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2017-12-15

    射频芯片包括功率放大器、低噪声放大器和射频开关。根据Qorvo数据,移动终端随着制式的升级,单机射频前端价格呈现成倍的增长。2G移动终端的单机价格为0.55美金,到了4G手机,单机价值量提升到13.25美金,单机价值提升24倍;其中的射频芯片部分,功率放大器、开关、低噪放的单机价值量从2G时代的0.3美金提升到4G时代的5.5美金,提升18倍。根据Navian的预测,2015-2019年,用于移动通信终端的射频前端模块总市场模将会从 119.4 亿美元增长至 212.1 亿美元,复合年增长率达到15.4%。其中射频芯片所占据的规模约为40%,市场规模约为85美金,市场空间巨大。
    图表1:射频前端市场空间


    化合物半导体具有良好的高频、高功率和高线性的特性,成为5G时代射频芯片的最佳选择。化合物半导体工艺主要分为砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)工艺,根据不同的晶体管类型来分,又可以分为PHEMT工艺和HBT工艺。 GaN的禁带宽度比GaAs高,GaN电子迁移率比GaAs快,GaN的导热率比GaAs高,因此GaN具有更高的击穿电压,更大的功率密度和更好的散热性能。GaAs在6GHz以下的射频器件有较好的表现,当需要高频高功率的场合,GaN器件有更好的表现。
    图表2:GaAs与GaN主要特性比较


    射频前端芯片产业链主要包括拉晶、外延、设计、代工、封装测试。化合物半导体产业链存在IDM模式和Fabless模式,IDM厂商具有芯片设计、晶圆代工和封装测试能力,目前国际三巨头均采用IDM模式方式;另一种为Fabless模式,Fabless设计厂集中于芯片设计,晶元代工和封装测试环节都进行外包。射频前端芯片的IDM厂商都具备功率放大器、开关和低噪声放大器的设计和制造能力;晶元设计厂同时具有功率放大器、开关和低噪声放大器的设计能力;晶元制造厂都具有功率放大器、开关和低噪声放大器的制造能力,射频芯片的竞争是产业链的竞争。
    图表3:化合物半导体产业链


    射频前端芯片领域,主要被海外巨头所垄断,海外的主要公司有Qrovo,skyworks和Broadcom,三家企业2016年财报披露的无线类营业收入总和为96亿美金;国内射频芯片方面,没有公司能够独立支撑IDM的运营模式,主要为Fabless设计类公司;国内企业通过设计、代工、封装环节的协同,形成了“软IDM“”的运营模式;国内射频前端芯片设计类公司2016年总收入低于20亿元,和海外巨头差距明显。国内射频芯片类公司在不断提高自身技术水平,缩小与海外巨头的差距。
    射频芯片设计方面,国内公司开始突破4G芯片市场,具有一定的出货能力;射频芯片设计具有较高的门槛,但具备射频开发经验后可以加速后续高级品类射频芯片的开发。国内射频芯片设计厂商有望在5G射频芯片市场有突破。
    射频芯片代工方面,台湾已经成为全球最大的化合物半导体芯片代工厂,台湾主要的代工厂有稳懋、宏捷科和寰宇,国内仅有三安光电和海威华芯开始涉足化合物半导体代工。三安光电是国内目前国内布局最为完善,具有GaAs HBT/pHEMT和 GaNSBD/FET 工艺布局,目前在于国内200多家企事业单位进行合作,有10多种芯片通过性能验证,即将量产。海威华芯为海特高新控股的子公司,与中国电科29所合资,目前具有GaAs 0.25um PHEMT工艺制程能力。
    封装方面,5G射频芯片一方面频率升高导致电路中连接线的对电路性能影响更大,封装时需要减小信号连接线的长度;另一方面需要把功率放大器、低噪声放大器、开关和滤波器封装成为一个模块,一方面减小体积另一方面方便下游终端厂商使用。为了减小射频参数的寄生需要采用Flip-Chip、Fan-In和Fan-Out封装技术。
    Flip-Chip和Fan-In、Fan-Out工艺封装时,不需要通过金丝键合线进行信号连接,减少了由于金丝键合线带来的寄生电效应,提高芯片射频性能;到5G时代,高性能的Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out结合Sip封装技术会是未来封装的趋势。
    Flip-Chip/Fan-In/Fan-Out和Sip封装属于高级封装,其盈利能力远高于传统封装。国内上市公司,长电科技收购星科金朋后,形成了完整的FlipChip+Sip技术的封装能力。
    图表4:先进封装示意图


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