2023年中國手機(jī)射頻前端行業(yè)市場空間測算：預(yù)計超300億美元[圖]

    科技進(jìn)步永不停止，基于滿足人類交互溝通需求的通信技術(shù)迭代在迎來5G之際，基礎(chǔ)通信設(shè)施的建設(shè)無疑是未來幾年拉動相關(guān)半導(dǎo)體行業(yè)成長的動能之一。射頻前端是無線連接的核心，隨著5G支持的頻段數(shù)量的增多，單個移動終端射頻前端的數(shù)量和價值量也會迎來顯著增長，未來射頻前端市場增長空間廣闊。

    一、射頻半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀

    （一）、射頻前端芯片市場競爭格局有望改變

    1、射頻前端：無線連接的核心

    終端設(shè)備的無線通信模塊主要分為天線、射頻前端模塊（RFFEM）、射頻收發(fā)模塊、以及基帶信號處理器四部分。其中射頻前端是無線連接的核心，是在天線和射頻收發(fā)模塊間實現(xiàn)信號發(fā)送和接收的基礎(chǔ)零件。

    射頻前端芯片主要是實現(xiàn)信號在不同頻率下的收發(fā)，包括射頻功率放大器（PA）、射頻低噪聲放大器（LNA）、射頻開關(guān)、濾波器、雙工器等。目前射頻前端芯片主要應(yīng)用于手機(jī)和通訊模塊市場、WiFi路由器市場和通訊基站市場等。

智能手機(jī)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

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    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國手機(jī)射頻行業(yè)市場全景評估及投資前景分析報告》

    射頻前端芯片市場規(guī)模主要受移動終端需求的驅(qū)動。近年來，隨著移動終端功能的逐漸完善，手機(jī)、平板電腦等移動終端的出貨量持續(xù)上升，而射頻前端的市場規(guī)模也隨之上升。據(jù)統(tǒng)計，包含手機(jī)、平板電腦、超極本等在內(nèi)的移動終端的出貨量從2012年的22億臺增長至2017年的23億臺，預(yù)計未來保持穩(wěn)定。

2012-2019年全球移動終端出貨量（百萬臺）

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    終端消費者對移動智能終端需求大幅上升的原因，主要是移動智能終端已經(jīng)成為集豐富功能于一體的便攜設(shè)備，通過操作系統(tǒng)以及各種應(yīng)用軟件滿足終端用戶網(wǎng)絡(luò)視頻通信、微博社交、新聞資訊、生活服務(wù)、線上游戲、線上視頻、線上購物等絕大多數(shù)需求。

    隨著5G商業(yè)化的逐步臨近，5G標(biāo)準(zhǔn)下現(xiàn)有的移動通信、物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)將進(jìn)行統(tǒng)一，因此未來在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下射頻前端芯片產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域會被進(jìn)一步放大。同時，5G下單個智能手機(jī)的射頻前端芯片價值亦將繼續(xù)上升，預(yù)計未來射頻前端市場也會繼續(xù)保持增長。

    據(jù)統(tǒng)計，從2010年至2018年全球射頻前端市場規(guī)模以每年約13%的速度增長，2018年達(dá)149.10億美元，未來將以13%以上的增長率持續(xù)高速增長，2020年接近190億美元。

    目前正是4G網(wǎng)絡(luò)向5G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型升級的階段，未來全球射頻前端市場規(guī)模將迎來大規(guī)模擴(kuò)張。預(yù)計2023年全球射頻前端市場規(guī)模將增長至313.10億美元。

2010-2020年全球射頻前端市場規(guī)模及增長走勢（億美元、%）

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    2018年全球RFFEM（射頻前端模塊）消費量為96億個，預(yù)計未來隨著5G的不斷發(fā)展，2023年全球RFFEM消費量將增長至135億個。

2018年全球RFFEM（射頻前端模塊）市場情況

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2023年全球RFFEM（射頻前端模塊）市場情況

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    射頻器件主要包括射頻開關(guān)和LNA，射頻PA，濾波器，射頻天線調(diào)諧器和毫米波FEM等。2017年全球射頻器件市場中，濾波器市場占比約53.3%，射頻PA市場占比約為33.3%，而射頻開關(guān)約為6.7%，射頻天線調(diào)諧器約為3.1%，LNA約為1.6%。

    2、濾波器

    濾波器主要是通過電容、電感、電阻等元件組合移除信號中不需要的頻率分量，保留所需要的頻率分量，傳輸特定的篩選后的信號，消除頻帶間相互干擾。目前手機(jī)中常用的濾波器包括聲表面波濾波器(SurfaceAcousticWaveFilter，SAWFilter)、體聲波濾波器(BulkAcousticWaveFilter，BAWFilter)和薄膜腔聲諧振濾波器（FilmBulkAcousticResonator，F(xiàn)BAR）。

    SAW是一種沿著固體表面?zhèn)鞑サ穆暡āＲ粋€基本的SAW濾波器由壓電材料(piezoelectricsubstrate)和2個InterdigitalTransducers(IDT)組成。電信號通過IDT轉(zhuǎn)為聲波，聲波通過IDT又轉(zhuǎn)為電信號。這一過程主要是依賴壓電材料，壓電是指晶體在收到外部壓力時會產(chǎn)生電壓，相反地，晶體兩面存在電壓時，形狀會發(fā)生微變。

    SAW的頻率與速率成正比，與IDT電極間間距成反比。當(dāng)間距越小是，電流密度大會產(chǎn)生電遷移和發(fā)熱等問題，因此SAW濾波器不太適合2.5GHz以上的頻率。另外，SAW濾波器易受到溫度變化影響，溫度升高時，基片材料剛度將變小、聲速降低，因此替代方法是溫度補償濾波器（TC-SAW），通過在IDT結(jié)構(gòu)上增加涂層改善性能，使其在溫度升高時，剛度會增加BAW濾波器采用石英晶體作為基板，聲波垂直傳播?；窘Y(jié)構(gòu)是兩個金屬電極夾著壓電薄膜(Quartzsubstrate在2GHz下厚度為2um)，聲波在壓電薄膜里震蕩形成駐波(standingwave)。板坯厚度和電極質(zhì)量（mass）決定共振頻率。

    BAW濾波器適用于高頻（1.5GHz以上有優(yōu)勢），且尺寸會隨頻率升高而縮小，對溫度變化不敏感，擁有極低損耗與陡峭的濾波器裙邊。其工藝與成本比SAW/TC-SAW復(fù)雜，價格也更高昂，其壓電層的厚度必須在幾微米量級，因此，要在載體基板上采用薄膜沉積和微機(jī)械加工技術(shù)實現(xiàn)諧振器結(jié)FBAR不同于以前的濾波器，是使用硅底板、借助MEMS技術(shù)以及薄膜技術(shù)而制造出來的，包括硅反面刻蝕型（Membranetype）和空氣隙型（Airgaptype）。

    硅反面刻蝕型是基于MEMS的體硅（Si）微加工技術(shù)（bulkmicromachining），將Si片反面刻蝕。在壓電震蕩堆的下表面形成空氣——金屬交界面，從而限制聲波于壓電震蕩堆之內(nèi)。它類似于BAW濾波器的基本結(jié)構(gòu)，兩面都是空氣，空氣的聲波阻抗遠(yuǎn)低于壓電層的聲波阻抗，因此大部分聲波都會反射回來。此技術(shù)的缺點是由于大面積移除Si襯底，導(dǎo)致機(jī)械牢度降低；另外，相比BAW濾波器較少部分跟底下基層接觸，不方便散熱。

    空氣隙型是基于MEMS的表面微加工技術(shù)（surfacemicromachining），在硅片的上表面形成一個空氣隙以限制聲波于壓電震蕩堆之內(nèi)。通過先填充犧牲材料最后再移除之的方法制備空氣腔以形成空氣——金屬交界面。

    FBAR具有體積小、工作頻率高、效率高、插入損耗低、帶外抑制大、高Q、大功率容量、低溫度系數(shù)以及良好的抗靜電沖擊能力和半導(dǎo)體工藝兼容性等優(yōu)點。

    FBAR濾波器與傳統(tǒng)介質(zhì)濾波器和SAW濾波器相比，能具備更完善的功率處理能力、減少插入損耗和選擇度特性。FBAR是目前唯一可以與RFIC以及MMIC集成的射頻濾波器解決方案，且能以更低的價格提供更有益的性能，具有較強的市場競爭力。在未來的無線通信系統(tǒng)和無線接入領(lǐng)域，F(xiàn)BAR濾波器市場前景廣闊。

    隨著手機(jī)的頻段不斷增加，所需濾波器的需求量也成正比上升。Skyworks預(yù)計2020年5G應(yīng)用支持的頻段數(shù)量將翻番，新增50個以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)合計支持的頻段將達(dá)到91個以上。頻段數(shù)上升將帶來射頻濾波器使用數(shù)量增多。理論上每增加一個頻段需增加2個濾波器。由于濾波器集成于模組，二者并不是簡單的線性增加的關(guān)系。

    在5G時代為了實現(xiàn)高帶寬，載波聚合技術(shù)的路數(shù)必須上升。載波聚合技術(shù)是指使用多個不相鄰的載波頻段，每個頻段各承載一部分的帶寬，這樣總帶寬就是多個載波帶寬之和。目前載波聚合技術(shù)在4G已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。載波聚合路數(shù)的上升也意味著頻帶數(shù)量的上升，從而催生出對更多濾波器的需求。

    因此，濾波器市場仍然由美日廠商主導(dǎo)，短期內(nèi)難以突破。SAW濾波器市場主要由Murata（47%）、TDK（21%）、太陽誘電（14%）、Skyworks（10%）四大廠商主導(dǎo)；BAW濾波器則主要由Broadcom（87%）、Qorvo（8%）壟斷。

SAW濾波器市場格局

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BAW濾波器市場格局

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    我國國內(nèi)濾波器市場嚴(yán)重供小于求，產(chǎn)需不匹配。我國是全球最大的SAW濾波器消費市場，2018年市場規(guī)模達(dá)到154.8億元，同比增長4.97%，消費量為151.2億只，但產(chǎn)量僅為5.04億只。5G浪潮下，濾波器需求有望在2020左右達(dá)到頂峰，隨后逐漸下降，但產(chǎn)量將伴隨技術(shù)投入的不斷增加穩(wěn)步增長，預(yù)計到2025年中國SAW濾波器產(chǎn)量可以達(dá)到28.02億只，消費量超過155億只，供需失衡空間縮小。

    我國SAW濾波器供需變化（預(yù)測）

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    3、射頻PA：國外巨頭占據(jù)主導(dǎo)地位

    射頻功率放大器（PA）是射頻系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，它需要把發(fā)射機(jī)的低功率信號放大到足夠大，才能滿足通訊協(xié)議的要求。PA直接決定了手機(jī)無線通信的距離、信號質(zhì)量，甚至待機(jī)時間，是射頻系統(tǒng)中的重要部分。

    隨著無線通訊協(xié)議的發(fā)展，數(shù)據(jù)率越來越高，同時無線調(diào)制方式也越來越復(fù)雜，手機(jī)頻段持續(xù)增加，PA的數(shù)量也隨之增加。4G多模多頻手機(jī)所需PA芯片5~7顆，預(yù)計5G時代手機(jī)內(nèi)的PA或多達(dá)16顆。2017年全球射頻PA市場為50億美元，預(yù)計隨著5G的推廣，2023年射頻PA全球市場將達(dá)到70億美元，CAGR為7%。
全球PA市場絕大部分份額被Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata占據(jù)，合計市場份額為96%。

全球PA市場份額

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    國內(nèi)的射頻PA廠商也正在興起。國內(nèi)的射頻PA設(shè)計公司（Fabless）有近20家，主要有漢天下、唯捷創(chuàng)芯、紫光展銳等。國內(nèi)晶圓代工廠商主要有三安光電、海特高新等，國產(chǎn)射頻PA有望實現(xiàn)突破。

    3.3開關(guān)與LNA市場現(xiàn)狀

    射頻開關(guān)與LNA在射頻前端的份額占比合計大約在10%，技術(shù)難度相對于濾波器和PA難度有所下降，份額占比較為穩(wěn)定。全球射頻開關(guān)市場近年來一直穩(wěn)健增長，2018年全球市場規(guī)模達(dá)到16.54億美元，2020年射頻開關(guān)市場規(guī)模預(yù)計達(dá)到22.90億美元，并隨著5G的商業(yè)化建設(shè)迎來增速的高峰，此后增長速度將逐漸放緩。2018年至2023年，全球市場規(guī)模的年復(fù)合增長率預(yù)計將達(dá)到16.55%。

全球射頻開關(guān)市場規(guī)模及預(yù)期變化

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    過去，全球射頻開關(guān)的主要市場被海外公司占領(lǐng)，包括Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata等。國內(nèi)的公司經(jīng)營射頻開關(guān)業(yè)務(wù)的則有卓勝微、銳迪科、唯捷創(chuàng)芯、韋爾股份等。但近年來，卓勝微明確主營方向，清晰布局，在射頻開關(guān)領(lǐng)域份額不斷增長，2017年市占率排名全球第五，占比5%，為國內(nèi)第一大射頻開關(guān)設(shè)計公司，產(chǎn)品主要應(yīng)用于三星、小米、華為、vivo、OPPO、聯(lián)想、魅族、TCL等知名設(shè)備商。

全球射頻開關(guān)市場格局

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全球LNA市場格局

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    LNA的市場增長同樣受天線、射頻通路數(shù)量增加驅(qū)動。2018年全球射頻低噪聲放大器收入為14.21億美元，伴隨5G的商業(yè)化建設(shè)逐步落地，LNA市場將在2020年迎來增速的高峰，達(dá)到7.12%，預(yù)計到2023年市場規(guī)模將達(dá)到17.94億美元。

全球LNA市場規(guī)模及預(yù)期變化

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    LNA市場集中度相比射頻開關(guān)要分散得多，行業(yè)前五大企業(yè)分別為Broadcom、ONSemiconductor、Infineon、TI、NXP，市場CR5為52%。國產(chǎn)LNA廠商中主要以卓勝微為主，2017年市場份額為1.3%，而唯捷創(chuàng)芯、國民飛驤和銳迪科等以射頻前端模塊產(chǎn)品提供為主，LNA純器件產(chǎn)品較少。國產(chǎn)LNA廠商卓勝微在此領(lǐng)域仍在不斷開拓，近年LNA業(yè)務(wù)收入占比提升，2019年上半年營業(yè)收入1億元，已經(jīng)超過2018年LNA全年收入，業(yè)務(wù)占比達(dá)19.42%。

    5、射頻前端市場：國外大廠壟斷，國內(nèi)廠商突圍

    現(xiàn)階段，全球射頻前端芯片市場主要被國外大廠占據(jù)。射頻前端芯片的主要歐美日傳統(tǒng)大廠包括Broadcom、Skyworks、Qorvo、Murate等。全球射頻前端市場集中度較高，前四大廠商合計占據(jù)全球85%的市場。

全球射頻前端市場份額情況

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    從國際競爭力來講，國內(nèi)的射頻設(shè)計水平還處在中低端。例如國內(nèi)的PA和射頻開關(guān)相關(guān)廠商，射頻芯片廠商銷售額大約3億美金。全球PA和開關(guān)射頻產(chǎn)品需求金額大約60億美金。可見，國內(nèi)廠商依然在起步階段，市場話語權(quán)有限；濾波器方面，國內(nèi)廠商銷售總額不到1億美金，全球市場需求在90億美金。

    國內(nèi)射頻芯片產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)基本成熟，從設(shè)計到晶圓代工，再到封測，已經(jīng)形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。而行業(yè)內(nèi)也涌現(xiàn)出了一批射頻前端新興企業(yè)，例如銳迪科、國民飛驤、唯捷創(chuàng)芯、韋爾股份、卓勝微等。

    （二）、5G應(yīng)用場景豐富，手機(jī)終端機(jī)會先臨

    5G具備三大應(yīng)用場景：增強移動寬帶(eMBB)、海量物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)(mMTC)、超高可靠性與超低時延業(yè)務(wù)(uRLLC)。其中，eMBB是以“人”為中心的應(yīng)用場景，變現(xiàn)為超高的傳輸數(shù)據(jù)速率，廣覆蓋下的移動性保證，支持高清視頻應(yīng)用；mMTC場景下數(shù)據(jù)速率較低、時延不敏感，但連接覆蓋面廣，促進(jìn)智慧城市、智慧家居等的發(fā)展；uRLLC場景下連接時延達(dá)到1ms級別，支持高速移動500km/h下高可靠性99.99%的連接，適用于工業(yè)控制、車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用。

    5G技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸速率、移動性、傳輸時延及終端連接數(shù)量等具備優(yōu)勢，將進(jìn)一步推動萬物互聯(lián)。其8個技術(shù)指標(biāo)相比4G有所躍升，包括峰值速率（5G-20GbpsVS4G-1Gbps）、用戶體驗速率（5G-100MbpsVS4G-10Mbps）、頻譜效率（5G-3xVS4G-1x）、流量密度（5G-10Mb/s/mVS4G-0.1Mb/s/m）、移動性（5G-500km/hVS4G-350km/h）、網(wǎng)絡(luò)能效（5G-100xVS4G-1x）、連接密度（5G-100萬終端VS4G-10萬終端）和時延性（5G-1msVS4G-10ms）。據(jù)預(yù)測，2020-2035年全球5G產(chǎn)業(yè)鏈投資將達(dá)到3.5萬億美元，中國占比約30%，達(dá)1.05萬億美元。全球行業(yè)受5G驅(qū)動將創(chuàng)造超12萬億美元的銷售額，涵蓋制造、信息通信、批發(fā)零售、基礎(chǔ)設(shè)施等多個行業(yè)。

    在5G建設(shè)上，方向大體呈現(xiàn)為基站建設(shè)—手機(jī)等終端設(shè)備—智能物聯(lián)應(yīng)用。當(dāng)前全國已經(jīng)開始如火如荼開展5G宏基站與微基站的建設(shè)，2019-2025年預(yù)計以5GNSA網(wǎng)絡(luò)為主，2025年起以5GSA網(wǎng)絡(luò)為主，建設(shè)過程循序漸進(jìn)，發(fā)展周期較長。終端側(cè)，5G初代手機(jī)也已在2019年陸續(xù)上市。截至2019年11月已發(fā)售5G手機(jī)9款，包括三星GalaxyNote10+5G、華為Mate20X5G、華為Mate30/30Pro5G、華為MateX5G、中興天機(jī)Axon10Pro5G、vivoiQOOPro5G、vivoNEX35G、小米9Pro5G、OPPOReno5G。但目前5G手機(jī)均只使用Sub-6低頻段，除華為Mate305G基帶芯片支持NSA和SA雙模式外，其余手機(jī)僅支持NSA模式。未來隨著5G網(wǎng)絡(luò)由低頻段拓寬至毫米波段，由NSA過渡到SA，5G手機(jī)將迎來更大的換機(jī)空間。移動通訊技術(shù)的不斷變革與配套射頻前端芯片的性能的優(yōu)化，將不斷推動移動數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸速度的提高，射頻前端的重要性不言而喻。

    二、5G賦能射頻前端產(chǎn)業(yè)

    射頻前端芯片是移動智能終端產(chǎn)品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術(shù)升級的主要驅(qū)動力，也是芯片設(shè)計研發(fā)的主要方向。

    射頻前端芯片與處理器芯片不同，后者依靠不斷縮小制程實現(xiàn)技術(shù)升級，而作為模擬電路中應(yīng)用于高頻領(lǐng)域的一個重要分支，射頻電路的技術(shù)升級主要依靠新設(shè)計、新工藝和新材料的結(jié)合。

    由于5G時代對用戶體驗速率、連接數(shù)密度、端到端時延、流量密度、移動性和峰值速率等提出了更高的要求，所以對射頻前端芯片也提出了更高的要求，只有抓住了新工藝和新材料等關(guān)鍵升級路線，才能享受5G時代帶來的高速增長紅利。因此應(yīng)該重點關(guān)注射頻前端的新材料氮化鎵（GaN）和前沿的封裝技術(shù)SiP/AiP。

    （一）、氮化鎵：未來5G射頻前端新秀

    1、氮化鎵：性能優(yōu)異的第三代半導(dǎo)體材料

    1.第一階段是以Si、Ge為代表的第一代半導(dǎo)體材料

    2.第二階段是以GaAs、InP等化合物為代表的第二代半導(dǎo)體材料

    3.第三階段是以GaN、Sic、ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為主的第三代半導(dǎo)體材料

    其中，第三代半導(dǎo)體材料具有很多優(yōu)異于第一和第二代半導(dǎo)體材料的性能特點：第一，具有較大的禁帶寬度，較高的擊穿電壓，耐壓性能較好，更適合應(yīng)用大功率領(lǐng)域；第二電子飽和速率較高，彌補了電子遷移率的缺陷；第三高溫性能良好，減少了附加散熱系統(tǒng)的設(shè)計成本；第四，發(fā)展前景廣闊，在高頻、高溫、大功率等領(lǐng)域有很大發(fā)展?jié)摿ΑＲ虼说墸℅aN）憑借其優(yōu)異的性能而成為目前研究的熱點內(nèi)容。

    正是由于氮化鎵優(yōu)異的性能，目前氮化鎵已經(jīng)成為射頻器件（RF）、LED和功率器件等的應(yīng)用熱點，尤其是氮化鎵同時可以滿足高功率和高頻率的特點，并且在高頻下?lián)碛懈叩墓β瘦敵龊透〉恼嘉幻娣e，目前已經(jīng)成為射頻器件應(yīng)用的熱點和最優(yōu)選擇之一。

    當(dāng)前基站與無線回傳系統(tǒng)中使用的大功率射頻器件（功率大于3瓦），主要有基于三種材料生產(chǎn)的器件，即傳統(tǒng)的LDMOS（橫向擴(kuò)散MOS）、砷化鎵（GaAs），以及新興的氮化鎵（GaN）。

    據(jù)預(yù)測，未來5到10年，砷化鎵在大功率射頻器件市場上所占比例基本維持穩(wěn)定，但LDMOS與氮化鎵將呈現(xiàn)出此消彼長的關(guān)系。2025年，LDMOS占比將由現(xiàn)在的40%左右下降到15%，而氮化鎵將超越LDMOS和砷化鎵，成為大功率射頻器件的主導(dǎo)工藝，占比到2025年可達(dá)45%左右。

    氮化鎵是擁有寬禁帶的材料，其禁帶寬度（3.4eV）是普通硅（1.1eV）的3倍，擊穿電場是硅材料的10倍，功率密度高，可以提供更高的工作頻率、更大的帶寬、更高的效率，可工作環(huán)境溫度也更高。由于成本優(yōu)勢，LDMOS在低頻仍有生存空間，但氮化鎵已經(jīng)在向低頻滲透，例如在2.6GHz頻段，也開始出現(xiàn)氮化鎵方案。

    由于工藝輸出功率特性限制，LDMOS在3.5GHz及以上頻率不能提供足夠大的功率，所以從3.5GHz到未來的毫米波，高頻應(yīng)用中氮化鎵不是去替代LDMOS，而是開辟全新的市場空間。氮化鎵擁有全面的優(yōu)勢，無論是帶寬、線性度、增益還是效率，硅器件都無法與氮化鎵競爭。

    預(yù)計2018年開始GaN的出貨量將超過LDMOS，通信市場氮化鎵的應(yīng)用前景廣闊。

    預(yù)計2018年開始GaN的出貨量將超過LDMOS

2013-2020年GAN的出貨量情況

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    隨著通信技術(shù)不斷向高頻演進(jìn)，氮化鎵是必然的選擇。因為需要更大的帶寬，更好的線性度，5G和高頻化應(yīng)用，讓氮化鎵大有用武之地。在5G時代，未來一臺基站里面就要用幾百個PA（功率放大器），而5G的基站部署數(shù)量將呈指數(shù)形式增長，所以在5G時代，射頻器件產(chǎn)業(yè)將比以往大得多。

    2、硅基氮化鎵（GaN-on-Si）：最有前景的襯底技術(shù)

    目前來看，GaN主要有三種類型的襯底，分別是硅基、碳化硅（SiC）襯底和金剛石襯底。

    金剛石襯底氮化鎵（GaN-on-Diamond）：制造較為困難，但是優(yōu)勢明顯：在世界上所有材料中金剛石的熱導(dǎo)率最高（因此最好能夠用來散熱）。使用金剛石代替硅、碳化硅、或者其他基底材料可以把金剛石高導(dǎo)熱率優(yōu)勢發(fā)揮出來，可以實現(xiàn)非常接近芯片的有效導(dǎo)熱面。

    碳化硅襯底氮化鎵（GaN-on-SiC）：這是射頻氮化鎵的“高端”版本，SiC襯底氮化鎵可以提供最高功率級別的氮化鎵產(chǎn)品，可提供其他出色特性，可確保其在最苛刻的環(huán)境下使用，但是成本相對較高。

    硅基氮化鎵（GaN-on-Si）：這種方法比另外兩種良率都低，不過它的優(yōu)勢是可以使用全球低成本、大尺寸CMOS硅晶圓和大量射頻硅代工廠。因此，它可以以價格為競爭優(yōu)勢對抗現(xiàn)有硅和砷化鎵技術(shù)，從而實現(xiàn)對現(xiàn)有市場份額的替代。

    GaN-on-SiC目前主導(dǎo)了RFGaN行業(yè)，已滲透到4GLTE無線基礎(chǔ)設(shè)施市場，預(yù)計將部署在5Gsub-6Ghz的RRH架構(gòu)中。與此同時，經(jīng)濟(jì)高效的LDMOS技術(shù)也取得了顯著進(jìn)步，可能會對5Gsub-6Ghz有源天線和大規(guī)模多輸入多輸出（MIMO）應(yīng)用中的GaN解決方案發(fā)起挑戰(zhàn)。不過，這可能需要以降低效率為代價，從而帶來功耗的增加，對于5G的大規(guī)模部署來說是不可持續(xù)的。

    GaN-on-SiC是以性能為導(dǎo)向的，而GaN-on-Si作為潛在的挑戰(zhàn)者是以成本為導(dǎo)向的，并且可以滿足更大的出貨量需求。據(jù)預(yù)計，GaN-on-Si可以基于全球現(xiàn)有的低成本、大尺寸CMOS硅晶圓和大量射頻硅代工廠實現(xiàn)更快的大規(guī)模量產(chǎn)，硅基氮化鎵器件工藝能量密度高、可靠性高，晶圓可以做得很大，目前在8英寸，未來可以做到10英寸、12英寸，晶圓的長度可以拉長至2米。

    硅基氮化鎵器件具有擊穿電壓高、導(dǎo)通電阻低、開關(guān)速度快、零反向恢復(fù)電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優(yōu)勢。針對RF產(chǎn)品更易于擴(kuò)展，未來GaN-on-Si將廣泛應(yīng)用于手機(jī)、射頻器件、VSAT等領(lǐng)域。隨著5G技術(shù)的不斷推進(jìn)和滲透率的不斷提升，YOLE預(yù)計未來GaN-on-Si的市場份額將超過GaN-on-SiC。

    3、氮化鎵：未來市場空間廣闊

    2015年氮化鎵射頻器件的市場規(guī)模為2.98億美元，主要應(yīng)用領(lǐng)域為無線終端，占比為54.6%，YOLE預(yù)計，隨著5G的不斷發(fā)展，氮化鎵射頻器件的市場規(guī)模也會隨之增長，預(yù)計在2022年氮化鎵射頻器件的全球市場規(guī)模為7.55億美元，年復(fù)合增長率CAGR為14%，其中無線終端的占比將進(jìn)一步上升至59.6%。

2015、2022年氮化鎵射頻器件市場應(yīng)用領(lǐng)域占比情況

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    2012年射頻功率放大器市場中，LDMOS市場有率為第一，占比為71%，而GaN為13.2%，到了2018年，LDMOS市場占有率下降為57.6%，GaN上升至第二名，占比為34.2%，GaN發(fā)展勢頭良好，預(yù)計在5G時代GaN的市場占比將進(jìn)一步上升。

2018年射頻功率放大器市場占有率分布情況

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    未來射頻前端市場，尤其是GaN射頻前端市場的應(yīng)用主要是無線終端，包括5G智能手機(jī)和基站。而根據(jù)過去30年從2G到5G的發(fā)展歷程來看，一般一代通信技術(shù)需要10年的時間來演進(jìn)，這包括了兩代通信技術(shù)之間較長的轉(zhuǎn)換期，而目前正處于Pre-5G的階段，預(yù)計5G時代的真正到來將在2020年之后，那個時候?qū)⒂瓉硎袌龅母叻濉?/p>

    預(yù)測，2019年將會有第一批5G智能手機(jī)上市，隨后5G智能手機(jī)市場出貨量將迅速上升，預(yù)計將在2025年達(dá)到15億臺，而射頻前端市場尤其是GaN射頻前端市場也會隨之迅速增長。

2018-2025年5G智能手機(jī)出貨量走勢

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    基站市場方面， 2018年全球GaN基站市場為34億元人民幣，而中國GaN基站市場為17億元人民幣；預(yù)計到2024年，全球GaN基站市場將增長至98億元人民幣，而中國GaN基站市場將達(dá)到59億元人民幣。

    （一）、SiP+Antenna封裝：未來5G新趨勢

    1、SiP是超越摩爾定律的必然選擇路徑

    根據(jù)國際半導(dǎo)體路線組織（ITRS）的定義：SiP為將多個具有不同功能的有源電子元件與可選無源器件，以及諸如MEMS或者光學(xué)器件等其他器件優(yōu)先組裝到一起，實現(xiàn)一定功能的單個標(biāo)準(zhǔn)封裝件，形成一個系統(tǒng)或者子系統(tǒng)。

    從架構(gòu)上來講，SiP是將多種功能芯片，包括處理器、存儲器等功能芯片集成在一個封裝內(nèi)，從而實現(xiàn)一個基本完整的功能。與SOC（片上系統(tǒng)）相對應(yīng)。不同的是系統(tǒng)級封裝是采用不同芯片進(jìn)行并排或疊加的封裝方式，而SOC則是高度集成的芯片產(chǎn)品。

    摩爾定律確保了芯片性能的不斷提升。眾所周知，摩爾定律是半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的“圣經(jīng)”。在硅基半導(dǎo)體上，每18個月實現(xiàn)晶體管的特征尺寸縮小一半，性能提升一倍。在性能提升的同時，帶來成本的下降，這使得半導(dǎo)體廠商有足夠的動力去實現(xiàn)半導(dǎo)體特征尺寸的縮小。這其中，處理器芯片和存儲芯片是最遵從摩爾定律的兩類芯片。以Intel為例，每一代的產(chǎn)品完美地遵循摩爾定律。在芯片層面上，摩爾定律促進(jìn)了性能的不斷往前推進(jìn)。

    PCB板并不遵從摩爾定律，是整個系統(tǒng)性能提升的瓶頸。與芯片規(guī)模不斷縮小相對應(yīng)的是，PCB板這些年并沒有發(fā)生太大變化。因為PCB的限制，使得整個系統(tǒng)的性能提升遇到了瓶頸。例如內(nèi)存輸出位寬等于處理器和內(nèi)存之間的連線數(shù)量，在十年間受到PCB板工藝的限制一直是64bit沒有發(fā)生變化。所以想提升內(nèi)存帶寬只有提高內(nèi)存接口操作頻率。這就限制了整個系統(tǒng)的性能提升。

    SIP是解決系統(tǒng)桎梏的勝負(fù)手。把多個半導(dǎo)體芯片和無源器件封裝在同一個芯片內(nèi)，組成一個系統(tǒng)級的芯片，而不再用PCB板來作為承載芯片連接之間的載體，可以解決因為PCB自身的先天不足帶來系統(tǒng)性能遇到瓶頸的問題。

    SiP不僅是簡單地將芯片集成在一起。SiP還具有開發(fā)周期短；功能更多；功耗更低，性能更優(yōu)良、成本價格更低，體積更小，質(zhì)量更輕等優(yōu)點，代表了未來的發(fā)展方向。

    2、SiP——為智能手機(jī)量身定制，已獲廣泛應(yīng)用

    SiP的應(yīng)用非常廣泛，主要包括：無線通訊、汽車電子、醫(yī)療電子、計算機(jī)、軍用電子等。應(yīng)用最為廣泛是無線通訊領(lǐng)域。

SiP的應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)值占比

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    目前SiP應(yīng)用比較普遍的是在CPU處理器和DDR存儲器集成上，例如蘋果A11處理器+海力士LPDDR4內(nèi)存，華為麒麟950處理器+美光LPDDR4內(nèi)存等，其它諸如觸控芯片、指紋識別芯片、射頻前端芯片等也開始采用SiP技術(shù)。在iPhone8中，SiP系統(tǒng)級封裝已經(jīng)占所有封裝比例的40%以上，主要用于PA和射頻模塊。

    目前射頻前端器件包括PA、天線開關(guān)、濾波器、WiFiFEM等均已經(jīng)使用了SiP封裝，SiP封裝在射頻模塊的應(yīng)用廣泛。

    5G使用的芯片和元器件數(shù)量增加，通過集成可降低成本、提升性能、縮小體積。SiP技術(shù)(FEMiD、PAMiD等)可以將10~15個器件(開關(guān)、濾波器、PA、LNA等)封裝在一起，連接可能采用引線(Wirebond)、倒裝(FlipChip)、Cu柱(Cupillar)等。

    射頻前端的集成度越來越高。4G射頻模組是由SiP方式整合不同制程技術(shù)來制作功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)、濾波器(Filter)、開關(guān)(Switch)和被動元件(Passive)等，5GmmWave射頻模組將走向高度整合趨勢。射頻前端模塊的發(fā)展趨勢將逐漸由離散型的RF元件，朝向整合型模組的FEMiD與PAMiD形式。

    在4G時代，智能手機(jī)射頻前端SiP封裝供應(yīng)鏈由Qorvo、博通、Skyworks、Murata、TDK-Epcos等IDM廠商領(lǐng)導(dǎo)。同時他們也會把部分生產(chǎn)外包至部分國際封測大廠廠商，例如日月光、安靠、長電科技等。而這幾家IDM廠商主要集中于Sub6GHz解決方案。

    2017年全球射頻前端SiP封裝市場規(guī)模為25億美元，預(yù)計將在2023年達(dá)到49億美元，CAGR為11%，SiP封裝市場將在5G時代快速增長。

    3、SiP+Antenna：5G應(yīng)用廣泛

    SiP+Antenna，由SiP進(jìn)階到AiP

    封裝天線（AntennainPackage，簡稱AIP）是基于封裝材料與工藝，將天線與芯片集成在封裝內(nèi)，實現(xiàn)系統(tǒng)級無線功能的一門技術(shù)。AiP技術(shù)順應(yīng)了硅基半導(dǎo)體工藝集成度提高的潮流，為系統(tǒng)級無線芯片提供了良好的天線與封裝解決方案。

    片上天線和封裝天線，AIP技術(shù)廣受青睞。AoC和AiP分別屬于SoC和SiP概念的范疇，分別了它們獨有的輻射特性。AoC技術(shù)更適用于太赫茲頻段，而AiP技術(shù)很好地兼顧了天線性能、成本及體積，幾乎所有的60GHz無線通信和手勢雷達(dá)芯片都采用了AiP技術(shù)。除此之外，在79GHz汽車?yán)走_(dá)94GHz相控陣天線，122GHz、145GHz和160GHz傳感器以及300GHz無線連接芯片中都可以找到AiP技術(shù)的身影。

    G在毫米波頻段的應(yīng)用，由于毫米波本身頻率較高，天線通過饋線相連的損耗會非常大，為了減少互聯(lián)的損耗，必須要把前端做成模組化，減少在毫米波頻段的損耗。催生出毫米波天線和射頻前端封裝在一起的“SiP+Antenna”的形式，由SiP進(jìn)階到AiP。

    AIP核心應(yīng)用，5G毫米波天線封裝

    5G時代頻段資源有限，毫米波頻段備受關(guān)注。常用的6GHz以下的頻段已經(jīng)基本沒有更多的資源可利用了（4G時代已經(jīng)非常擁擠）。5G時代毫米波頻段高安全性、高速率引起眾多廠商注。

    封裝天線（AIP），5G天線封裝主流形式。5GIoT和5GSub-6GHz預(yù)計將繼續(xù)維持3G和4G時代結(jié)構(gòu)模組，也就是分為天線、射頻前端、收發(fā)器和數(shù)據(jù)機(jī)等四個主要的系統(tǒng)級封裝(SiP)和模組，而更高頻段的5G毫米波，則采用將天線、射頻前端和收發(fā)器整合成單一系統(tǒng)級封裝。在天線的整合封裝方面，由于頻段越高、天線越小，5G時代的天線或?qū)⒁訟iP(AntennainPackage)技術(shù)將其與其他零件共同整合到單一封裝內(nèi)。

    5G毫米波射頻前端模塊將走向高度整合的趨勢，天線模組也將走向微縮化的趨勢，預(yù)計未來將由AntennaonPCB轉(zhuǎn)向AntennainModule及“SiP+Antenna”的封裝天線（AIP）形式。

    隨著5G時代的即將到來，預(yù)計未來AiP技術(shù)的應(yīng)用及市場空間廣闊。

2G-5G時代RFFEM封裝技術(shù)趨勢

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    4、5G時代下射頻前端市場空間廣闊

    4.1、手機(jī)射頻前端市場2023年預(yù)計超300億美元

    受5G時代技術(shù)、數(shù)量、價格三因素驅(qū)動，射頻芯片市場有望在2019年開始加速擴(kuò)張，伴隨著手機(jī)換機(jī)潮的來襲，手機(jī)市場與射頻芯片市場有望在2021年實現(xiàn)最高增速，細(xì)分市場有望從4G手機(jī)過渡至5GSub-6GHz手機(jī)，再過渡至5G毫米波手機(jī)。以Canalys對5G手機(jī)出貨量的預(yù)測。預(yù)計2019年-2023年3G手機(jī)增速為-18.90%，4G手機(jī)增速為-16.22%，5G手機(jī)增速為174.90%；預(yù)計到2021年手機(jī)出貨量為14.40億部，其中3G/4G/5G手機(jī)分別為0.35、10.12、3.93億部，對應(yīng)的射頻芯片市場預(yù)計在2021年達(dá)到247.06億美元。預(yù)計射頻芯片細(xì)分市場中難度最大的濾波器價值比例越來越高，毫米波模組在2021年開始應(yīng)用，預(yù)計2021年濾波器、PA、射頻開關(guān)、天線調(diào)諧、LNA、毫米波模組對應(yīng)市場價值依次為152.86、60.85、19.76、7.41、4.94、1.24億美元，整體市場規(guī)模與預(yù)測的235.57億美元也相符。

手機(jī)射頻前端市場拆分預(yù)測

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    從2011年至2018年全球射頻前端市場規(guī)模年復(fù)合增長率為13.10%，2018年市場規(guī)模達(dá)149.10億美元，同比增長速率14.43%。預(yù)計在5G時代來臨后，全球射頻前端市場將迎來快速增長，2020年預(yù)計增長速率為19.22%，2020至2023年增長速率趨于穩(wěn)定，保持在15%左右。

全球射頻前端市場規(guī)模及速率預(yù)測

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    4.2.基站射頻前端增長空間巨大

    從5G的建設(shè)需求來看，5G將會采取“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋的模式，歷次基站的升級，都會帶來一輪原有基站改造和新基站建設(shè)潮。2017年我國4G廣覆蓋階段基本結(jié)束，4G基站達(dá)到328萬個。

    5G基站將包括中低頻段(6GHz以下)的宏站和高頻段(6GHz以上)的小站：

    1.宏站數(shù)量方面，中低頻段的宏站可實現(xiàn)與4G基站相當(dāng)?shù)母采w范圍，到2017年4G基站約為328萬個(覆蓋99%人口)，如實現(xiàn)相同的覆蓋，預(yù)計5G宏站將達(dá)475萬個。

    2.小站數(shù)量方面，毫米波高頻段的小站覆蓋范圍是10~20m，應(yīng)用于熱點區(qū)域或更高容量業(yè)務(wù)場景，其數(shù)量保守估計將是宏站的2倍，由此預(yù)計5G小站將達(dá)到950萬個。

    因此在基站數(shù)量方面，5G基站的數(shù)量將大幅超過4G時代基站數(shù)量，因此基站的射頻器件需求量也會大幅增長。由于單個5G基站對于濾波器、PA等射頻器件需求數(shù)量的提升，再加上更高的性能要求導(dǎo)致其他射頻器件成本的上漲，預(yù)計單個5G基站的BoM（物料成本）也將相較4G基站有所增加。

    因此，5G時代將會迎來基站數(shù)量和單個基站成本的雙雙上漲，疊加起來5G時代基站市場空間將會有巨大的增幅。預(yù)計2022年基站射頻前端全球市場將由2018年的約5億美元增長至2022年的16億美元，增幅達(dá)220%，基站射頻前端市場增長空間巨大。

2017-2022年基站射頻前端市場概況

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    三、射頻前端市場空間測算

    5G時代射頻前端市場主要分為兩部分：智能手機(jī)和基站。將分別測算兩個部分的射頻器件市場空間。

    據(jù)估計，單部5G手機(jī)的PA價值為9美元、濾波器價值為15美元，其他器件價值為10美元，預(yù)計單部5G智能手機(jī)的射頻前端成本為34美元，單部旗艦4GLTE智能手機(jī)的射頻前端成本為19美元。其他智能手機(jī)方面，估計射頻前端成本平均約為8.7美元/部。

    出貨量方面，預(yù)計2019年將有第一批5G智能手機(jī)出貨，而2020年將達(dá)到2.13億部，綜合單機(jī)射頻前端成本計算得出2019年智能手機(jī)射頻前端市場將達(dá)到184.7億美元，2020年將達(dá)到242.6億美元，CAGR達(dá)18.79%。

3G\4G\5G智能手機(jī)中射頻器件成本拆分（美元）

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2018-2020年智能手機(jī)射頻前端總市場規(guī)模測算

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    截至2017年12月底，中國4G宏基站數(shù)量為328萬座，要達(dá)到相同的覆蓋率，估計中國5G宏基站數(shù)量約為500萬座，達(dá)4G基站數(shù)量的1.5倍。

    根據(jù)三大運營商的資本支出計劃，預(yù)計中國5G宏基站建設(shè)計劃將于2019年正式開始，約為10萬站，2023年預(yù)計將達(dá)到建設(shè)頂峰，年建設(shè)數(shù)量達(dá)115.2萬座。

    射頻PA方面，參考目前設(shè)備商展開試驗5G基站的上游采購價格，目前用于3.5GHz頻段的5G基站，采用LDMOS工藝的功率放大器單扇區(qū)的價格超過了400美元，采用GaN工藝的功率放大器價格超過了700美元，假設(shè)LDMOS和GaN射頻價格均以5%的比例遞減。

    5G基站數(shù)量方面，中國移動占比超過50%，前期建設(shè)情況下，LDMOS放大器擁有一定比例的市場，推測GaN射頻器件約占50%，預(yù)計到2025年，GaN射頻器件占比85%以上。

    5G宏基站天線采用MassiveMIMO技術(shù)，天線和RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）合設(shè)，組成AAU。MassiveMIMO天線假設(shè)為64T64R，則單個宏基站天線數(shù)量為192個，放大器數(shù)量為192個。

    濾波器方面，假設(shè)同樣5G宏基站采用64通道，則一個基站需要64個濾波器，估計目前單個5G濾波器價格為100元左右，且隨著技術(shù)成熟和出貨量上升，價格逐漸下降。

    5G小基站方面，估計單個5G小基站的射頻PA成本為約4美元。而4G基站方面，包括LDMOS和GaN綜合測算在內(nèi)，預(yù)計4G基站的射頻PA成本是2.4美元。

    基于以上關(guān)鍵假設(shè)，可以計算得出2021年全球5G宏基站PA和濾波器市場將達(dá)到243.1億元人民幣，CAGR為162.31%，2021年全球4G和5G小基站射頻器件市場將達(dá)到21.54億元人民幣，CAGR為140.61%。

全球5G宏基站PA和濾波器市場總規(guī)模（億元）測算

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全球4G/5G小基站PA和濾波器市場總規(guī)模（億元）測算

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