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中心观念

科技前进永不中止,依据满意人类交互交流需求的通讯技能迭代在迎来5G 之际,根底通 信设备的建造无疑是未来几年拉动相关半导体职业生长的动能之一。射频前端是无线衔接 的中心,跟着5G 支撑的频段数量的增多,单个移动终端射频前端的数量和价值量也会迎 来显着添加,未来射频前端商场添加 空间广 阔。

本文企图论述射频前端半导体相关工业链的出资机会,从逻辑和数据上论述清楚以下几个 重要问题:

1 射频前端半导体工业链生态将迎来新的改动,推动工业链公司迎新机会。现在射频前端 半导体工业由IDM 办法主导。射频前端首要产品的商场均被几大世界巨子独占。跟着5G 到来,以高通为代表的Fabless 厂商企图凭仗基带技能切入射频前端范畴;一同以华为为 代表的设 备商对 于上游 供应链 的把控 和“国 产代替” 需求也 将重塑 工业链 格式, 国内设 计 厂商有望迎来代替机会,咱们看好未来射频前端的国产代替逻辑。鞋

2 制造技能是射频前端半导体的要害,涉及到的工艺和资料都不同于以往硅基半导体的制 造。射频电路的技能晋级首要依托新规划、新工艺和新资料的结合。从手机端的GaAs 二 代化合物制造技能到基站端GaN 三代化合物技能的演进,是咱们重视的工业方向要点; 一同,在封装端的高度整合以SiP 办法展示,值得要点重视微缩化诉求下的工业机会。

3 咱们具体拆解手机端和基站端射频前端器材的价值量添加。依据咱们的测算,咱们得出2019 年智能手机射频前端商场将到达184.7 亿美元,2020 年将到达242.6 亿美元,比较2018 年CAGR 达18.79%。2021 年全球5G 宏基站PA 和滤波器商场将到达243.1 亿元人 民币,比较2019 年CAGR 为162.31%,2021 年全球4G 和5G 小基站射频器材商场将达 到21.54 亿元人民币,比较2019 年CAGR 为140.61%。

陈述摘要:

1. 射频半导体职业现状

1.1. 射频前端芯片商场竞赛格式有望改动

1.1.1. 射频前端:无线衔接的中心

终端设备的无线通讯模块首要分为天线、射频前端模块(RF FEM)、射频收发模块、以及 基带信号处理器四部分。其间射频前端是无线衔接的中心,是在天线和射频收发模块间实 现信号发送和接纳的根底零件。

射频前端芯片首要是完结信号在不同频率下的收发,包含射甲状腺结节,5G赋能,射频前端工业深度解析-火竞猜下载-火竞猜下载-火竞猜电子竞技赛事渠道频功率扩大器(PA)、射频低 噪声扩大 器(L NA )、射频开 关、滤 波器 、双工 器等。现在射 频前端 芯片主 要运用 于手机 和 通讯模块商场、WiFi 路由器商场和通讯基站商场等。

射频前端芯片商场规划首要受移动终端需求的驱动。近年来,跟着移动终端功用的逐步完 善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升,而射频前端的商场规划也随之上升。 依据Gartner 核算,包含手机、平板电脑、超极本等在内的移动终端的出货量从2012 年 的22 亿台添加至2017 年的23 亿台,估量未来坚持安稳。

终端顾客对移动智能终端需求大幅上升的原因,首要是移动智能终端现已成为集丰厚功 能于一体 的便携 设备,通 过操作 体系以 及各种 运用 软件满 足终端 用户网 络视频 通讯、微 博 交际、新闻资讯、生活服务、线上游 戏、线 上视频 、线上 购物 等绝大 大都需 求。

跟着5G 商业化的逐步挨近,5G 规范下现有的移动通讯、物联网通讯规范将进行一致, 因而未来在一致规范下射频前端芯片产品的运用范畴会被进一步扩大。一同,5G 下单个智 能手机的射频前端芯片价值亦将持续上升,估量未来射频前端商场也会持续坚持添加。

依据QYR Electronics Research Center 的核算,从2010 年至2018 年全球射频前端商场规 模以每年约13%的速度添加,2018 年达149.10 亿美元,未来将以13%以上的添加率持续 高速添加,2020 年挨近190 亿美元。

现在正是4G 网络向5G 网络转型晋级的阶段,未来全球射频前端商场规划将迎来大规划扩 张。估量2023 年全球射频前端商场规划将添加至313.10 亿美元。

依据YOLE 的核算数据,2018 年全球RF FEM(射频前端模块)消费量为96 亿个,估量未来跟着5G的不断开展,2023年全球RF FEM消费量将添加至135亿个。

射频器材首要包含射频开关和LNA,射频PA,滤波器,射频天线调谐器和毫米波FEM 等。 依据YOLE 的核算数据,2017 年全球射频器材商场中,滤波器商场占比约53.3%,射频PA 商场占比约为33.3%,而射频开关约为6.7%,射频天线调谐器约为3.1%,LNA 约为1.6%。

1.1.2. 滤波器:射频器材最大的细分商场

射频滤波 器包含 声外表 滤波器(SAW ,SurfaceAcoustic Wave)、体声波 滤波器(BAW ,Bul k Acoustic Wave)、MEMS 滤波器、IPD(Integrated Passive Devices)等。SAW 和BAW 滤 波器是现在手机运用的干流滤波器。

SAW 滤波器的底子结构由压电资料衬底和2 个IDT(Interdigital Transducer)组成。IDT 是叉指换能器——穿插摆放的金属电极。下图中左面的IDT 把电信号转成声波,右边IDT 把声波转成电信号。

SAW 滤波器频率上限为2.5~3GHz。频率高于1.5GHz 时,其挑选性下降。在约2.5GHz 处,其仅限于对功用要求不高的运用,并且SAW 滤波器易受温度改动的影响。未来SAW 滤波器的开展趋势是小型片式化、高 频宽带 化、降 低刺进 损耗 以及降 低本钱 。

BAW 滤波器更适合于高频,一同对温度改动不灵敏,具有刺进损耗小、带外衰减大等优 点。BAW 是3D 腔体结构,能量丢失小,Q 值高,滤波效果更好,特别适用于2GHz 以上 之频段,关于5G sub-6G U 有显着优势。

BAW 滤波器制造工艺进程是SAW 的10 倍,但因其在更大晶圆上制造的,每片晶圆产出 的BAW 器材也多了约4 倍。尽管如此,BAW 的本钱仍高于SAW。

BAW 滤波器一般作业在1.5~6.0GHz,因而在3G/4G 智能手机内所占的份额敏捷添加。但 并不意味着SAW 滤波器彻底失掉商场。二者会别离在中高频和低频发挥各自优势并在一 段时刻并存。2GHz 以下SAW 的商场占有率仍比较大,2GHz 以上BAW 的商场占有率会 比较高。

滤波器是射频前端商场中最大的事务板块。依据YOLE 的陈述显现,滤波器全球商场规划 将从2017 年的约80 亿美元添加至2023 年的225 亿美元,CAGR达19%,商场空间宽广。

滤波器是射频器材潜力最大的商场之一,滤波器的商场的驱动力来自于新式天线对额定滤 波的需求,以及多载波聚合(CA)对更多的体声波(BAW)滤波器的需求。依据观研天甲状腺结节,5G赋能,射频前端工业深度解析-火竞猜下载-火竞猜下载-火竞猜电子竞技赛事渠道 下的猜测,在3G 向5G 演进的进程中,滤波器的单机价值量将成倍添加。3G 设备的滤波 器单机价值为1.25 美元,4G 设备为4 美元,而到了5G 年代估量将到达10 美元以上。

跟着手机的频段不断添加,所需滤波器的需求量也成正比上升。Skyworks 估量2020 年5G 运用支撑的频段数量将翻番,新增50 个以上通讯频段,全球2G/3G/4G/5G 网络算计 支撑的频段将到达91 个以上。频段数上升将带来射频滤波器运用数量增多。理论上每增 加一个频段需添加2个滤波器。因为滤波器集成于模组,二者并不是简略的线性添加的关 系。

在5G 年代为了完结高带宽,载波聚合技能的路数有必要上升。载波聚合技能是指运用多个 不相邻的载波频段,每个频段各承载一部分的广州动物园带宽,这样总带宽便是多个载波带宽之和。 现在载波聚合技能在4G 现已得到了广泛运用。载波聚合路数的上升也意味着频带数量的 上升,然后催生出对更多滤波器的需 求。

现在全球SAW 和BAW 滤波器商场均被世界巨子独占。在SAW 滤波器商场,前五大厂商(Murata、TDK、TAIYO YUDEN、Skyworks、Qorvo)占有了95%的全球商场;而在BAW 滤波器商场中,仅Broadcom-Avago 一家就占有了87%的全球商场份额,并且全球商场均 被国外大厂独占。现在国内尚无大批量出产和出货的射频滤波器的企业。

SAW 滤波器可满意约1.5GHz 以内的频率运用,BAW 滤波器则可运用于更高频率。SAW 滤波器无法满意高频段的运用条件,因而BAW 滤波器成为商场新焦点,是未来5G 年代发 展的首要方向,可是技能难度也较大,因而国内厂商现在首要布局仍是在SAW 滤波器,BAW 滤波器还处于研制阶段。

现在国内布局SAW 滤波器的企业有麦捷科技、瑞宏科技、信维通讯、中电德清华莹、华 远微电、无 锡好 达电子 等,虽取 得必定 开展, 但在大 批量生 产和出 货才干 方面仍 有追逐 空 间。可是因为射频芯片商场的投入相对较小,因而是一个很好的尝试点和打破口,国产滤波器有望完结打破。

1.1.3. 射频PA:国外巨子占有主导位置

射频功率扩大器(PA)是射频体系的要害模块,它需求把发射机的低功率信号扩大到满意 大,才干满意通讯协议的要求。PA 直接决议了手机无线通讯的间隔、信号质量,乃至待机 时刻,是射频体系中的重要部分。

跟着无线 通讯协 议的发 展,数 据率越 来越高, 一同无 线调制 办法也 越来越 杂乱, 手机频 段 持续添加,PA 的数量也随之添加。依据StrategyAnalytics 的数据,4G 多模多频手机所需PA 芯片5~7 颗,甲状腺结节,5G赋能,射频前端工业深度解析-火竞猜下载-火竞猜下载-火竞猜电子竞技赛事渠道估量5G 年代手机内的PA 或多达16 颗。而依据YOLE 的陈述显现,2017 年全球射频PA 商场为50 亿美元,估量跟着5G 的推行,2023年射频PA 全球商场将达 到70 亿美元,CAGR 为7%。

全球PA 商场绝大部分份额被Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata 占有,算计商场份 额为96%。

国内的射频PA 厂商也正在鼓起。国内的射频PA 规划公司(Fabless)有近20 家,首要有 汉全国、 唯捷创 芯、紫光 展锐等 。国内 晶圆代 工厂商 首要有 三安光 电、海 特高新 等,国 产 射频PA 有望完结打破。

1.1.4. 射频开关和LNA:未来商场空间宽广

因为移动通讯技能的革新,智能手机需求接纳更多频段的射频信号,关于射频开关的需求 也随之进步。依据Yole Devel都暻秀opment 的总结,2011 年及之前智能手机支撑的频段数不 逾越10 个,而跟着4G 通讯技能的遍及,至2016 年智能手机支撑的频段数现已挨近40 个;因而, 移动智 能终端 中需求 不断增 加射频 开关的 数量以 满意对 不同频 段信号 接纳、 发 射的需求。

依据QYR Electronics Research Center 的核算,2010 年以来全球射频开关商场阅历了持续 的快速添加,2018年全球商场规划到达16.54亿美元,跟着5G 商业化的推动,估量2020 年商场规划将到达22.90亿美元。2018-2023年间,全球射频开关商场规划的年复合添加 率估量达16.55%。

跟着移动 通讯技 术的变 革,移动 智能终 端对信 号接 收质量 提出更 高要求, 需求对 天线接 收 的信号放 大以进 行后续 处理。一 般的放 大器在 扩大 信号的 一同会 引进噪 声,而射 频低噪 声 扩大器能最大极限地按捺噪声,因而 得到广 泛的应 用。

依据QYR Electronics Research Center 的核算,2018 年,全球射频低噪声扩大器(LNA) 商场规划已达14.21 亿美元。跟着4G 的遍及,智能手机中天线和射频通路的数量增多, 对射频低噪声扩大器的数量需求敏捷添加,因而估量在未来几年将持续添加,到2020 年, 其商场规划将在5G 商业化建造迎来开展高峰,在2023 年达17.94 亿美元。

1.1.5. 射频前端商场:国外大厂独占,国内厂商包围

现阶段,全球射频前端芯片商场首要被国外大厂占有。射频前端芯片的首要欧美日传统大 厂包含Broadcom、Skyworks、Qorvo、Murate 等。全球射频前端商场集中度较高,前四 大厂商算计马冬梅占有全球85%的商场。

从世界竞赛力来讲,国内的射频规划水平还处在中低端。例如国内的PA 和射频开关相关 厂商,射频芯片厂商出售额大约3 亿美金。全球PA 和开关射频产品需求金额大约60 亿美 金。可见, 国内厂 商依然 在起 步阶段, 商场话 语权有 限;滤 波器方 面,国 内厂商 出售总 额 不到1 亿美金,全球商场需求在90 亿美金。

国内射频 芯片产 业链已 经底子 老练, 从规划 到晶圆 代工,再 到封测 ,现已 构成完 整的产 业 链。而行 业界也 涌现出 了一批 射频前 端新式 企业, 例如锐 迪科、国 民飞 骧、唯捷 创芯、 韦 尔股份、卓胜微等。

1.2. 射频前端工业链日趋老练

射频前端半导体工业链生态将迎来新的改动,推动工业链公司迎新机会。现在射频前端半 导体工业由IDM 办法主导。射频前端首要产品的商场均被几大世界巨子独占。跟着5G 到 来,以高通为代表的Fabless 厂商企图凭仗基带技能切入射频前端范畴;一同以华为为代 表的设备 商关于 上游供 应链的 把控和“国产 代替”需 求也将 重塑产 业链格 局,国 内规划 厂 商有望迎来代替机会,咱们看好未来射频前端的国产代替逻辑。

1.2.1. IDM 办法仍为职业干流

射频前端工业链依据分工的不同能够分为芯片规划、晶圆制造和封装测验三个环节。而IDM(Integrated Device Manufacturing,笔直整合制造)办法是指笔直整合制造商单独完 成集成电 路规划 、晶圆 制造、封 测的所 有环节 ,因而 该办法 对技能 和资金 实力均 有很高 的 要求,所以现在只需世界上成功的大型企业选用IDM 办法,如Skyworks、Qorvo、Murata、Broadcom 等。

1987 年台湾积体电路公司(TSMC)建立曾经,集成电路工业只需IDM 一种办法,尔后, 半导体工业的专业化分工成为一种趋势。呈现笔直分工办法的底子原因是半导体制造业的 规划经济性。可是如今IDM 厂商依然占有首要位置,首要是因为IDM 企业具有资源的 内部整合优势、技能优势以及较高的利润率:

1. 资源的内部整合优势。在IDM 企业界部,从IC 规划到完结IC 制造所需的时刻较短, 首要的原因是不需求进行硅验证(SiliconProven),不存在工艺流程对接问题,所以新产品 从开发到面市的时刻较短。而在笔直分工办法中,因为Fabless 在开发新产品时,难以及 时与Foundry 的工艺流程对接,构成一个芯片从规划公司到代工企业的流片(晶圆光刻的 工艺进程)完结往往需求6-9 个月,延缓了产品的上市时刻。

2. 技能优势。大大都IDM 都有自己的IP(Intellectual Property,知识产权)开发部分,经 过长时刻的研制与堆集,企业技能储备比较满意,技能开发才干很强,具有技能抢先 优势 。

3. 较高的利润率。依据“浅笑曲线”原理,最前端的产品设宠妃逃宫记计、开发与最末端的品牌、营 销具有最高的利润率,中心的制造、 封装测 试环节 利润率 较低 。

现在射频前端职业依然以IDM 办法为主导。射频与功率器材集成度不高,规划改动不多, 规划环节 附加值 较低,而 且资料 结构与 工艺密 切相 关,而工 艺又决 定了产 品终究 的电学 性 能,资料、 规划、 制造与 封测一 体相关 ,这几 个要素 是射频 器材竞 争的主 导性因 素。所 以 全球成功的射频或功率器材公司,大都都选用IDM 办法。

跟着通讯 技能的 不断发 展,手 机等移 动终端 关于射 频前端 的要求 也越来 越高。一 方面, 手 机等终端 需求的 射频前 端的数 量在上 升,射频 前端 在手机 本钱的 比重也 越加上 升;另一 方 面,跟着对 便携 性和轻 薄化的 要求越 来越高, 而需求 的射频 前端数 量也在 不断增 长,这 时 射频前端厂商只能添加集成度以把整 个射频 体系的 实践尺 寸控 制在合 适的范 围内。

现在,现已有一些厂商在研制把低噪声扩大器和开关模组集成在一同的方案,例如Skyworks 的SkyOne 模组(集成了PA,开关,多路器在同一模组上)。未来跟着通讯技能 和出产工艺的不断开展,咱们可望看 到集成 度更高 的射频 前端 。

射 频前 端职业 吞并 收买不 断,巨子不 断扩 大肖泽青事务 地图 。越来越多的厂商也 在纷繁 加大在 射 频前端方面的投入,期望在未来的5G 浪潮中分一杯羹。例如联发科方案收买络达科技布 局射频PA,紫光展讯整合锐迪科买入射频PA 职业,而3m世界巨子Skyworks 联手松下组成 合资公司开发SAW 滤波器,而巨子Qorvo 则由主营滤波器的RFMD 和主营射频PA 的Triquint 兼并而成。

有许多特别的半导体产品适用IDM 而不是代工办法,例如模仿器材。模仿器材和数字器 件不一样。数字器材的灵敏度一般来说不那么高,它寻求摩尔定律,要求线宽越来越小、 功耗越来 越少、 本钱越 来越低, 而单位 面积上 晶体管 的数目 要越来 越多, 它需求 最先进 的 工艺和技能。

模仿器材 则十分 灵敏, 只需一 个参数 有改动, 全体功 能就会 改动很 多。譬 如模仿 器材里 面 的一个电容或电感的尺度,略微大一点或许小一点效果就会差许多。所以模仿器材更需求 有一条专门为它服务的出产线。

混合信号、模仿和功率半导体器材都不需求运用7 纳米、14 纳米的工艺,它需求的是安稳 性和可靠性,需求对它的工艺流程进行量身定做,因 此许多模 拟器材是没有代工工 厂(Foundry)的,比如5G 通讯中用到的氮化镓(GaN),现在这种高功率芯片的大企业有Skywork s(思 佳讯)、Q orv o、Su mit omo(住友)、Mu rata(村田)、NXP( 恩智浦)、AV AGO (安华高)等,都是IDM公司。

射频前端工业现在是IDM 办法最成功的范畴。就在其它半导体芯片商场(如处理器、SoC 等)Fabless 办法占有多半江山的时分,在射频前端商场依然是IDM 独大,这是因为射频 前端规划需求细心结合器材制造工艺,有时分乃至会为了规划而调整工艺。现在射频前端 范畴的巨子Skyworks,Qorvo 等都有自己的出产线,跟着未来5G 年代对射频前端器材的 要求越来越高,制造工艺越来越杂乱,估量IDM 办法依然将在未来的射频前端职业占有 主导位置。

1.2.2. “基带供货商切入射频前端商场+整机商把控供应链国产代替”,Fabless 迎来开展 机会

IDM 办法虽然有这么多的长处,可是IDM 办法最大的约束就在于对商场的反响不行敏捷。 因为IDM 企业的“质量”较大,所以“惯性”也大,因而对商场的反响速度会比较慢。 其 次,半导 体产 业所需 的投 资十分 巨大, 淹没成 本高。 晶圆出产线出资 较大,而 且每年 的 运转保养、设备更新与新技能开发等本钱占总出资的份额较高。这意味着除了少量实力强 大的IDM 厂商有才干扩张外,其他的厂商底子无力扩张,因而便催生出了Fabless 办法。

在Fabless 办法下,集成电路规划、晶圆制造、封测别离由专业化的公司分工完结,此模 式中首要参加的企业类型有芯片规划厂商、晶圆制造商、外包封测企业。选用Fabless 模 式的公司处于工业链上游,技能密集程度高,芯片规划厂商在该种办法下起到龙头效果, 一致和谐芯片规划后的出产、封测与 出售。

高通凭仗基带技能优势,进入5G 射频模组,工业次序面临改动。RFIC 巨子高通和射频前 端大厂TDK 合资建立了RF 360,使得高通具有了供给从基带Modem SoC,RFIC 到射频 前端完好处理方案的才干。

高通于2018 年推出全球首款5G 毫米波天线模组QTM052,该模组包含毫米波IC、1x4 天线阵列、射频收发器(transceiver)、电源办理IC、射频前端元件(扩大器、滤波器、低杂 讯扩大器.等),并选用AiP(Antenna in Package)封装技能,使得模组宽度仅约1 美分硬币的1/3 宽,其调配高通5G Modem(X50)晶片,取得优异的射频功用体现,可大幅简化手机系 统厂商需面临的杂乱射频通讯规划问题,估量此模组将用在三星(S10)、Sony、LG、小米、OPPO、Google 等2019 年的5G 手机上。

现在Qorvo、Broadcom、Skyworks 首要占有4G LTE/Sub-6G 范畴,而高公例挑选深耕5G 毫米波商场,并不断拉大与竞赛对手的距离。估量高通的进入将深刻地改动射频前端工业 次序。

一同,以华为为代表的设备商关于上游供应链的把控和“国产代替”需求也将重塑工业链 格式,国内规划厂商有望迎来代替机会,咱们看好未来射频前端的国产代替逻辑。国内射 频器材的出产厂商以Fabless 为主,在代工厂工艺的挹注下,工业链将迎来加快国产代替 的机会。现在国内代表公司有海思半导体,卓胜微,VanChip,Ampleon,慧智微等。

2. 5G 赋能射频前端工业

射频前端 芯片是 移动智 能终端 产品的 中心组 成部分 ,寻求 低功耗、 高功用 、低成 本是其 技 术晋级的首要驱动力,也是芯片规划 研制的 首要方 向。

射频前端 芯片与 处理器 芯片不 同,后者 依托不 断缩 小制程 完结技 术晋级, 而作为 模仿电 路 中运用于高频范畴的一个重要分支,射频电路的技能晋级首要依托新规划、新工艺和新材 料的结合。

因为5G 年代对用户体会速率、衔接数密度、端到端时延、流量密度、移动性和峰值速率 等提出了 更高的 要求,所 以对射 频前端 芯片也 提出 了更高 的要求, 只需抓 住了新 工艺和 新 资料等要害晋级道路,才干享用5G 年代带来的高速添加盈利。因而咱们应该要点重视射 频前端的新资料氮化镓(GaN)和前沿的封装技能SiP/AiP。

2.1. 氮化镓:未来5G 射频前端新秀

2.1.1. 氮化镓:功用优异的第三代半导体资料

半导体资料共阅历了三个开展阶段:

1. 榜首阶段是以Si、Ge为代表的榜首代半导体资料

2. 第二阶段是以GaAs、InP等化合物为代表的第二代半导体资料

3. 第三阶段是以GaN、Sic、ZnSe等宽禁带半导体资料为主的第三代半导体资料

其间,第三 代半 导体材 料具有 许多优 异于第 一和第 二代半 导体材 料的性 能特色: 榜首, 具 有较大的 禁带宽 度,较 高的击 穿电压, 耐压性 能较 好,更适 合运用 大功率 范畴; 第二电 子 饱满速率 较英菲尼迪q50l高, 弥补了 电子迁 移率的 缺点;第 三高温 功用良 好,减 少了附 加散热 体系的 设 计本钱;第 四,发 展远景 宽广,在 高 频、 高温、大 功率 等范畴 有很 大开展 潜力。 因而氮化 镓(GaN)凭仗其优异的功用而成为现在研讨的热门内容。

正是因为氮化镓优异的功用,现在氮化镓现已成为射频器材(RF)、LED 和功率器材等的 运用热门, 特别是 氮化镓 一同可 以满意 高功率 和高 频率的 特色,并 且在高 频下拥 有更高 的 功率输出和更小的占位面积,现在已 经成为 射频器 件运用 的热 点和最 优挑选 之一。

当时基站与无线回传体系中运用的大功率射频器材(功率大于3 瓦),首要有依据三种材 料出产的器材,即传统的LDMOS(横向分散MOS)、砷化镓(GaAs),以及新式的氮化镓(GaN)。

依据Yole 的猜测,未来5 到10 年,砷化镓在大功率射频器材商场上所占份额底子保持稳 定,但LDMOS 与氮化镓将呈现出此消彼长的联系。2025 年,LDMOS 占比将由现在的40% 左右下降到15%,而氮化镓将逾越LDMOS 和砷化镓,成为大功率射频器材的主导工艺, 占比到2025 年可达45%左右。

可作业环境温度也更高。因为本钱优势,LDMOS 在低频仍有生存空间,但氮化镓现已在 向低频浸透,例如在2.6GHz 频段,也开端呈现氮化镓方案。

因为工艺输出功率特性约束,LDMOS在3.5GHz 及以上频率不能供给满意大的功率,所以 从3.5GHz 到未来的毫米波,高频运用中氮化镓不是去代替LDMOS,而是拓荒全新的商场 空间。氮化镓具有全面的优势,无论是带宽、线性度、增益仍是功率,硅器材都无法与氮 化镓竞赛。

依据Compound Semiconductor 的猜测,估量2018 年开端GaN 的出货量将逾越LDMOS, 通讯商场氮化镓的运用前创世纪之兄弟恩怨景宽广。

跟着通讯技能不断向高频演进,氮化镓是必定的挑选。因为需求更大的带宽,更好的线性 度,5G 和高频化运用,让氮化镓大有用武之地。在5G 年代,未来一台基站里边就要用几 百个PA(功率扩大器),而5G 的基站布置数量将呈指数办法添加,所以在5G 年代,射频 器材工业将比以往大得多。

2.1.2. 硅基氮化镓(GaN-on-Si):最有远景的衬底技能

现在来看,GaN首要有三种类型的衬底,别离是硅基、碳化硅(SiC)衬底和金刚石衬底。

金刚石衬底氮化镓(GaN-on-Diamond):制造较为困难,可是优势显着:在世界上一切 资猜中金刚石的热导率最高(因而最好能够用来散热)。运用金刚石代替硅、碳化硅、或 者其他基底资料能够把金刚石高导热率优势发挥出来,能够完结十分挨近芯片的有用导热 面。

碳化硅衬底氮化镓(GaN-on-SiC):这是射频氮化镓的“高端”版别,SiC 衬底氮化镓可 以供给最 高功率 等级的 氮化镓 产品,可 供给其 他出 色特性, 可保证 其在最 严苛的 环境下 使 用,可是本钱相对较高。

硅基氮化镓(GaN-on-Si):这种办法比别的两种良率都低,不过它的优势是能够运用全球低本钱、大尺度CMOS 硅晶圆和很多射频硅代工厂。因而,它能够以价格为竞赛优势对立 现有硅和砷化镓技能,然后完结对现 有商场 份额的 代替。

GaN-on-SiC 现在主导了RF GaN 职业,已浸透到4G LTE 无线根底设备商场,估量将布置 在5G sub-6Ghz 的RRH 架构中。与此一同,经济高效的LDMOS 技能也取得了显着前进, 或许会对5G sub-6Ghz 有源天线和大规划多输入多输出(MIMO天草二十六)运用中的GaN 处理方案 建议应战。不过,这或许需求以下降功率为价值,然后带来功耗的添加,关于5G 的大规 模布置来说是不行持续的。

GaN-on-SiC 是以功用为导向的,而GaN-on-Si 作为潜在的应战者是以本钱为导向的,并 且能够满意更大的出货量需求。依据YOLE 的陈述估量,GaN-on-Si 能够依据全球现有的 低本钱、大尺度CMOS 硅晶圆和很多射频硅代工厂完结更快的大规划量产,硅基氮化镓器 件工艺能量密度高、可靠性高,晶圆能够做得很大,现在在8 英寸,未来能够做到10 英 寸、12英寸,晶圆的长度能够拉长至2 米。

硅基氮化 镓器材 具有击 穿电压 高、导 通电阻 低、开 关速度 快、零反 向康复 电荷、 体积小 和 能耗低、抗辐射等优势。针对RF 产品更易于扩展,未来GaN-on-Si 将广泛运用于手机、 射频器材、VSAT 等范畴。跟着5G 技能的不断推动和浸透率的不断进步,YOLE 估量未来GaN-on-Si 的商场份额将逾越GaN-on-SiC。

2.1.3. 氮化镓:未来商场空间宽广

依据YOLE 的核算数据显现,2015 年氮化镓射频器材的商场规划为2.98 亿美元,首要运用 范畴为无线终端,占比为54.6%,YOLE 估量,跟着普门品5G的不断开展,氮化镓射频器材的市 场规划也会随之添加,估量在2022 年氮化镓母射频器材的全球商场规划为7.55 亿美元,年 复合添加率CAGR 为14%,其间无线终端的占比将进一步上升至59.6%。

依据ABI research 的数据,2012 年射频功率扩大器商场中,LDMOS商场有率为榜首,占 比为71%,而GaN 为13.2%,到了2018 年,LDMOS商场占有率下降为57.6%,GaN 上升 至第二名,占比为34.2%,GaN 开展势头杰出,咱们估量在5G 年代GaN 的商场占比将进 一步上升。

未来射频前端商场,特别是GaN 射频前端商场的运用首要是无线终端,包含5G 智能手机 和基站。而依据曩昔30 年从2G 到5G 的开展进程来看,一般一代通讯技能需求10 年的 时刻来演进,这包含了两代通讯技能之间较长的转换期,而现在正处于Pre-5G 的阶段, 估量5G 年代的真实到来将在2020 年之后,那个时分将迎来商场的高峰。

依据Business Wire的猜测,2019 年将会有榜首批5G 智能手机上市,随后5G 智能手机市 场出货量将敏捷上升,估量将在2025 年到达15 亿台,而射频前端商场特别是GaN 射频 前端商场也会随之敏捷添加。

基站商场方面,依据ABI甲状腺结节,5G赋能,射频前端工业深度解析-火竞猜下载-火竞猜下载-火竞猜电子竞技赛事渠道 research 和YOLE 的数据,2018 年全球GaN 基站商场为34 亿元 人民币,而我国GaN 基站商场为17 亿元人民币;估量到2024 年,全球GaN 基站商场将 添加至98 亿元人民币,而我国GaN 基站商场将到达59 亿元人民币。

2.2. SiP+Antenna 封装:未来5G 新趋势

2.2.1. SiP 是逾越摩尔定律的必定挑选途径

依据世界半导体道路安排(ITRS)的界说:SiP 为将多个具有不同功用的有源电子元件与可 选无源器材,以及比如MEMS 或许光学器材等其他器材优先拼装到一同,完结必定功用的 单个规范封装件,构成一个体系或许 子体系 。

从架构上来讲,SiP 是将多种功用芯片,包含处理器、存储器等功用芯片集成在一个封 装内,然后完结一个底子完好的功用。与SOC(片上体系)相对应。不同辉县天气预报的是体系级封装 是选用不同芯片进行并排或叠加的封装办法,而SOC 则是高度集成的芯片产品。

摩尔定律保证了芯片功用的不断进步。众所周知,摩尔定律是半导体职业开展的“圣 经”。在硅基半导体上,每18 个月完结晶体管的特征尺度缩小一半,功用进步一倍。在性 能进步的 一同,带 来本钱 的下降, 这使 得半导 体厂商 有满意 的动力 去完结 半导体 特征尺 寸 的缩小。这其间,处理器芯片和存储芯片是最遵照摩尔定律的两类芯片。以Intel 为甲状腺结节,5G赋能,射频前端工业深度解析-火竞猜下载-火竞猜下载-火竞猜电子竞技赛事渠道例,每 一代的产品完美地遵照摩尔定律。在芯片层面上,摩尔定律促进了功用的不断往前 推动 。

PCB 板并不遵照摩尔定律,是整个体系功用进步的瓶颈。与芯片规划不断缩小相对应 的是,PCB 板这些年并没有发作太大改动。因为PCB 的约束,使得整个体系的功用进步遇 到了瓶颈。例如内存输出位宽等于处理器和内存之间的连线数量,在十年间遭到PCB 板工 艺的约束一直是64bit 没有发作改动。所以想进步内存带宽只需进步内存接口操作频率。 这就约束了整个体系的功用进步。

SIP 是处理体系枷锁的胜负手。把多个半导体芯片和无源器材封装在同一个芯片内,组成 一个体系级的芯片,而不再用PCB 板来作为承载芯片衔接之间的载体,能够处理因为PCB 自身的先天不足带来体系功用遇到瓶 颈的问 题。

咱们以为,SiP 不仅是简略地将芯片集成在一同。SiP 还具有开发周期短;功用更多;功耗更 低,性 能更 优秀、本钱价 格更低 ,体积 更小,质量 更轻等 长处,代表 了未来 的开展 方尧平方向。

2.2.2. SiP——为智能手机量身定制,已获广泛运用

SiP的运用十分广泛,首要包含:无线通讯、轿车电子、医疗电子、核算机、军用电子等。 运用最为广泛是无线通讯范畴。

手机轻浮化带来SiP需求添加。手机是SiP 封装最大的商场。跟着智能手机越做越轻浮, 关于SiP 的需求天然水涨船高。因为SiP 技能自身并不会形本钱钱的上升,反而可使PCB 拼装更简略,下降封装本钱,从而下降全体手机BOM 本钱,所以不管是高端的iPhone X/8、Huawei Mate10,仍是低端的小米5、华为荣耀系列手机都选用了SiP 体系级封装。

现在SiP 运用比较遍及的是在CPU 处理器和DDR 存储器集成上,例如苹果A11 处理器+ 海力士LPDDR4内存,华为麒麟950 处理器+美光LPDDR4 内存等,其它比如触控芯片、 指纹识别芯片、射频前端芯片等也开端选用SiP 技能。依据天水华天技能总监于大全的数 据,在iPhone8 中,SiP 体系级封装现已占一切封装份额的40%以上,首要用于PA 和射 频模块。

而依据YOLE 发布的研讨陈述中智能手机组件的拆解图能够看到,现在射频前端器材包含PA、天线开关、滤波器、WiFi FEM 等均现已运用了SiP 封装,SiP 封装在射频模块的运用 广泛。

5G 运用的芯片和元器材数量添加,经过集成可下降本钱、进步功用、缩小体积。SiP 技能(FEMiD、PAMiD 等)能够将10~15 个器材(开关、滤波器、PA、LNA 等)封装在一同,衔接甲状腺结节,5G赋能,射频前端工业深度解析-火竞猜下载-火竞猜下载-火竞猜电子竞技赛事渠道 或许选用引线(Wirebond)、倒装(FlipChip)、Cu 柱(Cupillar)等。

射频前端的集成度越来越高。4G 射频模组是由SiP 办法整合不同制甲状腺结节,5G赋能,射频前端工业深度解析-火竞猜下载-火竞猜下载-火竞猜电子竞技赛事渠道程技能来制造功率扩大 器(PA)、低杂讯扩大器(LNA)、滤波器(Filter)、开关(Switch)和被迫元件(Passive)等,5GmmWave 射频模组将走向高度整合趋势。射频前端模块的开展趋势将逐步由离散型的RF 元件,朝向整合型模组的FEMiD 与PAMiD 办法。

例如iPhone XS 中选用的Broadcom 8092 模块便选用了PAMiD 封装技能,整个模块集session成 了多达29 个器材,包含18 个BAW 滤波器、5 个射频开关、4 个射频PA 等。PAMiD 整合 了Tx 和Rx 模组,能够一同满意信号质量的改进和模块体积的小型化。

在4G 年代,智能手机射频前端SiP 封装供应链由Qorvo、博通、Skyworks、Murata、TDK-Epcos 等IDM 厂商领导。一同他们也会把部分出产外包至部分世界封测大厂厂商,例 如日月光、安靠、长电科技等。而这几家IDM 厂商首要集中于Sub6GHz 处理方案。

而依据YOLE 的数据,2017 年全球射频前端SiP 封装商场规划为25 亿美元,估量将在2023 年到达49 亿美元,CAGR 为11%,SiP 封装商场将在5G 年代快速添加。

2.2.3. SiP+Antenna:5G 运用广泛

SiP+Antenna,由SiP 进阶到AiP

封装天线(Antenna in Package,简称AIP)是依据封装资料与工艺,将天线与芯片集成在 封装内,完结体系级无线功用的一门技能。AiP 技能适应了硅基半导体工艺集成度进步的 潮流,为体系级无线芯片提色络络供了杰出 的天线 与封装 处理方 案。

片上天线和封装天线,AIP技能广受喜爱。AoC 和AiP 别离归于SoC 和SiP 概念的范 畴,别离了它们独有的辐射特性。AoC 技能更适用于太赫兹频段,而AiP 技能很好地统筹 了天线功用、本钱及体积,简直一切的60GHz 无线通讯和手势雷达芯片都选用了AiP 技能。 除此之外,在79GHz 轿车雷达94GHz 相控阵天线,122GHz、145GHz和160GHz 传感器 以及300GHz 无线衔接芯片中都能够找到AiP 技能的身影。

5G 在毫米波频段的运用,因为毫米波自身频率较高,天线经过馈线相连的损耗会十分 大,为了削减互联的损耗,有必要要把前端做成模组化,削减在毫米波频段的损耗。催生出 毫米波天线和射频前端封装在一同的“SiP+Antenna”的办法,由SiP进阶到AiP。

AIP 中心运用,5G 毫米波天线封装

5G 年代频段资源有限,毫米波频段备受重视。常用的6GHz 以下的频段现已底子没有 更多的资源可利用了(4G 年代现已十分拥堵)。5G 年代毫米波频段高安全性、高速率引起 很多厂商注。

封装天线(AIP),5G 天线封装干流办法。5G IoT 和5G Sub-6GHz 估量将持续保持3G 和4G 年代结构模组,也便是分为天线、射频前端、收发器和数据机等四个首要的体系级 封装(SiP)和模组,而更高频段的5G 毫米波,则选用将天线、射频前端和收发器整合成单 一体系级封装。在天线的整合封装方面,因为频段越高、天线越小,5G 年代的天线或将以AiP(Antenna in Package)技能将其与其他零件一起整合到单一封装内。

5G 毫米波射频前端模块将走向高度整合的趋势,天线模组也将走向微缩化的趋势,预 计未来将由Antenna on PCB 转向Antenna in Module 及“SiP+Antenna”的封装天线(AIP) 办法。 跟着5G 年代的行将到来,估量未来AiP 技能的运用及商场空间宽广。

2.3. 5G 年代下射频前端商场空间宽广

2.3.1. 手机射频前端商场潜力巨大

5G 年代关于设备的功用提出了更高的要求,因而射频器材的本钱和所需数量都会得到进步。 依据Skyworks 的数据显现,5G 年代单部手机的射频器材本钱将由4G 时期的18 美元上升 至25美元;而射频器材的数量方面都有较大进步,例如单部手机滤波器数量从4G 年代的40 个上升至5G 年代的70 个左右,频带从15 个添加至30 个,接纳机发射机滤波器从30 个添加至75 个,射频开关从10 个添加至30 个,载波聚合从5 个添加至200 个等等。

依据YOLE 的陈述显现,2017 年手机射频器材全球总商场为150 亿美元,跟着5G 的开展, 将在2023 年到达350 亿美元,年复合添加率CAGR 估量为14%。

其间射频滤波器(Filters)全球商场将在2023 年到达225 亿美元,CAGR为19%;射频天 线调谐器(Antenna tuners)将到达10 亿美元,CAGR 为15%;射频开关(Switches)将达 到30 亿美元,CAGR 为15%;射频功率扩大器(PA)将到达70 亿美元,CAGR 为7%;射 频低噪声扩大器(LNAs)将到达6.02 亿美元,CAGR 为16%;而跟着5G 年代的到来,5G 毫米波射频前鳌端(mmW FEM)将从0添加至4.23亿美元。

而依照不同网络制式拆分来看,依据Qorvo 的数据显现,5G 射频前端全球商场规划将会 从2018 年的0赊刀人最终一次预言 添加至2022 年的55 亿美元,而LTE Advanced 射频前端商场规划将会从2018 年的25 亿美元添加至至2022 年的70 亿美元,2G/3G/4G 的射频前端商场规划将会 从2018 年的110 亿美元下降至2022 年的85 亿美元。

2.3.2. 基站射频前端添加空间巨大

从5G 的建造需求来看,5G 将会采纳“宏站+小站”组网掩盖的办法,每次基站的晋级, 都会带来一轮原有基站改造和新基站建造潮。2017 年我国4G 广掩盖阶段底子完毕,4G 基站到达328 万个。

5G 基站将包含中低频段(6GHz 以下)的宏站和高频段(6GHz 以上)的小站:

1. 宏站数量方面,中低频段的宏站可完结与4G 基站适当的掩盖规模,到2017 年4G 基站 约为328万个(掩盖99%人口),如完结相同的掩盖,估量5G 宏站将达475 万个。

2. 小站数量方面,毫米波高频段的小站掩盖规模是10~20m,运用于热门区域或更高容量

事务场景,其数量保存估量将是宏站的2 倍,由此估量5G 小站将到达950 万个。

因而在基站数量方面,5G 基站的数量将大幅逾越4G 年代基站数量,因而基站的射频器材 需求量也会大幅添加。因为单个5G 基站关于滤波器、PA 等射频器材需求数量的进步,再 加上更高的功用要求导致其他射频器材本钱的上涨,咱们估量单个5G 基站的BoM(物料 本钱)也将相较4G 基站有所添加。

因而,5G 年代将会迎来基站数量和单个基站本钱的双双上涨,叠加起来5G 年代基站商场 空间将会有巨大过速绯闻的增幅。依据Qorvo 的陈述显现,估量2022 年基站射频前端全球商场将 由2018 年的约5 亿美元添加至2022 年的16亿美元,增幅达220%,基站射频前端商场增 长空间巨大。

3. 射频前端商场空间测算

5G年代射频前端商场首要分为两部分:智能手机和基站。咱们将别离测算两个部分的射频器材商场空间。

依据IHS、Gartner、相关公司信息等的归纳数据咱们估量,单部5G 手机的PA 价值为9 美元、滤波器价值为15 美元,其他器材价值为10 美元,咱们估量单部5G 智能手机的射 频前端本钱为34 美元,单部旗舰4G LTE 智能手机的射频前端本钱为19 美元。其他智能 手机方面,咱们估量射频前端本钱均匀约为8.7 美元/部。

出货量方面,咱们估量2019 年将有榜首批5G 智能手机出货,而2020 年将到达2.13 亿部, 归纳单机射频前端本钱咱们核算得出2019 年智能手机射频前端商场将到达184.7 亿美元,2020 年将到达242.6 亿美元,CAGR 达18.79%。

依据工信部数据,到2017 年12 月底,我国4G 宏基站数量为328 万座,依据蜂窝通讯 理论核算,要到达相同的掩盖率,咱们估量我国5G 宏基站数量约为500 万座,达4G 基 站数量的1.5倍。

依据三大运营商的本钱开销方案,估量我国5G 宏基站建造方案将于2019 年正式开端,约 为10 万站,2023 年估量将到达建造高峰,年建造数量达115.2 万座。

射频PA 方面,参阅现在设备商打开实验5G 基站的上游收购价格,现在用于3.5GHz 频段 的5G 基站,选用LDMOS 工艺的功率扩大器单扇区的价格逾越了400 美元,选用GaN 工 艺的功率扩大器价格逾越了700 美元,假定LDMOS 和GaN 射频价格均以5%的份额递减。

5G 基站数量方面,我国移动占比逾越50%,前期建造情况下,LDMOS 扩大器具有必定比 例的商场,估测GaN 射频器材约占50%,估量到2025 年,GaN 射频器材占比85%以上。

5G 宏基站天线选用Massive MIMO 技能,天线和RRU(射频拉远单元)合设,组成AAU。Massive MIMO 天线假定为64T64R,则单个宏基站天线数量为192 个,扩大器数量为192 个。

滤波器方面,咱们假定相同5G 宏基站选用64 通道,则一个基站需求64 个滤波器,咱们 估量现在单个5G 滤波器价格为100 元左右,且跟着技能老练和出货量上升,价格逐步下 降。

5G 小基站方面,咱们估量单个5G 小基站的射频PA 本钱为约4 美元。而4G 基站方面, 包含LDMOS 和GaN 归纳测算在内,咱们估量4G 基站的射频PA 本钱是2.4美元。

依据以上要害假定,咱们能够核算得出2021 年全球5G 宏基站PA 和滤波器商场将到达243.1 亿元人民币,CAGR 为162.31%,2021 年全球4G 和5G 小基站射频器材商场将到达21.54 亿元人民币,CAGR 为140.61%。

4. 职业公司引荐:略

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(陈述来历:天风证券)