化合物射频半导体.doc

1、 化合物射频半导体：百亿美元空间、持续稳健成长。2015年全球射频功率放大器市场规模84.5亿美元，化合物射频半导体占比高达95.33% 。预计2020年市场总量增至114.16亿美元，2014至2020年复合增长率7.51% 。砷化镓器件应用于消费电子射频功放，是3G/4G 通讯应用的主力，物联网将是其未来应用的蓝海；氮化镓器件则以高性能特点目前广泛应用于基站、雷达、电子战等军工领域，利润率高且战略位置显著，由于更加适用于5G，氮化镓有望在5G市场迎来爆发，而砷化镓则是5G功放的另一种备选。 寡头垄断竞争，市场格局渐变。全球化合物射频芯片设计呈现IDM三寡头格局，2015年IDM厂商Skyw

2、orks 、Qorvo、Avago在砷化镓领域分别占据32.3%、25.5%、7.8%市场份额；产业链呈现 多模式整合态势， 设计公司去晶圆化及IDM产 能外包成必然趋势，未来行业整合仍将持续；化合物半导体代工市场将加速成长，预计2018年扩张至百亿人民币规模。 四大逻辑看好国内化合物射频半导体行业发展前景：第一，国家意志及内需支持本土化合物射频集成电路发展。射频芯片大陆需求端市场全备，高端/军用供给受国外“芯片禁运”遏喉，本土化迫在眉睫。 第二，IC国产化趋势明朗，优秀设计公司不断涌现 。受益于产业发展和人才回流，大陆化合物射频厂商2G领域出货量已 远超国外IDM 大厂，合计市场份额占比超过

3、75%；3G/4G领域技术突破在即，国产化替代加速。第三，设计推动产业发展，化合物半导体产业链初现。未来大陆有望打造“ 设计（信 维通信、 长盈精密、唯捷创芯、 锐迪科、汉天下、国民飞骧、中普微电子、慧智微）+ 晶圆代工（三安光电、海特高新）+ 封装测试（长电科技+ 晶方科技+ 华天科技+大港股份）”PA 类IDM全产业链。第四，“大基金”注资支持，大陆化合物晶圆代工龙头“呼之欲出”。三安光电融资投产砷化镓/氮化镓器件产线项目，深度布局化合物半导体代工市场。产业总体趋势性向亚洲转移，大陆产业链雏形初现，代工环节极有希望由三安光电填补空白。半导体项目获国家层面支持，大基金48亿元投资成为公司第二

4、大股东，25亿美元规模产业合作基金、国开行200亿信贷额度将助力公司外延爆发式增长。2019年全部达产后产能可达36万片（砷化镓30万片，氮化镓6万片），有望占据全球27.3% 的代工份额。 风险因素：下游周期性波动；市场竞争加剧；新技术替代。 投资策略: 设计关注并购，制造追踪“龙头 ”。（1）上游设计领域：重点关注化合物射频PA公司被并购机会。PA设计公司独立生存的空 间逐步缩小。出于提升性能、降低成本、提升平台竞争力等因素考虑，占据资金和产业优势的基带芯片公司，具备收购射频设计公司补全平台设计链的强烈意愿。重点关注信维通信（天线巨头布局射频前端），并关注长盈精密（参股苏州宜确），非上市公

5、司关注锐迪科、中科汉天下、唯捷创芯、国民飞骧。（2）下游代工领域：看好积极布局化合物半导体代工领域LED 龙头企业 三安光电，关注海特高新；并关注细分封装产业链。投资聚焦四大逻辑看好国内化合物射频半导体行业发展前景第一，国家意志及内需支持本土化合物射频集成电路发展。射频芯片大陆需求端市场全备，高端/军用供给受国外 “芯片禁运”遏喉，本土化迫在眉睫。第二，IC 国产化趋势明朗，优秀设计公司不断涌现。受益于产业发展和人才回流，大陆化合物射频厂商2G领域出 货量已远超国外IDM 大厂，合计市场份额占比超过75%；3G/4G领域技术突破在即，国产化替代加速。第三，设计推动产业发展，化合物半导体产业链初

6、现。未来大陆有望打造“ 设计（信 维通信、长盈精密、唯捷创芯、 锐迪科、汉天下、国民飞骧、中普微电子、慧智微）+ 晶 圆代工（三安光电、海特高新）+封装测试（长电科技+晶方科技+华 天科技+ 大港股份） ”PA类IDM全产业链。 天线龙头信维通信积极布局射频前端，向材料和有源器件等领域全面扩张，后续动作值得期待。第四，“大基金”注资支持，大陆化合物晶圆代工龙头“呼之欲出”。三安光电融资投产砷化镓/氮化镓器件产线项目，深度布局化合物半导体代工市场。 产业总 体趋势性向亚洲转移，大陆产业链雏形初现，代工环节极有希望由三安光电填补空白。半导体项目获国家层面支持，大基金48亿元投资成为公司第二大股东，

7、25亿美元规模产业合作基金、国开行200亿信贷额度将助力公司外延爆发式增长。2019年全部达产后产能可达36万片（砷化镓30万片，氮化镓6万片），有望占据全球27.3%的代工份 额。投资策略：设计关注并购，制造追踪“龙头”上游设计领域：重点关注化合物射频PA公司被并购机会。 PA设计公司独立生存的空间逐步缩小。出于提升性能、降低成本、提升平台竞争力等因素考虑，占据资金和产业优势的基带芯片公司，具备收购射频设计公司补全平台设计链的强烈意愿。重点推荐国内积极布局射频前端的上市公司信维通信，并关注长盈精密。下游代工领域：看好积极布局化合物半导体代工领域LED龙头企业三安光电。公司 LED芯片龙头地位

8、稳固，并强势进军 化合物半导体代工领域，将受益于LED 照明市场稳 定发展和化合物半 导体代工市场爆发性增长。化合物射频器件：自成体系的芯片产业射频性能优异的化合物半导体化合物半导体射频性能优异。硅单晶材料是制作普通集成电路芯片的主要原料，但受限于材料特性，很难适用于高频/高压/ 大电流芯片应用。化合物半导体材料因其优良的器件特性广泛适用于射频器件。常见的化合物半导体包括三五族化合物半导体和四族化合物半导体。其中，砷化镓（GaAs）和氮化 镓（GaN ）作为其中应用领域最广、产业化程度最高的三五族化合物材料，具有优良的射频性能，天然具备禁带宽度宽、截止频率高、功率密度大等特点，作为射频功率器件

9、的基础材料分别主宰主流民用和军用/高性能射频集成电路市场。工艺独特，产业链自成体系化合物半导体工艺独特，需要专门的制造产线。普通硅工艺集成电路和砷化镓/氮化镓等化合物集成电路芯片生产 流程大致类似：先将衬底材料纯化、拉晶、切片后在某种衬底上形成外延层，由代工厂按照设计公司的设计进行一系列工艺步骤进行电路制造，制成的芯片交由相关厂商进行封装与测试，最 终完成芯片制造。然而由于材料特性、外延方式和制作环境要求和普通硅CMOS工艺截然不同，化合物集成 电路需要使用专门的生产工艺流程与产线设备，进而催生出专门针对化合物半导体集成电路生产的工厂（Fab）。化合物半导体射频器件产业存在整合元件制造商（ID

10、M）和（无晶圆设计公司+晶圆 代工厂）两种商业模式。传统的国际设计厂商都采用IDM形式，各自配备私有产线，从设计到晶圆生产成品都自己完成。该模式的优点为有利于技术保密、产线工艺参数控制及设计精确度提升，缺点是重固定资产配置的产线容易闲置浪费，且规模扩张受限。新兴化合物集成电路设计公司往往采用无晶圆设计（Fabless Design House）模式，即设计公司本身不配备芯片制造产线，而将晶圆代工和封装测试都交由下游专业代工厂（Fab）配合进行。射频核芯：GaAs占据主流，GaN利润战略双高地PA：独立于主芯片的射频器件射频功率放大器（Power Amplifier, 简称PA）是化合物半导体应

11、用的主要器件，也是无线通信设备射频前端最核心的组成部分。射频前端（RF Front End）是用以实现射频信号发射与接收功能的芯片组，与基带芯片协同工作，共同实现无线通讯功能。射频前端包括功率放大器（Power Amplifier）、开关（Switch）、 滤波器（Filter ）、双工器（Duplexer）、低噪声放大器（Low Noise Amplifier）等功能构件，其中核心器件是决定 发射信号能力的射频功率放大器芯片。PA 芯片的性能直接决定了手机等无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间，是整个通讯系统芯片组中除基带主芯片之外最重要的组成部分。射频前端功能组件围绕PA芯片设计、集成和

12、演化，形成独立于主芯片的前端芯片组。 随着无线通讯协议的复杂化及射频前端芯片设计的不断演进， PA设计厂商往往将开关或双工器等功能与功率放大电路集成在一个芯片封装中，视系统需求形成多种功能组合。目前PA芯片除实现发射信号功率放大功能外，往往会集成开关器或双工器，进而演化出TxM（PA+Switch）、PAiD（PA+ Duplexer）、PAM（多PA模组）等多种复合功能的 PA芯片类型。砷化镓占据PA主流，氮化镓战略利润双高地化合物PA 芯片是射频前端市场的主流产品。PA主要有化合物工艺的砷化镓/ 氮化镓PA 和硅工 艺的CMOS PA 。砷化 镓 PA 芯片相对于硅工艺CMOS芯片具备高频

13、高效率等特点，目前广泛 应用于手机/WiFi 等消费品电子领域，其射频性能虽略逊于氮化镓射频器件，但成本和良率方面存在相对优势，完全可以满足民用需求；GaN PA 具有最高的功率、增益和效率，但成本相对较高、工艺成熟度低于砷化镓芯片，目前主要用于远距离信号传送或高功率级别（例如雷达、基站收发台、卫星通信、电子战等）射频细分市场和军用电子领域。CMOS PA 采用普通硅基集成电路工艺制造，由于与主流半导体（硅）制造工艺兼容，易于集成射频控制逻辑单元，近年来在2G 手机和低端Wifi等消费电子领域出现爆发性增长，但始终受限于材料性能，只能应用于对线性度、频率和效率等方面要求较低的低端应用，无法满足

14、复杂通讯系统的性能要求。随着无线网络频率范围不断向高频扩展及无线通讯系统频带分布的复杂化，化合物半导体射频芯片的优势地位未来仍将维持。砷化镓PA 占据市场主流，CMOS PA低端市场占比扩大。因性能远超硅基CMOS PA 器件， 产 品良率和制造成本优于氮化镓PA器件，砷化镓PA目前在消费电子市场占据统治地位。根据IBS 数据，2015年，全球PA市场规模为84.5亿美元，其中CMOS PA 产值3.77亿美元，市场占比仅4.67%；化合物PA产值80.76 亿美元，占比高达95.33%，其中 绝大多数为应用于消费品电子射频前端的砷化镓PA。氮化镓PA 占据利润高地，且战略位置显著。Cree

15、公司相关年报显示，其氮化镓相关的射频与功率器件部门2013/2014/2015年产值分别为0.89亿/1.08亿/1.24亿美元，毛利率分别为54%/56.5%/54.7%，受益于高端 应用，维持较高毛利水平。氮化镓射频器件经过近十年的科技攻关已在2010年实现高可靠量产， 产品性能在宽带、效率、高 频等三个方面全面超越GaAs器件，主要用于军事雷达、电子战、民用基站等高端高性能应用场景，战略位置显著。此外，长期困扰GaN 功率器件实用化技术 推广的瓶颈如可靠性和稳定性问题随着材料、工艺和器件结构等水平的提高已大幅提升。以HRL公司生产的E-W波段GaN器件 为例，其输出功率是其他材料器件的5

16、倍，且性能仍有广阔的提升空间。处于军事目的考虑，国外高性能的氮化镓射频PA均实行对华禁运。因此完善和发展自主氮化镓射频半导体产业，对增强国防安全和促进高性能射频器件研制具有重要的意义。通讯升级驱动市场稳健增长核心驱动力：3G/4G/5G 终端市场持续稳定增长预计全球2018年移动终端出货总量为26.5亿部。据IDC 数据，手持终端市场从2000年至2015年保持12%的复合增长 率， 2015年全球手持终端出货量为21.8亿部。据电子行业研究机构Navian 2015年统计，预计2018年全球手持终端出货量26.5亿部。手持终端出总量保持平稳增长将拉动对砷化镓PA芯片的需求，从而推动化合物半导

17、体产业的持续稳定发展。4G终端市场占比扩大，载波聚合（CA ）技术维 持砷化镓PA 优势地位。2012年2G/3G/4G移动通讯手持终端出货量占比分别约为44.7%、48.5%、6.8%；2014年分别为17.1%、51.7%、31.2% ；2018年预计为6.2%、19.1%和74.7% 。4G手持终端出货量和市场占比逐年增加，由2011年2100万台迅速增长至2015年的9.67亿台，预计2018年可达19.8亿台，2001年至2018年复合增速高达91.45%。LTE-A标准使用的载波聚合技术对PA线性度和能效的高标准要求将进一步强化砷化镓射频PA芯片在该领域的绝对市场份额。多模多频终端

18、单机所需的PA芯片增至5-7颗，Strategy Analytics 预测5G单机需16颗PA。手持终端单机所需PA个数取决于通讯标准的调制方式和频带数目，考 虑到无线通讯设备对通讯制式的向下兼容，对单机射频前端数目更多且性能要求更高。一方面，3G/4G 所需频带数目较2G 系统大幅增加，尤其是4G频段众多，而单个终端内PA 数目与需要支持的频段数目正向相关，不相邻频段间难以实现PA复用；另一方面，3G/4G 的通讯信号调制方式与2G不同，对PA的特性要求不同（3G/4G要求使用线性PA），基于性能考虑很难通用。加之各国各运营商频段和制式（FDD/TDD）分配情况复杂，单个手持终端为满足用户多

19、模多频的实际应用需求，需要集成的PA个数和实现复杂度都随之提升，进而导致单机PA成本提升。统计结果显示，2G 时代手机单机PA 芯片成本 仅0.3美元/部，3G手机则提升至约1.25美元/部，而4G时代则增至2美元3.25美元/部，高端手机成本甚至更高，仅iPhone6射频部分就使用了6颗PA芯片。据Strategy Analytics，5G手机天线可能与信号收发器集成，需多颗PA组成发射通道，未来单机所需PA或达16颗。移动通讯升级成为化合物射频半导体持续增长的主要动力。移动终端射频前端作为化合物集成电路的主要应用市场，其增长速度大于终端产品出货量增速，主要受益于3G/4G单机PA复杂 度的

20、上升和成本的增加。根据终端出货情况和对应射频前端成本，我们测算2014年全球手持终端市场PA芯片（部分含Switch）总产值约40.38亿美元，预计2018年，总产值将增长至86.57亿美元。未来5G技术的发展将进一步拓展化合物PA芯片的市场空间。5G 标准预计采用的高载频（6G80GHz），高数据吞吐率和 宽频多天线系统，对PA性能指标和数目也提出更高的要求。Qorvo预测，8GHz以下砷化镓仍是主流，8GHz 以上氮化 镓替代 趋势明显。砷化 镓 作为一种宽禁带半导体，可承受更高工作电压，意味着其功率密度及可工作温度更高，因而具有高功率密度、能耗低、适合高频率、支持 宽带宽等特点， 5G时

21、代将被广泛应用于基站等基础设施，而氮化镓有望在更广阔的移动终端市场成为主力。目前CMOS工艺射频器件尚不能满足3G/4G通讯性能的需求。可以预计在未来载波频率更高、 频段更多、频宽更宽的5G时 代，氮化镓化合物PA芯片仍将占据主流，将进一步强化和拓展化合物半导体产业的市场空间。同时，PA应用数量将大幅提升，Strategy Analytics称5G 时代单机所需PA或达16颗。辅助驱动 ：物联网高性能互连需求和军工无线网关领域对高数据率远距离传输的性能需求，将加速推动WiFi领域对化合物射频功放芯片的需求。目前无线局域网网关WiFi领域采用的802.11b/g/n标准对射频 性能要求不高，功率

22、 发射单元多被集成到WIFI基带芯片中，只有中高端方案采用单独PA芯片供WIFI使用。从2016年开始，在无线局域网网关和物联网WiFi 领域，支持双 频（2GHz&5GHz），MIMO（多进多出天线）和高发射功率性能需求的802.11ac标准的设备市占率将大幅增加。根据InfoneticsResearch预测结果，2018年 802.11ac标准WiFi 市场占比将超过80% 。预计在手机WiFi模块应用上也将出现同样的趋势。支持802.11ac协议的旗舰手机目前已逐步增加，业界标杆企业苹果在iphone6/6plus中已配置支持该协议的WiFi 模组。物联网对数据 传输速率和多频运行环境支

23、持将进一步拉动性能优势明显的GaAsPA 增量快速 发展。军工领域对于高端通讯产品的需求也将促进化合物半导体射频芯片市场更快增长。 未来雷达和电子战系统需要大功率的无线信号发射系统，器件的可靠性要求也更为严苛，其功放芯片通常采用GaN或GaAs制造。根据Strategy Analytics的预测，2018年军用GaAs器件市场规模将达到5亿美元，年复合增长率达13%，其中最大的应用领域 为雷达，约占60%。军用领域的增长驱动以及军用产品国产化的迫切需求将给化合物半导体带来更大的市场空间。化合物射频集成电路：百亿美金市场空间砷化镓占据射频PA市场绝对市场份额，2020 年可达百亿美元规模。201

24、4年，全球 PA市场规 模为73.9亿美元，由于砷化镓PA由于相对Si 基CMOS PA性能 优势明 显，砷化 镓 PA产值占据绝对市场份额，合计71.49亿美元，市场 占比高达94%。同时，受益于移动终 端升级、物联网产业的持续发展，PA市场总量预计 2020年将增至114.16亿美元，2014至2020年复合增长率为7.51% 。氮化镓射频器件市场预计2020年可达6.2亿美元。Yole Development 数据显示，2010 年全球氮化镓射频器件市场总体规模仅为6300万美元，2015年2.98亿美元， 2020年预计约6.2亿美元。2015年至2022年复合增长率为13%。总体市场

25、规模相对于砷化镓射频芯片小很多，但考 虑到氮化镓PA器件在军事安全领域和高性能民用基站、高频功率转换器件等领域的诸多应用，其战略位置和发展前景不言而喻。寡头格局，代工崛起IDM主导 寡头竞争格局全球化合物射频芯片设计业呈现IDM三寡头格局。由于GaAs/GaN化合物集成电路工艺的独特性及射频电路设计高技术壁垒，化合物半导体市场总体呈现寡头竞争格局，且以IDM公司为主。2014年PA市场传统砷化镓IDM厂商Skyworks、 Qorvo、Avago三寡头市场份额分别为37%、 25%、24%。设计第四大厂Murata于 2012年3月收购Renesas旗下相关事业部， 进军砷化镓PA市场，完成对

26、射频 行业全备产品线布局，2014年占据市场份额9% 。以RDA为 代表的国内Fabless 设计厂商因目前主要 产品集中于单颗售价低于0.3美元的2G PA领域，2014年合计市场份额 小于5%。优秀设计公司涌现，产业持续整合产业链呈现多模式整合态势。一方面，随着行业发展和技术演进，传统的砷化镓/氮化镓化合物射频IDM厂商为保持自身技术优势，选择强强联手或持续整合新兴的Fabless设计公司；另一方面，高通、联发科等基带芯片平台为增强平台自身的竞争力，选择参股或并购相应的射频化合物集成电路设计厂商。近年来PA行业并购不断：国际方面，RFMD 收购TriQuint ，PA龙头强强联手；Skyw

27、orks收购AXIOM和SiGe、RFMD 收购Amalfi、Avago收购Javelin，传统 GaAs PA大厂推进GaAs、CMOS、SiGe等工艺多元化战略；联发科收购络达科技（Airoha）31.55% 股权、Qualcomm并购Black Sand，基带厂商涉足PA 领域提平台案 竞争力。国内方面，2014年7月紫光集团完成对锐迪科收购；2015年5月北京建广资产管理（JAC Capital）收购NXP 功率放大器（RF Power）事 业部门，在国家意志驱动及并购基金引导下，中国赴海外私有化PA厂商大幕开启。预期未来行业整合仍将持续。主要集中在以下领域：（1）随着独立PA设计厂商

28、生存空间缩小，占据资金和产业优势的基带芯片公司有望并购PA厂商，以补 全平台设计链；（2）占主导地位的砷化镓/氮化镓 PA Fabless或IDM厂商并购采用CMOS 工艺的Fabless设计 等新技术厂商，以增强自身技术覆盖范围和保持持续竞争力；（3）考虑到高性能氮化镓半导体产业应用领域敏感性，出于军事安全/技术保密/产品性能深度优化的考虑，不排除设计公司通过收购方式建立化合物芯片产线，或代工厂反向收购设计公司打造垂直产业链的并购可能；（4）大陆扶持集成电路行业意志坚决，海外并购优秀的砷化镓厂商将持续加速；（5）国内消费电子产业链上下游公司出于拓展业务目的收购优质化合物半导体设计公司，如长盈

29、精密收购苏州宜确股权布局物联网，未来利用自身的产业链优势向客户推广其射频功放产品。化合物晶圆代工模式加速成长砷化镓芯片产能滞后，增长需求强烈。据统计2015年全球PA行业总产值为84.5亿美元，砷化镓代工市场总产值为6.5亿美元，占比仅7.7% 。2014年二季度由于中低端智能手机的增量爆发和4G 市场占比的迅速拉升，大 陆手机市场砷化镓PA 产能供 给严重不足，市场缺口一度高达20% 以上。以Skyworks为 代表的国外IDM大厂PA缺货严重，甚至迫使联发科等平台芯片厂商修改平台设计方案应对。设计公司“去晶圆化”，IDM产能外包成未来必然趋势。与硅基集成电路发展趋势类似，化合物半导体公司也

30、将逐步由垂直一体的IDM模式向“无晶圆Fabless设计+ 专业晶圆代工”模式发展。一方面，新成立的 设计公司一般不购置重资产的芯片生产产线，采用Fabless的纯设计公司方式有助于保持公司的灵活性；另一方面，考虑到晶圆代工产业已然成规模及受到新兴Fabless设计公司挤压，IDM公司对自有产线扩展投资更为保守，因其自有产能必须要保证充分利用产线才不至于闲置。相比之下晶圆代工厂则可以通过掌握Fabless及IDM 外发订单维持产能利用率。传统的IDM大厂越来越倾向于不再采用扩大自身产能，转而采用外包给专业的晶圆代工公司进行芯片生产，进而又推动晶圆代工模式的成长。代工市场产值2018年预计增至百

31、亿人民币规模。随着Fabless设计公司的涌现和IDM外包业务 的发展，化合物集成 电路代工业务将持续稳步增长。2015年全球砷化镓代工市场总量为6.5亿美元，其中龙头台湾稳懋月产能24k片（以6英寸片计），产值3.78亿美元，占比58.2% 。受益于PA芯片业务市场需求的迅猛增长和产业模式转变，预计全球化合物集成电路代工业务市场将实现增量扩张，2018年代工市场总容量将增至16.9亿美元，行业占比增至17.5%。代工近期向稳懋、宏捷科集中，三安光电有望强势切入。目前全球专业砷化镓晶圆代工厂商以台企为主，代表企业为稳懋（Win）和宏捷科（AWSC），2015年占化合物晶圆代工市场份额分别为58

32、.2% 、21.4%。稳懋、宏捷科主要客户分别为Avago、Skyworks。原 IDM大厂TriQuint也提供代工服务，但因其兼具IDM 和晶圆代工业务易与客户业务发生冲突，导致其在砷化镓晶圆代工市场市占率已从2010年的29% 萎缩到18% 。预期，中短期GaAs晶圆代工市 场份 额将不断向稳懋、宏捷科集中。大陆上市公司三安光电目前强势布局砷化镓及氮化镓晶圆代工（2018年底年产能砷化镓30万片、氮化镓6万片），达产后产能将和稳懋现有产能比肩，有望抢占台厂代工市场。国家意志驱动产业链崛起内需拉动集成电路产业整体发展集成电路巨额进口和国家安全战略引起国家高度重视。集成电路被喻为国家的“工 业粮食” 和国防 现代化的“电子血液”，而中国集成 电路产业基础薄弱，严 重依赖进口，实际自给率仅有约10% ，进几年进口金额接近甚至超过原油进口，因此， 发展集成电路产业已经被提升为国家安全战略布局。