化合物半导体跟硅半导体有很类似的产业结构,也有芯片设计、晶圆制造、封装测试等角色分工。与硅材料大规模集成电路制造不同,化合物半导体多为分立器件,制造工艺相对简单;另外,由于材料性能差异大,晶圆制造的工艺也有极大的不同,因此化合物半导体有相对独立的产业链。
无线通讯的普及催生砷化镓代工经营模式。在无线通讯的拉动下砷化镓微波功率半导体需求量快速增长,考虑到半导体制造需要巨额的研发和设备投入,产品价格下降快等因素。而砷化镓专业代工具有较短的设计周期,成本较低且能够快速导入市场,未来在砷化镓整体产业拥有竞争力,砷化镓半导体垂直分工的经营模式出现。
2016年全球砷化镓元件(含IDM)产值分布
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相关报告:智研咨询发布的《2018-2024年中国化合物半导体行业市场竞争态势及投资战略咨询研究报告》
化合物半导体相比硅材料具有高频率、大功率等优异性能,是未来5G通信不可替代的核心技术,将在5G通信中大量使用。
根据预测,2020年化合物半导体的市场规模将达440亿美元,复合年增率达12.9%,增速大幅超过整个半导体产业。需要指出的是,除开LED领域外,化合物半导体市场的成长主要归功于数据通讯流量增长,与5G关联的移动互联、无线基站、数据中心需求是主要力量。
在无线通信领域,射频前端模块是链接收发芯片和天线的必经之路,是无线终端产品(手机、平板电脑等)通信系统和无线连接系统(Wi-Fi、GPS、Bluetooth、NFC、FM)的核心组件。射频前端模块的核心器件包括功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、射频开关。
射频前端的结构图
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根据统计和预测,智能手机射频前端的市场规模在2016年达到101亿美元,预计2022年市场规模将超过227亿美元,复合增长率达到14%。
射频前端各细分零部件市场规模(亿美元)和复合增速
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射频信号需要被放大到足够的射频功率后才能馈送到天线上辐射出去,射频功率放大器的功能就是在特定频段将信号高效地、线性地放大。三安是国内领先的功率放大器代工平台,目前已经处于微量产阶段,同时其也在重点开发海外高端客户。国内产业链上游也有一批RFPA的设计厂商,包括唯捷创芯、汉天下、锐迪科、中普微、国民飞骧、智慧微电子、宜确半导体等,其产品已经广泛应用于中低端的2G/3G/4G手机及其它智能移动终端,要想进入高端品牌还需要进一步技术和产品升级。我们认为国内企业将从设计至制造,从低端到高端逐步替代海外厂商。目前功率放大器主要有三类,Si基PA、GaAsPA和GaNPA。
各种PA产品对比
类别 | 成本 | 工作频率 | 效率 | 线性度 | 功率 |
Si基PA | 低 | 低 | 低 | 低 | 低 |
GaAsPA | 中 | 中 | 中 | 中 | 中 |
GaNPA | 高 | 高 | 高 | 高 | 高 |
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综合考虑工艺成熟度、成本、性能之后,GaAs为当前最优选择,被广泛应用于手机等消费电子领域。Si基PA与硅集成电路工艺兼容可以将成本做低,主要用于2G手机等中低端消费电子领域。GaNPA性能最好但同时价格也最高,目前主要应用于远距离信号传送或高功率级别(雷达、基站收发台等)领域。从趋势上看,GaAs和GaN将逐步成为主流。
GaAs和GaN将逐步成为主流
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目前,单个4G手机使用5-7颗PA芯片,其渗透率尚未饱和,渗透率提升将持续驱动行业空间扩大。据预测,5G时代手机内的PA或多达16颗之多,5G通讯将为砷化镓PA芯片应用需求带来更大的增长空间。
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