化合物射频半导体.doc

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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Skywork

2、s、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75%;3G/4G领域

3、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大股东,25亿美元规模产业合作基金、国开

4、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),非上市公司关注锐迪科、中科汉天下、唯捷创芯、国民飞骧。

5、(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现。未来大陆有望打造“设计(信维通信、长盈精密、唯捷创芯、

6、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,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。20

7、19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

8、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

9、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(IDM)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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、.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

16、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20

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