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方正证券:疫情影响下游手机短期销售 射频国产替代趋势持续向上

   日期:2020-04-22     浏览:2    

  (1)频率升高、带宽增加是无线通信大趋势,单机射频价值量持续扩张。无论是如火如荼的5G通信,Wifi6还是未来的星链计划,无线通信领域频率不断增高,带宽持续增加是不可改变的大趋势,促使射频重要性不断提升,价值量持续增加。全球5G网络新增30余个频段,新增频段带来增量射频需求,单部手机射频价值量大幅扩张。据skyworks数据,4G高端旗舰机型射频价值量为28美金,5G旗舰机型价值量增加至40美金。在基站侧,5G基站采用MassiveMIMO及小基站,基站数量和单个基站射频价值量双增。5G时代,基站和终端全面迎来射频价值量提升。

  (2)射频产业三大趋势:1)5G时代,射频迎来技术变革密集期,前瞻把握产业方向,布局新兴赛道。GaNPA及Baw/LTCC滤波器更适合高频率通信,在5G时代迎来新增应用。2)射频模组化大势所趋。5G网络处理的频段增多,射频前端愈来愈复杂,采用模组化的射频设计能够更好的处理干扰,大幅度减少射频模块的PCB面积占比,缩短终端射频设计周期,获得越来越多的终端厂商认可。3)国内射频厂商迎重大机遇,加速国产替代,国内一线手机品牌加快导入国产射频方案。

  (3)五大巨头垄断中高端射频市场。博通、Skyworks、Qorvo、村田、高通等五大射频巨头基本垄断中高端射频市场。高通通过“基带+射频”一站式服务策略,在5G初期占据先机。5G需要处理更高频率的射频信号,高频滤波器设计成为一项关键能力,博通Fbar高频滤波器能力领先,深度绑定苹果、三星等客户。村田受益中美贸易摩擦,在华为导入更多新产品。Skyworks/Qorvo在基站端优势地位牢固,手机市场份额受到竞争对手挤占。

  (4)疫情影响下游手机短期销售,射频国产替代趋势持续向上。疫情影响下,手机市场销量有所下滑。但国内5G新基建提速,年内预计将开通60万座基站。随着5G网络的完善,5G手机渗透率有望加速向上。同时,华为、Oppo、Vivo、小米等国内一线手机品牌导入国产射频方案的趋势不变,在今年有望给予国产射频厂商更多料号和份额。

  投资建议:1)坚定看好射频产业链,建议关注:卓胜微(射频前端芯片龙头)、韦尔股份(射频前端芯片)、三安光电(化合物半导体)、中芯国际(射频CMOS和滤波器代工)、华天科技(射频封测)、信维通信(滤波器)、海特高新(化合物半导体)、麦捷科技(滤波器);2)看好高通、博通、Skyworks、Qorvo、TSMC和稳懋等全球射频和代工龙头;

  风险提示:(1)全球宏观经济增速下滑甚至衰退的风险(2)全球5G网络建设放缓的风险。(3)疫情影响全球手机行业销售量,5G手机终端出货量不及预期的风险。

  香农定律是通信领域的基础定律。回顾通信从2G到5G网络的发展,基本沿着香农定律的脉络进行演绎。5G网络通信速率高达10Gbps,高速率的核心技术来源于四个方面。

  通信技术沿着香农定律指出的四个方向不断向前演进。在香农定律趋势下,通信系统(基站端、手机等终端)对射频前端芯片的性能及复杂度要求愈来愈高。

  根据Yole预测,2018-2025年全球射频前端的市场规模将由150亿美元增长到258亿美元,年复合增速高达8%。其中增速最大的Tuner市场规模将从2018年的5亿美元增长到2025年的12亿美元,复合增长率高达13%。

  滤波器和PA是射频前端领域最大的两个细分方向,合计占射频前端市场的61%。其中滤波器约占21%,PA放大器占40%,开关和LNA占6%。

  目前全球射频前端市场集中度较高。前四大厂商占据全球85%的市场份额,分别为Skyworks(24%)、Qorvo(21%)、Avago(Broadcom)(20%)、Murata(20%)。目前各细分市场均为日美巨头垄断,市场集中度较高。国内卓胜微等射频厂商已在开关、LNA等领域实现突破,实力比肩国际一线G技术路线GNR,信息传递将实现超低时延、高可靠性。5GNR是在OFDM的基础上设计出的全球性5G标准,能够为下一代蜂窝移动技术打下坚实基础,能兼容之前4G的技术,数据带宽达到10Gbps。5G可部署频段分成了两个范围:FR1和FR2。FR1:450MHz-6000MHz;FR2:24250MHz-52600MHz。

  NSA作为过渡方案,SA方案渐成主流。制定5G标准的3GPP将接入网(5GNR)和核心网(5GCore)拆开,在5G时代各自发展。5G核心网向分离式架构演进,实现网络功能、控制面和用户面的分立,以此满足不同人群对不同服务的需求。5GNR(newradio)工作在1GHz到100GHz中,不后向兼容LTE。其中的原因就在于5G网络不仅仅是提供移动宽带设计,同时还要面向eMBB(增强型移动宽带)、URLLC(超可靠低时延通信)和MTC(大规模机器通信)三大场景。针对不同的场景也就推出了5GNR、5G核心网、4G核心网和LTE混合搭配,组成多种网络部署选项。NSA和SA主要有三大区别:

  (2)在手机系统性设计上,NSA上搭载了2条链路,一个4G一个5G,互相连通。而在SA搭载了三条通道,2条5G,或者1个4G1个5G。SA多建立一条5G通道,保证时刻收发,5G独立于4G,仅在核心网络互通。

  (3)NSA的终端双连接需要LTE和NR两种无线接入技术,而在SA情况下只需要NR无线G三大场景定义万物互联时代:增强型移动宽带(eMBB)、海量物联网(mMTCL)、高可靠低时延(uRLLC)。其中eMBB相当于3G-4G网络速率的变化,而mMTCL和uRLLC是针对行业推出的全新场景,推动科技由移动物联网时代向万物互联时代转变。

  由于在使用NSA组网的情况下,终端天线要采用LTE和NR两种无线接入技术,一根天线连接NR,另外一根连接LTE。而在SA上,两根天线都连接了NR,大大提升了上行效率,因此5G网络架构会从NSA逐渐向SA演进。

  中日韩和欧洲选择sub6GHz方案,美国由mmWave转向Sub6GHz方案。在sub6GHz中,韩国和日本是最主要的UltraLTE频谱使用者。两个国家都考虑使用5GNR扩展UHB频谱。预计UHB5G频谱还将在欧洲、中国、俄罗斯和印度扩展。在美国FCC尚未决定扩展到UHB频道。而在毫米波频谱中,N257波段是在美国、韩国和日本推出的5G毫米波段的主要波段,欧洲、中国和世界其他地区在2020年晚些时候将重点放在N258波段。最早出现的毫米波芯片将会支持N257、N261和N260。

  毫米波技术还未成熟,sub6Ghz在目前阶段具有成本优势。国内和欧洲对于毫米波的反映普遍比较冷淡,一方面是由于毫米波成本高,尽管高通推出的下一代5G解决方案能够兼容,但是技术不成熟导致性能不够稳定。另一方面毫米波基础建设成本高,网络没有完全覆盖。根据谷歌测算,在相同的资本支出上,sub6GHz能够覆盖毫米波近4倍的范围。美国政府之前采用毫米波方案的原因是sub6GHz频段被军方使用,无法商用。但由于毫米波覆盖面积小、传输不稳定等因素影响用户使用体验,美国开始由毫米波转向sub6GHz。

  毫米波的难度在于,毫米波基板要求能够实现高频高速,这对于材料、加工精度要求大大提高。毫米波的信号传输有点像水管,水管越光滑,信号损失越小,精度差一点信号马上衰减。

  射频前端模组化是趋势,苹果等一线旗舰机型使用大量模组化射频组件。做成单个分立器件相对容易,但模组化产品需要厂商具备强大的射频设计能力。

  手机射频前端设计呈模组化趋势,射频模组化将带来以下优势:解决多频段带来的射频复杂性挑战,提供全球载波聚合模块化平台,缩小RF元件体积,加快手机产品上市时间等。

  5G驱动射频前端模组化。目前5G对于低频段的射频前端模组影响有限,中低端手机主要采用SAW、BAW、PA等分立方案。中高端手机逐渐开始采用模组化方案。从由低到高的集成度来看,模组化方案包括了ASM、FEM、DivFEM等低集成度方案,以及LNADivFEM、PaMid等高集成度方案。我们预计,随着5G手机的普及,低集成度射频模组方案会率先向中低端手机渗透。

  5G毫米波阶段将采用模组化射频方案。毫米波阶段采用AiP模块方案,使射频前端模块集成天线以及射频前端功能。AiP是基于封装材料与工艺将天线与芯片集成在封装内实现系统级无线功能的技术,具备缩短路径损耗、性价比高、符合小型化趋势等优点。从AiP产业链结构来看,主要的模块设计方案厂商是高通、三星,主要制造和封测厂商有台积电、日月光等。AIP的材料较为特殊,国内厂商相比海外还有一定差距。

  根据所用半导体材料不同,射频PA可以分为CMOS、GaAs、GaN三大技术路线。CMOS是使用最为廉价的沙子作为原材料制备硅,这是第一代半导体材料。CMOSPA于2000年便已经出现,于2G时代进入手机市场,目前大多数电子产品中的元器件都是基于硅的标准CMOS工艺制作,技术成熟且产能稳定。

  相比于第一代的硅(Si),锗(Ge)之类的单质半导体材料,第二代半导体材料主要使用GaAs或SiGe。随着手机信号从2G进化到3G和4G,虽然电子设备中的其他原件仍然可以使用硅,但硅已经难以满足射频器件的要求。CMOS击穿电压弱,电子迁移率低,饱和电子速率低,特别是带宽会随着频率增加迅速减少,CMOS仅在3.5GHz频率内有效。而GaAs电子迁移率比硅高6倍,有较高的击穿电压,可以用于超高速、超高频器件应用,比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。目前移动端3G/4G主要采用GaAsPA,除了前述的GaAs工艺在性能上的优势,更是因为其技术成熟稳定可靠,比起更新的半导体材料如GaN来说,更适合民用市场。

  全球最大GaAs晶圆代工服务厂商稳懋(WinSemiconductor)是该市场上的龙头公司。根据StrategyAnalytics数据,2018年全球砷化镓元件市场(含IDM厂的组件产值)总产值约为88.7亿美元,创历史新高。其中稳懋的市占率全球第四,约为6.0%。在砷化镓晶圆代工市场,2018年代工市场规模为7.47亿美元。稳懋于2010年起成为全球第一大砷化镓晶圆代工半导体厂商,2018年市占率为71.1%。

  第三代半导体材料GaN在性能上显著强于GaAs,但成本较高。GaN禁带宽度更宽,击穿电压更强,饱和电子速率更快,能承受更高的工作温度(热导率高)。

  虽然目前GaAs技术成熟,现有的移动端3G/4G主要采用GaAsPA,但是GaN是一种相对较新的技术,能实现更高的电压,大幅简化输出合成器、减少损耗,因而可以提高效率,减小芯片尺寸,劣势仅是缺乏低成本的衬底。目前GaN在部分基站端应用率先实现替代GaAs。随着技术攻关进程加快,GaN将成为高射频、大功耗应用的主要方案。

  稳懋GaAs晶圆产量保持逐年稳步增长。这是因为GaAs晶圆制造市场中IDM公司虽然占有超过50%的生产规模,但近几年由于专业代工相对具有成本优势,加上IDM公司对于产能扩充的投资趋于保守,因此持续释出更大比率的订单给以稳懋为代表的晶圆制造代工厂。截至2018年稳懋的晶圆A、B、C厂合计月产能32,000片,是目前全球产能最大的砷化镓晶圆厂,2019年延续2018年的扩充计划,预计今年旺季时月产能将扩充为36,000~37,000片。

  在无线通讯领域稳懋主要提供HBT和pHEMT两大类GaAs电晶体制程技术。二者均为最尖端的无线宽频通讯微波制程技术,目前稳懋的产品线GHz内各种不同频带无线传输系统的应用。与竞争对手相比稳懋在技术上占有优势。

  射频开关主要应用RF-SOI工艺。从性能上说,RF-SOI工艺为高功率RF开关提供高开关线性度和低Ron*Coff值,进而提供更高的Q值,降低衬底的损耗。

  (2)RF特有的衬底优势,降低了寄生效应,从而提高产品品质,降低损耗和噪声系数,此外RF-SOI还提高了绝缘/线)在逻辑与控制集成方面,MIPI接口成为标准化配置;

  供应链方面,格罗方德(GlobalFoundries)的RF-SOI产品覆盖面最广。格罗方德工艺节点从12nm一直覆盖到180nm,并且在12-45nm范围没有竞争对手推出相同工艺节点的产品。130nm工艺节点的RF-SOI需求旺盛,主要为开关、LNA、调谐器产品。格罗方德的RF-SOI生产布局领先于市场,为IDM客户提供了性能和面积优势。

  终端滤波器首先发展出的是声表面波滤波器(SAW)。SAW直接在晶圆上制作,利用压电材料的压电特性,将电波输入信号转换为声波,在声表面滤波器内,对声波进行导限以产生高品质因数的驻波,再把声波的机械能转化为电波的信号(这种电能与机械能之间的相互转换损耗极低,不必担心信号丢失的问题),达到过滤杂质信号的目的。SAW的体积比金属腔体滤波器和陶瓷介质滤波器都要小,支持将用于不同频段的滤波器和双工器整合在单一芯片上,因此于2G,3G和4G时代是终端滤波器应用的主流。

  基站滤波器于2G,3G和4G时代的主流由金属腔体滤波器占据。金属腔体滤波器由金属整体切割而成,结构牢固。它的工作原理是通过让接收到的电磁波在腔体中振荡,其中达到谐振频率的电磁波会保留下来,而其他频率的则会在振荡中被耗散,以此达成筛选信号中特定的频率成分通过的目的。

  5G时代陶瓷介质滤波器有望成为主流。虽然金属腔体滤波器工艺成熟且成本较低,但是为了应对越来越复杂的无限干扰环境,陶瓷介质滤波器被开发出来。陶瓷介质滤波器的工作原理同金属腔体滤波器大致相同,是使用陶瓷基块让特定频率电磁波在其中来回反射形成驻波,区别主要在于他们所采用的材料:介质陶瓷材料损耗更低、介电常数更高、频率温度系数和热膨胀系数更小,所以可以承受更高功率。就结果来讲,陶瓷介质滤波器体积更小,Q值更高,损耗更小,虽然成本高昂,但随着新建5G基站数量增加,3G/4G基站数量趋于饱和,陶瓷介质滤波器将成为未来的普遍选择。

  SOI为主流,SiGe工艺兴起。LNA工艺研发主要聚焦增益、噪声系数和线性度等指标,力求让新的产品工艺能够带来更高的电子迁移率、更小的尺寸和更少的损耗,这直接影响着接收机的接收性能和灵敏度。随着5G时代的到来,数据传输速率越来越快,频率要求越来越高,SiGe异质结双极型晶体管(SiGeHBT)在增益、噪声系数和频率特性等方面具有更高性能,并且与现有的主流Si加工工艺兼容性好,目前在SiGeLNA中已有相对广泛的运用。

  TowerJazz是光学SiGe的龙头企业。TowerJazz在无线市场上的主要产品为射频SOI、SiGePA、SiGeLNA等。2018年6月27日TowerJazz宣布其位于日本UOZU的300mm工厂应用65nm工艺,将300mm65nmRFSOI平台应用在下一代产品上,将具有同类最佳的LNA和开关性能,满足射频前端模块的集成需求。同年TowerJazz便开始扩充SiGe产能,现在仍处于爬坡阶段,预计2020年出货量会大幅增加。目前TowerJazz主要的客户为卓胜微、Qorvo、Murata。

  5G带动射频前端增长。2G到5G,频段数量大幅增加,技术演进给PA和滤波器带来了挑战。为了适应5G的需求,射频前端走向模块化,滤波器、开关数量都在增加。2G、3G时代,手机大概需要10颗以内的滤波器,一台4G手机需要10-30颗。而到了5G,中端机型滤波器大约需要30颗以上,高端机型所需数量将更高。

  滤波器是射频前端领域增长最快的细分方向,复合增速超21%。预计2025年市场规模将达到280亿美金。

  毫米波5G射频方案进入商用阶段。三星Note10+5G和S105G毫米波版本采用了相同的射频天线设计思路。相比较sub-6版本,毫米波版本在设备背面搭载了3个高通的毫米波天线。三星为毫米波天线模块设计了空腔,以解决毫米波穿透能力差的问题,增强毫米波接收信号的能力。

  高通QTM052是全球首个5G毫米波天线G基带芯片配套使用。QTM052支持26.5-29.5Ghz频率(n257频段)、27.5-28.35Ghz(n261频段)、37-40Ghz(n260频段)。QTM052尺寸只有约一枚硬币大小,内置四个天线G信号塔,从周围表面反射信号。高通为了配合X55,相应推出了毫米波天线,作为第二代毫米波方案。

  高端旗舰机型射频价值量高。三星5G旗舰机型S10+的射频价值量达到46美元,相比4G版本增长了48%,同时射频前端成本占总成本的比重也上升到了9.3%。

  3.2基站端:大规模天线技术增加射频天线G基站天线G基站之间最大的区别是天线G系统的天线单元是完全无源的,意味着它只能接收和传输信号,不进行任何处理。无线电遥控装置(RRU)负责信号处理。为了提高5G天线的性能,满足不同频谱的需求,天线中加入了大量的MIMO。由于集成了一个无源天线G基站天线的基本架构因此改变,这也使得5GAAU天线成为一个集成了无源和有源组件的射频设备。

  5G基站建设需求旺盛,国内商用速度超过美国、韩国。国内三大运营商将在2020年新建超过60万个5G基站,其中中国电信与中国联通计划于2020年9月底完成25万个5G基站建设,年底实现30万个5G基站建设目标,中国移动预计在2020年建设30万个5G基站。

  在5G时代的带动下,天线列阵已经从MIMO技术升级为了MassiveMIMO,从2G到4G,移动基站天线经历了全向天线、定向单极化天线、定向双极化天线、电调单极化天线、电调双极化天线、多频双极化天线,以及MIMO天线G基站天线数量大幅增加,传统的TDD网络的天线天线天线,MassiveMIMO通道数将达到64/128/256个。

  LDMOS的市场份额逐步下降,GaN射频元件将占据射频前端主体。由于LDMOS无法支持更高的频率,预计未来大部分宏网络单元应用将采用GaN器件。

  射频前端厂商主要来自于欧、美、日。射频前端包括了开关、滤波器、放大器、LNA等天线设备,参与其中的厂商主要是欧、美、日厂商,包括博通、Skyworks、Qorvo、村田等。

  功率放大器(PowerAmplifier,PA)指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。射频PA用于实现发射通道的射频信号放大,是射频前端最复杂的器件。

  PA市场主要由国外厂商主导。市场份额集中在Skyworks、Qorvo和Broadcom等国际厂商中。

  国内PA厂商基本是Fabless设计公司,主要有海思、卓胜微、昂瑞微、唯捷创芯、紫光展锐、慧智微、飞骧科技、锐石创新等,主要代工厂有三安光电、海特高新。

  目前主要有SAW、BAW和LTCC三种滤波器工艺。LTCC滤波器适用范围最广,可用于基站、手机。LTCC工艺成本低,基本用于3.5G频段滤波器制造,因此可贡献价值量低。LTCC的主要生产厂商为日系、台系和国产,国产主要包括麦捷和顺络,主要瓶颈在于材料,尤其是陶瓷粉末等。

  SAW(SurfaceAcousticWave),即声表面波,是在压电基片材料表面产生并传播,且振幅随着深入基片材料的深度增加而迅速减少的一种弹性波,可简单解释为将电信号转换成声波。

  BAW(BulkAcousticWave)则是通过垂直空间传播的滤波器工艺,有对温度变化不敏感,插入损耗小,带外衰减大(steepfilterskirts)等优点,成本相较于SAW偏高。

  SAW滤波器市场较为稳定,其中Murata占比47%,Muruta、TDK和TaiyoYuden三家日本供应商已共占据全球80%以上市场。美系主要厂家为RF360、Skyworks等,其中Skyworks和Qorvo主要提供前端模块解决方案。国产厂家为好达、麦捷、RDA、信维等,其中好达出货量较大。

  目前SAW/BAW市场特点在于:(1)日美企业通过整合兼并垄断;IDM模式下的工艺成为主要问题;专利逐渐到期。(2)工艺日益朝小型化,高频宽带化,高功率化,集成化发展。(3)SAW和BAW的工艺壁垒高。

  射频开关(Switch)主要用于射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换,实现控制微波信号通道转换作用。射频开关在5G要求下既要满足高功率、高频率,也要配合更加复杂的射频信号路径进行结构性提升。目前70%以上的射频开关采用RF-SOI工艺,部分采用GaAs工艺,国内已有20余家公司踏入RF-SOI射频开关的设计生产,低端领域价格竞争激烈,适用于5G的高频RF开关将成为国产厂商极力攻破的方向。

  根据QYRElectronicsResearchCenter预测2020年射频开关市场规模可达22.9亿美元,随着5G商业化迎来增速高峰,此后增长速度将逐渐放缓。射频开关厂商主要包括Skyworks(33%)、Qorvo(20%)、Murata(14%)、Broadcom(10%)等,市场被海外公司所占领。目前主要的国产RF开关公司包含卓胜微、德清华莹、紫光展锐、唯捷创芯、韦尔股份、迦美信芯等,国内射频开关封测厂有嘉盛、日月新和通富微电。卓胜微是国内最大的射频开关供应商。

  LNA工艺差距不大,性能差异不大,主要由代工厂生产。低噪声放大器(LowNoiseAmplifier,LNA)主要用于接收电路设计中,因为接收电路中的信噪比通常很低,通过放大器时信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理,这就要求放大器能够抑制噪声。一颗LNA的价格一般在0.1美金以内,过去往往将LNA集成到transceiver,在较少情况下(如WIFI,GPS)才单独采用LNA。

  2018年全球LNA市场规模14.2亿美元,预计随着5G商业化的不断推进,2023年市场有望达到17.9亿美元,增速较为平稳。目前全球LNA市场格局较为分散,前五大厂商Broadcom、ONSemiconductor、Infineon、TI、NXP占比52%,市场竞争激烈。

  RF-SOI是一种用于特殊射频芯片晶圆的专用工艺。这里的特殊射频芯片主要是指射频开关,天线调谐器以及部分LNA,其中射频开关和天线调谐器中应用RF-SOI工艺的比例在90%以上。而Soitec即是生产RF-SOI晶圆衬底的主要厂商,独占全球市场份额的70%以上。

  目前RF-SOI市场面临需求扩大而产能不足的情况。由于5G进程加快,智能手机厂商必须在产品中添加更多使用RF-SOI的元器件,开关和天线调谐器需求迅速增加;同时RF-SOI工艺技术为Soitec独家占有,其主要优势是于有限的功率损耗和成本下提供更好的性能,其他晶圆衬底供应商(比如Shin-Etsu和GlobalWafer)所用的技术也来自于Soitec的授权。

  全球晶圆衬底供给增速缓慢,市场供不应求。虽然需求猛增,但是全球晶圆衬底代工厂产能不足,且增产缓慢,无论是200mm还是300mm规格的晶圆衬底产能都无法跟上需求的快速增长,可以预见供给紧张的状况仍将持续。

  2018年9月17日,高通用31亿美金收购TDK股份,RF360成为高通全资子公司。在2017财年第二季度成立的RF360合资公司的推动下,高通RFFE产品收入在三个月和九个月内分别增长了7500万美元和8.23亿美元。2017财年,高通QCT业务部门营业收入165亿美元,同比增长7%,其中RF360贡献了6.76亿美元。

  方案模式为EPCOS滤波器+高通PA组成PAMID。高通收购并合资成立RF360子公司,利用其先进无线技术专长和TDK在射频滤波、封装和模块集成技术的能力,解决了端到端设计和优化方案难题。

  高通基带绑定RF360射频的方案在5G推广初期占据先机。5G对手机射频部分带来的增量巨大,早期高端手机蜂窝通信部分可能直接翻倍,后期随着向中低端机型渗透,价值增量将逐步下降。巨大的变化也会带来产业链的重构。高通推出的包络追踪器为射频前端提供了成本优化的解决方案。QAT3555自适应调谐解决方案将自适应天线%的封装高度,进一步降低了损耗。高通以基带绑定RF360射频前端进行推广,是目前市场上为数不多提供覆盖天线到调制解调器的解决方案的厂商,这样的模式能大幅度降低在供应链中的成本,降低开发设计风险。

  高通在全球率先采用“X555G调制解调器-射频前端”系统,推出5G芯片组解决方案。这个系统中包含了5G调制解调器、射频前端接收器。通过零件向系统的转变,使得OEM可以开发更加先进的5G设备。X55芯片组的使用范围将会从智能手机推广到个人电脑、平板电脑、智能汽车等IoT设备上。这项解决方案涵盖基带、射频前端、接收器和天线元件,在功率、面积和调制解调器基准上达到最佳性能。作为毫米波方案的先行者,高通分别为移动端和CPE端推出了QTM525和QTM527。

  LG在2019年2月的巴塞罗那MWC上发布了V50ThinQ5G。原先是为Sprint设计的产品,但现在也能为6G以下频段的供应商服务,频段为3.5GHzN77/78频段。该款手机采用的是骁龙X50基带和855处理器,其中分立搭载了5G收发器SDR8154、射频前端发射模块QPM5650和接收模块QDM5650。

  OPPO在2019年4月联合高通、瑞士通信运营商Swisscom发布了OPPOReno5G,起售价?99。该款手机采用模块化RFFE设计,可以根据不同国家频段要求更换射频前端组件。目前支持欧洲5G网络部署N78。该款手机采用的是骁龙X50基带和855处理器,其中分立搭载了5G收发器SDR8154、射频前端发射模块QPM5650和接收模块QDM5650。

  2019年9月小米在国内发布Mix35G,这款手机于今年2月在巴塞罗那MWC2019上已被公布出了面向欧洲版本。Mix35G最大的特点在于射频前端采用了完全模块化的设计方式。完全模块化设计是将天线、调制解调器等器件整合在一起。相比较Reno5G的设计,能够更快的将5G技术进行推广,具有更好的可配置性。

  2020年2月13日,小米发布小米10。小米10同样采用了高通的射频前端解决方案。作为全球第一款采用骁龙865商用的手机,小米10采用了高通SDR865射频芯片。除小米外,三星S20Ultra同样采用了高通SDR865射频芯片。

  高通QTM052是全球首个5G毫米波天线G基带芯片配套使用。QTM052支持26.5-29.5Ghz频率(n257频段)、27.5-28.35Ghz(n261频段)、37-40Ghz(n260频段)。毫米波对射频产业提出了极高的技术挑战,毫米波信号对干扰特别敏感,通常手握在手机终端不同位置时会造成信号频率的漂移,造成信号的干扰。高通的解决方案是在一部手机中放置4根AIP天线,当其中一根天线的信号被阻挡后,其他天线能正常工作保证通信的连续性。全球第一步毫米波5G手机是MOTOZ3,在2018年8月已经发布。

  在毫米波频谱中,N257波段是在美国、韩国和日本推出的5G毫米波段的主要波段,欧洲、中国和世界其他地区在2020年晚些时候将重点放在N258波段。中国移动计划2019-2020年进行毫米波的系统验证和产业发展,2020年实施5G毫米波商业部署,预计2022年实现毫米波的商用。由于mmWave在美国将是强制性的,而高通目前是全球唯一一家拥有成熟的5G毫米波解决方案的公司,因此5G毫米波将给高通带来新的增长。

  Qorvo是全球领先的射频芯片供应商,于2015年1月由两家射频厂商RFMD与TriQuint合并而成。公司拥有2000多个产品,包括放大器、控制产品、分立式晶体管、滤波器、双工器、变频器、集成产品、物联网控制器、光纤、无源器件、电源管理、开关等,在移动应用、基础设施、国防与物联网等领域得到了广泛应用。

  公司下游客户集中度较高。苹果是公司第一大的客户,营收占比维持在30%以上。2016财年华为营收占比突破10%,现已成为公司第二大客户,但在美国实施对华为实体清单后,Qorvo、Skyworks逐渐被村田、国产射频品牌代替。在苹果2020年推出5G手机后Qorvo有望迎来新的营业增长。

  Qorvo将凭借其在GaN的技术优势,在5G基础架构建设、射频前端芯片领域获得其他厂商不具备的优势。在RFMD与TriQuint合并后,Qorvo已占据了全球GaAs生产端市场的26%。GaN原先常多用于国防军事领域,目前Qorvo已研发出业内性能最高的GaN功率放大器TGA2962,在2-20GHz的频率范围提供10w功率以及13dB的信号增益和20-35%的功率附加效率。此外在基站方面,根据Qorvo的预测,宏基站的大规模天线美元,同时三星、诺基亚、爱立信都是Qorvo客户。

  Skyworks和松下成立合资公司并获得滤波器技术。Skyworks拥有自己的晶圆代工厂、封装和测试厂,设计、生产和销售应用于移动通信领域的射频及完整半导体系统级的解决方案。在功率放大器、滤波器和振荡器等关键器件上拥有较强研发积累和经验,凭借在化合物晶圆代工上逐渐成熟的工艺,尤其是在GaAs领域领先的制造工艺,和下游客户长期且紧密的合作,成为了射频细分市场上的领头羊。同时Skyworks也通过收购新的公司不断增强自身的产品线年度以来,已收购了十余家公司,产品线得到扩张。

  Skyworks的下游客户集中度较高。据Skyworks年报披露,2002年三星营收占比为35%,摩托罗拉2002年营收占比约为11%。到智能手机时代,苹果成为Skyworks的最大客户,在2019、2018、2017和2016财年,苹果营收占比分别为51%、47%、39%、40%。2017和2016财年里,三星营收占比分别为12%和10%;2017财年华为营收占比首次突破10%。值得注意的是,从三星、摩托罗拉到苹果,再到华为,公司一直是下游龙头的首选。

  Skyworks营业收入近年稳定增长。从2002年至今,尽管公司营收增速前后波动较大,但营业收入整体上呈现非常明显的上升趋势:2007年第一代iPhone发布,2008年智能手机市场开始成长,虽然在2009年经受了全球金融危机带来的下游需求放缓,但很快恢复过来;2011年富士康成为Skyworks主要客户,意味着Skyworks正式进入iPhone供应链,之后随着下游智能手机市场的快速增长,公司进入爆发性成长阶段。2015年之后随着市场竞争的加剧以及智能手机市场增速开始放缓,公司进入稳步增长阶段,营收增速也随之缓和下来。

  Skyworks持续在研发上进行投入,其研发费用持续增长。尽管由于营业收入大幅增长,研发费用占营业收入比例有所下降,但仍然稳定保持在9%-15%。考虑到模拟电路的研发更加依赖工程师的经验,强调Know-How,且公司收入逼近40亿美元的体量,这一研发投入比例显得更加惊人。

  村田是一家全球领先的陶瓷无源电子元件制造公司,在陶瓷滤波器,高频部件和传感器领域占有绝对的份额,在2014年8月收购了Peregrine半导体公司,拓展了射频前端业务。主要产品包括电容器,压电元件,通信模块,电源和其他模块。

  整体营业收入上升。从2002年至今,尽管公司营业收入增速前后波动较大,但营业收入整体上呈现非常明显的上升趋势。村田净利润水平波动较大,2009年度受金融危机影响,净利润下降到最低点,然后开始缓慢恢复,2016年达到顶峰,之后由于智能手机市场达到饱和,营业利润水平有所下降。

  村田通过收购新公司来拓展射频前端业务。村田2012年收购了瑞萨电子株式会社的功率放大器业务,2014年8月收购了Peregrine半导体公司,拓展了射频前端业务。

  华为射频供应链向村田倾斜。麒麟990为华为建立领先优势,5G手机领先其他竞争厂商3-6月,其他厂商基于高通/MTK/三星等平台5G手机需要等到2020Q1才开始规模出货。Mate305G国产化比例迅速提升,美系厂商份额迅速下降,基带采用海思麒麟990,7nm支持SA/NSA,射频前端的5G部分村田独供Femid+PA,4G部分为村田Femid+海思PA,天线以及调谐开关都采用国产化方案。

  2016年Avago并购博通。有鉴于博通在系统单晶片(SoC)领域长期累积的专业技术,合并后的新公司预计将在这一市场取得更有利的位置。Avago将利用博通在Wi-Fi、蓝牙与NFC领域的领先优势,将博通BCM系列广泛地应用在行动装置、穿戴电子产品、家庭联网技术,以及汽车电子与机器人等新兴市场。

  公司营收平稳增长。近五年,公司无线通信业务的营业收入逐年增加,2018年达到64.9亿美元。2014-2017年,营业收入增长率在45%-50%,增长主要来自射频半导体以及无线内容在手机中的需求量增加。近两年,无线通信业务销售净额占公司全部业务销售净额的比例稳定在31%,2016年占比骤减主要是由于Avago收购博通使得有线基础设施业务大幅度增加,2018年占比为31%。

  薄膜体声波谐振器(FBAR)成为无线通信业务增长主要驱动力。博通作为IDM厂商,不仅具备射频器件的设计能力,还具备生产和封装产线的能力。公司在BAW滤波器市场表现尤为突出,BAW滤波器市场份额超八成。公司是第一个推出商用FBARBAW滤波器的企业。薄膜体声波谐振器(FBAR)滤波器是一种体声波(BAW)滤波器,具有优异的性能,与表面声波(SAW)滤波器相比,具有较陡的抑制曲线。FBAR滤波器同时具有0.3至0.5dB以下的低插入损失,电流消耗低于50mA,因此能够延长电池的使用寿命和通话时间,让手机在拥挤的射频光谱里更有效地运行,优于同类竞争产品。

  博通是苹果的长期合作伙伴,给苹果多个型号iPhone提供了射频前端模组与无线充电模块。最近iPhoneX和iPhoneXS产品使用了射频前端模组AFEM-8092。对于射频前端模组AFEM-8092,博通采用了两项先进技术:第一是将多个用于天线匹配的无源器件集成于单颗芯片;第二是射频前端模组内的电磁干扰(EMI)屏蔽,用于减小芯片之间的干扰。

  苹果与博通签订2年合作协议。苹果和三星是博通的主要客户,收入贡献比重达到25%-30%,占无线%。这两个主要客户的产品平均售价和半导体产品销量的增长将成为该细分市场未来的主要驱动力。苹果在历史上一直是Avago和博通收入贡献占比15-20%的客户,2019年6月,博通与苹果签署2年供应协议,博通将为苹果的手机、平板电脑和手表提供特定的射频前段组件与模块产品。在博通与苹果的协议中有一项内容为详述规定适用购买博通产品的各种定价时间表和方法,即只要博通能够满足苹果某些开发、供应与品质承诺,苹果就愿意购买博通这些元件。借助此合约,博通可能会成为苹果射频元件的最大供应商。

  产品以射频开关、射频低噪放为主。卓胜微的主营业务为射频前端芯片的研究、开发与销售,产品包括射频开关和射频低噪声放大器等,广泛应用于三星、小米、华为、联想、魅族、TCL等终端厂商的智能移动终端产品。公司在3G升级到4G过程中把握了射频前端高速发展的机会,在2014年打开射频开关领域市场,在技术的升级和市场的拓展中,开发出更多型号的产品。至今,射频开关依然是公司最主要的收入来源。

  在保持原有客户的基础上,公司产品向新客户渗透。随着5G渗透率不断提升,公司产品营收也将进一步增长。此外公司不断向市场推出新品,随着客户认证、产品导入的进行,公司交付产品规模不断扩大也为营收、利润增长带来保证。卓胜微卡位射频前端分立器件,积极布局滤波器、PA市场,因此将持续受益国产替代带来的需求增长。作为射频国产替代龙头,在品类扩张及份额提升两方面向上成长空间巨大。

  公司将继续对射频前端产品投入研发。公司募集资金将用于包括射频滤波器、射频功率放大器等新产品的研究和开发,用以完善公司在射频前端芯片领域的产品线,占据更广阔的市场。公司同时开发物联网领域的蓝牙微控制器芯片,并将在现有产品基础上持续丰富业务线,进一步提升在射频前端领域的产品实力。

  2019年9月19日,华为发布了Mate30系列手机,美系厂商占比几乎为0。根据集微网Mate30Pro5G拆解所示,美系厂商仅剩CirrusLogic,高通两家供应商,提供音频放大器和射频前端等芯片,价值量合计1美金,占比仅0.3%。

  2020年3月26日华为发布P40,元器件方面基本实现国产替代,美系厂商提供必要射频前端组件。P40射频前端依旧由Skyworks、Qorvo提供,但射频收发器和功放器均采用海思Hi6365、Hi6D05。

  根据工信部数据,国内3G/4G换机周期开始时间晚于全球。换机周期开始于2015-2016年,智能手机出货量上升,在智能手机ASP经历3G手机清库存后,4G手机量价齐升。根据中国信通院数据,5G手机在起步阶段快于4G手机增长速度,随着5G基站建设在新基建政策推动下快速开展,全球疫情迎来转机,5G手机出货量在今年下半年预计能够走出阴霾,我们预计4G/5G手机也将出现量价齐升的机会。

  国内射频前端厂商初成,未来有望继续成长。国内很多射频前端公司都于2017、2018成立,目前体量还不太大。外资大厂逐步减少4G部件投入,skyworks2012年开始做分立低端方案,国内2018年大规模出货分立低端方案,因此国内外分立低端方案差距可能保持在2~3年。国产滤波器LTCC、SAW以及FBAR处于起步阶段,其中FBAR滤波器距离海外先进水平差距最大。

  卓胜微是国内最优秀的一批射频企业之一。我们认为卓胜微凭借自身技术水平和三星华为等大客户的认可,同时为包括三星、小米、vivo、OPPO、魅族、联想等主流智能手机厂商进行供货。卓胜微已确立了稳固的中国RFIC龙头地位,并且是在优势品类上可以和Skyworks、Qorvo、Avago等射频巨头同台竞技的少有的中国厂商。公司直接参与到P40等安卓顶级旗舰机型的射频方案,是射频国产替代的龙头。

  我们看好公司在射频赛道的品类扩张和国产替代逻辑,DiFEM、射频滤波器及PA等新品类打开中长期成长空间。预计公司2020-21年收入分别为22.6/29.0亿元,归属上市公司股东净利润分别为7.6/10亿元,维持“推荐”评级。

  三安光电大力发展化合物半导体业务,拓展射频代工新方向。三安光电于2015年开始全面布局化合物半导体业务,目前具有GaAsHBT/pHEMT和GaNFET晶圆代工制程工艺。2019年11月公司发布非公开发行定增项目,拟向半导体研发与产业化项目投入70亿元,其中包括氮化镓业务板块、砷化镓业务板块、特种封装业务板块。这次募集除了巩固公司在LED行业的优势之外,同时将会推动公司在化合物半导体业务方面的发展,预计投资项目将会产生82.44亿元的营收和19.92亿元的净利润增长。我们看好公司在GaAs、GaN布局方案和国内射频晶圆代工的龙头地位。

  5G射频芯片产出上升推动下游封装高成长。5G时代到来,射频封装需求爆发,公司受益射频前端芯片用量大幅增加。公司收购的Unisem深耕射频封装多年,欧美客户占比超过60%。射频领域,Unisem是Broadcom、Qorvo、Skyworks等全球前三大射频厂商的供应主力,直接受益5G射频芯片用量增加。Unisem在2019上半年盈利0.34亿元,但是在2017年景气年份盈利达2.5亿元。Unisem在今年关闭印尼工厂,对业绩有所拖累。目前关厂影响已经在2019年全部计提。

  信维通信持续加码射频前端,不断巩固优势地位。公司从2016年开始布局射频前端,参股滤波器公司德清华莹,控股高端PA代理商瑞强通信,以滤波器为突破口,持续整合开关、滤波器、PA器件等业务。目前拟增发30亿投资射频前端器件、5G及天线组件、无线充电模组项目,其中射频前端拟投入10亿元,将有助于公司进一步扩充产能,并结合公司现有的全球大客户平台优势,不断完善公司再射频前端的产业布局,加速提升公司射频前端产品的市场占有率,巩固自身在射频前端的卡位优势,迎接5G射频前端市场的爆发。

  我们看好公司在射频前端领域的优势地位,未来5G和物联网的发展带动射频器件需求上升,公司将充分受益于5G射频前端市场的爆发和射频器件的国产化。

  韦尔股份是CIS芯片领域全球前三厂商。2019年公司顺利完成对北京豪威和思比科的收购,完成布局CMOS图像传感器领域,公司主营业务从原先的电子元器件销售转向CMOS图像传感器。2015年公司收购中普微开始布局射频产业,2016年成立上海韦玏拓展射频版图。在射频领域,公司拥有射频开关、低噪声放大器、天线调谐器三款产品组合。目前公司多款射频新产品进入量产阶段,射频芯片出货量和销售金额持续增加,LNA产品领域研发了高低端两种方案多款产品。

  我们看好公司在国内CIS芯片领域龙头地位,随着光学行业的景气上行,CMOS图像传感器业务将持续为公司贡献丰厚业绩,且公司多款射频新产品已进入量产,将充分受益5G和IOT发展带来的市场机遇。

  射频领域,麦捷科技专注于SAW滤波器,预计2020年公司SAW月产能有望扩张至1亿只。2016年,公司通过非公开募集资金投资建设“基于LTCC基板的终端SAW封装工艺开发和生产项目”,公司SAW滤波器已实现量产出货,且于2018年开始贡献利润,未来随着设备的到位和技术的进步,产能将进一步扩张,当前公司具备5000万只/月的SAW滤波器产能,2020年有望扩张至1亿只/月。

  我们看好公司在射频器件产业链滤波器的卡位优势。在5G快速发展带动射频器件需求上升和巨大国产替代空间的背景下,SAW滤波器产品将有望给公司带来很好的业绩增长。

  射频领域,麦捷科技专注于SAW滤波器,预计2020年公司SAW月产能有望扩张至1亿只。2016年,公司通过非公开募集资金投资建设“基于LTCC基板的终端SAW封装工艺开发和生产项目”,公司SAW滤波器已实现量产出货,且于2018年开始贡献利润,未来随着设备的到位和技术的进步,产能将进一步扩张,当前公司具备5000万只/月的SAW滤波器产能,2020年有望扩张至1亿只/月。

  我们看好公司在射频器件产业链滤波器的卡位优势。在5G快速发展带动射频器件需求上升和巨大国产替代空间的背景下,SAW滤波器产品将有望给公司带来很好的业绩增长。

  公司14nm制程有望放量,成熟制程保持快速成长。射频领域,中芯国际是国内射频芯片SOI、CMOS工艺主要代工厂商。公司上调了2020年第一季度业绩指引,由原来营收增长0%-2%上调至6%-8%,毛利率由21%-23%上调至25%-27%。在5G渗透加速推进,射频芯片导入国产晶圆代工厂两大趋势下,公司射频业务有望取得较大进展。

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