中国射频功率放大器产业链及趋势分析,行业内部竞争加剧「图」

一、射频功率放大器定义及分类

射频功率放大器是射频前端模组的重要器件,负责将发射通道的射频信号放大。射频发收器中调制振荡电路所产生的射频信号功率较小,需经过一系列的放大(缓冲放大器、可控放大器、末级放大器)获得足够的射频功率后,传输至天线上。射频功率放大器主要应用于手机终端、通信基站、物联网设备、军事气象雷达等领域。

不同射频功率放大器存在半导体材料与晶体管制造工艺结构的差异。射频半导体材料由第一代发展至第三代,而晶体管制造工艺结构由基础的BJT、FEF向更复杂的HBT、LDMOS和HEMT发展。

射频功率放大器分类

射频功率放大器分类

数据来源:华经产业研究院整理

二、中国射频功率放大器行业产业链分析

射频功率放大器中游主要参与者为射频功率放大器制造相关厂商。射频功率放大器设计及制作工艺复杂,国际上射频器件巨头厂商均采用IDM模式,具备从设计、制造及封测全流程工艺。中国射频产业起步较晚,尚未出现具备射频器件生产全流程工艺的企业,更多采用“Fabless+Foundry+封测厂”的垂直整合模式分工协作。

射频功率放大器上游参与者包括EDA软件、衬底材料及封测材料供应商,分别为设计、制造及封测工艺提供关键的软件及材料。EDA软件是Fabless设计厂商的核心软件,贯穿整个设计流程。Foundry晶圆代工厂及封测厂商向上游企业采购核心材料。下游厂商包括手机终端、通信基站、物联网设备、军事气象雷达等。

中国射频功率放大器行业产业链

中国射频功率放大器行业产业链

数据来源:华经产业研究院整理

1、产业链上游分析

EDA软件是芯片设计过程中最重要的电路软件设计工具,EDA软件可大幅减少电子电路设计师的工作量,极大提高设计效率、缩短设计周期及节省设计成本。EDA软件行业为典型的“小而精”行业。2019年中国EDA软件市场规模已攀升至40亿元人民币,其中本土EDA软件企业合计销售额不到4亿元人民币,在市场的市占率不足10%。中国射频器件设计厂商多进口美国EDA软件,进口EDA软件价格更高,增加射频器件设计厂商的经济成本。中国EDA软件受制于人的局面亟待改变。

2015-2019年中国EDA软件市场规模变化情况

2015-2019年中国EDA软件市场规模变化情况

数据来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2021-2026年中国射频功率放大器市场深度分析及投资战略咨询报告

射频功率放大器的主要原材料为衬底,常见的衬底包括Si、GaAs及GaN。中国半导体材料产业薄弱,核心材料均依赖进口。以硅片为例,2018年全球半导体硅片行业销售额前五名企业及市场份额分别为:日本信越化学(28%),日本SUMCO(25%),中国台湾环球晶圆(14%),德国Siltronic(13%),韩国SK Siltron(9%),前五名的全球市场市占率接近90%,市场集中度高。目前中国硅片生产商主要有上海新昇、中环股份、金瑞泓等企业。上海新昇12英寸硅片产品已经通过华力微和中芯国际的认证,处于中国领先地位。

2018年全球半导体硅片销售占比情况

2018年全球半导体硅片销售占比情况

数据来源:公开资料整理

但是硅片电子迁移率较低,导致硅片生产的功率放大器仅能在低频环境下工作。硅片在射频功率放大器领域的市场逐渐被GaAs及GaN取代。GaAs是当前主流射频功率放大器的衬底,性能明显高于硅基,在移动终端及微基站领域应用广泛。在功率要求更高的宏基站及军事领域,则需用到GaN。GaN虽然性能优于GaAs,但成本昂贵,短期内无法替代GaAs在移动终端及微基站领域的地位。

中国GaAs及GaN产业均处于起步阶段,可提供相应的衬底及外延片的企业较少,尚未出现可量产市场认可度较高GaAs与GaN衬底及外延片的企业,中国本土GaAs与GaN衬底及外延片的产能严重不足,迫使中国射频制造厂商需进口GaAs与GaN衬底及外延片。进口半导体材料价格通常高于本土半导体材料的30%,射频器件制造厂商进口半导体进口材料将增加厂商的生产成本。射频器件上游企业综合实力薄弱,一定程度抑制射频器件行业的发展。

2、产业链下游分析

2019年市场处于4G向5G的过渡阶段,2020年中国开始大规模建设5G基站,预计在2024年完成5G基站的基础建设,预计总共建设260万架宏基站及300万架微基站。5G基站的大规模普及,加快了市场对于5G智能手机的需求。5G基站的加速建设及智能手机的换机潮将加大市场对射频功率放大器的需求。

2020-2024年中国5G基站建设规模预测

2020-2024年中国5G基站建设规模预测

数据来源:公开资料整理

三、中国射频功率放大器行业驱动力分析

1、5G智能手机对射频功率放大器的用量翻倍

5G通信技术在4G的基础上新增更高频率的波段,而5G智能手机除需接收5G高频信号外,还需兼备可接收4G信号的能力,因此5G手机需配置多个射频前端模组接收不同频率的信号。4G多模多频手机需要5-7颗射频功率放大器,而5G智能手机配置的射频功率放大器高达16颗。

单个手机对射频功率放大器需求数量

单个手机对射频功率放大器需求数量

数据来源:公开资料整理

5G智能手机射频功率放大器的单价也有显著提高。单部2G手机采用射频功率放大器合计金额为0.3美元,每部3G手机在射频功率放大器上的平均花费上升到1.25美元,而全模4G手机射频功率放大器的费用则高达3.25美元,预计5G手机配置的射频功率放大器价值达到7.5美元以上。

单个手机射频功率放大器费用

单个手机射频功率放大器费用

数据来源:公开资料整理

2、基站射频功率放大器需求上升

5G使用更高的频率导致信号覆盖面积大幅缩小,信号覆盖同一个区域,通信设备商需建设5G基站的数量超过需建设4G基站的数量。预计5G基站建设总数为560万架,其中包括260万架宏基站及300万架微基站。

宏基站信号覆盖面积较大,共有6个扇区,每个扇区采用64通道天线方案,因此单个宏基站需要376副天线,每副天线射频前端模组中需要一个射频功率放大器。微基站信号覆盖面积较小,仅用一个扇区,因此仅需64副天线与64个射频功率放大器。5G建设周期为2020年至2024年,因此未来5年,5G基站建设对射频功率放大器总需求为11.7亿个。

3、基站射频功率放大器价格上升5G信号频率高,穿透性差,因此需采用高功率、高频率的射频功率放大器。微基站信号覆盖面积较小,采用GaAs基底的射频功率放大器则可满足基本需求。而宏基站信号覆盖面积广,需使用更高输出功率的射频功率放大器扩大信号覆盖面积,因此需采用更高功率的GaN射频功率放大器。GaN单晶市场价格在2万元左右,较GaAs贵30%,因此GaN基底射频功率放大器售价远高于GaAs基底射频功率放大器。5G时代,基站射频功率放大器需求量及价格均有望上涨。

射频功率放大器需求测算

射频功率放大器需求测算

数据来源:公开资料整理

四、中国射频功率放大器行业市场规模

物联网和军事气象雷达等其他行业在射频功率放大器领域市场规模无法测算,因此只测算射频功率放大器在手机以及5G基站领域的市场规模。根据测算2015年到2019年中国射频功率放大器行业市场规模(手机及5G基站领域)总体上维持增长趋势,由36亿元增长至47亿元。主要是由于5G基站的大规模建设,驱动行业发展。

2015-2019年中国射频放大器行业市场规模

2015-2019年中国射频放大器行业市场规模

数据来源:公开资料整理

五、中国射频功率放大器行业相关政策分析

射频功率放大器属于集成电路的细分行业,集成电路作为信息产业的基础和核心,是支撑经济和社会发展的战略性产业。中国政府给与集成电路产业高度重视和大力支持,出台一系列扶持政策,为中国集成电路产业建立优良的政策环境。

中国射频功率放大器行业政策

中国射频功率放大器行业政策

数据来源:政府部门,华经产业研究院整理

六、中国射频功率放大器未来发展趋势

1、集成化发展

随着通信频段的增加,移动终端中射频器件数量与种类逐渐增多。为满足移动终端轻薄便携的需求,射频器件逐渐从分立器件发展至集成模组化。

中国射频功率放大器厂商均是Fabless,不具备封测工艺,需与市场上的封测厂商合作。中国封测行业已进入成熟阶段,行业头部企业长电科技、华天科技及通富微电均进入全球封测前10,且均具备成熟的SiP封装技术,可满足中国射频器件Fabless厂商对高度集成产品的需求。

2、行业内部竞争加剧

5G高频段的开发使得射频器件的市场需求成倍放大,吸引大批巨头企业切入射频器件行业如英特尔、三星、华为海思等芯片设计顶尖企业纷纷加入射频器件的研发。华为为中国消费电子与无线设备巨头企业,基于芯片设计领域的领先技术,全面布局射频器件领域,目前在低噪声功率放大器、射频功率放大器、天线开关等领域已取得进展。在2019年发布的Mate30中,华为采用自研功率放大器。此外,众多规模较小的中国芯片设计公司亦进入射频芯片设计领域,而中小设计公司进入行业后普遍采用在低端领域重复设计和低价竞争的策略,导致行业存在过度竞争的隐患。随着新进入者的增加,射频器件行业面临重新洗牌,行业竞争加剧。

华经产业研究院通过对中国射频功率放大器行业海量数据的搜集、整理、加工,全面剖析行业总体市场容量、竞争格局、市场供需现状及行业重点企业的产销运营分析,并根据行业发展轨迹及影响因素,对行业未来的发展趋势进行预测。帮助企业了解行业当前发展动向,把握市场机会,做出正确投资决策。更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2020-2025年中国射频功率放大器市场前景预测及投资规划研究报告》。

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张寒

华经产业研究院资深行业分析师,专注化工行业研究,对行业发展趋势和发展前景有深刻的认知。

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