博通要賣掉的射頻前端,是個怎樣的市場?

2020-11-23 騰訊網

來源:內容來自「興業證券」,謝謝。

編者按:最近,博通要賣掉射頻前端事業部的新聞在行業內引起了軒然大波,那究竟射頻前端是個怎樣的市場?讓我們再來重新看一下。

手機終端的通信模塊主要分為天線、射頻前端模塊、射頻收發模塊、基帶信號處理。射頻前端是移動智能終端產品的核心組成部分,它是模擬電路中應用於高頻領域的一個重要分支。按照設備中產品形態分類,射頻器件可分為分立器件和射頻前端模組。分立器件即功放、濾波器、天線開關等各個獨立器件;射頻前端模組則是將器件集成在一起,隨著通信技術的進步,集成化和小型化技術趨勢已使射頻前端模組倍受推崇。

射頻前端介於天線與射頻收發之間,可以分為接收通道和發射通道,元件主要包括濾波器(Filters)、低噪聲放大器(LNA,LowNoiseAmplifier),功率放大器(PA,PowerAmplifier)、射頻開關(RFSwitch)、天線調諧開關(RFAntennaSwitch)、雙工器。從線路看信號傳輸:

其接收通道:信號—天線—天線開關—濾波器/雙工器—LNA—射頻開關—射頻收發—基帶;

其發射通道:基帶—射頻收發—射頻開關—PA—濾波器/雙工器—天線開關—天線—信號。

天線用於無線電波的收發;射頻開關用於實現射頻信號接收與發射的切換、不同頻段間的切換;LNA用於實現接收通道的射頻信號放大;PA用於實現發射通道的射頻信號放大;濾波器用於保留特定頻段內的信號,而將特定頻段外的信號濾除;雙工器用於將發射和接收信號的隔離,保證接收和發射在共用同一天線的情況下能正常工作。

天線與射頻開關

天線用於無線電波的收發,連接射頻前端,是接收通道的起點與發射通道的終點。天線按功能分類包括主天線、GPS定位天線、Wifi天線、NFC天線、FM天線等。天線的應用包括基站側與終端側,本文主要介紹手機終端情況。隨著信息技術的不斷發展,無線網絡頻段增加、頻率升高,驅使手機天線的使用增加,同時,為實現高速、多頻率、少損耗的傳輸,終端天線通過材料、結構、工藝的不斷改進實現性能的提升。

射頻開關的作用是控制多路射頻信號中的一路或幾路實現邏輯連通,達到不同信號路徑的切換的目的,包括接收與發射的切換、不同頻段間的切換等,最終可以共用天線、節省終端產品成本。射頻開關的主要包括移動通信傳導開關、WiFi開關、天線調諧開關等。

它的運作原理如下:當射頻開關的控制埠加上不同電壓時,射頻開關各埠將呈現不同的連通性。以單刀雙擲射頻開關為例,當控制埠加上正電壓時,連接埠1與埠3的電路導通,同時連接埠2與埠3的電路斷開;當控制埠加上零電壓時,連接埠1與埠3的電路斷開,同時連接埠2與埠3的電路導通。通過控制電壓,實現了不同電路的連通。

濾波器

濾波器主要是通過電容、電感、電阻等元件組合移除信號中不需要的頻率分量,保留所需要的頻率分量,傳輸特定的篩選後的信號,消除頻帶間相互幹擾。目前手機中常用的濾波器包括聲表面波濾波器(SurfaceAcousticWaveFilter,SAWFilter)、體聲波濾波器(BulkAcousticWaveFilter,BAWFilter)和薄膜腔聲諧振濾波器(FilmBulkAcousticResonator,FBAR)。

SAW是一種沿著固體表面傳播的聲波。一個基本的SAW濾波器由壓電材料(piezoelectricsubstrate)和2個InterdigitalTransducers(IDT)組成。電信號通過IDT轉為聲波,聲波通過IDT又轉為電信號。這一過程主要是依賴壓電材料,壓電是指晶體在收到外部壓力時會產生電壓,相反地,晶體兩面存在電壓時,形狀會發生微變。

SAW的頻率與速率成正比,與IDT電極間間距成反比。當間距越小是,電流密度大會產生電遷移和發熱等問題,因此SAW濾波器不太適合2.5GHz以上的頻率。另外,SAW濾波器易受到溫度變化影響,溫度升高時,基片材料剛度將變小、聲速降低,因此替代方法是溫度補償濾波器(TC-SAW),通過在IDT結構上增加塗層改善性能,使其在溫度升高時,剛度會增加。

BAW濾波器採用石英晶體作為基板,聲波垂直傳播。基本結構是兩個金屬電極夾著壓電薄膜(Quartzsubstrate在2GHz下厚度為2um),聲波在壓電薄膜裡震蕩形成駐波(standingwave)。板坯厚度和電極質量(mass)決定共振頻率。

BAW濾波器適用於高頻(1.5GHz以上有優勢),且尺寸會隨頻率升高而縮小,對溫度變化不敏感,擁有極低損耗與陡峭的濾波器裙邊。其工藝與成本比SAW/TC-SAW複雜,價格也更高昂,其壓電層的厚度必須在幾微米量級,因此,要在載體基板上採用薄膜沉積和微機械加工技術實現諧振器結構。

FBAR不同於以前的濾波器,是使用矽底板、藉助MEMS技術以及薄膜技術而製造出來的,包括矽反面刻蝕型(Membranetype)和空氣隙型(Airgaptype)。

矽反面刻蝕型是基於MEMS的體矽(Si)微加工技術(bulkmicromachining),將Si片反面刻蝕。在壓電震蕩堆的下表面形成空氣——金屬交界面,從而限制聲波於壓電震蕩堆之內。它類似於BAW濾波器的基本結構,兩面都是空氣,空氣的聲波阻抗遠低於壓電層的聲波阻抗,因此大部分聲波都會反射回來。此技術的缺點是由於大面積移除Si襯底,導致機械牢度降低;另外,相比BAW濾波器較少部分跟底下基層接觸,不方便散熱。

空氣隙型是基於MEMS的表面微加工技術(surfacemicromachining),在矽片的上表面形成一個空氣隙以限制聲波於壓電震蕩堆之內。通過先填充犧牲材料最後再移除之的方法製備空氣腔以形成空氣——金屬交界面。

FBAR具有體積小、工作頻率高、效率高、插入損耗低、帶外抑制大、高Q、大功率容量、低溫度係數以及良好的抗靜電衝擊能力和半導體工藝兼容性等優點。FBAR濾波器與傳統介質濾波器和SAW濾波器相比,能具備更完善的功率處理能力、減少插入損耗和選擇度特性。FBAR是目前唯一可以與RFIC以及MMIC集成的射頻濾波器解決方案,且能以更低的價格提供更有益的性能,具有較強的市場競爭力。在未來的無線通信系統和無線接入領域,FBAR濾波器市場前景廣闊。

LNA與PA

低噪聲放大器LNA的功能是將從天線處接收到的微弱射頻信號放大,儘量減少噪聲的引入,在移動智能終端上實現信號更好、通話質量更高和數據傳輸率更高的效果。以卓勝微的LNA產品為例,根據適用頻率的不同,可以分為全球衛星定位系統LNA、移動通信信號LNA、電視信號LNA、調頻信號LNA。

LNA的工作原理如下:輸入的射頻信號被輸入匹配網絡轉化為電壓,經過放大器對電壓進行放大,同時在放大過程中最大程度降低自身噪聲的引入,最後經過輸出匹配網絡轉化為放大後功率信號輸出。

LNA的主要規格是噪聲係數(NF),即通過LNA增加的固有噪聲量,當NF介於15-20db時,能將收到的信號升壓到可被後續放大器、濾波器正確處理的範圍。

功率放大器PA是將發射通路調製振蕩電路產生的射頻信號功率方法,獲得足夠大的射頻輸出功率後,經匹配網絡將其饋送至天線。PA的功效定義為輸出信號的功率與輸入信號功率之差與直流電源功耗的比值。主要技術指標為輸出功率與效率:最大輸出功率決定了PA最大容量,而增加輸出功率即增益輸入與輸出之間的比值;提高工作效率需要增大對不同頻率信號的承載;另外,增加工作帶寬可以擴大PA使用範圍。

5G應用場景豐富,手機終端機會先臨

5G具備三大應用場景:增強移動寬帶(eMBB)、海量物聯網業務(mMTC)、超高可靠性與超低時延業務(uRLLC)。其中,eMBB是以「人」為中心的應用場景,變現為超高的傳輸數據速率,廣覆蓋下的移動性保證,支持高清視頻應用;mMTC場景下數據速率較低、時延不敏感,但連接覆蓋面廣,促進智慧城市、智慧家居等的發展;uRLLC場景下連接時延達到1ms級別,支持高速移動500km/h下高可靠性99.99%的連接,適用於工業控制、車聯網、遠程醫療等應用。

5G技術在數據傳輸速率、移動性、傳輸時延及終端連接數量等具備優勢,將進一步推動萬物互聯。其8個技術指標相比4G有所躍升,包括峰值速率(5G-20GbpsVS4G-1Gbps)、用戶體驗速率(5G-100MbpsVS4G-10Mbps)、頻譜效率(5G-3xVS4G-1x)、流量密度(5G-10Mb/s/mVS4G-0.1Mb/s/m)、移動性(5G-500km/hVS4G-350km/h)、網絡能效(5G-100xVS4G-1x)、連接密度(5G-100萬終端VS4G-10萬終端)和時延性(5G-1msVS4G-10ms)。據德勤研究數據預測,2020-2035年全球5G產業鏈投資將達到3.5萬億美元,中國佔比約30%,達1.05萬億美元。全球行業受5G驅動將創造超12萬億美元的銷售額,涵蓋製造、信息通信、批發零售、基礎設施等多個行業。

在5G建設上,方向大體呈現為基站建設—手機等終端設備—智能物聯應用。當前全國已經開始如火如荼開展5G宏基站與微基站的建設,2019-2025年預計以5GNSA網絡為主,2025年起以5GSA網絡為主,建設過程循序漸進,發展周期較長。終端側,5G初代手機也已在2019年陸續上市。截至2019年11月已發售5G手機9款,包括三星GalaxyNote10+5G、華為Mate20X5G、華為Mate30/30Pro5G、華為MateX5G、中興天機Axon10Pro5G、vivoiQOOPro5G、vivoNEX35G、小米9Pro5G、OPPOReno5G。但目前5G手機均只使用Sub-6低頻段,除華為Mate305G基帶晶片支持NSA和SA雙模式外,其餘手機僅支持NSA模式。未來隨著5G網絡由低頻段拓寬至毫米波段,由NSA過渡到SA,5G手機將迎來更大的換機空間。移動通訊技術的不斷變革與配套射頻前端晶片的性能的優化,將不斷推動移動數據傳輸量和傳輸速度的提高,射頻前端的重要性不言而喻。

二、多因素驅動,射頻前端與天線機會凸顯

1、技術驅動:核心技術變化創造新發展機遇

1.1 5G頻段增加,迎接Sub-6GHz和mmWave雙市場

5G核心技術主要包括增加基站密度、採用MIMO技術與載波聚合技術、提高頻段、高階調製提高頻譜效率等。其技術變化圍繞香農定理展開。

其中,C為最大信息傳送速率,BW為信道寬度,S為信道內所傳信號的平均功率,N為信道內部的高斯噪聲功率,S/(N+1)為信噪比,m為傳輸和接收天線的數量,1/n為基站網絡密度。

為了改善數據傳輸效果,可分別在以下技術改進:1)降低n值:提高網絡密度,增加小型基站數量,減少每個基站的用戶數量;2)增加M值:利用MIMO技術,提高MIMO階數,增加天線發射與接收數量;3)增加BW值:拓寬信道寬度,可以採取增加頻段與載波聚合的方式;4)提高信噪比:採用高階調製提高頻譜效率。5G技術的變化促使射頻前端價值量的提升,疊加5G時代手機換機帶來的數量提升,量價齊升為手機產業鏈帶來戴維斯雙擊。

(1)低頻段(Sub-6GHz):5G頻段增加,天線、射頻數量擴增

5G網絡的部署採用兩種頻段FR1和FR2,FR1是低頻段Sub-6GHz(頻率範圍450MHz-6GHz),特徵是傳輸距離遠、覆蓋面積大;FR2是高頻段mmWave(頻率範圍24.25GHz-52.60GHz),特徵是傳輸速度快,容量大,但覆蓋面積有限。相比於4G,5GNR除了包含部分LTE頻段外,同時新增部分頻段。根據射頻器件公司Skyworks預測,到2020年,5G應用支持的頻段數量將實現翻番,新增50個以上通信頻段,全球2G/3G/4G/5G合計支持的頻段將達到91個以上。

5G的在我國的布局大致分為三個階段,4.5G階段(4G向5G過渡的階段,NSA與SA網絡並存)、5G初步階段(以Sub-6GHz頻段為主的5G階段)、5G深入階段(mmWave商用,Sub-6GHz與mmWave共存)。當前我國5G仍處在4GLTE到5GNR的過渡階段,頻段的利用以FR1為主。2018年12月6日,工信部公布了運營商5G試驗頻率,中國移動分配得到N41、N79頻段、中國聯通為N78頻段、中國電信為N78頻段,全網通手機則涵蓋N41、N78、N79頻段,5G頻段數量確定性增加。

3GPPTS38.213協議中說明,5G波束需滿足5個邊帶(SSB),其中,對於3GHz以下的頻段,SSB波束的上限為4個,對於3-6GHz的頻段,上限為8個。為滿足5G下不同場景高低頻段需求,5G天線支持全頻段波束賦,5G形成形波束的生成至少需要2個天線陣列。若手機需支持全頻段,至少需要4個天線,採用4T4RMIMO技術。而理論上新增一個頻段需要配置2個濾波器,頻段數量增長將直接驅動天線和濾波器數量大幅增長。

(2)高頻段毫米波(mmW):技術區別低頻段,有望廣泛應用Aip設計

毫米波段作為高頻段,將以大帶寬實現數據的高速傳輸,還可利用極密的空間復用度來增加容量。傳統通信利用基站與手機間單天線到單天線進行電磁波傳播,5G時代為滿足大容量與高速率的需求,引入波束成形技術,在基站側採用陣列天線,自動調節各天線發射信號的相位,使手機側可以收到疊加的電磁波增強信號強度。

毫米波手機天線有多種應用模式:一個手機對兩個基站、一個基站對一個手機、一個基站對幾個手機模式等不同應用場景,影響終端手機天線布局。高頻毫米波的傳輸損耗大,因此毫米波手機可能會呈現以下布局特徵:一是協同化設計,天線與晶片位置靠近,將天線與射頻前端集成化,即採用基於SiP封裝的AiP(Antenna-in-Package),減少高頻短波下的信號損耗;二是採用兩組線性相控陣,可以同時尋找新信號與識別舊信號。因此,5G毫米波手機需要定製,發展進程將位於5GSub-6GHz手機之後,預計在2021年技術成熟後呈現大幅增長態勢。

目前5G毫米波模組研發技術要求較高,當前高通和三星具備領先優勢。2018年7月,高通推出首款面向智慧型手機的全集成5GNR毫米波及6GHz以下射頻模組,即QTM052毫米波天線模組系列和QPM56xx6GHz以下射頻模組系列;同年10月,宣布將QTM052毫米波天線模組系列體積縮小25%。以高通QTM052為例,一部5G毫米波手機將集成4個模組以上。另外,三星的5G毫米波設備也成為全球首個通過美國聯邦通信委員會(FCC)批准的5G毫米波產品。

根據YoleDevelopment預測,2021年後毫米波手機將放量,預計截至2025年,手機市場中將存在34%連接5GSub-6GHz網絡,20%連接5G毫米波網絡(數量預計為5.64億部)。長遠來看,手機端毫米波天線市場空間廣闊,提供天線板、轉接軟板,以及AiP封裝的企業將受益其中。

1.2 射頻材料低頻段以GaAs主導,高頻段GaN佔優

5G來臨,射頻功放材料將以GaAs主導。半導體材料的變遷歷程如下:Ge(鍺)、Si(矽)——GaAs(砷化鎵)、InP(磷化銦)——SiC(碳化矽)、GaN(氮化鎵)——SiGe(鍺化矽)、SOI(絕緣層上覆矽)——碳納米管(CNT)——石墨烯(Graphene)。當前射頻功放的材料主要集中在第二代化合物半導體材料上。第一代Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等特點;第二代半導體材料電子遷移率高,是Si的6倍,具有直接帶隙,相較第一代具有高頻、高速的性能;第三代半導體原料具有較大的帶寬寬度,較高的擊穿電壓,熱導率高,電子飽和速率高,同樣適用於製造高頻、高溫、大功率的射頻組件。比較GaAs與GaN,低頻領域GaAs可以承受較高工作電壓,且GaN目前製造成本依然較高,5GSub-6GHz頻段最適用的工藝方案是GaAs;而在毫米波領域,GaN材料憑藉適用高頻、高輸出功率的優勢,更適合作毫米波射頻器件材料。

在射頻器件工藝上,主流射頻半導體製造工藝主要有5類,包括GaAs對應工藝、SiGe對應工藝、RFCMOS、UltraCMOS、SiBiCMOS。在手機射頻端最常使用的是GaAs對應工藝、SiGe對應工藝。

GaAs元件早期工藝為MESFET(金屬半導體場效應電晶體),而後演變為HEMT(高電子遷移率電晶體)、pHEMT(介面應變式高電子遷移電晶體),目前則演變至HBT(異質結雙極型電晶體)。HBT組件的功率密度、電流推動能力、線性度超過FET組件,適用於高功率、高效率、高線性度的功率放大器。此外,HBT組件可以單電源操作,因此可以簡化手機電路設計,適用於射頻收發模塊的研製。

SiGe對應的CMOS工藝兼顧Si工藝集成度、良率和成本優勢和第三代半導體速度優勢,目前已經較為成熟,適用於在6GHz以下低頻帶。但是CMOS功放版圖面積較大,設計複雜因此面臨的研發成本也並不低,在線性度、輸出功率、擊穿電壓等性能上仍不及GaAs。

5G時代,射頻PA面臨更高的功率、頻率及效率要求,Si材料存在高頻損耗、噪聲大和低輸出功率密度等特點,CMOS工藝已不能滿足要求,因此GaAsPA的市場將更加廣闊。

1.3 模組集成已成趨勢,SiP封裝減少空間佔用

射頻器件按照設備中產品形態分類可分為分立器件和射頻前端模組。射頻前端模組包括蜂窩式PAMiD(PowerAmplifierModulewithIntegratedDuplexer)、PAM(PowerAmplifierModule)、RxDM(ReceiveDiversityModule)、ASM(switchplexer)(AntennaSwitchModule)、Antennaplexers(multiplexer)、LMM(Lownoiseamplifier-multiplexermodule)、MMMBPA(Multi-Mode,Multi-BandPowerAmplifier)、mmWFEM等,和連接式WiFiFEM、WiGigFEM等。

按高通定義,蜂窩式手機射頻模組主要可分為兩類FEMiD和PAMiD,FEMiD主要包括濾波器、雙工器、天線開關,PAMiD則在FEMiD基礎上再集成功率放大器。PAMiD相比FEMiD的集成度更高,技術難度也更高。

受5G核心技術特徵影響,手機內部射頻器件數量不斷提升,根據Skyworks資料顯示,5G手機濾波器達到70個,CA載波聚合達200個,開關增加至30個。因此,在智慧型手機有限的空間能布局更多的射頻器件成為5G手機時代必須解決的難題,目前全球頭部的射頻器件廠商Skyworks、Qorvo、Murata、Broadcom、TDK均投入資金研發射頻模組,射頻模組集成化趨勢已具備確定性。

SiP封裝可以實現不同射頻器件集成為手機預留空間。SiP(SystemInaPackage,系統級封裝)是將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件,以及諸如MEMS或者光學器件等其他器件優先組裝到一起,實現一定功能的單個標準封裝件,形成一個系統或者子系統。SiP與SoC(SystemOnaChip系統級晶片)相對應,SiP是實現SoC封裝的基礎,SoC是高度集成的晶片產品,SiP則是採用不同晶片進行並排或疊加的封裝方式。智慧型手機內部可以採用SiP封裝的部分大約佔據一半以上,若實現集成將節約大量空間同時降低手機能耗。

2、數量驅動:手機市場迎來換機潮,出貨量有望回升

全球智慧型手機出貨量近年來趨穩,但出貨結構有所變更,2008年3G商用,2009-2012年3G手機進入高速成長期;2010年4G開始商用,2011-2014年4G手機出貨量複合增長率達到200%;預計2020年開始商用,5G手機出貨量將迎來高速增長。消費者對移動終端需求大幅上升,源於移動終端已成為集結各項功能的便攜設備,且移動數據的傳輸量與傳輸速度也在不斷提升。據YoleDevelopment的研究,2016年全球每月流量為960億GB,其中智慧型手機流量佔比為13%;預計2021年,全球每月流量將達到2780億GB,其中智慧型手機流量佔比亦大幅提高到33%。據IDC最新預測,2020年5G智慧型手機出貨量將佔智慧型手機總出貨量的8.9%,達到1.235億部;到2023年全球5G手機的市佔率將達到26%,年複合增長率23.90%。目前,中國已有15款5G手機獲得進網許可證,包括華為的5款,vivo3款,OPPO2款;中興、三星、中國移動終端、小米、萬普拉斯各有一款手機入網。

3、價格驅動:智慧型手機中射頻前端價值佔比逐步提升

4G方案的射頻前端晶片數量與整體價值相比2G/3G方案存在明顯增長,據YoleDevelopment統計數據,2G制式手機中射頻前端晶片的價值為0.9美元,3G制式智慧型手機中射頻前端晶片價值為3.4美元,支持區域性4G制式的智慧型手機中射頻前端晶片的價值達到6.15美元,高端LTE智慧型手機中射頻晶片價值為15.30美元。隨著5G商用臨近,預計5G制式下智慧型手機內射頻前端晶片價值將繼續上升,5G低頻段單機手機射頻晶片價值預計達32美元,毫米波單機手機射頻晶片價值預計達38.50美元。

根據YoleDevelopment報告顯示,行動裝置以WiFi連接部分整體射頻前端市場規模將從2017年150億美元增長到2023年350億美元,年複合增長率達到14%。其中作為射頻前端最大市場的濾波器從2017-2023年將幾乎增長3倍,複合增長率達到19%;市場份額第二的功率放大器將複合增長7%。

具體看射頻前端細分市場分布,根據法國市場研究與戰略諮詢公司YoleDevelopment報告顯示,2017到2023年間,濾波器市場佔比最大將達到66%,功放PA佔比略降達到21%,前兩者比例之和接近90%,其餘開關、天線調諧、LNA、毫米波模組市場佔比在9%、3%、2%、1%。

三、射頻為寡頭壟斷市場,關注細分突破口

1、手機射頻前端市場2023年預計超300億美元

受5G時代技術、數量、價格三因素驅動,射頻晶片市場有望在2019年開始加速擴張,伴隨著手機換機潮的來襲,手機市場與射頻晶片市場有望在2021年實現最高增速,細分市場有望從4G手機過渡至5GSub-6GHz手機,再過渡至5G毫米波手機。我們以Canalys對5G手機出貨量的預測、YoleDevelopment對3G、4G、5G手機內射頻單機價值的估計為基礎,拆分預測射頻晶片市場。我們預計2019年-2023年3G手機增速為-18.90%,4G手機增速為-16.22%,5G手機增速為174.90%;預計到2021年手機出貨量為14.40億部,其中3G/4G/5G手機分別為0.35、10.12、3.93億部,對應的射頻晶片市場預計在2021年達到247.06億美元。我們預計射頻晶片細分市場中難度最大的濾波器價值比例越來越高,毫米波模組在2021年開始應用,預計2021年濾波器、PA、射頻開關、天線調諧、LNA、毫米波模組對應市場價值依次為152.86、60.85、19.76、7.41、4.94、1.24億美元,整體市場規模與QYResearch預測的235.57億美元也相符。

據QYResearch的統計,從2011年至2018年全球射頻前端市場規模年複合增長率為13.10%,2018年市場規模達149.10億美元,同比增長速率14.43%。預計在5G時代來臨後,全球射頻前端市場將迎來快速增長,2020年預計增長速率為19.22%,2020至2023年增長速率趨於穩定,保持在15%左右。

2、整體市場由國外廠商寡頭壟斷,國內技術待突破

現階段,全球射頻前端晶片市場主要被歐美日等廠商壟斷,前五大公司Skyworks(25.5%)、Qorvo(19.4%)、Qualcomm(18.7%)、Broadcom(18.3%)、Murata(5.1%)市場份額合計約87%,國內手機終端廠商多進口國外射頻器件。根據2015年5月國務院發布的《中國製造2025》,「到2020年,40%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現自主保障」,「到2025年,70%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現自主保障」,提出中國的晶片自給率要不斷提升。在這一過程中,射頻前端晶片行業因產品廣泛應用於移動智能終端,行業戰略地位將逐步提升,國內的射頻前端晶片設計廠商亦迎來巨大發展機會,在全球市場的佔有率有望大幅提升。

3、射頻前端與天線細分市場格局

3.1濾波器市場現狀

濾波器是射頻前端中份額佔比最高的器件,達50%以上。濾波器的技術複雜,雖然當前射頻前端的發展趨勢均是趨向高集成化,但濾波器不受到器件標準化的影響,高性能濾波器可以保證無線信號滿足通信協議對幹擾的要求。濾波器的完成需要晶片設計與成熟工藝的協同優化,因此廠商需要較高的人員、設備投入與高昂的時間成本。

因此,濾波器市場仍然由美日廠商主導,短期內難以突破。SAW濾波器市場主要由Murata(47%)、TDK(21%)、太陽誘電(14%)、Skyworks(10%)四大廠商主導;BAW濾波器則主要由Broadcom(87%)、Qorvo(8%)壟斷。

我國國內濾波器市場嚴重供小於求,產需不匹配。我國是全球最大的SAW濾波器消費市場,2018年市場規模達到154.8億元,同比增長4.97%,消費量為151.2億隻,但產量僅為5.04億隻。5G浪潮下,濾波器需求有望在2020左右達到頂峰,隨後逐漸下降,但產量將伴隨技術投入的不斷增加穩步增長,預計到2025年中國SAW濾波器產量可以達到28.02億隻,消費量超過155億隻,供需失衡空間縮小。

我國當前有部分基站SAW濾波器的IDM供應商近年來開始進軍終端市場,如好達電子、德清華瑩;也有部分fabless廠商切入SAW濾波器領域,如麥捷科技、中電26所、卓勝微等。但在BAW濾波器領域,受制於工藝與設計的雙重難度,國內廠商實現突破的難度較大,目前國內只有中電26所和天津諾思有較完整工藝線。

3.2 PA市場現狀

功率放大器在射頻前端價值佔比位列第二,份額在30%左右,全球市場主要由Skyworks(43%)、Qorvo(25%)、Broadcom(25%)三大射頻器件龍頭覆蓋。雖然多模多頻將減少功放的用量,但是5G建設下,高頻與超高頻的PA市場具備較高價值,2G/3G市場空間縮小,5G市場擴大未來將趨向於量價齊升。

我國也存在一批經營PA業務的廠商,主要有紫光展銳、中科漢天下、唯捷創芯、蘇州宜確半導體、國民飛驤、廣州慧智微電子等。但國產PA廠商也大多採用Fabless模式,以晶片設計為主,且產品主要集中在市場中低端,所佔市場份額仍較小。

根據M&MResearch預測,功率放大器市場預計將從2018年的214億美元增長到2023年的306億美元,複合年增長率達到7.4%。GaAs工藝PA市場擴大,據集邦諮詢預測,隨著5G智慧型手機滲透率逐漸提升,國內手機GaAsPA市場將從2019年的18.76億美元增長到2023年的57.27億美元,年複合增長率達到19.17%,高於PA整體市場增長率。

具體分析國內GaAsPA廠商,主要可以分為三類,IDM、Fabless、晶圓代工企業,其中,比較突出的包括海威華芯、三安集成、漢天下、唯捷創芯、紫光展銳、國民飛驤、慧智微等。雖然國內廠商競爭力仍較弱,但已有部分廠商進入國內終端產業鏈,伴隨著國內政策支持,研發環境改善,國產自主可控概念的不斷加強,廠商生產線有望趨向高端化,向國際廠商靠近。

3.3 開關與LNA市場現狀

射頻開關與LNA在射頻前端的份額佔比合計大約在10%,技術難度相對於濾波器和PA難度有所下降,份額佔比較為穩定。根據QYResearch的數據,全球射頻開關市場近年來一直穩健增長,2018年全球市場規模達到16.54億美元,2020年射頻開關市場規模預計達到22.90億美元,並隨著5G的商業化建設迎來增速的高峰,此後增長速度將逐漸放緩。2018年至2023年,全球市場規模的年複合增長率預計將達到16.55%。

過去,全球射頻開關的主要市場被海外公司佔領,包括Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata等。國內的公司經營射頻開關業務的則有卓勝微、銳迪科、唯捷創芯、韋爾股份等。但近年來,卓勝微明確主營方向,清晰布局,在射頻開關領域份額不斷增長,2017年市佔率排名全球第五,佔比5%,為國內第一大射頻開關設計公司,產品主要應用於三星、小米、華為、vivo、OPPO、聯想、魅族、TCL等知名設備商。

LNA的市場增長同樣受天線、射頻通路數量增加驅動。根據QYResearch數據統計,2018年全球射頻低噪聲放大器收入為14.21億美元,伴隨5G的商業化建設逐步落地,LNA市場將在2020年迎來增速的高峰,達到7.12%,預計到2023年市場規模將達到17.94億美元。

LNA市場集中度相比射頻開關要分散得多,行業前五大企業分別為Broadcom、ONSemiconductor、Infineon、TI、NXP,市場CR5為52%。國產LNA廠商中主要以卓勝微為主,2017年市場份額為1.3%,而唯捷創芯、國民飛驤和銳迪科等以射頻前端模塊產品提供為主,LNA純器件產品較少。國產LNA廠商卓勝微在此領域仍在不斷開拓,近年LNA業務收入佔比提升,2019年上半年營業收入1億元,已經超過2018年LNA全年收入,業務佔比達19.42%。

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