(报告监制/作者:招商证券,范艳)
1.射频前端是手机无线通信模块的核心部件。1.射频前端是无线通信的核心硬件之一,手机是其主要市场。射频前端(RFFE)是无线通信模块的核心部件。
无线通信模块主要包括天线、射频前端和主芯片。
用于信号发射和信号接收过程中二进制信号与无线电磁波信号之间的相互转换:二进制信号在信号传输过程中转换为高频无线电磁波信号;在接收信号的过程中,接收到的电磁波信号被转换为二进制数字信号。
从下游来看,民用射频前端的下游主要是移动终端(主要是手机)和通信基站,其中手机是主要的下游市场。根据Yole的预测,2020年手机射频前端市场规模约为185亿美元。
2020年通信基站射频前端市场规模约为27亿美元。随着4G/5G在手机中的渗透率不断提高,2020-2025年手机射频前端市场规模将增长至258亿美元。
通信基站射频前端的市场规模主要与运营商的资本支出有关。2020年基站射频前端市场规模约为27亿美元。预计在这一轮5G基建中,
基站射频前端市场将在2023年达到42亿美元的峰值,然后在2025年逐渐回落至36亿美元。
无线通信技术的升级带动了射频前端的需求,5G和WiFi6是近年来的主要增长点。无线通信传输包括许多技术,根据传输距离可分为短程和远程无线通信技术。
手机支持的近场通信技术包括WiFi、蓝牙、GPS、NFC/RFID、UWB、Zigbee等。长距离无线通信技术包括2G、3G、4G和5G等蜂窝移动通信技术。
蜂窝(2G~5G)和WiFi在射频前端价值中占比很高。从内部结构来看,蜂窝无线通信(4G/5G)的射频前端电路要比WiFi复杂得多。
根据Yole对蜂窝、WiFi和GNSS对应的射频前端市场空间的统计,2020年蜂窝移动通信(2G~5G)射频前端的市场空间占比为84%。
2025年将进一步上升至85%;2020年WiFi射频前端市场份额为14%,2025年将降至13%;GNSS(全球导航卫星系统)射频前端的市场空间仅占1~2%。
射频前端对手机的无线通信性能至关重要。射频前端决定了移动终端能够支持的通信模式、接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标,直接影响最终用户体验。除了通信系统以外,
手持设备中的无线连接系统(WiFi、GPS、蓝牙、FM和NFC等)。)对射频前端芯片也有强劲需求。不同通信系统对应的射频前端相互独立,5G射频前端是一个新的市场。
信号传输分为三条路径:接收、发射和分集接收。蜂窝移动通信(3G/4G/5G)、WiFi、蓝牙和GPS都有独立的无线通信模块和信号传输路径。也就是说,
5G和WiFi的射频前端和天线不能共用,是两个独立的市场。其次,4G和5G之间还有独立的射频前端和天线,未来很长一段时间内5G手机都将兼容4G。
因此,5G射频前端和天线是一个独立的新市场。主集传输路径TX:用于向外发送手机信号,信号传输路径为“主芯片射频前端天线”;主机接收路径RX:用于将外部信号接收到手机中,
信号传输路径为“天线射频前端主芯片”;分集接收路径DRX:本质上也是一条接收路径,用于辅助主机RX接收信号。
2.射频前端包括四类器件:滤波器、功率放大器、开关和低噪声放大器。从上游到下游,射频前端产业链依次为:原材料、射频前端分立器件、射频前端模组和移动通信设备。射频前端模块一般外包给SiP封装厂商进行封装。
射频前端主要由四种器件组成:滤波器、功率放大器(PA)、射频开关/调谐器和低噪声放大器(LNA)。滤波器(包括双工器、三工器等)。):在发送和接收信道中都有应用。
它用于滤除特定频率的信号,以获得特定频率的功率信号或去除特定频率的功率信号。双工器由两个不同频率的带阻滤波器组成。由于频分复用(FDD),接收和发送信道将同时工作。
双工器用于防止接收信号受到发射信号的干扰。随着下行链路载波聚合需求的增加(三载波、四载波甚至五载波聚合),对三路复用器和四路复用器等复用器的需求逐渐增加。功率放大器:用于传输信道。
用于放大射频信号;开关(包括开关和调谐器):导电开关用于实现电路的切换功能,包括接收电路和发射电路之间的切换、不同频段之间的切换等。
天线调谐器主要由开关和无源元件组成,也称为天线调谐开关,用于提高天线效率。低噪声放大器:是一种噪声系数较弱的放大器,应用于接收通道中,用于放大接收通道中的小信号。
滤波器和功率放大器的价值占比很高。滤波器和功率放大器是射频前端的两大核心部件。滤波器和功率放大器分别占射频前端总市场的47%和32%,而射频开关和低噪声放大器分别占13%和8%。
3.结合设计和工艺壁垒,滤波器和PA技术难度较高的海外龙头公司主要采用IDM模式,而国内企业早期主要采用Fabless模式。射频前端器件采用特殊制造工艺,
例如化合物半导体、SOI、表面声波、体声波等。海外领导者历史悠久,主要采用IDM模式(事实上,SOI和GaAs也开始转向外包)来实现设计和制造的紧密结合。
然而,国内制造商成立时间较短,不具备建设生产线的实力。早期主要采用Fabless代工模式。国内部分厂商在积累了一定的资本实力后,开始自建生产线,走向IDM或虚拟IDM模式。
国内厂商与海外龙头的差距体现在两个方面:1)设计壁垒:广义而言,射频前端属于模拟器件,在设计过程中涉及大量专有技术,不同频段的产品需要大量时间进行开发和调试。
同时,射频前端产品种类繁多,不同器件之间存在较大差异。例如,滤波器分为声表面波滤波器、BAW滤波器、LTCC滤波器,PA工艺分为CMOS和GaAs,开关分为SOI和SiGe。
种类繁多,为国内厂商形成完整产品带来较高壁垒。2)工艺壁垒:一方面,射频前端器件的性能需要与设计和工艺紧密结合,工程师对工艺的深刻理解对产品质量至关重要。另一方面,过滤器采用特殊工艺,
下游产业不成熟;PA和开关采用化合物半导体和SOI技术。下游产业虽然成熟,但产能有限,特殊时期可能面临产能不足的问题。工艺壁垒的大小与相应OEM工艺的成熟度有关。
对于PA、switch和LNA,主流采用化合物半导体和SOI技术,并且代工技术非常成熟,因此Fabless代工模式可以很好地运行。
只要我们与下游代工厂保持良好的关系,以维持特殊时期的产能供应。然而,对于滤波器,高端滤波器主要采用声表面波和BAW特殊工艺。由于过滤龙头有自己的生产线,市场上没有优秀的代工厂。
所以IDM模式或虚拟IDM模式是目前高端滤波器的必经之路。一般来说,难度从大到小依次是:声表面波/BAW滤波器、功率放大器、开关/LNA。
二是5G和WiFi6带动的手机射频前端量价齐升,模块化趋势持续演进。近年来,5G和WiFi6成为手机射频前端市场增长的驱动力。
根据Yole对2020-2025年全球不同通信制式对应的手机射频前端市场规模的预测,5G(Sub 6 GHz)和5G毫米波射频前端市场规模的复合增长率分别为41%和48%。
WiFi6连接芯片市场规模复合增长率达到13%。那么5G和WiFi6带来的“新频段和新技术”如何推动射频前端市场的增长呢?这是本章的重点。
1.CECULLAR: 5 G推动射频前端量价齐升。
5G手机的射频前端ASP将至少增长40%(1)从2020年到2025年,sub-6GHz和毫米波的渗透率将继续增加。5G分为Sub 6 GHz(FR1)和毫米波(FR2)。在大量数据传输需求下,
5G具有低时延、高速率、低功耗和超大容量的特点,已成为新一代蜂窝通信技术。3GPP根据频率将5G定义为Sub 6 GHz(FR1)和毫米波(FR2)。由于毫米波的高频率和短波长,
相比之下,信号分辨率、传输安全性和传输速率更好,更宽的带宽可以避免低频段的拥塞;但是毫米波传输损耗大,距离短,基建成本高。Sub 6GHz的基础设施投资比毫米波少得多。
5G设备可以部署在原有的4G基站上,同时,Sub 6GHz在速度、延迟等指标上可以满足当前大多数应用。Sub 6GHz是商用主流频段,毫米波应用于特定环境。
Sub 6GHz 目前是全球大部分地区(包括中国、欧洲等地区) 的主流商用频段。美国由于Sub 6GHz 频段已经被卫星公司占用,前期一直坚持布局毫米波,但由于毫米波建设难度大、传输距离短,
美国的5G 基础建设一直落后于中国等布局Sub 6GHz 的国家和地区,于是美国在2020 年宣布收回卫星公司使用的3.7GHz-4.2GHz 频谱,用于5G 网络建设。
美国选择回归Sub 6GHz 意味着Sub 6GHz 正式成为国际主流的5G 商用频段,而毫米波频段将主要应用于体育场馆、会议中心、地铁站等人流量大、对信号传输速率要求高的地区。
2019~2025 年,5G 智能手机渗透率持续提升。2019 年是5G 手机商用元年,根据IDC 预测,2020 年全球5G 智能手机销量达到2.4 亿部,
5G 渗透率达到18%;随着2021 年疫情逐渐恢复、5G 硬件成本价格降低,预计2021 年全球5G 智能手机销量达到5.5 亿,
渗透率超过40%;到2025 年5G 智能手机渗透率将达到69%。从2020~2025 年, 预计全球智能机出货量复合增速为3.3%,而5G 智能机出货量复合增速高达34.3%。
受限于基建成本,毫米波渗透率提升较慢。目前主要是美国地区销售手机开始逐步采用毫米波,少部分日韩地区手机也会支持毫米波,预计2021 年全球支持毫米波的智能手机销量为2300 万台,
到2025 年增长到7900 万台。(2)Sub 6GHz 射频前端:“新频段+新技术”驱动射频前端量价齐升为了实现5G“高速率、大容量、低延时”,
四大技术助力——新增频段高频化、多天线(MIMO)、载波聚合(CA)、高阶调制,本章节将详细分析这些新技术对射频前端用量、性能的影响。
1)新增频段及高频化:驱动射频前端器件用量增长、性能提升5G 全球新增授权频段数量多达50+,传输带宽相对4G 变宽。5G 手机最直观的变化是支持新的频段,且频率更高、 传输带宽更宽,
从而提升数据传输速率。全球已授权的频段数量从4G 时期的40+增长到90+,根据射频器件巨头Skyworks 测算,到2020 年5G 授权频段数量新增到50 个左右,
全球2G/3G/4G/5G 网络合计支持的频段达到90 个以上。4G 频段带宽为40-60MHz,5G 频段提升到100-200MHz,
5G 传输带宽从4G 的300MHz 提升到900MHz、 最高达到1000MHz。国内5G 手机至少新增2 个5G NR 频段。
5G 频段分为毫米波(mmWave)、超高频(UHB)、高频(HB)、低频(LB),其中高频(HB)和低频(LB)的频率在3GHz 以下,与原有的3G/4G 频段接近。
超高频是指3GHz~6GHz 之间的频段——n77、n78、n79。 n77、n78 是国际上最成熟的主流频段,
中国三大运营商5G 核心频段为n41、 n78、n79 三个频段——n41 和n79 为中国移动频段,n78 为中国电信和联通频段。由于现在国内销售的大多数是全网通手机,
所以至少支持2 个5G NR 频段——N41 和N77/N78,高端机还会支持N79。
不同价位的5G 手机新增频段数量不同,除了支持必备的3 个频段,中高端机也会支持其他5G NR 频段。高端机支持的5G 频段数量多,
比如iPhone 12(A2408)支持17 个5G NR 频段,华为Mate 40 5G 版支持9 个5G NR 频段;而低端机支持频段数量较少,
售价1399 元的Realme Note 10 版仅支持3 个5G NR 频段——N1/N41/N78。更高的频率、更宽的带宽提升射频前端性能要求。为了提升传输速率,
5G 传输带宽从4G 的300MHz 提升到900MHz,因此5G 滤波器、PA 需要支持更宽的带宽,LNA 需要更高的信噪比。
2)多天线(MIMO):驱动接收器件及Tuner 用量增长4*4 MIMO 将在5G UHB(高频段,N77/N78/N79)普及。
MIMO 指的是多输入多输出(Multiple Input Multiple Output)技术,可以大幅提高信道容量,提高频谱应用效率。4G LTE 主要应用2*2 MIMO,
即基站侧有两根天线, 手机侧也有两根下行天线;而5G 高频段4*4MIMO 成为标配,即基站侧有四根天线,手机侧也有四根下行天线。5G UHB 频段应用了4*4MIMO 技术,
与4G 频段相比RX 通路数量翻倍。4G 及3GHz 以下的5G 频段大多数采用2*2MIMO,
采用1 发射2 接收架构(1T2R),每个频段拥有两条接收通路(其中1 条为分集接收通路);5G UHB 采用4*4MIMO,
采用1 发射4 接收(1T4R)或者2 发射4 接收(2T4R),每个频段拥有四条接收通路(其中2~3 条为分集接收通路),与4G 频段相比RX 通路数量翻倍,相应的射频前端增量翻倍。
4*4MIMO 增加了天线用量,天线调谐开关(Tuner)用量快速提升。5G 天线变小叠加全面屏的影响,天线的效率和带宽有所降低。因此5G 手机需要天线调谐器对天线进行调谐,
使天线在多个频段内高效率工作。因此随着5G 渗透率提升,天线调谐开关(Tuner)市场规模快速增长。
3)载波聚合(CA):驱动滤波器及Tuner 用量及性能提升载波聚合(Carrier Aggregation,CA)是为了实现更高传输带宽,从而提升传输速率。
载波聚合术可以将25 个成员载波(Component Carrier,CC)聚合在一起,实现更高的传输带宽,提升传输速率。载波聚合最早在LTE-A 时代诞生,
为了满足LTE-A 下行1Gbps、上行500Mbps 的峰值速率要求,需要有100MHz 传输带宽,而这么宽的连续频谱很稀缺,于是提出了将多个载波单元聚合的技术,
最多可以将5 个20MHz 带宽的4G 频段聚合在一起形成100MHz 传输带宽,5 载波也叫5CC。5G 时代载波聚合技术进一步深化,最高支持16CC,
载波聚合数量从5~10 个提升到200 个。LTE-A Pro 将5CC提升到了32CC,最高传输带宽提升到了640MHz。5G 本身频段更宽,
Sub 6GHz 和毫米波频段分别为100MHz 和400MHz,且5G 最高支持16CC,如果将16 个Sub 6GHz 频段聚合,
则最大可支持1.6GHz 传输带宽;如果将16个毫米波频段聚合,可支持6.4GHz 传输带宽。载波集合技术提升使滤波器(多工器)、天线开关的需求量及性能要求提升。
实现载波聚合需要多个频段同时通信, 射频前端需要支持天线和收发器之间的多条发射/接收路径,这些路径的隔离需要多路复用滤波器或者物理分离天线,
物理分离天线驱动射频开关(包含Tuner 和Switch)数量增长,同时载波聚合机型需要复杂的滤波器如及联同向双工器、三工器、四工器甚至更高的多工器。同时这些滤波器需要具备低插入损耗,
从而使发射端功耗降低并且提升接收灵敏度。
4)高阶调制:驱动射频前端器件性能提升更高的调制阶数可以提升频谱利用效率、提升传输速率,5G 将从4G LTE 的64QAM 提升到256QAM。通信信号的传输是调制、传输、解调的过程,
QAM(Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度调制)是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式,QAM 利用正弦波与余弦波的正交性,可以同时调制两路信号,
提高了调制效率。 根据QAM 的幅度变化等级分为4QAM、16QAM、64QAM、256QAM 以及1024QAM 等,代表一个调制符号分别可以传送2、4、6、8、10 比特的信息,
16QAM 及以上常称为高阶调制。调整阶数越高,对射频器件的性能要求越高。当调制阶数变高,不同信号点的幅度变化越小,为了准确识别不同的信号点,PA 和LNA 需要有更高的线性度,
滤波器需要有更高的信噪比,开关需要有更高的隔离度。在保持高性能的同时,射频前端器件还需要维持较低功耗,对射频前端设计提出了更高的要求。(3)毫米波射频前端:采用AiP 封装工艺,
与天线高度集成由于高传输损耗,毫米波手机天线数量大幅增加,将采用阵列天线。随着频率的上升,毫米波段单个天线的尺寸可缩短至毫米级别,由于毫米波的自由空间路损更大,气衰、雨衰等特性都不如低频段,
毫米波的覆盖将受到严重的影响,终端侧大规模天线阵列将会是毫米波得以商用的关键因素之一。毫米波终端的天线数可达到16 根甚至更多, 所有的天线将集成为一个毫米波天线模组。
终端侧使用大规模天线阵列可获得更多的分集增益,提高毫米波终端的接收和发射性能,能够在一定程度弥补毫米波覆盖不足的缺点。封装天线(Antenna in Package,AiP)是基于封装材料与工艺,
将天线与芯片(主要是前端芯片)集成在模块内, 实现系统级无线功能的一门技术。AiP 技术顺应了硅基半导体工艺集成度提高的潮流,为系统级无线芯片提供了良好的天线与封装解决方案。
AiP 技术很好地兼顾了天线性能、成本及体积,与传统分立式天线架构比较,AiP 具有电路排布面积小的优势,另外,天线到RF 端口传输路径短,减少信号传输损耗,
有助于提升发射端效能及改善接收端的信号质量,亦能有效降低组装成本与加速产品上市时间。 几乎所有的60GHz 无线通信和手势雷达芯片都采用了AiP 技术,
毫米波AiP 模组内部集成了阵列天线、射频前端、 射频收发器及电源管理芯片(PMIC),几乎涵盖了除基带芯片外所有的通信元件。
如三星Galaxy Note 20(售价5299 起)、华为P40(售价4988 起)、OPPO Reno 5(售价2999 起)、小米10(售价3399 起)等;预计2021 年WiFi6 将在安卓机型中进一步下沉到中端机,
WiFi 射频前端以PA 为核心器件。根据Skyworks、Qorvo 等厂商产品列表,Wi-Fi 射频前端模组集成了PA、 LNA、 开关以及控制芯片,其中PA 是价值量占比最高的器件。
WiFi 射频前端的性能优化的重点在于PA。评价PA 性能主要是输出功率、线性度、功耗三个指标,让PA 在低功耗的同时拥有更高的线性度和输出功率,线性度对吞吐率有决定性影响,
线性输出功率影响设备的信号传输距离及覆盖率。目前WiFi PA 和4G/5G PA 一样以GaAs 作为主流工艺,部分厂商采用SiGe 工艺。
(2)路由器WiFi:2020~2025 年射频前端市场规模从7 亿美元提升至18 亿美元由于MU-MIMO 技术的采用,
WiFi6 最高支持的通道数量从WiFi5 的8 通道提升到12 通道,驱动路由器WiFi FEM 平均用量从4 颗提升到6 颗。
WiFi5 只支持下行MU-MIMO 且最高支持8*8MIMO,而WiFi6 上行及下行都应用了MU-MIMO 技术,最高支持12*12MIMO。
根据国内WiFi FEM 龙头康希通信官网,高端WiFi6 系统设备一般采用4x4+4x4(5GHz 和2.4GHz 都采用4*4MIMO),
Quantenna 方案采用8x8+4x4(5GHz 采用8*8MIMO,2.4GHz 采用4*4MIMO)多达12 通道的配置方案。上行及下行通道数量越多,
意味着WiFi 射频前端用量越多。根据产业链调研,WiFi5 路由器一般使用4 颗左右WiFi FEM,WiFi6 路由器平均采用6 颗WiFi FEM。
WiFi6 FEM 性能相比上代大幅提升,带动单价增长。由于WiFi6 的MU-MIMO 技术的应用,PA 的线性度与功耗成为了系统设计最大难点,
也直接影响着系统的散热成本、尺寸大小、关键性能参数及系统稳定性。根据立积2020 年法说会,WiFi4/5/6 FEM 的单价不断提升,分别为0.25/0.38/0.45 美元。
综合用量及单价增长,WiFi6 射频前端ASP 高于WiFi5 约50~60%,WiFi6E 高于WiFi6 约50~60%。
WiFi 技术升级驱动全球路由器WiFi FEM 市场不断增长,预计从2020 年8 亿美元提升到2025 年18 亿美元, CAGR +17.6%。
预计2020 年全球路由器WiFi FEM 销量约为21 亿颗,其中WiFi6 FEM 为3 亿颗;未来5 年WiFi6 用量将快速提升,
预计将从2020 年3 亿颗增长到2025 年28 亿颗,WiFi6E/7 有望提升到8 亿颗,2025 年全球WiFi FEM 数量将从2020 年21 亿颗提升到40 亿颗。
保守假设2025 年WiFi FEM 平均单价增长20%,从0.38 美元提升到0.46 美元,则全球路由器WiFi FEM 市场规模将从2020 年8 亿美元提升到18 亿美元,
CAGR +17.6%。(3)手机WiFi:2020~2025 年连接芯片市场规模从25 亿美元提升至34 亿美元WiFi6 驱动手机射频前端用量增长,
同时对模组化程度、PA 性能提出更高的要求。大部分中低端手机并不具备独立的WiFi FEM,而是将WiFi 射频前端器件集成在主芯片中。高端手机会采用独立的WiFi FEM 以获得更好的性能。
随着WiFi6 的逐渐普及,采用WiFi FEM 的手机比例提升,同时WiFi FEM 的单机用量、单价也将增长。WiFi4:WiFi4 对PA 性能要求较低,
因此大部分手机WiFi PA 主要采用CMOS 工艺,且WiFi 射频前端系统可以与主芯片一起集成在手机主芯片中;WiFi5:对PA 等器件的输出功率、线性度、功耗要求提升,
高端手机WiFi 射频模组开始从SOC 中独立出来, 采用2~4 颗WiFi FEM,PA 开始采用GaAs 或SiGe 工艺,
LNA 和Switch 采用SOI 工艺;WiFi6:采用WiFi FEM 的手机占比进一步提升,对PA 等器件的性能提出更高的要求。
2020 年全球手机侧WiFi FEM 的市场规模约6~7 亿美元,与路由器侧市场规模接近。第三方机构往往将WiFi SOC 及射频前端市场空间共同作为“连接芯片”,一起测算市场规模。
根据Yole Development 预测,WiFi 连接芯片将从2020 年25.4 亿美元增长到2025 年34.2 亿美元,CAGR +6.1%。
预计WiFi6 射频前端市场将从2020 年13.0 亿美元增长到2025 年23.7 亿美元,复合增速为12.8%。同时WiFi5 射频前端略有下滑,
将从11.3 亿美元下滑到9.0 亿美元,复合增速为-4.4%。WiFi4 射频前端市场占比很小,规模略增。综合来看,
整体市场从2020 年25.4 亿增长到2025 年34.2 亿美元,复合增长6.1%。
3、模块化趋势不断深化,5G 驱动模组及分立市场同步增长随着通信技术升级,模块化是必然趋势。其一,射频器件数量成倍增长,而PCB 板面积有限;其二,
模块化可以简化手机厂商设计难度、降低研发周期。 从3G 到5G,模组的集成度不断提升,难度越来越大。低端模组(如低端PA 模组)竞争激烈、价值量低、盈利能力差;高集成度的高端模组盈利能力强,
价值量高、被海外巨头所垄断:3G:开始应用多频多模PA 模组,将多个PA 集成到一个模组中; 4G 和5G(Sub 6GHz):模块化程度进一步提升,高端机的主集采用PAMID 模组+LNA,
或者FEMID 模组+PA+LNA 的形式;4G 分集接收端采用DiFEM+LNA Bank 的形式,
5G 分集接收端采用LFEM;毫米波:开始使用AiP 模组(集成相控阵天线和射频前端芯片),目前由基带厂高通占据领先地位。手机厂商面临成本和性能之间的平衡,模块化程度与机型定价相关,
中高端手机以模组形式为主,而低端手机仍然会以分立器件为主。高端旗舰机支持全球频段,模块化程度高(PAMiD 或者FEMiD + MMMB PA);而中低端机为了优化成本通常采用区域性机型,
模块化程度较低。分品牌来看,品牌定位越高端,集成度越高,iPhone 的射频前端集成度高于安卓机;安卓机里,三星的集成度高于华为等国产机。
三、滤波器是高端模组核心壁垒,5G 模组难度有所下滑针对不同的频段和制式,射频前端可以分为3G/4G、5G(Sub 6GHz)、5G 毫米波三块市场,其中3G/4G 是存量市场,
5G 时代新增了5G(Sub 6GHz)、毫米波两块新的射频前端市场。这三类市场的技术难度、竞争格局区别较大,针对5G 带来的冲击,未来这三类市场的竞争格局将会如何演变?本章将详细讨论这个问题。
1、滤波器是高端模组的核心壁垒主集模组的难度和价值量一般高于分集接收端模组。接收模组不含PA、且对滤波器的性能要求低于发射端,所以难度相对较低。而主集模组同时含有收发通路,
集成高端滤波器(或双工器、多工器)、PA 等器件,难度极高。国际厂商在发射模组方面持续推进高性能高集成度的FEMiD 和PAMiD 等方案,已成为射频前端最高难度也是最高价值的金字塔尖领域。
主集模组市场规模比分集接收端模组高很多,2018 年主集模组全球市场规模为59 亿美元,接收端模组为26 亿美元。不管是分集接收模组还是主集模组,滤波器都是高端模组最核心、难度最大的器件,
下文将详细分析不同类型模组的难点: 分集接收模组:按照技术难度从低到高,分集接收模组分为三个等级,其中5G LFEM 以SOI 工艺的Switch、LNA 为核心,
难度相对最低;第二、三级模组以滤波器技术主导,难度相对较高。主集模组:按照技术难度从低到高分为五个等级,低难度模组(1 级)以PA 为核心,高难度模组(2~5 级)以滤波器为核心。
第一级(5G PAMiF):主要由PA 与LC 型滤波器(IPD 或LTCC 滤波器)构成,应用在3GHz~6GHz 的新增5G 频段。此类模组对PA 性能要求高,但由于频谱附近干扰少,
对滤波器性能要求低,采用简单的IPD 或LTCC 滤波器即可。技术和成本均由PA 主导。
第二、三级(4G/5G LB - FEMiD 或PAMiD):LB 指的是1GHz 以下的4G/5G 频段,
第三级的PAMiD 需集成高性能PA、低频SAW/TC-SAW 滤波器(或双工器)。第二级FEMiD 的区别在于不含PA,部分中高端机采用FEMID+PA 模组来取代PAMID。
这类模组需要比较强SAW 滤波器能力,另外PAMiD 还集成了高性能4G/5G PA。
第四、五级(4G/5G MHB - FEMiD 或PAMiD):MHB 频率范围是1.5GHz~3.0GHz,频段非常拥挤,需要用到高性能的BAW 滤波器。
该频率范围内的PA 技术相对比较成熟,核心的挑战来自于滤波器。 根据以上分析可知,高端模组最核心的壁垒是高端滤波器。2、5G 模组难度相比4G 下滑,
毫米波模组巨大变革(1)3G/4G/5G(3GHz 以下):中高端模组需集成高端滤波器,技术壁垒高虽然未来几年射频前端的增量在于5G 频段,但3G/4G 射频前端依然占比最大。
5G 手机需要向下兼容3G/4G 频段, 3G/4G 频段数量比5G 更多,并且4G 滤波器的技术难度很大,
因此2025 年2G/3G/4G 频段的射频前端仍然占手机射频前端总市场规模的52%。
3G/4G、3GHz 以下5G 频段采用SAW 和BAW 滤波器,工艺壁垒极高。SAW 滤波器主要被日本IDM 龙头垄断, CR3 高达82%,主要为日本村田、TDK、太阳诱电。
BAW 滤波器主要被IDM 厂商Broadcom 和Qorvo 垄断,其中Broadcom 的份额超过80%。SAW 滤波器和BAW 滤波器采用特殊工艺,代工厂缺乏研发产线的动力,
自建产线、 或者采取虚拟IDM 模式是目前生产高端滤波器的必经之路。3G/4G 模组竞争格局:3G/4G 接收端模组以SAW 滤波器为核心,因此竞争格局与SAW 滤波器行业接近。
4G 接收模组以DiFEM 模组为典型,内部集成了SAW 滤波器、开关、LNA,不含BAW 滤波器与PA。在竞争格局上,村田凭借杰出的SAW 滤波器能力,
占据43%市场份额(2018 年),Skyworks 也具备较强的SAW 滤波器生产能力,占据29% 市场份额(2018 年)。国内厂商的SAW 滤波器生产能力较弱,目前在接收模组市场份额低。
3G/4G 发射端模组需融合高端SAW/BAW 滤波器和PA,美系三巨头垄断。4G 发射模组的壁垒很高,需要厂商具备完整产品线,尤其是完备的滤波器和PA 能力。
日本厂商Murata 的PA 能力较弱,因为在发射端市场份额较低,仅占据17%份额(2018 年),且以低频模组为主。
发射端模组主要被美国三大巨头Skyworks、Qorvo、 Broadcom 占据,份额分别为39%、32%、17%(2018 年)。
(2)5G(3~6GHz):发射、接收模组难度皆降低5G 主流频段处于3~6GHz 之间,主要采用LTCC/IPD 滤波器,难度相比SAW/BAW 滤波器大幅降低。
5G 主流频段N77、N78、N79 是典型的高频、宽频带,适用LTCC/IPD 滤波器,国内有几十家厂商具备生产能力,例如麦捷科技、顺络电子等。滤波器是射频前端模组的关键器件,
SAW、BAW 滤波器构成4G 模组壁垒,5G 滤波器难度降低,其他器件的工艺技术与4G 几乎相同。4G 频段使用的滤波器壁垒极高,主要使用SAW 滤波器、BAW 滤波器,
主流厂商采用IDM 模式封锁设计和工艺,因此技术难度很大,目前仅有Murata、Qorvo、Skyworks、Broadcom、RF360(高通)这少数几家海外厂商具备量产能力,
国内厂商和他们的技术差距很大。5G PA 与4G PA 一样采取GaAs 工艺,5G 与4G 开关/LNA 都以SOI 为主流工艺。主流5G 模组壁垒相对4G 降低,
国内厂商切入发射及接收模组,市场格局趋于分散:1)5G 主集收发模组(N77N79 PAMiF)以PA 为核心,PA 厂商逐渐切入:由于不再采用高难度的SAW、BAW 滤波器,
因此PA 厂商有机会切入5G 主集模组市场,例如:2020 年国内PA 龙头唯捷创芯推出5G LPAMiF 模块,第一代产品已经量产并实现销售,
第二代产品在研发设计阶段;慧智微的N77N79 主收发模组PAMiD 已量产,用在OPPO K7x 中; 卓胜微2021 年中报披露,
公司应用于5GNR 频段的主集发射端模组产品L-PAMiF,并已开始送样推广; 2020 年飞骧科技发布完整的5G 射频前端方案,
产品包含接收端模组LPAMiF、LFEM、以及主收发模组PAMiF; 芯朴科技具备N77N79 PAMiF 生产能力;
2)5G 分集接收模组(N77 N79 LFEM)以Switch、LNA 为核心,Switch/LNA 具备竞争力:由于不再采用SAW 滤波器,难度大幅降低。
国内很多厂商目前已具备5G 模组生产能力,例如卓胜微的5G 接收端模组LFEM 已经大规模量产,预计2021 年占据安卓主要品牌30%以上份额。
(3)毫米波:AiP 模组集成射频前端、天线、收发器等,基带厂商优势明显由于高传输损耗,毫米波手机采用封装天线(Antenna in Package,AIP)模组,
将天线与射频前端、收发器等射频器件集成在模块内,集成度大幅提升,对射频前端厂商的产品线齐全度提出更高的要求。 毫米波射频前端器件的主流制造工艺也将发生变化,
传统射频前端厂商积累的技术经验优势在毫米波模组中有所降低:滤波器:毫米波频段的频带很宽,不再需要采用高技术难度的SAW 和BAW 滤波器,仅需要采用技术难度较低的IPD、LTCC 滤波器。
; PA:低频段PA 主要采用第二代化合物半导体工艺,以GaAs 为主;而毫米波频段的PA 主流工艺未定,
第三代化合物半导体工艺InP 或SiGe、高级SOI 工艺都有厂商进行相应布局; LNA/开关:低频段主要采用SOI CMOS 工艺,预计毫米波依然延续SOI 工艺。
基带厂商在毫米波AiP 模组中具备优势。基带厂采取的战略是重点布局毫米波AiP 模组,
传统射频前端厂商如Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata 等主要聚焦Sub 6GHz 市场,目前还未发布毫米波AiP 模组。与传统射频前端厂商相比,
基带厂商在毫米波AiP 模块市场更具产品优势。其一,由于毫米波极易衰减,毫米波AiP 模组设计对厂商的综合射频设计能力提出了很高的要求,基带与AiP 模组在设计上的适配,
可以提升毫米波通信效率。其二,模组内部集成了收发器,收发器是基带厂商的优势产品,且收发器与基带紧密联系。其三,毫米波射频前端器件工艺变化较大,传统射频前端厂商积累的优势有所削弱。
四、美日五大巨头垄断,多因素驱动国产化浪潮1、海外巨头通过并购整合补齐产品线,形成垄断格局射频前端市场集中度高,美日龙头垄断。射频前端技术壁垒极高,
目前主要被美国四大巨头-Skyworks、Broadcom、 Qorvo、高通,日本厂商村田所垄断,2019 年CR5 高达79%。国内厂商主要生产低端分立器件,目前市场份额不足10%。
海外巨头为形成模组能力,2015-2016 年加速并购重组。2015-2016 年全球半导体行业出现并购潮,根据IC Insights 数据统计,
2015 年并购协议总金额达到1073.8 亿美元,2016 年并购协议总金额达到593.8 亿美元,而2010-2015 年合计并购金额只有126 亿美元。
1)传统射频前端龙头通过并购补齐了产品线: Qorvo:射频前端巨头RFMD 和TriQuint 合并成立Qorvo,前者擅长PA 研发,后者擅长SAW 和BAW 滤波器,
二者实现技术互补。 Murata:2015 年,Murata 收购Peregrine 半导体,前者擅长滤波器和射频模组,SAW 滤波器市占率超45以上,
连接模组市占率超60;后者擅长射频开关和SOI 技术,两者联合推出首个全集成射频前端方案。
Skyworks:2008、2009 年分别收购两家PA 厂商——Freescale 和SiGe, 2014 年公司与松下合资成立FilterCo,
布局BAW 滤波器业务;2016 年收购Panasonic 射频滤波器部门。Broadcom:2008 年Broadcom 收购了英飞凌的BAW 相关业务,
2013 年收购CMOS PA 厂商Javelin,2016 年收购通信芯片巨头Broadcom 并改名为Broadcom。
2)基带公司通过并购与合作拓展前端业务:高通、联发科、展讯等AP基带芯片公司纷纷布局射频前端。 高通:2014 年并购CMOS PA 厂商Black Sand,
2016 年与TDK 成立合资公司RF360 拓展射频前端产品。 联发科:2019 年增资当时大陆最大PA 公司唯捷创芯。 展讯:2016 年与射频前端公司锐迪科合并,并改名紫光展锐。
分立器件竞争激烈,模组厂商赢家通吃。从分立器件到射频前端模组,厂商越来越少。分立器件方面细分市场玩家众多且分散,
前端模组只有Broadcom、Qorvo、Skyworks、Murata、高通5 家实力雄厚的模组厂商,并且这几家厂商在分立器件领域也极具竞争力。经过并购整合,美日厂商形成寡头垄断,
合计占据射频前端近9 成市场份额:第一梯队:美系厂商Broadcom、 Qorvo、 Skyworks,中高端市场第二梯队:日系厂商Murata、 TDK、 Taiyo Yuden,
中端市场第三梯队:韩台陆厂,低端市场(1)QorvoSkyworks:短期“双寡头”格局稳固,长期蓄力拓展非手机业务1)Skyworks:发射端模组龙头,
向非手机领域拓展美国射频前端巨头Skyworks 成立于1962 年,2002 年上市,由于高通在3G 时代凭借CDMA 制式、SOC 能力逐渐垄断基带市场,
Skyworks 在2006 年正式退出基带市场,开始聚焦射频前端领域。Skyworks 凭借“内生+并购”形成完整产品线。
Skyworks 在2008、2009 年分别收购两家PA 厂商——Freescale 和SiGe,至此产品线已基本齐全,除了专利及工艺壁垒极高的BAW 滤波器,
在2019 年以前公司一直通过外购BAW 滤波器来生产模组产品。2014 年公司与松下合资成立FilterCo,布局BAW 滤波器业务,并在2016 年收购合资公司所有股权,
2019 年公司自产的BAW 滤波器正式量产,也宣告了Skyworks 正式覆盖射频前端全产品线。公司第一大客户为苹果,2019 年收入占比为51%;安卓客户中,三星为第二大客户,
2017 年收入占比为12%,华为曾为第三大客户,2017 年收入占比为10%,受中美贸易制裁影响,公司华为业务大幅下滑。 公司为发射端模组龙头,核心产品有PAMiD、FEMiD 等。
由于具备齐全产品线,公司具备高端发射端模组的生产能力,与同行相比Skyworks 产品的覆盖面最广,不仅覆盖苹果及安卓主要客户,而且具备高中低端产品梯队,
2018 年公司占据全球发射端模组39%份额,排名全球第一。公司业绩显著受通讯技术迭代周期影响。2011~2018 财年智能手机出货量快速提升、4G 快速渗透,
Skyworks 绑定苹果、三星、华为等手机大客户实现了业绩高速发展,收入复合增速16%。2018 年中美贸易战爆发,射频前端芯片进入限制清单,同时手机销量进入瓶颈,导致公司连续两年营收下滑。
2021 年随着疫情恢复、5G 渗透率提升,公司重新进入快速成长轨道,FY2021Q3(对应日历2020Q4~2021Q2)公司实现收入245.8 亿人民币,
同比增长58.3%;净利润75.8 亿元,同比增长106.4%。
万物互联,向汽车、物联网、基站等非手机领域拓展。随着手机销量接近天花板,Skyworks 这几年往基站、物联网、 汽车等非移动业务拓展。
公司业务分为手机业务(Mobile)和非手机业务(Board Markets),其中非手机业务收入占比从2011 年20%提升到2019 年34%。
2021 年4 月公司宣布以27.5 亿美元价格收购Silicon Labs 的基础设施和汽车(Infrastructure Automotive,简称IA)相关业务,
成为Skyworks 最大金额收购,公司通过本次收购拓展汽车芯片业务,为车联网市场做好前瞻布局。2)Qorvo:TriQuint 与RFMD 强强联合,
塑造齐全产品线与Skyworks 的多次并购相比,Qorvo 从诞生起就拥有了齐全且性能卓越的产品线, 2014 年Qorvo 由射频行业两大龙头RFMD 和TriQuint 而成,
前者擅长PA 和天线开关,后者擅长SAW 和BAW 滤波器,二者实现技术互补;前者主要下游是手机,后者主要是通信、国防、航空航天应用,二者实现下游应用互补。
由于两家公司在产品技术方面几乎没有重叠且运营方式接近,新公司整合资源和技术,是移动、基础设施、国防领域射频方案的全球领导者。
两家公司合并后的Qorvo 完成了天线、功率放大器、SAW/BAW 滤波器和射频开关的全线布局,并拥有数个GaAs 以及GaN 晶圆厂。
公司业务分为两部分:移动业务、基础设施和国防业务(IPD),其中2021 财年移动业务占收入比例为71%(2021 财年指日历年2020Q2~2021Q1),
公司近几年来很重视非移动业务的布局,下游主要包括5G 基站、国防有源相控阵、汽车和物联网。受中美关系影响,2019 年公司来自中国大陆地区的收入占比大幅降低。
中国大陆地区收入占比由2019 财年57%下降到2020 财年34%(2019 财年指日历年2018Q2~2019Q1,2020 财年指2019Q2~2020Q1),
2021 财年恢复到39%。5G 带动2019-2021H1 业绩稳定增长。2017~2018 财年(2017 财年指日历2016Q2~2017Q1)公司业绩受中美贸易制裁影响较大,
收入及净利润同比下滑,分别亏损1.14、2.53 亿元。随着5G 相关业务需求的增长,2019-2021 财年公司业绩稳定增长,收入从208 亿元增长到263 亿元,
净利润从9 亿增长到48 亿元。(2)Broadcom:以BAW 滤波器为优势产品,
继续定位高端市场2015 年5 月Broadcom 宣布以370 亿美元“蛇吞象”收购Broadcom,其中射频前端业务是Broadcom 的传统业务。
作为知名通讯芯片厂商的Broadcom,当时正面临着主手机芯片业务的没落。这次收购使Broadcom 一跃成为兼具有线及无线产品组合的通信芯片巨头,规模仅次于英特尔和高通。
Broadcom 总部位于新加坡,在收购Broadcom 之前就曾收购多家老牌芯片公司。在2008 年收购了英飞凌的BAW 相关业务,BAW 滤波器成为了Broadcom 最核心的优势产品。
2008 年Broadcom 还收购了光通讯器件厂商CyOptics、电力电子技术厂商Amantys,2013 年Broadcom 收购了存储芯片厂商LSI,
2014 年收购I/O 技术与串列/接串列技术厂商PLX。和Qorvo、Skyworks 相比,Broadcom 的业务范围更广、射频前端业务收入占比较低。
公司业务分为有线基础设施、无线通信芯片、存储和系统、企业软件等。根据2018 年报的业务拆分,射频前端芯片和WiFi/蓝牙/GPS SoC收入为450 亿元,约占总收入的30%。
在射频前端业务上,Broadcom 定位高端市场,客户主要为苹果、三星,鲜少涉猎国产手机。公司的射频前端产品线齐全,在BAW/SAW 滤波器和PA 上技术积淀深厚,
公司最大的特色是BAW/FBAR 滤波器产品,公司围绕BAW/FBAR 滤波器布局了众多专利,随着BAW/FBAR 滤波器在4G LTE 频段的广泛使用,Broadcom 收益颇丰。
市场竞争逐渐激烈,Broadcom 射频前端业务逐渐边缘化。虽然Broadcom 是BAW/FBAR 滤波器的先发者,
但Qorvo、Skyworks 等同行也陆续进入BAW/FBAR 滤波器市场,生产出了有各自特色的产品。并且和同行相比, Broadcom 的客户群体比较局限、定位高端,市场拓展能力较为局限。
2019 年Broadcom 曾计划出售旗下无线通信业务,射频前端业务在公司内部也逐渐边缘化。(3)Murata:优势产品SAW 滤波器竞争加剧,
接收模组竞争激烈日本村田制作所(Murata)成立于1944 年,主力产品为多层陶瓷电容器(MLCC)和RF 零组件。
公司旗下产品有电容器、压电产品(以SAW 滤波器为主)、通信模块(以射频前端模块为主)、电源模块,2018 年压电产品(以SAW 滤波器为主)收入占比约9%,
通信模块(以射频前端模块为主)收入占比约27%。
公司SAW 滤波器技术实力突出,SAW 滤波器及接收模组份额领先。公司采用IDM 模式生产SAW 滤波器及TCSAW 产品,市场份额高达47%,
该市场上二、三名分别为日本厂商TDK、太阳诱电,高通通过与TDK 合作也获得了SAW 滤波器技术。 SAW 滤波器厂商主要采用IDM 模式进行生产,因此新进入者的工艺壁垒极高。
借助SAW 滤波器技术实力,公司在接收模组上份额也高达39%。公司通过Fabless 模式发展PA 及射频开关产品,形成了完整的射频前端产品线。除了强势的SAW 滤波器产品,
公司通过与代工厂合作发展PA 产品,发力发射端模组产品,2018 年占据发射模组市场4%份额,但是前村田的PA 业务与美系厂商的差距依然比较大。随着中美贸易摩擦,
华为开始换用村田的发射端模组产品。未来几年随着SAW 滤波器新秀崛起,接收市场竞争可能趋于激烈。SAW 滤波器(含TC-SAW)是滤波器中市场规模最大的一部分,也是模块化的关键一环,
吸引了众多入局者,其中大多数为国内厂商,国内SAW 滤波器厂商近几年不断受到国内安卓手机客户的支持,未来几年有望起量,对村田造成威胁。
(4)基带龙头:基带与射频前端协同销售,重点布局毫米波模组1)基带行业格局:技术壁垒极高,五大巨头垄断基带芯片的功能是合成即将发射的基带信号,或对接收到的基带信号进行解码。具体地说,
就是发射信号时把音频信号编译成用来发射的基带码;接收时,把收到的基带码解译为音频信号。同时,也负责地址信息(手机号、网站地址)、文字信息(短讯文字、网站文字)、图片信息的编译。
移动终端支持何种网络制式是由基带芯片模式所决定, 而支持何种频段则由天线和射频模组所决定。基带分为两种:系统平台芯片(SoC)和分离式基带芯片(客户主要是苹果)。
目前集成式基带市场规模为150 亿美元,分离式基带市场规模为37 亿美元。SoC 整合了应用处理器(AP)与基带芯片(BP)等许多不同功能的部件,
提供多媒体功能以及用于多媒体显示器、图像传感器和音频设备相关的接口、为了进一步简化设计,这些编译电路所需要的电源管理电路也日益集成于其中。在传输效率、采购成本、电路设计上,
SOC 均优于分离式芯片,成为目前智能机的主流设计。1G 时代摩托罗拉一家独大,2G 时代群星逐鹿、竞争激烈在模拟手机(1G)时代,美国厂商摩托罗拉是毫无疑问的老大,占据超过7 成的市场份额。
2G 时代欧洲国家为了与摩托罗拉抗衡,联合推出了GSM 标准,大量欧洲通信厂商崛起:芬兰诺基亚,瑞典爱立信,德国西门子,荷兰飞利浦,法国阿尔卡特等,他们不仅做手机、基站,大多也能自制芯片。
美国也涌现出一批基带芯片厂商:TI、 Skyworks、ADI、Agere、Broadcom、Marvell、Qualcomm 等。
2G 时代能出现这么多基带厂商,一方面因为手机市场爆发,另一方面也因为2G 手机芯片技术门槛不高,当时芯片集成度低,如今一个芯片可以完成的工作,
当年要用MCU+DSP+ROM 等十几个芯片和分立器件。 随着激烈的行业竞争,除诺基亚外的欧洲手机大厂逐渐退出手机业务。和其它欧洲手机大厂不同的是,
诺基亚将基带设计外包给了当时半导体业实力最雄厚、产品线最齐全的德州仪器(TI),TI 因此一度成为份额第一的基带厂商。 2007 年,诺基亚引入STM 和英飞凌,
激烈的竞争、快速的技术迭代使TI 选择退出基带业务,专注于投资回报率更高的模拟IC。而诺基亚自身也由于智能手机浪潮在2008 年后开始了下坡路。智能机时代SOC 成为主流,
五大巨头崛起3G 时代高通凭借CDMA 掌握话语权。上世纪80 年代,高通公司创始人雅各布发现了CDMA 技术的优势,并把CDMA 作为公司的研发重点。
当时同行行业的焦点为TDMA 技术(GSM 就是基于TDMA),其他厂商几乎都投入巨资研发TDMA。高通为了证明CDMA 的优势,花了很多精力进行实验测试和演示,在高通的努力下,
2G 时代CDMA 成为通信技术标准之一,但远不如GSM。到了3G 时代,三大主流标准都与CDMA 有密切关系(WCDMA、 TD-SCDMA、CDMA2000),
靠CDMA 发家的高通手握大量核心专利,掌握了3G 时代的垄断性话语权。智能机时代SOC 芯片成为主流,基带行业洗牌后形成五大巨头。2007 年高通推出第一款骁龙SOC 芯片,
将处理器、基带等部件集成在一起。在智能手机尚未崛起时,高通处理器还面临着TI、三星、Broadcom 等厂商的竞争, 2010 年,高通占据41%手机处理器市场份额,TI 份额也高达27%。
随着智能手机崛起,SOC 芯片因为传输效率高、 占用空间小、缩短终端厂商开发时间等优点逐渐成为智能手机的主流产品,TI、英伟达、Broadcom 等厂商因为缺乏基带芯片不得不退出SOC 芯片市场。
SOC 芯片的大厂商只剩下韩国的三星、美国的高通、中国的联发科、海思和展讯。5G 时代苹果收购Intel 基带部门,
未来有望实现自供前三代iPhone 选择了当时并不领先的英飞凌作为主通讯芯片提供商。1999 年西门子半导体部分分拆独立成为英飞凌,
2005 年英飞凌奋力推出业界领先的面向100 美元低价手机单芯片解决方案X-Gold,一时间吸引并成功打入诺基亚、LG、三星和康佳、中兴等中国厂商。
秘密研发的iPhone 也正在寻找一款高集成度功能简单的基带芯片,选中了英飞凌作为基带提供商。 由于前三代iPhone 销量不高,英飞凌一直处于亏损状态,英飞凌3G 平台开发进度慢,
并且iPhone 前三代还都存在信号弱的问题,第四代iPhone 开始引入高通。虽然苹果很不喜欢高通专利收费方式,但迫于高通强大的技术实力, iphone 被迫放弃英飞凌转到高通平台。
2010 年,英飞凌把无法盈利的无线部门以14 亿美元卖给英特尔,收购后的无线部门连续每年亏损约10 亿美元,开发进度仍然还一直落后于高通。 由于苹果与高通的官司纠纷,
苹果从iPhone 7 开始重新引入英特尔LTE 基带,由于性能上比高通差一大截,苹果甚至把高通芯片进行限速来弥补英特尔芯片的不足。到了iPhone Xs 一代,
英特尔Baseband Modem XMM7560 正式取代了高通。 苹果收购intel 基带部门,未来有望实现自供。2019 年4 月,因苹果英特尔的5G 芯片迟迟未能推出,
这很可能会影响苹果5G 手机的推出时间,苹果与高通达成和解,iPhone 将继续使用高通的5G 基带芯片,intel 将基带部分出售给苹果,
苹果有望在2023 年iPhone 手机中搭载自研5G 基带芯片。2)基带向射频前端延伸,致力于提供一站式射频解决方案随着智能手机销量接近天花板,手机基带的市场空间增长有限,而竞争日益激烈。
从产品定位来看,高通定位于中高端手机,联发科定位于中端手机,紫光展锐定位低端机。近年来基带厂商竞争趋于激烈,高通与联发科在中端市场混战,同时联发科也谋求进入高端市场。相比之下,
射频前端、天线市场持续增长,于是基带厂商开始向射频前端、天线领域延伸,致力于提供一体化射频解决方案。基带厂与射频前端厂商展开跨界合作,
借助与SoC 芯片的协同营销优势切入射频前端市场:高通与射频前端厂商TDK 合作,通过SoC 芯片与前端绑定营销,快速提升市场份额;联发科收购大陆PA 厂商唯捷创芯,
通过SoC 与PA 绑定打折的方式提升市场份额;展讯与射频前端厂商锐迪科合并,在低端安卓领域提升竞争力。2019 年2 月,高通在推出其第二代5G 基带芯片骁龙X55 同时,
还率先推出了一套完整的5G 射频前端解决方案,
其中包括与骁龙X55 配合的QTM525 毫米波天线模组、全球首款宣布的5G 包络追踪解决方案QET6100、集成式5G/4G 功率放大器(PA)和分集模组系列,
以及QAT3555 5G 自适应天线调谐解决方案。与Skyworks、Qorvo 等射频巨头相比,高通等基带厂商拥有自己的调制解调器,这是相比第三方射频元器件厂商的核心差异化优势。
在2018 年1 月举行的高通技术峰会上,高通与小米、vivo、OPPO、联想四家手机厂商签订了射频前端解决方案跨年度采购订单,在未来三年内(即2019 年-2021 年),
四家手机厂商将采购价值总额不低于20 亿美元的射频前端部件,这也为高通发展射频业务提供了良好的助力和窗口。3)高通:第三方SOC 龙头,
射频前端业务发展顺利高通公司(Qualcomm Inc.)成立于1985 年,总部设于加州圣地牙哥,是行业领先的无线电通信技术公司。业务包括芯片硬件(QCT,
Qualcomm CDMA Technologies)、专利授权(QTL,Qualcomm Technology Licensing)两部分。
其中芯片硬件业务包括移动设备SoC 芯片、基带芯片、射频前端芯片等。从收入结构看来看,2020 年芯片硬件业务收入占比为69%,
专利授权收入占比31%;但是由于QTL 专利授权业务毛利率更高,QTL 占EBT 的54%。 手机制造商必须与高通签订交叉授权协议,并按出厂价格交纳3%-5%的专利费。
手机品牌即使采用其他厂家芯片, 仍需与高通签订专利授权协议,对相关通信专利池和授权协议付费。
高通近年来面临全球多个地区的反垄断诉讼。例如2015 年因违反中国反垄断法被罚款61 亿人民币,同时修改在中国销售的设备的专利授权费——基于65%的出厂价来计算专利授权费。
2017 年开始,高通与苹果开始长达两年的诉讼。苹果虽然自己设计处理器芯片,但基带芯片全部外购。假设每一部iPhone 都要向高通缴纳20 美元的专利授权,
苹果每年须付出40 亿美元以上的费用。苹果认为高通以出厂价格来衡量专利授权不合理,会征收其他先进技术带来的附加价值,因此必须降低专利费用。另一方面,苹果试图摆脱高通基带芯片的垄断,
从iPhone7 开始,部分采用英特尔的基带芯片;在iPhoneXs 系列,甚至让英特尔成为独家供应商。2019 年4 月,因苹果供应商英特尔的5G 芯片迟迟未能推出,苹果与高通达成和解。
手机行业的繁荣是3G/4G 时代高通业绩增长的重要原因。3G/4G 快速渗透期(2005-2014 财年),高通收入从458 亿元增长到1629 亿元,复合增速达到15%,
同期全球手机出货量复合增速为9%,ASP 也乘智能手机东风快速增长。2014-2017 财年,由于手机出货量接近瓶颈、行业竞争日益激烈,通过公司面临与苹果的反垄断诉讼纠纷,
苹果拒绝支付专利授权费,高通的专利授权业务收入萎缩。5G 驱动高通业绩重回增长。随着5G 渗透率提升、苹果业务恢复,2019 财年公司实现收入1716 亿元,
同比增长7.4%;实现净利润310 亿元,同比扭亏。FY2020~2021Q3 公司业绩受到全球疫情影响,随着智能手机行业而现疲软。
高通通过与TDK 合作进军射频前端市场,产品线丰富。2014 年高通就曾推出射频前端解决方案——RF360,2017 年2 月高通与TDK 合资成立RF360,
将高通的射频天线技术与TDK 的射频前端技术结合,合资公司拥有完整的滤波器产品线,
拥有体声波(BAW)、表面声波(SAW)、温度补偿表面声波(TC-SAW)以及薄膜式表面声波(Thin Film SAW)滤波器技术,并于2017 年推出GaAs PA。
2019 年高通以31 亿美元收购RF360 全部股份。与SoC 芯片协同营销,市场份额快速提升。高通SoC 极具市场竞争力,
小米、OPPO、VIVO 等厂商都会把高通新款SoC 芯片作为手机卖点,通过将基带与射频前端的绑定营销,2018 年高通在全球射频前端市场份额快速提升到14%。
高通曾经通过将AP 与基带打包成SoC,提升了芯片的价值量;未来也有可能延伸到射频前端、天线领域, 为客户提供一站式解决方案。目前毫米波AiP 市场主要由高通占据,未来将主要由基带厂商垄断。
目前高通在毫米波AiP 模块市场占据主导地位, 三星、联发科、紫光展锐、苹果等厂商紧随其后、预计未来份额将逐渐提升。2、国内厂商市占率不足10%,
四大因素驱动射频前端国产化浪潮涌来(1)国内厂商以单一器件为主,市占率不足10% 国内射频前端厂商众多,
但是以低价值量的单一分立器件或者低集成度模组产品为主不同器件的国产化率由高到低分别为:开关、低噪声放大器LNA、功率放大器PA、SAW 滤波器、BAW 滤波器。
开关/LNA:技术难度低、国产化率相对高,卓胜微目前已经占据了全球射频开关(包含Switch 和Tuner,分立式及模组中的开关)约15%市场份额,
国内唯捷创芯、飞骧科技、韦尔股份、迦美信芯等厂商也具备开关生产能力,综合国产占比约20%。LNA 市场规模占比也相对较高,国内厂商份额接近15%。PA:采用化合物半导体工艺,
国内厂商大多采用Fabless 模式,厂商众多,但同质化比较严重,盈利能力较差。目前龙头厂商如唯捷创芯、已经开始量产5G 产品,国内厂商份额约10%。
SAW 滤波器:日本龙头厂商采用IDM 模式封锁工艺壁垒,国内厂商普遍通过自建产线的方式发展,资本投入高,需要know-how 积累,国产厂商的进度较慢,国内厂商份额约3%。
BAW 滤波器:壁垒最高,工艺流程比SAW 滤波器更加复杂,而且海外龙头Broadcom、Qorvo 等进行了完善的专利布局,国内突破的难度大,目前国内厂商份额约等于0。从产品线布局来看,
目前卓胜微的产品线布局相对领先。卓胜微上市时间领先同行,通过IPO 及定增募集资金投入SAW 滤波器、PA 这两个重要产品线的研发,目前前期的投入已经出现成效,
目前已经布局了除BAW 滤波器之外的全部产品线。除了卓胜微之外,其他厂商主要还局限于主营业务中,比如已披露招股书的PA 龙头唯捷创芯、滤波器龙头好达电子。国内公司的研发投入与海外龙头仍有差距。
2020 卓胜微研发投入为1.82 亿元,研发支出收入占比为7%。根据海外龙头年报,2020 年Skyworks 与Qorvo 研发支出高达4.6 亿、5.7 亿美元,
收入占比为13.8%、14.2%,两者皆高于卓胜微。2018-2020 年卓胜微研发人员数量从70 人增长到202 人,研发人员人数占比从54%提升到73%。但是和海外公司相比,
公司研发人员数量依然有很大的差距,海外龙头Skyworks、Qorvo 分别拥有研发人员10000、 8400 人。
(2)驱动因素1:终端厂商关注自主可控和成本控制中美贸易摩擦引起了国内终端厂商对关键器件自制可控的重视,射频前端及存储器最为紧迫。尤其是H 客户在过去几年大力扶持国内厂商,
从华为Mate 系列机型可观察到,存储器和射频前端是最受制于人的器件,Mate 30 首发版用了美企Skyworks 和Qorvo 的射频前端模组,
虽然后续机型开始部分采用日企Murata、海思自研的模组,但5G 射频前端模组依然采用美企高通的产品。
中美贸易摩擦后国内H 客户的射频前端国产化意志非常强烈,动作迅速。1)Mate 30 系列换用村田、海思的射频前端模组;2)自研射频功率放大器,
由中国台湾稳懋代工;3)入股国内滤波器厂商无锡好达、德清华莹;4)快速启用国内卓胜微的开关及LNA 产品,半年内分立switch 份额就提升到第一。除了自主可控的需求,
在智能手机市场激烈的竞争下,手机厂亦有低成本需求。射频前端占整机物料成本约10%, 且射频前端是5G 手机物料成本增加的核心,因此低成本的国产射频前端对手机品牌厂具备吸引力,
例如卓胜微生产的部分射频开关价格仅为Qorvo 的50-75%,极具性价比。(3)驱动因素2:晶圆产能短缺,海外巨头将重心投向高端产品全球晶圆产能紧缺,国内厂商趁机抢占份额。
5G 渗透率提升期,射频前端用量提升,海外龙头将重心转向高价值模组及器件(主集模组如PAMID、FEMID,高端SAW/BAW 滤波器等),为国内厂商进军低端器件(如开关,
接收模组如LFEM、DIFEM)带来好时机。海外龙头面临产能紧缺,逐渐退出中低端市场。Skyworks 与Qorvo 在2021 全年都将面临产能供不应求,
Skyworks 的策略是全力保障核心大客户苹果的产品供应,安卓客户如OPPO、VIVO 面临供应不足,2021 年上半年将部分订单转向国内厂商卓胜微等;Qorvo 虽然具备齐全的产线,
但由于产能紧缺,只能全力保障发射模组,让出部分接收模组及分立器件市场。
5G 渗透期国内厂商份额将快速提升,5G 相关产品逐渐量产。5G 接收模组与发射模组是新增市场,且技术难度低于4G 模组,对国内厂商来说切入的难度较小,
如卓胜微等厂商已在5G 接收模组LFEM 市场占据较高份额,慧智微的5G 主集收发模组已经用在OPPO K7x 上。(4)驱动因素3:迎来密集融资潮,
资本优势凸显科创板的推出为射频前端厂商带来密集融资潮。射频前端的前期投入很大,产线建设、研发投入金额高,且最终成果的不确定性很高。过去几十年国内射频前端厂商得到的资本支持力度小,发展速度也较慢。
2019 年科创板推出后, 卓胜微成为国内射频前端上市第一股,其他规模较小的射频前端企业也在一级市场获得了大量的融资机会,
例如小米旗下基金陆续投资了国内射频前端企业昂瑞微、好达电子、芯百特、深圳国人、翱捷科技、唯捷创芯等,华为旗下基金陆续投资了德清华莹、昂瑞微、好达电子等,
OPPO、VIVO 也投资了国内射频前端龙头企业唯捷创芯。
(5)驱动因素4:5G 模组难度降低,带来弯道超车机会根据第三章的论述,滤波器是射频前端的关键器件,是限制国产厂商从低端分立器件走向中高端模组的关键。4G 频段使用的滤波器壁垒极高,
主要使用SAW 滤波器、BAW 滤波器,主流厂商采用IDM 模式封锁设计和工艺,因此技术难度很大,
目前仅有Broadcom、村田、Qorvo、RF360(高通)这少数几家海外厂商具备量产能力,国内厂商和他们的技术差距很大。5G(Sub 6GHz)主要采用LTCC/IPD 滤波器,
难度低于4G 频段的SAW/BAW 滤波器。由于5G 采用大带宽、时分系统,5G 主流频段N77、N78、N79 频谱密集程度低于4G,不需要FDD 系统下的极高收发抑制。
4G 大多采用SAW/TC-SAW/BAW 滤波器,而5G 的N77、N78、N79 频段滤波器主流工艺将是难度更低的LTCC/IPD,国内有几十家厂商具备生产能力。
国内很多厂商目前已具备5G 模组生产能力。例如卓胜微的5G 接收端模组LFEM 已经大规模量产,
2021 年中报公布5G 主集收发模组L-PAMiF;2020 年飞骧科技发布完整的5G 射频前端方案,
产品包含接收端模组LPAMiF、 LFEM、以及主收发模组PAMiF;芯朴科技具备N77N79 PAMiF 生产能力;慧智微的N77N79 主收发模组PAMiD 已量产,
用在OPPO K7x 中。(6)产品拓展逻辑:单一器件5G 模组4G 接收模组4G 主集模组未来两三年5G 模组、WiFi6 模组是国内厂商主要增长点。前文已经叙述过,由于滤波器难度的降低,
5G 及WiFi6 模组的难度大幅低于4G 模组,国内厂商基于自身优势拓展新产品。5G 分集接收模组LFEM:开关龙头卓胜微具备优势。根据第三章对于不同类型模组核心技术的论述,
LFEM 模组以SOI 技术(即射频开关、LNA)为核心,射频开关龙头卓胜微具备先天优势,前期在射频开关产品上积累的成本、客户、性能优势可以在5G LFEM 上复制。
卓胜微从2020 年下半年开始切入5G LFEM 模组市场,在大客户中份额迅速提升,预计2021 年就将占据30%以上市场份额。
5G 主集收发模组PAMiF 或LPAMiF:PA 龙头唯捷创芯、慧智微、飞骧科技、紫光展锐等具备优势LPAMiF。主要由PA、LTCC/IPD 滤波器、LNA 组成,PA 是核心器件,
因为PA 龙头具备先天优势。与4G 相比, 5G 的传输带宽更宽,对PA 的性能要求更高,国内PA 厂商大多具备十年左右的研发经验积累,
龙头厂商唯捷创芯、慧智微、飞骧科技、紫光展锐等都已经具备5G PA 及5G LPAMiF 的生产能力,例如2020 年飞骧科技发布完整的5G 射频前端方案,
产品包含接收端模组LFEM、以及主收发模组PAMiF;芯朴科技具备N77N79 PAMiF 生产能力;慧智微的N77N79 主收发模组PAMiD 已量产,用在OPPO K7x 中。
WiFi6 FEM:PA 龙头唯捷创芯、慧智微、飞骧科技、紫光展锐、卓胜微,以及WiFi FEM 厂商立积电子、康希通信等具备优势。WiFi FEM 的核心器件是PA,
因此PA 厂商也纷纷开始拓展WiFi FEM 业务,例如根据唯捷创芯2021 年6 月公布的招股书,
公司WiFi6 FEM 已经量产;慧智微2020 年发布WiFi FEM 产品-S1102 和S3217 模组。 除了PA 厂商,
传统路由器WiFi FEM 厂商也往手机WiFi 业务拓展,例如中国台湾厂商康希通信2020 年2 月实现国内首颗WiFi6 FEM 芯片客户送样,并多次进行技术迭代,
2020 年下半年WiFi6 FEM 芯片已量产。4G 分集接收模组DiFEM:难点是SAW 滤波器,未来两年卓胜微份额有望提升。DiFEM 主要由SAW 滤波器、Switch 组成,
国内厂商的难点在于SAW 滤波器,目前国内厂商的SAW 滤波器与海外差距较大。目前国内厂商卓胜微已经实现DiFEM 模组的小规模量产,2022 年随着卓胜微自建SAW 滤波器产线量产,
DiFEM 份额有望继续提升。4G 主集收发模组PAMID 或FEMID:难点是SAW/BAW 滤波器及PA 的融合,长期来看,具备完整产品线的公司有望切入。
4G 收发模组PAMID 主要由滤波器、Switch、LNA 组成,集成度很高,一部手机一般用到2 颗PAMID 模组— 低频、中高频,其中中高频PAMID 采用SAW 滤波器,
高频PAMID 还需要用到BAW 滤波器。 4G PAMID 模组对国内厂商的滤波器、PA 能力提出很高的要求,短期内依然将是海外厂商主导,是国内厂商的长期成长点
3、细分赛道的国产化现状及机遇分析(1)滤波器:国内SAW/BAW 滤波器市占率低,
大客户支持下有望提升份额滤波器主要分为表面声波SAW 系列(普通SAW/TC-SAW/TF-SAW)、体声波BAW 系列(BAW/FBAR/XBAW)、 LTCC、IPD 四种。
高端滤波器主要是指SAW 和BAW 滤波器,采用半导体工艺,主要应用于3GHz 以下频段,即3G/4G/5G 的低频(LB)和中高频(MHB),是目前智能手机的主流滤波器。
LTCC 和IPD 滤波器的技术难度相对较低,是5G 主流频段,即超高频(UHB, N77、N79)的主流滤波器方案。
普通SAW:接收端(RX)、部分发射端(TX)端的中低频段; BAW:主要应用于4G 高频段; TC-SAW 和TF-SAW:覆盖了发射端(TX)高中低频段,
但在部分频段性能劣于BAW;TF-SAW 已经在发射端(TX)高频段与BAW 竞争,性能可媲美BAW; LTCC 和IPD:应用于5G 超高频。SAW 系列滤波器(表面声波,
Surface Acoustic Wave):主要运用于2.5GHz 以下的2G/3G/4G/5G 低频段。
普通SAW 滤波器结构上由压电材料和2 个换能器(Interdigital Transducers,IDT)组成。原理是电信号传输到滤波器的一端,此端IDT 将信号转换为声能,
并将其作为表面声波发送到基板上,然后声波被另一个IDT 转换回电信号。 普通SAW 滤波器的优点是成本低,技术成熟且产品一致性高,不足之处是对温度变化敏感,性能会随着温度升高而变差,
工作频率上限是2.7GHz。TC-SAW(TC 为Temperature Compensated,温度补偿)是改进温度敏感性的方案,在SAW 滤波器的IDT 上涂上特殊涂层改善温度性能,
此方案的缺点是成本高。 TF-SAW(TF 为Low cost Temperature compensated)是一种新兴的技术,与普通SAW 相比能提供更大的带宽、良好的温度补偿性能,
同时成本低于BAW 滤波器。BAW 系列(体声波,Bulk Acoustic Wave)滤波器:适合2.5GHz 以上的4G/5G 高频段。结构上使用石英晶体作为压电基板,
顶部和底部带有金属贴片。原理是顶部和底部的金属片激发声波,和SAW 滤波器的区别是声波以垂直方式传播,而SAW 滤波器则是水平传播。 BAW 适合高频通信,
具备对温度敏感性低、低损耗、带外衰减大、工作频率高等特点,体积随频率增大而减小。不足之处在于成本高,制造工艺比SAW 滤波器复杂很多,量产一致性较低。FBAR(薄膜腔声谐振,
Film Bulk Acoustic Resonator)滤波器的特点是高频性能更好、更易于集成化。基于体声波的谐振技术,利用压电薄膜的逆压电效应将电信号转换成声波,从而形成谐振。
特点在于高频性能更好、适用带宽更宽,同时是目前唯一可以与RFIC 和MMIC 集成的射频滤波器解决方案。LTCC(低温共烧陶瓷,
Low Temperature Co-fired Ceramic)滤波器:适合高频、宽频带,可以满足Sub-6GHz 及毫米波频段应用,现已成为Sub-6GHz 手机滤波器的主流解决方案。
主要有两种结构,一种是采用传统的LC 谐振单元结构,谐振单元由集总参数的电容电感组成;另一种是采用多层耦合带状线结构。原理是将电容和电感通过LTCC 多层陶瓷集成在陶瓷基板内部。
LTCC 内埋植电容的设计有两种方式:垂直交指型(VIC)电容和金属-介质-金属(MIM)电容。在相同电容量的情况下,VIC 结构电容相比MIM 结构电容能够减小端电极面积,有效减小滤波器尺寸。
优点是成本低、产能足、尺寸小、抗电磁干扰强、不必另加封装,同时还带有优良的高频、高速传输以及宽通带的特性,可以满足Sub-6GHz 中的频段n77、n78、n79 及毫米波频段应用。
与SAW 滤波器相比,LTCC 具备更高的功率处理能力,正好满足5G sub-6 标准中HPUE 的要求。
IPD(无源集成器件,Integrated Passive Devices)滤波器:适合高频、宽频带,可以满足Sub-6GHz 及毫米波频段应用。特点是高度集成化,
硅基IPD 滤波器可以与其他芯片进行SiP 封装。 根据卓胜微公告,IPD 滤波器具有设计堆叠体积小、调试灵活、成本低、产能充足等多重优势,
同时在插入损耗、 带外衰减、温度漂移、功率容量特性等性能方面均有较好表现。(2)PA:国内龙头盈利能力较弱,
拓展5G 及WiFi 模组有望提升盈利能力1)GaAs 代工业逐渐成熟功率放大器主要工艺有CMOS、GaAs、GaN,2G 手机PA 曾采用CMOS 工艺,
3G/4G/5G PA 手机PA 主要采用GaAs 工艺,军工或基站端PA 主要采用GaN 工艺。CMOS(2G 手机PA):CMOS 具有功耗低、速度快、抗干扰能力强、集成度高等众多优点,
是集成电路芯片制备的主流技术。CMOS 工艺的优势在于可以将射频、基频与存储器等组件合而为一的高整合度,并同时降低组件成本。GaAs(3G/4G/5G 手机PA):GaAs 的电子迁移速率较好,
适合用于长距离、长通信时间的高频电路。GaAs 元件因电子迁移速率比Si 高很多,目前为HBT(异质接面双载子晶体管)。GaAs 需要采用磊晶技术制造,这种磊晶圆的直径通常为4-6 英寸,
比硅晶圆的12 英寸要小得多。所以磊晶圆需要特殊的机台,同时砷化镓原材料成本高出硅很多,最终导致GaAs 成品IC 成本比较高。GaAs 在PA 等射频器件中广泛应用,
5G 驱动市场规模持续增长。GaAs 属于第二代化合物半导体,主要应用于射频PA、光电子领域。随着5G 在手机等终端中渗透率提升,射频GaAs 器件市场规模不断增长,
2019 年射频GaAs 器件市场规模为100 亿美元,2023 年将增至175 亿美元。目前GaAs PA 行业为IDM 寡头垄断格局,代工仅占10%。
GaAs 射频器件的CR3 高达90%,主要被美国三大射频前端IDM 龙头Skyworks、Qorvo、Broadcom 垄断。除了美系三大巨头,
高通、村田、国内厂商大多采用Fabless 模式,通过代工生产PA 产品,目前Fabless 厂商在PA 市场的占比较低。
2)国内PA 厂商竞争激烈,蓄力拓展高毛利的5G 产品村田、高通及国产厂商通过Fabless 模式切入PA 市场。虽然目前海外射频龙头依旧采取IDM 模式为主,
但随着中国台湾稳懋等厂商引领的代工业务逐渐成熟,Fabless+Foundry 模式的兴起为其他厂带来机遇。国内PA 厂商受到终端客户入股支持。
小米系基金投资了PA 厂商昂瑞微、唯捷创芯、芯百特等,华为旗下基金也投资了昂瑞微、唯捷创芯,OPPO、VIVO 投资了国内PA 龙头唯捷创芯。近两年国产公司向高价值的5G PA 及模组进军,
同时发展WiFi FEM。随着5G 渗透,部分龙头厂商已经具备5G PA、5G 收发模组的生产能力,5G 产品的价值量、竞争格局显著高于4G 产品,根据唯捷创芯招股书披露,
2018- 2020 年公司PA 模组单价分别为2.94 元/颗、 2.89 元/颗以及3.07 元/颗,其中公司5G PA 模组的定价超过5 元/颗。
目前国内龙头厂商已经开始量产5G PA 模组,甚至切入5G 发射模组。如慧智微生产的5G L-PAMiF 射频前端模组S55255,可以实现5G 新频段n77/78/79,
该产品已经在OPPO K7x 上应用。由于PA 是WiFi FEM 的核心器件, 随着WiFi5、WiFi6 的逐渐成熟,WiFi FEM 市场空间不断扩大,
国内PA 厂商也开始切入WiFi FEM 市场。2021-2023 年国内PA 龙头的发展重点是实现5G PA 及模组的大规模量产。长期来看,随着PA 龙头陆续上市获得资本实力,
未来有望发展滤波器产品,实现滤波器与PA 产品的融合。(3)开关/LNA:技术壁垒相对较低,国产化率较高1)开关/LNA 的主流工艺是SOI,
主要采用Fabless 模式射频开关分为传导开关(Switch)和天线调谐开关(Tuner)两种,天线调谐开关(Tuner)的技术难度高于传导开关(Switch),
因为Tuner 有着极高的耐压要求,同时导通电阻和关断电容对性能影响极大,由此对产品提出了更高的设计和工艺要求。Switch 和Tuner 都以CMOS-SOI 为主流工艺。
SOI(Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅)属于特殊工艺,指顶层硅和背衬底之间引入一层埋氧化层。与普通的Si 基半导体相比,
SOI 工艺具有易提升时脉、耗电低、工作温度高的优点;与化合物半导体工艺相比,SOI 工艺易于集成化。目前在射频开关市场中,CMOS 技术亦占据少量份额, GaAs 技术已经面临淘汰。
2)壁垒相对较低,国内龙头迅速发展射频开关与LNA 的技术壁垒相对低于滤波器和PA,竞争厂商众多。由于模块化趋势,目前过半Switch 和LNA 集成在模组之中。
而分立式的Switch 和LNA 则主要应用在中低端手机中,市场玩家众多。在分立式Switch 市场,主要由卓胜微和Qorvo 主导。国内厂商卓胜微的市场份额最高,
2018 年已占据全球33% 份额,2019-2021 年份额仍在快速增长。Qorvo 在2018 年占据24%份额,排名第二;国内厂商锐迪科(紫光展锐) 份额也较高,
2018 年占据13%份额,和英飞凌并列排名第三。其他厂商还有立积电子、Skyworks 等,份额较低。Tuner 全部是分立形式,4G 时代Qorvo 主导,5G 时代卓胜微等厂商迎头赶上。
2018 年属于4G 时代,全球Tuner 市场规模较小,Qorvo 占据Tuner 市场68%市场份额,产品品类齐全,下游包含高端机到低端机,
在OEM 中机型占据很高份额;高通占据16%份额,客户以三星与LG 为主;其他厂商包括Skywoks、英飞凌等。进入5G 时代以后,随着Tuner 市场规模的迅速提升,
其他厂商也纷纷入局发力,例如2019 年卓胜微市场份额快速提升,截止2021 年已经在Tuner 市场占据较高份额。
五、投资分析:把握布局齐全产品线的国内龙头,关注细分赛道特色厂商通过上文的研究,我们认为未来五年内射频前端国产化赛道具备巨大机遇:其一,重要性和市场规模大。作为手机的移动通信核心硬件,
射频前端性能影响手机通信质量,Bom 成本占比高。 同时,5G、WiFi 6 等通信技术升级驱动量价齐升,2019~2025 年全球射频前端将从185 亿增长到258 亿美元, CAGR +7%。
其二,终端厂商关注自主可控和成本控制。中美贸易摩擦引起了国内终端厂商对关键器件自制可控的重视,国内手机厂通过投资持股等方式支持国内厂商,可以观察到2018 年后国内射频前端厂商订单量大幅上涨。
其三,晶圆产能短缺,海外巨头将重心投向高端产品。5G 渗透期,各类射频前端器件面临供不应求,国内厂商得到发展机会。其四,迎来密集融资潮,资本优势凸显。射频前端的前期投入很大,
产线建设、研发投入金额高,且最终成果的不确定性很高。过去几十年国内射频前端厂商得到的资本支持力度小,发展速度也较慢。2019 年以来科创板、国产替代趋势的确定性吸引了资本涌入,带动行业快速发展。
其五,5G 模组难度降低,带来弯道超车机会。根据第三章的论述,滤波器是射频前端的关键器件,是限制国产厂商从低端分立器件走向中高端模组的关键。
5G(Sub 6GHz)主要采用LTCC/IPD 滤波器,难度低于4G 频段的SAW/BAW 滤波器。同时5G 模组的频段数量、电路复杂度也低于4G 模组,
国内很多厂商目前已具备5G 模组生产能力。(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)精选报告来源:【未来智库官网】。「链接」