射頻前端產業鏈深度解讀

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終端設備的無線通信模塊主要分為天線、射頻前端模塊（RF FEM）、射頻收發模塊、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模塊間實現信號發送和接收的基礎零件。

射頻前端晶元主要是實現信號在不同頻率下的收發，包括射頻功率放大器（PA）、射頻低雜訊放大器（LNA）、射頻開關、濾波器、雙工器等。目前射頻前端晶元主要應用於手機和通訊模塊市場、WiFi路由器市場和通訊基站市場等。

射頻前端晶元市場規模主要受移動終端需求的驅動。近年來，隨著移動終端功能的逐漸完善，手機、平板電腦等移動終端的出貨量持續上升，而射頻前端的市場規模也隨之上升。根據 Gartner 統計，包含手機、平板電腦、超極本等在內的移動終端的出貨量從2012年的22億台增長至2017年的23億台，預計未來保持穩定。

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成為集豐富功能於一體的便攜設備，通過操作系統以及各種應用軟體滿足終端用戶網路視頻通信、微博社交、新聞資訊、生活服務、線上遊戲、線上視頻、線上購物等絕大多數需求。

隨著 5G 商業化的逐步臨近，5G標準下現有的移動通信、物聯網通信標準將進行統一，因此未來在統一標準下射頻前端晶元產品的應用領域會被進一步放大。同時，5G下單個智能手機的射頻前端晶元價值亦將繼續上升，預計未來射頻前端市場也會繼續保持增長。

根據QYR Electronics Research Center的統計，從2010年至2018年全球射頻前端市場規模以每年約13%的速度增長，2018年達149.10億美元，未來將以 13%以上的增長率持續高速增長，2020年接近190億美元。

目前正是4G網路向5G網路轉型升級的階段，未來全球射頻前端市場規模將迎來大規模擴張。預計2023年全球射頻前端市場規模將增長至313.10億美元。

根據YOLE的統計數據，2018年全球RF FEM（射頻前端模塊）消費量為96億個，預計未來隨著5G的不斷發展，2023年全球RF FEM消費量將增長至135億個。

射頻器件主要包括射頻開關和LNA，射頻PA，濾波器，射頻天線調諧器和毫米波FEM等。根據YOLE的統計數據，2017年全球射頻器件市場中，濾波器市場佔比約53.3%，射頻PA市場佔比約為33.3%，而射頻開關約為6.7%，射頻天線調諧器約為3.1%，LNA約為1.6%。

射頻濾波器包括聲表面濾波器（SAW，SurfaceAcousticWave）、體聲波濾波器（BAW，Bulk Acoustic Wave）、MEMS濾波器、IPD（Integrated Passive Devices）等。SAW和BAW濾波器是目前手機應用的主流濾波器。

SAW濾波器的基本結構由壓電材料襯底和2個 IDT（Interdigital Transducer）組成。IDT是叉指換能器——交叉排列的金屬電極。下圖中左邊的IDT把電信號轉成聲波，右邊IDT把聲波轉成電信號。

SAW濾波器頻率上限為2.5~3GHz。頻率高於1.5GHz時，其選擇性降低。在約2.5GHz處，其僅限於對性能要求不高的應用，而且SAW濾波器易受溫度變化的影響。未來SAW濾波器的發展趨勢是小型片式化、高頻寬頻化、降低插入損耗以及降低成本。

BAW濾波器更適合於高頻，同時對溫度變化不敏感，具有插入損耗小、帶外衰減大等優點。BAW是3D腔體結構，能量損失小，Q值高，濾波效果更好，尤其適用於2GHz以上之頻段，對於5G sub-6G U有明顯優勢。

BAW濾波器製造工藝步驟是SAW的10倍，但因其在更大晶圓上製造的，每片晶圓產出的BAW器件也多了約4倍。儘管如此，BAW的成本仍高於SAW。

BAW濾波器一般工作在1.5~6.0GHz，因此在3G/4G智能手機內所佔的份額迅速增長。但並不意味著SAW濾波器完全失去市場。二者會分別在中高頻和低頻發揮各自優勢並在一段時間並存。2GHz以下SAW的市場佔有率仍比較大，2GHz以上BAW的市場佔有率會比較高。

濾波器是射頻前端市場中最大的業務板塊。根據YOLE的報告顯示，濾波器全球市場規模將從2017年的約80億美元增長至2023年的225億美元，CAGR達19%，市場空間廣闊。

濾波器是射頻器件潛力最大的市場之一，濾波器的市場的驅動力來自於新型天線對額外濾波的需求，以及多載波聚合（CA）對更多的體聲波（BAW）濾波器的需求。根據觀研天下的預測，在3G向5G演進的過程中，濾波器的單機價值量將成倍增長。3G設備的濾波器單機價值為1.25美元，4G設備為4美元，而到了5G時代預計將達到10美元以上。

隨著手機的頻段不斷增加，所需濾波器的需求量也成正比上升。Skyworks預計2020年5G應用支持的頻段數量將翻番，新增50個以上通信頻段，全球2G/3G/4G/5G網路合計支持的頻段將達到91個以上。頻段數上升將帶來射頻濾波器使用數量增多。理論上每增加一個頻段需增加2個濾波器。由於濾波器集成於模組，二者並不是簡單的線性增加的關係。

在5G時代為了實現高帶寬，載波聚合技術的路數必須上升。載波聚合技術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。目前載波聚合技術在4G已經得到了廣泛應用。載波聚合路數的上升也意味著頻帶數量的上升，從而催生出對更多濾波器的需求。

目前全球SAW和BAW濾波器市場均被國際巨頭壟斷。在SAW濾波器市場，前五大廠商（Murata、TDK、TAIYO YUDEN、Skyworks、Qorvo）佔據了95%的全球市場；而在BAW濾波器市場中，僅Broadcom-Avago一家就佔據了87%的全球市場份額，而且全球市場均被國外大廠壟斷。目前國內尚無大批量生產和出貨的射頻濾波器的企業。

SAW濾波器可滿足約1.5GHz以內的頻率使用，BAW濾波器則可應用於更高頻率。SAW濾波器無法滿足高頻段的使用條件，因此BAW濾波器成為市場新焦點，是未來5G時代發展的主要方向，但是技術難度也較大，因此國內廠商目前主要布局還是在SAW濾波器，BAW濾波器還處於研發階段。

目前國內布局SAW濾波器的企業有麥捷科技、瑞宏科技、信維通信、中電德清華瑩、華遠微電、無錫好達電子等，雖取得一定進展，但在大批量生產和出貨能力方面仍有追趕空間。但是由於射頻晶元市場的投入相對較小，因此是一個很好的嘗試點和突破口，國產濾波器有望實現突破。

射頻功率放大器（PA）是射頻系統的關鍵模塊，它需要把發射機的低功率信號放大到足夠大，才能滿足通訊協議的要求。PA直接決定了手機無線通信的距離、信號質量，甚至待機時間，是射頻系統中的重要部分。

隨著無線通訊協議的發展，數據率越來越高，同時無線調製方式也越來越複雜，手機頻段持續增加，PA的數量也隨之增加。根據StrategyAnalytics的數據，4G多模多頻手機所需PA晶元5~7顆，預計5G時代手機內的PA或多達16顆。而根據YOLE的報告顯示，2017年全球射頻PA市場為50億美元，預計隨著5G的推廣，2023年射頻PA全球市場將達到70億美元，CAGR為7%。

全球PA市場絕大部分份額被Skyworks、Qorvo、Broadcom、Murata佔據，合計市場份額為96%。

國內的射頻PA廠商也正在興起。國內的射頻PA設計公司（Fabless）有近20家，主要有漢天下、唯捷創芯、紫光展銳等。國內晶圓代工廠商主要有三安光電、海特高新等，國產射頻PA有望實現突破。

由於移動通訊技術的變革，智能手機需要接收更多頻段的射頻信號，對於射頻開關的需求也隨之提升。根據 Yole Development 的總結，2011 年及之前智能手機支持的頻段數不超過 10 個，而隨著 4G 通訊技術的普及，至 2016 年智能手機支持的頻段數已經接近 40 個；因此，移動智能終端中需要不斷增加射頻開關的數量以滿足對不同頻段信號接收、發射的需求。

根據QYR Electronics Research Center的統計，2010年以來全球射頻開關市場經歷了持續的快速增長，2018年全球市場規模達到16.54億美元，隨著 5G 商業化的推進，預計2020年市場規模將達到 22.90億美元。2018-2023年間，全球射頻開關市場規模的年複合增長率預計達 16.55%。

隨著移動通訊技術的變革，移動智能終端對信號接收質量提出更高要求，需要對天線接收的信號放大以進行後續處理。一般的放大器在放大信號的同時會引入雜訊，而射頻低雜訊放大器能最大限度地抑制雜訊，因此得到廣泛的應用。

根據QYR Electronics Research Center的統計，2018 年，全球射頻低雜訊放大器（LNA）市場規模已達 14.21 億美元。隨著4G的普及，智能手機中天線和射頻通路的數量增多，對射頻低雜訊放大器的數量需求迅速增加，因此預計在未來幾年將持續增長，到2020年，其市場規模將在5G商業化建設迎來發展高峰，在2023年達17.94億美元。

現階段，全球射頻前端晶元市場主要被國外大廠佔據。射頻前端晶元的主要歐美日傳統大廠包括Broadcom、Skyworks、Qorvo、Murate等。全球射頻前端市場集中度較高，前四大廠商合計佔據全球85%的市場。

從國際競爭力來講，國內的射頻設計水平還處在中低端。例如國內的PA和射頻開關相關廠商，射頻晶元廠商銷售額大約3億美金。全球PA和開關射頻產品需求金額大約60億美金。可見，國內廠商依然在起步階段，市場話語權有限；濾波器方面，國內廠商銷售總額不到1億美金，全球市場需求在90億美金。

國內射頻晶元產業鏈已經基本成熟，從設計到晶圓代工，再到封測，已經形成完整的產業鏈。而行業內也湧現出了一批射頻前端新興企業，例如銳迪科、國民飛驤、唯捷創芯、韋爾股份、卓勝微等。

射頻前端產業鏈日趨成熟

射頻前端半導體產業鏈生態將迎來新的變化，推動產業鏈公司迎新機遇。目前射頻前端半導體產業由IDM模式主導。射頻前端主要產品的市場均被幾大國際巨頭壟斷。隨著5G到來，以高通為代表的Fabless廠商試圖憑藉基帶技術切入射頻前端領域；同時以華為為代表的設備商對於上游供應鏈的把控和「國產替代」需求也將重塑產業鏈格局，國內設計廠商有望迎來替代機遇，我們看好未來射頻前端的國產替代邏輯。

IDM模式仍為行業主流

射頻前端產業鏈根據分工的不同可以分為晶元設計、晶圓製造和封裝測試三個環節。而 IDM（Integrated Device Manufacturing，垂直整合製造）模式是指垂直整合製造商獨自完成集成電路設計、晶圓製造、封測的所有環節，因此該模式對技術和資金實力均有很高的要求，所以目前只有國際上成功的大型企業採納IDM模式，如Skyworks、Qorvo、Murata、Broadcom等。

1987 年台灣積體電路公司（TSMC）成立以前，集成電路產業只有IDM一種模式，此後，半導體產業的專業化分工成為一種趨勢。出現垂直分工模式的根本原因是半導體製造業的規模經濟性。但是現今IDM 廠商仍然佔據主要地位，主要是因為IDM 企業具有資源的內部整合優勢、技術優勢以及較高的利潤率：

1. 資源的內部整合優勢。在IDM 企業內部，從IC 設計到完成IC製造所需的時間較短，主要的原因是不需要進行硅驗證（SiliconProven），不存在工藝流程對接問題，所以新產品從開發到面市的時間較短。而在垂直分工模式中，由於Fabless 在開發新產品時，難以及時與Foundry 的工藝流程對接，造成一個晶元從設計公司到代工企業的流片（晶圓光刻的工藝過程）完成往往需要6-9 個月，延緩了產品的上市時間。

2. 技術優勢。大多數IDM 都有自己的IP（Intellectual Property，知識產權）開發部門，經過長期的研發與積累，企業技術儲備比較充足，技術開發能力很強，具有技術領先優勢。

3. 較高的利潤率。根據「微笑曲線」原理，最前端的產品設計、開發與最末端的品牌、營銷具有最高的利潤率，中間的製造、封裝測試環節利潤率較低。

目前射頻前端行業仍然以IDM模式為主導。射頻與功率器件集成度不高，設計變化不多，設計環節附加值較低，而且材料結構與工藝密切相關，而工藝又決定了產品最終的電學性能，材料、設計、製造與封測一體相關，這幾個因素是射頻器件競爭的主導性因素。所以全球成功的射頻或功率器件公司，多數都採用IDM模式。

隨著通信技術的不斷發展，手機等移動終端對於射頻前端的要求也越來越高。一方面，手機等終端需要的射頻前端的數量在上升，射頻前端在手機成本的比重也越加上升；另一方面，隨著對便攜性和輕薄化的要求越來越高，而需求的射頻前端數量也在不斷增長，這時射頻前端廠商只能增加集成度以把整個射頻系統的實際尺寸控制在合適的範圍內。

目前，已經有一些廠商在研發把低雜訊放大器和開關模組集成在一起的方案，例如Skyworks的SkyOne模組（集成了PA，開關，多路器在同一模組上）。未來隨著通信技術和生產工藝的不斷發展，我們可望看到集成度更高的射頻前端。

射頻前端行業兼并收購不斷，巨頭不斷擴大業務版圖。越來越多的廠商也在紛紛加大在射頻前端方面的投入，希望在未來的5G浪潮中分一杯羹。例如聯發科計劃收購絡達科技布局射頻PA，紫光展訊整合銳迪科買入射頻PA行業，而國際巨頭Skyworks聯手鬆下組建合資公司開發SAW濾波器，而巨頭Qorvo則由主營濾波器的RFMD和主營射頻PA的Triquint合併而成。

有很多特殊的半導體產品適用IDM而不是代工模式，例如模擬器件。模擬器件和數字器件不一樣。數字器件的敏感度一般來說不那麼高，它追求摩爾定律，要求線寬越來越小、功耗越來越少、成本越來越低，而單位面積上晶體管的數目要越來越多，它需要最先進的工藝和技術。

模擬器件則非常敏感，只要一個參數有變化，整體功能就會改變很多。譬如模擬器件裡面的一個電容或電感的尺寸，稍微大一點或者小一點效果就會差很多。所以模擬器件更需要有一條專門為它服務的生產線。

混合信號、模擬和功率半導體器件都不需要使用7納米、14納米的工藝，它需要的是穩定性和可靠性，需要對它的工藝流程進行量身定做，因此很多模擬器件是沒有代工工廠（Foundry）的，譬如5G通訊中用到的氮化鎵（GaN），目前這種高功率晶元的大企業有Skyworks（思佳訊）、Qorvo、Sumitomo（住友）、Murata（村田）、NXP（恩智浦）、AVAGO（安華高）等，都是IDM公司。

射頻前端產業目前是IDM模式最成功的領域。就在其它半導體晶元市場（如處理器、SoC等）Fabless模式佔據大半江山的時候，在射頻前端市場仍然是IDM獨大，這是因為射頻前端設計需要仔細結合器件製造工藝，有時候甚至會為了設計而調整工藝。目前射頻前端領域的巨頭Skyworks， Qorvo等都有自己的生產線，隨著未來5G時代對射頻前端器件的要求越來越高，製造工藝越來越複雜，預計IDM模式仍然將在未來的射頻前端行業佔據主導地位。

IDM模式雖然有這麼多的好處，但是IDM模式最大的局限就在於對市場的反應不夠迅速。由於IDM 企業的「質量」較大，所以「慣性」也大，因此對市場的反應速度會比較慢。其次，半導體產業所需的投資十分巨大，沉沒成本高。晶圓生產線投資較大，而且每年的運行保養、設備更新與新技術開發等成本佔總投資的比例較高。這意味著除了少數實力強大的IDM廠商有能力擴張外，其他的廠商根本無力擴張，因此便催生出了Fabless模式。

在Fabless模式下，集成電路設計、晶圓製造、封測分別由專業化的公司分工完成，此模式中主要參與的企業類型有晶元設計廠商、晶圓製造商、外包封測企業。採用Fabless模式的公司處於產業鏈上游，技術密集程度高，晶元設計廠商在該種模式下起到龍頭作用，統一協調晶元設計後的生產、封測與銷售。

高通藉助基帶技術優勢，涉足5G射頻模組，產業秩序面臨改變。RFIC巨頭高通和射頻前端大廠TDK合資成立了RF 360，使得高通擁有了提供從基帶Modem SoC，RFIC到射頻前端完整解決方案的能力。

高通於2018年推出全球首款5G毫米波天線模組QTM052，該模組包含毫米波IC、1x4天線陣列、射頻收發器(transceiver)、電源管理IC、射頻前端元件(放大器、濾波器、低雜訊放大器.等)，並採用AiP(Antenna in Package)封裝技術，使得模組寬度僅約1美分硬幣的1/3寬，其搭配高通5G Modem(X50)晶片，獲得優異的射頻性能表現，可大幅簡化手機系統廠商需面對的複雜射頻通訊設計問題，預計此模組將用在三星(S10)、Sony、LG、小米、OPPO、Google等2019年的5G手機上。

目前Qorvo、Broadcom、Skyworks主要佔據4G LTE/Sub-6G領域，而高通則選擇深耕5G毫米波市場，並不斷拉大與競爭對手的差距。預計高通的進入將深刻地改變射頻前端產業秩序。

同時，以華為為代表的設備商對於上游供應鏈的把控和「國產替代」需求也將重塑產業鏈格局，國內設計廠商有望迎來替代機遇，我們看好未來射頻前端的國產替代邏輯。國內射頻器件的生產廠商以Fabless為主，在代工廠工藝的挹注下，產業鏈將迎來加速國產替代的機遇。目前國內代表公司有海思半導體，卓勝微，VanChip，Ampleon，慧智微等。

射頻前端晶元是移動智能終端產品的核心組成部分，追求低功耗、高性能、低成本是其技術升級的主要驅動力，也是晶元設計研發的主要方向。

射頻前端晶元與處理器晶元不同，後者依靠不斷縮小製程實現技術升級，而作為模擬電路中應用於高頻領域的一個重要分支，射頻電路的技術升級主要依靠新設計、新工藝和新材料的結合。

由於5G時代對用戶體驗速率、連接數密度、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，所以對射頻前端晶元也提出了更高的要求，只有抓住了新工藝和新材料等關鍵升級路線，才能享受5G時代帶來的高速增長紅利。因此我們應該重點關注射頻前端的新材料氮化鎵（GaN）和前沿的封裝技術SiP/AiP。

氮化鎵：未來5G射頻前端新秀

半導體材料共經歷了三個發展階段：

1. 第一階段是以Si、Ge為代表的第一代半導體材料

2. 第二階段是以GaAs、InP等化合物為代表的第二代半導體材料

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

其中，第三代半導體材料具有很多優異於第一和第二代半導體材料的性能特點：第一，具有較大的禁帶寬度，較高的擊穿電壓，耐壓性能較好，更適合應用大功率領域；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的設計成本；第四，發展前景廣闊，在高頻、高溫、大功率等領域有很大發展潛力。因此氮化鎵（GaN）憑藉其優異的性能而成為目前研究的熱點內容。

正是由於氮化鎵優異的性能，目前氮化鎵已經成為射頻器件（RF）、LED和功率器件等的應用熱點，尤其是氮化鎵同時可以滿足高功率和高頻率的特點，並且在高頻下擁有更高的功率輸出和更小的佔位面積，目前已經成為射頻器件應用的熱點和最優選擇之一。

當前基站與無線回傳系統中使用的大功率射頻器件（功率大於3瓦），主要有基於三種材料生產的器件，即傳統的LDMOS（橫向擴散MOS）、砷化鎵（GaAs），以及新興的氮化鎵（GaN）。

根據Yole的預測，未來5到10年，砷化鎵在大功率射頻器件市場上所佔比例基本維持穩定，但LDMOS與氮化鎵將呈現出此消彼長的關係。2025年，LDMOS佔比將由現在的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工藝，佔比到2025年可達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，可工作環境溫度也更高。由於成本優勢，LDMOS在低頻仍有生存空間，但氮化鎵已經在向低頻滲透，例如在2.6GHz頻段，也開始出現氮化鎵方案。

由於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，高頻應用中氮化鎵不是去替代LDMOS，而是開闢全新的市場空間。氮化鎵擁有全面的優勢，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。

根據Compound Semiconductor的預測，預計2018年開始GaN的出貨量將超過LDMOS，通信市場氮化鎵的應用前景廣闊。

隨著通信技術不斷向高頻演進，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和高頻化應用，讓氮化鎵大有用武之地。在5G時代，未來一台基站裡面就要用幾百個PA（功率放大器），而5G的基站部署數量將呈指數形式增長，所以在5G時代，射頻器件產業將比以往大得多。

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）：製造較為困難，但是優勢明顯：在世界上所有材料中金剛石的熱導率最高（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熱率優勢發揮出來，可以實現非常接近晶元的有效導熱面。

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品，可提供其他出色特性，可確保其在最苛刻的環境下使用，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勢對抗現有硅和砷化鎵技術，從而實現對現有市場份額的替代。

GaN-on-SiC目前主導了RF GaN行業，已滲透到4G LTE無線基礎設施市場，預計將部署在5G sub-6Ghz的RRH架構中。與此同時，經濟高效的LDMOS技術也取得了顯著進步，可能會對5G sub-6Ghz有源天線和大規模多輸入多輸出（MIMO）應用中的GaN解決方案發起挑戰。不過，這可能需要以降低效率為代價，從而帶來功耗的增加，對於5G的大規模部署來說是不可持續的。

GaN-on-SiC是以性能為導向的，而GaN-on-Si作為潛在的挑戰者是以成本為導向的，並且可以滿足更大的出貨量需求。根據YOLE的報告預計，GaN-on-Si可以基於全球現有的低成本、大尺寸CMOS硅晶圓和大量射頻硅代工廠實現更快的大規模量產，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、導通電阻低、開關速度快、零反向恢複電荷、體積小和能耗低、抗輻射等優勢。針對RF產品更易於擴展，未來GaN-on-Si將廣泛應用於手機、射頻器件、VSAT等領域。隨著5G技術的不斷推進和滲透率的不斷提升，YOLE預計未來GaN-on-Si的市場份額將超過GaN-on-SiC。

根據YOLE的統計數據顯示，2015年氮化鎵射頻器件的市場規模為2.98億美元，主要應用領域為無線終端，佔比為54.6%，YOLE預計，隨著5G的不斷發展，氮化鎵射頻器件的市場規模也會隨之增長，預計在2022年氮化鎵射頻器件的全球市場規模為7.55億美元，年複合增長率CAGR為14%，其中無線終端的佔比將進一步上升至59.6%。

根據ABI research的數據，2012年射頻功率放大器市場中，LDMOS市場有率為第一，佔比為71%，而GaN為13.2%，到了2018年，LDMOS市場佔有率下降為57.6%，GaN上升至第二名，佔比為34.2%，GaN發展勢頭良好，我們預計在5G時代GaN的市場佔比將進一步上升。

未來射頻前端市場，尤其是GaN射頻前端市場的應用主要是無線終端，包括5G智能手機和基站。而根據過去30年從2G到5G的發展歷程來看，一般一代通信技術需要10年的時間來演進，這包括了兩代通信技術之間較長的轉換期，而目前正處於Pre-5G的階段，預計5G時代的真正到來將在2020年之後，那個時候將迎來市場的高峰。

根據Business Wire的預測，2019年將會有第一批5G智能手機上市，隨後5G智能手機市場出貨量將迅速上升，預計將在2025年達到15億台，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。

基站市場方面，根據ABI research和YOLE的數據，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基站市場將達到59億元人民幣。

SiP+Antenna封裝：未來5G新趨勢

根據國際半導體路線組織（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或者光學器件等其他器件優先組裝到一起，實現一定功能的單個標準封裝件，形成一個系統或者子系統。

從架構上來講，SiP是將多種功能晶元，包括處理器、存儲器等功能晶元集成在一個封裝內，從而實現一個基本完整的功能。與SOC（片上系統）相對應。不同的是系統級封裝是採用不同晶元進行並排或疊加的封裝方式，而SOC則是高度集成的晶元產品。

摩爾定律確保了晶元性能的不斷提升。眾所周知，摩爾定律是半導體行業發展的「聖經」。在硅基半導體上，每18個月實現晶體管的特徵尺寸縮小一半，性能提升一倍。在性能提升的同時，帶來成本的下降，這使得半導體廠商有足夠的動力去實現半導體特徵尺寸的縮小。這其中，處理器晶元和存儲晶元是最遵從摩爾定律的兩類晶元。以Intel為例，每一代的產品完美地遵循摩爾定律。在晶元層面上，摩爾定律促進了性能的不斷往前推進。

PCB板並不遵從摩爾定律，是整個系統性能提升的瓶頸。與晶元規模不斷縮小相對應的是，PCB板這些年並沒有發生太大變化。因為PCB的限制，使得整個系統的性能提升遇到了瓶頸。例如內存輸出位寬等於處理器和內存之間的連線數量，在十年間受到PCB板工藝的限制一直是64bit沒有發生變化。所以想提升內存帶寬只有提高內存介面操作頻率。這就限制了整個系統的性能提升。

SIP是解決系統桎梏的勝負手。把多個半導體晶元和無源器件封裝在同一個晶元內，組成一個系統級的晶元，而不再用PCB板來作為承載晶元連接之間的載體，可以解決因為PCB自身的先天不足帶來系統性能遇到瓶頸的問題。

我們認為，SiP不僅是簡單地將晶元集成在一起。SiP還具有開發周期短；功能更多；功耗更低，性能更優良、成本價格更低，體積更小，質量更輕等優點，代表了未來的發展方向。

SiP的應用非常廣泛，主要包括：無線通訊、汽車電子、醫療電子、計算機、軍用電子等。應用最為廣泛是無線通訊領域。

目前SiP應用比較普遍的是在CPU處理器和DDR存儲器集成上，例如蘋果A11處理器+海力士LPDDR4內存，華為麒麟950處理器+美光LPDDR4內存等，其它諸如觸控晶元、指紋識別晶元、射頻前端晶元等也開始採用SiP技術。根據天水華天技術總監於大全的數據，在iPhone8中，SiP系統級封裝已經占所有封裝比例的40%以上，主要用於PA和射頻模塊。

而根據YOLE發布的研究報告中智能手機組件的拆解圖可以看到，目前射頻前端器件包括PA、天線開關、濾波器、WiFi FEM等均已經使用了SiP封裝，SiP封裝在射頻模塊的應用廣泛。

5G使用的晶元和元器件數量增加，通過集成可降低成本、提升性能、縮小體積。SiP技術(FEMiD、PAMiD等)可以將10~15個器件(開關、濾波器、PA、LNA等)封裝在一起，連接可能採用引線(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方式整合不同製程技術來製作功率放大器(PA)、低雜訊放大器(LNA)、濾波器(Filter)、開關(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。

例如iPhone XS中採用的Broadcom 8092模塊便採用了PAMiD封裝技術，整個模塊集成了多達29個器件，包括18個BAW濾波器、5個射頻開關、4個射頻PA等。PAMiD整合了Tx和Rx模組，能夠同時滿足信號質量的改善和模塊體積的小型化。

在4G時代，智能手機射頻前端SiP封裝供應鏈由Qorvo、博通、Skyworks、Murata、TDK-Epcos等IDM廠商領導。同時他們也會把部分生產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廠商主要集中於Sub6GHz解決方案。

而根據YOLE的數據，2017年全球射頻前端SiP封裝市場規模為25億美元，預計將在2023年達到49億美元，CAGR為11%，SiP封裝市場將在5G時代快速增長。

SiP+Antenna，由SiP進階到AiP

封裝天線（Antenna in Package，簡稱AIP）是基於封裝材料與工藝，將天線與晶元集成在封裝內，實現系統級無線功能的一門技術。AiP技術順應了硅基半導體工藝集成度提高的潮流，為系統級無線晶元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技術廣受青睞。AoC和AiP分別屬於SoC和SiP概念的範疇，分別了它們獨有的輻射特性。AoC技術更適用於太赫茲頻段，而AiP技術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晶元都採用了AiP技術。除此之外，在79GHz汽車雷達94GHz相控陣天線，122GHz、145GHz和160GHz感測器以及300GHz無線連接晶元中都可以找到AiP技術的身影。

5G在毫米波頻段的應用，由於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進階到AiP。

AIP核心應用，5G毫米波天線封裝

5G時代頻段資源有限，毫米波頻段備受關注。常用的6GHz以下的頻段已經基本沒有更多的資源可利用了（4G時代已經非常擁擠）。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。5G IoT和5G Sub-6GHz預計將繼續維持3G和4G時代結構模組，也就是分為天線、射頻前端、收發器和數據機等四個主要的系統級封裝(SiP)和模組，而更高頻段的5G毫米波，則採用將天線、射頻前端和收發器整合成單一系統級封裝。在天線的整合封裝方面，由於頻段越高、天線越小，5G時代的天線或將以AiP(Antenna in Package)技術將其與其他零件共同整合到單一封裝內。

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，預計未來將由Antenna on PCB轉向Antenna in Module及「SiP+Antenna」的封裝天線（AIP）形式。

隨著5G時代的即將到來，預計未來AiP技術的應用及市場空間廣闊。

5G時代下射頻前端市場空間廣闊

5G時代對於設備的性能提出了更高的要求，因此射頻器件的成本和所需數量都會得到提升。根據Skyworks的數據顯示，5G時代單部手機的射頻器件成本將由4G時期的18美元上升至25美元；而射頻器件的數量方面都有較大提高，例如單部手機濾波器數量從4G時代的40個上升至5G時代的70個左右，頻帶從15個增加至30個，接收機發射機濾波器從30個增加至75個，射頻開關從10個增加至30個，載波聚合從5個增加至200個等等。

根據YOLE的報告顯示，2017年手機射頻器件全球總市場為150億美元，隨著5G的發展，將在2023年達到350億美元，年複合增長率CAGR預計為14%。

其中射頻濾波器（Filters）全球市場將在2023年達到225億美元，CAGR為19%；射頻天線調諧器（Antenna tuners）將達到10億美元，CAGR為15%；射頻開關（Switches）將達到30億美元，CAGR為15%；射頻功率放大器（PA）將達到70億美元，CAGR為7%；射頻低雜訊放大器（LNAs）將達到6.02億美元，CAGR為16%；而隨著5G時代的到來，5G毫米波射頻前端（mmW FEM）將從0增長至4.23億美元。

而按照不同網路制式拆分來看，根據Qorvo的數據顯示，5G射頻前端全球市場規模將會從2018年的0增長至2022年的55億美元，而LTE Advanced射頻前端市場規模將會從2018年的25億美元增長至至2022年的70億美元，2G/3G/4G的射頻前端市場規模將會從2018年的110億美元下降至2022年的85億美元。

從5G的建設需求來看，5G將會採取「宏站+小站」組網覆蓋的模式，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潮。2017年我國4G廣覆蓋階段基本結束，4G基站達到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. 宏站數量方面，中低頻段的宏站可實現與4G基站相當的覆蓋範圍，到2017年4G基站約為328萬個(覆蓋99%人口)，如實現相同的覆蓋，預計5G宏站將達475萬個。

2. 小站數量方面，毫米波高頻段的小站覆蓋範圍是10~20m，應用於熱點區域或更高容量業務場景，其數量保守估計將是宏站的2倍，由此預計5G小站將達到950萬個。

因此在基站數量方面，5G基站的數量將大幅超過4G時代基站數量，因此基站的射頻器件需求量也會大幅增長。由於單個5G基站對於濾波器、PA等射頻器件需求數量的提升，再加上更高的性能要求導致其他射頻器件成本的上漲，我們預計單個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。根據Qorvo的報告顯示，預計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220%，基站射頻前端市場增長空間巨大。

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：智能手機和基站。我們將分別測算兩個部分的射頻器件市場空間。

根據IHS、Gartner、相關公司信息等的綜合數據我們估計，單部5G手機的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，我們預計單部5G智能手機的射頻前端成本為34美元，單部旗艦4G LTE智能手機的射頻前端成本為19美元。其他智能手機方面，我們估計射頻前端成本平均約為8.7美元/部。

出貨量方面，我們預計2019年將有第一批5G智能手機出貨，而2020年將達到2.13億部，綜合單機射頻前端成本我們計算得出2019年智能手機射頻前端市場將達到184.7億美元，2020年將達到242.6億美元，CAGR達18.79%。

根據工信部數據，截至2017年12月底，中國 4G 宏基站數量為328萬座，依據蜂窩通信理論計算，要達到相同的覆蓋率，我們估計中國 5G 宏基站數量約為500萬座，達4G基站數量的 1.5倍。

根據三大運營商的資本支出計劃，預計中國5G宏基站建設計劃將於2019年正式開始，約為10萬站，2023年預計將達到建設頂峰，年建設數量達115.2萬座。

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

5G基站數量方面，中國移動佔比超過50%，前期建設情況下，LDMOS放大器擁有一定比例的市場，推測GaN射頻器件約佔50%，預計到2025年，GaN射頻器件佔比85%以上。

5G宏基站天線採用 Massive MIMO技術，天線和 RRU（射頻拉遠單元）合設，組成AAU。Massive MIMO天線假設為64T64R，則單個宏基站天線數量為192個，放大器數量為 192 個。

濾波器方面，我們假設同樣5G宏基站採用64通道，則一個基站需要64個濾波器，我們估計目前單個5G濾波器價格為100元左右，且隨著技術成熟和出貨量上升，價格逐漸下降。

5G小基站方面，我們估計單個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，我們預計4G基站的射頻PA成本是2.4美元。

基於以上關鍵假設，我們可以計算得出2021年全球5G宏基站PA和濾波器市場將達到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到21.54億元人民幣，CAGR為140.61%。

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