5G时代射频前端行业趋势与格局解析

1、目录 HYPERLINK l _TOC_250040 手机射频前端架构及行业现状 7 HYPERLINK l _TOC_250039 射频前端芯片概况 7 HYPERLINK l _TOC_250038 5G 技术路线 9 HYPERLINK l _TOC_250037 5G NR 9 HYPERLINK l _TOC_250036 NSA 作为过渡方案，SA 方案渐成主流 10 HYPERLINK l _TOC_250035 5G 方案：Sub 6GHz 先行，mmWave 等待技术成熟 12 HYPERLINK l _TOC_250034 射频前端产业趋势：创新叠出，孕育国产机会 14 H

2、YPERLINK l _TOC_250033 射频前端呈现模组化趋势 14 HYPERLINK l _TOC_250032 PA：GAAS 为主流技术，氮化镓技术处于导入期 15 HYPERLINK l _TOC_250031 开关主要采用RF-SOI 工艺 19 HYPERLINK l _TOC_250030 滤波器由金属腔体向陶瓷腔体转变 21 HYPERLINK l _TOC_250029 LNA：SIGE 工艺开始兴起 22 HYPERLINK l _TOC_250028 5G 给射频带来价值量扩张 23 HYPERLINK l _TOC_250027 手机端：单机射频价值量扩张 23

3、 HYPERLINK l _TOC_250026 基站端：大规模天线技术增加射频天线用量 25 HYPERLINK l _TOC_250025 5G 基站需求增长 25 HYPERLINK l _TOC_250024 大规模天线、工艺改进带来新增长点 26 HYPERLINK l _TOC_250023 射频前端产业链梳理 27 HYPERLINK l _TOC_250022 细分射频领域市场现状 27 HYPERLINK l _TOC_250021 4.1.1PA 28 HYPERLINK l _TOC_250020 4.1.2滤波器：SAW、BAW、LTCC 三种路线 29 HYPERLI

4、NK l _TOC_250019 4.1.3开关 30 HYPERLINK l _TOC_250018 4.1.4LNA 31 HYPERLINK l _TOC_250017 SOITEC 25 年深耕半导体创新，优化晶圆衬底 32 HYPERLINK l _TOC_250016 全球射频前端行业格局解析 34 HYPERLINK l _TOC_250015 高通捆绑RF360，提供 5G 整合解决方案 34 HYPERLINK l _TOC_250014 RF360 完成整合，可提供 5G 射频前段模组整体解决方案 34 HYPERLINK l _TOC_250013 高通凭借平台优势，助R

5、F360 占得先机 36 HYPERLINK l _TOC_250012 高通是唯一提供毫米波解决方案的厂商 40 HYPERLINK l _TOC_250011 苹果以博通、SKYWORKS、QORVO 为主力供应商 41 HYPERLINK l _TOC_250010 Qorvo 深耕 GaN，抢占化合物射频前端赛道 41 HYPERLINK l _TOC_250009 Skyworks 注重小基站射频应用 43 HYPERLINK l _TOC_250008 村田受益华为，5G 高端机型射频业务兴起 45 HYPERLINK l _TOC_250007 村田基本情况 45 HYPERLI

6、NK l _TOC_250006 村田为华为提供射频前端解决方案 46 HYPERLINK l _TOC_250005 博通专注苹果、三星 47 HYPERLINK l _TOC_250004 国产射频龙头：卓胜微 49 HYPERLINK l _TOC_250003 海思携手国产迎头赶上，国产替代远快于 4G 51 HYPERLINK l _TOC_250002 华为手机国产化供应链趋势明显 51 HYPERLINK l _TOC_250001 国内主导 5G 发展，渗透率快于 3G/4G 53 HYPERLINK l _TOC_250000 国内射频元器件主要厂商梳理 53投资建议 55卓

7、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图表目录图表 1：从“香农定律”看通信技术演进方向 7图表 2：射频前端结构 8图表 3：射频前端全球市场规模（十亿美元） 8图表 4：2018 主要射频器件市场份额占比 9图表 5：2018 年射频前端市场拆分 9图表 6：5G 频段分布 10图表 7：5G 网络架构演进 11图表 8：5G 需求增多 11图表 9：2G 网络到 5G 网络，时延与速度的变化 12图表 10：全球 5G 频段分布 12图表 11：世界各国在 SUB 6GHZ 频段分布 13图表 12：世界

8、各国在毫米波频段分布 13图表 13：毫米波覆盖范围 13图表 14：SUB 6GHZ 覆盖范围 13图表 15：5G NR 毫米波覆盖范围广 14图表 16：射频前端模组化方案 14图表 17：射频前端模组按频率划分 15图表 18：典型 5G 射频前端设计方案 15图表 19：AIP 模组 15图表 20：一二三代半导体性能比较 16图表 21：多级GAAS PA 和等效GAN PA 比较 16图表 22：微波频率范围功率的工艺技术对比 16图表 23：GAAS 供应链 17图表 24：2018 全球 GAAS 设备市场份额 17图表 25：2018 GAAS 代工厂市场份额 17图表 2

9、6：中国 5G 基站 GAN PA 市场规模预测（亿元） 18图表 27：稳懋最近两年生产量和销售量 18图表 28：稳懋目前已进入量产的产品 19图表 29：GAAS 代工竞争情况 19图表 30：RF-SOI 工艺优势 19图表 31：不同工艺射频开关性能比较 19图表 32：中国 5G 基站 GAN PA 市场规模预测 20图表 33：RF-SOI 的工艺供应链 20图表 34：RF-SOI 主要产品及应用 20图表 35：不同介质腔体滤波器性能对比 21图表 36：两种基站滤波器性能比较 21图表 37：中国移动电话基站发展情况（万个） 22图表 38：LNA 产品工艺性能对比 22图

10、表 39：英飞凌采用 SIGE 设计 LNA 22图表 40：亚德诺采用 SIGE 设计 LNA 22图表 41：TOWERJAZZ 的 SIGE 进展领先同行业厂商 23图表 42：射频前端部件价、量提升 23图表 43：5G 给 PA、滤波器带来新的挑战 23图表 44：射频元器件市场不断增长 24图表 45：第一代 5G RFFE 成本溢价（美元） 24图表 46：NOTE 10+ 5G 天线模组 24图表 47：5G 带来价值量提升（美元） 25图表 48：中国宏基站数量（万个） 25图表 49：全球小基站数量（千台） 25图表 50：BTS 基站收发台出货量（百万件） 26图表 51

11、：RF LINEUP 出货量（百万件） 26图表 52：基站天线演进过程 26图表 53：MIMO 演进情况示意图 26图表 54：5G 基站带来 PA、LNA 数量增长 26图表 55：微波频率范围功率电子设备的工艺技术对比 27图表 56：基站应用射频市场空间（亿美元） 27图表 57：射频前端产业链 27图表 58：射频前端产业链收购兼并发展 27图表 59：2017 年 PA 厂商市场份额比重 28图表 60：射频芯片供应链梳理 29图表 61：2017 年 SAW 厂商市场份额比重 29图表 62：射频 SAW 供应链 29图表 63：2017 年BAW 厂商市场份额比重 30图表

12、64：射频 BAW 供应链 30图表 65：全球射频开关市场规模（亿美元） 30图表 66：射频开关市场占比 30图表 67：射频开关芯片供应链梳理 31图表 68：全球射频 LNA 市场规模（亿美元） 31图表 69：射频 LNA 市场占比 31图表 70：射频 LNA 供应链 32图表 71：SOI 晶圆应用情况 32图表 72：主要RF-SOI 加工工艺比较 33图表 73：全球 SOI 晶圆需求估计（8 寸,千片） 33图表 74：SOITEC 在行业中的地位 34图表 75：2018 年 SOITEC 产品收入拆分 34图表 76：2018 年 SOITEC 在 SOI 收入份额 3

13、4图表 77：2016 年高通和 TDK 合资 34图表 78：射频前端部件价、量提升 34图表 79：RF 360 发展历史 35图表 80：EPCOS 滤波器+高通 PA 组成 PAMID 35图表 81：高通拥有从基带MODEM SOC，RFIC 到 FEM 完整解决方案 36图表 82：高通调制解调器-射频前端系统 36图表 83：V50 THINQ 5G 主板 37图表 84：高通“射频前端+基带”解决方案：LG V50 THINQ 5G 37图表 85：OPPO RENO 5G 主要射频前端组件 38图表 86：OPPO RENO 5G 模块化RFFE 设计 38图表 87：MIX

14、 3 5G 主要射频前端组件 39图表 88：MIX 3 5G 采用完全模块化设计 39图表 89：高通“射频前端+基带”解决方案：小米 10 40图表 90：高通研究毫米波近 30 年 40图表 91：毫米波频段分布 41图表 92：美国毫米波技术市场规模（百万美元） 41图表 93：QORVO 产品及应用领域 41图表 94：QORVO 主要产品收入拆分（百万美元） 41图表 95：APPLE RF 供应商 42图表 96：QORVO 主要客户收入占比 42图表 97：每台 IPHONE 射频价值量（美元） 42图表 98：全球基站数量（百万个） 43图表 99：全球大规模天线射频收发芯片

15、出货量（百万件） 43图表 100：QORVO 在GAN 工艺发展路径 43图表 101：SKYWORKS 通过收购新公司来增强自身的产品线 44图表 102：占 SKYWORKS 营业收入比重大于 10%的客户 44图表 103：SKYWORKS 营业收入状况（百万美元） 45图表 104：SKYWORKS 净利润（百万美元） 45图表 105：SKYWORKS 研发费用（百万美元） 45图表 106：村田主要产品收入占比 46图表 107：村田营收状况（百万美元） 46图表 108：村田毛利率和净利率 46图表 109：村田收购时间线 46图表 110：MATE30 系列主要供应商 47图

16、表 111：博通主要业务、市场、客户 47图表 112：博通发展历程 47图表 113：博通营收状况（百万美元） 48图表 114：博通主要产品收入占比 48图表 115：公司 FBAR 设计主要产品 48图表 116：AFEM-8092 49图表 117：IPHONE XS MAX-A2101 49图表 118：博通主要收入厂商占比 49图表 119：卓胜微各类型产品、主要功能及量产时间表 50图表 120：卓胜微主要客户销售额占比 50图表 121：卓胜微营收状况（百万元） 50图表 122：卓胜微研发投入（百万元） 50图表 123：MATE30 PRO 5G 半导体BOM 51图表 1

17、24：P30、P40 供应链对比 52图表 125：全球 5G 普及率及预测 53图表 126：全球LTE、5G 渗透率对比 53图表 127：5G 基站规划 53图表 128：中国各频段手机出货占比 53图表 129：国内主要射频前端芯片厂商 54图表 130：国内射频产业链 55图表 131：卓胜微盈利预测 55图表 132：三安光电半导体化合物产能规划 56图表 133：三安光电盈利预测 56图表 134：华天科技盈利预测 56图表 135：信维通信盈利预测 57图表 136：韦尔股份盈利预测 57图表 137：麦捷科技盈利预测 58图表 138：海特高新微电子业务收入 58图表 139

18、：海特高新盈利预测 58图表 140：中芯国际盈利预测 59手机射频前端架构及行业现状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。

19、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， 射频前端系统包含的芯片品类较多，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。 E

20、nvelop 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。DRx Module:将开关电源、数字功放集成到一起的功率放大模块。 Transceiver: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。LNA开关开关PALNAPALNA开关PA双工器双工器开关滤波器收发器基带芯片图表2： 射频前端结构资料来源：卓胜微、 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

21、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、 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%。图表4： 2018 主要射频器件市场份额占比资料来源：Yole、 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

22、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、 5G 技术路线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。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

23、（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/UE 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 M

24、Hz - 915 MHz925 MHz - 960 MHzFDDn12699 MHz - 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 - 19

25、20 MHz1880 MHz - 1920 MHzTDDn402300 MHz - 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

26、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（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 MHzTDDn

27、801710 MHz - 1785 MHzN/ASULn81880 MHz - 915 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 MHzTDDn

28、26127500 MHz - 28350 MHzTDD资料来源：ittbank， NSA 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

29、规模机器通信）三大场景。针对不同的场景也就推出了 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、 5G 三大场景定义万物互联时代：增强型移动宽带（

30、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。图表8： 5G 需求增多资料来源：36 氪， 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。图表9： 2G 网络到 5G 网络，时延与速度的变化1.4时延（Ms）速度（Gbps）14.0

31、1.21.2012.112.01.010.00.88.00.60.40.20.490.281.30.126.04.02.00.00.20.30.42G3G3.5G4G5G0.090.0资料来源：Skyworks， 图表10：全球 5G 频段分布资料来源：Yole， 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 扩展 UHB 频谱。预计 UHB 5G 频谱还将在欧洲、中国

32、、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。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， 资料来源：Skyworks， 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

33、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， 资料来源：Google， 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

34、上衰减。图表15：5G NR 毫米波覆盖范围广资料来源：Yole、 射频前端产业趋势：创新叠出，孕育国产机会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 元件体积，加快手机产品上市时间等。Dual connectivity and the use of UHBFliterPAFliterMore independent streamMove from dipl

35、exer to multiplexerGood path isolation, while enabling high CAUHB PAMiDMore DL CA LNAintegrationLNAMore BandsMore Filters Fliter44 MIMOAt least 4 antennaMain MB/HBFliterMain LBUHB PAMiDPAFliterHB PAMiDMHBPAFliterMB/HB PAMiDDiversity MB/HBHB PAMiDFliterDiversity LBLBLNAPAFliterFliterLB PAMiDDAxMInteg

36、ration & densification in PAMiDLNALNAFliterFliterDAxMDAxMLNAFliterDAxMSwitchSwitchASMASMDiplexerMultiplexerTunerTunerTuner图表16：射频前端模组化方案SwitchASMSwitchTunerTunerSwitchSwitchSwitchTuner资料来源：Yole、 More DL CA / 44 MIMO proliferation of DRxM5G 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。

37、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PAMiDFE

38、MiD、MMMD PA高LNA Div FEMDiv FEM、LNA高资料来源：Yole、 资料来源：Yole、 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。图表19：AiP 模组资料来源： Hindawi、 PA：GaAs 为主流技术，氮化镓技术处

39、于导入期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。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

40、中高工艺发展情况成熟发展中初期资料来源：EETOP、 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

41、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、 资料来源：analog、 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场，2018 年代工市场规模为

42、 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 供应链供应链供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

43、苹果,三星, LG,华为,OPPO,Vivo,HTC基站华为,爱立信,诺基亚，思科资料来源：稳懋， 整理图表24：2018 全球GaAs 设备市场份额图表25：2018 GaAs 代工厂市场份额三菱电子2%雷神公司1%其他Qorvo 2%其他10%GCS 8%宏捷科技9%稳懋71%12%M/A-COM3%亚德诺半导体Skyworks 32%3%村田3%SEI 3%稳懋6%博通9%Qorvo 26%资料来源：Strategy analytics， 资料来源：Strategy analytics， 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，

44、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 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。图表26：中国 5G 基站GaN PA 市场规模预测（亿元）121.71076832.72.44.27.21401201008060402002017201820192020202120222023资料来源

45、：TOPOLOGY、 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 36,00037,000 片。图表27：稳懋最近两年生产量和销售量资料来源：稳懋、 在无线通讯领域稳懋主要提供 HBT 和 pHEMT

46、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。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)、有线电视调频器(Cable TV tuner)、交通电子收费装置 (Electronic toll col

47、lection)、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、 VCSELpHEMT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、 资料来源：GCS、宏捷科技、 开关主要采用 RF-SOI 工艺射频开关

48、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。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资料来源：格罗方德、 资料来源：半导体观察， RF-SOI 之所以胜过 GeAs，成为射频开关芯片的主流制作方式，主要有四方面的原因

49、：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；在逻辑与控制集成方面，MIPI 接口成为标准化配置；RF-SOI 比其他方式成本更低，经济性更好。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

50、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 市场规模预测高通Qorvo村田开关LNAPA调谐器资料来源：TOPOLOGY、 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TPSOcSB18HC(Switch)(Switch/LNA)华虹宏力0.2m(Switch)意法半导体H9SOI(Switch/Tuner/L NA)H9SOI(Switch/Tun er/LNA/PA

51、)索尼、东芝(Switch/Tuner)(Switch/LNA)资料来源：Yole、 （注：括号内为相关公司工艺）图表34：RF-SOI 主要产品及应用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XXXX擅长领域开关开关、LNA、逻辑开关、 LNA, PA、逻辑LNA资料来源：格罗方德、 滤波器由金属腔体向陶瓷腔体转变终端滤波器首

52、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。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300mm,与高相对规格介电损耗大小介电常数有关50mm，与高相对介电常数有

53、关温度漂移特性差好目前成本较高，一旦实工艺成熟，成本低现量产，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、 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36：两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/64R资料来源：大富科技、 5G

54、 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。图表37：中国移动电话基站发展情况（万个）900800700600500

55、4003002001000移动电话基站数4G基站数4G基站增速841108%66761955954446635137249%263328%177%85%251346201420152016201720182019120%100%80%60%40%20%0%资料来源：工信部、 LNA：SiGe 工艺开始兴起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（S

56、iGe 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 产品工艺性能对比英飞凌Skyworks亚德诺半导体型号BGA8U1BN6SKY65806-636LFADL5724噪声系数（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资料来源：英飞凌，Skyworks，亚德诺, 图表39：英飞凌采用

57、SiGe 设计 LNA图表40：亚德诺采用 SiGe 设计 LNA资料来源：英飞凌， 资料来源：亚德诺， 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 2020 年出货量会大

58、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, 5G 给射频带来价值量扩张手机端：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高。图表42：射频前端部件价、量提升图表43：

59、5G 给 PA、滤波器带来新的挑战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1Gbps资料来源：skyworks， 资料来源：skyworks, 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、 毫米波 5G 射频方案进入商用阶段。三星 Note10+ 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

60、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，内置四个天线能够连接最近的 5G 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模块 QTM525 和 QT