东吴证券-电子行业:5G引领技术创新和产业革命,智能手机射频器件大有可为

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行业: 电子元件
发布机构: 东吴证券
发布日期: 2017-10-19
[Table_Industry1] 证券研究报告·行业研究· 电子行业 [Table_Industry] 电子行业 5G 引领技术创新和产业革命,智能手机射 [Table_Author] 2017 年 10 月 10 日 频器件大有可为 增持(维持) 证券分析师 王 莉 执业证书编号:S0600517060002 yjs_wangli@dwzq.com.cn 投资要点   5G——新一轮技术创新和产业革命。5G 指移动通信系统第五代,是 4G 的延伸,有更快的反应和能承载更大的传输流量,将成为改变社 会的通用技术。5G 的千倍提速需求衍生的毫米波、小基站技术、 Massive MIMO 与波束型技术、新型多载波技术成为必然的技术创新 趋势,可成倍提升性能。5G 部署将支持 GDP 增长,创造万亿产出, 物联网将成为核心场景,市场将迎来大机遇。 射频器件在 5G 时代迎来革命,大有可为。射频前端是无线通信的核 心,以智能手机为例,射频前端包括 SAW 滤波器、双工器、低通滤 波器、功放、开关等器件,1G—>5G,网络通讯升级对射频前端要求 越来越高,射频前端量价齐升,成为射频器件厂商都虎视眈眈的一块 大蛋糕。目前射频器件呈海外垄断之势,产品结构升级,国内终端市 场转移加速,国产化替代空间大。而国内射频器件厂商已经完成前期 的技术沉淀,他们正加紧突破 5G 射频器件领域,抢食大蛋糕。  滤波器:5G 带动需求爆发,国产替代开始启动。滤波器起到抗干扰 和过滤杂波的作用,他们占据了手机射频前端一半以上的价值量,是 射频前端的重要部件。当前来看,SAW/BAW 凭借着优异的性能正成 为主流选择。从 4G 到 5G,通信频段增加带动滤波器市场快速增长, 高通预计到 2020 年市场规模将达到 130 亿美元,SAW/BAW 生产工 艺复杂,技术壁垒高,国外厂商处于主导地位。而今,中国厂商内外 条件已具备,信维通信等一批厂商加紧布局,完成国产替代正在当下。  天线:大规模 MIMO 技术,阵列天线加速走向应用。5G 通信引发大 量技术创新,波束成形技术要求手机天线集成有源器件,阵列天线将 被采用,或与芯片相结合,工艺难度大幅提升价值量。以信维通信为 代表的国内天线厂商在射频天线技术积累雄厚,也积极储备智能手机 阵列天线,他们将引领着 5G 通信天线的发展。  功率放大器:化合物半导体再添动力。功率放大器即为信号“扩音器”, 化合物半导体是功率放大器不可替代的核心技术,壁垒极高,现技术 主要被国外厂商垄断。5G 时代下,“高频+频段增多”推动化合物半导 体需求量增加,以三安光电为代表的中国本土厂商正抓住这次机遇, 着力打造本土射频半导体产业链。  投资标的:信维通信:5G 通信将带来 SAW 滤波器、阵列天线需求 增量;三环集团:掌握电子陶瓷产品核心技术,陶瓷后盖大有可为; 顺络电子:巩固电感主业,紧抓电子元器件周期,多点开花;三安光 电:5G 时代化合物半导体需求增长带来发展新机遇。  风险提示:5G 推进不达预期;国内厂商技术工艺突破不达预期。 证券分析师 杨明辉 执业证书编号:S0600517030001 021-60199793 yangmh@dwzq.com.cn 研究助理 张立新 zhanglx@dwzq.com.cn [Table_PicQuote] 行业走势 [Table_Report] 三环长盈终止对外合资,分工更 相关研究 加明确,陶瓷行业将更加成熟 1. 电子行业中报分析及投资策 -20170923 略:中报亮眼业绩进一步验 证“消费升级+创新周期”大 逻辑,下半年重点关注消费 电子创新环节 -20170910 2. 智能手机深度:“消费升级+ 创新周期”,手机供应链迎来 供需革命 -20170630 3. 滤波器:5G 时代大放异彩, 竞争格局正在重构 -20170621 1 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 目录 1 5G——新一轮技术创新和产业革命 ................................................ 6 1.1 5G——新一代通讯技术创新升级 ..................................................................... 6 1.1.1 5G 技术将成为改变社会的通用技术................................................................................ 6 1.1.2 全球合力,5G 网络快速发展........................................................................................... 7 1.1.3 需求驱动,5G 技术加速创新........................................................................................... 9 1.2 5G 影响全球经济,引领产业变革 .................................................................. 12 1.2.1 5G 部署支持 GDP 增长,创造万亿产出 ........................................................................ 12 1.2.2 5G 打开多应用方向,引领行业新发展 .......................................................................... 12 2 射频器件在 5G 时代迎来革命,大有可为 ................................... 15 2.1 从 2G、3G、4G 再到 5G,通讯对射频前端要求越来越高,量价齐升 .... 15 2.1.1 射频前端是无线通信的核心,网络通讯升级对射频前端要求越来越高 ................... 15 2.1.2 4G 到 5G,射频器件空间巨大,量价齐升 .................................................................... 15 2.2 射频器件国产化替代空间巨大 ....................................................................... 18 2.2.1 射频器件市场呈海外垄断之势....................................................................................... 18 2.2.2 国内终端市场转移加速,国产化替代空间大............................................................... 18 2.3 5G 时代,射频器件产品结构升级 .................................................................. 19 3 滤波器:5G 带动需求爆发,国产替代开始启动 ........................ 21 3.1 滤波器是射频前端的重要部件,SAW/BAW 成为主流选择 ....................... 21 3.1.1 滤波器起到抗干扰和过滤杂波的作用,是射频前端的重要部件 ............................... 21 3.1.2 SAW/BAW 性能优异,是射频应用的主流选择 ............................................................ 22 3.2 无线通信频段增加带动滤波器市场快速增长,高通预计到 2020 年滤 波器市场规模将达到 130 亿美元 .......................................................................... 24 3.3 生产难度大,国外厂商处于主导地位 ........................................................... 26 3.3.1 SAW/BAW 生产工艺复杂,技术壁垒高 ........................................................................ 26 3.3.2 SAW/BAW 主要被日美厂商垄断 .................................................................................... 27 3.4 内外条件已具备,中国厂商完成国产替代正在当下 ................................... 28 4 天线:大规模 MIMO 技术,阵列天线加速走向应用 ................ 31 4.1 手机端:采用阵列天线,工艺难度加大提升价值量 ................................... 31 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 阵列天线将被采用,加工工艺更加复杂....................................................................... 31 波束成形技术要求手机天线集成有源器件................................................................... 32 阵列天线或将与芯片相结合 .......................................................................................... 32 阵列天线价值量大幅提升 .............................................................................................. 33 4.2 国内厂商技术雄厚,将引领 5G 通信天线的发展 ........................................ 33 5 功率放大器:化合物半导体再添动力 .......................................... 37 5.1 化合物半导体是 5G 时代下功率放大器不可替代的核心技术,需求提 升迅速 ...................................................................................................................... 37 5.1.1 功率放大器即为信号的“扩音器”,市场空间广阔 ....................................................... 37 2 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 5.1.2 化合物半导体是功率放大器核心技术,壁垒极高 ....................................................... 38 5.1.3 5G 时代下,化合物半导体需求量大幅增加 .................................................................. 39 5.2 中国厂商蓄势待发,将享受行业爆发红利 ................................................... 40 5.2.1 化合物半导体技术主要被国外厂商垄断....................................................................... 40 5.2.2 中国厂商正着力打造本土射频半导体产业链............................................................... 44 6 投资标的 ........................................................................................... 46 6.1 信维通信:5G 通信将带来 SAW 滤波器、阵列天线需求增量................... 46 6.2 三环集团:掌握电子陶瓷产品核心技术,陶瓷后盖大有可为 ................... 46 6.3 顺络电子:巩固电感主业,紧抓电子元器件周期,多点开花 ................... 47 6.4 三安光电:5G 时代化合物半导体需求增长带来发展新机遇 ..................... 48 7 风险提示 ........................................................................................... 49 3 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表目录 图表 1 :移动通信技术发展........................................................................ 6 图表 2 :5G 网络性能要求 .......................................................................... 7 图表 3 :毫米波频谱.................................................................................... 8 图表 4 :各国推进 5G 发展情况 ................................................................. 8 图表 5 :5G 网络标准化进程 ...................................................................... 9 图表 6 :3 大运营商频段分布..................................................................... 9 图表 7 :宏基站.......................................................................................... 10 图表 8 :小基站.......................................................................................... 10 图表 9 :Massive MIMO(发射端)与波束成形技术,接收端(阵列天 线)........................................................................................................ 11 图表 10 :载波聚合提高吞吐速度............................................................ 11 图表 11 :2035 年,5G 将在全球驱动 12 万亿美元经济活动 ............... 12 图表 12 :AR 应用 ..................................................................................... 13 图表 13 :通过网络远程控制挖掘机作业................................................ 13 图表 14 :物联网对网络连接的需求........................................................ 13 图表 15 :2010 年-2030 年全球和中国移动终端及物联网连接数增长趋 势............................................................................................................ 14 图表 16 :终端无线通信模块架构图........................................................ 15 图表 17 :智能手机射频电路.................................................................... 16 图表 18 :射频前端组成............................................................................ 16 图表 19 :1G2G3G4G5G,通信频段增加,对射频器件的数量 需求也将增加........................................................................................ 17 图表 20 :2015-2022 年射频器件市场价值 ............................................. 17 图表 21 :功率放大器市场份额................................................................ 18 图表 22 :PAmiDs 整合模块市场份额 ..................................................... 18 图表 23 :全球智能手机前 10 大厂商...................................................... 19 图表 24 :2015-2022 年射频器件市场价值 ............................................. 20 图表 25 :四种滤波器的作用原理示意图................................................ 21 图表 26 :滤波器在射频前端中起着重要作用........................................ 22 图表 27 :SAW/BAW 是射频滤波器的主流选择 .................................... 22 图表 28 :SAW 滤波器工作原理示意图 .................................................. 23 图表 29 :BAW 滤波器工作原理示意图.................................................. 23 图表 30 :iPhone 中的射频前端演变过程 ............................................... 24 图表 31 :无线频段数量不断增加............................................................ 24 图表 32 :载波聚合可以把零散带宽聚合到一起.................................... 25 图表 33 :滤波器市场规模快速增长........................................................ 26 图表 34 :声表面滤波器的半导体工艺.................................................... 27 图表 35 :滤波器产业链的各个环节........................................................ 27 图表 36 :SAW 滤波器市场由村田、TDK、太诱垄断 .......................... 28 图表 37:BAW 滤波器市场由博通垄断.................................................... 28 图表 38:主要滤波器供应商简介.............................................................. 28 图表 39:我国智能手机厂商出货量仅次于三星、苹果.......................... 29 4 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表 40:手机需要使用阵列天线.............................................................. 31 图表 41:半波振子是天线的基本单位...................................................... 32 图表 42:基站与手机之间的定向传输示意图.......................................... 32 图表 43:5G 手机天线需要与芯片相结合 ................................................ 33 图表 44:5G 将使手机天线单机价值量大幅提升 .................................... 33 图表 45:手机天线技术的发展历程.......................................................... 34 图表 46:国外主要手机天线厂商.............................................................. 35 图表 47:信维通信营业收入快速增长...................................................... 35 图表 48:信维通信净利润快速增长.......................................................... 35 图表 49:iphone6 主板中射频器件(正面) ............................................ 37 图表 50:iphone6 主板中射频器件(背面) ............................................ 37 图表 51:各频段手机功率放大器价值(美元)...................................... 37 图表 52:4G 手机占智能手机比重越来越大 ............................................ 38 图表 53:3W 以上 RF PA 制程技术占比预估 .......................................... 38 图表 54:GaN 技术成熟度曲线 ................................................................. 39 图表 55:据 YOLE 预测 SiC 及 GaN 器件市场规模将迎来快速增长 ... 40 图表 56:国内外砷化镓产业链.................................................................. 42 图表 57:半导体化合物射频器件产业链.................................................. 43 图表 58:中国化合物射频半导体全产业链.............................................. 44 5 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 1 5G——新一轮技术创新和产业革命 1.1 5G——新一代通讯技术创新升级 1.1.1 5G 技术将成为改变社会的通用技术 5G 指移动通信系统第五代,是 4G 的延伸,意味着有更快的反应和能承 载更大的传输流量。移动互联网自 80 年代中期第一代移动通信技术(1G)诞 生以来,至今已发展到第 4 代(1G—>2G—>3G—>4G) 。第一代 1G 采用模 拟技术频分多址(FDMA) ,仅能提供基本通话功能,速率为 2.4Kbps;上世 纪 90 年代初第二代 2G 采用数字调制传输技术时分多址(TDMA) ,通话更清 晰且增加了数据传输服务,速率为 9.6Kbps –384Kbps;21 世纪初第三代 3G 以码分多址(CDMA)技术为特征,速率静止时大于 2Mbps,移动时大于 384Kbps,高传输速度使移动用户上升,成就移动互联网;2010 年第四代 4G 以正交频分多址( OFDMA)技术为核心,其通信速率大大提高达到静止时 大于 1Gbps,移动时大于 100Mbps,带来高清视频和图片,互联网得以快速 发展。而到了第五代 5G 移动通信时代技术预期将提供比现有 4G 快 100 倍的 速度,达到 10-100Gbps,极大推动物联网、车联网、工业等领域的发展。 图表1:移动通信技术发展 数据来源:Yole,东吴证券研究所 4G 到 5G,影响社会的大变革。每一代移动网络技术较上一代都有改善, 应对当前 4G 移动网络在语音通讯体验、数据传输量和网络容量等挑战。5G 之于 4G,有望进一步发展,高速率、大连接、低时延是 5G 的显著特征,根 据 IMT-2020 推进组的规划,5G 的性能将会达到以下水准: 高速率:支持 0.1~1Gbps 的用户体验速率; 大连接:每平方公里一百万的连接数密度; 6 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 低时延:毫秒级的端到端时延; 除此以外,5G 还具备每平方公里数十 Tbps 的流量密度,每小时 500Km 以上的移动性和数十 Gbps 的峰值速率,使 5G 时代的无线网络能够为用户提 供类似固网的可靠性与安全性。ITU 设想了三类 5G 支持的应用场景,分别是 增强 移动宽带( Enhanced Mobile Broadband )、海量机 器类通信 (Massive machine type communications)以及超高可靠低时延通信(Ultra-reliable and low latency communications),5G 将改变社会。 图表2:5G 网络性能要求 数据来源:ITU-R M.2083-0(2015)建议书,东吴证券研究所 1.1.2 全球合力,5G 网络快速发展 全球包括东亚、欧洲和北美的移动运营商、设备供应商等都在推动 5G 快速发 展。国际电信联盟(ITU)和 3GPP 确定了 5G 的标准,由 ITU 领导,3GPP 负责技 术标准和规范的具体设计和执行,现已制定了详细的 5G 发展时间表。 全球主要国家和地区已启动频谱规划并展开研究工作,对于频谱规划有以下两 点共识: (1)6GHz 以下频段用于满足 5G 网络覆盖和网络容量需求; (2)6GHz 以 上频段用于除满足 5G 容量外还可用作 backhaul(回程线路) 。2017 年 8 月,我们 国家工信部下发通知,明确了我国的 5G 初始中频频段:3.3-3.6GHz、4.8-5GHz 两 个频段。同时,24.75-27.5GHz、37-42.5GHz 高频频段正在征集意见。目前,国际 上主要使用 28GHz 进行试验(这个频段也有可能成为 5G 最先商用的频段) 。 7 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表3:毫米波频谱 数据来源:电子技术应用网,东吴证券研究所 5G 研发节奏加快,多国计划 2020 年前正式商用。美国 Verizon、 AT&T 计划 2017 年底 5G 商用;韩国 KT 将于 2018 年初开展 5G 预商用试验,平昌 冬奥会奥运村做 5G 覆盖;日本计划 2020 年东京奥运会前实现 5G 商用;欧 洲设立 H2020 计划,德国已明确 2020 年正式商用。 图表4:各国推进 5G 发展情况 国家 推进 5G 发展情况 欧盟 启动 METIS 和 5G-PPP 等项目; 预计投入经费超过 14 亿欧元;2018 年商用 测试,2020 年主要城市部署,2025 年完成公路铁路 5G 部署 美国 4G Americas 启动 5G 研究;Verizon 与三星在五个城市进行 5G 部署与测试; T-Mobile US Inc 计划在 2019 年推出 5G,2020 年完成全国架构 英国 2012 年资助 3500 万英成立 5G 创新中心 韩国 2013 年成立 5G Forum;将提前在 2018 年韩国平昌冬季奥运会上首次使用 5G 技术 日本 2013 年日本电波产业协会成立了“2020 and Beyond Ad Hoc”特别讨论会;预 计在 2020 年东京奥运会前实现商用 中国 2013 年中国政府对 5G 研究进行 1.7 亿元人民币的资助,成立了“IMT-2020 推进组”;2017 年-2018 年将会全面推进第二阶段、第三阶段的 5G 技术研 发试验;预计 2020 年实现商用 数据来源:搜狐网,东吴证券研究所整理 国内于 2013 年,工信部、发改委和科技部联合成立了 IMT-2020(5G) 推进组,正全力推动 5G 标准制定。政府层面,顶层前沿布局已明确 5G 技术 8 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 突破方向。根据计划,2017 年-2018 年将会全面推进第二阶段、第三阶段的 5G 技术研发试验。企业层面,华为、中兴、大唐等通信设备企业以及电信运 营商积极开展 5G 技术及产品测试,力争 2020 年实现商用。 图表5:5G 网络标准化进程 数据来源:“IMT-2020”推进组,东吴证券研究所 1.1.3 需求驱动,5G 技术加速创新 5G 的千倍提速需求下,加大宽带应运而生。频率越高,速度越快,频段 越宽。随着带宽从 2G(200kHz)到 4G(20-100MHz)逐步增加,我国手机 运营商和电视等渠道几乎占据了 2.7GHz 以下全部频率波段,且其他低频波段 少而分散,预计 3GHz 以上波段将为 5G 采用,超高频频段更宽,不易受干扰 的特点更适合 5G。由此衍生的毫米波、小基站技术、Massive MIMO 与波束 型技术、新型多载波技术也是必然的技术创新趋势,可成倍提升性能。 图表6:3 大运营商频段分布 数据来源:虎嗅网,东吴证券研究所 9 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 关键技术之一:毫米波通信 根据国际电信联盟的专家预测,将来有可能使用 30-60GHz 甚至更高的频 段。 根据通信原理,载波频率越高,可实现带宽越大(意味着传输速度越快), 以国际已开始试验的 28GHz 频段为例,根据波长等于光速除以频率,该频段 的波长大约为 10.7mm,即毫米波。30GHz 以上的频段,其波长会更短,即更 短的毫米波。电磁波有个显著特点,频率越高(波长越短)越趋近于直线传 播(绕线能力越差) ,且衰减越严重。因此,5G 使用高频段会使其覆盖能力 大大减弱。 天线尺寸正比于波段的波长,毫米波波长远小于传统 6GHz 以下频段, 因此天线尺寸也较小,可以方便地在移动设备上配备多个毫米波的天线以改 善通信质量。 关键技术之二:小基站技术 正因高频电磁波衰减严重,在有遮挡物时尤其明显,传播距离更短,为 了信号的稳定性和连续性,对基站的需求将远远大于 4G。小基站相对于宏基 站,一个宏基站可以覆盖一大片区域,小基站体积小,数量多,可以随处安 装灵活布局,未来甚至可能隐藏于街角各个角落,完全融入人们的生活,满 足各类场景需求。 图表7:宏基站 图表8:小基站 数据来源:中兴,东吴证券研究所 数据来源:电子技术设计,东吴证券研究所 关键技术之三:Massive MIMO 与波束成形技术 MIMO(Multiple Input Multiple Output)即多输入多输出,通过布置天线 阵列,使每一对天线可以独立传送信息实现基站与通讯设备间的信息传输。 在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线(现成熟技术如 2*2MIMO 和 4*4MIMO) ,在不额外占据频谱资源的情况下提高信道容量,达 到有效利用。传统 MIMO 系统仅支持 8 个天线端口,Massive MIMO 系统中, 基站配置的天线将会是几百甚至几千根,对目标接收机调制各自的波束,信 号隔离互不干扰,充分发挥了系统的空间自由度,大大提高频谱利用效率。 10 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 波束成形技术是 MIMO 的一种应用形式,指能够使一个频段内用户在互 不干扰的情况下同时传输数据,达到在接收端的信号叠加,从而提高接收信 号强度的目的。该技术使能量可以集中到用户,不向其他方向扩散,建立可 靠连接。 图表9:Massive MIMO(发射端)与波束成形技术,接收端(阵列天线) 数据来源:电子元件技术,东吴证券研究所 关键技术之四:新型多载波技术 载波,是指载有数据的特定频率的无线电波。多载波即是采用多个载波 信号(将信道分成若干正交子信道),将需要传输的数据信号转换成并行的低速 子数据流,然后调制到在每个子信道上进行传输。采用多载波技术主要是为 了配合大规模 MIMO 技术,其具有频谱效率高、灵活性强以及复杂度低等特 点。 载波聚合技术是将多个载波聚合成更宽的频谱,同时把不连续的频谱碎 片聚合到一起,获得更大的带宽,传输速度大幅度提升,降低延时。4G 中它 的应用可以使 2-5 个 LTE 中的成员载波(带宽小,通常为 20M)聚合在一起, 实现最大 100MHz 的传输带宽。 图表10:载波聚合提高吞吐速度 数据来源: 《射频滤波器的应用》书籍,东吴证券研究所 11 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 1.2 5G 影响全球经济,引领产业变革 1.2.1 5G 部署支持 GDP 增长,创造万亿产出 高通与产业链调研公司 IHS 共同发布了白皮书《5G 经济:5G 技术将如何影响 全球》中认为:到 2035 年, 5G 将在全球创造 12.3 万亿美元经济产出,5G 价值链 将创造 3.5 万亿美元产出,同时创造 2200 万个工作岗位。 我国信通院发布《5G 经济社会影响白皮书》,到 2030 年,5G 将带动我国直接 经济产出 6.3 万亿元,经济增加值 2.9 万亿元。同时在间接贡献方面,5G 将带动产 出 10.6 万亿元,经济增加值 3.6 万亿元。 图表11:2035 年,5G 将在全球驱动 12 万亿美元经济活动 数据来源:HIS,东吴证券研究所 1.2.2 5G 打开多应用方向,引领行业新发展 5G 增强移动宽带,催生丰富终端应用 5G 时代传输速度更快,高清视频渐渐成为人们的生活方式。4K 成熟, 8K、高清 VR/AR 正在引入,据 HIS 发布的《5G 经济:5G 技术将如何影响 全球经济》预测,全球 8K 电视出货量将从 2015 年的 2700 台增至 2019 年的 91 万台。 沉浸式娱乐 VR/AR。虚拟现实体验延时需低于 20ms 才能有效缓解眩晕, 目前 4G 时延约 100ms,故 VR 尚未大规模应用,5G 具有低时延和高速稳定 的特点,可以在解决该问题的同时传输更精美的图像,改善用户体验;对于 AR,则可以保证实时使用,在商务沟通、游戏、互联网、教育、社交等应用 时发挥重要作用。 车联网/无人驾驶。车联网发展有三个阶段:导航阶段(当下)-无线通讯 12 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 和 GPS 结合(车联网的网络基础)-车人网全面互动,5G 技术作为信息传输 中介,有助于促进与 GPS 的结合,最终实现信息的完全交互。无人驾驶要求 毫秒级延时和完全可靠性,与 5G 网络有高吻合度,有望在 5G 时代得到大力 推动。 工业控制/远程医疗。目前在远程控制工业作业或手术应用上由于技术限 制仍属于空白,5G 时代网络达到要求可能迎来较大发展。在工业上,5G 有 助于控制远程作业、危险环境作业、设备连接配合;医疗上,远程监控病患、 精确手术等,5G 均大有可为之处。 图表12:AR 应用 图表13:通过网络远程控制挖掘机作业 数据来源:北极科技网,东吴证券研究所 数据来源:爱立信,东吴证券研究所 物联网将成为 5G 核心场景,市场有待爆发 1000 亿+的连接支持、 10GB/s 的最高速度、 1ms 以下的延迟,这就 是物联网的 5G!物联网是通过各种信息传感设备及系统将每一件物和人相互 之间连接起来,形成个巨大的网络。5G 正可以应对未来爆炸性的移动数据流 量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景。爱立信预测, 到 2021 年,将有 280 亿部移动设备实现互联,其中 IOT 设备将达到 160 亿部。 5G 在 1 平方公里内,可以同时接入 100 万个网络连接而不会卡顿,真正实现 “万物互联”。 图表14:物联网对网络连接的需求 数据来源:东吴证券研究所整理 13 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 5G 将推动物联网模块广泛商用后快速成长,市场有待爆发。海量物联网可以 支持资产跟踪,智能农业、智慧城市、能源/公用事业监控、实体基础设施、智能 家居和联网购物等。据中国物联网研究发展中心预计,到 2018 年,物联网行业市 场规模预计将超过 1.5 万亿元,CAGR 将超过 30.0%,2020 年我国物联网产业规 模将达到 2 万亿。根据 IMT-2000(5G)推进组数据,预计到 2020 年,全球移动 终端(不含物联网设备)数量将超过 100 亿,其中中国将超过 20 亿。全球物联网 设备连接数也将快速增长,2020 年将接近全球人口规模达到 70 亿,中国将接近 15 亿。到 2030 年,全球物联网设备连接数将接近 1 千亿,其中中国超过 200 亿。 图表15:2010 年-2030 年全球和中国移动终端及物联网连接数增长趋势 数据来源:IMT-2000(5G)推进组,东吴证券研究所 14 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 2 射频器件在 5G 时代迎来革命,大有可为 2.1 从 2G、3G、4G 再到 5G,通讯对射频前端要求越来越高,量价 齐升 2.1.1 射频前端是无线通信的核心,网络通讯升级对射频前端要求越来越高 射频前端是无线通信的核心。射频器件模块是无线通信的必备的基础性 零部件,无论何种通信协议,何种通讯频率,射频前端不可或缺。移动网络 从 2G 的 GSM,3G 的 WCDMA,再到 4G 的 LTE-Advanced,每一代的更新 换代都带来新的通讯协议,复杂程度也以指数倍提升,对手机内的射频系统 要求也更高、更严格。5G 时代将会带来一个全新的网络架构,另外 Massive MIMO 技术、载波聚合技术等,对设备的射频器件性能都提出了更高的要求。 图表16:终端无线通信模块架构图 数据来源:中国产业发展研究网,东吴证券研究所 射频前端模块由功率放大器(PA) 、滤波器、双工器、射频开关、低噪声 放大器、接收机、发射机等组成。其中功率放大器负责发射通道的射频信号 放大;滤波器负责发射及接收信号的滤波;双工器负责 FDD 系统的双工切换 及接收/发送通道的射频信号滤波;射频开关负责接收、发射通道之间的切换; 低噪声放大器主要用于接收通道中的小信号放大;接收机/发射机用于射频信 号的变频、信道选择。 2.1.2 4G 到 5G,射频器件空间巨大,量价齐升 5G 应用场景更丰富,智能手机、卫星导航、卫星电视、物联网系统等都 离不开射频前端。我们以智能手机为例,在它的射频前端系统中,射频前端 包括 SAW 滤波器、双工器(Duplexer)、低通滤波器(Low Pass Filter,LPF) 、 功放(Power Amplifier)、开关(Switch)等器件。 15 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表17:智能手机射频电路 图表18:射频前端组成 智能手机 功能描述 射频器件 在发射机的前级电路中,调制振荡电路所 功率放大器 (PA) 产生的射频信号功率很小,需要经过一 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 射出去。 将发射和接收讯号相隔离,保证接收和发 双工器 射都能同时正常工作。它是由两组不同频 率的带阻滤波器组 ,避免本机发射信号 传输到接收机。 天线开关 切换接收和发射状态。 声波沿着固体表面传播,经过一定的延迟 滤波 SAW 后,接收换能器将声信号转换为电信号输 出。 器 BAW 低噪放大器 (LNA) 数据来源:RF DBTEL,东吴证券研究所 声波在 BAW 滤波器内是垂直传播,更适 合高频应用。 通常置于射频接收机的前端,主要用来提 高接收机的增益和降 接收机的噪声系 数。 数据来源:东吴证券研究所整理 手机销量上升与频段增加共同促进射频前端数量增长。 根据 IDC 报告,2016 年全球范围智能手机总销量为 14.7 亿部,该数据与 Gartner 预测的 15 亿部基本吻合,Gartner 还预测全球智能手机销量在 2020 将 会增长至 19 亿部。 射频器件的数量与智能手机支持的频段数量呈正相关,频段数量越多, 射频器件数量越多。通信技术从 1G 发展到 4G,再到 5G,手机中涵盖的频段 数量快速增加:一方面在于手机网络速度增加,分配到的频段数增加;另一 方面,如今手机需兼容原先网络频段且包括 GPS、蓝牙、WIFI 等被集成到射 频模块中,手机频段更多。此外,支持载波聚合技术的设备需将多个窄频段 聚合成一个宽频段,因此需要更多的窄频段支撑。一般来讲,智能手机每增 加一个频段,需要增加 1 个功率放大器(PA) 、 1 个双工器、 1 个天线开 关、 2 个滤波器、1 个低噪放大器( LNA) ,这个从上面的射频器件电路也 可以看出。目前大致一款多模多频的 LTE 手机,需要 20-30 个以上这些射 频器件, 5G 时代射频器件将更多。 16 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表19:1G2G3G4G5G,通信频段增加,对射频器件的数量需求也将增加 数据来源:搜狐网,东吴证券研究所整理 4G—>5G,射频前端价值量上升。5G 主要采用 3GHz 以上的频谱通信, 与 4G 的低频电路不同,高频电路需要从材料到器件,从基带芯片到整个射频 电路进行重新考量和设计。5G 时代所需求的射频器件要比传统的射频器件要 复杂得多,主要来自滤波器和双工器的升级,单个射频前端的价值量也会更 高。根据产业链调研射频成本端看,单模 PA 价值大约在 0.3-0.6 美金、SAW 滤波器价格在 0.08-0.12 美金、SAW 双工器价格在 0.2-0.3 美金、天线开关价 值在 0.15-0.4 美金。估算单个射频前端价格为 1 美金,支持 11 个频段的 4G 手机,射频前端价值量可达 11 美金左右,5G 高频电路还会更高。 手机销量的增长以及单部手机射频前端价值的增加带来了射频前端量价 齐升,射频器件行业将会迎来新一轮的大发展机遇。根据 Yole 预测,射频前 端器件市场将会 14%左右的年平均增长率增长。 图表20:2015-2022 年射频器件市场价值 数据来源:Yole,东吴证券研究所 17 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 2.2 射频器件国产化替代空间巨大 2.2.1 射频器件市场呈海外垄断之势 整个射频产业链从上到下分为射频设计、射频制造、射频封装和射频测 试。其中功率放大器市场玩家居多,三大主芯片公司 Skyworks、Qorvo、 Broadcom 占据全球市场 93%份额。滤波器市场,日企 Murata、TDK 和 Taiyo Yuden 占据 SAW 滤波器 85%以上份额;博通占据 BAW 滤波器 87%份额,基 本垄断市场。PAmiDs 整合模块环节,包括 PA、双工器和天线开关整合, Skyworks、Qorvo、Broadcom 三家占据全球市场 99%份额。 根 据 Gartner 的 统 计 整 个 射 频 前 端 市 场 中 , Skyworks 、 Qorvo 、 Qualcomm 是最大的三家,占据市场 70%的份额,联发科、三星与海思是射 频领域增速较快的三家厂商。 图表21:功率放大器市场份额 图表22:PAmiDs 整合模块市场份额 数据来源:Gartner,东吴证券研究所 数据来源:Gartner,东吴证券研究所 2.2.2 国内终端市场转移加速,国产化替代空间大 智能手机步入消费升级新时代,终端市场发展迅速。亿欧的报告中指出: 中国消费升级已到新纪元。2015 年,中国消费对经济增长的贡献率达到了 66.4%,2016 年和 2017 年更是热度不减,消费已经成为支撑中国经济的重要 力量。而我国作为世界最大的消费电子智能手机制造国,也迎来更大机遇。 消费升级带动驱动国内高端射频器件需求,此外,运营商积极推动的载波聚 合技术也有助于射频器件升级发展。 本土手机全球市占率在上升,带动射频器件国产替代。国内本土手机需 求量放缓,海外市场成为新战略。根据 Trendforce 数据,2016 全球智能手机 市占率国产手机华为、OPPO、Vivo 包揽前三四五名,2017 年二季度全球智 能手机市场国产品牌占近一半,全球市长率正在稳步上升。本土智能手机全 18 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 球化趋势驱动 4 模、5 模甚至全模制式,支持模式越多对应频段也更多,相应 地需要射频器件也更多,加速国产替代。 图表23:全球智能手机前 10 大厂商 排名 1 2 2014 公司 市占率 Samsung 28.00% Apple 16.40% 2015 公司 市占率 Samsung 24.70% Apple 18.20% 2016 公司 市占率 Samsung 22.60% Apple 15.60% 3 联想 7.90% 华为 8.30% 华为 11.10% 4 LG 6.00% 联想 5.40% OPPO 8.50% 5 华为 5.90% LG 5.20% VIVO 7.10% 6 小米 5.20% 小米 5.20% LG 5.50% 7 酷派 4.20% OPPO 3.80% 小米 3.80% 8 Sony 3.90% TCL 3.70% 联想 3.80% 9 中兴 3.10% VIVO 3.60% TCL 3.20% 10 TCL 2.70% 中兴 3.40% 中兴 3.30% 其他 16.70% 其他 18.50% 其他 15.50% 数据来源:Trendforce,东吴证券研究所 2.3 5G 时代,射频器件产品结构升级 5G 时代所需求的射频器件由于采用高频器件将进行产品结构升级。5G 采用 3GHz 以上的频谱通信,与 4G 相比,射频最大不同就是采用高频电路。 高频电路相比于中低频电路需要从材料到器件,从基带芯片到整个射频电路 进行重新考量和设计。高频电路基本上都需要针对高频信号以及产品结构进 行定制,且呈现小型化的特点。此外,高频电路对器件的尺寸以及电路布局 都要做精细化考量。 滤波器: SAW/BAW 高性能滤波器需求加速,国产替代正当时。5G 时 代,频段增加,为了抑制外界干扰,提供更优通信体验,高性能滤波器需求 大大增加。声表面波滤波器(SAW)广泛应用于 2G 接收机前端以及双工器、 接收滤波器,集低插入损耗和高 Q 值于一身,不仅可实现宽带宽,体积还比 传统腔体甚至陶瓷滤波器小得多。但 SAW 滤波器的局限性在于高于约 1GHz 时,其选择性降低;在约 2.5GHz,其使用仅限于对性能要求不高的应用。 且 SAW 器件易受温度升高的影响,基片材料的刚度趋于变小、声速也降低。而 高于 1.5GHz 时,BAW 滤波器非常具有性能优势,其尺寸还随频率升高而缩 小,BAW 对温度变化也不那么敏感,同时它还具有极低的插入损耗和非常陡 峭的滤波器边缘。5G 高频时代,BAW 将迎来快速发展且 BAW 双工器价值量 约为 SAW 双工器的 2-3 倍,产品结构升级将进一步提升 5G 射频模块价值量。 随着近几年国产手机品牌的迅速崛起以及国内滤波器企业不断进行技术 积累,我国滤波器厂商崛起的内外部条件已经具备,中国厂商完成国产替代 正在当下。目前国内滤波器厂商已经掌握了从晶体基片制造到光刻工艺的全 19 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 生产流程,开始从 SAW 滤波器领域实现突破。 5G 天线:数量更多,技术壁垒更高,国内技术领先厂商有望受益。天线 是接收和发射电磁波的元器件,是手机等终端的核心部件。全球移动终端天 线行业受无线通信需求越来越多市场空间持续高速成长。由于手机中射频信 号通道越来越拥挤,手机需要处理来自外圈无线设备的各类信号如蓝牙、WIFI 等。随着高频 5G 到来,频段增加,不同带宽工作的信号均需要接入天线且要 保证最优化性能和较轻薄集成化的外形尺寸,设计测试工艺难度越来越高。 经过多年发展,无论在基站天线还是手机天线领域,我国厂商均积累了足够 的技术与资本实力,已经成为各自行业的领头羊,未来有望尽早获利。 功率放大器(PA):材料升级,国产厂商享受行业红利。在 2G 时代,功 率放大器还可采用硅材料的产品;到 3G 和 4G 时代,功率放大器则是以砷化 镓(GaAs)为材料。然而到 5G 时代,由于功率放大器的带宽会随着频率的 增加而大幅减少,传统的 Si、GaAs 材料的功率放大器已经不能满足要求, GaN 在高频领域优势明显,有望成为 5G 时代的功率放大器的选择,未来国 产厂商将受益于行业爆发。 5G 时代,射频器件产品结构升级,市场规模扩大。据 Yole 预测,手机 射频前端模块和组件市场,2016 年市场规模为 101 亿美元,预计到 2022 年将 达到 227 亿美元,7 年复合增速为 14%。其中滤波器的复合年增长率为 21%, 天线复合年增长率为 21%,功率放大器复合年增长率近 1%。5G 时代的新一 轮技术创新和产业革命正为射频器件带来新机遇。 图表24:2015-2022 年射频器件市场价值 数据来源:Yole,东吴证券研究所 20 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 3 滤波器:5G 带动需求爆发,国产替代开始启动 3.1 滤波器是射频前端的重要部件,SAW/BAW 成为主流选择 3.1.1 滤波器起到抗干扰和过滤杂波的作用,是射频前端的重要部件 滤波器是一种选频装置,可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地 衰减其它频率成分,起着抗干扰和过滤杂波的作用。滤波器主要有以下四种 工作方式: 低通:阻止高于某个频率的所有频率并允许所有其他频率通过(和高通 相对) 。 高通:允许高于某个频率的所有频率通过,并阻止所有其他频率(和低 通相对) 。 带通:允许两个频率之间的所有频率通过,并阻止所有其他频率(和带 阻相对) 。 带阻:阻止两个频率之间的所有频率,并允许所有其他频率通过(和带 通相对) 。 图表25:四种滤波器的作用原理示意图 数据来源:电子发烧友网,东吴证券研究所 滤波器在手机射频前端中起着重要作用。由于手机需要支持的无线通信 频段越来越多,并且手机需要支持的通信协议越来越复杂,所以信号之间会 出现干扰的问题。滤波器的作用就是将带外干扰和噪声滤除,以满足射频系 统和通信协议对于信噪比的需求。 21 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 手机射频前端需要同时具备接收与发射信号的作用,由于手机通常会支 持非常多的频段,不同频段在使用时需要过滤掉其它频段的信号,防止信号 干扰与串联,所以一个频段通常需要两个滤波器,以分别负责接收与发射时 的信号过滤。 图表26:滤波器在射频前端中起着重要作用 数据来源:半导体行业观察,东吴证券研究所 3.1.2 SAW/BAW 性能优异,是射频应用的主流选择 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 器可以实现越窄的通带带宽,即可以实现较好的滤波功能。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。 图表27:SAW/BAW 是射频滤波器的主流选择 滤波器种类 使用的频带 特征 SAW 滤波器 10MHz—3GHz 高稳定性、小型、高选择度、高 Q 值 BAW 滤波器 1.5GHz—5GHz 高稳定性、小型、生产成本较高、高 Q 值、耐高 功率 数据来源:东吴证券研究所整理 SAW(Surface Acoustic Wave)滤波器是根据晶体的压电效应而制成。压 电效应即晶体在受到电信号的作用时,会产生弹性形变而发出机械波(声波) , 即可把电信号转化为声信号。 22 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 由于 SAW 器件易受温度变化的影响,当温度升高时,其基片材料的刚度 趋于变小、声速也降低。为了克服这一缺点,TC-SAW(温度补偿滤波器)被 开发出,它是通过在叉指换能器上另涂覆一层在温度升高时刚度会加强的涂 层制作而成,但成本较高。 图表28:SAW 滤波器工作原理示意图 数据来源:电子工程专辑,东吴证券研究所 BAW (bulk acoustic wave)滤波器即体声波滤波器,是在晶体内部传播 声波而实现滤波功能。BAW 原理与 SAW 基本相同,其使用石英晶体作为基 板,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。与 SAW 不同的是声信号在介质内部传输,故体 积可以做的更小(介质的介电常数大于空气) 。 图表29:BAW 滤波器工作原理示意图 数据来源:电路说,东吴证券研究所 以 iPhone 7 的配置来看,其射频前端共采用了 3 颗 PA 芯片(高中低频段)、 2 颗滤波器组、2 颗射频开关、2 颗 PA-滤波器一体化模组,Avago AFEM8030 是其中采用的一种滤波器芯片。Avago AFEM8030 中的滤波器采用密封的晶 23 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 圆级封装,该技术来自于 Avago 的 Microcap 晶圆键合 CSP,使得前端模块中 的所有芯片组装在一起的面积小于 35mm。此外,还采用了硅通孔(TSV)来 导通电气信号和特殊的研磨工艺来控制氮化铝(AlN)厚度。 图表30:iPhone 中的射频前端演变过程 数据来源:电子发烧友网,东吴证券研究所 3.2 无线通信频段增加带动滤波器市场快速增长,高通预计到 2020 年滤波器市场规模将达到 130 亿美元 随着无线通信技术的发展,手机需要支持的无线通信频段也越来越多, 4G 时代的频段已经达到 41 个。而到了 5G 时代,手机需要支持的频段甚至会 达到 91 个以上。由于一个频段通常需要两个滤波器,所以未来单部手机的滤 波器使用量将超过百个。 图表31:无线频段数量不断增加 数据来源:中国产业信息网,东吴证券研究所 载波聚合技术的应用也会增加滤波器的使用量。4.5G 网络需要提供下行 24 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 峰速 1Gbps,上行峰速 500Mbps 的传输速率,这需要提供最大 100MHz 的传 输带宽,但是目前很缺乏这么大的带宽,所以使用载波聚合技术将零散的带 宽聚合到一起以提供更大的传输带宽。载波聚合需要在前端使用更多的多工 器,而每个多工器通常由多个不同频率的滤波器构成,所以载波聚合技术将 会大幅增加滤波器的使用量。 图表32:载波聚合可以把零散带宽聚合到一起 数据来源:半导体行业观察,东吴证券研究所 手机滤波器用量的大幅增加会极大提升滤波器的单机价值量。单个滤波 器的价值量并不高,通常只有几十美分,但是单价用量很大就会导致单机价 值量很高。以一台常见的 4G 五模十三频手机为例,滤波器单机价值量约为 4-5 美元。随着频段的增加,5G 时代的滤波器单机价值量甚至可以达到 10 美 元。 滤波器市场不仅仅有量的快速增长,还有技术进步带来的单价提升。由 于手机射频前端需要集成的滤波器越来越多,而手机内部依然是寸土寸金, 所以滤波器有着非常明显的小型化、集成化趋势。这样的趋势会进一步加大 滤波器的生产难度,不断提升滤波器的单价。 根据 Mobile Experts 的预测,全球射频滤波器市场规模将从 2015 年的 50 亿美元增长至 2020 年的 130 亿美元,年复合增长率达到 21.06%,保持快速 势头。全球通信巨头高通的预测结果与此类似,也预计滤波器市场规模到 2020 年达到 130 亿美元左右。滤波器正成为射频前端领域中增长最快的部件。 25 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表33:滤波器市场规模快速增长 数据来源:Mobile Experts,东吴证券研究所 3.3 生产难度大,国外厂商处于主导地位 3.3.1 SAW/BAW 生产工艺复杂,技术壁垒高 SAW/BAW 滤波器的设计和制造非常复杂,目前仍无法用集成度最高的 CMOS 工艺进行批量化制造,而必须使用特殊工艺以保证性能。以 SAW 滤波 器为例,SAW 滤波器通常在石英、铌酸锂或钎钛酸铅等晶体基片基础上,使 用半导体工艺完成制造。这样的生产方式决定了 SAW 滤波器具有很高的生产 难度。 晶体生长环节难以控制。晶体生长主要使用提拉法,即在被加热的坩埚 中盛着熔融的料,籽晶杆带着籽晶由上而下插入坩埚。由于固液界面附近的 熔体维持一定的过冷度,熔体沿籽晶结晶,并随籽晶的逐渐上升而生长成棒 状单晶。在生产过程中,需要控制固液界面的温度梯度、生长速率、晶转速 率以及熔体的流体效应,否则容易出现晶体生长不均匀、晶格排列混乱等现 象。 最佳切割方向难以确定。基片切割的方向会影响压电晶体在机械能和电 能之间的转化效率,进而影响滤波器的工作效果,所以晶体切割还需要考虑 最佳切割方向。只有当切割方向与表面波传输速率最快的方向一致时,才可 以得到能量转化效率最高的晶片。所以在对晶体进行切割之前,还需要计算 基片各方向的表面波传输速率,以确定速率最高的传输方向。 研磨时容易出现亚表面损伤。铌酸锂晶体是典型的软脆材料,在研磨时极 易出现亚表面损伤和磨粒嵌入等缺陷,进而影响表面波的传输。在具体研磨 过程中,对研磨方式、磨粒粒径、研磨压力等方面均提出了很高的要求。这 需要厂商在具体生产过程中积累经验,不断改进研磨方式。 需要使用高精密抛光工艺。由于基片表面的粗糙度会影响表面波的传输, 所以基片表面的粗糙度需要达到亚纳米级别,同时基片表面不能有任何缺陷, 这对抛光工艺提出了严峻的挑战。为了实现高精密的抛光,需要使用特殊配 方的抛光液,并不断在生产中改进抛光工艺,以找到最高效的抛光方法。 26 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 后段半导体工艺对精细度要求很高。在完成基片的生产后,需要在基片 上利用半导体工艺完成电极的刻蚀,大致流程包括金属膜沉积、上胶及前烘、 曝光、显影、刻蚀、光刻胶去除等步骤。后段过程中的曝光设备、光刻精度、 工艺参数等变化都会极大影响滤波器的性能。为了保证最优生产结果,滤波 器厂商通常采用 IDM 模式完成设计、生产的全过程。 图表34:声表面滤波器的半导体工艺 数据来源: 《射频声表面滤波器的研究》,东吴证券研究所 3.3.2 SAW/BAW 主要被日美厂商垄断 从产业链上下游看滤波器行业,上游环节为晶圆供应商,中游环节为滤 波器元器件制造商和前端模块生产商,下游为苹果、三星等移动终端设备厂 商。目前,SAW/BAW 滤波器主要被日美几家厂商垄断,包括村田、TDK、 博通等厂商。 图表35:滤波器产业链的各个环节 数据来源:东吴证券研究所整理 SAW 滤波器市场由村田、TDK 和太阳诱电垄断,其中村田的市场份额接 近一半。博通在 BAW 滤波器市场一家独大,占据了 87%的份额。这些领先 厂商同时还在高端滤波器领域拥有大量专利,形成了技术上的垄断。 27 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表36:SAW 滤波器市场由村田、TDK、太诱垄 图表 37:BAW 滤波器市场由博通垄断 断 数据来源:Navian,东吴证券研究所 数据来源:Navian,东吴证券研究所 图表 38:主要滤波器供应商简介 公司名称 所在地 博通 美国 Qorvo 美国 Skyworks 美国 2016 年收购松下滤波器部门而具备 SAW 工艺 TDK 日本 2008 年收购欧洲 EPCOS 公司进入声学滤波器领域 Murata 日本 中文名村田,在 SAW 滤波器领域处于领先地位 Talyo Yuden(太 阳诱电) 简介 Avago 2015 年收购博通,并将新公司命名为博通。博 通在 BAW 滤波器领域处于领先地位。 2014 年由 TriQuint 和 RFMD 合并而成,兼具 SAW 和 BAW 滤波器生产能力 日本 同时具备 SAW 和 BAW 生产能力 数据来源:东吴证券研究所整理 3.4 内外条件已具备,中国厂商完成国产替代正在当下 随着近几年国产手机品牌的迅速崛起,以及国内滤波器企业不断进行技 术积累,我国滤波器厂商崛起的内外部条件已经具备,中国厂商完成国产替 代正在当下。 从外部条件来看,近几年国产手机品牌迅速崛起。2016 年国产手机前三 强为华为、OPPO 和 VIVO,全年出货量分别达到 1.39 亿、0.99 亿和 0.7 亿部, 28 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 在全球的市占率仅次于三星和苹果,我国已经成为全球最大的智能手机生产 地和销售市场。 国产手机品牌的迅速崛起带来了庞大的本土配套需求,这是因为供应链 本土化可以拥有更好的配套服务、更为方便的协作,手机厂商应对市场变化 的能力也更强。随着国产手机品牌的崛起,滤波器的本土化配套需求也迅速 提升,我国滤波器厂商崛起的外部条件已经具备。 图表 39:我国智能手机厂商出货量仅次于三星、苹果 数据来源:IDC,东吴证券研究所 从内部条件来看,国内滤波器厂商的技术积累也支持国产替代。目前国 内滤波器厂商已经掌握了从晶体基片制造到光刻工艺的全生产流程,开始从 SAW 滤波器领域实现突破。同时国内生产厂商拥有更为低廉的生产成本,在 价格上相对厂商也具有优势。所以国产滤波器厂商也已经具备了实现国产替 代的内部条件。 目前,我国从事声表滤波器的公司大约还有 10 家左右,有一半从事军品 滤波器,一半从事民品滤波器。而在手机用声表射频滤波器有突破的厂商主 要是德清华莹(中电 55 所)、中电 26 所、无锡好达三家。它们成功开发了外 壳尺寸为 2520、2016、1814CSP 封装的 BAND1、BAND5、BAND8 声表双 工器,以及尺寸为 1411、1109CSP 封装的 GPS、WiFi 用滤波器,产品已经得 到二线品牌手机厂家的使用。 1)德清华莹(中电 55 所) 中电科技德清华莹电子有限公司始建于 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。现在是中国电子科技 集团公司旗下五十五所控股的一家专业研制及制造人工晶体材料、声表面波 器件及电子系列产品的企业。公司专业生产铌酸锂晶体产品、声表面波器件 和其它电子产品,拥有自主知识产权。主营的铌酸锂 3″、4″晶体年产 18 吨, 加工晶片 100 万片及系列光学晶体产品;年产各类声表面波器件 1.6 亿只,电 29 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 子镇流器、电子变压器等照明产品 600 万套,大功率灯珠 600 万只,COB 面 光源及集成光源 60 万只。 2)中电 26 所 中电科技 26 所是国内实力非常强的商用 SAW 滤波器制造商。1999 年以 前,中电 26 所的产品及业务主要用于军用和国防定制配套,此后逐步民用化。 中电 26 所已经成功研制出上千种规格的声表面波滤波器、声表面波振荡器、 声表面波谐振器、声表面波延迟线、声表面波直接频率合成器、声表面波脉 冲压缩组件等信号处理器件以及零组件,用于 GSM/CDMA 等直放站、 GSM/CDMA/WCDMA/TD-SDMA 等基站的系列中频滤波器、CDMA450 固定 台系统的 400-700MHz 系列滤波器、WAN/WLL 的声表面波滤波器、各类无 线通信标准无线收发 RF 滤波器。 3)无锡好达 无锡好达主要产品包括声表面波滤波器、双工器、谐振器,应用于手机、 通信基站,雷达、航天航空、汽车电子、及其它射频通讯领域。公司拥有能 生产 0.25um 微线条芯片生产线,有能生产 CSP 倒装产品封装的生产线,可 生产产品尺寸为 1.8*1.4 的双工器、1.1*0.9 的滤波器,可生产 1.8×1.4 mm 的 双工器、1.1×0.9 mm 的滤波器,其 HDDB01NSB-B11、HDDB03CNSS-B11、 HDDB05NSS-B11 等多个型号双工器在 BAND1、BAND3、BAND5 等波段得 到应用。公司已实现对主流手机厂商(主要客户包括中兴、宇龙、金立、三 星、蓝宝、富士康、魅族等)的供货。 30 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 4 天线:大规模 MIMO 技术,阵列天线加速走向应用 4.1 手机端:采用阵列天线,工艺难度加大提升价值量 5G 作为新一代通信技术,引入了一系列新的技术和标准。这些新的技术 和标准将大幅提升手机天线的设计和制造难度,需要引起手机厂商的足够重 视。总体来看,手机天线将在尺寸、阵列、有源器件、芯片等四个方面大幅 提升难度。 4.1.1 阵列天线将被采用,加工工艺更加复杂 MIMO 技术,决定手机天线将采用阵列天线方案 由于 5G 将部署大量小基站,各个小基站的误码率等性能不尽相同,所以 5G 手机需要具备自选基站的能力,以选择误码率低的基站和信道实现通信, 这就要求 5G 手机采用阵列天线技术。基站天线采用的阵列天线,波束将在垂 直和水平两个方向交叉极化,所以 5G 手机天线需要采用垂直和水平天线交互 的点阵,以同时保证垂直和水平两个极化方向的信号收发。 阵列天线对手机天线的设计和制造提出了更高的要求,未来的 5G 阵列天 线很可能集成到后盖上,要求天线生产商和后盖生产商之间的具有紧密协作。 图表 40:手机需要使用阵列天线 数据来源:电子发烧友网,东吴证券研究所 天线尺寸大幅缩小,加工工艺难度大幅提高 天线长度通常为波长的四分之一,所以当 5G 需要使用高频段时,由于电 磁波的波长大幅缩小,手机天线的尺寸也需要大幅缩小。天线尺寸的大幅缩 小将对天线的材料和加工精细度提出更高的要求。对于 30-40GHz 左右的 5G 天线,FPC 以及注塑冲压的天线制作方式将达不到要求,可用 LTCC、高介电、 陶瓷等技术进行加工制造。但 60GHz 及以上的天线尺寸非常小,就需要微电 子加工技术,加工精度要求更高,需要采取和芯片集成在一起的加工工艺。 31 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表 41:半波振子是天线的基本单位 数据来源:电子工程专辑,东吴证券研究所 4.1.2 波束成形技术要求手机天线集成有源器件 基站和手机在 5G 时代的通信将采用波束成形技术,需要保证基站与手机 之间的定向传输,这就需要集成移相器、相位控制器等有源器件。其中移相 器用来对波的相位进行调整和改变,用于调节交流电压相位。相位控制器用 来控制手机天线的相位,以保证与基站之间的定向传输。 所以未来的手机天线厂商不仅需要具备天线的设计与制造能力,还需要 具备集成有源器件的能力,甚至将天线与有源器件结合为模组形式提供给终 端客户。 图表 42:基站与手机之间的定向传输示意图 数据来源:雷锋网,东吴证券研究所 4.1.3 阵列天线或将与芯片相结合 由于 5G 手机天线采用阵列天线,天线数量大幅增加,不能使用屏蔽线引 出信号到射频芯片中,所以需要把引出线与阵列天线做成一体,并与芯片相 结合,通常一个芯片管理四个点阵。 32 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 天线与芯片的结合,并不意味着芯片厂商将取代天线厂商。芯片厂商不 知道如何设计天线并对天线的性能进行检测与评估,只有专业射频厂商有这 方面的经验。所以,芯片厂商只有与天线射频设计公司合作,才能制作出 5G 所需要的天线系统和制作出产品。 图表 43:5G 手机天线需要与芯片相结合 数据来源:电子发烧友网,东吴证券研究所 4.1.4 阵列天线价值量大幅提升 5G 通信将使手机天线单机价值量大幅提升。根据产业链调研,目前较为 低端的弹片天线单机价值量约为 0.3-0.5 元,主流的 FPC 天线单机价值量达到 1-2 元,而高端的 LDS 天线单机价值量达到 6-15 元。而等到 5G 时代,手机 天线将采用阵列形式,还需要整合有源器件与芯片,单机价值量将达到 30-80 元,相比目前的价值量水平得到大幅提升。 图表 44:5G 将使手机天线单机价值量大幅提升 天线种类 单机价值量 应用范围 弹片天线 0.3-0.5 元 功能机 FPC 天线 1-2 元 主流方案,占目前手机天线的 70%左右 LDS 天线 6-15 元 中高端机型中 5G 阵列天线 30-80 元 5G 手机 数据来源:东吴证券研究所整理 4.2 国内厂商技术雄厚,将引领 5G 通信天线的发展 经过多年发展,我国厂商均积累了足够的技术与资本实力,已经成为各 自行业的领头羊。随着 5G 时代的到来,国内天线厂商将继续凭借雄厚的技术 积累,引领 5G 时代通信天线的发展。 33 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 手机天线已经有了很长的历史,并经过了几个重要的发展阶段,行业中 心也开始从欧美向中国转移。 早期天线主要是从军用领域发展而来,所以不难理解为何此前的国际天 线大厂主要集中在欧美及以色列。天线军转民之后,起初主要应用于车载电 话、无线寻呼等专业领域。早期天线普遍置于移动终端机壳外顶部,带宽窄、 不美观、易折断,后来,随着天线技术不断提升及用户对整体外形要求提升, 天线从外置转为内置天线。 早期的内置天线主要是金属弹片加塑胶支架的结构,多是两维手工设计、 测试及制造,当时金属弹片天线单价在 3-5 元;后来由于精密度要求提升, 金属弹片替换为 FPC 材质,但天线依然是两维设计制造,目前其平均单价为 1-2 元。再后来,随着 LTE(4G)的加入,天线的复杂度将越来越高,覆盖 5-6 个甚至更高频段,手机中的射频信号通道越来越拥挤。此外,手机还需要 处理来自外围无线设备的各种信号,如蓝牙、Wi-Fi 和 GPS 等,所有这些信 号需要工作在不同的频段,而且都需要接入天线,并且取得最优的性能和较 轻薄较集成化的外形尺寸,这使得天线设计测试及工艺难度越来越高。 此时,要实现 4G 所必需的多天线技术,在多频多模的要求下,天线外形 从早期的两维变成三维,天线设计必须实现电脑自动化设计,而对制造的精 密度要求也越来越高,早期的 FPC、弹片等手工设计、测试和制造的模式已 不适用,全自动化模式成为主流,而在全自动化模式中,三维制造精度最高 的就是 LDS 工艺,可以说,LDS 工艺是 4G 终端天线可实现的主要工艺。 图表 45:手机天线技术的发展历程 数据来源:东吴证券研究所整理 国外企业进入手机天线行业较早,拥有较强的技术积累,仍然占据着很 大的手机天线市场份额。目前国外手机天线厂商主要包括莱尔德、普尔思、 安费诺、莫仕、Skycross 等。 34 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表 46:国外主要手机天线厂商 厂商名称 国别 业务范围 莱尔德(Laird) 美国 设计和制造电磁屏蔽材料、导热界面材料和无线天线产品 普尔思(Pulse) 美国 安费诺(Amphenol) 美国 莫仕(Molex) 美国 Skycross 美国 研究、开发和生产用于无线通讯终端产品的天线、零件及模组,其 他无线频率元器件、电缆组件、光学器件组件 公司生产、设计、销售各种类型的连接器,包括低频通信连接器、 背板、输入/输出连接器、光纤连接器 电子、电气和光纤互连解决方案、开关和应用工具 公司技术应用在大范围的移动设备高性能天线产品上,包括移动电 话、手提电脑、PDA、RFID 读卡机和条形码阅读器 数据来源:东吴证券研究所整理 我国手机天线企业一方面通过外延并购的方式成功进入国际顶级大客户 供应链,另一方面受益于国内手机终端企业的快速发展,已经具备雄厚的实 力积累。以信维通信代表的国内手机天线企业,将有望在 5G 手机天线的发展 中扮演重要角色。 信维通信是国内小型天线行业发展的领跑者,集研发、制造、销售于一 体,主要致力于研发和生产移动通信设备终端各类型天线,包括手机天线、 GPS、WIFI、蓝牙天线等。公司积极围绕射频技术为核心,一方面不断夯实 自身产品研发与制造能力,另一方面拓展高性能射频连接器及为解决整机 EMC/EMI 的精密五金部件、LDS 产品、音频产品及音射频模组等。 信维通信营业收入保持快速增长势头,2016 年实现营业收入 24.13 亿元, 近八年的年复合增长率达到 59.71%,2016 年实现净利润 5.24 亿元,近八年 年复合增长率达到 52.41%。 图表 47:信维通信营业收入快速增长 图表 48:信维通信净利润快速增长 数据来源:Wind,东吴证券研究所 数据来源:Wind,东吴证券研究所 信维是目前为数不多在射频领域针对 5G 通讯做前沿研发的全球化公司。 公司已经成立了 5G 研究院,在瑞典斯德哥尔摩的研发中心是专门研究未来几 35 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 年的通信技术以及如何应用新的工艺、新的技术。目前,公司已经开发出用 于手机和平板的 5G 天线阵列设计。此外,5G 天线中要用到很多射频器件, 比如移相器,耦合器等,公司在 2016 年 9 月成立深圳市信维微电子有限公司, 主要以研发设计为主,涉及业务包括滤波器、功放、开关等射频前端器件及 模组、半导体材料及微电子产品。 伴随着 5G 通讯的商用化,手机行业将迎来一次换机潮。我国手机天线企 业已经拥有足够的技术积累,将有望抓住这次机遇,引领未来手机天线行业 的发展。 36 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 5 功率放大器:化合物半导体再添动力 5.1 化合物半导体是 5G 时代下功率放大器不可替代的核心技术,需 求提升迅速 5.1.1 功率放大器即为信号的“扩音器”,市场空间广阔 何为功率放大器? 功率放大器,即为信号的“扩音器”,它是无线发射系统中极为重要的部 分。通常条件下,在调制振荡电路中的射频信号都比较弱,这些信号需要经 过射频放大器逐级放大并调制,最后经末级功率放大器匹配足够功率,通过 天线将射频信号辐射。以 iPhone6 主板为例,其中就包括 5 个射频功率放大 器,分别由 Skyworks、Qorvo 和 Avago 提供。功率放大器连接调制振荡电路 及辐射天线,往往是整个移动终端中最为耗电、效率最低,同样也最为昂贵 的部件。 图表 49:iphone6 主板中射频器件(正面) 图表 50:iphone6 主板中射频器件(背面) 数据来源:Chipwork,东吴证券研究所 数据来源:Chipwork,东吴证券研究所 图表 51:各频段手机功率放大器价值(美元) 射频部件 SAW 滤波器 TC-SAW 滤波器 BAW 滤波器 PA 及开关 RF 总体价值量 传统 3G 通讯设备 1.25 0 0 2.5 3.75 区域性 LTE 设备 2 0.5 1.5 3.5 7.5 全球漫游 LTE 设 备 2.25 1.5 3.5 5.5 12.75 数据来源:电子发烧友,东吴证券研究所 射频功率放大器市场规模近 40 亿美元 近年来,全球 4G 手机占智能手机市场的份额逐年提升,随着未来 4G 通 讯渗透率进一步提高以及 5G 通讯正式上线,手机需要支持的频段数越来越 37 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 多,功率放大器的数量也相应大大增加。据 Yole 指出 2016 年全球 RF PA 市 场规模约为 15 亿美元,到 2022 年时,市场规模将达到 25 亿美元,但传统的 LDMOS 制程将逐渐被新兴的氮化镓(GaN)取代,砷化镓(GaAs)的市场 占比则相对稳定。 图表 52:4G 手机占智能手机比重越来越大 数据来源:电子发烧友网,东吴证券研究所 图表 53:3W 以上 RF PA 制程技术占比预估 数据来源:Yole,东吴证券研究所 5.1.2 化合物半导体是功率放大器核心技术,壁垒极高 何为化合物半导体? 化合物半导体指由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合 物,并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质。 自 2000 年以后,化合物半导体市场逐步扩大,以砷化镓(GaAs)、氮化 镓、碳化硅为首的半导体材料应用增多。 目前较为成熟的是第二代半导体材料,以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP) 、 磷化镓(GaP)为主要代表,这一类化合物半导体相对于第一代单元素晶体半 导体拥有更高的电子迁移率,且为直接带隙,在光电传输过程中有更好的表 现,同时整体上功率、增益以及效率都较硅基半导体更有优势。目前,市场 上 GSM、3G、4G 通信网络多是以 GaAs 器件和 COMS 器件并存。 随着技术的进步,第三代半导体材料也开始应用,主要以氮化镓(GaN) 、 碳化硅(SiC)为主要代表,这一类半导体相较前两代半导体,拥有更大的禁 带宽度,能够对应更宽的频谱区域,这也是未来高频 5G 时代的需求。 COMS、GaAs 和 GaN 是功率放大器的三种重要的制备工艺 目前功率放大器中半导体的制备工艺主要有 COMS、GaAs 和 GaN 三大 类工艺,其中比较成熟的是 CMOS 和 GaAs 工艺。 CMOS 作为最先发展的半导体制备工艺,其优势在于制程成熟,成本更 低,整体集成度较高,通常被用于芯片制造、通信集成等多个领域。智能手 38 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 机中功率放大器相对于 CPU 等芯片而言,集成度要求并没有那么高,相反对 于工作频率、耐高温、耐高压等方面特性要求更高,因此 GaAs 工艺作为兼 顾良率、成本以及增益、效率的最佳方案,被广泛应用于 3G、4G 网络中。 GaAs 工艺其实指的是材料制备中两种工艺手段,MOCVD(气相外延生 长)和 MBE(分子束外延) 。通过该工艺制造的 GaAs IC(以 MESFET、HEMT、 HBT 为主的集成电路)有着非常出色的表现。比如 GaAs MIMIC(微波毫米 波单片电路)和 GaAs VHSIC(超高速集成电路)在新型相控阵雷达等军用上 起着重要作用。 GaN 工艺和 GaAs 工艺差别不大,生长上控制难度更大一些,尽管目前 良品率仍较低,集成度也相对较低,但最终需求才是科学技术进步第一推动 力,随着时间推进,技术的成熟度会不断提高。 图表 54:GaN 技术成熟度曲线 数据来源:YOLE,东吴证券研究所 GaN 优异的材料性能能够满足相当大范围的频段需求,目前多用于军用 雷达、高频通信域。未来随着高频 5G 信号毫米波段进一步发展,应用前景会 越来越广阔。 5.1.3 5G 时代下,化合物半导体需求量大幅增加 5G 时代下,“高频+频段增多”推动化合物半导体需求量增加 5G 时代下,化合物半导体的增量主要来源于两个方面:1)毫米波通信 推动化合物半导体需求增长;2)5G 通讯信号覆盖全网频段,频段数量增加, 功率放大器芯片数量也将进一步增加。 5G 通信将在 3GHz 以上的通信频段,GaAs 器件将成为不可或缺的部分。 GaAs 射频功率放大器具有比硅(Si)器件拥有更高的工作频率和更高的工作 电压,满足未来 5G 通信高频、高效、高功率的需求。目前 4G 手机的功率放 大器已全部采用 GaAs 技术,未来 5G 射频放大器器件更加采用 GaAs 技术 39 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 以及更高端的工艺技术。 5G 通信支持的频段将大幅增加,将达到 50 个以上,远大于 4G 通信的 频段数,仅通过提高功率放大器的复杂程度已不能满足频段需求,未来手机 功率放大器数量将大大增加,使得单部手机中 GaAs 器件成本大幅增加。在 4G 手机中,iPhone6 中搭载共 6 个 PA 芯片。未来随着 5G 通信的应用,Strategy Analytics 预计智能手机中 PA 芯片数量可能高达 16 个,化合物半导体的需求 量也会明显增多。 以 GaAs、GaN 为代表的化合物半导体市场将在 PA 带动下快速增长 以 GaAs、GaN 为代表的化合物半导体将成为 PA 的主流材料,目前在 6GHz 以下主要是以 GaAs HBT 为主, 28~39GHz 频段主要是以智能手机 GaAs HEMT 和基站用 GaN HEMTs 为主,而高频毫米波段主要是以 InP HBT、GaN HEMT 和 GaAs HEMT 为主。以第二代、第三代化合物半导体材料为基的功 率放大器市场规模将近一步扩大。 图表 55:据 YOLE 预测 SiC 及 GaN 器件市场规模将迎来快速增长 数据来源:YOLE,东吴证券研究所 5.2 中国厂商蓄势待发,将享受行业爆发红利 5.2.1 化合物半导体技术主要被国外厂商垄断 PA 射频器件一直存在着硅基 COMS PA 和化合物半导体 PA 之争。硅基 材料虽然成本上优势明显、技术上也非常成熟,但由于本身物理性能受限, 无法用于高频领域,目前以砷化镓为代表的化合物 PA 在射频功放市场上仍 有 85%以上的市场占有率。 COMS 射频公司以高通、英飞凌、Peregrine 等为主要代表,技术上则向 Ultra COMS 方向演进。 40 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 2G 时代开始,低成本的 COMS PA 开始进入手机市场,Axiom(2009 年 被 Skyworks 收购)的 CMOS PA 就实现了千万级的出货量。另一家 CMOS PA 供应商 Amalfi Semiconductor(2012 年被 RFMD 收购)的产品也广泛应用在 低成本手机上。 3G 时代,2013 年 2 月份,高通宣布推出可以对应 LTE 的 CMOS PA,矛 头直指 GaAs 技术。高通作为芯片行业龙头,这一举措大大刺激了 CMOS 射 频元件厂商。初创公司 RF axis 凭借多项专利技术,实现了采用纯 CMOS 技 术达到了原本只能由 GaAs 或 SiGe 实现的性能,而成本却只有几分之一,目 前 RF axis 的产品已经获得包括高通(Qualcomm)、博通(Broadcom 已被 Avago 收购)以及其他无线互联与物联网设备提供商的认可。英飞凌是另一家支持 CMOS 射频的厂商,就推出了采用 CMOS 工艺的射频开关。另一家厂商 Peregrine(2014 年被 Murata 收购)是 SOI(绝缘体上硅)技术的领导者,其 Ultra CMOS 技术为射频产品带来了高度集成的单芯片方案,目前已向市场提 供二十多亿个 Ultra CMOS 芯片。 GaAs 射频公司逐鹿群雄,日本、台湾、欧美均有强力竞争者 GaAs 半导体厂商主要为国外 IDM 厂,根据 Strategy Analytics 数据表明, 2014 年 GaAs 元器件市场规模为 74.3 亿美元,2015 年市场规模为 86 亿美元, 预计到 2020 年,市场规模将突破 130 亿美元。市场份额主要集中于 Skyworks、 Qorvo 和 Avago 三家,占市场份额的 6 成以上。 日本的 Murata 是全球最大的 MLCC 厂家,也是第一大通讯模块厂家,2013 年完成对 Renesas PA 事业部收购,打造最完整的射频产品线。 GaAs 元件加工核心步骤外延沉积主要参与厂商有 Kopin、VPEC、IQE 三家,合计市场占有率超 60%,其中 Kopin 和 VPEC 两家采用的是 MOCVD 制程,IQE 采用的是 MBE 制程。 晶圆代工厂方面, 主要代表有 Win、AWSC 和 Anadigic。Win Semiconductor (稳懋)是全球最大的 GaAs 晶圆代工厂,主要客户为 AVAGO;AWSC 主要 客户是 Skyworks。国内主要是三安光电,近年来发展速度十分可观,2015 年 月产能已经达到 24k 片每月,产能直逼稳懋,未来有望超越稳懋成为全球最 大的晶圆代工厂。 PA 模组厂方面,主要有 Skyworks、Avago、Qorvo(RFMD 与 TriQuint 合并)等几家公司。目前 Skyworks 是最大的参与者,全球前 10 大手机厂商 都是其主要客户,技术也最为成熟。Avago 作为行业新参与者,于 2013 年 5 月收购 Javelin 正式切入 COMS PA 领域,2015 年 5 月更是斥资 370 亿美元收 购 Broadcom(博通)成为芯片领域龙头。 41 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 图表 56:国内外砷化镓产业链 数据来源:华强微电子,东吴证券研究所整理 GaN 市场刚打开,竞争格局初现 长期以来,GaN 一直作为一种国防军用材料,广泛应用于军事、卫星通 信、无线基站等领域。随着技术的逐步成熟,开始逐步向民用商业化渗透, 目 前 在 无线 通信 领 域的应 用 已 经占 据了 其 总市场 的 一 半以 上, 据 Yole Development 数据显示,2010 年 GaN 射频器件市场规模仅为 6300 万美元, 随着无线通讯技术的演进,预计 2020 年将达到 6.2 亿美元,年复合增长率高 达 26%。 目前 GaN 射频器件参与厂商主要包括 Wolfspeed、Raytheon、Northrop Grunman、TriQuint、RFMD、Nitronex、MA-COM、GCS 等。 Wolfspeed:科锐 2016 年拆分旗下 Wolfspeed Power & RF(功率与射频) 部门,更名为“Wolfspeed”公司,同年 7 月英飞凌收购 Wolfspeed 并表示 Wolfspeed 生产的碳化硅芯片在未来数年将逐渐取代传统芯片,尤其是在电动 和混合动力汽车市场。 Raytheon:雷神公司是美国大型国防合约商,提供多个领域国防产品, 在微电子领域,雷神擅长砷化镓单片微波集成电路(MMIC)技术,并正在 应用这一技术于全球卫星通信,直播卫星电视接收机、 无线本地环绕网络和 下一代数字蜂窝电话,目前雷神公司已经开展 GaN 器件制造。 Northrop Grunman:坐落在美国加利福尼亚洲,是一家以航空航天器件生 产为主的公司,目前公司正投入大量资源用以对航天通信器件 GaN 材料的开 发利用。 TriQuint、RFMD:目前已合并为 Avago 公司,公司是一家设计、研发并 向全球客户广泛提供各种模拟半导体设备的供应商,公司主要提供复合 III-V 42 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 半导体产品,在高性能设计和集成方面拥有超群的实力。 Nitronex:是一家在无线通信市场世界知名的公司,专业设计、生产有源 器件,目前产品已在美国以及亚洲市场有了广泛的应用。Nitronex 获得 2180 万美元 GaN RF 芯片投资。基于其 GaN 工艺,Nitronex 公司已经发布了针对 WiMax 市场的一系列的 RF 功率晶体管产品。 MA-COM:成立于 1950 年,总部位于美国东海岸波士顿马萨诸塞州,主 要专注于射频和微波产品的开发。在微波和射频领域,目前投资研发基于硅 衬底的氮化镓技术,为 5G 的移动通信的发展做准备,也为其它新能源行业大 功率器件做准备。 GCS:环宇通讯半导体公司 1997 年成立,要从事砷化镓/磷化铟/氮化 镓高阶射频及光电元件化合物半导体晶圆制造代工,目前与国内三安光电正 式合作建立合资子公司三安环宇公司,也标志着大陆厂商氮化镓器件制造正 式进入快速发展期。 图表 57:半导体化合物射频器件产业链 数据来源:Yole,东吴证券研究所 43 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 5.2.2 中国厂商正着力打造本土射频半导体产业链 目前中国的化合物射频半导体产业链已经初步形成。从 PA 产业链设计、 制造再到封测,各个环节均有中国厂商参与,打造中国自己的 PA 产业链格局。 设计端发展最早,目前有锐迪科(RDA) 、唯捷创芯(Vanchip)、中普微电子、 汉天下(Huntersun) 、国民飞骧、苏州宜确(长盈精密收购其 20%股份)等企 业参与。制造端技术要求较高,国内化合物半导体制造主要有三安光电、海 特高新等企业参与,国内封测端主要有长电科技、晶方科技、华天科技等企 业参与。 图表 58:中国化合物射频半导体全产业链 数据来源:东吴证券研究所 三安光电,国内第一家规模量产的 GaAs/GaN 化合物晶圆代工企业 三安光电是国家人事部认定的博士后工作站及国家级企业技术中心,在 美国成立研发中心,拥有Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体技术顶尖人才组成的技术研发 团队,掌握的产品核心技术达到国际同类产品的技术水平,研发能力已达到 国际先进水平,其中半导体集成电路 6 英寸外延更是填补了国内芯片外延空 白。公司于 2014 年设立全资子公司三安集成电路,专注于 GaAs 高速半导体 器件和 GaN 高功率半导体器件的生产。其中三安集成首期项目(通讯微电子 器件一期)投资规模 30 亿,其中定增募集 16 亿,自由资金 14 亿,投入用以 建设 GaAs 和 GaN 芯片产线各一条,并于 2018 年达到产能饱和。公司目前拥 有约 300 台 MOCVD,除研发机外都已全部开满生产。而二期项目 MOCVD 也将逐步采购,产能将近一步提升。 44 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 技术方面,公司与 GCS 优势互补,成立合资公司厦门三安环宇集成电路 有限公司,其中三安集成占合资注册资本 51%。为公司在射频通讯和光通讯 元件技术水平和专利平台的构筑得到迅速提升有利于加快公司集成电路业务 的发展进程。 目前,三安光电已向 47 家公司提交样品,产品应用包括 2G、3G、4G 手 机应用的功率放大器、无线网用的功率放大器、基站应用、低噪声放大器、 及其它无线通讯应用单元等,其中 11 颗芯片进入微量产,其它客户芯片持续 验证中。同时,公司继续扩充 GaN 高功率及射频芯片生产线,有望尽快满足 客户和市场需求。 国民技术,斥资 80 亿打造化合物半导体生态产业园 国民技术是国内最大的安全芯片供应商之一,也是国内化合物半导体生 产重要企业之一。其主营业务 USBKEY 安全芯片、移动支付芯片等领域占据 优势地位,早在 2008 年就已 72.9%的市场份额占据国内安全芯片市场销售额 排名第一。此外公司积极开拓化合物半导体领域,全力打造中国最大的化合 物半导体生态园。 2017 年 8 月,公司全资子公司国民投资与成都邛崃市人民政府,就投资 建设“化合物半导体生态产业园”项目事宜达成共识,并签订了《化合物半导 体生态产业园项目投资协议书》 ,该项目预计三年初具规模,五年实现产能。 根据初步规划,该项目总投资将不少于人民币 80 亿元(一期 50 亿元, 二期 30 亿元) ,以第二/三代化合物半导体外延片材料为核心基础,围绕相关 应用,向上游辐射半导体晶材料,向下游带动高端芯片、功率器件、高能电 源、传感器、射频模组和终端整机等产品,打造化合物半导体产业链生态圈。 为更好管理半导体生态产业园,国民投资将与陈亚平、重庆西证渝富股 权投资基金管理有限公司、四川通利能光伏科技有限公司,共同发起设立成 都国民天成化合物半导体有限公司,合资公司拟注册资本 20,000 万元。国民 投资以自有货币资金出资 5,000 万元,占合资公司注册资本的 25%;陈亚平 拟以自身为代表人的技术团队掌握的 6 项第二/三代集成电路外延片制造专有 技术所有权作价出资 4,000 万元,占合资公司注册资本的 20%;西证渝富拟 代表基金以货币资金出资 10,000 万元,占合资公司注册资本的 50%;通利能 拟以货币资金出资 1,000 万元,占合资公司注册资本的 5%。 45 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 6 投资标的 6.1 信维通信:5G 通信将带来 SAW 滤波器、阵列天线需求增量 信维通信是全球移动终端天线龙头供应商,其天线主要用于手机、电脑、 可穿戴设备、汽车、工业等终端。公司围绕射频技术及大客户平台,销售天 线及射频模块业务,并提供与射频可能形成协同的射频隔离、连接器、NFC、 无线充电模块、音频等一揽子产品解决方案。 短期看公司基于天线的横向深度布局,终端价值量提升明显。手机厂商 的天线设计逐渐从单天线转变为 MIMO 天线甚至阵列天线,手机中天线的单 机价值量将会出现明显提升。公司将围绕天线多产品线布局射频隔离、射频 连接、NFC 无线充电模块、音频、滤波器单机价值量提升十倍以上。与此同 时,公司的产品线还积极向平板与笔记本电脑终端渗透,其价值量比手机天 线提升多倍。未来三年公司业绩高增长有保障。 长期看 5G、大数据无线通信时代,从天线到射频芯片,再到滤波器等各 类器件,射频模块集成度更高。预计 5G 射频模块单机价值量将提升至 50 美 金,价值量提升数十倍,同时技术门槛将大幅提升,天线将演变成难度更高 的阵列天线,它的研发难度和制造难度都将大幅提升,而且还将与射频器件 进行整合。5G 技术布局方面,射频器件上,信维在 2017 年 6 月份与中电五 十五所合作,增资德清华莹,双方在 SAW 滤波器、GaN、SiC 射频器件的原 材料、射频 MEMS 器件的生产与研发方面都将进行深度合作,此外,双方还 将共同出资建设 5G 通信高频器件产业技术研究院,专门从事 5G 通信用高频 器件的技术研究、工艺开发和批产验证。我们认为信维通信已完成从天线到 射频、从无源到有源,从材料到工艺的全产业链布局,这些奠定信维通信在 5G 时代坚实的技术基础,信维龙头优势更加明显。 我们看好公司背靠大客户在主营天线业务渗透率以及单机价值量双重提 升逻辑,在此基础上公司前期深度布局的射频隔离器件、声学、NFC、无线 充电、滤波器等业务将会不断开花结果。 6.2 三环集团:掌握电子陶瓷产品核心技术,陶瓷后盖大有可为 公司是全国电子陶瓷产品领军企业,已经专注于各种电子陶瓷机构件的 研发与生产超过 20 年。产品前道方面公司已经掌握了纳米级粉体制备技术、 配方材料制备技术、如注射、流延、挤压、干压、等静压、叠压等胚体成型 工艺与各种窑炉烧结工艺;后道方面公司拥有多种形式的精密研磨技术和专 用设备、精密模具设计制作技术等核心技术,形成了从前道粉体到后道成品 的全产业链生产,产品性能也达到国际一流水平。公司主要产品应用于通信、 半导体级别封装、移动终端等领域,市场空间巨大。 公司主业光纤陶瓷插芯主要应用于基站、IDC、光纤入户建设,从去年上 半年开始因公司实现粉体自产导致成本下降,公司决定通过主动降价抢占市 场份额,通过一年多时间,公司全球市占率从原先的 40%提升至 70%以上, 竞争对手也因为价格与成本压力在快速退出。5G 到来后基站与主干网的建设 46 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 将带动整体陶瓷光纤连接器的需求,预计 5G 运营商的宏基站数量将会是现在 保有量的 1.4 倍,并且还加建许多微基站,陶瓷插芯整体需求将上一个台阶。 三环集团是目前 PKG 封装机座国内唯一实现量产的企业,其产品主要应 用于半导体级别元器件的封装环节,如晶振与摄像头 CMOS。目前竞争对手 主要是日本京瓷与 NTK,而 NTK 在国内快速退出也带来公司进一步发展的 空间,公司目前积极与日韩滤波器厂商合作,预计未来公司 PKG 封装机座将 大范围应用于 SAW 滤波器的封装,需求量将稳步提升。 5G 未来将使用高频通信,而目前手机普遍使用的金属材料因为其物理特 性将导致信号屏蔽,非金属材料因为其良好的介电性能是未来公认的手机材 料。陶瓷因为其硬度、强度、可塑性等性能明显高于玻璃受到了很多厂商的 关注,但受制与目前工艺还不成熟,产能还存在瓶颈以至于只有旗舰机才会 使用。三环集团是目前全球唯一一家实现了陶瓷后盖全直通生产的企业,产 能也为业内最高,未来将受益于 5G 与陶瓷后盖渗透率提升逻辑。 我们看好公司在行业内少有的掌握电子陶瓷核心技术的企业,并且公司 目前实行“材料+”战略,产业链卡位好,多种产品市占率达到全球第一,陶 瓷后盖未来也将大有可为。 6.3 顺络电子:巩固电感主业,紧抓电子元器件周期,多点开花 顺络电子是国内被动元件、射频器件龙头制造企业,主要用于通讯、消 费电子、计算机、LED 等领域,提供叠层片式电感器、绕线片式电感器、共 模扼流器、压敏电阻器、NTC 热敏电阻器、LC 滤波器、各类天线、NFC 磁 片、无线充电线圈组件、电容、电子变压器等电子元件。 随着近年来,智能手机渗透率不断提高,终端产品新功能以及更高性能 部件不断革新,单机电感数量大幅提升。以 iPhone6 为例,其中电感数量较 第一代 iPhone 增加了一倍。每个基带模块、PA 模块、WiFi 模块、蓝牙模块 都需要数个电感。未来随着 5G 频段数大大增加,射频端电感用量也会相应提 升。而公司主打产品片式电感,其轻薄化的优势也会在空间狭小的智能终端 中愈发明显。 LTCC 工艺,是目前元件堆叠技术中效能、成本、高频特性上结合最好的 方案。主要用于微波、手机、汽车电子等领域。顺络电子在 LTCC 工艺上已 有深厚的技术积累,能够实现在极小空间中实现了各 LTCC 产品的设计。随 着 5G 通信的上线,射频端需要搭载的元器件数目大大增加,LTCC 工艺需求 日益明显,产品需求将迎来爆发性增长。目前,公司能提供大量基于 LTCC 技术的射频器件,包括蓝牙、GPS 和 CMMB 天线,高通、带通和低通滤波器, 平衡滤波器,平衡转换器和天线开关模块等。公司的滤波器具有优良的高频 高 Q 和微波特性,可以很好地满足 5G 通讯需求。 在无线充电以及 5G 等创新驱动下,手机后盖将由“金属”逐渐转向“非金 属”,公司提前布局陶瓷后盖业务,未来将直接受益于陶瓷后盖产业的爆发, 迎来新一轮增长。 47 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 我们看好公司在巩固电感主业的同时,紧抓电子元器件创新周期,不断 开拓新产品,积极培育新增长点。 6.4 三安光电:5G 时代化合物半导体需求增长带来发展新机遇 三安光电是国内 LED 行业龙头,也是中国第一家具备规模化生产、研发 化合物半导体芯片能力的企业,主要产品包括全色系超高亮度 LED 外延片、 芯片、化合物太阳能电池及Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体等。 公司多年来在 LED 外延片业务上有着深厚的积累,而外延片和化合物半 导体之间也有着千丝万缕的关系。外延片的主要材质是 GaAs(红黄光)和蓝 宝石(蓝绿光) ,在加工工艺和加工设备上与化合物半导体材料 InP、GaN、 SiC 相似。三安光电作为国内最大的 LED 外延/芯片生产商,使得其在化合物 半导体领域有着得天独厚的优势。 4G 时代,通讯领域对功率放大器在高功率传输上的应用要求越来越高, 传统硅基材料由于受到本征性能限制,逐渐退出历史舞台。以砷化镓为主的 高速半导体器件越来越广泛应用于无线通信,卫星传输,汽车电子等领域。 而随着 5G 的到来,氮化镓射频器件凭借高频、高功率的特性也越来越多地应 用于无线传输基站、宇航通讯传输等领域,在未来的网络设计中,如载波聚 合和大规模 MIMO 等新技术的发展应用,将使 GaN 比现有横向扩散金属氧 化物半导体(LDMOS)更具优势。 国家背书,推动半导体发展。2015 年 6 月,国家集成电路产业投资基金 先后投资三安光电,目前合计持有三安光电 11.30%股份,成为第二大股东。 此外国开行、华芯投资与公司及大股东(三安集团)签订四方战略合作协议, 华芯与三安光电及大股东拟合资设立不超过 25 亿美元的 III—V 族化合物集成 电路发展专项基金,用于支持公司拓展以 III—V 族化合物半导体为重点的集 成电路业务;2)国开行以最优惠利率提供 200 亿元融资总量,用于支持三安 集团及三安光电的业务发展。 目前,三安光电已向 47 家公司提交样品,产品应用包括 2G、3G、4G 手 机应用的功率放大器、无线网用的功率放大器、基站应用、低噪声放大器、 及其它无线通讯应用单元等,公司继续加大在 GaN 高功率及射频芯片上的研 发生产,未来随着 5G 高频通信需求进一步提升,该块业务有望快速增长。 我们看好公司在化合物半导体领域的进一步发展,随着 5G 时代对化合 物半导体材料需求提升,公司凭借多年的技术积累以及国家背书支持,该块 业务将成为公司新的快速增长点。 48 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 [Table_Yemei] 行业深度报告 7 风险提示 5G 推进不达预期:5G 虽在大力推进,但仍不确定何时可以正式商用, 技术发展有可能不达预期从而影响 5G 商用。 国内厂商技术工艺突破不达预期:射频器件目前国外厂商占绝对优势, 国内厂商发展有一定压力,在工艺突破上尚有瓶颈,可能不达预期。 49 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分 免责及评级说明部分 免责声明 东吴证券股份有限公司经中国证券监督管理委员会批准,已具备证券投资咨 询业务资格。 本研究报告仅供东吴证券股份有限公司(以下简称“本公司”)的客户使用。 本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。在任何情况下,本报告中的信息 或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议,本公司不对任何人因使用本报告 中的内容所导致的损失负任何责任。在法律许可的情况下,东吴证券及其所属关 联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易,还可能为这些公 司提供投资银行服务或其他服务。 市场有风险,投资需谨慎。本报告是基于本公司分析师认为可靠且已公开的 信息,本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性,也不保证文中观点或陈 述不会发生任何变更,在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推 测不一致的报告。 本报告的版权归本公司所有,未经书面许可,任何机构和个人不得以任何形 式翻版、复制和发布。如引用、刊发、转载,需征得东吴证券研究所同意,并注 明出处为东吴证券研究所,且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。 东吴证券投资评级标准: 公司投资评级: 买入:预期未来 6 个月个股涨跌幅相对大盘在 15%以上; 增持:预期未来 6 个月个股涨跌幅相对大盘介于 5%与 15%之间; 中性:预期未来 6 个月个股涨跌幅相对大盘介于-5%与 5%之间; 减持:预期未来 6 个月个股涨跌幅相对大盘介于-15%与-5%之间; 卖出:预期未来 6 个月个股涨跌幅相对大盘在-15%以下。 行业投资评级: 增持: 预期未来 6 个月内,行业指数相对强于大盘 5%以上; 中性: 预期未来 6 个月内,行业指数相对大盘-5%与 5%; 减持: 预期未来 6 个月内,行业指数相对弱于大盘 5%以上。 东吴证券研究所 苏州工业园区星阳街 5 号 邮政编码:215021 传真:(0512)62938527 公司网址: http://www.dwzq.com.cn 50 / 50 东吴证券研究所 请务必阅读正文之后的免责声明部分
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