態變化不大,主流產品是金屬腔體濾波器。5G時代MassiveMIMO技術和有源天線的應用驅使濾波器小型化和輕量化,濾波器行業面臨技術升級。

5G時代上遊原材料從金屬材料向陶瓷粉體轉變,陶瓷粉體配方直接影響濾波器的性能,因此自有成熟配方是濾波器廠商的核心競爭力之一,也有助於降低成本。

目前除了華為在陶瓷介質濾波器應用上較為激進外,其他大部分主設備商,如中興通訊、愛立信、諾基亞等選擇兼顧兩條路線,並在5G商用前期先採用小型化金屬濾波器。

金屬濾波器是2G~4G時代基站側濾波器的主流材質,應用比例達到95%以上,其優點是技術和產業鏈成熟,性能均衡,缺點是體積和重量都比較大,並且更適用於實現低頻通信,對於5G時代高頻通信的技術難度大。

金屬腔體濾波器在3G、4G時代已被廣泛運用,各廠商之間競爭較為激烈。由於大多生產商同時擁有上遊金屬元器件的生產能力,所以上遊供應商帶來的壓力較小。

在國內,通信設備商主要是華為和中興,生產商面對這兩家公司議價能力較弱。國內金屬腔體濾波器的主要廠商有東山精密、春興精工、武漢凡谷、大富科技等。

目前,春興精工結構件和射頻器件業務佔比分別為42.60%和44.05%。東山精密結構件業務佔比26.67%,並於2017年9月公告以1.7億元收購艾福電子70%股權。艾福電子主營各類濾波器產品,包括介質濾波器、腔體封裝濾波器和陶瓷波導濾波器等。

介質濾波器使用陶瓷作為介質,其優點是適用於6GHz以上的高頻通信,但是目前在基站側尚未廣泛應用。

從產業鏈來看,陶瓷介質濾波器的上遊是包括陶瓷粉體和介質諧振器在內的關鍵原材料,下遊是基站設備,是5G基站射頻端的核心部件之一,直接決定了無線基站的信號接收質量。

整體來看,傳統金屬濾波器進入門檻相對較低,利潤率也比較低。介質濾波器具有較高的技術壁壘,利潤率較高,其生產技術難點在於一致性,陶瓷粉體材料的配方、生產的自動化以及調試的良率和效率都是濾波器生產的難點所在,目前同業競爭壓力較小。陶瓷介質濾波器在小型化、輕量化、低損耗、溫度穩定性、性價比上存在優勢。

2000年之前,微波陶瓷的核心生產技術主要掌握在日本和美國手中,目前,國內廠商已經掌握了陶瓷粉體的生產工藝,尚屬起步階段。

目前產業鏈參與廠商較多,國內部分原來生產金屬腔體濾波器的廠商也在積極布局。介質濾波器的生產者大多都擁有粉體配方,來自上遊的壓力較小。

介質濾波器的產量不高,對下遊的議價能力略強。綜合上下遊市場調查分析,目前,國內廠商已經掌握陶瓷粉體的生產工藝,以風華高科旗下子公司國華新材料為代表,同時擁有上遊陶瓷粉料配方、擁有成熟的製造工藝,並且已獲得客戶準入並開始批量供貨的目前主要有東山精密的艾福電子和燦勤科技。

5G是濾波器廠商的重要發展機遇。一方面,大規模天線MassiveMIMO商用,射頻通道數增加,進而帶動濾波器需求量提升;另一方面,新的濾波器方案的應用也有望帶動產品毛利率上漲;同時,以史為鑑,伴隨每一代移動通信技術升級,濾波器都呈現早周期的投資布局特徵。因此,在5G商用漸行漸近的背景下,掌握先進技術和製造工藝的濾波器廠商發展可期。

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