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中国射频芯片的现状和出路思考,中国射频前端

发布时间:2019-08-12 18:49编辑:技术浏览(86)

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    的到来将改变手机的创新和升级

    3G时代使用了单用户MIMO技术,4G时代使用了多用户MIMO技术是 ,而5G时代使用的是大规模MIMO技术。

    性能基本过关即可

    集成电路设计属于技术密集型行业,尤其对于射频前端设计,由于需要适配多通信制式、多频段,未来还需要满足 5G 的技术要求,因此技术复杂度较高;另外,由于通讯技术更新换代迅速、消费类电子产品升级频率高,对于射频前端设计也提出了不断创新的要求。行业内的企业只有积累了深厚的研发经验、具有较强的持续创新能力并且制定了完善的技术发展路径,才能不断满足市场需求。同时,新进入者的产品在技术、功能、性能及工艺平台建设上需要与行业中现有产品相匹配,也提高了行业的技术壁垒。行业内的新进入者往往需要经历较长一段时间的技术摸索和积累时期,才能和业内已经占据技术优势的企业相抗衡,因此技术壁垒明显。

    Massive MIMO 趋势下,单个基站天线数目将大幅增长。考虑到轻量化、集成化需求,未来5G天线振子工艺上,塑料振子将成为主流。同时,以目前64 通道方案来看,单面需集成192 个振子,目前振子价格约为1 美元左右,2019 年国内5G 宏站振子市场规模约为3~4亿元,考虑逐年调价的情况下,2022 年有望达20亿元,CAGR 达70%以上。

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    国内外领先的射频供应商

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    射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。智能手机通信系统结构示意图如下。

    下游需求推动的力量是智能手机为代表的移动互联网产品,市场空间再增750 亿; ➢4)根据前面硅含量周期的推演以及半导体行业的周期性,我们预计2017-2020 年全球进入第四次半导体硅含量提升,下游需求的推动力量是汽车、工业、物联网、5G 通讯等。

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    价格是杀手锏

    原标题:中国射频前端产业现状分析

    芯片厂商发力,射频前端创新不断。华为海思、三星、联发科等企业均已研发出较为成熟的5G基带芯片。随着5G 商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。5G 带来新的换机潮,存储芯片用量最大,百亿美金采购级别。我们持续强调第四波硅含量提升周期的三大核心创新驱动是5G 支持下的AI、物联网、智能驾驶,从人产生数据到接入设备自动产生数据,数据呈指数级别增长!智能驾驶智能安防对数据样本进行训练推断、物联网对感应数据进行处理等大幅催生内存性能与存储需求,数据为王。

    ​5G之基带芯片

    中国核心集成电路的国产芯片占有率 据WINO数据表示,自2009年到2013年手机销售额迎来了爆炸式增长,手机销售额年复合增长率高达56%,这期间主要是功能机向智能机切换,3G/4G的渗透率急速上升。而2013年以后到2017年随着4G手机需求的大增,4G的渗透率达到70%以上,这期间的手机销售额年复合增长率在13%左右,处于快速增长的阶段。2017年以后到2020年4G手机步入成熟期,平均售价提高的情况下,全球智能手机销售额年复合增长率3%左右,处于平稳增长的状态。 2014年全球智能手机品牌出货量还是三星和苹果占据主要领军位置,但这几年国产品牌华为、小米、OPPO渐渐了分得了一杯羹。尤其是华为和OPPO增长飞速,2014年华为出货量仅占5.67%,到2017年已经占到10.4%;OPPO更是由2014年的1.08%增加到了7.59%。 杨清华教授补充到“虽然说智能手机的技术门槛还是这么高,但是在芯片层面离我们依然很遥远。从千元机和旗舰机上各类芯片价值来看,目前各类手机PCBA主板上最贵的器件就是主芯片,存储器和射频前端器件。其中射频前段器件主要包括射频功放、低噪放、开关和滤波器等。但在某些旗舰手机上射频旗舰的价格甚至会超过存储器、主芯片的价格。

    行业中普遍采用的器件材料和工艺平台包括 RF CMOS、SOI、砷化镓、锗硅以及压电材料等,逐渐出现的新材料工艺还有氮化镓、微机电系统等,行业中的各参与者需在不同应用背景下,寻求材料、器件和工艺的最佳组合,以提高射频前端芯片产品的性能。从技术更新换代的特点上来说,射频前端芯片设计行业技术更新速度快,行业中的各参与者均需要不断进行研发,以保证产品在行业中的竞争力。这个市场需求高,但竞争也很激烈。

    移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间,通信行业经历了从2G 到3G 再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在4G普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力。

    2019年1月24日,华为在其北京研究所举办了华为5G发布会暨MWC2019预沟通会,会上发布了巴龙5000基带芯片。麒麟980搭配巴龙5000,正式成为首个提供5G功能的正式商用移动平台。

    中科汉天下射频功放芯片市占率饼图

    终端消费者对移动智能终端需求大幅上升的原因,主要是移动智能终端已经成为集丰富功能于一体的便携设备,通过操作系统以及各种应用软件满足终端用户网络视频通信、微博社交、新闻资讯、生活服务、线上游戏、线上视频、线上购物等绝大多数需求。

    所有数据都需要采集、存储、计算、传输,存储器比重有望持续提升。同时传感器、微处理器、通信环节也将直接受益。我们强调,第四次波硅含量提升周期,存储器芯片是推动半导体集成电路芯片行业上行的主要抓手,密切关注大陆由特殊、利基型存储器向先进存储有效积累、快速发展进程。

    根据法国市场研究与战略咨询公司YoleDevelopment的统计,2G制式智能手机中射频前端芯片的价值为0.9美元,3G制式智能手机中大幅上升到3.4美元,支持区域性4G制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到6.15美元,高端LTE智能手机中为15.30美元,是2G制式智能手机中射频前端芯片的17倍。因此,在4G制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

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    以射频开关和LNA为例说明一下:

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    在今年的MWC2019大展上,紫光展锐重磅发布了5G通信技术平台“马卡鲁”及其首款5G基带芯片“春藤510”,迈入全球5G第一梯队。春藤510基带采用台积电12nm制程工艺,支持多项5G关键技术,单芯片统一支持2G/3G/4G/5G多种通讯模式,符合最新的3GPPR15标准规范,支持Sub-6GHz频段、100MHz带宽,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基带芯片。并且,春藤510可同时支持5GSA独立组网、NSA非独立组网两种组网方式。

    国内情况:国内尚无大批量生产和出货的企业。

    由于移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号:根据 Yole Development 的总结,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10 个,而随着 4G 通讯技术的普及,至 2016 年智能手机支持的频段数已经接近 40 个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时,智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳,一定程度上会造成对射频信号的屏蔽,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

    报告摘要:

    长江存储是国内三大存储器项目之一(另外二者为福建晋华、合肥长鑫),是国内实现存储芯片国产化率提升的重点支持项目,是目前国内投资规模、规划产能最高的存储器项目,处于稳步爬坡过程。

    杨清华教授讲到,汉天下的功率放大器产品全球市场占有率75%,3G功放全球市场占有率达65%,4G累计出货超过2000万套;射频功放芯片等累计25亿颗,芯片月出货了已达1亿颗,超出国内其它厂家之和,排名稳居第一。

    为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射频前端芯片数量相比2G 方案和 3G 方案有了明显的增长,单个智能手机中射频前端芯片的整体价值也不断提高。

    基站端天线:

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    全球射频公司整合演变一览

    射频前端结构示意图

    封装工艺未来前景可期

    5G三大核心创新驱动是AI、物联网、智能驾驶,从人产生数据到接入设备自动产生数据,数据呈指数级别增长!智能驾驶智能安防对数据样本进行训练推断、物联网对感应数据进行处理等大幅催生内存性能与存储需求,所有数据都需要采集、存储、计算、传输,数据为王,存储器比重将大幅提升。

    应用成熟期上市

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    中国的厂商也紧跟5G的步伐,2018 年2月25 日,在巴塞罗纳举行的MWC 展会上,华为正式发布了旗下首款5G 商用芯片——Balong 5G01,符合5g 标准R15规范,支持Sub 6GHz 中低频,以及28GHz 高频毫米波,兼容2g/3g/4g网络。联发科也公布了其5g 基带芯片产品Helio M70,符合5g 标准R15规范,最快下行速率可达5gbps,兼容2g/3g/4g网络。

    2013年以前,单机天线数量较少,包括通信主天线、无线、收音机、GPS、蓝牙等,此后随着智能手机功能的延展,单机的天线数量大幅增加,按用途分大致可分为通讯天线、WiFi天线及NFC天线三种天线模组。

    杨清华教授谈到:“我们都知道滤波器是实现频段过滤的专用器件,它可以使信号中特定的频率成分通过,而极大地衰减或抑制其它频率成分;目前手机是该系统产品的最大应用市场。”在手机等无线通信领域,由于设备尺寸较小、功率较低,目前主要有2种类型的滤波器在使用,分别为声表面波滤波器和体声波滤波器,顾名思义,SAW滤波器是通过声波表面传播,BAW滤波器是通过声波体内垂直传播。目前国内没有规模量产的声表面波和体声波滤波器厂家,而国外产品的进口替代潜力大,市场规模大、利润空间高。

    根据 QYR Electronics Research Center 的统计,2010 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长,2016 年全球市场规模达到 12.57 亿美元,2017 年及之后增速放缓,但预计到 2020 年期间仍保有 10%的年化增长率,预计到 2020 年达到 18.79 亿美元。

    4G作为3G 的延伸,主要采用MIMO 技术,是利用各个天线之间空间信道的独立性来区分用户进行服务,主要包括TD-LTE 和FDD-LTE制式。我国主要采用TD-LTE 标准,2013年12 月4 日,工业和信息化部正式向三大运营商发放了4G 牌照,标志着我国通信行业正式进入了4G时代。4G 能够以100Mbps的速度下载,上传的速度也能达到20Mbps,比3G更快的传输速率、更好的频率利用率、通信更加灵活及更好的兼容性等优点,使得用户体验更加优异。

    5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快了数百倍。美国研究公司StrategyAnalytics预测5G智能手机出货量将从2019年的200万增加到2025年的15亿,年复合增长率为201%。

    手机芯片的天花板很高,

    随着 5G 商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。根据 QYR Electronics Research Center 的统计,从 2010 年至 2016 年全球射频前端市场规模以每年约 12%的速度增长,2016 年达 114.88 亿美元,未来将以 12%以上的增长率持续高速增长,2020 年接近 190 亿美元。

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    中国4G智能手机出货量市场份额2014年初为10%,仅仅用了两年左右市场份额就就达到了90%,5G的采用率也将和4G类似,在中国会迅速提升。

    BAW滤波器:本身具有性能优势,而且BAW滤波器的尺寸还随频率升高而缩小,在高于2GHz时成本很低,这使它适合要求非常苛刻的4G、4G 应用(包括载波聚合,VoLTE)及未来应用更高频率的5G应用。

    全球射频开关销售收入

    随着5G商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G 标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G 下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。

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    杨教授言:“信息社会的芯片=工业社会的钢铁,芯片应用无处不在。”

    根据 Yole Development 的统计,2G 制式智能手机中射频前端芯片的价值为 0.9美元,3G 制式智能手机中大幅上升到 3.4 美元,支持区域性 4G 制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到 6.15 美元,高端 LTE 智能手机中为 15.30 美元,是 2G 制式智能手机中射频前端芯片的 17 倍。因此,在 4G 制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

    5G

    尽管成长空间巨大,我国存储器市场却一直面临着一个尴尬的局面——进口依赖大。回归到现实,中国发展存储产业并不容易,由于技术门槛高、投资规模巨大、高端人才稀缺,作为尖端产业,中国存储器企业与世界巨头相比还有较大的差距。

    目前全球射频前端市场总规模稳定增加,且集中度较高,前四大厂商几乎占据着85%市场,领先的厂商均是日美发达国家企业,分别是Skywork、Qorvo、AVAGO和muRata。

    责任编辑:

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    中国IC严重依赖进口,国产化率极低,但这也意味着国产化空间巨大;消费类电子IC全面落后美日达发达国家,性能突破是难点也是关键;移动终端的射频滤波器基本被国际巨头垄断,国产化市场前景依然巨大;射频芯片投入相对小,是很好的尝试点和突破口,性能提高是关键;国内射频芯片公司小而散,只有联手、整合,放弃内部低端市场的竞争,才有机会挑战国际巨头;如今产业环境利好,政府、资本和全社会都给以巨大支持和关注,至少又10年的窗口期,国产企业应抓住机会;IC产业没有捷径可走,必须不断试错,需要政府、资本和从业者都积极参与。​​​

    国内移动智能终端厂商也多向其采购射频前端芯片产品。根据 2015 年 5 月国务院发布的《中国制造 2025》,“到 2020 年,40%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,“到 2025 年,70%的核心基础零部件、关键基础材料实现自主保障”,提出中国的芯片自给率要不断提升。在这一过程中,射频前端芯片行业因产品广泛应用于移动智能终端,行业战略地位将逐步提升,国内的射频前端芯片设计厂商亦迎来巨大发展机会,在全球市场的占有率有望大幅提升。

    5G

    5G之核心产业链

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    移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于移动通讯技术的变革,及其配套的射频前端芯片的性能的不断提高。在过去的十年间通信行业经历了从 2G(GSM/CDMA/Edge)到 3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到 4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。在 4G 普及的过程中,全网通等功能在高端智能手机中得到广泛应用,体现了智能手机兼容不同通信制式的能力,也成为了检验智能手机通信性能竞争力的核心指标之一。

    推进步伐逐渐加快,带来新的换机潮

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    杨教授还指出,要分析智能终端滤波器竞争格局,则需要从市场容量、国际厂商、国内情况三个方面来看。

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    目前根据运营商计划资本支出估算,在2019年中国预计将会建设超10万台宏基站的准备,而5G宏基站的总建设量预计将会在500万台左右,同时配备约为900万台的微基站,建设总量将会远远超过4G时代的基站建设力度!

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    射频前端芯片是移动智能终端产品的核心组成部分,追求低功耗、高性能、低成本是其技术升级的主要驱动力,也是芯片设计研发的主要方向。射频前端芯片与处理器芯片不同,后者依靠不断缩小制程实现技术升级,而作为模拟电路中应用于高频领域的一个重要分支,射频电路的技术升级主要依靠新设计、新工艺和新材料的结合。

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    来源:内容摘录自卓胜微的招股说明书,仅供参考,谢谢。

    SiP封装工艺,是以一定的工序,在封装基板上,实现阻容感、芯片等器件的组装互连,并把芯片包封保护起来的加工过程。封装流程可以直接影响芯片的散热、电性、机械性能等表现,决定了整个系统的性能、尺寸、稳定性和成本,在工艺上也需要从系统互联、保护和散热等角度进行整体设计,SIP 将一些芯片中段流程技术带入后段制程,将原本各自独立的封装元件改成以SiP 技术整体整合,有效缩小封装体积以节省空间,同时缩短元件间的连接线路而使电阻降低,提升电性效果,最终实现微小封装体取代大片电路载板,有效地缩小了产品的体积,顺应了产品轻薄化的趋势。

    随着5G时代的逐渐逼近,物联网的快速发展促进着存储器需求的持续增长。数据表明,中国消耗全球20%的DRAM及25%的NAND,中国存储市场发展潜力巨大,各芯片制造商也在抓住存储器市场商机,积极布局,促进国产芯片的不断发展。

    一张图感受下当前中国核心集成电路的国产芯片占有率,从下图可以看到只有唯数不多的几个核心集成电路领域中国有些许的占有率,其中工业应用的MCU占据2%;移动通信终端的应用处理器和通信处理器分别占18%和22%,NPU占15%;半导体存储器NOR Flash和图像处理均占5%;高清电视显示处理器占据5%。其他的基本占有率都是0%,满屏的0%昭示着国产芯片占有率极低!

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    根据TechInsights的拆解分析,Apple Watch Series 3 和Apple Watch Series 4 都采用了SIP 的设计,Apple Watch中封装了十几款主要芯片和几十款离散式组件,持续挑战系统级封装设计的极限。TechInsights 在Apple Watch Series 3 中发现了高通MDM9635M——Snapdragon X7 LTE 调制解调器,高通PMD9645 电源管理芯片 和一个WTR3925 RF 收发器,Apple/Dialog PMIC、Avago AFEM-8069 前端模块,以及Skyworks SKY 78198 功率放大器等重要的零组件。

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    微创新

    全球射频前端市场规模

    我们结合半导体硅含量提升趋势图与60年全球半导体产值对过去的三轮提升周期进行回顾。我们可以清晰看到,从第一款半导体集成电路芯片发明以来,直接推动着信息技术发展,我们一共经历着3个完整的发展周期,目前正在进入第4个发展周期。

    目前,已有多家手机厂商跟进5G步伐,发布了5G手机时间计划。7月23日OPPO官方宣布Reno5G版正式获得中国5G终端电信设备进网许可证,Reno5G版目前已三证在手,具备了5G手机商用的能力。此前,华为6月26日官方宣布华为Mate20X获得中国首张5G终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G手机上市步伐加快,5G商用将进一步提速。6月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G进展情况均超预期。

    国际厂商:只有Avago、Qorvo等少数几家掌握BAW滤波器量产技术的公司,其中Avago和Qorvo两家市场占有率超90%;而SAW滤波器也基本被muRata、TDK等巨头垄断。

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    市场容量:射频滤波器市场由2015年的50亿美元,增长至2020年的130亿美元;仅需要对国外滤波器产品实现10%的进口替代,未来公司将成为一个销售额10亿美元以上级别的公司。

    而随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,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此得到广泛的应用。

    射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。

    5G对于天线设计是一个巨大的挑战,因为新频段的增加会带来天线的增多。正常的5G手机将会包含11根天线,其中:5G NR会做4x4 MIMO,因此会有4根天线,LTE也会有4根天线,同时Wi-Fi中需要做2x2 MIMO,这又会需要两根天线,再加上GPS L5天线,总共11根。典型4G手机天线数量2~4支,因此市场空间提升较大。

    所有无线通信都需要手机终端中的WI-FI、GPS、Bluetooth等,射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。

    2013年以来全球移动终端出货量(含预测)

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    随着物联网、AR和VR等技术的诞生和发展,对移动网络的要求更高,5G将采用NR技术,传输速率高达10Gps,比4G快达100倍、而且具有低延时、低功耗的特点。我国5G预计按照2019年预商用,2020年规模商用的规划逐步实施。

    手机各类芯片价值占比图

    射频是无线产品中一个关键部件,进入了5G时代,其背后牵动的价值尤为重要。但和很多的其他核心半导体元器件产品一样,我们国内企业的水平差距依然明显。

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    射频前端类产品渐渐登上历史性舞台

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    目前根据运营商计划资本支出估算,在2019 年中国预计将会建设超10万台宏基站的准备,我们预计5G 宏基站的总建设量将会远远超过4G 时代的基站建设力度! 以下为我们整理的5G相关核心供应链情况:

    从全球集成电路市场结构来看,全球半导体贸易组织统计2018年全球集成电路市场规模达4015.81亿美元,相较于本轮景气周期起点2016年增长了1249亿美元。而存储器2018年市场规模达1651.10亿美元,相较2016年增长了883亿美元,占增量比重达71%,是本轮景气周期的主要推手。

    近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升。射频前端的频段数目和价值也在急剧增加,在过去的十年间,通信行业经历了从2G(GSM/CDMA/Edge)到3G(WCDMA/CDMA2000/TD-SCDMA),再到4G(FDD-LTE/TD-LTE)两次重大产业升级。2G手机频段数是4,总价值是$0.8;3G手机是6,总价值$3.25;4G千元机频段数是8-20,总价值$8-10;4G旗舰机频段数在17-30左右,总价值$16-20;到了5G 手机达到50的频段数,总价值达$25-40。

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    包括长江存储在内的存储器/代工厂将于2019-2020年 陆续进入设备采购与搬入的高峰阶段,而国内设备厂商已经在多个核心设备细分领域实现拓展。5G之手机天线

    日美发达国家独大,强者俞强,强者恒强

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    2.3 5G 之存储

    随着5G商业化的逐步临近,现在已经形成的初步共识认为,5G标准下现有的移动通信、物联网通信标准将进行统一,因此未来在统一标准下射频前端芯片产品的应用领域会被进一步放大。同时,5G下单个智能手机的射频前端芯片价值亦将继续上升。

    滤波器产品市场需求急剧变大,手机频段碎片化、载波聚合等频谱复杂化的发展导致了对滤波器数量要求剧增,据IDC公布2016年全球智能手机总销量近15亿部,到2020年将达20亿部,年复合增长率达到7.2%。滤波器数量随手机支持频段的增加而同步增加;2012年全球3G标准协会提出的LTE-R11版本中,蜂窝通讯系统需要支持的频段增加到41个。到2020年全球5G应用支持的频段数量将实现翻番,新增50个以上通信频段。

    希望国产射频厂商能在这波浪潮中真正崛起,加油加油加油!!!

    封测厂商实际加工中,系统级封装制造过程一般可以分为晶圆制片、模组贴合、芯片贴装互联、塑封印字、置球和检查测试等主要工序流程分段。

    5G的到来也将改变手机零组件的创新和升级。例如毫米波带来的应用将有可能使得滤波器和终端系统侧的天线结构数量变多,陶瓷和玻璃机壳在5G通信以及无线充电上优势明显,被动元件的需求量提升等。

    声表面波滤波器和体声波滤波器的区别是什么?

    射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量持续上升。根据 Gartner 统计,包含手机、平板电脑、超极本等在内的移动终端的出货量从 2013 年的 22 亿台增长至 2016 年的 24 亿台,预计未来保持稳定。

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    大陆公司骨头都抢不到

    但是我们看到,现阶段,全球射频前端芯片市场主要被欧美传统大厂占据。这是由行业特性所决定的。

    三、

    基带芯片主要玩家:

    中国消费类IC在过去几十年、未来几十年的商业模式可总结为以下几点:

    2016 年全球射频低噪声放大器收入为 12.80 亿美元,而随着 4G 逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,因此预计在未来几年将持续增长,到 2020 年达到 14.75 亿美元。

    5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快了数百倍,这意味着一部完整的超高画质电影可在1 秒之内下载完成。Strategy Analytics 预测5G 智能手机出货量将从2019 年的200万增加到2025 年的15 亿,年复合增长率为201%。中国4G智能手机出货量市场份额2014 年初为10%,仅仅用了两年左右市场份额就就达到了90%,我们认为5G采用率也将和4G 类似,在中国会迅速提升。

    5G手机与4G手机相比,在硬件上最大的区别之一在于5G基带芯片,目前高通、华为、三星、联发科、紫光展锐等巨头厂商纷纷加入5G芯片阵营的角逐,英特尔则在与苹果“分手”后,宣布退出手机5G基带芯片市场,而苹果仍积极自研5G基带芯片,摆脱受制于人的局面。

    结论:机会大于挑战

    同时,在基于移动智能终端实现这些需求的过程中,移动数据的数据传输量和传输速度大提升,并将持续快速增长。根据 Yole Development 的研究,2016 年全球每月流量为 960 亿 GB,其中智能手机流量占比为 13%;预计到 2021 年,全球每月流量将达到2,780 亿 GB,其中智能手机流量占比亦大幅提高到 33%。

    2.4 5G 之天线

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    移动通信技术的变革蓝图

    5G

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    其中Skywork占据24%,全球前10大手机厂家都是其主要客户,2013年开始,Skyworks在GaAs器件全球市场的份额基本保持在第一;Qorvo占据21%,2014年9月,RFMD和TriQuint合并,专门为移动设备,3G和4G蜂窝基站,WLAN,WIMAX,GPS,国防与航空等领域的客户提供各种服务,TriQuint公司是业内最为灵活的GaAs代工业务供应商,依赖外部代工合作关系获得关键工业技术,例如用于开关的pHEMT。AVAGO占20%,AVAGO主攻无线通信、有限基础设备、工业和汽车电子产品以及消费品与计算机外围设备,专攻3G和4G领域,拥有砷化镓各路放大器产品和转力技术;muRata占20%,2012年3月1日muRata完成对Renesas旗下PA事业部的收购,从而进军PA市场,muRata在手机射频市场具备最齐全的产品线; 除此之外,全球射频公司还在不断的进行整合演变。不断可扩展技术、产品及市场渠道,进行有机结合。强强联合,强者俞强。

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    根据QYR Electronics Research Center 的统计,2011 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长,2018 年全球市场规模达到16.54亿美元,根据QYR Electronics Research Center 的预测,2020 年射频开关市场规模将达到22.90 亿美元,并随着5G的商业化建设迎来增速的高峰,此后增长速度将逐渐放缓。2018 年至2023年,全球市场规模的年复合增长率预计将达到16.55%。

    5G芯片发布时间:

    声表面波滤波器和体声波滤波器

    SiP

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    再从全球手机基带厂商出货量来看,2017年高通出货量高达8.23亿,占全球33.2%的比重;联发科出货量6.94亿,占据28%;展锐出货量6.7亿,占27%左右;而这三家主要是4G的基带产量占大部分。留给其他厂商的出货量只有2.92亿美元,市占率仅11.8%。其中Rreescale,TI,Broadcom,Marvell,NVIDIA,STE等先后退出市场。这反映出一个很可怕的现状:美国公司在吃肉,台湾公司在喝汤,大陆公司骨头都快啃不着了。”

    根据全球半导体硅含量趋势图,从第一款半导体集成电路芯片发明以来,直接推动着信息技术发展,我们一共经历着3 个完整的发展周期,我们预计目前正在进入第4 个发展周期。1)第一个周期,上个世纪60年代到90 年代,全球半导体的硅含量从6%提高到23.1%,第一周期市场空间增长500亿元,由PC 电脑、大型机等需求推动;2)第二个周期,2000 年到2008 年,全球半导体的硅含量从17.3%提高到22.4%,下游需求推动的力量是笔记本、无线2G/3G 通讯等,带来1000亿美元市场空间,随后进入衰退期;3)第三个周期,2010 年到2014 年,全球半导体硅含量从21.1%提高到26.4%,

    射频前端芯片包括射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等芯片。射频开关用于实现射频信号接收与发射的切换、不同频段间的切换;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号,而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。

    根据Yole development数据得出,射频前端各个组件市场情况,可以总结为以下三点:滤波器市场显著增加,功放和低噪放稳定增长,射频开关类产品需求多样化发展。在射频前端市场中最大的业务模块是滤波器,从2016年到2022年滤波器的年复合增占率21%,将从52亿美元增长至163亿美元,这主要的市场驱动力来自于新型天线对额外滤波的需求以及载波聚合对更多的体声波滤波器的需求;功放和低噪放的年复合增占率1%,从38亿美元增长至41亿美元,高端LTE功放市场的增长将被2G和3G市场的萎缩所平衡,由于新型天线的出现和增长,低噪放市场将稳步前行;射频开关的年复合增占率12%,从10亿美元增长至20亿美元,其市场驱动力来自于天线开关业务的增长;天线调谐器年复合增占率40%,从0.36亿美元增长至2.72亿美元,市场驱动力来自调谐功能被添加到主天线和分集天线中。

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    根据紫光展锐官方说法,春藤510的高速传输速率可为各类AR/VR/4K/8K高清在线视频、AR/VR网络游戏等大流量应用提供支持,而且架构灵活,可支持智能手机、家用CPE、MiFi、物联网终端等产品形态和应用场景。紫光展锐7月18日宣布,已与华为完成5G互通测试,达到1.38Gbps的下载速率。5G之射频前端

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    5G的主要通信技术是Massive MIMO技术,通过使用多个发射和接收天线在单个无线信道上同时发送和接收多个数据流的多天线技术,用于提高移动设备带宽、增加数据吞吐。

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    5G不仅是4G基础上的一个提升,而是移动通信技术的一场革命,在各方面的表现上相比今天的网络,都会有数量级方面的提升。

    SAW滤波器:在2G、3G时代占据滤波器市场的主导地位;但SAW滤波器性能不足,在滤波频率高于2GHz时,不能满足苛刻频段的要求。

    四、

    根据QYRElectronicsResearchCenter的统计,从2011年至2018年全球射频前端市场规模以年复合增长率13.10%的速度增长,2018年达149.10亿美元。受到5G网络商业化建设的影响,自2020年起,全球射频前端市场将迎来快速增长。2018年至2023年全球射频前端市场规模预计将以年复合增长率16.00%持续高速增长,2023年接近313.10亿美元。5G之存储

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    终端天线:

    中国的厂商紧跟5G的步伐,2018年2月25日,在巴塞罗纳举行的MWC展会上,华为正式发布了旗下首款5G商用芯片——Balong5G01,符合5g标准R15规范,支持Sub6GHz中低频,以及28GHz高频毫米波,兼容2g/3g/4g网络。联发科也公布了其5g基带芯片产品HelioM70,符合5g标准R15规范,最快下行速率可达5gbps,兼容2g/3g/4g网络。

    智能手机通信系统结构示意图

    手机天线生产工艺经历了从“弹片天线——FPC 天线——LDS 天线”的演变过程。2013 年以前,单机天线数量较少,包括通信主天线、无线、收音机、GPS、蓝牙等,此后随着智能手机功能的延展,单机的天线数量可以达到10 个以上,按用途分大致可分为通讯天线、WiFi 天线及NFC天线三种天线模组。

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    但也反映出国产射频企业的成长空间巨大,中国做射频的公司按照分类不同主要有以下几家。中科汉天下电子主要做CMOS功放设计和GaAs功放设计,做GaAs功放设计还有VANCHIP、AIRROHA、RDA、Smarter Micro,做GaAs功放制造的企业有台积电、三安光电、海威华芯等,做滤波器的有信维通信,中电科技德清华莹电子有限公司,重庆声光电有限公司、麦捷科技等。

    根据紫光展锐官方说法,春藤510 的高速传输速率可为各类AR/VR/4K/8K高清在线视频、AR/VR 网络游戏等大流量应用提供支持,而且架构灵活,可支持智能手机、家用CPE、MiFi、物联网终端等产品形态和应用场景。紫光展锐7 月18 日宣布,已与华为完成5G互通测试,达到1.38Gbps 的下载速率。

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    SiP封装工艺,是以一定的工序,在封装基板上,实现阻容感、芯片等器件的组装互连,并把芯片包封保护起来的加工过程。SIP 将一些芯片中段流程技术带入后段制程,将原本各自独立的封装元件改成以SiP技术整体整合,有效缩小封装体积以节省空间,同时缩短元件间的连接线路而使电阻降低,提升电性效果,最终实现微小封装体取代大片电路载板,有效地缩小了产品的体积,顺应了产品轻薄化的趋势。我们认为在5G时代,SIP 技术可以帮助整合不同系统上的芯片,伴随着工艺向7nm、5nm 甚至3nm 推进而稳步攀升,先进的集成电路封装技术将在降低芯片制造商成本方面发挥关键作用。

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    以下为我们整理的5G相关核心供应链情况:

    5G网络作为第五代移动通信网络,其峰值理论传输速度可达每秒数十Gb,这比4G网络的传输速度快了数百倍。Strategy Analytics 预测5G 智能手机出货量将从2019 年的200万增加到2025 年的15 亿,年复合增长率为201%。目前,已有多家手机厂商跟进5G 步伐,发布了5G 手机时间计划。7 月23 日OPPO官方宣布Reno 5G 版正式获得中国5G 终端电信设备进网许可证,Reno 5G 版目前已三证在手,具备了5G手机商用的能力。此前,华为6 月26日官方宣布华为Mate 20 X 获得中国首张5G终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G手机上市步伐加快,5G 商用将进一步提速。6 月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G 牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G进展情况均超预期。

    移动智能终端随着移动通讯技术的变革对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此市场空间巨大。2018 年全球射频低噪声放大器收入为14.21亿美元,智能手机中天线和射频通路的数量随着4G 逐渐普及逐渐增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,而5G 的商业化建设将推动全球射频低噪声放大器市场在2020 年迎来增速的高峰,到2023 年市场规模达到17.94亿美元。

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    射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动。近年来,随着移动终端功能的逐渐完善,手机、平板电脑等移动终端的出货量保持稳定。根据Gartner 统计,包含手机、平板电脑、笔记本等在内的移动终端的出货量从2012 年的22 亿台增长至2017年的23 亿台,预计未来出货将保持稳定。

    韩国三星电子也公布了其5g基带芯片Exynos 5100,采用十纳米工艺制程,三星宣称是首款符合5g 标准R15规范的基带产品,支持Sub 6GHz 中低频,以及28GHz mmWave 高频毫米波,向下兼容2g/3g/4g 网络,低频下行速率可达2gbps,高频下行速率可达6gbps。

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    我们认为在5G时代,SIP 技术可以帮助整合不同系统上的芯片,伴随着工艺向7nm、5nm 甚至3nm推进而稳步攀升,先进的集成电路封装技术将在降低芯片制造商成本方面发挥关键作用。SIP 可以帮助芯片制造商减少所需的硅IP 验证的数量,并且可以在集成具有不同功能的异构芯片组方面提供更大的灵活性,顺应下游电子设备微小化的趋势,未来发展前景可期。

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    报告内容:

    5G:随着物联网、AR 和VR 等技术的诞生和发展,对移动网络的要求更高,5G 将采用NR 技术,传输速率高达10 Gps,比4G 快达100 倍、而且具有低延时、低功耗的特点。我国5G 预计按照2019年预商用,2020 年规模商用的规划逐步实施。

    最先公布5G基带芯片的是美国高通,2016 年高通发布的骁龙X50 5G Modem 采用的是28 纳米工艺制程,最快下行速率可达5gbps。2017 年10 月,高通用骁龙X50完成了有史以来第一个5G 数据连接。2018 年12 月,在第三届高通骁龙技术峰会上。高通高级副总裁兼移动业务总经理Alex Katouzian 宣布,新一代旗舰处理器骁龙855 正式亮相。高通骁龙855 芯片基于7nm 工艺,内建5G基带,同时是首个支持Multi-Gigabi 5G 连接的商用平台。

    5G的到来也将改变手机零组件的创新和升级。例如毫米波带来的应用将有可能使得滤波器和终端系统侧的天线结构数量变多,陶瓷和玻璃机壳在5G 通信以及无线充电上优势明显,被动元件的需求量提升等。

    存储器占半导体市场规模增量70%以上。从全球集成电路市场结构来看,全球半导体贸易统计组织预计2018年全球集成电路市场规模达4015.81 亿美元,相较于本轮景气周期起点2016 年增长了1249 亿美元。而存储器18年市场规模达1651.10 亿美元,相较2016年增长了883 亿美元,占增量比重达71%,是本轮景气周期的主要推手。

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    以智能手机为例,由于移动通讯技术的变革,智能手机需要接收更多频段的射频信号: 根据Yole Development 的数据,2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过10 个,而随着4G通讯技术的普及,至2016 年智能手机支持的频段数已经接近40 个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求。与此同时,智能手机外壳现多采用手感、外观更好的金属外壳,一定程度上会造成对射频信号的屏蔽,需要天线调谐开关提高天线对不同频段信号的接收能力。

    时代

    目前,已有多家手机厂商跟进5G 步伐,发布了5G 手机时间计划。7 月23 日OPPO官方宣布Reno 5G 版正式获得中国5G终端电信设备进网许可证,Reno 5G 版目前已三证在手,具备了5G 手机商用的能力。此前,华为6 月26日官方宣布华为Mate 20 X 获得中国首张5G 终端电信设备进网许可证,这标志着国产5G 手机上市步伐加快,5G 商用将进一步提速。6 月份工信部向包括三大运营商和中国广电在内的四家企业也都正式发放5G 牌照,上游运营商和下游手机厂商的5G 进展情况均超预期。

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    为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力,4G 方案的射频前端芯片数量相比2G 方案和3G 方案有了明显的增长,单个智能手机中射频前端芯片的整体价值也不断提高。根据Yole Development 的统计,2G制式智能手机中射频前端芯片的价值为0.9美元,3G制式智能手机中大幅上升到3.4美元,支持区域性4G制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到6.15美元,高端LTE智能手机中为15.30美元,是2G制式智能手机中射频前端芯片的17 倍。因此,在4G制式智能手机不断渗透的背景下,射频前端芯片行业的市场规模将持续快速增长。

    苹果推动了SiP模组的加速渗透并不断提升整体性能。在iPhone 6s 手机中,苹果就已低调在内部模组中采用了apple watch1 中S1采用的系统级封装技术,为新加入的线性马达营造空间。继SiP封装技术被引入触控芯片模组、指纹识别IC、3D Touch 模组和多颗RFPA颗粒后,iPhone7 在wifi 模组也采用了SiP封装。同时SiP 模组加速渗透也为iPhone 整体性能提升带来切实帮助,由于SiP 封装相较传统封装有空间利用率优势,使得iPhone7在配备升级尺寸规格的Taptic Engine 后,还能将电池容量从2650mAh提升到2900mAh。

    IDC预计2019 年5G 手机出货量仅占了手机出货总量的0.5%,尽管在2019 年全球智能手机的整体销量将会出现下降,但是在今年下半年中,随着5G 设备开始逐渐走入消费者的身边,智能手机的销量将会开始获得提升。

    二、

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    天线有源化将大幅提升天线价值。传统无源天线,天线与RRU 采用分离模式,而5G 时代,随着频率增加、波长减小,为减小馈线损耗,将采用射频模块与天线一体化的设计方案,即AAU。随着射频模块的集成,AAU 天线整机价格相较无源天线将由大幅度的增长。

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    我们持续强调第四波硅含量提升周期的三大核心创新驱动是5G 支持下的AI、物联网、智能驾驶,从人产生数据到接入设备自动产生数据,数据呈指数级别增长!智能驾驶智能安防对数据样本进行训练推断、物联网对感应数据进行处理等大幅催生内存性能与存储需求,数据为王!

    5G 时代SiP封装工艺未来前景可期。

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    在今年的MWC 2019 大展上,紫光展锐重磅发布了5G 通信技术平台“马卡鲁”及其首款5G 基带芯片“春藤510”,迈入全球5G第一梯队。春藤510 基带采用台积电12nm 制程工艺,支持多项5G关键技术,单芯片统一支持2G/3G/4G/5G 多种通讯模式,符合最新的3GPP R15 标准规范,支持Sub-6GHz 频段、100MHz 带宽,是一款高集成、高性能、低功耗的5G基带芯片。并且,春藤510 可同时支持5G SA 独立组网、NSA 非独立组网两种组网方式。

    供应链梳理

    目前根据运营商计划资本支出估算,在2019 年中国预计将会建设超10 万台宏基站的准备,而5G 宏基站的总建设量根据我们国盛电子的预测将会在500 万台左右,同时配备约为900 万台的微基站,建设总量将会远远超过4G 时代的基站建设力度!

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    一、

    2.2 5G 之射频前端

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    5G 推进步伐逐渐加快,带来新的换机潮。

    根据QYR Electronics Research Center 的统计,从2011 年至2018年全球射频前端市场规模以年复合增长率13.10%的速度增长,2018 年达149.10 亿美元。受到5G网络商业化建设的影响,自2020 年起,全球射频前端市场将迎来快速增长。2018 年至2023 年全球射频前端市场规模预计将以年复合增长率16.00%持续高速增长,2023 年接近313.10 亿美元。

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    2.1 5G 之基带芯片

    5G手机与4G 手机相比,在硬件上最大的区别之一在于5G 基带芯片,目前高通、华为、三星、联发科、紫光展锐等巨头厂商纷纷加入5G 芯片阵营的角逐,英特尔则在与苹果“分手”后,宣布退出手机5G基带芯片市场,而苹果仍积极自研5G 基带芯片,摆脱受制于人的局面。从1G、2G、3G、4G 发展到今天的5G时代,基带芯片市场也发生着巨大的变化。

    5G 的到来将改变基带芯片、射频、存储等领域的创新和升级。

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