5G 給射頻前端芯片帶來(lái)的新變革

2017-04-04 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

半導(dǎo)體行業(yè)最具吸引力領(lǐng)域遇上5G風(fēng)口,將產(chǎn)生劇烈化學(xué)反應(yīng)。本報(bào)告深入剖析了5G大發(fā)展給射頻前端芯片領(lǐng)域帶來(lái)的技術(shù)革新和市場(chǎng)機(jī)遇,詳細(xì)梳理了射頻前端芯片各細(xì)分領(lǐng)域中國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)。我們認(rèn)為:5G作為未來(lái)幾年最具確定性的市場(chǎng)機(jī)會(huì),將推動(dòng)通信、電子等多個(gè)行業(yè)完成產(chǎn)業(yè)升級(jí),對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。射頻前端芯片市場(chǎng)作為半導(dǎo)體行業(yè)最具吸引力的領(lǐng)域之一,將從此次產(chǎn)業(yè)升級(jí)中受益最大,未來(lái)在現(xiàn)有產(chǎn)品線市場(chǎng)高速增長(zhǎng)的同時(shí),在BAW濾波器、GaN PA和毫米波PA等領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生全新發(fā)展機(jī)遇,形成全產(chǎn)業(yè)鏈的整體性投資機(jī)會(huì)。而對(duì)于國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)來(lái)說(shuō),5G的到來(lái)也是打破現(xiàn)有市場(chǎng)格局,推動(dòng)全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的難得機(jī)遇。

Pre-5G先行,5G標(biāo)準(zhǔn)化有序推進(jìn)。5G的發(fā)展是一個(gè)平緩的產(chǎn)業(yè)升級(jí)過(guò)程,目前工業(yè)界已經(jīng)形成了比較明確的Pre-5G概念,即“基于標(biāo)準(zhǔn)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)明顯超出LTE-Advanced Pro的性能”,全球主要通信設(shè)備商、終端廠商、芯片廠商面向Pre-5G概念的產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)行的如火如荼。同時(shí),5G標(biāo)準(zhǔn)正按照原定時(shí)間表有序推進(jìn),第一版正式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)將于2018年9月正式發(fā)布。

5G多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)直接推動(dòng)射頻前端芯片市場(chǎng)成長(zhǎng)。5G時(shí)代會(huì)有更多的頻段資源被投入使用,多模多頻使射頻前端芯片需求增加,同時(shí)Massive MIMO和波束成形、載波聚合、毫米波等關(guān)鍵技術(shù)將助長(zhǎng)這一趨勢(shì)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將借助5G通信網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)落地,成為驅(qū)動(dòng)射頻前端芯片市場(chǎng)發(fā)展的新引擎。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)Navian的預(yù)測(cè),僅移動(dòng)終端中射頻前端芯片的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)從2015年的119.4億美元增長(zhǎng)至2020年的212億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到15.4%

關(guān)注全球射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)鏈的整體性投資機(jī)會(huì)。目前全球射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)擁有較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈,歐美IDM大廠技術(shù)領(lǐng)先,規(guī)模優(yōu)勢(shì)明顯,臺(tái)灣企業(yè)則在晶圓制造、封裝測(cè)試等產(chǎn)業(yè)鏈中下游占據(jù)重要地位。5G對(duì)射頻前端芯片的更高要求催生出BAW濾波器、毫米波PA、GaN工藝PA 等新的技術(shù)熱點(diǎn),形成新的產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力。隨著現(xiàn)有產(chǎn)品線市場(chǎng)需求增加,新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,預(yù)計(jì)未來(lái)兩年內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)將迎來(lái)一輪整體性的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)。

關(guān)注射頻前端芯片的國(guó)產(chǎn)替代化機(jī)會(huì)。國(guó)內(nèi)企業(yè)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的大趨勢(shì)下,在射頻前端的各環(huán)節(jié)均取得突破:設(shè)計(jì)方面,唯捷創(chuàng)芯(Vanchip)的3G/4G射頻前端方案已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出貨,營(yíng)收逐年增長(zhǎng),銳迪科在與展訊合并為紫光展銳后,對(duì)PA事業(yè)部投入巨大,迅速在多條產(chǎn)品線推出新產(chǎn)品;代工方面,三安光電與老牌砷化鎵、氮化鎵化合物半導(dǎo)體晶圓制造代工廠商GCS成立合資公司,GaAs產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn),GaN產(chǎn)線試產(chǎn)中;封測(cè)方面,長(zhǎng)電科技擁有的SiP和Flip-chip封裝工藝是提高射頻前端芯片集成度的核心技術(shù)。

投資建議:行業(yè)“增持”評(píng)級(jí),關(guān)注國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)企業(yè)。在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策推動(dòng)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的大趨勢(shì)下,射頻前端芯片領(lǐng)域的技術(shù)革新為國(guó)內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造了彎道超車(chē)的有利條件。我們重點(diǎn)關(guān)注國(guó)內(nèi)化合物半導(dǎo)體代工龍頭三安光電(600703)、海特高新(002023)等,重金投入SAW濾波器研發(fā)的被動(dòng)電子元器件龍頭麥捷科技(300319)等,5G基站通信用PCB生產(chǎn)企業(yè)滬電股份(002463)等,非上市公司重點(diǎn)推薦射頻芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域產(chǎn)品線豐富、市場(chǎng)表現(xiàn)優(yōu)異的唯捷創(chuàng)芯和紫光展銳等。

風(fēng)險(xiǎn)提示:5G商業(yè)化進(jìn)展不及預(yù)期。

射頻前端芯片是移動(dòng)通信發(fā)展過(guò)程中最受益領(lǐng)域

手機(jī)射頻前端模塊簡(jiǎn)介

射頻前端模塊(RFFEM:Radio Frequency Front End Module)是手機(jī)通信系統(tǒng)的核心組件,對(duì)它的理解要從兩方面考慮:一是必要性,是連接通信收發(fā)芯片(transceiver)和天線的必經(jīng)通路;二是重要性,它的性能直接決定了移動(dòng)終端可以支持的通信模式,以及接收信號(hào)強(qiáng)度、通話穩(wěn)定性、發(fā)射功率等重要性能指標(biāo),直接影響終端用戶體驗(yàn)。

如圖1所示,射頻前端芯片包括功率放大器(PA:Power Amplifier),天線開(kāi)關(guān)(Switch)、濾波器(Filter)、雙工器(Duplexer和Diplexer)和低噪聲放大器(LNA:Low Noise Amplifier)等。

除通信系統(tǒng)以外,手持設(shè)備中的無(wú)線連接系統(tǒng)(Wi-Fi、GPS、Bluetooth、FM和NFC等)對(duì)射頻前端芯片也有較強(qiáng)的需求,如圖2所示。

從“五模十七頻”說(shuō)起,回溯2G到4G手機(jī)頻段發(fā)展

在4G普及的過(guò)程中,“五模十三頻”、“五模十七頻”等概念成為高端手機(jī)芯片的重要標(biāo)志,也成為手機(jī)廠商重要的宣傳熱點(diǎn)。這并非是簡(jiǎn)單的營(yíng)銷(xiāo)噱頭,而體現(xiàn)了智能手機(jī)兼容不同通信制式的能力,是手機(jī)通信性能的核心競(jìng)爭(zhēng)力指標(biāo)。

在過(guò)去的十年間,手機(jī)通信行業(yè)經(jīng)歷了從2G(GSM/CDMA)、2.5G(Edge)到3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)兩次重大產(chǎn)業(yè)升級(jí)。伴隨4G時(shí)代而來(lái)的是手機(jī)使用頻段的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),圖3給出了到目前為止3GPP公布的E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access,演進(jìn)的陸地?zé)o線接口)全部的頻段分布:

其中,GSM使用的頻段為Band 2/3/5/8,W-CDMA使用的頻段為Band 1/2/5,TD-SCDMA使用的頻段為Band 34/38,TD-LTE使用的頻段為Band 34/38/39/40/41,FDD-LTE使用的頻段為Band 1/3/4/7/17/20。

通常來(lái)說(shuō),4G手機(jī)必須兼容2G和3G,同時(shí),由于全球分配的LTE頻譜眾多而且離散,為滿足國(guó)際漫游的需求,手機(jī)終端需要支持更多的頻段,從而催生了“五模十三頻”、“五模十七頻”等概念,具備這種功能的手機(jī)真正可以實(shí)現(xiàn)“一機(jī)在手,走遍全球”。

2G到4G,射頻前端芯片數(shù)量和價(jià)值均明顯增長(zhǎng)

手機(jī)芯片向多模方向發(fā)展以及支持頻段數(shù)量指數(shù)性增加是手機(jī)射頻前端模塊數(shù)量快速增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素。觀察2G到4G射頻前端解決方案的三幅示意圖,可以形成兩點(diǎn)直觀感受:1,射頻前端芯片數(shù)量不斷增長(zhǎng);2,射頻前端系統(tǒng)復(fù)雜度不斷提高。

圖4是2G功能手機(jī)(Feature Phone)的典型射頻前端解決方案,主要的射頻前端芯片有:1個(gè)功率放大器模塊(PA),2個(gè)發(fā)射低通濾波器(LPF),2個(gè)接收濾波器(Saw Filter),1個(gè)SP6T開(kāi)關(guān)。其中,功率放大器、LPF Filter和SP6T Switch被集成到一顆PA Module里。

圖5是3G手機(jī)(WCDMA)的典型射頻前端解決方案,主要的射頻前端芯片在2G方案的基礎(chǔ)上,增加了2組PA Module和4組雙工器(Duplexer)。

圖6是4G LTE手機(jī)典型射頻前端解決方案,支持“五模十二頻”,可以看到,在4G時(shí)代,射頻前端芯片不僅在數(shù)量上產(chǎn)生指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),在設(shè)計(jì)復(fù)雜度上更是大大提高。主要的射頻前端芯片有:1個(gè)集成頻段選擇開(kāi)關(guān)的多模功率放大器(MMPA),4個(gè)PA Module,3個(gè)Duplexer/Multiplexer,6個(gè)接收/發(fā)射Filter,1個(gè)用于TD-LTE模式的S1P2開(kāi)關(guān),分別用于高頻、低頻和分集電路的3個(gè)天線開(kāi)關(guān)模塊,1個(gè)接收分集濾波器。

表1整理了2G至4G射頻前端解決方案中器件的數(shù)量,可以看到,4G方案的射頻前端芯片數(shù)量相比2G方案和3G方案有了明顯的增長(zhǎng)。印證了我們對(duì)手機(jī)射頻前端芯片的數(shù)量隨著支持頻段數(shù)量的增加而指數(shù)級(jí)遞增的推論。

從更為直觀的角度觀察,圖7給出了手機(jī)射頻前端模塊從2G到4G演進(jìn)過(guò)程中價(jià)格和出貨量的變化數(shù)據(jù)。目前,高端4G智能手機(jī)中射頻前端模塊的價(jià)格合計(jì)已經(jīng)達(dá)到16.25美元,中高端4G產(chǎn)品也有7.25美元。相比2G手機(jī)的0.80美元和3G手機(jī)的3.25美元,射頻前端模塊的單位產(chǎn)值有了幾倍、幾十倍的提高,并且,隨著4G通信網(wǎng)絡(luò)滲透率的不斷提高,高端4G手機(jī)的出貨量依然在不斷攀升中。

射頻前端模塊市場(chǎng)分析:3年內(nèi)突破200億美元規(guī)模

市場(chǎng)整體規(guī)模和變化趨勢(shì)

如圖8所示,根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)Navian的數(shù)據(jù),全球移動(dòng)通信終端的出貨數(shù)量在不斷上漲,到2017年,已經(jīng)基本完成從功能手機(jī)到智能手機(jī)的產(chǎn)業(yè)升級(jí),在經(jīng)過(guò)2011至2015年的飛速發(fā)展期之后,智能手機(jī)的增長(zhǎng)速度趨于放緩,但隨之而來(lái)的換機(jī)需求使高端智能手機(jī)滲透率持續(xù)攀升,同時(shí),帶有移動(dòng)通信功能的電子書(shū)閱讀器和平板電腦等應(yīng)用成為新的增長(zhǎng)點(diǎn),預(yù)計(jì)到2019年,全球移動(dòng)通信終端的總出貨數(shù)量可達(dá)28億臺(tái)。

無(wú)論是移動(dòng)通信終端產(chǎn)品數(shù)量的增加,還是低端產(chǎn)品向高端演進(jìn)帶來(lái)的質(zhì)量提高,均成為射頻前端模塊市場(chǎng)的重要驅(qū)動(dòng)因素。根據(jù)Navian的預(yù)測(cè),2015年至2019年,用于移動(dòng)通信終端的射頻前端模塊總市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)從119.4億美元增長(zhǎng)至212.1億美元,復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)到15.4%,如圖9所示。

市場(chǎng)占有率分析,巨頭企業(yè)優(yōu)勢(shì)難以撼動(dòng)

射頻前端芯片市場(chǎng)主要分為兩大類(lèi),一類(lèi)是使用MEMS工藝制造的濾波器,以聲表面波濾波器(SAW)和體聲波濾波器(BAW)為代表,一類(lèi)是使用半導(dǎo)體工藝制造的電路芯片,以功率放大器(PA)和開(kāi)關(guān)電路(Switch)為代表。

傳統(tǒng)的SAW濾波器領(lǐng)域市場(chǎng)已趨向飽和,Muruta、TDK和Taiyo Yuden占據(jù)了全球市場(chǎng)份額的80%以上,升級(jí)替代產(chǎn)品BAW濾波器近來(lái)成為市場(chǎng)焦點(diǎn),成為MEMS市場(chǎng)的中增長(zhǎng)最快的細(xì)分產(chǎn)品,根據(jù)市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)IHS Supply的調(diào)研結(jié)果,當(dāng)前BAW的核心技術(shù)主要掌握在Avago(Broadcom)和Qorvo手中,兩家公司幾乎瓜分了全部市場(chǎng)份額,如圖10所示。

功率放大器市場(chǎng)主要分為終端市場(chǎng)和以基站為代表的通信基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng),相比目前終端市場(chǎng)約130億美元的總?cè)萘?基站功率放大器市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小,在6億美元至7億美元左右。“得終端者得天下”的局面短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生改變。

我們根據(jù)全球主要功率放大器供應(yīng)商的營(yíng)業(yè)收入規(guī)模分別整理出了市場(chǎng)占有率示意圖,如圖11和圖12所示。在終端功率放大器市場(chǎng),形成了Skyworks、Qorvo和Broadcom(Avago)三家企業(yè)寡頭競(jìng)爭(zhēng)的局面,三家企業(yè)合計(jì)占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)份額,而在基站功率放大器市場(chǎng),NXP和Freescale在合并前總共占據(jù)了51.1%的市場(chǎng)份額,在反壟斷法的限制下,NXP將原有的RF Power部門(mén)出售給了北京建廣資產(chǎn)管理公司,目前NXP和Infineon在這一領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率方面優(yōu)勢(shì)明顯。

深入財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析,揭秘寡頭企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力

2.3.1 Qorvo主要財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析

Qorvo(Nasdaq:QRVO)是業(yè)界兩家領(lǐng)先射頻解決方案公司RF Micro Devices和TriQuint Semiconductor合并后的新公司,此項(xiàng)合并在2015年8月份正式完成,因此合并財(cái)務(wù)報(bào)表中的2015年度數(shù)據(jù)僅包含TriQuint三個(gè)月的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。Qorvo的主要財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)如表2所示。

合并后的Qorvo有兩個(gè)重要的產(chǎn)品線:移動(dòng)設(shè)備產(chǎn)品線、基站和軍工設(shè)備產(chǎn)品線,這兩個(gè)產(chǎn)品線分別針對(duì)不同的市場(chǎng),而且在先進(jìn)技術(shù)研發(fā)方面存在互補(bǔ)關(guān)系,創(chuàng)新性的技術(shù)通常會(huì)首先應(yīng)用在軍工產(chǎn)品方面,然后擴(kuò)展到基站設(shè)備,最后應(yīng)用到移動(dòng)終端設(shè)備,而移動(dòng)終端設(shè)備的大規(guī)模的量產(chǎn)又會(huì)降低新工藝的成本,并且貢獻(xiàn)較大的營(yíng)業(yè)收入和營(yíng)業(yè)利潤(rùn),形成良性循環(huán)。

2.3.2 Skyworks主要財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析

Skyworks Solutions(Nasdaq:SWKS)是一家無(wú)線半導(dǎo)體公司,設(shè)計(jì)并生產(chǎn)應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域的射頻及完整半導(dǎo)體系統(tǒng)解決方案。該公司向全球范圍內(nèi)的無(wú)線手持設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施客戶供應(yīng)前端模塊、射頻子系統(tǒng)及系統(tǒng)解決方案。

2.3.3 Broadcom主要財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析

2015年5月,新加坡半導(dǎo)體制造商Avago科技公司宣布同芯片制造商Broadcom公司達(dá)成一份協(xié)議,Avago將支付170億美元現(xiàn)金以及價(jià)值200億美元的Avago普通股股份,以370億美元的價(jià)格收購(gòu)Broadcom。

新公司的名稱為Broadcom Limited(Nasdaq:AVGO),主要聚焦III-V族復(fù)合半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和工藝技術(shù),提供廣泛的模擬、混合信號(hào)以及光電零組件產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā),目前主要的產(chǎn)品線有無(wú)線通信、有線基礎(chǔ)設(shè)施、企業(yè)存儲(chǔ)、工業(yè)及其他等。Broadcom的主要財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)如表4所示。

2.3.4 三大寡頭企業(yè)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)點(diǎn)評(píng)

根據(jù)三大IDM寡頭公司的年報(bào),移動(dòng)通信產(chǎn)品線營(yíng)業(yè)收入合計(jì)約91億美元,占據(jù)了全球PA市場(chǎng)的幾乎全部份額,短期內(nèi)三大寡頭公司的優(yōu)勢(shì)地位難以撼動(dòng)。

經(jīng)過(guò)對(duì)寡頭公司財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)的分析可以看到他們?nèi)绾涡纬勺约旱暮诵母?jìng)爭(zhēng)力:首先,三大公司在移動(dòng)通信射頻前端市場(chǎng)的毛利率均高于40%,最高可以達(dá)到50%,凈利率約30%,說(shuō)明寡頭公司利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)和規(guī)模效應(yīng),形成了較深的護(hù)城河,具有極強(qiáng)的盈利能力。其次,三大IDM寡頭公司不約而同的將營(yíng)業(yè)收入的10%到20%投入到研發(fā)中,積極開(kāi)發(fā)面向未來(lái)的先進(jìn)工藝技術(shù),以繼續(xù)保持自己的競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)。

只待捅破窗戶紙,國(guó)內(nèi)射頻前端企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力分析

伴隨著移動(dòng)通信的跨越式發(fā)展,中國(guó)已經(jīng)形成了全球規(guī)模最大、最有活力的消費(fèi)電子市場(chǎng),在這片沃土不僅孕育出了華為海思、紫光展銳等優(yōu)秀的手機(jī)處理器平臺(tái)方案廠商,也涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀的射頻前端芯片企業(yè),他們?cè)凇耙揽砍杀緝?yōu)勢(shì)從低端產(chǎn)品切入,迅速拓展高端產(chǎn)品線”的策略下不斷發(fā)展壯大,在殘酷的市場(chǎng)尋找自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。銳迪科(RDA)的GaAs功能機(jī)PA,漢天下的CMOS功能機(jī)PA,Vanchip的GaAs 3G/4G智能機(jī)PA,都是有著良好市場(chǎng)表現(xiàn)的明星產(chǎn)品。面對(duì)寡頭企業(yè)的壟斷局面,他們不僅成功的存活下來(lái),而且依靠強(qiáng)大的成本控制能力將世界巨頭們趕出了某些細(xì)分領(lǐng)域,比如,銳迪科和漢天下的2G PA產(chǎn)品在毛利率降至35%時(shí)依然可以保證約10%的凈利潤(rùn),迫使Skyworks逐步退出2G PA市場(chǎng),唯捷創(chuàng)芯的3G/4G PA在中低端智能機(jī)領(lǐng)域同樣有類(lèi)似表現(xiàn),可見(jiàn),競(jìng)爭(zhēng)策略前半句“依靠成本優(yōu)勢(shì)從低端產(chǎn)品切入”的小目標(biāo)已基本實(shí)現(xiàn)。

射頻前端芯片企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)新趨勢(shì)

2.5.1 全產(chǎn)品線成為一線大廠必備

如前所述,在移動(dòng)通信從2G到4G發(fā)展的過(guò)程中,射頻前端芯片數(shù)量飛速增長(zhǎng),結(jié)構(gòu)復(fù)雜度指數(shù)級(jí)增加,傳統(tǒng)的分立器件在PCB板上集成的方式已無(wú)法滿足系統(tǒng)需求,將多個(gè)射頻前端芯片在單顆芯片內(nèi)部集成的方法已經(jīng)成為中高端市場(chǎng)的主流,高集成度方案有以下幾大優(yōu)勢(shì):1)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì);2)使射頻前端產(chǎn)品小型化;3)降低能量損耗;4)提高系統(tǒng)性能;5)降低射頻解決方案成本,并有利于客戶快速推出新產(chǎn)品。

高集成度方案要求射頻前端芯片廠商擁有PA、Switch、Duplexer、Filter全產(chǎn)品線,同時(shí),擁有獨(dú)立的封裝廠和制造廠也有利于加快高集成度產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度,觀察幾家射頻前端芯片寡頭公司Skyworks、Broadcom、Qorvo和Muruta,近幾年均通過(guò)內(nèi)部研發(fā)或外部并購(gòu)?fù)瓿闪巳a(chǎn)品線布局,并且推出了高集成度產(chǎn)品的獨(dú)立品牌,如Qorvo的RF Fusion、RF Flex,Skyworks的SkyOne等。

2.5.2 手機(jī)處理器主芯片廠商切入PA業(yè)務(wù)

隨著智能手機(jī)滲透率逐漸飽和,手機(jī)處理器芯片廠商的增長(zhǎng)速度開(kāi)始放緩,加之越來(lái)越多的智能手機(jī)廠商加強(qiáng)對(duì)自有處理器芯片的研發(fā),并應(yīng)用至自家的旗艦產(chǎn)品中,如蘋(píng)果的A系列、三星的Exynos、華為的麒麟、小米的松果等,傳統(tǒng)的手機(jī)處理器芯片廠商在次旗艦、中低端市場(chǎng)的爭(zhēng)奪更加激烈,接近飽和的市場(chǎng)難以容納高通、MediaTek、展訊三家平臺(tái)型方案公司,價(jià)格戰(zhàn)不可避免,處理器主芯片的毛利持續(xù)下降,出于提高平臺(tái)方案產(chǎn)品毛利、加快平臺(tái)方案研發(fā)速度、豐富產(chǎn)品線種類(lèi)等方面考慮,手機(jī)平臺(tái)方案公司均在大力發(fā)展自有PA產(chǎn)品線。

我們認(rèn)為,手機(jī)處理器主芯片廠商切入射頻PA領(lǐng)域,是其在主營(yíng)業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)激烈,毛利率出現(xiàn)下滑局面下的橫向擴(kuò)張,主要看中射頻前端芯片較強(qiáng)的盈利能力,在擁有自家的“嫡系部隊(duì)”之后,勢(shì)必鼓勵(lì)平臺(tái)方案客戶使用自家PA產(chǎn)品,長(zhǎng)期來(lái)看,這一趨勢(shì)會(huì)對(duì)Qorvo、Avago、Skyworks、Vanchip等獨(dú)立PA供應(yīng)商產(chǎn)生較為不利的影響。但是同時(shí)也要看到,射頻PA整體的市場(chǎng)仍處于強(qiáng)勁增長(zhǎng)中,蛋糕足夠大,而且手機(jī)終端廠商為增加談判籌碼,經(jīng)常選用多家射頻PA供應(yīng)商,因此獨(dú)立PA供應(yīng)商對(duì)市場(chǎng)大可不必產(chǎn)生悲觀情緒。

商用倒計(jì)時(shí)—5G的腳步聲近了

性能全面提升,5G通信網(wǎng)絡(luò)概述

總結(jié)來(lái)說(shuō),5G通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)為:更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)、更高的數(shù)據(jù)傳輸密度和更好的高速通信能力。

出于上述技術(shù)特點(diǎn),5G通信網(wǎng)絡(luò)在增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器通信和高可靠低時(shí)延通信等方面的應(yīng)用場(chǎng)景將迎來(lái)爆發(fā),比較有代表性的有:智慧城市、智能家居、3D視頻和超高清顯示、云端辦公和娛樂(lè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、工業(yè)自動(dòng)化和自動(dòng)駕駛等。提出接近十年的物聯(lián)網(wǎng)概念將依托5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)落地,萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代即將到來(lái)。

5G標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線圖

3.2.1 5G標(biāo)準(zhǔn)制定情況

目前來(lái)說(shuō),推動(dòng)5G演進(jìn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織主要是ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)和3GPP(3rd Generation Partner Project)。圖16給出了ITU和3GPP的5G系統(tǒng)推進(jìn)時(shí)間表,5G系統(tǒng)的推進(jìn)按照研究、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化可以分為四個(gè)主要階段:

第一階段:2016年之前,ITU主要進(jìn)行針對(duì)愿景、趨勢(shì)和頻譜的前期研究工作,而3GPP 將會(huì)開(kāi)展針對(duì)過(guò)渡性技術(shù)方案的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。第二階段:2016至2017年,ITU將會(huì)定義5G的技術(shù)需求和評(píng)估方法,而3GPP自Release-14正式開(kāi)始5G技術(shù)的研究工作,這部分工作主要集中在SI(Study Item)階段。第三階段:2018年,ITU開(kāi)始征集5G候選方案,3GPP的工作則會(huì)從SI向WI(Work Item)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在3GPP將于2018年9月發(fā)布的Release-15中,將會(huì)給出第一版5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),企業(yè)會(huì)以此標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)入產(chǎn)品化階段,5G商用將正式拉開(kāi)序幕。第四階段:2019年到2020年,ITU將正式開(kāi)始5G標(biāo)準(zhǔn)化工作,3GPP將于2019年12月發(fā)布Release-16,公布增強(qiáng)版5G標(biāo)準(zhǔn),主要針對(duì)毫米波頻段。2020年將進(jìn)入正式商用階段。

3.2.2 國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商5G商用時(shí)間表

3.2.3 2016年全球5G大事記

5G射頻空口關(guān)鍵技術(shù)分析

3.3.1 載波聚合,有效利用碎片化頻段

載波聚合技術(shù)(Carrier Aggregation,CA)并非是未來(lái)的新科技,事實(shí)上,它已經(jīng)在4G通信網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛應(yīng)用。載波聚合可以將多個(gè)LTE載波信號(hào)合成在一起,從而擴(kuò)展通信帶寬,提高上下行數(shù)據(jù)傳輸速率,如圖17所示。

如前所述,5G時(shí)代最高峰值數(shù)據(jù)傳輸速率將達(dá)到20Gbps,載波聚合必定成為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的核心技術(shù),而5G增加的多個(gè)頻段又可以提供更多載波資源,使更多載波的聚合具備了基礎(chǔ)。另一方面,進(jìn)入5G時(shí)代后,6GHz以下的頻譜資源變的更加擁擠和碎片化,載波聚合技術(shù)可以將多個(gè)分散頻率合成在一起,提高通信帶寬的特性將大有用武之地。

3.3.2 毫米波,高帶寬帶來(lái)高數(shù)據(jù)傳輸速率

毫米波是指波長(zhǎng)在毫米數(shù)量級(jí)的電磁波,其頻率大約在30GHz~300GHz之間。根據(jù)通信原理,無(wú)線通信的最大信道帶寬大約是載波頻率的5%左右,因此載波頻率越高,可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)帶寬也越大,而帶寬則進(jìn)一步直接決定了數(shù)據(jù)的最高傳輸速率。

在毫米波頻段中,28GHz頻段和60GHz頻段是最有希望使用在5G的兩個(gè)頻段。28GHz頻段的可用頻譜帶寬可達(dá)1GHz,而60GHz頻段每個(gè)信道的可用信號(hào)帶寬則到了2.16GHz(整個(gè)9GHz的可用頻譜分成了四個(gè)信道)。相比而言,4G-LTE頻段最高頻率的載波在2GHz上下,而可用頻譜帶寬只有100MHz。因此,如果使用毫米波頻段,頻譜帶寬會(huì)有10倍至20倍的提升,最高數(shù)據(jù)傳輸速率相比4G提高20倍將成為現(xiàn)實(shí)。

3.3.3 Massive MIMO和波束成形,實(shí)現(xiàn)空分多址

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線,使信號(hào)通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收,從而改善通信質(zhì)量的技術(shù)。

Massive MIMO的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)調(diào)整大規(guī)模天線陣列中每個(gè)陣元的加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生具有指向性的波束(波束成形),從而帶來(lái)明顯的信號(hào)方向性增益,即便不同的用戶之間使用相同的載波頻率,也可以消除相互干擾,從而實(shí)現(xiàn)空分多址(SDMA,Space Division Multi Access),提高頻率效率。

3.3.4 微基站,靈活部署實(shí)現(xiàn)深度覆蓋

毫米波的應(yīng)用使基站天線尺寸降低至毫米量級(jí),使得傳統(tǒng)基站有了小型化的可能,同時(shí),其在空氣中傳輸時(shí)的衰減特性也對(duì)室內(nèi)基站密度提出了更高的要求,進(jìn)入5G通信時(shí)代,在室內(nèi)空間大規(guī)模建設(shè)微型基站成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。微基站具有體積小巧、靈活部署的特點(diǎn),可以很好的解決局部熱點(diǎn)對(duì)信號(hào)和容量的需求,實(shí)現(xiàn)深度覆蓋,增加網(wǎng)絡(luò)容量,提升用戶感知。

5G技術(shù)推動(dòng)射頻前端芯片的發(fā)展

Sub-6GHz先行,更多頻譜資源將投入使用

5G標(biāo)準(zhǔn)目前在緊鑼密鼓的制定中,按照我們?cè)?.3.1小節(jié)中整理的演進(jìn)路線圖,第一版標(biāo)準(zhǔn)將成形于2018年9月3GPP發(fā)布的Release-15。雖然5G的頻譜資源劃分尚未標(biāo)準(zhǔn)化,但從近期各大通信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商的研究工作來(lái)看,國(guó)際通信巨頭之間在發(fā)展路線上的分歧已經(jīng)得到彌合,形成了較為清晰的研究方向。

中國(guó)無(wú)線電管理局已于2016年1月批準(zhǔn)在3.4-3.6GHz頻段進(jìn)行5G試驗(yàn),并且正在努力爭(zhēng)取將3.3-3.4GHz、4.4-4.5GHz和4.8-4.99GHz幾組頻段劃分至公眾移動(dòng)通信進(jìn)行應(yīng)用。

2016年11月,歐盟委員會(huì)無(wú)線頻譜政策組正式發(fā)布了歐洲5G頻率戰(zhàn)略,將3.4-3.8GHz頻段劃分為2020年前進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)部署的主要頻段,并確定將700MHz頻段用于5G廣覆蓋。

回顧1.2小節(jié)中整理的E-UTRA頻段規(guī)劃,無(wú)論是700MHz頻段還是3.4-3.8GHz頻段,均為3GPP在長(zhǎng)期演進(jìn)計(jì)劃(LTE)標(biāo)準(zhǔn)中已確定的頻譜資源,這意味著在世界主要國(guó)家已基本達(dá)成共識(shí),在5G發(fā)展初期,將Sub-6GHz的頻譜資源作為研究的前沿陣地,在現(xiàn)有4G空口的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,滿足5G應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

對(duì)于移動(dòng)通信終端設(shè)備中的射頻前端芯片,Sub-6GHz頻譜資源的進(jìn)一步開(kāi)放意味著需要支持頻段的進(jìn)一步擴(kuò)展,PA、Filter、Duplexer/Diplexer和Switch的數(shù)量相比4G均會(huì)進(jìn)一步增加,在1.3小節(jié)中我們提到4G旗艦手機(jī)全部射頻前端芯片的價(jià)格約是3G手機(jī)的5倍,這一數(shù)字在5G時(shí)代將會(huì)進(jìn)一步增加。

載波聚合數(shù)量成倍增長(zhǎng)給射頻前端芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)

如3.3.1小節(jié)所述,載波聚合(Carrier Aggregation, CA)技術(shù)是提高數(shù)據(jù)傳輸速率的重要途徑,為達(dá)到ITU為5G標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的最高20Gbps下行速率標(biāo)準(zhǔn),載波聚合數(shù)量在5G標(biāo)準(zhǔn)中必將成倍增長(zhǎng)。在當(dāng)前的4G(LTE-A)標(biāo)準(zhǔn)中,最高支持5個(gè)20MHz載波聚合,實(shí)現(xiàn)100MHz帶寬,而進(jìn)入5G時(shí)代后,載波聚合數(shù)量可能會(huì)達(dá)到32甚至64。

載波聚合數(shù)量的成倍增長(zhǎng)為射頻前端芯片的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn),其中最大的挑戰(zhàn)是串?dāng)_問(wèn)題。以中國(guó)境內(nèi)FDD-LTE系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的Band 1和Band 3雙載波聚合方案為例,如圖24所示,當(dāng)使用載波聚合方案時(shí),Band 1 Tx/Rx和Band 1 Tx/Rx同時(shí)工作,由于Band 1和Band 3頻率接近,因此除了需要防止同一頻段內(nèi)部發(fā)射和接收通路之間的相互干擾之外,還需要防止不同頻段之間信號(hào)的互相干擾,為了解決這個(gè)問(wèn)題,需要將傳統(tǒng)的Filter和Duplexer技術(shù)升級(jí)為Multiplexer(多工器)技術(shù),將全部載波聚合頻率的發(fā)射和接收濾波器集成到同一器件中,以便進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)和匹配,以滿足性能要求。

隨著載波聚合數(shù)量的增加,Multiplexer的復(fù)雜度會(huì)急劇上升,如圖25所示,當(dāng)使用三載波聚合時(shí),已經(jīng)需要將6個(gè)濾波器集成到一個(gè)Multiplexer內(nèi)部,無(wú)論是從集成角度還是從性能優(yōu)化角度,對(duì)供應(yīng)商的技術(shù)能力都是極大的考驗(yàn)。

推動(dòng)高頻濾波器向BAW方向技術(shù)升級(jí)

聲表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)濾波器是目前在移動(dòng)通信系統(tǒng)中最廣泛使用的射頻器件,其基本結(jié)構(gòu)如圖26所示,通過(guò)壓電材料上制作的兩個(gè)叉指換能器(Interdigital Transducer,IDT),完成電信號(hào)-聲波-電信號(hào)的轉(zhuǎn)換,并實(shí)現(xiàn)選頻功能,聲波信號(hào)沿襯底水平方向進(jìn)行傳播。

限制SAW濾波器發(fā)展的瓶頸主要有兩個(gè):一是在高頻應(yīng)用時(shí)性能明顯下降,當(dāng)頻率高于1GHz時(shí),濾波器的質(zhì)量因子(Q值)降低,使插入損耗增加,頻率選擇性變差,當(dāng)頻率高于2.5GHz時(shí),已無(wú)法用于對(duì)性能要求較高的通信系統(tǒng);二是頻率隨溫度變化較大,通常高達(dá)-45ppm/℃。為解決這一問(wèn)題,可以選擇通過(guò)在IDT器件表面增加溫度特性更加穩(wěn)定的圖層進(jìn)行補(bǔ)償(Temperature Compensation,TC),TC-SAW濾波器的溫度系數(shù)可以達(dá)到-15至-25 ppm/℃,但由于光罩層數(shù)的增加,成本也要相應(yīng)提高。

工業(yè)界普遍認(rèn)為,在低于1.5GHz的應(yīng)用場(chǎng)景中,SAW濾波器的性能通?？梢詽M足系統(tǒng)要求,同時(shí)由于成本更加低廉,依然會(huì)得到廣泛應(yīng)用。而在高于1.5GHz的應(yīng)用場(chǎng)景中,BAW濾波器的優(yōu)勢(shì)將會(huì)十分明顯。圖27給出了BAW濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖,和SAW濾波器不同的是,在BAW濾波器中,聲波是沿垂直于襯底方向傳播的,金屬極板分別被放置在壓電材料的上下兩側(cè),諧振頻率主要由壓電材料的厚度決定,這種結(jié)構(gòu)使BAW濾波器在高頻應(yīng)用時(shí)仍擁有較高的Q值,最高工作頻率可以達(dá)到6GHz。

基站射頻前端芯片市場(chǎng),三大技術(shù)營(yíng)造氮化鎵PA風(fēng)口

明日之星GaN是典型的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體工藝,以在國(guó)防領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,如軍用雷達(dá)等,它具有以下得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì):首先,相比硅基工藝1.1eV的禁帶范圍,GaN則達(dá)到了3.4eV,因此具有更強(qiáng)的耐壓能力;其次,GaN具有更高的電子飽和速度,這意味著可以達(dá)到更高的能量密度;第三,GaN可以工作在更高的頻率下;最后,GaN具有良好的散熱能力。表9總結(jié)了兩種工藝在主要性能指標(biāo)上的對(duì)比。

在第三章中我們重點(diǎn)分析了5G的關(guān)鍵技術(shù),這些技術(shù)的影響力在移動(dòng)通信基站市場(chǎng)體現(xiàn)的淋漓盡致,毫米波、Massive MIMO和波束成形、微基站(Small Cell)這三大技術(shù)將形成合力,共同營(yíng)造一個(gè)巨大的風(fēng)口,而GaN技術(shù)則正是這個(gè)風(fēng)口上的“豬”。

總結(jié)來(lái)看,5G時(shí)代的三大核心技術(shù)對(duì)基站射頻功率器件提出的要求有:高頻率、高效率、高帶寬、高線性度、小尺寸、良好的散熱能力、可在多種電壓域下進(jìn)行工作,這與GaN工藝的特點(diǎn)完美契合。圖31給出了5G移動(dòng)通信基站的技術(shù)演進(jìn)路線圖,可以看到,微基站、分布式天線系統(tǒng)(Distributed Antenna System,DAS)、Massive MIMO和波束成形將最早落地,預(yù)計(jì)對(duì)射頻前端市場(chǎng)的影響在2018年就會(huì)有明顯體現(xiàn),而毫米波從研發(fā)到應(yīng)用具有更長(zhǎng)的時(shí)間周期,屬于長(zhǎng)期利好。

射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)鏈分析

全球終端功率放大器產(chǎn)業(yè)鏈概貌

如前所述,射頻前端芯片市場(chǎng)主要分為兩大類(lèi):一類(lèi)是使用半導(dǎo)體工藝(GaAs、GaN、CMOS等)制造的電路芯片,以功率放大器(PA)和開(kāi)關(guān)電路(Switch)為代表;一類(lèi)是使用MEMS工藝制造的濾波器,以聲表面波濾波器(SAW)和體聲波濾波器(BAW)為代表。

長(zhǎng)期以來(lái),終端功率放大器市場(chǎng)一直占據(jù)著整個(gè)射頻前端芯片市場(chǎng)最大的市場(chǎng)份額,也是最重要的增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力量,而GaAs工藝憑借其在工作頻率、效率、線性度等方面的優(yōu)勢(shì),成為終端功率放大器領(lǐng)域的主流工藝,在全球范圍內(nèi)建立起了完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈,如圖34所示。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),參與移動(dòng)終端功率放大器芯片產(chǎn)業(yè)鏈的大陸本土企業(yè)僅有芯片設(shè)計(jì)公司,產(chǎn)業(yè)鏈的中下游被歐美、臺(tái)灣公司所把控,隨著國(guó)家集成電路大基金的設(shè)立,推動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)第三次轉(zhuǎn)移,大陸企業(yè)通過(guò)新設(shè)公司、并購(gòu)、設(shè)立合資公司等多種手段逐漸參與、融入到全球產(chǎn)業(yè)鏈中,相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)大陸公司將成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一股重要力量。

全球終端功率放大器產(chǎn)業(yè)鏈分析——晶圓制造企業(yè)

長(zhǎng)期以來(lái),用于終端的功率放大器芯片以GaAs工藝為主,十年前,主要的GaAs晶圓制造廠集中在美國(guó),如Skyworks等,而隨著半導(dǎo)體制造業(yè)向亞洲轉(zhuǎn)移,臺(tái)灣成為最大的收益者。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司Strategy Analysis的數(shù)據(jù),2015年初時(shí)全球最大的GaAs晶圓制造廠為臺(tái)灣穩(wěn)懋(Win semiconductors),市占率高達(dá)58.7%,當(dāng)時(shí)尚未同RFMD合并的TriQuint排名第二,接下來(lái)依次是臺(tái)灣宏捷科(AWSC)和臺(tái)灣上市公司GCS(環(huán)宇),如圖36所示。

國(guó)內(nèi)方面,三安光電以外延式增長(zhǎng)的方式切入GaAs、GaN晶圓制造市場(chǎng),并得到了國(guó)家集成電路大基金和地方基金的支持。雖然收購(gòu)臺(tái)灣上市公司GCS(環(huán)宇)的交易沒(méi)有取得成功,但雙方已于2016年11月宣布成立合資公司,深度合作仍然可以展開(kāi)。三安光電的目標(biāo)是建設(shè)30萬(wàn)片/年6寸的GaAs產(chǎn)線和6萬(wàn)片/年6寸的GaN產(chǎn)線。目前公司化合物半導(dǎo)體業(yè)務(wù)參與的客戶設(shè)計(jì)案263個(gè),有19個(gè)芯片通過(guò)性能驗(yàn)證,部分客戶開(kāi)始出貨。

全球終端功率放大器產(chǎn)業(yè)鏈分析——芯片封裝企業(yè)

隨著射頻前端解決方案的復(fù)雜度越來(lái)越高,封裝技術(shù)的重要性越發(fā)被工業(yè)界認(rèn)可。以手機(jī)射頻前端為例,隨著整體架構(gòu)復(fù)雜度不斷上升,為滿足小型化的要求,需要將功率放大器、濾波器和Switch開(kāi)關(guān)電路集成為一顆芯片,然而,功率放大器通常使用GaAs HBT工藝制造,濾波器使用RF MEMS工藝,Switch使用GaAs pHEMT或SOI工藝,多種工藝技術(shù)的應(yīng)用使得他們的集成嚴(yán)重依賴先進(jìn)封裝技術(shù),這也是IDM廠商在建設(shè)自有封裝廠上持續(xù)投入的主要原因。

圖38和39給出了目前被工業(yè)界廣泛應(yīng)用的兩種先進(jìn)封裝技術(shù):SiP和Flip-chip。相比需要焊線連接的SiP技術(shù),倒裝Flip-chip在縮減封裝尺寸上更有優(yōu)勢(shì),并且可以和晶圓級(jí)封裝技術(shù)相結(jié)合,提供具有更強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品,如圖40所示。

除IDM廠商之外,目前全球主要射頻前端芯片封裝廠商主要集中在臺(tái)灣和中國(guó)大陸,臺(tái)灣主要是菱生精密工業(yè)股份有限公司(2015年度營(yíng)業(yè)收入約55.1億新臺(tái)幣)和同欣電子工業(yè)股份有限公司(2015年度營(yíng)業(yè)收入約77.7億新臺(tái)幣),中國(guó)大陸則主要是長(zhǎng)電科技和華天科技,其中長(zhǎng)電科技在收購(gòu)星科金朋后取得多項(xiàng)先進(jìn)封裝技術(shù),伴隨大陸本土上游芯片設(shè)計(jì)公司和下游終端廠商的蓬勃發(fā)展,擁有較大的成長(zhǎng)空間。

全球終端功率放大器產(chǎn)業(yè)鏈分析——芯片測(cè)試企業(yè)

隨著全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,越來(lái)越多的封裝企業(yè)將業(yè)務(wù)向產(chǎn)業(yè)鏈下游延伸,大力發(fā)展芯片測(cè)試業(yè)務(wù),如日月光半導(dǎo)體(ASE)等。我們?cè)?.3小節(jié)中提到的企業(yè)也大多如此。

但是,終端功率放大器芯片的測(cè)試有其自身的特殊性,影響產(chǎn)品性能的因素眾多,且不易排查,需要專用的測(cè)試設(shè)備和測(cè)試程序,對(duì)測(cè)試工程師的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)也有較高要求,因此設(shè)計(jì)廠商通常選用更為專業(yè)的射頻芯片測(cè)試企業(yè),以降低測(cè)試成本,穩(wěn)定產(chǎn)品良率,縮短產(chǎn)品上市時(shí)間(Time to Market)。

目前全球領(lǐng)先的專業(yè)射頻芯片測(cè)試企業(yè)為臺(tái)灣的全智科技股份有限公司(Giga solution),可以為客戶提供晶圓級(jí)測(cè)試、封裝級(jí)量產(chǎn)測(cè)試和定制化解決方案,2015年度營(yíng)業(yè)收入約15.3億新臺(tái)幣。

國(guó)內(nèi)方面,大港股份于2015年12月以10.8億人民幣收購(gòu)艾科半導(dǎo)體100%股份,艾科半導(dǎo)體是獨(dú)立的第三方集成電路測(cè)試服務(wù)提供商,擁有模擬、邏輯、混合信號(hào)、高頻射頻、SoC等各種類(lèi)型芯片的測(cè)試能力。尤其值得注意的是,艾科半導(dǎo)體擁有獨(dú)立研發(fā)的射頻測(cè)試輔助設(shè)備,是為數(shù)不多的未在國(guó)外購(gòu)置射頻設(shè)備而具有射頻測(cè)試服務(wù)能力的公司,如圖42所示。國(guó)內(nèi)的主要射頻廠家如紫光展銳、Vanchip等均和艾科半導(dǎo)體有密切合作,此外的大客戶還包括武漢新芯、中芯國(guó)際。

全球終端功率放大器產(chǎn)業(yè)鏈分析——外延片企業(yè)

目前全球主要的外延片供應(yīng)商主要位于英國(guó)、日本、美國(guó)和臺(tái)灣。市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)Stategy Analysis的數(shù)據(jù)顯示,近年來(lái)全球化合物外延片市場(chǎng)的近80%份額被IQE和VPEC(全新)占據(jù),其中IQE市場(chǎng)份額約60%,VPEC(全新)市場(chǎng)份額約20%。全球主要化合物半導(dǎo)體外延片供應(yīng)商信息如表13所示:

全球射頻開(kāi)關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈分析

對(duì)于開(kāi)關(guān)最主要的要求是保證信號(hào)的線性度,隔離發(fā)射和接收通路,以及盡可能的減小插損。傳統(tǒng)的射頻開(kāi)關(guān)通常使用擁有高電子遷移率的GaAs pHEMT(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)工藝,它具有更好的通道傳導(dǎo)性和更高的功率密度,使用此工藝制造的射頻開(kāi)關(guān)同使用GaAs HBT工藝制造的功率放大器具有相同的產(chǎn)業(yè)鏈。

近年來(lái),隨著SOI(Silicon-On-Insulator,絕緣襯底上的硅)技術(shù)的發(fā)展,雖然在主要性能上依然不如GaAs pHEMT工藝,但已經(jīng)可以滿足系統(tǒng)要求,同時(shí)由于其低成本和易于同邏輯控制電路進(jìn)行集成的重要優(yōu)勢(shì),在射頻開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位,二者的主要性能指標(biāo)比較如表14所示。

目前,全球已經(jīng)形成了較為完整的SOI產(chǎn)業(yè)鏈,其中代工廠主要有Global Foundry、ST(意法半導(dǎo)體)、三星、UMC(聯(lián)華電子)等,半導(dǎo)體材料供應(yīng)商主要有MEMC、ShinEtsu(信越)和Soitec等。

相比之下,中國(guó)大陸的SOI產(chǎn)業(yè)鏈則處于起步階段,代工方面,SMIC、華虹宏力、華潤(rùn)上華(CSMC)均可提供SOI工藝,但在工藝成熟度上仍和世界先進(jìn)水平有明顯差距,材料方面,僅有上海新傲科技和沈陽(yáng)硅基科技有限公司可提供SOI晶圓,其中新傲科技與Soitec通過(guò)技術(shù)授權(quán)進(jìn)行合作,每年可提供100萬(wàn)片8英寸SOI晶圓,目前,新傲科技自有的8英寸產(chǎn)能達(dá)到年產(chǎn)10萬(wàn)片,并正在建設(shè)兩條12英寸產(chǎn)線,計(jì)劃2017年達(dá)到年產(chǎn)18萬(wàn)片,如圖44所示。

全球射頻濾波器產(chǎn)業(yè)鏈分析

濾波器在射頻前端芯片中的應(yīng)用范圍十分廣泛,除Filter外,雙工器(Duplexer)和多工器(Multiplexer)內(nèi)部的核心器件也是SAW/BAW Filter,隨著移動(dòng)通信模式和頻段的增加,數(shù)量增長(zhǎng)最快的射頻前端器件不是功率放大器,而是濾波器。

濾波器使用RF-MEMS工藝制造,具有極高的技術(shù)門(mén)檻,在保證高度一致性和高質(zhì)量的條件下實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)難度極大,目前SAW/BAW濾波器的核心技術(shù)基本都掌握在日本、美國(guó)企業(yè)手中,SAW濾波器主要的企業(yè)有Murata和TDK,更先進(jìn)的BAW濾波器技術(shù)則主要被Qorvo和Broadcom壟斷。

國(guó)內(nèi)方面,濾波器產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)替代化同樣取得一定進(jìn)展,利用2016年手機(jī)元器件整體缺貨的機(jī)會(huì),無(wú)錫好達(dá)電子的SAW濾波器產(chǎn)品成功進(jìn)入中興、金立、魅族等手機(jī)供應(yīng)鏈。另一方面,國(guó)內(nèi)功率放大器設(shè)計(jì)廠商如紫光展銳等,也認(rèn)識(shí)到了濾波器技術(shù)在未來(lái)射頻前端芯片中的重要性,成立MEMS研發(fā)團(tuán)隊(duì),力爭(zhēng)在濾波器、雙工器等領(lǐng)域取得突破。

上市公司方面,麥捷科技2016年1月公告擬定向增發(fā)募集資金不超過(guò)10億元,其中投向基于 LTCC 基板的終端射頻聲表濾波器(SAW)封裝工藝開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)項(xiàng)目4.5億元,預(yù)計(jì)項(xiàng)目建成后,年產(chǎn)濾波器 9.4億只。建設(shè)期2年,達(dá)產(chǎn)后預(yù)計(jì)年均實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入 3.87億元,年均實(shí)現(xiàn)凈利潤(rùn) 5806萬(wàn)元。這一方案已于2016年12月得到批準(zhǔn),目前項(xiàng)目進(jìn)展順利。

投資策略

射頻前端芯片市場(chǎng)主要分為兩個(gè)方向:一是移動(dòng)終端市場(chǎng),盡管智能手機(jī)滲透率接近飽和,增長(zhǎng)率逐漸放緩,但5G的發(fā)展推動(dòng)單個(gè)移動(dòng)終端內(nèi)部射頻前端芯片的數(shù)量和價(jià)值持續(xù)提高,加之物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)借助5G落地,成為驅(qū)動(dòng)射頻前端芯片市場(chǎng)發(fā)展的另一引擎。預(yù)計(jì)至2019年,市場(chǎng)總規(guī)模將超過(guò)200億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)15%;二是以基站為代表的通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)市場(chǎng),相比終端市場(chǎng),此領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模較小,2015年約6億美元,但5G核心技術(shù)Massive MIMO、微基站、毫米波將會(huì)首先在這一市場(chǎng)得到應(yīng)用,預(yù)計(jì)先于終端市場(chǎng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段,率先收益。

重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)創(chuàng)新主要有兩方面:設(shè)計(jì)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注BAW濾波器和毫米波功率放大器。5G標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)推動(dòng)更多高頻率頻譜資源的應(yīng)用,并使用更多數(shù)量的載波聚合。因此具備更好高頻性能和帶外抑制性能的BAW濾波器替代傳統(tǒng)SAW濾波器將成為大勢(shì)所趨。毫米波的應(yīng)用則會(huì)使通信頻譜帶寬有10倍至20倍的提升,是實(shí)現(xiàn)5G最高數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到20Gbps的重要技術(shù)手段。

工藝領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注GaN(氮化鎵)。GaN具有更強(qiáng)的耐壓能力、更高的能量密度、更好的散熱特性、可以工作在更高的頻率,在3.5GHz至6GHz以及毫米波頻段,均具備明顯優(yōu)勢(shì)。在基站射頻前端市場(chǎng)上,GaN工藝取代LDMOS已成定局,隨著低電壓GaN工藝的技術(shù)突破,在終端上的全面應(yīng)用同樣指日可待。此外,GaN工藝在軍事雷達(dá)、汽車(chē)電子方面都有廣泛的應(yīng)用,戰(zhàn)略意義巨大。

主要的投資邏輯有兩點(diǎn)。首先,沿梳理好的全球射頻前端芯片產(chǎn)業(yè)鏈,把握基本面業(yè)績(jī)兌現(xiàn)時(shí)點(diǎn)。

芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域:海外標(biāo)的三大終端IDM廠商Qorvo(NASDAQ:QRVO)、Skyworks(NASDAQ:SWKS)和Broadcom(NASDAQ:AVGO),尤其是產(chǎn)品線布局最為完整的Qorvo,另外建議關(guān)注Qualcomm(NASDAQ:QCOM)和TDK合資公司的射頻前端產(chǎn)品研發(fā)情況。國(guó)內(nèi)標(biāo)的方面,未上市公司紫光展銳、唯捷創(chuàng)芯(Vanchip),上市公司建議關(guān)注投資蘇州宜確的長(zhǎng)盈精密。

晶圓制造領(lǐng)域:海外標(biāo)的占據(jù)全球排名前兩位的穩(wěn)懋(3105.TWO)、宏捷科(8086.TWO),國(guó)內(nèi)標(biāo)的三安光電(600703),建議關(guān)注海特高新(002023)的GaAs晶圓產(chǎn)線進(jìn)展。

芯片封裝領(lǐng)域:海外標(biāo)的建議關(guān)注菱生(2369.TW)和同欣電(6271.TW),國(guó)內(nèi)標(biāo)的長(zhǎng)電科技(600584)。

芯片測(cè)試領(lǐng)域:海外標(biāo)的建議關(guān)注全智科(3559.TW)、硅格(6527.TW)和京元電(2449.TW),國(guó)內(nèi)標(biāo)的大港股份(002077)。

外延片領(lǐng)域:海外標(biāo)的建議關(guān)注IQE(IQE.L)、全新(2455.TW)和F-IET(英特磊,4971.TWO)。

基站功率放大器領(lǐng)域:海外標(biāo)的建議關(guān)注NXP(NASDAQ:NXPI)和Infineon(IFX.F)。

濾波器領(lǐng)域:麥捷科技(300319)

其次,關(guān)注在行業(yè)升級(jí)大趨勢(shì)下企業(yè)并購(gòu)、合作帶來(lái)的機(jī)會(huì)。擴(kuò)展為三點(diǎn)來(lái)看:(1)行業(yè)巨頭通過(guò)并購(gòu)、合作完善產(chǎn)品線,為5G到來(lái)做好準(zhǔn)備。代表性事件有RFMD和TriQuint合并成為Qorvo、NXP收購(gòu)Freescale。(2)新玩家進(jìn)入,手機(jī)處理器方案廠商橫向拓展切入射頻前端芯片市場(chǎng)。代表性事件有MediaTek全資收購(gòu)絡(luò)達(dá)科技,高通與TDK成立合資公司。(3)中國(guó)大陸大規(guī)模投資發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)鏈,緊盯先進(jìn)技術(shù)、業(yè)務(wù)的并購(gòu)機(jī)會(huì)。代表性事件有三安光電與GCS設(shè)立合資公司,北京建廣資產(chǎn)管理公司收購(gòu)NXP RF Power部門(mén)。

我們預(yù)計(jì)未來(lái)射頻前端芯片行業(yè)的整合仍將繼續(xù),建議重點(diǎn)關(guān)注在GaN工藝、BAW濾波器、毫米波射頻前端芯片等前沿創(chuàng)新領(lǐng)域的并購(gòu)機(jī)會(huì)。

來(lái)源:微波射頻網(wǎng)

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