5G下射频前端行业发展趋势与格局分析课件

1、目录手机射频前端架构及行业现状 7射频前端芯片概况 75G 技术路线 91.2.11.2.21.2.315G NR 9NSA 作为过渡方案，SA 方案渐成主流 105G 方案：Sub 6GHz 先行，mmWave 等待技术成熟 12射频前端产业趋势：创新叠出，孕育国产机会 14射频前端呈现模组化趋势 14PA：GAAS 为主流技术，氮化镓技术处于导入期 15开关主要采用RF-SOI 工艺 19滤波器由金属腔体向陶瓷腔体转变 21LNA：SIGE 工艺开始兴起 225G 给射频带来价值量扩张 23手机端：单机射频价值量扩张 23基站端：大规模天线技术增加射频天线用量 255G 基站需求增长 25

2、大规模天线、工艺改进带来新增长点 26射频前端产业链梳理 27细分射频领域市场现状 274.1.14.1.24.1.34.1.4PA 28滤波器：SAW、BAW、LTCC 三种路线 29 开关 30 LNA 314.2SOITEC 25 年深耕半导体创新，优化晶圆衬底 32全球射频前端行业格局解析 34高通捆绑RF360，提供 5G 整合解决方案 34RF360 完成整合，可提供 5G 射频前段模组整体解决方案 34高通凭借平台优势，助RF360 占得先机 36高通是唯一提供毫米波解决方案的厂商 40苹果以博通、SKYWORKS、QORVO 为主力供应商 41Qorvo 深耕 GaN，抢占化合

3、物射频前端赛道 41Skyworks 注重小基站射频应用 43村田受益华为，5G 高端机型射频业务兴起 45村田基本情况 45村田为华为提供射频前端解决方案 46博通专注苹果、三星 47国产射频龙头：卓胜微 49海思携手国产迎头赶上，国产替代远快于 4G 51华为手机国产化供应链趋势明显 51国内主导 5G 发展，渗透率快于 3G/4G 53国内射频元器件主要厂商梳理 53第1页，共58页。2投资建议 55卓胜微 55三安光电 55华天科技 56信维通信 56韦尔股份 57麦捷科技 57海特高新 58中芯国际 58风险提示 59第2页，共58页。3图表 1：图表 2： 图表 3： 图表 4：

4、图表 5： 图表 6： 图表 7： 图表 8： 图表 9： 图表 10： 图表 11： 图表 12： 图表 13： 图表 14： 图表 15： 图表 16： 图表 17： 图表 18： 图表 19： 图表 20： 图表 21： 图表 22： 图表 23： 图表 24： 图表 25： 图表 26： 图表 27： 图表 28： 图表 29： 图表 30： 图表 31： 图表 32： 图表 33： 图表 34： 图表 35： 图表 36： 图表 37： 图表 38： 图表 39： 图表 40： 图表 41： 图表 42： 图表 43： 图表 44： 图表 45： 图表 46： 图表 47：图表目录从

5、“香农定律”看通信技术演进方向 7射频前端结构 8 射频前端全球市场规模（十亿美元） 82018 主要射频器件市场份额占比 92018 年射频前端市场拆分 95G 频段分布 105G 网络架构演进 115G 需求增多 112G 网络到 5G 网络，时延与速度的变化 12 全球 5G 频段分布 12 世界各国在 SUB 6GHZ 频段分布 13 世界各国在毫米波频段分布 13 毫米波覆盖范围 13 SUB 6GHZ 覆盖范围 13 5G NR 毫米波覆盖范围广 14 射频前端模组化方案 14 射频前端模组按频率划分 15 典型 5G 射频前端设计方案 15AIP 模组 15 一二三代半导体性能比

6、较 16 多级GAAS PA 和等效GAN PA 比较 16 微波频率范围功率的工艺技术对比 16GAAS 供应链 172018 全球 GAAS 设备市场份额 172018 GAAS 代工厂市场份额 17 中国 5G 基站 GAN PA 市场规模预测（亿元） 18 稳懋最近两年生产量和销售量 18稳懋目前已进入量产的产品 19GAAS 代工竞争情况 19 RF-SOI 工艺优势 19 不同工艺射频开关性能比较 19 中国 5G 基站 GAN PA 市场规模预测 20 RF-SOI 的工艺供应链 20 RF-SOI 主要产品及应用 20 不同介质腔体滤波器性能对比 21 两种基站滤波器性能比较

7、21 中国移动电话基站发展情况（万个） 22LNA 产品工艺性能对比 22英飞凌采用 SIGE 设计 LNA 22亚德诺采用 SIGE 设计 LNA 22TOWERJAZZ 的 SIGE 进展领先同行业厂商 23射频前端部件价、量提升 235G 给 PA、滤波器带来新的挑战 23 射频元器件市场不断增长 24 第一代 5G RFFE 成本溢价（美元） 24 NOTE 10+ 5G 天线模组 245G 带来价值量提升（美元） 25第3页，共58页。4图表 48： 图表 49：图表 50： 图表 51： 图表 52： 图表 53： 图表 54： 图表 55： 图表 56： 图表 57： 图表 58

8、： 图表 59： 图表 60： 图表 61： 图表 62： 图表 63： 图表 64： 图表 65： 图表 66： 图表 67： 图表 68： 图表 69： 图表 70： 图表 71： 图表 72： 图表 73： 图表 74： 图表 75： 图表 76： 图表 77： 图表 78： 图表 79： 图表 80： 图表 81： 图表 82： 图表 83： 图表 84： 图表 85： 图表 86： 图表 87： 图表 88： 图表 89： 图表 90： 图表 91： 图表 92： 图表 93： 图表 94： 图表 95：中国宏基站数量（万个） 25全球小基站数量（千台） 25BTS 基站收发台出货量

9、（百万件） 26 RF LINEUP 出货量（百万件） 26 基站天线演进过程 26MIMO 演进情况示意图 265G 基站带来 PA、LNA 数量增长 26 微波频率范围功率电子设备的工艺技术对比 27 基站应用射频市场空间（亿美元） 27 射频前端产业链 27 射频前端产业链收购兼并发展 272017 年 PA 厂商市场份额比重 28 射频芯片供应链梳理 292017 年 SAW 厂商市场份额比重 29射频 SAW 供应链 292017 年BAW 厂商市场份额比重 30 射频 BAW 供应链 30 全球射频开关市场规模（亿美元） 30 射频开关市场占比 30 射频开关芯片供应链梳理 31

10、全球射频 LNA 市场规模（亿美元） 31 射频 LNA 市场占比 31 射频 LNA 供应链 32SOI 晶圆应用情况 32 主要RF-SOI 加工工艺比较 33 全球 SOI 晶圆需求估计（8 寸,千片） 33SOITEC 在行业中的地位 342018 年 SOITEC 产品收入拆分 342018 年 SOITEC 在 SOI 收入份额 342016 年高通和 TDK 合资 34 射频前端部件价、量提升 34 RF 360 发展历史 35EPCOS 滤波器+高通 PA 组成 PAMID 35 高通拥有从基带 MODEM SOC，RFIC 到 FEM 完整解决方案 36 高通调制解调器-射频

11、前端系统 36 V50 THINQ 5G 主板 37高通“射频前端+基带”解决方案：LG V50 THINQ 5G 37 OPPO RENO 5G 主要射频前端组件 38 OPPO RENO 5G 模块化RFFE 设计 38MIX 3 5G 主要射频前端组件 39 MIX 3 5G 采用完全模块化设计 39 高通“射频前端+基带”解决方案：小米 10 40 高通研究毫米波近 30 年 40 毫米波频段分布 41 美国毫米波技术市场规模（百万美元） 41QORVO 产品及应用领域 41QORVO 主要产品收入拆分（百万美元） 41 APPLE RF 供应商 42第4页，共58页。5图表 96：

12、图表 97：图表 98： 图表 99： 图表 100： 图表 101： 图表 102： 图表 103： 图表 104： 图表 105： 图表 106： 图表 107： 图表 108： 图表 109： 图表 110： 图表 111： 图表 112： 图表 113： 图表 114： 图表 115： 图表 116： 图表 117： 图表 118： 图表 119： 图表 120： 图表 121： 图表 122： 图表 123： 图表 124： 图表 125： 图表 126： 图表 127： 图表 128： 图表 129： 图表 130： 图表 131： 图表 132： 图表 133： 图表 134：

13、图表 135： 图表 136： 图表 137： 图表 138： 图表 139： 图表 140：QORVO 主要客户收入占比 42每台 IPHONE 射频价值量（美元） 42全球基站数量（百万个） 43 全球大规模天线射频收发芯片出货量（百万件） 43QORVO 在GAN 工艺发展路径 43SKYWORKS 通过收购新公司来增强自身的产品线 44占 SKYWORKS 营业收入比重大于 10%的客户 44SKYWORKS 营业收入状况（百万美元） 45SKYWORKS 净利润（百万美元） 45SKYWORKS 研发费用（百万美元） 45 村田主要产品收入占比 46 村田营收状况（百万美元） 46

14、村田毛利率和净利率 46 村田收购时间线 46MATE30 系列主要供应商 47博通主要业务、市场、客户 47 博通发展历程 47 博通营收状况（百万美元） 48 博通主要产品收入占比 48 公司 FBAR 设计主要产品 48 AFEM-8092 49 IPHONE XS MAX-A2101 49博通主要收入厂商占比 49 卓胜微各类型产品、主要功能及量产时间表 50 卓胜微主要客户销售额占比 50 卓胜微营收状况（百万元） 50 卓胜微研发投入（百万元） 50 MATE30 PRO 5G 半导体BOM 51P30、P40 供应链对比 52 全球 5G 普及率及预测 53 全球LTE、5G 渗

15、透率对比 535G 基站规划 53 中国各频段手机出货占比 53 国内主要射频前端芯片厂商 54 国内射频产业链 55 卓胜微盈利预测 55 三安光电半导体化合物产能规划 56 三安光电盈利预测 56 华天科技盈利预测 56 信维通信盈利预测 57 韦尔股份盈利预测 57 麦捷科技盈利预测 58 海特高新微电子业务收入 58 海特高新盈利预测 58 中芯国际盈利预测 59第5页，共58页。1手机射频前端架构及行业现状1.1 射频前端芯片概况射频前端芯片是无线通信的核心零部件，包括 PA、波滤器、LNA、 开关和 Tuner 等芯片。香农定律是通信领域的基础定律。回顾通信从 2G 到 5G 网络

16、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。MIMO 天线：多根天线的应用提高了信道容量。小基站：网络密集化需要更多蜂窝基站数量，相应的 5G 基站 端投资大于 4G 网络。载波聚合：将多个频率的无线信号进行载波聚合，以提高传 输速度。高阶调制。使用更高阶的调制方式，增加通信容量。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。图表1： 从“香农定律”看通信技术演进方向资料来源：Yole，方正证券研究所6射频前端系统包含的芯片品类较

17、多，包括如下细分产品方向。功率放大器 PA：用于发射链路，将微弱信号放大为功率较高的信号。滤波器：用于筛选信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减或抑制 其他频率。开关：用于接收、发射通道之间的切换。低噪放：用于接收来自天线中的小信号并放大信号功率。多工器：是一组非叠加的滤波器，帮助通道的数位信号输往单一的接 收端。Tuner:用于发射机和天线之间，调谐后实现阻抗匹配。 Envelop Tracker:用于提高承载高峰均功率比信号的功放效率。PaMid:由 PA、滤波器、双工器、开关组合构成的模块。第6页，共58页。DRx Module:将开关电源、数字功放集成到一起的功率放大模块。Transc

18、eiver:安装在一个部件上并共用一部分相同电路的无线电发报 机和收报机。图表2： 射频前端结构LNA开关开关滤波器PALNA基带芯片收发器双工器开关PALNA开关双工器PA资料来源：卓胜微、方正证券研究所根据 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%。图表3： 射频前端全球市场规模（十亿美元）资料来源： Yole、方正证券研究所滤波器和 PA 是射频前端领域最大的两个细分方向，

19、合计占射频前端7第7页，共58页。市场的 61%。其中滤波器约占 21%，PA 放大器占 40%，开关和 LNA占 6%。图表4： 2018 主要射频器件市场份额占比资料来源：Yole、方正证券研究所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， 实力比肩国际一线厂商。图表5： 2018 年射频前端市场拆分资料来源： Yole、方正证券研究所1

20、.2 5G 技术路线1.2.1 5G NR通过 5G NR，信息传递将实现超低时延、高可靠性。5G NR 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。FR1：450 MHz - 6000 MHz； FR2：24250 MHz - 52600 MHz。8第8页，共58页。图表6： 5G 频段分布FR1 中的 NR 工作频带（FDD 模式）NR 操作频段上行链路（UL）工作频段下行链路（DL）工作频段双工模式BS 接收/UE 发送BS 发送/U

21、E 接收FUL_low - FUL_highFDL_low - FDL_highn11920 MHz - 1980 MHz2110 MHz - 2170 MHzFDDn21850 MHz - 1910 MHz1930 MHz - 1990 MHzFDDn31710 MHz - 1785 MHz1805 MHz - 1880 MHzFDDn5824 MHz - 849 MHz869 MHz - 894 MHzFDDn72500 MHz - 2570 MHz2620 MHz - 2690 MHzFDDn8880 MHz - 915 MHz925 MHz - 960 MHzFDDn12699 MHz

22、 - 716 MHz729 MHz - 746 MHzFDDn20832 MHz - 862 MHz791 MHz - 821 MHzFDDn251850 MHz - 1915 MHz1930 MHz - 1995 MHzFDDn28703 MHz - 748 MHz758 MHz - 803 MHzFDDn342010 MHz - 2025 MHz2010 MHz - 2025 MHzTDDn382570 MHz - 2620 MHz2570 MHz - 2620 MHzTDDn391880 MHz - 1920 MHz1880 MHz - 1920 MHzTDDn402300 MHz -

23、2400 MHz2300 MHz - 2400 MHzTDDn412496 MHz - 2690 MHz2496 MHz - 2690 MHzTDDn511427 MHz - 1432 MHz1427 MHz - 1432 MHzTDDn661710 MHz - 1780 MHz2110 MHz - 2200 MHzFDDn701695 MHz - 1710 MHz1995 MHz - 2020 MHzFDDn71663 MHz - 698 MHz617 MHz - 652 MHzFDDFR1 中的 NR 工作频带（SDL、TDD、SUL 模式）NR 操作频段上行链路（UL）工作频段下行链路（

24、DL）工作频段双工模式BS 接收/UE 发送BS 发送/UE 接收FUL_low - FUL_highFDL_low - FDL_highn75N/A1432 MHz - 1517 MHzSDLn76N/A1427 MHz - 1432 MHzSDLn773300 MHz - 4200 MHz3300 MHz - 4200 MHzTDDn783300 MHz - 3800 MHz3300 MHz - 3800 MHzTDDn794400 MHz - 5000 MHz4400 MHz - 5000 MHzTDDn801710 MHz - 1785 MHzN/ASULn81880 MHz - 91

25、5 MHzN/ASULn82832 MHz - 862 MHzN/ASULn83703 MHz - 748 MHzN/ASULn841920 MHz - 1980 MHzN/ASULn861710 MHz - 1780 MHzN/ASULFR2 中的 NR 工作频带（TDD 模式）NR 操作频段上行链路（UL）和下行链路（DL）工作频段双工模式n25726500 MHz - 29500 MHzTDDn25824250 MHz - 27500 MHzTDDn26027000 MHz - 40000 MHzTDDn26127500 MHz - 28350 MHzTDD资料来源：ittbank，方正

26、证券研究所1.2.2NSA 作为过渡方案，SA 方案渐成主流NSA 作为过渡方案，SA 方案渐成主流。制定 5G 标准的 3GPP 将接入9第9页，共58页。网（5G NR）和核心网（5G Core）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。5G NR（new radio）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

27、景也就推出了 5G NR、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：NSA 没有核心网组，而 SA 相反，拥有自己的核心网络。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。在 SA/NSA 共存模式下，手机端搭载了三 条通道，2 条 5G 通道及 1 条 4G 通道。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 无线接入技术。图表7： 5G 网络架构演进资料来源：华为、方正证券研究所5G 三大场景定义万物互联时代：增强型移动宽带（eMBB）、海量物

28、 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。图表8： 5G 需求增多资料来源：36 氪，方正证券研究所由于在使用 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，10第10页，共58页。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。图表9： 2G 网络到 5G 网络，时延与速度的变化时延（Ms）速

29、度（Gbps）1.414.01.21.2012.1 12.01.010.00.88.00.66.00.491.30.44.00.280.20.122.00.090.00.20.30.40.02G3G3.5G4G5G资料来源：Skyworks，方正证券研究所图表10：全球 5G 频段分布资料来源：Yole，方正证券研究所1.2.35G 方案：Sub 6GHz 先行，mmWave 等待技术成熟中日韩和欧洲选择 sub 6GHz 方案，美国由 mmWave 转向 Sub 6GHz 方案。在 sub6GHz 中，韩国和日本是最主要的 Ultra LTE 频谱使用者。 两个国家都考虑使用 5G NR 扩

30、展 UHB 频谱。预计 UHB 5G 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。11第11页，共58页。图表11：世界各国在 sub 6GHz 频段分布图表12：世界各国在毫米波频段分布资料来源：Yole，方正证券研究所资料来源：Skyworks，方正证券研究所毫米波技术还未成熟，sub 6Ghz 在目前阶段具有成本优势。国内和

31、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，sub 6GHz 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 sub 6GHz 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 sub 6GHz。图表13：毫米波覆盖范围图表14：Sub 6GHz 覆盖范围资料来源：Google，方正证券研究所资料来源：Google，方正证券研究所毫米波

32、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。12第12页，共58页。图表15：5G NR 毫米波覆盖范围广资料来源：Yole、方正证券研究所2 射频前端产业趋势：创新叠出，孕育国产机会2.1 射频前端呈现模组化趋势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

33、体积，加快手机产品上市时间等。图表16：射频前端模组化方案PAPAPASwitchFliterFliterUHB PAMiDHB PAMiDHB PAMiDSwitchFliterFliterMB/HB PAMiDLB PAMiDPASwitchFliterFliterLNASwitchFliterDAxMLNASwitchFliterDAxMLNASwitchFliterDAxMSwitchFliterASMASMASMDiplexerMultiplexerTunerTunerTunerTunerTunerTunerDual connectivity and the use of UHBMo

34、re DL CA LNAintegrationLNAMore Bands More Filters FliterMHBUHB PAMiDLBIntegration & densification in PAMiDMore independent streamMove from diplexer to multiplexerGood path isolation, while enabling high CALNAFliterDAxMMore DL CA / 44 MIMO proliferation of DRxM44 MIMOAt least 4 antennaMain MB/HBMain

35、LBDiversity MB/HBDiversity LB资料来源：Yole、方正证券研究所13第13页，共58页。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、Div FEM 等低集成度方案，以及LNA Div FEM、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。图表17：射频前端模组按频率划分图表18：典型 5G 射频前端设计方案资料来源：Yole、方正

36、证券研究所资料来源：Yole、方正证券研究所模组集成器件集成度ASM射频开关、天线低FEM射频开关、滤波器低Div FEM集成 FEM中FEMiD射频开关、天线、双工器中PAiDPA、双工器中SMMB PA支持单模式多频带 PA中MMMB PA支持多模式多频带 PA中Tx ModulePA、射频开关中PAMiDFEMiD、MMMD PA高LNA Div FEMDiv FEM、LNA高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、

37、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。图表19：AiP 模组资料来源： Hindawi、方正证券研究所2.2 PA：GaAs 为主流技术，氮化镓技术处于导入期根据所用半导体材料不同，射频 PA 可以分为 CMOS、GaAs、GaN14第14页，共58页。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。CMOS PA 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

38、基于硅的标准CMOS 工艺制作，技术成熟且产能稳定。图表20：一二三代半导体性能比较CMOSGaAsGaN禁带宽度1.121.423.42击穿场强（106V/cm）0.60.73.5热传导率(W/cm.K)1.50.61.3电子迁移率(cm2/V.s)135085001500饱和电子速率(107cm/s)10.82.5材料成本低中高工艺发展情况成熟发展中初期资料来源：EETOP、方正证券研究所整理相比于第一代的硅（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

39、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GaAs PA，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。图表21：多级GaAs PA 和等效GaN PA 比较图表22：微波频率范围功率的工艺技术对比资料来源：analog、方正证券

40、研究所资料来源：analog、方正证券研究所全球最大 GaAs 晶圆代工服务厂商稳懋（Win Semiconductor）是该 市场上的龙头公司。根据 Strategy Analytics 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15第15页，共58页。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%。图表23：GaAs 供应链资料来源：稳懋，方正证券研究所整理供应链供

41、应链厂商砷化镓基板Freiberger, AXT Inc., Sumitomo砷化镓泵晶圆IQE, 全新, SCIOCS,Sumika, 英特磊, 联亚砷化镓 IC 设计Microsemi, 络达, RDA,立积砷化镓整 合元件厂Skyworks，Qorvo，博通， Lumentum， II-VI，Finisar砷化镓晶圆代工稳懋, 宏捷，環宇，联颖砷化镓 IC 封装同欣 , 菱生砷化镓 IC 测试全智, 日月光,硅格, 京元电砷化镓终端应用手机苹果,三星, LG,华为,OPPO,Vivo,HTC基站华为,爱立信,诺基亚，思科图表24：2018 全球GaAs 设备市场份额图表25：2018 G

42、aAs 代工厂市场份额雷神公司其他三菱电子1%12%2%M/A-COM3%Skyworks亚德诺半导体32%3%村田3%SEI 3%稳懋6%博通9%Qorvo 26%Qorvo2%其他10%GCS 8%宏捷科技9%稳懋71%资料来源：Strategy analytics，方正证券研究所资料来源：Strategy analytics，方正证券研究所16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 GaAs PA， 但是 Ga

43、N 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。第16页，共58页。图表26：中国 5G 基站GaN PA 市场规模预测（亿元）140121.71201071008068604032.7207.22.44.202017201820192020202120222023资料来源：TOPOLOGY、方正证券研究所稳懋 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 ID

44、M 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 36,00037,000 片。图表27：稳懋最近两年生产量和销售量资料来源：稳懋、方正证券研究所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

45、稳懋 的产品线可满足 100MHz 至 100GHz 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。17第17页，共58页。图表28：稳懋目前已进入量产的产品图表29：GaAs 代工竞争情况资料来源：稳懋 2018 年年报、方正证券研究所资料来源：GCS、宏捷科技、方正证券研究所产品应用领域1 微米 HBTOC-768, OC-192 光纤通讯/光纤网路元件中的发射器和接收器等主动元件2 微米 HBT手持行动通讯装置(Handsets)和无线区域网 路(WLAN)0.5 微米 pHEMTSwitch0.5 微米 power pHEMT卫星通讯、全球定位系统(GPS)、

46、有线电视调 频器(Cable TV tuner)、交通电子收费装置 (Electronic toll collection)、无线区域 性网路等0.15 微米 pHEMT卫星通讯(SATCOM and VSAT)、汽车业的自动 巡航和点对点基地台的联系0.1 微米 pHEMT公司稳懋宏捷科技GCS晶圆尺寸6 寸6 寸4 寸HBT 技术BiFETCDMA PALTE PAInGaP GSM PA CDMA PA OC-192InP OC-768其他技术BiHEMT、pHEMT、 VCSELBiHEMT、pHEMT、 VCSELpHEMT2.3 开关主要采用 RF-SOI 工艺射频开关主要应用 R

47、F-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。图表30：RF-SOI 工艺优势图表31：不同工艺射频开关性能比较SOIGaAsSiGe BiCOMSFt250200250击穿电压1V6V1V开关功率3W1W3W衬底损耗小小大PA 功率，PAE200mw，40%1W,40%200mW,40%工艺一致性和良品率好低好集成度高低高抗辐射强强弱制造成本低超高高18资料来源：格罗方德、方正证券研究所资料来源：半导体观察，方正证券研究所RF-SOI 之所以胜过 GeAs，成为射频开关芯片的主流制作方式，主

48、要 有四方面的原因：RF-SOI 更好地克服了Johnson 极限，解决效率与功率组合;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/线性度；（3）在逻辑与控制集成方面，MIPI 接口成为标准化配置；（4）RF-SOI 比其他方式成本更低，经济性更好。第18页，共58页。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

49、、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。图表32：中国 5G 基站GaN PA 市场规模预测资料来源：TOPOLOGY、方正证券研究所高通Qorvo村田开关LNAPA调谐器图表33：RF-SOI 的工艺供应链制程(nm)250180130/11065452212台积电格罗方德7RF/7SW(switch)8SW(switch)RFSOI45(毫米波)22FDX（低功率）12FDX华联电子中芯国际TowerJazzTPSOcSB18HC(Switch)(Switch/LNA)华虹宏力0.2m(Switch)意法半导体H9SOI(Sw

50、itch/Tuner/L NA)H9SOI(Switch/Tun er/LNA/PA)索尼、东芝(Switch/Tuner)(Switch/LNA)资料来源：Yole、方正证券研究所（注：括号内为相关公司工艺）图表34：RF-SOI 主要产品及应用资料来源：格罗方德、方正证券研究所45 RF-SOI8SW RF-SOI130 RF-SOI7SW RF-SOI规格制程45 nm130 nm130 nm180 nm应用集成毫米波X互联网宽带卫星终端相控阵前端XSub 6 GHzXX汽车雷达X4G LTE 和 3G 基 站XXX小基站XXX接入点X4G LTE 和 3G 智能手机平板XX物联设备XX

51、XX擅长领域开关开关、LNA、逻辑开关、 LNA, PA、逻辑LNA19第19页，共58页。2.4 滤波器由金属腔体向陶瓷腔体转变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

52、用的主流。图表35：不同介质腔体滤波器性能对比金属腔体滤波器陶磁介质滤波器规格300mm,与高相对介电常数有关50mm，与高相对介电常数有关介电损耗大小温度漂移特性差好工艺成熟，成本低目前成本较高，一旦实现量产，成本可大幅降低应用场景3G/4G 主流选择5G 时代成为主流资料来源：大富科技、方正证券研究所整理基站滤波器于 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。图表36：

53、两种基站滤波器性能比较金属腔体滤波器陶磁介质滤波器体积大小Q 值中等大损耗大较小成本低高使用场景2T2R/4T4R/8T8R5G 64T/64R20资料来源：大富科技、方正证券研究所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

54、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。第20页，共58页。移动电话基站数4G基站数4G基站增速图表37：中国移动电话基站发展情况（万个）900841120%800108%700667100%61960055954480%50046640035137260%49%32846%30026340%20017725%8520%10013%00%201420152016201720182019资料来源：工信部、方正证券研究所2.5 LNA：SiGe 工艺开始兴起SOI 为主流，SiGe 工艺兴起。LNA 工艺研发

55、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（SiGe HBT）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 SiGe LNA 中已有相对广泛的 运用。图表38：LNA 产品工艺性能对比资料来源：英飞凌，Skyworks，亚德诺,方正证券研究所英飞凌Skyworks亚德诺半导体型号BGA8U1BN6SKY65806-636LFADL5724噪

56、声系数（dB）1.61.22.1-2.4OP1（dBm）18-22N/A8OP3（dBm）10-15N/A2运行频率 GHz4.0-6.03.0-4.012.7-15.4面积（ 平方毫米）0.71.10.71.122采用工艺SiGeSOISiGe图表39： IInnffii英nnee飞oonn凌采采采用用用SiSGSiieGGe设e设计设计计LNLALNNAA资料来源：英飞凌，方正证券研究所资料来源：Infineon、方正证券研究所图表40： Ana亚log德A采n诺用al采oSg用iG采eS设用iG计eSi设LGNe计A设L计NALNA资料来源：亚德诺，方正证券研究所资料来源：Analog、

57、方正证券研究所资料来源：Infineon、方正证券研究所资料来源：Analog、方正证券研究所21第21页，共58页。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、SiGe PA、SiGe LNA 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 300mm 65nm RF SOI 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 20

58、20 年出货量会大幅增加。 目前TowerJazz 主要的客户为卓胜微、Qorvo、Murata。图表41：Towerjazz 的 SiGe 进展领先同行业厂商资料来源：Towerjazz,方正证券研究所35G 给射频带来价值量扩张3.1 手机端：单机射频价值量扩张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

59、高。图表42：射频前端部件价、量提升图表43：5G 给 PA、滤波器带来新的挑战资料来源：skyworks，方正证券研究所资料来源：skyworks,方正证券研究所2G3G4G5G$3$8$28$40滤波器5滤波器10滤波器30开关10开关30Bands404CA DL/2CAUL4CA DL/2CAUL44 MIMO88 MIMO峰值1Gbps22第22页，共58页。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。图表44：射频元器件市场不断增长资料来源：高通、方正证券研究所毫米波 5G 射频方案进入商用阶段。三星 Note10+

60、5G 和 S10 5G 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模块QTM052。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 毫米波天线模组。2018 年 7 月，QTM052 首次发布，可与高通 X50 5G 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，内置四个天线能