半导体行业深度报告：手机销量持稳，看好5G手机持续渗透下的国产模组替代趋势

射频前端芯片是移动智能终端产品的重要部分。射频前端位于天线和射频收发机之间，对射频信号进行过滤和放大，包含功率放大器、滤波器/双工器、开关以及低噪声放大器。根据Yole数据，滤波器与功率放大器是其中市场价值量占比最高的核心元件，占比分别为53%和33%，且技术不断演变，量产壁垒较高。射频前端行业的商业模式分为Fabless模式和IDM模式。在Fabless模式下，三大分工环节分别由专业化的公司分工完成；IDM模式具有各种射频元件的完整制造技术与整合能力，可以提供射频前端整体解决方案，降低了开发难度，受到手机OEM厂商的青睐。海外大厂多数采用IDM来形成技术壁垒。 5G渗透率提升，Phase方案持续升级，手机频段数量增加，射频前端器件需求量增长。5G手机渗透率逐步提升，推动射频行业方案升级。 5G时代传输速率主要有两种提升途径：1）通过解锁高频段频谱，获得更大带宽。2）使用MIMO和载波聚合技术，更高效利用频谱资源。但无论哪一种，对于频段的通道数的需求都是增加的，这也是推动射频器件在5G时代增长的主要动能之一。模组化趋势的加深使得模组市场成为主要增长点。为了适应手机轻薄化的趋势，限制了滤波器等器件需求数量的增加，对器件的集成度提出了更高的要求，分离方案较长的调试周期和成本，使得射频前端模组化发展显得尤为重要。 国产替代需求强烈，国内企业展现出在全球射频前端市场中的广阔发展潜力。根据Yole Development数据，在全球射频前端市场中，美国和日本厂商占据了超过90%的市场份额。5G渗透率提升与下游终端市场的迅猛发展，使高性能、高质量的射频前端产品的需求日益增加，为国内企业提供了市场机遇。国内在5G技术方面的优势逐步凸显，高端类模组例如L-Pamid等产品逐步放量，通过推动产研结合、国内替代加速进行。 手机、频段和射频方案为主要核心变化点：当前手机年销量趋于稳定，频段数短期没有增加的趋势，行业整体的增量在于射频方案的更新换代，从而带动高端模组的增长，核心跟踪指标主要为手机、频段以及高端模组的渗透情况。 相关标的：卓胜微、唯捷创芯、慧智微。 风险提示：5G手机渗透率及下游市场需求低于预期，供应链交付存在的风险；行业竞争格局加剧，产能过剩的风险；研发投入较大，高端人才流失的风险。 1.手机无线通信的核心：手机射频前端 1.1.射频前端是移动终端设备中实现无线通信的核心模块 （1）射频前端是将数字信号向无线射频信号转化的基础部件，也是无线通信系统的核心组件。 射频前端指位于射频收发器及天线之间的中间模块，其功能为无线电磁波信号的发送和接收，是移动终端设备实现蜂窝网络连接、Wi-Fi、蓝牙、GPS等无线通信功能所必需的核心模块。射频前端与基带、射频收发器和天线共同实现无线通讯的两个本质功能，即将二进制信号转变为高频率无线电磁波信号并发送，以及接收无线电磁波信号并将其转化为二进制信号。 （2）射频前端是智能终端产品的重要组成部分。射频前端包含射频功率放大器、射频开关、天线调谐开关、滤波器和双工器（多工器）、低噪声放大器等射频器件。在无线移动终端设备中的信号发射、接收链路中，射频前端芯片通常以集成了前述不同器件的模组形式进行应用，例如信号发射链路中的射频功率放大器模组，以及信号接收链路中的接收端模组。 图1：射频前端的构成及功能 器件传输信号的过程：当手机接收信号时，天线首先接收到射频信号，然后通过一系列处理步骤对信号进行精确而复杂的处理，整个射频部分涉及到滤波、放大、混频、解调和调制等多个环节和组件的协同工作。这些步骤和处理确保了手机通讯的稳定性、可靠性和高质量。 图2：射频信号在手机内的传输路径 图3：移动通信终端各个射频器件之间的信号传输关系 1.2.滤波器和放大器在手机射频前端价值量占比高 射频前端由多种器件组成。其中，滤波器的价值量占比较高，达到53%，其次为功率放大器 （33%） 、 开关 （7%） 等 。射频前端 ， 主要包括射频开关 （RF switch） 、 功率放大器（Power amplifier） 、 滤波器 （Filter） 、 低噪声放大器（Low noise amplifier，LNA）、双工器（Duplexer）等单元。滤波器可以减少干扰和噪音，保证信号质量；而放大器则可以放大信号，提高信号强度。此外，功率放大器也是非常重要的一个组件，能够将低功率的信号变成高功率的信号，使信号能够在广泛的范围内传递。根据Yole Development数据，在射频前端领域，滤波器和放大器预计在2028年市场规模分别增长至122亿和45亿美元。 图4：射频前端器件价值量及主流工艺 （1）滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一，其在射频前端器件中价值占比大，量产壁垒也较高。滤波器（Filter），是射频前端中重要的分立器件，使信号中特定频率成分通过而尽可能衰减其他频率成分，从而提高信号的抗干扰性及信噪比。目前在手机射频市场中主要采用声学滤波技术。 图5：滤波器 根据工艺技术的不同，滤波器主要分为压电滤波器和LC滤波器。压电滤波器主要包含SAW滤波器和BAW滤波器，即声表面滤波器和体声波滤波器，这两者为市场主流。 图6：压电滤波器分类 SAW滤波器制作工艺简单，性价比高，主要应用于GHz以下的低频滤波，而BAW滤波器插损低，性能优秀，可以适用于高频滤波，但工艺复杂，价格较高。 表1：SAW滤波器与BAW滤波器 由于工艺复杂度、技术以及成本的限制，目前通信标准下更多射频前端采用SAW滤波器。但5G渗透率的提升将推动BAW滤波器凭借其优异的性能和对高频的支持成为手机射频前端的主流器件。 图7：不同类型滤波器性能 （2）功率放大器是射频系统的核心部件之一，它决定了手机等无线终端的通讯距离和信号质量。射频功率放大器作用是把射频信号放大，使信号馈送到天线发射出去，从而实现无线通信功能。功率放大器的性能提升主要来自于材料工艺的提升，目前已经经历了CMOS、GaAs、GaN的三大技术演变。 射频功率放大器主流工艺采用GaAs材料，占比达95%以上，GaN为原材料的高端工艺有望持续渗透。目前手机上的功率放大器主要运用第二代化合物半导体GaAs，部分功率放大器则采用Si、Ge工艺的CMOS；2G手机曾采用CMOS工艺，3G/4G/5G则采用GaAs工艺，而GaN或将成为高频、大功率应用的方案。 （3）射频低噪声放大器作用是减少噪声引入，SOI工艺占比过半。射频低噪声放大器的功能是把天线接收到的微弱射频信号放大，尽量减少噪声的引入，在移动智能终端上实现信号更好、通话质量和数据传输率更高的效果。射频低噪声放大器产品采用SiGe、RF CMOS、RF SOI、GaAs等材料及相应工艺，主要应用于智能手机等移动智能终端。 （4）射频开关实现射频信道的收发切换，主流工艺为SOI，占比90%以上。射频开关主要用于控制射频信号通道转换，广泛应用于智能手机等移动终端。 射频开关由传导开关和天线开关两部分组成。传导开关可以将多路射频信号中的任一路或几路通过控制逻辑连接，以实现不同信号路径的切换，如接收与发射的切换、不同频段间的切换等。天线开关与天线直接连接，用于调谐天线信号的传输性能使其在任何频率上均达到效率，抑或交换选择性能好的天线信道。天线开关的技术难度高于传导开关，因其耐压要求高，导通电阻和关断电容对性能影响很大，因此有更高的设计和工艺要求。 1.3.产业链分为Fabless和IDM模式 射频前端产业链上下游包括原材料供应、射频前端芯片设计厂商、移动智能终端设备制造商。其中，芯片设计厂商主要负责射频前端分立器件、射频前端模组的设计研发，模组普遍外包给SiP封装厂商进行封装。晶圆制造商和封装测试厂的工艺水平、生产管理水平和产能对芯片的良率和交货周期影响较大；下游客户的需求直接决定了芯片设计厂商的芯片产品销量。 图8：射频前端产业链上下游 射频前端行业的商业模式分为Fabless模式和IDM模式。在Fabless模式下，三大分工环节分别由专业化的公司分工完成，此模式中主要参与的企业类型有芯片设计厂商、晶圆制造商、外包封测企业；IDM模式具有各种射频元件的完整制造技术与整合能力，可以提供射频前端整体解决方案，降低了开发难度，受到手机OEM厂商的青睐。海外大厂多数采用IDM来形成技术壁垒。 图9：射频前端商业模式 2.5G渗透率提升，模组产品是主要增长点 2.1.5G手机占比持续增长，终端推动射频需求提升 5G手机渗透率提升，预计2026年渗透率可提升至60%以上，推动射频前端发展。 近年来，中国5G手机出货量整体呈现增长趋势，目前占据手机市场主导地位。 2023年12月，5G手机2420.0万部，同比增长4.2%。2023年1-12月，5G手机出货量2.40亿部，同比增长11.9%。根据Yole Development数据，2019年全球5G手机出货量为3100万台，占全部出货量2.24%；2022年达到了6.03亿台，占比49.06%；预计2028年能达到11.16亿台，占比达82.06%；2022至2028年5G手机出货量年复合增长率为10.8%。5G手机渗透率的提升也为手机射频前端器件的需求量及价值量提供了增长点。 图10：2019-2023年中国5G手机出货量情况（单位：亿部） 图11：2018-2028E全球按通信标准预测的手机出货量规模与5G占比（百万台） 2023年1-12月，5G手机上市新机型214款，占同期手机上市新机型数量的48.5%。 图12：2023年中国5G手机上市新机型占比情况 2.2.Phase方案持续升级，分立器件需求量增长 射频前端架构的变化，总体可以总结为如下五个阶段： 第一阶段：在2014年之前，LTE商用的三年中，所使用的方案可以称之为Phase 1方案，没有正式的命名，只是相对于Phase2而言，把它叫做Phase1. 第二阶段：2014年，MTK定义了射频前端Phase2方案。Phase2与Phase1的差别在于：1)将Phase1的2G PA，与ASM（Antenna SwitchModule，天线开关模组）整合，形成TxM（Transmitter Module，发射模组）；2)将4G频段的PA整合，形成4G MMMB PA（Multi-Mode, Multi Band Power Amplifier Module）； 第三阶段：2015-2016年，4G持续普及，MTK定义了Phase3及Phase5来支持不同的CA场景。1) Phase3可以支持2下行CA及带内上行CA；2) Phase5利用多工器的引入，又将CA能力提升到了3下行CA及带间上行CA。 第四阶段 ：2016年 ，MTK推出Phase6 PAMiD（PA Module integrated with Duplexer，即PA滤波器集成模组）方案。MTK对Phase6进行成本优化，去掉冗余载波和滤波器，升级到更贴合中国市场的Phase6L（Phase6 Lite）方案。 第五阶段：2018年，5G商用前夕，MTK在对协议、运营商、终端客户及器件厂商的信息综合分析后，先后定义了Phase7/Phase7L/Phase7LE方案。 图13：Phase方案发展历程 5G传输速率更高，推动Phase方案的不断升级：按照华为提出的标准，5G应当实现比4G快十倍以上的传输速率，即5G峰值网络速率达到10Gbps。根据香农定律，5G时代传输速率主要有两种提升途径：1）通过解锁高频段频谱，获得更大带宽。从天线角度讲，4G的使用频段一般在700MHz到2700MHz范围，而5G的高频段将在几GHz到几十GHz级别的毫米波频段上；2）使用MIMO和载波聚合技术，更高效利用频谱资源。但无论哪一种，对于频段的通道数的需求都是增加的，这也是推动射频器件在5G时代增长的主要动能之一。 图14：提高传输速度的两种途径 图15：4G到5G Sub6G射频