射频前端芯片国产化机会：受益5G终端需求增加.pdf

谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 1 证券研究报告 行业 研究 /深度研究 2019年 10月 08日 电子元器件 增持（维持） 集成电路 增持（维持） 王林 执业证书编号： S0570518120002 研究员 wanglin014712htsc 胡剑 执业证书编号： S0570518080001 研究员 021-28972072 hujianhtsc 刘叶 执业证书编号： S0570519060003 研究员 021-38476072 liuyehtsc 1电子元器件 : Mate 30 销售火热， VR 终端如期而至 2019.10 2电子元器件 : 华为重构想象，光学和天线超预期 2019.09 3电子元器件 : 新机纷至沓来， 3C 产业链热度不减 2019.09 资料来源： Wind 射频前端芯片国产化机会 受益 5G 终端需求增加 核心观点 5G 手机终端需要在 4G 基础上，支持 sub-6GHz、毫米波等频段。 5G NR新频段的加入，将带动射频前端芯片价值量的提升， Yole 预计 2023 年全球射频前端市场规模将增长至 350 亿美元， 2018 年至 2023 年 CAGR 达14%。同时华为等国产手机厂商市场份额的提升将为国产射频前端芯片的使用提供更好的平台，国内射频前端芯片厂商将进入快速发展期。 终端对射频前端芯片的需求增加 随着手机的频段不断增加，智能手机需要接收更多频段的射频信号， 5G 单个智能手机所需的射频开关、 PA、 LNA、滤波器、双工器等数量将显著上升，未来全球射频前端市场规模将迎来大规模增长。射频前端芯片数量的增加及全面屏对体积压缩的需求，将促进射频前端芯片的模组化封装。 5G 换机潮将拉动射频前端芯片的需求 华为于 7 月 26 日发布首款国行 5G 手机 Mate 20 X 5G，是全球 首款 支持SA 和 NSA 两种主流 5G 组网方式的 5G 双模手机，定价 6199 元，低于市场预期。 9 月 19 日，华为在德国慕尼黑发布的 Mate 30 5G 手机，是另外一款 同时支持 SA 及 NSA 5G 双模，适配国内三大运营商的 5G/4G/3G/2G 频段 。 价格区间下探有望促进 5G 手机换机潮，预计今 明 两年各大手机厂商将有多款中高端 5G 手机推向市场。 射频前端芯片国产替换正当时 目前射频前端芯片市场主要被 Skyworks、 Qorvo、博通、村田等几大国际巨头垄断，国内自给率较低。随着以华为、小米等为代表的国内 手机终端厂商全球市场份额的提升，对于上游供应链的把控和 “国产替代 ”需求将为国内射频前端芯片厂商提供试用平台。射频前端芯片投入相对较小、工艺制程也相对简单，有利于国内厂商重点突破。目前已经涌现出卓胜微、汉天下、唯捷创芯、无锡好达、三安光电等一批优秀的国内厂商，我们看好未来射频前端的国产替代机会。 投资建议 建议 关注国内射频前端芯片的龙头企业卓胜微，积极布局化合物半导体代工的三安光电，参股 SAW 制造商瑞宏科技的天通股份，以及拥有 SiP 等先进封装技术龙头公司华天科技、长电科技和环旭电子。此外，我们建议关注海外的 射频半导体技术领先的厂商：村田、 Qorvo、 Soitec、 Broadcom、稳懋、 RF360、住友电工等。 风险提示： 5G 手机换机潮不及预期，中美贸易摩擦升级，国产射频前端芯片技术进展不及预期。 (13)726466518/10 18/12 19/02 19/04 19/06 19/08(%)电子元器件 集成电路 沪深 300一年内行业 走势图 相关研究 行业 评级： 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 10 月 08 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 2 正文目录 受益 5G 商用，射频前端芯片未来可期 . 5 射频前端芯片主要组成部 分及功能介绍 . 5 受益 5G 频段增加，射频前端芯片市场增长空间大 . 7 高频和集成化为射频前端芯片技术发展趋势 . 9 受益 5G 频段增加，射频开关市 场增长潜力大 . 12 先进 RF-SOI 工艺为射频开关未来技术发展趋势 . 14 卓胜微：国产射频芯片的领军者 . 16 射频功率放大器和低噪声放大器国 产替换市场空间大 . 18 射频功率放大器（ PA， Power Amplifier）国产替换初现曙光 . 19 GaAs PA 和 CMOS PA . 20 GaN PA， 5G 通讯基站首选功率放大器 . 23 三安光电：国家大基金重点支持的化合物半导体制造企业 . 26 SiGe 工艺为低噪声放大器（ LNA）未来技术发展趋势 . 27 受益 5G 频段增加，滤波器需求量加速增长 . 29 SAW 滤波器需求稳定增长 . 30 TC-SAW 热稳定性改善，更适合移动端使用 . 31 I.H.P.SAW 工作频率较 SAW 提升，可部分替换 BAW . 31 BAW 滤波器适合更高频工作， 5G 时代市场空间广阔 . 32 IPD 滤波器适合高频集成，市场规模增长快 . 35 Sub-6G 优选 LTCC 滤波器，市场增量大 . 36 滤波器全球市场主要被美日公司垄断 . 37 滤波器需求稳定增加 . 37 美日企业垄断滤波器市场 . 38 专利集中，助推垄断形成 . 40 海外巨头简介 . 41 村田（ Murata）产品链齐全，滤波器全球 领先 . 41 Qorvo 射频芯片覆盖频段广 . 42 博通（ Broadcom） FBAR 滤波器全球领先 . 42 滤波器国产市占率有待提升 . 44 模组化封装是射频前端芯片发展趋势 . 46 环旭电子：聚焦 sip 封装在先进射频模组领域的应用 . 46 长电科技：世界第三大封测龙头 . 47 投资建议 . 48 风险提示 . 48 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 10 月 08 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 3 图表目录 图表 1： 手机射频前端芯 片结构示意图 . 5 图表 2： 5G 时代大规模 MIMO 架构示意图 . 6 图表 3： 4G LTE 与 5G NR 性能参数对比 . 6 图表 4： 4G LTE 与 5G NR 性能对比 . 6 图表 5： 射频前端芯片模组的发展历程 . 7 图表 6： 2018 年典型 4G 智能手机各组件价值占比 . 8 图表 7： 2018 年典型 4G 智能手机射频前端各芯片价值占比 . 8 图表 8： 全球移动设备和 WiFi 射频前端芯片市场规模预测 . 8 图表 9： 全球主要射频芯片企业的基本信息、收入情况 . 9 图表 10： 常用射频芯片用半导体材料参数比较 . 10 图表 11： 模组化是射频前端芯片发展趋势 . 11 图表 12： 主要射频模组功能与集成度 . 11 图表 13： 射频开关示意图 . 12 图表 14： 射频开关的工作原理示意图（ SPDT 为例） . 12 图表 15： 全球射频开关市场规模（含预测） . 13 图表 16： 2018 年全球射频开关主要公司市场份额 . 13 图表 17： 先进 SOI 工艺为射频开关未来技术发展趋势 . 14 图表 18： 射频开关全球主要竞争者 . 14 图表 19： 射频开关全球产业链 . 15 图表 20： RF-SOI 技术在射频芯片领域的主要应用 . 16 图表 21： 卓胜微主要产品收入及销量 . 17 图表 22： 三星、小米采购卓胜微产品情况 . 17 图表 23： 卓胜微对晶圆制造、封装的具体技术要求及变化 . 17 图表 24： 射频功率放大器（ PA）和低噪声放大器（ LNA）示意图 . 18 图表 25： 射频低噪声放大器工作原理示意图 . 18 图表 26： PA 和 LNA 市场全球产业链 . 19 图表 27： PA、 LNA 技术发展趋势 . 19 图表 28： CMOS、 SiGe、 III-V 三种 PA 比较 . 20 图表 29： III-V 族各种 PA 综合性能参数比较 . 20 图表 30： 2017 年全球 GaAs PA 市场份额 （销售额） . 21 图表 31： PA 全球全行业产值呈增长趋势（单位：十亿美元） . 21 图表 32： CMOS PA 全球产业链 . 21 图表 33： 砷化镓 PA 全球产业链 . 22 图表 34： 2017 年砷化镓晶圆代工市场竞争格局（按产值） . 22 图表 35： 2017 年砷化镓元器件全球竞争格局（按产值） . 22 图表 36： 基站射频 PA 技术路线比较 . 24 图表 37： 氮化镓 PA 全球产业链 . 25 图表 38： 氮化镓 PA 更容易实现小型化 . 25 图表 39： GaN PA 主要应用领域 . 26 图表 40： 功率射频市场发展趋势 . 26 图表 41： 全球射频低噪声放大器销售收入（含预测） . 27 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 10 月 08 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 4 图表 42： 常用 LNA 技术参数比较 . 28 图表 43： 2018 年 LNA 全球市场份额 . 28 图表 44： 声学射频滤波器分类 . 29 图表 45： 滤波器在射频前端芯片模组中的示意图 . 29 图表 46： 射频滤波器工艺演进路线 . 30 图表 47： 5G 时代滤波器的发展趋势 . 30 图表 48： SAW 滤波器原理 . 31 图表 49： I.H.P.SAW 的基本结构 . 32 图表 50： BAW-SMR 滤波器原理示意图 . 33 图 表 51： FBAR 与 BAW-SMR 原理对比 . 33 图表 52： 相比 SAW， FBAR 优势显著 . 33 图表 53： SAW 和 BAW 滤波器技术对比 . 34 图表 54： 5G 将增加适用于高频 BAW 滤波器的使用 . 34 图表 55： 2015-2022 各类型滤波器市场渗透率 . 35 图表 56： 2014-2025 北美 IPD 市场收入（按应用分） . 36 图表 57： 各类滤波器的适用频率 . 36 图表 58： LTCC 滤波器优势 . 37 图表 59： 滤波器需求随射频频段增加而增多 . 37 图表 60： 滤波器市场是射频前端中增长最快的部分 . 38 图表 61： 海外射频巨头整合并购情况 . 38 图表 62： 全球主要滤波器厂商 . 39 图表 63： 2018 年 SAW 滤波器全球市场份额 . 39 图表 64： 2018 年 BAW/FBAR 滤波器全球市场份额 . 39 图表 65： 全球射频滤波器产业链 . 40 图表 66： 射频声波滤波器专利申请动态 . 40 图表 67： BAW 滤波器主要厂商的专利领先优势 . 41 图表 68： FY2014-FY2018 Murata 营收数据 . 41 图表 69： FY2014-FY2018 Murata 利润率数据 . 41 图表 70： FY2014-FY2018 Qorvo 营收数据 . 42 图表 71： FY2014-FY2018 Qorvo 利润率数据 . 42 图表 72： Broadcom 历史沿革 . 42 图表 73： FY2014-FY2018 Broadcom 营收数据 . 43 图表 74： FY2014-FY2018 Broadcom 利润率数据 . 43 图表 75： 2018 年 Broadcom 收入构成 . 43 图表 76： Broadcom 收入构成 . 43 图表 77： 中国声表面波技术发展历程 . 44 图表 78： 中电 55 所旗下德清华莹生产的六寸黑化铌酸锂晶片 . 45 图表 79： 环旭电子产品介绍 . 46 图表 80： 2014-2018 环旭电子营收结构 . 47 图表 81： 2018 年环旭电子营收结构 . 47 图表 82： 长电科技一站式服务 . 47 图表 83： A 股主要半导体材料上市公司估值情况 . 48 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 10 月 08 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 5 受益 5G 商用，射频前端芯片未来可期 射频前端芯片主要组成部分及功能介绍 射频前端芯片主要应用于智能手机等移动智能终端，其技术创新推动了移动通信技术的发展，是现代通信技术的基础。射频前端模块（ RFFEM： Radio Frequency Front End Module）是手机通信系统的 核心组件 ， RFFEM 的性能 直接决定了移动终端可以支持的 通信模式，以及接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标，直接影响终端用户的通信质量。 射频前端模组介于天线部分与收发组件之间。 手机射频前端主要包括功率放大器（ Power Amplifier）、天线开关（ Antenna Switch）、滤波器（ Filter） /双工器（ Duplexer）、低噪声放大器（ LNA）等器件，再加上基带芯片组成了手机射频系统。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。 按照信号传输路径来看，分为发射通路和接收通路。其中发射通路的器件主要包括功率放大器、滤波器及天线开关等。接收通路的器件主要包括低噪声放大器、滤波器、射频开关及天线开关等。 图表 1： 手机射频前端芯片结构示意图 资料来源： Infineon，华泰证券研究所 目前，我国 5G 商用进程已完成频谱分配，开启预商用序幕。频谱分配是 5G 商用进程中的关键节点， 18 年 12 月初 ，国内三大运营商正式获得全国范围 5G 中频段试验频率使用许可，其中中国移动获 2515MHz-2675MHz、 4800MHz-4900MHz 频段的 5G 试验频率资源；中国联通获 3500MHz-3600MHz 共 100MHz 带宽的 5G 试验频率资源。中国电信获3400MHz-3500MHz 共 100MHz 带宽资源。我们认为本次全国范围内 5G 频段频谱使用许可的发放，为运营商开展 5G 系统组网试验奠定了基础，开启了我国 5G 预商用序幕。 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 10 月 08 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 6 5G 除了推动传统移动频段 2.7GHz 的使用，也会推动 C-Band (3.3-4.9GHz) 和毫米波 Ka-Bands (24-40GHz)的广泛使用。 5G 通信及物联网的发展为射频器件行业带来新的增长机遇，同时也为射频器件设计企业提出新的挑战：射频前端器件需要支持的频段数量大幅增加；高频段信号处理难度增加，系统对射频器件的性能要求大幅提高；载波聚合及MIMO 技术应用逐步普及要求各射频器件进行相应的技术更新。 图表 2： 5G 时代大规模 MIMO 架构 示意图 资料来源： CSMANTECH，华泰证券研究所 图 2 展示了 5G 时代大规模 MIMO 天线阵列中收发机的典型架构。该图演示了一种数字 /模拟波 束形成的混合方法，是目前商业化的代表实例。这些表明 5G 时代 对 射频前端芯片的数量和性能提出了更高要求。天线数量的增加，将带动射频开关、 PA、滤波器等射频前端芯片需求的增加。 图表 3： 4G LTE 与 5G NR 性能 参数 对比 资料来源： CSMANTECH，华泰证券研究所 图表 4： 4G LTE 与 5G NR 性能对比 特性 4G LTE 5G NR 移动数据容量 10 Gb/s/km2 10 Tb/s/km2 峰值数据速率 100 Mb/s 10 Gb/s 移动性 350 km/h 500 km/h 连接数量 1K/km2 1M/km2 可靠性 99.99% 99.999% E2E 延时时间 10 ms 1 ms 资料来源： CSMANTECH，华泰证券研究所 行业 研究 /深度研究 | 2019 年 10 月 08 日 谨请参阅尾页重要声明及华泰证券股票和行业评级标准 7 5G 时代带宽、时延、同步等性能全面提升。 ITU 为 5G 定义了三类典型应用场景：增强移动宽带（ eMBB）、海量物联网业务（ mMTC）和超高可靠性超低时延业务（ URLLC）。三大应用场景对 5G 网络