射频前端芯片行业研究:手机销量持稳,看好国产模组替代趋势

射频前端芯片行业研究:手机销量持稳,看好国产模组替代趋势(报告出品方/作者:东吴证券,马天翼、周高鼎)1. 手机无线通信的核心:手机射频前端1.1. 射频前端是移动终端设备中实现无线通信的核心模块(1

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(报告出品方/作者:东吴证券,马天翼、周高鼎)

1. 手机无线通信的核心:手机射频前端

1.1. 射频前端是移动终端设备中实现无线通信的核心模块

(1)射频前端是将数字信号向无线射频信号转化的基础部件,也是无线通信系统 的核心组件。 射频前端指位于射频收发器及天线之间的中间模块,其功能为无线电磁波信号的 发送和接收,是移动终端设备实现蜂窝网络连接、Wi-Fi、蓝牙、GPS 等无线通信 功能所必需的核心模块。射频前端与基带、射频收发器和天线共同实现无线通讯 的两个本质功能,即将二进制信号转变为高频率无线电磁波信号并发送,以及接 收无线电磁波信号并将其转化为二进制信号。

(2)射频前端是智能终端产品的重要组成部分。射频前端包含射频功率放大器、 射频开关、天线调谐开关、滤波器和双工器(多工器)、低噪声放大器等射频器 件。在无线移动终端设备中的信号发射、接收链路中,射频前端芯片通常以集成 了前述不同器件的模组形式进行应用,例如信号发射链路中的射频功率放大器模 组,以及信号接收链路中的接收端模组。

器件传输信号的过程:当手机接收信号时,天线首先接收到射频信号,然后通过 一系列处理步骤对信号进行精确而复杂的处理,整个射频部分涉及到滤波、放大、 混频、解调和调制等多个环节和组件的协同工作。这些步骤和处理确保了手机通 讯的稳定性、可靠性和高质量。

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1.2. 滤波器和放大器在手机射频前端价值量占比高

射频前端由多种器件组成。其中,滤波器的价值量占比较高,达到 53%,其次为 功率放大器(33%)、开关(7%)等。射频前端,主要包括射频开关(RF switch)、功率放大器(Power amplifier)、滤波器(Filter)、低噪声放大器 (Low noise amplifier,LNA)、双工器(Duplexer)等单元。滤波器可以减少干 扰和噪音,保证信号质量;而放大器则可以放大信号,提高信号强度。此外,功 率放大器也是非常重要的一个组件,能够将低功率的信号变成高功率的信号,使 信号能够在广泛的范围内传递。根据 Yole Development 数据,在射频前端领域, 滤波器和放大器预计在 2028 年市场规模分别增长至 122 亿和 45 亿美元。

(1)滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一,其在射频前端器件中价值占 比大,量产壁垒也较高。滤波器(Filter),是射频前端中重要的分立器件,使信 号中特定频率成分通过而尽可能衰减其他频率成分,从而提高信号的抗干扰性及 信噪比。目前在手机射频市场中主要采用声学滤波技术。

根据工艺技术的不同,滤波器主要分为压电滤波器和 LC 滤波器。压电滤波器主 要包含 SAW 滤波器和 BAW 滤波器,即声表面滤波器和体声波滤波器,这两者为 市场主流。

SAW 滤波器制作工艺简单,性价比高,主要应用于 GHz 以下的低频滤波,而 BAW 滤波器插损低,性能优秀,可以适用于高频滤波,但工艺复杂,价格较高。

由于工艺复杂度、技术以及成本的限制,目前通信标准下更多射频前端采用 SAW滤波器。但 5G 渗透率的提升将推动 BAW 滤波器凭借其优异的性能和对高频的支 持成为手机射频前端的主流器件。

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(2)功率放大器是射频系统的核心部件之一,它决定了手机等无线终端的通讯距 离和信号质量。射频功率放大器作用是把射频信号放大,使信号馈送到天线发射 出去,从而实现无线通信功能。功率放大器的性能提升主要来自于材料工艺的提 升,目前已经经历了 CMOS、GaAs、GaN 的三大技术演变。 射频功率放大器主流工艺采用 GaAs 材料,占比达 95%以上,GaN 为原材料的高 端工艺有望持续渗透。目前手机上的功率放大器主要运用第二代化合物半导体 GaAs,部分功率放大器则采用 Si、Ge 工艺的 CMOS;2G 手机曾采用 CMOS 工艺, 3G/4G/5G 则采用 GaAs 工艺,而 GaN 或将成为高频、大功率应用的方案。

(3)射频低噪声放大器作用是减少噪声引入,SOI 工艺占比过半。射频低噪声放 大器的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大,尽量减少噪声的引入,在移动 智能终端上实现信号更好、通话质量和数据 传输率更高的效果。射频低噪声放大 器产品采用 SiGe、RF CMOS、RF SOI、GaAs 等材料及相应工艺,主要应用于智 能手机等移动智能终端。

(4)射频开关实现射频信道的收发切换,主流工艺为 SOI,占比 90%以上。射 频开关主要用于控制射频信号通道转换,广泛应用于智能手机等移动终端。 射频开关由传导开关和天线开关两部分组成。传导开关可以将多路射频信号中的 任一路或几路通过控制逻辑连接,以实现不同信号路径的切换,如接收与发射的 切换、不同频段间的切换等。天线开关与天线直接连接,用于调谐天线信号的传 输性能使其在任何频率上均达到效率,抑或交换选择性能好的天线信道。天线开 关的技术难度高于传导开关,因其耐压要求高,导通电阻和关断电容对性能影响 很大,因此有更高的设计和工艺要求。

1.3. 产业链分为 Fabless 和 IDM 模式

射频前端产业链上下游包括原材料供应、射频前端芯片设计厂商、移动智能终端 设备制造商。其中,芯片设计厂商主要负责射频前端分立器件、射频前端模组的 设计 研发,模组普遍外包给 SiP 封装厂商进行封装。晶圆制造商和封装测试厂的 工艺水平、生产管理水平和产能对芯片的良率和交货周期影响较大;下游客户的 需求直接决定了芯片设计厂商的芯片产品销量。

射频前端行业的商业模式分为 Fabless 模式和 IDM 模式。在 Fabless 模式下,三 大分工环节分别由专业化的公司分工完成,此模式中主要参与的企业类型有芯片 设计厂商、晶圆制造商、外包封测企业;IDM 模式具有各种射频元件的完整制造 技术与整合能力,可以提供射频前端整体解决方案,降低了开发难度,受到手机 OEM 厂商的青睐。海外大厂多数采用 IDM 来形成技术壁垒。

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2. 5G 渗透率提升,模组产品是主要增长点

2.1. 5G 手机占比持续增长,终端推动射频需求提升

5G 手机渗透率提升,预计 2026 年渗透率可提升至 60%以上,推动射频前端发展。 近年来,中国 5G 手机出货量整体呈现增长趋势,目前占据手机市场主导地位。 2023 年 12 月,5G 手机 2420.0 万部,同比增长 4.2%。2023 年 1-12 月,5G 手机出 货量 2.40 亿部,同比增长 11.9%。根据 Yole Development 数据,2019 年全球 5G 手机出货量为 3100 万台,占全部出货量 2.24%;2022 年达到了 6.03 亿台,占比 49.06%;预计 2028 年能达到 11.16 亿台,占比达 82.06%;2022 至 2028 年 5G 手 机出货量年复合增长率为 10.8%。5G 手机渗透率的提升也为手机射频前端器件的 需求量及价值量提供了增长点。

2023 年 1-12 月,5G 手机上市新机型 214 款,占同期手机上市新机型数量的 48.5%。

2.2. Phase 方案持续升级,分立器件需求量增长

射频前端架构的变化,总体可以总结为如下五个阶段: 第一阶段:在 2014 年之前,LTE 商用的三年中,所使用的方案可以称之为 Phase 1 方案,没有正式的命名,只是相对于 Phase2 而言,把它叫做 Phase1. 第二阶段:2014 年,MTK 定义了射频前端 Phase2 方案。Phase2 与 Phase1 的差别 在于:1) 将 Phase1 的 2G PA,与 ASM(Antenna Switch Module,天线开关模组) 整合,形成 TxM(Transmitter Module,发射模组);2) 将 4G 频段的 PA 整合,形 成 4G MMMB PA(Multi-Mode, Multi Band Power Amplifier Module); 第三阶段:2015-2016 年,4G 持续普及,MTK 定义了 Phase3 及 Phase5 来支持不 同的 CA 场景。1) Phase3 可以支持 2 下行 CA 及带内上行 CA;2) Phase5 利用多工 器的引入 ,又将 CA 能力提升到了 3 下行 CA 及带间上行 CA。 第四阶段:2016 年 ,MTK 推 出 Phase6 PAMiD(PA Module integrated with Duplexer,即 PA 滤波器集成模组)方案。MTK 对 Phase6 进行成本优化,去掉冗 余载波和滤波器,升级到更贴合中国市场的 Phase6L(Phase6 Lite)方案。 第五阶段:2018 年,5G 商用前夕,MTK 在对协议、运营商、终端客户及器件厂 商的信息综合分析后,先后定义了 Phase7/Phase7L/Phase7LE 方案。

5G 传输速率更高,推动 Phase 方案的不断升级:按照华为提出的标准,5G 应当 实现比 4G 快十倍以上的传输速率,即 5G 峰值网络速率达到 10Gbps。根据香农 定律,5G 时代传输速率主要有两种提升途径: 1)通过解锁高频段频谱,获得更 大带宽。从天线角度讲,4G 的使用频段一般在 700MHz 到 2700MHz 范围,而 5G的高频段将在几 GHz 到几十 GHz 级别的毫米波频段上;2)使用 MIMO 和载波 聚合技术,更高效利用频谱资源。但无论哪一种,对于频段的通道数的需求都是 增加的,这也是推动射频器件在 5G 时代增长的主要动能之一。

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5G 手机所需覆盖的频段数量逐渐增加。2G 时代,通信制式只有 GSM 和 CDMA 两种,射频前端采用分立器件模式,手机支持的频段不超过 5 个;3G 时代,由于 手机需要向下兼容 2G 制式,多模的概念产生了,手机支持的频段最多可达 9 个; 4G 时代的全网通手机所能够支持的频段数量迅速增加到 37 个。

频段数增加推动单机射频前端器件数量上升。为支持更多频段,手机需要增加接 收通道和对应的射频芯片。但是为了降低成本和减少芯片面积,手机通常会采用 一个接收通道支持相邻的多个频段,并在射频前端增加开关来实现对不同频段信 号的接收和发射。由于 5G 频段需要向 4G LTE 兼容,预计 5G 手机所支持的频段 将在 4G LTE 66 个频段的基础上再新增 50 个频段,全球 2G/3G/4G/5G 网络合计支 持的频段将达到 110 个以上。因此,相对于 4G 旗舰机,5G 手机需要更多的射频 组件数量。

不同价位的 5G 手机新增频段数量不同。除了支持必备的 3 个频段,中高端机也会 支持其他 5G NR 频段。高端机支持的 5G 频段数量多,比如 iPhone 12(A2408) 支持 17 个 5G NR 频段,Mate 40 5G 版支持 11 个 5G NR 频段;而低端机支持频段 数量较少,售价 1399 元的 Redmi Note 10 版仅支持 3 个 5G NR 频段—— N1/N41/N78。

载波聚合和 MIMO 技术为射频前端市场增长提供新机遇。频谱资源有限,大多数 运营商没有足够宽的连续频谱以充分发挥高速数据业务的优势,甚至在一个 LTE 频段内只拥有 5MHz、10MHz 或 15MHz 的频谱资源。因此,增加传输带宽的技术 ——载波聚合(CA)开始应用。载波聚合技术的应用也对滤波器设计产生影响。 载波聚合(CA)是将 2 个或更多的载波(CC)聚合在一起以支持更大的传输带宽 (最大为 100MHz)。LTE-A 移动台使用多个载波单元进行数据收发的同时,为 了满足系统的后向兼容性,根据 LTE-A 系统的有关配置,LTE 移动台可以在其中 的某一个载波单元上收发信息。简而言之,载波聚合就是在满足一定前提条件下, 把不连续的 LTE 频段合成一个“虚拟”的更宽的频段。

载波聚合将能使用的所有载波/信道绑在一起,增加频谱的宽度,最大限度地利用 现有 LTE 设备和频谱资源,带来传输速度提升和延迟的降低。同时,载波聚合还 能有效改善网络质量,提升吞吐量,使网络负载更加均衡,尤其是在负载较重的 时候效果会更明显。 最早的载波聚合方案只结合了两个 CC(载波单元)。为了提供更快的数据服务并 最大限度利用碎片化的频谱分配,许多网络运营商开始添加三个或更多频段的组 合。例如,韩国 SK 电讯已经开始商用部署可聚合 5 个载波的 4.5G 网络,这 5 个 成员载波所在的频段分别是:800 MHz、1800 MHz、2100 MHz、2600 MHz 频段。 该类型 4.5G 网络的峰值下行速率可高达 700 Mbps。展望未来,3GPP 正在研究的 规格预期能够支持多达 32 个 CC,数据速率更快。 载波聚合技术将推动驱动滤波器及 Tuner 用量及性能提升。载波集合技术提升使 滤波器(多工器)、天线开关的需求量及性能要求提升。实现载波聚合需要多个 频段同时通信,射频前端需要支持天线和收发器之间的多条发射/接收路径,这些 路径的隔离需要多路复用滤波器或者物理分离天线,物理分离天线驱动射频开关 (包含 Tuner 和 Switch)数量增长,同时载波聚合机型需要复杂的滤波器如同向 双工器、三工器、四工器甚至更高的多工器。同时这些滤波器需要具备低插入损 耗,从而使发射端功耗降低并且提升接收灵敏度。

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载波聚合技术的应用对滤波器性能提出了更高的要求。在远距离频带的聚合中, 同向双工器的分隔会导致额外损耗,这种损耗需要通过低损耗滤波器来进行补偿。 此外,需要规划滤波器阻带的衰减,以确保其他聚合频带得到充分的衰减。最后, 在相邻频带中,需要采用更复杂的多工器来满足需求。 MIMO 技术也是提高传输速度的重要途径。MIMO 技术可以使用多个收发天线来 提高手机的传输速度、提升手机信号质量。天线数量的增加要求射频前端增加信 号通路数量和提高通路复用能力。 MIMO 技术发展促进驱动接收器件及 Tuner 用量增长。4*4 MIMO 将在 5G UHB (高频段,N77/N78/N79)普及。 4G LTE 主要应用 2*2 MIMO,即基站侧有两根 天线,手机侧也有两根下行天线;而 5G 高频段 4*4MIMO 成为标配,即基站侧有 四根天线,手机侧也有四根下行天线,8×8 MIMO 也将普及。5G UHB 频段应用了 4*4MIMO 技术,与 4G 频段相比 RX 通路数量翻倍。4G 及 3GHz 以下的 5G 频段 大多数采用 2*2MIMO,采用 1 发射 2 接收架构(1T2R),每个频段拥有两条接收 通路(其中 1 条为分集接收通路);5G UHB 采用 4*4MIMO,采用 1 发射 4 接收 (1T4R)或者 2 发射 4 接收(2T4R),每个频段拥有四条接收通路(其中 2~3 条 为分集接收通路),与 4G 频段相比 RX 通路数量翻倍,相应的射频前端增量翻倍。 4*4MIMO 增加了天线用量,天线调谐开关(Tuner)用量快速提升。5G 天线变小 叠加全面屏的影响,天线的效率和带宽有所降低。因此 5G 手机需要天线调谐器对 天线进行调谐,使天线在多个频段内高效率工作。因此 5G 渗透率提升将推动天线 调谐开关(Tuner)市场规模快速增长。

2.3. 模组化趋势加深,是未来主要增长点

2.3.1. Phase5N 与 Phase7 持续渗透,Phase8 助力模组增长

Phase 方案升级推动模组化趋势加深。为了适应手机轻薄化的趋势,滤波器等器 件需求的增长不能只依赖于数量的增加,这对器件的集成度提出了更高的要求。 分离方案较长的调试周期和成本,使得射频前端模组化发展显得尤为重要。从 4G 时代开始,高通推出 MDM9615“五模十频” 基带使得一部手机可以在全球几乎 任何网络中使用,从而促进了射频龙头厂商推出集成化度更高的射频前端产品, 这一趋势在 5G 时代得到了延续。射频前端模组是将射频开关、低噪声放大器、滤 波器、双工器、功率放大器等两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组,从 而提高集成度与性能并使体积小型化。根据集成方式的不同可分为 DiFEM(集成 射频开关和滤波器)、 LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)、 FEMiD(集成射频开关、滤波器和双工器)、 PAMiD(集成多模式多频带 PA 和 FEMiD) 等模组组合。

Phase5N 和 Phase7 是 5G 智能手机目前主流的两种射频前端方案,目前旗舰手机 与高端手机主要应用 Phase 7 方案,中端及入门机主要使用 Phase 5N 方案,射频 前端一直向模组化方向发展,Phase8 系列方案正逐步推进。Phase 系列射频前端 伴随了整个 4G 的发展,占据了整个 4G 市场约 80%的市场份额。

Phase8 方案是 MTK 联合器件厂商、终端厂商自 2021 年就着手定义的全新 5G 射 频前端方案。经过一系列优化,拥有更高集成度的 Phase8 方案成为真正 5G 适用 优化的射频前端方案。Phase8 与 Phase8M 方案的目标市场是高端及旗舰手机,方 案强调强大的射频能力,以及完整的 CA、EN-DC 支持,采用 Low band 及 Mid/High Band 两颗 L-PAMiD 构成完整方案,并且采用如 DS-BGA 等更先进的封 装,来实现更小的器件尺寸。与此相对应,成本并不是 Phase8 与 Phase8M 方案 优化的主要目标。 Phase8L 方案考虑的是处于 2,000-4,000 人民币价位带手机的需求:支持合理的 5G CA 及 EN-DC 能力;采用 All-in-one 的方式进行设计,只需一颗就可以进行 Sub3GHz 全频段覆盖。由此可以实现性能与成本的完美平衡。

2.3.2. 集成复杂度不断提高,模组趋势加深

发射端的模组化进程可以分为五个发展阶段,集成复杂程度不断提高。

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1)PA 与 LC 型滤波器的集成。主要应用在 3GHz~6GHz 的新增 5G 频段,典型的 产品是 n77、n79 的 PAMiF 或者 LPAMiF。由于新频段频谱相对比较“干净”,所以 对滤波器的要求不高,因此 LC 型的滤波器(IPD、LTCC)就能满足需求,其技 术和成本均由 PA 掌控。

2)PA 与 BAW(或高性能 SAW)的集成。典型产品是 n41 的 PAMiF 或者 Wi-Fi 的 iFEM 类产品,频段在 2.4GHz 附近。这类产品的频段属于常见频段,由于工作 在 2.4GHz 附近,频段非常拥挤,典型的产品内需要集成高性能的 BAW 滤波器来 实现共存。这类产品由于滤波器的功能并不复杂,PA 仍有技术控制力;但在成本 方面,滤波器可能超过了 PA。

3)LowBand 发射模组。LB (L)PAMiD 通常集成了 1GHz 以下的 4G/5G 频段(例如 B5、B8、B26、B20、B28 等等),包括高性能功率放大器以及若干低频的双工器; 在不同的方案里,还可能集成 GSM850/900 及 DCS/PCS 的 2GPA,以进一步提高 集成度。低频的双工器通常需要使用 TC-SAW 技术来实现,以达到最佳的系统指 标。根据系统方案的需要,如果在 LB PAMiD 的基础上再集成低噪声放大器 (LNA),这类产品就叫做 LB LPAMiD。这类产品的复杂度已经比较高:PA 方 面,需要集成高性能的 4G/5GPA,有时候还需要集成大功率的 2GPA Core;滤波 器方面,通常需要 3~5 颗使用晶圆级封装(WLP)的 TC-SAW 双工器。总成本的 角度来看(假设需要集成 2GPA),PA/LNA 部分和滤波器部分占比基本相当。

4)FEMiD。FEMiD(Front End Modules integrated Duplexers)指把滤波器组、开 关组和双工器通过 SIP 封装在一枚芯片中。FEMiD 产品通常需要集成 LTCC、SAW、TC-SAW、BAW(或性能相当的 I.H.PSAW)和 SOI 开关。三星、华为等手 机大厂曾大量使用这类产品在其中高端手机中。有竞争力的 PAMiD 供应商主要集 中在北美地区;出于供应链多样化的考虑,一些出货量非常大的手机型号,就可 能考虑使用 MMMB(Multi-Mode Multi-Band) PA 加 FEMiD 的架构。MMMB PA 的合格供应商广泛分布在北美、中国、韩国,而日本村田的 FEMiD 产能很大(主 要表现在 LTCC 和 SAW)。从技术的角度看,FEMiD 的实现难度并不高。

5)M/H (L)PAMiD。M/H 通常覆盖的频率范围是 1.5GHz~3.0GHz。这段频率范围 最大的特点就是“拥挤”和“干扰”,因此需要高性能 BAW 滤波器的加入。由于这个 频率范围商用时间较长,该频率范围内的 PA 技术相对比较成熟,核心的挑战来自 于滤波器件。

接收端的模组化进程也可以分为五个发展阶段,集成器件量和技术难度不断提升。

1)使用 RF-SOI 工艺在单颗 die 上实现了射频 Switch 和 LNA。这类产品主要的技 术是 RF-SOI,在 4G 和 5G 都有一些应用。 2)使用 RF-SOI 工艺实现 LNA 和 Switch 的功能,然后与一颗 LC 型(IPD 或者 LTCC)的滤波器芯片实现封装集成。LC 型滤波器适合 3~6GHz 大带宽、低抑制 的要求,适用于 5G NR 部分的 n77/n79 频段。这类产品也是 SOI 技术主导,主要 应用在 5G。 3)接收模组开始需要集成若干 SAW 滤波器,集成度越来越高。通常需要集成单 刀多掷(SPnT)或者双刀多掷(DPnT)的 SOI 开关,以及若干通路支持载波聚合 (CA)的 SAW 滤波器。 4)MIMO M/H LFEM。主要是针对 M/H Band 的频段(例如 B1/3/39/40/41/7)应 用了 MIMO 技术,增加通信速率,在一些中高端手机是属于入网强制要求。技术 角度出发,这类产品以 RF-SOI 技术实现的 LNA 加 Switch 为基础,再集成 4~6 个 通路的 M/H 高性能 SAW 滤波器。国际厂商在这些频段已经开始普遍使用 TCSAW 的技术,以达到好的整体性能。 5)H/M/L 的 LFEM。这类产品以非常小的尺寸,实现了 10~15 路频段的滤波 (SAW Filter)、通路切换(RF-Switch)以及信号增强(LNA),在 5G 项目上能 帮助客户最大程度地压缩 Rx 部分占用的 PCB 面积。

模组化趋势加深,模块化射频前端价值将超过分立射频器件价值的总和。5G 终端, 集成的射频前端 RF 套片的价格甚至将超过主芯片,成为手机主板中重要的器件。 目前 4G 全网通手机前端 RF 套片的成本已达到 8-10 美元,含有 10 颗以上射频芯 片,包括 2-3 颗 PA、2-4 颗开关、6-10 颗滤波器。由于成本限制,当前仅中高端 手机以模组形式为主,而低端手机仍然会以分立器件为主。高端旗舰机支持全球 频段,模块化程度高(PAMiD 或者 FEMiD + MMMB PA);而中低端机为了优化 成本通常采用区域性机型,模块化程度较低。分品牌来看,品牌定位越高端,集 成度越高,iPhone 的射频前端集成度高于安卓机;安卓机里,三星的集成度高于 华为等国产机。

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3. 海外龙头市场地位强劲,国内企业发展前景广阔

3.1. 美日四大厂商占据射频前端全球市场垄断地位

目前,美日四大射频前端厂商 Skyworks、Qorvo、Qualcomm 和 Broadcom 占据 了全球射频前端市场的 90%以上的份额。射频前端领域设计及制造工艺技术门槛 较高,国际领先企业起步较早,在技术、专利、工艺等方面积累了资本、人才等 竞争优势;并且通过一系列产业整合拥有完善全面的产品线布局,夯实雄厚的高 端产品研发实力,因此在全球市场上有很强的竞争力。

四大厂商通过横向并购谋求产业链集成优化,并利用规模优势获取更多的市场话 语权、更低的制造成本。Qorvo 由当时射频前端市场排名第二的 RFMD 和第三的 TriQuint 平等合并而成,RFMD 擅长 GaAs 技术,TriQuint 擅长 BAW-SMR 技术, 两家公司优势互补。Broadcom 源自于原 HP 的半导体部门,于 1999 年从 HP 分拆 出安捷伦公司。Skywork 是在 2002 年由专注于二极管的 Alpha 与 Conexant 的无线 通信部门合并而成,继承了 Conexant 在 Rockwell 军工领域的丰富 PA 技术积累。 Murata 最初以无源器件滤波器和电感起家,之后通过一系列收购在 2005 年后拓展 了其产品线。2012 年和 2014 年,Murata 分别收购了 Renesas 和 Peregrine 的 PA 产 品线,但其核心仍然是在无源器件领域,致力于打造业界标杆的 SAW 滤波器。

四大射频巨头中,思佳讯与 Qorvo 营收主要来自前端模组,产品类型中,而博通 及村田业务则涉及各类 IC、软件、被动元件和封装等,业务规模庞大。

滤波器市场(53%):滤波器通过 RF-MEMS 工艺制造,量产技术门槛极高,全 球滤波器市场高度集中,主要为 Avgao、Qorvo、Skyworks、Murata、TDK、太 阳诱电和 WISOL 等美日韩系国外厂商所垄断。全球来看,SAW 滤波器的主要供 应商是 Murata 及 TDK,两者合计占有 60-70%市场份额;BAW 滤波器的主要供应 商被 Avago 及 Qorvo(Triquint)垄断,两者占有 90%以上市场份额。

功率放大器市场(33%):美国三大厂商占据 93%的市场份额;PA 为结构最复杂 的前端核心器件,由于 5G 带来的天线以及滤波器组件的增加,终端内部空间减少,为 PA 多频段设计带来挑战。模组化趋势为体积减少以及设计流程简化做出贡献, 据 Yole 预计,2025 年 PA 类模组规模将达到 89.31 亿美元,成为射频前端最大细 分市场。 开关及其他组件(10%):思佳讯、Qorvo 主导其他射频器件市场。射频开关技 术难度低,市场龙头厂商思佳讯和 Qorvo 均为综合性射频器件及设计方案提供商, 模组化实力强劲。

3.2. 国内厂商蓄势待发,国产替代加速

3.2.1. 国内下游终端发展迅猛,国产替代迫在眉睫

国产手机出货量仍呈增长态势,高端机或千元机对射频器件都有刚性需求。近些 年来,国产手机不断发力,中国是智能手机最大的需求市场。根据 Canalys 预测, 2024 年全球智能手机出货量将达到 12 亿,同比上涨 4%。同时在一些低端机上, 部分前端射频器件已经实现国产替代。

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国内智能手机厂商迅速崛起,2023 年全球智能手机销售量达到 11.7 亿部,国产品 牌小米、OPPO、传音分列三至五名,三者销量之和达到 3.4 亿部,占比超过 30%。 伴随着国产手机高端化趋势,对具有更高性能的射频器件需求也将提升。

与此同时,贸易摩擦使国内手机厂商对技术自主可控的需求愈加强烈。在最新推 出的 MATE20 X 5G 版拆解中已经可以看到多款海思射频前端芯片:Hi6D03 (MB/HB PAM) 、Hi6365(RF Transceiver) 、Hi6H11(LNA/RF switch) 、 Hi6H12(LNA/RF switch)和 Hi6526(PMIC)。尽管目前海思射频前端芯片集成 度不高,但是可以看出华为近年在减少美国供应商依赖方面的努力,预计华为手 机采用海思自研的芯片会更多,集成度也有望进一步提高。

3.2.2. 国内 5G 技术领先,推动产研结合

中国通过引领 5G 技术也将促进国内产研结合,推动国内产业链完善。 在 2G 时代,欧洲的 GSM 的开放性战胜了美国的 CDMA,成为了当时的领导者。 进入 3G 时代,欧洲与日本联合研发的 WCDMA 再次战胜了美国的 CDMA2000 与 WiMAX,取得领先地位。中国在这个时期通过 TD-SCDMA 紧随 3G 技术的步伐, 但仅限于追随者的角色。进入 4G 时代,CDMA 基本退出历史舞台,爱立信主导 下的 LTE 领跑了 4G 时代。在这一时期,华为与中兴借助 TD-LTE 和 FDD-LTE 的 融合取得了局部优势,成为了 4G 时代的三强之一。

5G 时代将由中国与欧洲共同引领行业标准。在 5G 标准的制定过程中,IMT2020 联盟已经成为仅次于欧洲 METIS 和 5GPP 的重要标准组织,其实质是华为和中兴 为了对抗爱立信和诺基亚,以谋求领先于美国的 IEEE。2017 年 3GPP RAN 第 187 次会议上中国华为推荐的 Polar Code(极化码)方案获得认可,意味着以华为为代 表的国内厂商在 5G 前期已经取得主导地位。

3.2.3. 国内厂商市占率低,成长空间大

目前手机中所有核心器件都完成了国产化,只有射频器件仍然 95%由欧美厂商主 导,尚未有亚洲厂商可以进入市场。近几年国内射频的公司也取得了很大的突破。 一些有历史背景的公司如德清华莹、好达等产品在手机品牌客户加速认证,一些 有海外经历的创业公司如 Vanchip、卓胜微、瑞宏和瑞石等也取得了非常快速的成 长。在 switch、sawfilter、PA 和上游晶体材料上面将持续推进国产化替代。 较之海外以 IDM 为主,当前国内厂商普遍选择 Fabless 模式。相比于 IDM, Fabless 门槛更低、扩产相对容易且风险较小。为寻求技术突破,国产厂商将有向 IDM 转型的趋势。

滤波器是中国厂商进军手机射频前端的最大门槛。滤波器的研发涉及到 EDA、设 计和工艺,以及封装技术。为了在这一领域取得突破,公司需要建立自己的生产 线,向 IDM 模式转型。

3.2.4. 国内厂商持续研发,技术突破可能性高,5G 模组是主要增长点

目前我国上市公司中已有麦捷科技、信维通信及顺络电子公司涉足滤波器研发生 产。其中麦捷科技 2016 年通过定向增发募集 8.5 亿布局终端 SAW 滤波器领域; 信维通信则在 2016 年成立子公司深圳市信维微电子有限公司,专注终端滤波器、 功放、开关等射频前端元件技术研发与生产;顺络电子则自 2015 年便每年坚持滤 波器、双工器、天线等射频元件研发投入,争取打入这一领域。预计在国家政策 支持与企业自身努力基础上,国内厂商在滤波器市场份额将不断提升,射频芯片 国产化也将成为现实。

射频前端芯片行业研究:手机销量持稳,看好国产模组替代趋势

国内多数厂商已具备 5G 模组生产能力。国内厂商与海外厂商的发展路径相同, 主流厂商先将单一器件发展到行业龙头水平,再通过并购完成分立器件到模组化 产品的转化。国内厂商也正在向模组化方向发展,例如,卓胜微从接收端模组逐 步探索发射端模组业务,产品已囊括 DiFEM、LFEM、LNA BANK、L-DiFEM、 L-PAMiF、 L-FEMiD、MMMB PA 等模组产品。唯捷创芯的 4G 分立方案、Sub6G 模组已进入国内几乎所有手机品牌客户,L-PAMiD 模组也已实现批量量产出货; 慧智微电子凭借 Sub-6G 双频 L-PAMiF 实现了对 OPPO 5G 手机的出货;昂瑞微电 子从 2G CMOS PA 扩展至 Phase5N MMPA、Sub-6G 模组以及难度最大的 LPAMiD 模组。

4. 框架&产业现状

4.1.5G 趋势下,随着方案变化的模组是行业新趋势

5G 手机渗透率不断提升, 5G 频段数量保持稳定,频段下的模组技术正在经历结 构化升级,是行业新增长方向。 手机射频前端市场的竞争格局相对稳定,主要厂商已经基本确立,手机销量也呈 现出相对稳定的趋势。射频行业的发展和增长将更多地依赖于模组技术的进步和 应用,模组技术的发展将成为手机行业发展的重要趋势和关键因素。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】。未来智库 – 官方网站

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