5G時代：消費電子終端投資機會

5G時代射頻前端的投資機會

隨著4G日漸成熟，5G越來越近，技術上而言，5G通信的三大變化為：1、使用了更多的通訊頻段；2、使用MIMO多天線技術；3、使用載波聚合技術。

射頻系統也需要做出相應變化。

手機通信協議從2G到5G的主要變化是信道帶寬不斷在變大，從2G時代的200KHz，3G時代的5MHz，到4G時代的100MHz。

到了5G時代，信道帶寬可望進一步變寬，甚至可能接近1GHz。

為了實現越來越寬的帶寬需求，可以有兩種方法。

一是使用更多的載波聚合技術（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，在5G時代，為了實現高帶寬，載波聚合技術的路數必須上升，這也意味著5G時的頻帶數量也會上升以滿足載波聚合的需求。

第二個提高帶寬的方法就是把載波頻率移動到毫米波範圍。

對於射頻前端而言，首先，為了實現向後兼容，5G時代的頻帶數量將大大增多，需要更多的模塊來覆蓋這些頻段。

其次，4G載波聚合需要收發機同時工作在多個頻段，因此也需要多個射頻前端模塊同時工作在不同頻段。

到了5G時，需要覆蓋的頻帶數預期會大大增加，載波聚合需要的路數也會上升不少，所以射頻前端模塊器件數量在5G時還會繼續快速上升。

射頻前端總市場規模2022年有望達227億美元，

複合增長率14%射頻前端(RFFE)是射頻收發器和天線之間的功能區域，主要由功率放大器(PAs)、低噪聲放大器(LNAs)、開關、雙工器、濾波器和其他器件組成。

頻器件是無線連接的核心，凡是需要無線連接的地方必備射頻器件，一個設計合理的射頻前端對於手機功能、性能和工業設計上的創新至關重要。

在射頻前端器件中，功率放大器實現發射通道的射頻信號放大；濾波器實現發射及接收信號的濾波；雙工器實現FDD系統的雙工切換及接收/發送通道的射頻信號濾波；射頻開關負責接收、發射通道之間的切換；低噪聲放大器主要用於接收通道中的小信號放大；接收機/發射機用於射頻信號的變頻和信道選擇。

1） 功率放大器（PA）

功率放大器是射頻系統的關鍵模塊，它需要把發射機的信號功率放大到足夠大（如20dBm），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，是整個射頻系統中除基帶外最重要的部分。

手機裡面PA的數量隨著2G、3G、4G、5G前向兼容，以及由此帶來的頻段的增加而增加，以PA模組為例，4G多模多頻手機所需的PA晶片增至5-7顆，StrategyAnalytics預測稱5G時代手機內的PA或多達16顆之多。

就工藝材料來說，目前砷化鎵PA是主流，CMOSPA由於參數性能的影響，只用於低端市場。

4G特別是例如高通等LTEcat16，4x20MHZ的載波聚合技術，對PA線性度高Q值得要求，會進一步依賴砷化鎵PA。

同時，據Qorvo預測，隨著5G的普及，8GHz以下砷化鎵PA仍是主流，但8GHz以上氮化鎵有望在手機市場成為主力。

2）濾波器（Filter）/雙工器（Duplexer）

射頻濾波器的主要功能是將帶外干擾和噪聲濾除，以滿足射頻系統和通訊協議對於信噪比的需求。

雙工器由兩組不同頻率的阻帶濾波器組成，主要作用是將發射和接收訊號隔離，以保證接收和發射都能同時正常工作。

隨著手機支持的頻帶數目不斷增多，一款手機中需要用到的濾波器數量也在不斷上升，目前，一款4G手機中的需要用到的濾波器數量可達30餘個。

RF濾波器包括了SAW（聲表面濾波器）、BAW（體聲波濾波器）、MEMS濾波器、IPD（IntegratedPassiveDevices）等。

SAW、BAW濾波器的性能優良（插入損耗低、Q值高），是目前手機應用的主流濾波器。

SAW使用上限頻率為2.5GHz~3GHz，BAW使用頻率在2.0GHz以上。

技術趨勢上來看，SAW濾波器往小型片式化、高頻寬頻化、低插入損耗發展，因此倒裝（flipchippackaging）和WLP（晶圓級封裝）、WLCSP（WaferLevelChipScalePackaging）等採用更小尺寸的封裝技術正在被採用。

與SAW相比，BAW性能更好，但成本也更高。

BAW的製造工藝步驟是SAW的10倍，但BAW是在更大晶圓上製造的，每片晶圓產出的BAW器件多出約4倍。

當頻段越來越多，甚至開始使用載波聚合的時候，必須採用BAW技術才能解決頻段間的相互干擾問題，隨著技術的演進，BAW可能會逐步替代SAW。

3）低噪聲放大器（LNA）

低噪聲放大器是接收機的關鍵模塊，決定了整個接收機的靈敏度。

低噪聲放大器必須在噪聲係數很低的同時滿足線性度的需求。

目前在中低端射頻系統中已經實現將LNA完全集成到RFIC上，但是在高端射頻系統（例如在iPhone的一些型號中）使用了片外LNA模組以滿足系統對於性能的需求。

4）天線/開關（Antenna/Switch）

MIMO技術的應用普及為天線帶來巨大增量市場，預計到2020年，MIMO64x8將成為標準配置，即基站端採用64根天線，手機採用8根天線。

目前市場上多數手機僅僅支持MIMO2x2技術，手機天線數量需要增3倍。

5G將引入高頻率頻段，天線的設計方案將由現有的單體天線改為陣列天線，新型磁性材料及LTCC集成技術將是5G天線的核心技術。

射頻前端（FEM）市場2022年有望達227億美元，複合增長率14%手機先是經歷從模擬信號到數位訊號的轉換，此後又歷經2G、3G、4G幾輪重大產業升級。

2G、3G時代頻段較少，射頻前端的價值相對比較低，複雜性也比較低，4G不僅搭載了4G頻段，還需要兼容2G和3G的頻段，當手機發展到4G早期，頻段增至16個，隨著4G技術不斷普及，“五模十三頻”、“五模十七頻”等成為手機行業熱詞，當前最流行的全網通，頻段更是多達49個。

2020年5G開始規模商用，屆時諸如毫米波等頻段將會增加。

移動設備所支持的頻段的增加直接導致射頻前端設計複雜度的提升，複雜度的提升意味著RFFE在手機所占的成本將會越來越高，根據美國射頻器件巨頭Triquent的預測，進入4G時代，單部手機射頻器件價值從3G終端的3.75美金提升至7.5美金，支持全球漫遊的終端設備ASP甚至達到了12.75美金。

未來五年，隨著手機晶片向多模方向發展以及支持頻段數量指數性增加，手機射頻前端模塊需求規模將快速增長。

根據Yole報告《手機射頻前端模塊和組件-2017版》，到2022年射頻前端（FEM）市場將達到227億美元，複合增長率達到14%。

但各種手機射頻前端組件的市場增速不一，如天線調諧器（Antennatuners）的複合年增長率為40%，濾波器（Filters）的複合年增長率為21%，射頻開關（Switches）的複合年增長率為12%，而射頻功率放大器和低噪聲放大器（PAs&LNAs）的複合年增長率僅為1%。

濾波器是射頻前端市場中最大板塊，5G時代來臨，BAW濾波器將是主力軍

智慧型手機的濾波器主要為表面聲波濾波器（SAW）、溫度補償濾波器（TC-SAW）、體聲波濾波器（BAW）等。

聲表面波（SAW）濾波器:廣泛應用於2G接收機前端以及雙工器和接收濾波器具有低損耗、寬禁帶、低成本等優勢，適合於1.5G以內頻率、並易受溫度變化影響器件能。

SAW濾波器集低插入損耗和良好的抑制性能於一身，不僅可實現寬頻寬，其體積還比傳統的腔體甚至陶瓷濾波器小得多。

因為SAW濾波器製作在晶圓上，所以可以低成本進行批量生產。

溫度補償濾波器（TC-SAW）是SAW的加強版，適合於1.5G以內頻率，但比SAW能應用於更多的複雜場景，並受到溫度影響較小，但成本略高於SAW。

在SAW的IDT結構上另塗覆圖層一層在溫度升高時剛度會加強的塗層，溫度未補償SAW器件的頻率溫度係數（TCF）通常約為-45ppm/℃，而TC-SAW濾波器則降至-15到-25ppm/℃。

但由於溫度補償工藝需要加倍的掩模層，所以，TC-SAW濾波器更複雜、製造成本也更高，但仍比體聲波（BAW）濾波器便宜。

體聲波濾波器（BAW）頻率1.5GHZ以上，適合5G應用場景，對溫度變化也不那麼敏感，同時它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊，但成本較高。

未來5G通信要求至少選擇3Ghz以上的頻譜，普通的SAW濾波器無法滿足5G頻段要求，產業趨勢將採用BAW濾波器。

市場規模將從2016年的52億美元增長至2022年的163億美金，複合增速21%。

濾波器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。

濾波器的需求量隨著頻段增多而增加：按照一個雙工器包含兩個濾波器的規格，在2015年，一個頂級智慧型手機里大概支持15個頻段，包含50個濾波器。

預計到2020年，一個頂級智慧型手機中將支持30-40個頻段來覆蓋全球頻段，目前市場上最頂級的智慧型手機已經支持30多個頻段，它包含的濾波器可以100個以上。

全球SAW/BAW濾波器市場主要被美日等廠商壟斷。

濾波器市場在全球市場呈現寡頭競爭格局，SAW濾波器的主要供應商是Murata和TDK，兩者合計占有達到60-70%市場份額；BAW濾波器的主要供應商是Avago及Qorvo，兩者占有90%以上市場份額。

國內在5G射頻前段布局的上市公司有麥捷科技、信維通信、順絡電子，我們

將在後文再做介紹。

功率放大器和低噪聲放大器是射頻前端市場中第二大板塊，5G時代來臨，功率放大器需求成倍增長。

功率放大器是射頻系統的關鍵模塊，它主要將發射機的信號功率放大（如20dBm），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，是整個射頻系統中除基帶外最重要的部分。

統計結果顯示，2G時代手機單機PA晶片成本僅0.3美元／部，3G手機提升至約1.25美元／部，而4G時代則增至2美元～3.25美元／部，高端手機成本甚至更高，僅iPhone6射頻部分就使用了6顆PA晶片。

而StrategyAnalytics預測5G單機需16顆PA，這意味著5G時PA在手機成本中所占比例將成倍增長。

功率放大器市場基本被歐美企業壟斷。

全球功率放大器市場主要被Skyworks、Qorvo、Broadcom三家企業占據，三家企業市場份額達93%；根據IBS數據顯示，全球PA產值約85億美元，預計到2020年全球PA市場產值有望超過106億美元。

功率放大器需求倍增大幅拉動對“砷化鎵/氮化鎵”化合物半導體的需求。

砷化鎵(GaAs)屬於第二代半導體技術，已比較成熟，適用於製作高速、高頻、大功率以及發光電子器件，是製作高性能微波、毫米波器件及發光器件的優良材料，主要應用於通信領域，比如衛星通訊、移動通訊、光通信、GPS導航等。

氮化鎵（GaN）屬於第三代半導體技術能應用於特殊場合例如高溫、強輻射、大功率等環境下，同時氮化鎵材料具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、電子飽和速率高及抗輻射能力強的等優點。

移動終端是砷化鎵（GaAs）器件的主要市場，市場份額占據了總額的50%以

上，2021年GaAs器件市場規模將達630億元人民幣。

移動終端占整體砷化鎵器件市場的50%以上，剩下的包含平板電腦、筆記本電腦中搭載的WiFi模組、光纖、軍用、點對點微波通訊、有線電視、汽車導航系統等。

5G時代激發GaN射頻市場需求規模，CAGR將達到14%，2020年市場規模可達41億元。

2015年受益LTE網絡的大規模應用，帶來無線基礎設施市場的大幅增長，有力地刺激了GaN射頻產業。

2015年末全球GaN射頻市場規模接近20億元(RMB)。

目前GaN在無線基礎設施領域的應用已占比超過GaN市場總量的一半以上。

在物聯網推進中5G的網絡設施是至關重要的基礎，而5G需要比4G布局更多更密的小基站，密度要一步提升4倍，原來4G的基站在城市中覆蓋半徑約在400~500m，5G時代基站的覆蓋半徑約在200m左右。

按同等面積計算則理論上需要4個小基站才能滿足覆蓋要求。

而目前大多數氮化鎵廠商在基站應用中提供的產品頻率在800MHz-3.5GHz。

對於5G時代來說，GaN有望成為最適合的材料，GaN擁有小體積、大功率的特性。

隨著對數據傳輸及更高工作頻率和帶寬需求的增長，據測算2016～2020年GaN射頻領域的CAGR將達到14%，2020年市場規模可達41億元(RMB)

中國化合物半導體晶圓代工廠逐步建立，將助力國內PA晶片行業齊飛

PA晶片的主要設計公司有Skyworks、Qorvo和Avago等。

而GaAs晶圓代工廠主要是台灣的半導體、宏捷科技和美國的TriQuint，三家的市場占有率超過85%。

目前國內三安光電在國家大基金以及產業政策配套支持下，公司按計劃將建成30萬片/年6寸的GaAs產線和6萬片/年6寸的GaN產線，填補國內相關空白，助力國內RDA、漢天下、中普微電子、國民飛驤等PA晶片公司的崛起。

5G時代信道容量增加百倍，天線用量指數級增長 5G終端天線是相控陣體系，其天線單元需要合成形成聚焦波束，因此需要規則的位置進行擺放，天線不能被金屬遮擋，適合3D空間掃描，規則的空間。

同時大規模MIMO需要多個天線組成的天線陣列同時工作以提高信道容量，這樣可以大大提升數據傳輸率。

為了實現大規模MIMO，射頻系統必須有多組天線同時工作，為天線行業帶來巨大增量市場，基站及終端天線迎來快速增長的需求。

現在4G手機天線大多為2×2，5G至少為4×4，同時基站天線也多達128或者256根天線。

由為提升通訊速率，預計到2020年，MIMO64x8將成為標準配置，即基站端採用64根天線，移動終端採用16根天線的模式.目前市場上多數手機僅僅支持MIMO2x2技術，如若採用MIMO64x8技術，基站天線的配置數量需要增長31倍，手機天線數量需要增長8倍。

4G的天線常規在手機上下端部和側面，採用了LDS（雷射直接成型技術）和FPC（柔性線路板）配合側面金屬邊框來實現終端天線功能，單機天線價值量約在20元。

5G手機天線：5G終端天線，對周邊金屬很敏感，不能被金屬遮擋，適合3D空間掃描，5G天線是一個含晶片的模組；單機價值量有望達到60-80元。

國內相關手機天線公司標的有信維通信，基站天線有東山精密。

信維通信:

國內小型天線行業發展的領跑者，在射頻天線器件已做到全球領先，並具有國際化大客戶平台，其控股子公司光線新材料具備射頻材料領域技術能力。

公司的CTIA測試中心是除工信部國家官方測試機構以外規模最大的射頻測試實驗室，具備國內頂尖的射頻器件測試能力。

公司深度布局了高頻通信、射頻前端議:入股其控股的德清華瑩，用於擴大SAW濾波器產能，完善射頻前端業務布局，並共同出資建設5G通信高頻器件產業技術研究院以及出資共建GaN晶片6寸線平台，開展GaN射頻功率晶片的工藝開發與製造，共同建設射頻MEMS器件製造平台

5G時代帶來消費電子終端的其他變化

趨勢一：5G時代手機後蓋將去金屬化，玻璃和陶瓷後蓋或成主流。

由於5G終端天線，對周邊金屬很敏感，由於毫米波之波長很短，來自金屬的干擾會產生較多的影響，因此其天線陣列，需要其與有金屬的物體之間需要保持1.5mm的凈空。

而目前手機市場超過90%的手機採用金屬機殼，隨著5G滲透率提升，手機後蓋的去金屬化將不可避免，而當前非金屬後蓋主要有兩大選擇:一是玻璃後蓋。

二是陶瓷後蓋

陶瓷後蓋

優點：對信號無屏蔽、陶硬度高，耐磨損，介電性優良、手感舒適，外觀美觀；

缺點:加工成本較高，散熱性較差。

代表手機小米MIX玻璃後蓋，有點:對信號無屏蔽、硬度好、美觀、熱導率較好，加工成本較低； 缺點：易碎。

產業鏈主要相關公司

3D玻璃

瑞聲科技:是全球著名的電聲元器件製造商之一。

2017年2月12日，瑞聲科技智慧型手機3D玻璃等微型精密元器件項目動工，投資總額達128億元人民幣，將形成3D曲面玻璃1億隻、金屬射頻模組等微型精密元器件1200萬隻的年生產能力，產品廣泛應用於高端智慧型手機和平板電腦、可穿戴式設備等，預計達產後可實現年銷售收入150億元。

LENS:視窗防護玻璃的領軍企業，其3D玻璃前後蓋產品是蘋果iphone8的主要供應商；合資設立合資公司從事手機天線研發。

基於玻璃後蓋切入手機天線領域。

其他：勝利精密、比亞迪電子。

陶瓷後蓋

三環集團:

先進陶瓷材料龍頭，目前已為小米小米5和6中導入陶瓷版陶瓷機殼。

趨勢二：5G時代將拉動消費電子對優質電磁屏蔽件持續需求

隨著手機產品從4G向5G發展，終端消費電子內將安置更多的射頻天線數量成倍增長，目前4.5G是4x4MiMO，繼4.5G之後出現的4.5Gadvance是8x8MiMo，手機中分別多了2及4副天線，天線數量大幅增加，到了5G時代，如果處於高頻毫米波段還會增加天線數量。

因此手機內部電磁信號的屏蔽至關重要，並且在手機內部越來越緊湊的空間內，也將需求更多優質電子屏蔽器件成為趨勢。

相關上市公司:飛榮達：全球電磁屏蔽/導熱材料及器件的領先企業，5G時代來臨助力公司加速成長。