5G時代智能手機射頻前端芯片發(fā)展分析

1、5G時代智能手機射頻前端芯片發(fā)展分析5G手機初啟征途，萬物互聯(lián)星辰大海愛立信數(shù)據(jù)顯示，2018年全球智能手機存量50億部。參考IDC近幾年智能手機出貨數(shù)據(jù)，我 們測算全球智能手機換機周期已經(jīng)從2016年的2.8年拉長到2018年的3.5年。展望2020年，50億部存量中正常換機需求14億部，在5G新機帶動下，其余36億部存量手機 中，假設(shè)分別有3%（悲觀）、5%（中性）、10%（樂觀）的用戶提前換機，出貨量將新增 1.08億（悲觀）、1.8億（中性）、3.6億（樂觀），對應(yīng)智能手機出貨量將整體增長8%（悲觀）、13%（中性）、26%（樂觀）。愛立信預(yù)計到2024年全球智能手機存量將達到72億部

2、，預(yù)計2023年已經(jīng)成為5G換機末期， 假設(shè)換機周期再次拉長至3.5年，預(yù)計2024年智能手機出貨量將達到20億部。5G刺激換機，預(yù)計2020年將迎來出貨大反彈（中性假設(shè)）191465.51404.91400158420000500100015002000250020172018201920202024E全球智能手機出貨量推算（百萬部）4050722.83.53.543.83.63.43.232.82.62.42.2201020304050607080201620182024E資料來源：IDC，愛立信，華西證券研究所全球智能手機存量（億部）換機周期（年）5G終端價值增量預(yù)估一覽資料來源：IHS

3、，TechInsights，華西證券研究所注：參考華為、三星、蘋果等bom成本AMOLED顯示屏 ： 90美元，攝像頭：40美元， 維持存儲：50美元，看維持容量電源管理：10美元，+40%音頻芯片：3美元，維持指紋識別：8美元，維持WiFi/藍牙/GPS/NFC芯片： 10美元，維持人臉識別：20美 元，維持處理器+基帶：90美元，+50%傳感器等：3美 元，維持FPC：20美元，+100%天線：2美元，+100%射頻連接：2美元，+100%射頻前端：45美元，+80%主板PCB：10美元，+100%聲學(xué)器件：10美元，維持電池：8美元，維持馬達：5美元，維持毫米波模組（如果支持）：100美

4、元，新增機殼等結(jié)構(gòu)件：10美元，維持充電器等：10美元，+100%137華為加速5GSA手機進程，中國5G市場將引 領(lǐng)全球2019年6月6日，工信部正式發(fā)放5G商用牌照，5G時代開啟。7月26日，華為正式發(fā)布華為Mate 20 X 5G，成為國內(nèi)首款商用支持SA/NSA 5G雙 模組網(wǎng)的5G手機，官方售價6199元。截止8月7日，華為Mate 20 X（5G）在各大 線上電商平臺參加預(yù)約數(shù)已突破65萬。圖：華為Mate 20 X 5G手機21資料來源：華為，華西證券研究所2017年11月工信部明確了33003400MHz（原則上限室內(nèi)使用）、34003600MHz和48005000MHz頻段

5、作為5G系統(tǒng)的工作頻段；對應(yīng)3GPP 5G無線規(guī)范的n77（33004200MHz）和n79（44005000MHz）。 Qorvo當(dāng)時給出的5G手機參考設(shè)計，需要新增n77和n79兩個射頻前端模組。2018年12月，工信部批復(fù)5G試驗頻率，中國電信獲得3400MHz-3500MHz頻段；中國移動獲得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz頻段；中國聯(lián)通獲得3500MHz-3600MHz頻段。由此看，如果支持移動、聯(lián) 通、電信全部5G頻段，在n77和n79基礎(chǔ)上，還要支持n41（24962690MHz）。5G全網(wǎng)通手機至少要新增3大頻段圖： Qorvo 5G手機射頻前端架

6、構(gòu)圖n4148資料來源：Qorvo，華西證券研究所配合新頻段，需要新增射頻前端等關(guān) 鍵元器件資料來源： Qualcomm ，華西證券研究所功率放 大器低噪聲 放大器濾波器濾波器開關(guān)開關(guān)雙工器分集開關(guān)天線調(diào)諧接收通路：天線接收無線電波，通過射頻前端（開關(guān)、雙工器、濾波器、低噪聲放大器等）獲得特定頻 段信號，進入RF收發(fā)機降頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號由Modem編解碼，最后交由AP應(yīng)用處理器芯片處 理。發(fā)射通路：上述過程反向。5G Modem、RF收發(fā)機芯片可與4G芯片集成，而射頻前端芯片和天線則需要按頻段新增，從數(shù)量上看，射 頻前端和天線會確定性增加。圖：手機射頻架構(gòu)基帶RF收發(fā)機49B1B3B

7、40B1B3B40典型的4G手機需要支持約40個頻段，如B1、B3、B5、B8、B38、B41等，每個頻段都需要有1路發(fā)射和2路 接收。發(fā)射通路上需要濾波器、功率放大器、開關(guān)等，接收通路需要開關(guān)、低噪放、濾波器等器件。4G時代1T2R，每個頻段都是1路發(fā)射，2路接收資料來源： 英飛凌，華西證券研究所 50部分頻段的射頻前端可以共用，形成 低頻、中頻、高頻分類資料來源：RESONANT ，華西證券研究所在4G LTE頻段劃分中，有部分頻率相近或重合的頻段，可以形成射頻前端器件共 用，業(yè)界通常將4G頻段劃分為低頻（698960Mhz）、中頻（17102200MHz）和高 頻（24003800MHz

8、），相應(yīng)的，對應(yīng)射頻前端器件可以形成低頻模組、中頻模組 和高頻模組。圖：4G手機射頻架構(gòu)515G新增頻段，且SA模式要求2T4R資料來源：RESONANT ，華西證券研究所52歸根結(jié)底，由于5G增加了新頻段，支持新頻段就需要增加配套的射頻前端芯片。簡化來看，射頻發(fā)射通路主要是PA和濾波器，接收通路主要是LNA和濾波器，其 他如射頻開關(guān)、RFIC、電阻、電容、電感均為核心芯片的配套。圖：5G手機射頻架構(gòu)圖：簡化示意圖手機射頻前端市場空間有望達到350億美元濾波器天線調(diào)諧器開關(guān)功率放大器低噪聲放大器毫米波前端圖： 20172023年射頻前端市場空間資料來源： Yole，華西證券研究所53射頻前端器

9、件怎么實現(xiàn)的？54資料來源：Qorvo，華西證券研究所射頻前端器件均有由半導(dǎo)體工藝制備，用于手機端的功率放大器和低噪聲放大器 主要基于GaN、GaAs、SOI、SiGe、Si（用于基站端的大功率功率放大器主要采用 GaAs和GaN）。濾波器主要品類有SAW和BAW兩種，均采用壓電材料做基底。RF開 關(guān)主要基于CMOS、Si、GaAs和GaN材料。圖：射頻前端器件的工藝技術(shù)和應(yīng)用射頻前端芯片主要參與者射頻元器件產(chǎn)業(yè)鏈中，既有提供單體元件的廠商，也有提供整合模組的廠商。在射頻開關(guān) 方面，主要參與者有索尼、村田、Skywoks、Qorvo和英飛凌等。PA/LNA領(lǐng)域，主要參與者 有RF360、Qor

10、vo、Skyworks、村田等。濾波器方面，主要參與者有RF360、村田、TDK、太 陽誘電等。天線調(diào)諧開關(guān)方面，主要參與者有RF360、Skywoks、Qorvo和英飛凌等。與此同 時，村田、Avago、Skyworks、Qorvo、TDK和RF360還提供集成多個射頻前端器件的模組化 產(chǎn)品。值得一提的是，作為系統(tǒng)平臺廠商的高通，也與TDK共同成立RF360，希望實現(xiàn)從基 帶到射頻全產(chǎn)業(yè)鏈器件供應(yīng)。圖：射頻元件和模組產(chǎn)業(yè)鏈55資料來源：Yole，華西證券研究所從目前手機射頻前端市場看，美國、日本廠商牢牢把控PA功放、濾波器（SAW、BAW）市場。國內(nèi)卓勝微、信維通信、麥捷科技SAW濾波器產(chǎn)品

11、處于起步階段，剛剛切入國內(nèi) 手機客戶供應(yīng)。PA、Filter市場被海外巨頭壟斷49%22%15%10%4%村田TDK太陽誘電SkyworksQorvo62.0%33.0%Broadcom/ Avago QorvoTDK太陽誘電圖：SAW濾波器市場格局圖：BAW濾波器市場格局4.0%1.0%圖：PA功放市場格局資料來源：Navian，appliedmaterials，Yole，華西證券研究所56SAW、BAW工藝差別帶來性能差別圖：SAW濾波器結(jié)構(gòu)圖：BAW濾波器結(jié)構(gòu)，又細分為細分FBAR和SMR57資料來源：Qorvo，華西證券研究所電信號接入濾波器的兩級，通過特殊 介質(zhì)被轉(zhuǎn)化成聲波，再由濾波

12、器內(nèi)的 諧振腔濾波。目前主要分為兩大類： SAW濾波器和BAW濾波器。 SAW有一種 演變是TC-SAW，溫度補償型SAW。BAW 根據(jù)反射腔底部結(jié)構(gòu)差異又分為兩種， 一種是FBAR，代表廠商為AVAGO，另一種是SMR，代表廠商為QORVO。SAW濾波器市場走向成熟，村田一家獨大58資料來源：Knowmade，華西證券研究所從目前市場格局看，SAW濾波器產(chǎn)品已經(jīng)走向高度成熟，村田具備充分的專利優(yōu) 勢。行業(yè)內(nèi)各大廠商的專利布局主要傾向于包含SAW在內(nèi)的模組設(shè)計，以及為5G 開發(fā)新產(chǎn)品。圖：各家廠商的專利布局5GSub-6GHzBAW濾波器性能優(yōu)勢更大SAW濾波器是平面結(jié)構(gòu)，工作頻率越高，IDT

13、電極之間間距越小，加工難度和精確度越高， 所以SAW 濾波器不適合2GHz以上的頻率。BAW是3D腔體結(jié)構(gòu)，能量損失小，Q值高，濾波效 果更好，尤其適用于2GHz以上的頻段，對于5G Sub-6GHz有明顯優(yōu)勢。圖：濾波器應(yīng)用分類2GHz以上 BAW優(yōu)勢明 顯59資料來源：Qorvo，華西證券研究所BAW濾波器技術(shù)快速發(fā)展不同于SAW濾波器的技術(shù)相對成熟，BAW濾波器仍處于技術(shù)快速發(fā)展過程中，從各家廠商的 專利布局看，BAW濾波器持續(xù)出現(xiàn)新型產(chǎn)品設(shè)計和制造工藝升級。從市場格局看，Broadcom 仍具備最多的BAW專利，占據(jù)市場的主導(dǎo)地位，值得注意的是，高通和三星針對BAW濾波器 的授權(quán)專利和

14、申請專利數(shù)量快速上升。圖：20172019年各個廠家在BAW濾波器領(lǐng)域的專利布局60資料來源：Knowmade，華西證券研究所BAW濾波器市場空間復(fù)合增速超過30%5G帶來頻段數(shù)量增加以及射頻前端架構(gòu)復(fù)雜度提升，對RF濾波器的需求不斷增加，使得RF MEMS（BAW濾波器）成為增長最快的MEMS領(lǐng)域。 Yole預(yù)計該市場將從2017年的24億美元飆 升至2023年的150億美元，CAGR超過30%。圖：20172023年MEMS器件市場空間（十億美元）61資料來源：Yole，華西證券研究所化合物半導(dǎo)體是指兩種或兩種以上元素形成的半導(dǎo)體材料,并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié) 構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)。化合物半

15、導(dǎo)體根據(jù)不同的分類方式，可以分成很多不同種類的化合物半 導(dǎo)體，例如按照組成元素在化學(xué)元素周期表中的位置,二元化合物半導(dǎo)體有III-V族、IV-IV 族、II-VI族等。第二代、第三代半導(dǎo)體多屬于化合物半導(dǎo)體。相較于硅材料，化合物半導(dǎo)體材料在性能和能帶方面具有很大的優(yōu)勢，高電子遷移率、高 頻率、高功率、高線性度、寬幅頻寬、材料選擇多元性、抗輻射使得化合物半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng) 域大多集中在射頻器件、光電器件和功率器件，且發(fā)展?jié)摿薮?。而硅材料則更多應(yīng)用在 邏輯器件、存儲器等，相互之間并不構(gòu)成競爭關(guān)系。PA工藝化合物半導(dǎo)體GaNGaAsSi光學(xué)應(yīng)用藍光/紫外紅外無高頻性能好好差高溫性能好差中發(fā)展階段初期發(fā)展

16、中成熟相對制造 成本高高低圖：不同半導(dǎo)體性能對比圖：化合物半導(dǎo)體優(yōu)勢62資料來源：OFweek，華西證券研究所硅仍是目前最為主流的半導(dǎo)體材料， 但隨著科技發(fā)展，硅在電子傳輸速 度、發(fā)光頻率、耐受溫度等方面難 以滿足越來越高的要求，而化合物 半導(dǎo)體材料通常具有許多硅材料不 具備的優(yōu)異性能，如高電子遷移率、 直接帶隙、寬禁帶等，大量應(yīng)用在 射頻、光電等領(lǐng)域，并且有望在越 來越多的領(lǐng)域替代硅材料。第二代化合物半導(dǎo)體的代表為砷化 鎵（GaAs），第三代化合物半導(dǎo)體 以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC） 為代表，相比于硅材料，化合物半 導(dǎo)體材料由于其出色的材料特性已 成為發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最 大的

17、半導(dǎo)體材料。化合物半導(dǎo)體應(yīng)用材料制作器件主要用途Si二極管、晶體 管通訊、雷達、廣播、自動控制集成電路計算機、通訊、自動控制、電子鐘表、儀表整流器整流晶閘管整流、直流輸配電、電氣機車、設(shè)備自控、 高頻振蕩器射線探測器原子能分析、光量子檢測太陽能電池太陽能發(fā)電GaAs各種微波管雷達、微波通訊、電視、移動通訊激光管光纖通訊紅外發(fā)光管小功率紅外光源霍爾元件磁場控制激光調(diào)制器激光通訊高速集成電路高速計算機、移動通訊太陽能電池太陽能發(fā)電GaN激光器件光學(xué)存儲、激光打印機、醫(yī)療、軍事應(yīng)用發(fā)光二極管信號燈、視頻顯示、微型燈泡、移動電話紫外探測器分析儀器、火焰檢測、臭氧檢測集成電路通訊基站、永遠性內(nèi)存、電子開

18、關(guān)、導(dǎo)彈63資料來源：產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，華西證券研究所砷化鎵（GaAs）是目前技術(shù)最成熟的化合物半導(dǎo)體。GaAs和硅相比有寬禁帶、直 接帶隙和高電子遷移率的特性，適用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器 件。GaAs的主要應(yīng)用在通信領(lǐng)域，包括光纖通訊、衛(wèi)星通訊、微波通訊等領(lǐng)域。GaAs 制成的功率放大器（PA）是手機的重要零件。此外，GaAs制作器件的抗電輻射能 力強，工作溫度范圍寬，能夠適應(yīng)惡劣的工作條件，提高器件的可靠性。GaAs:最成熟的化合物半導(dǎo)體30.0%25.0%20.0%15.0%10.0%5.0%0.0%200180160140120100806040200201320142015

19、20162017EGaAs元件全球需求量（億只）增長率（%）圖：全球GaAs器件需求量圖：GaAs 襯底主流尺寸為 4 英寸及 6 英寸尺寸GaAs襯底GaAs on SiGaAs on GaAsGaAs on SiC234(100mm)5(125mm)6(150mm)8(200mm)研發(fā)中12(300mm)資料來源：電子工程世界，華西證券研究所64目前，GaAs晶體管制程技術(shù)主要分為三類：異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)、贗 調(diào)制高電子遷移率效應(yīng)晶體管(pHEMT)和金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MESFET)。MESFET制程是最早采用的GaAs制程，結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，生產(chǎn)成本低。 目前，功率放大

20、器采用HBT工藝，而射頻開關(guān)則采用pHEMT制程。HBT制程 工藝線寬較高，具有高線性度、高增益和高效率等優(yōu)點，并且待機耗電 流小和器件體積小，符合手機等移動終端的發(fā)展需求。pHEMT制程的線寬 較低，位于0.15-0.5m左右，具有超高頻和低噪音的特性，工作頻率可 以高達100GHz。隨著通信頻段往高頻遷移，GaAs技術(shù)的發(fā)展由早期的 MESFET逐漸移轉(zhuǎn)至 pHEMT和HBT。GaAs產(chǎn)品分類65異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）異質(zhì)結(jié)，是指禁帶寬度不同的兩種單晶材料組成的晶體界面。異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）在BJT的基礎(chǔ)上 改造而來，它的發(fā)射區(qū)和基區(qū)使用不同材料，其發(fā)射區(qū)材料的禁帶寬度要比基區(qū)材

21、料的寬，通過禁帶寬 度的變化及其對電子和空穴的作用力來控制載流子的分布和流動。HBT要求兩種材料的晶格盡量接近以 減小位錯，同時有盡可能大的禁帶寬度差。常見的HBT有：AlGaAs/GaAs HBT、InGaAs HBT、Si/Si1-xGex HBT。與同質(zhì)結(jié)相比，異質(zhì)結(jié)可以大幅提高電流增益，是BJT的10000倍；由于注射效率與禁帶寬度之差有關(guān)而 與摻雜濃度無關(guān)，因此可以對異質(zhì)結(jié)的基區(qū)高摻雜，顯著降低電阻，提高震蕩頻率，改善器件性能。而 如果想提高BJT的注射效率，就要降低基區(qū)摻雜濃度，電阻增大。HBT克服了BJT在注射效率、頻率和速 度之間的矛盾。HBT的高速、高頻、大功率性能優(yōu)良，應(yīng)用

22、于高速電路、射頻系統(tǒng)、移動電話等中的低 相位噪聲振蕩器，高效率功率放大器，寬帶放大器，光纖電路驅(qū)動器等器件。圖：AlGaAs/GaAs HBT結(jié)構(gòu)圖：不同材料的HBT優(yōu)勢頻段66資料來源：ICT，華西證券研究所贗調(diào)制高電子遷移率晶體管（pHEMT），在HEMT基礎(chǔ)上發(fā)展而來，對HEMT中“DX中心”等問題進行了改 善。在GaAs基HEMT中，雜質(zhì)滿足一定條件時會出現(xiàn)DX中心，它可以俘獲或放出電子，使2DEG濃度隨溫度 變化而變化，穩(wěn)定性較差。為避免DX中心的影響，pHEMT使用非摻雜的InGaAs代替非摻雜GaAs作為2DEG 溝道層。InGaAs禁帶更窄，增大了異質(zhì)結(jié)的禁帶寬度之差；電子遷移

23、率及飽和速度更高。這些特性使 pHEMT有更高的工作頻率和功率轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)良特性。MESFET又稱肖特基勢壘場效應(yīng)晶體管，是一種用肖特基勢壘柵代替P-N結(jié)柵的場效應(yīng)晶體管。MESFET主 要選用GaAs和SiC作為材料。肖特基勢壘指金屬和半導(dǎo)體接觸界面上具有整流作用的區(qū)域，具有較低的 界面電壓。肖特基勢壘穿透外延層到達襯底的MESFET稱為增強型，不到達的稱為耗盡型。MESFET工作頻 率高，適合制作快速開關(guān)，在微波領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。pHEMT和MESFET圖：GaAs基pPHMT結(jié)構(gòu)圖：GaAs MESFET結(jié)構(gòu)67資料來源：ICT，華西證券研究所GaAs射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的襯底和外延環(huán)節(jié)、

24、中游的器件和模塊制造環(huán)節(jié)以 及下游的應(yīng)用環(huán)節(jié)。GaAs產(chǎn)業(yè)鏈功率放大器 低噪聲放大器 射頻開關(guān)器件、模塊襯底外延清遠先導(dǎo) 大慶佳昌 中科晶電 云南鑫耀 廊坊國瑞 天津晶明 新鄉(xiāng)神州 揚州中顯中科稼英 有研新材 中電科46 所全新德國 Freiberger 美國AXTI日本住友電工英 國 IQE 日本日立電纜 日本住友化學(xué)美國高通美國GCS華天科技 矽格半導(dǎo) 體同欣 菱生 日月光 京元電三安集成 海威華芯 穩(wěn)懋聯(lián)穎 宏捷中科漢天下 華為海思 銳迪科智慧微電子 唯捷創(chuàng)芯 國民飛驤 中普微電子 聯(lián)發(fā)科立積IDM分工應(yīng)用設(shè)計制造封測美國Skywords 美國Qorvo美國Broadcom 日本村田 美

25、國MACOM68資料來源：Yole，華西證券研究所全訊科技全球GaAs射頻市場格局從全球范圍來看，GaAs射頻器件生產(chǎn)廠商以IDM模式為主。據(jù)Strategy Analytics統(tǒng)計，2016年全球GaAs射頻器件市場規(guī)模為81.9億美元，同比增長 0.9%。2017年，Skyworks、Qorvo和Broadcom在全球射頻器件市場的占有率分別 為33%、25%和9%，三家合計占有全球67%的份額，Skyworks和Qorvo更是處于全球 遙遙領(lǐng)先的位置。如果只看GaAs晶圓代工，2016年全球市場規(guī)模為6.5億美元，而中國臺灣穩(wěn)懋獨 占全球66.0%的市場份額，是全球第一的GaAs晶圓代工

26、廠。圖：2017年全球GaAs產(chǎn)業(yè)器件競爭格局圖：2016年GaAs晶圓代工格局穩(wěn)懋66.0%其他13.0%環(huán)宇9.0%宏捷12.0%69資料來源：Strategy Analytics，華西證券研究所目前，砷化鎵單晶片的廠商主要來自日本和美國，包括日本 住友電工（Sumitomo）、日本住友化學(xué)（Scios）、費里伯格（Freiberger）、古河電工（Furukawa）、日立電線（HitachiCable）以及美國的通美（AXT）、Anadigics、科 勝訊（Conexant）等。中國臺灣的廠商主要有高平磊晶科技、晶茂達半導(dǎo)體、元砷 光電、勝陽光電、穩(wěn)懋半導(dǎo)體、巨鎵科技等。大陸生產(chǎn)的砷化鎵

27、材料質(zhì)量較低，主要是低端市場的低阻砷 化鎵晶片，用于LED領(lǐng)域。主要供應(yīng)商為：北京通美、中科晶 電、天津晶明電子材料有限責(zé)任公司（中電集團46研究所）、 北京中科鎵英半導(dǎo)體、北京國瑞、山東遠東、大慶佳昌、新 鄉(xiāng)神舟（原國營542廠）等。全球GaAs材料格局70射頻PA三種主要材料工藝對比71資料來源：Ofweek，華西證券研究所指標(biāo)Si CMOSGaAsGaN材料分類第一代第二代第三代臨界擊穿場強遷移率飽和電子速度功率密度0.2W/mm0.5 W/mm30 W/mm熱導(dǎo)率1.5W/mK0.5 W/mK2.0 W/mK集成度較高，可與普通硅工藝兼容較低，無法與普通硅工藝兼容較低，無法與普通硅工藝

28、兼容高頻性能差高高高溫性能中差高成本最低較高最高工藝成熟度高中低產(chǎn)能穩(wěn)定不穩(wěn)定匱乏主要應(yīng)用性能要求較低的射頻前端芯片應(yīng)用，如2G手機/低端WiFi等消費電子高頻/高功率/高性能領(lǐng)域射頻前端芯片應(yīng)用，如3G/4G手機遠距離信號傳送或高功率級別射頻細分市場和軍用電子 領(lǐng)域，如基站/軍用雷達/衛(wèi) 星通信/電子戰(zhàn)射頻器件射頻PA研發(fā)的核心在于電路設(shè)計和材料制程工藝，前者依賴于工程師的經(jīng)驗，后者依賴于晶圓廠的生產(chǎn) 工藝，兩者相輔相成缺一不可。表：三種主要材料工藝對比71射頻PA不同終端應(yīng)用場景下的關(guān)鍵指標(biāo)72資料來源：微波射頻網(wǎng)，華西證券研究所指標(biāo)定義說明輸出功率分為最大瞬間輸出功率和標(biāo)準(zhǔn)輸出功率， 常

29、說的輸出功率其實就是標(biāo)準(zhǔn)輸出功率 也是額定輸出功率其實質(zhì)就是射頻功率放大器能夠以長時間安全工 作且諧波失真能夠在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的輸出功率最大 值傳輸增益射頻功率放大器輸出功率與輸入功率的 比值射頻功率放大器的傳輸增益是衡量射頻功率放大 器品質(zhì)及性能好壞的一項重要指標(biāo)線性指標(biāo)包括1dB 壓縮點、IP3（三階互調(diào) 截點）、鄰道功率比以及諧波等射頻功率放大器一般采用非線性放大器，這是因 為非線性放大器在效率指標(biāo)上高于線性放大器效率與雜 散輸出常采用PAE（功率增加效率）以及nc（集電極效率）等方法來衡量作為射頻前端功耗最大的器件，效率指標(biāo)直接影 響通信設(shè)備的綜合效率；雜散輸出與噪聲會在當(dāng) 接收機和發(fā)射機

30、采用不同頻帶工作時產(chǎn)生于接收 機頻帶內(nèi)，對其它鄰道形成干擾。按照應(yīng)用場景分為大功率（基站等，NXP、英飛凌、Qorvo均是主要供應(yīng)商）和小功率（手機等，Skyworks、Broadcom、Qorvo均是主要供應(yīng)商）。基站需要覆蓋更廣的通信范圍，保證較高的通信質(zhì)量，同時對于效率和穩(wěn)定性要求更高，因此區(qū)別于其他功放， 基站功放對于輸出功率、增益、可靠性和線性度有更高要求。對于手機，低功耗、高效率、高集成度一直射頻PA的發(fā)展趨勢，進入5G時代，擴大帶寬也是一個重要設(shè)計指標(biāo)， 插入損耗、線性度、增益、效率都都是需要考慮的重要指標(biāo)。表：PA主要性能指標(biāo)PA工藝的生產(chǎn)流程73拉晶 切片外延 生長IC設(shè)計晶

31、圓 代工封裝 測試終端 集成普通硅工藝集成電路和砷化鎵/氮化鎵等化合物集成電路芯片生產(chǎn)流程大致類似。與硅工藝不同，化合物半導(dǎo)體制程由于外延過程復(fù)雜，所以形成了單獨的磊晶產(chǎn)業(yè),以砷化鎵為例，IQE、VPEC(全新)兩家磊晶廠占據(jù)超過70%的市場份額。由于與Si材料性能差異較大，化合物晶圓制造中設(shè)備及工藝與硅有極大的不同，所以化合物半導(dǎo)體擁有 自己獨立的全套產(chǎn)業(yè)鏈。圖：PA工藝生產(chǎn)流程資料來源：電子發(fā)燒友，華西證券研究所PA產(chǎn)業(yè)的兩種商業(yè)模式74上游基 板 ： Freiberger、 AXT Inc.、 Sumitomo磊晶片：IQE、 VPEC、SCIOCS、 Sumika、英特 磊、聯(lián)亞IC設(shè)

32、計：高通、 聯(lián)發(fā)科、立積、 華為海思、卓 勝微等中游晶元制造：WIN Semi.(穩(wěn)懋)、 AWSC(宏捷)、 GCS(環(huán)宇)、 Wavetek (聯(lián)穎)下游封裝：Tong Hsing、 Lingsen Precision測 試 ：Giga Solution(全智)、 ASE(日月光)、Sigurd( 矽格)、King Yuan(京元電)終端手機射頻前端、 基站等PA產(chǎn)業(yè)有IDM(Integrated Device Manufacture)模式和Fabless模式。歷史成熟廠商Skyworks、Qorvo、 Broadcom等均采用IDM模式，新晉廠商高通、卓勝微等優(yōu)選Fabless，主攻IC

33、設(shè)計，制造封測需求外部合 作。圖：IDM和Fabless模式Skyworks、Qorvo、Broadcom、Cree、村田終端FablessIDM資料來源：與非網(wǎng)，華西證券研究所根據(jù)QYR Electronics Research Center數(shù)據(jù)，2018年全球射頻功率放大器的市場規(guī)模達 31.05億美元，占射頻前端整體市場規(guī)模的比重為20.82%，超過射頻低噪聲放大器及射頻開關(guān) 市場規(guī)模之和。目前，全球射頻功率放大器主要被美國廠商把持，據(jù)Yole數(shù)據(jù)統(tǒng)計，Broadcom、Skyworks、 Qorvo三家廠商占據(jù)全球80%以上的市場份額。從iPhone X的拆解中可以看到，蘋果主要采用

34、Skyworks和Broadcom的PA模塊。海外廠商優(yōu)勢明顯資料來源：Yole，iFixit，華西證券研究所圖：iPhone X主板用到Skyworks和Broadcom的PA模組圖：全球PA市場格局75國內(nèi)PA公司奮起直追資料來源：EEFOCUS，華西證券研究所從市場整體看，由于射頻功率放大器設(shè)計難度高，國內(nèi)芯片廠商起步晚，目前國產(chǎn)化率 仍處于較低水平。雖然在高端手機的射頻模組領(lǐng)域國內(nèi)廠商有所欠缺，但是在產(chǎn)業(yè)鏈成 熟的2G、3G、4G、WiFi功率放大器產(chǎn)品中，國內(nèi)廠商已經(jīng)實現(xiàn)了初步的國產(chǎn)替代。表：國內(nèi)具備PA設(shè)計能力的代表公司76公司簡介紫光展銳自紫光集團整合銳迪科和展訊通信之后，展銳將

35、發(fā)揮兩者在基帶和射頻芯片的優(yōu)勢。從產(chǎn)品分布來看，紫光展銳已經(jīng)實現(xiàn)了砷化鎵和CMOS兩種不同工藝在2G、3G、4G射頻前端產(chǎn)品的全面覆蓋，并批量量產(chǎn)射頻開 關(guān)、低噪聲放大器以及 2.4G/5G 雙頻 Wi-Fi 射頻前端產(chǎn)品，且在射頻濾波器方面已經(jīng)完成初步布局。唯捷創(chuàng)芯2010年成立，團隊來自RFMD，以主流的GaAs工藝切入射頻PA市場，主要產(chǎn)品是射頻功率放大器，廣泛應(yīng)用于2G/3G/4G手機及其它智能移動終端。2019年4月，聯(lián)發(fā)科通過子公司Gaintech Co. Limited發(fā)布公告，以 4000萬美元或等值人民幣認購唯捷創(chuàng)芯發(fā)行之普通股共19,098,449股。為使聯(lián)發(fā)科技集團旗下子

36、公司的各 產(chǎn)品線及資源發(fā)揮最大綜效，未來手機PA產(chǎn)品的開發(fā)將交由唯捷創(chuàng)芯(Vanchip)負責(zé)。漢天下漢天下?lián)碛型暾?PA/FEM 產(chǎn)品線系列，產(chǎn)品覆蓋2G、3G、4G全系列，是國內(nèi)首家同時擁有大規(guī)模量產(chǎn)的CMOS PA和GaAs PA技術(shù)的廠商。漢天下CMOS PA已經(jīng)成為2G功能機和智能機的首選射頻功放，成功應(yīng)用于 SPRD和MTK等各類平臺。深圳飛驤飛驤2015年從國民技術(shù)分離出來，2010年開始依托國內(nèi)市場開發(fā)國產(chǎn)射頻功率放大器和射頻開關(guān)。2011年 其NZ5081應(yīng)用于宇龍酷派8180 TD-SCDMA 手機，是第一個應(yīng)用于智能手機的國產(chǎn)PA。蘇州宜確蘇州宜確半導(dǎo)體的主要產(chǎn)品包括2

37、G/3G/4G/MMMB射頻功率放大器及射頻前端芯片，射頻開關(guān)芯片，低噪聲放大器芯片，WiFi射頻前端芯片以及射頻電源芯片等。宜確發(fā)布了基于其EWLAP技術(shù)的濾波器模塊芯片產(chǎn)品TR963及TR965，成為國內(nèi)射頻前端集成電路行業(yè)內(nèi)推出的首款同類產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于 4G/5G 移動終端。中普微電子無錫中普微從事射頻 IC 設(shè)計、研發(fā)及銷售，產(chǎn)品涵蓋 GSM、W-CDMA、TD-SCDMA、CDMA2000 以及快速演變 的 TD-LTE，提供 2G/3G/4G 全面的射頻前端解決方案。絡(luò)達（MTK）絡(luò)達在3G時代表現(xiàn)亮眼，2017年被聯(lián)發(fā)科逐步收購以后，主攻物聯(lián)網(wǎng)方向。有限的PCB布板面積促進射

38、頻前端模組化資料來源：Qorvo，華西證券研究所持續(xù)增加的射頻前端器件數(shù)量和PCB板可用面積趨緊之間的矛盾促進射頻前端模組化 發(fā)展，越來越多的分立式射頻前端芯片通過SiP技術(shù)封裝在同一顆大芯片里面。圖： 射頻前端走向多功能集成化77射頻前端模組概念定義資料來源：高通，華西證券研究所不同廠商對于自家射頻前端模組產(chǎn)品有不同的命名方式，我們參考高通對射頻前端模組的 通俗定義，可分為FEMiD和PAMiD，其中FEMiD主要包含天線開關(guān)、濾波器、雙工器，PAMiD 是在FEMiD的基礎(chǔ)上再集成PA。簡而言之，F(xiàn)EMiD不含PA，是無源模組， PAMiD包含PA，是有源模組，從技術(shù)實現(xiàn)難度上， PAMi

39、D門檻更高。圖： FEMiD (Front-End Module with Integrated Duplexer ) 和PAMiD (Power Amplifier Module with Integrated Duplexer )78行業(yè)龍頭Broadcom逐步走向模組化從Broadcom的發(fā)展來看，20072010年主要是分立的射頻前端器件，20112013年是單顆PA 模組，2014年以來持續(xù)升級，已經(jīng)實現(xiàn)多頻段PA模組整合。與此同時，Skyworks、Qorvo、 村田、高通等射頻前端芯片大廠均已推出多品類射頻前端模組產(chǎn)品，國內(nèi)卓勝微、唯捷創(chuàng) 芯等公司亦有簡單功能的射頻模組產(chǎn)品出貨。

40、79資料來源：Broadcom，華西證券研究所圖： Broadcom射頻前端器件演進高端手機品牌已經(jīng)廣泛使用射頻模組資料來源：IHS，Yole，華西證券研究所從三星歷代旗艦機型可以看出，射頻元件的布局密度持續(xù)提升，而射頻區(qū)域占全部PCB的面 積卻在持續(xù)縮減，射頻前端器件的集成化和模組化勢在必行。像功率放大器(PA)這樣的器 件不僅必須支持一組頻段，還必須支持多種制式。這些多制式、多波段的PA、RF開關(guān)、雙 工器和濾波器等相結(jié)合就形成了射頻前端模組。以iPhone采用的中頻段PAMiD模組為例，在 43平方毫米的面積內(nèi)集成了2個PA、2個開關(guān)、12個BAW濾波器和若干被動元件，集成化射頻 前端代

41、表了未來的發(fā)展趨勢。圖：射頻前端元件密度提升但可用PCB面積在減少圖：射頻前端模組內(nèi)部構(gòu)成80行業(yè)整合持續(xù)，重點公司尋求全品類供應(yīng)資料來源：Yole，華西證券研究所射頻器件本質(zhì)上是半導(dǎo)體器件，4G普及高峰過后，射頻器件廠商成長性衰退，2014年以來，射頻器件廠商收購兼并持續(xù) 進行。2014年TriQuint與RFMD合并成為Qorvo，2016年高通與TDK共同出資建立RF360，Avago收購Broadcom，傳統(tǒng)半導(dǎo)體 芯片大廠持續(xù)整合，通過收購或者共同投資將各自優(yōu)勢產(chǎn)品結(jié)合，尋求產(chǎn)業(yè)鏈更有力地位，爭取做到多品類器件供應(yīng)。經(jīng)過過去幾年的并購整合，全球射頻前端行業(yè)已經(jīng)形成的明顯的巨頭壟斷，技

42、術(shù)壁壘持續(xù)增高。射頻前端屬于半導(dǎo)體領(lǐng) 域的細分方向，大陸產(chǎn)業(yè)鏈整體處于相對落后的狀態(tài)，對于國內(nèi)新進入廠商，面對2023年350億美元的射頻前端市場，我 們認為有兩個發(fā)力的方向：1、從相對成熟的分立射頻器件起步，在5G手機廣泛普及前的窗口期，逐步實現(xiàn)中低端機型射頻前端進口替代；2、分立射頻器件性能走向極致，成為國際射頻模組巨頭的合作伙伴或者供應(yīng)商。圖：行業(yè)整合持續(xù)發(fā)生815G新增n41、n77和n79模組，初期價值量提 升明顯資料來源：IHS，華西證券研究所iPhone X射頻前端共用到6個模組，其中3個收發(fā)模組（PAM），3個接收模組（FEM）， 參考IHS數(shù)據(jù)，單機價值量16.6美元。如果支

43、持n41、n77和n79三個新頻段，靜態(tài)分析增量：在NSA 1T4R模式下，預(yù)計將新增3個收發(fā)模組和3個接收模組，單機價值量預(yù)計提升 100%。在SA2T4R模式下，預(yù)計將新增6個收發(fā)模組，單機價值量預(yù)計提升150%。以上為參考目前價格的靜態(tài)分析，隨著5G終端大批量商用，射頻模組單價會快速回落。圖： iPhone X射頻前端模組型號及供應(yīng)商82射頻前端模組化，SiP需求看漲SiP封裝（System In a Package系統(tǒng)級封裝）是將多種功能芯片集成在一個封裝內(nèi)， 從而實現(xiàn)一個基本完整的功能。以Qorvo某款M/HB PA模組為例，在一顆大SiP封裝內(nèi)，包含有12個濾波器、3個PA、1個控

44、制芯片、1個天線開關(guān)和3個射頻開關(guān)。資料來源：Yole，Qorvo，華西證券研究所圖： SiP封裝示意圖83圖： SiP封裝內(nèi)部包含多種芯片射頻前端模組化，SiP需求看漲一部5G手機中，2G模組、3G模組、4G模組、5G Sub-6GHz模組、5G 毫米波模組、WiFi 模組等均需要SiP技術(shù)，Yole預(yù)計，在5G手機的帶動下，射頻SiP市場將從2018年的33 億美元增長到2023年的53億美元，CAGR達到11.3%。圖： 5G手機中將更廣泛的采用射頻模組84資料來源：Yole，華西證券研究所從iPhone上應(yīng)用的射頻前端模組看，可辨識的有2顆PA，12顆BAW濾波器，2顆切換開關(guān)，10

45、顆電感。5G全網(wǎng)通手機預(yù)計新增n41、n77和n79三個頻段：在NSA 1T4R模式下，預(yù)計將新增3個收發(fā)模組（PAM）和3個接收模組（FEM），預(yù)計新增3顆PA，15顆濾波器，45顆電感。在SA2T4R模式下，預(yù)計將新增6個收發(fā)模組（PAM） ，預(yù)計新增6顆PA，18顆濾波器，射頻模組拆開看，電感是國內(nèi)公司突破點圖：射頻前端模組拆解60顆電感。圖：iPhone主板85資料來源：Yole，華西證券研究所電感將迎來數(shù)量增加和價格提升資料來源： Mouser Electronics ，華西證券研究所數(shù)量增加，預(yù)計5G全網(wǎng)通手機新增4560顆電感。價格提升，主要源于手機射頻模組內(nèi)部空間緊湊，廣泛使用01005（0.4mm0.2mm）電感參考貿(mào)澤電子平臺村田系列電感價格，01005電感是0201電感價格的3倍。圖：0201電感和01005電感價格對比865G頻率高，引入高Q值電感進一步拉升價格資料來源：Mouser Electronics ，華西證券研究所考慮到5G新頻段更高，信號損耗更大，有可能采用高Q值電感，而高Q值01005電感價格達到0.056美元， 相比于常規(guī)01005電感價格翻倍。在NSA 1T4R模式下，預(yù)計將新增45顆電感。若采用常規(guī)01005電感，單機價值量提升1.125美元；若采 用高Q值01005電感，單機價值量提升2.52美元。在SA2T4R模式下，預(yù)計