5G欲来，射频可期——射频前端芯片产业链分析（上）

5G欲来，射频可期——射频前端芯片产业链分析（上）

　　5G作为未来几年最具确定性的市场机会，将推动通信、电子等多个行业完成产业升级，对全球经济产生深远影响。射频前端芯片市场作为半导体行业最具吸引力的领域之一，将从此次产业升级中受益最大。

　　目前全球射频前端芯片产业拥有较为成熟的产业链，欧美IDM大厂技术领先，规模优势明显，台湾企业则在晶圆制造、封装测试等产业链中下游占据重要地位。5G对射频前端芯片的更高要求催生出BAW滤波器、毫米波PA、GaN 工艺PA等新的技术热点，形成新的产业驱动力。

　　射频前端芯片市场主要分为两个方向：一是移动终端市场，尽管智能手机渗透率接近饱和，增长率逐渐放缓，但5G的发展推动单个移动终端内部射频前端芯片的数量和价值持续提高，加之物联网产业借助5G落地，成为驱动射频前端芯片市场发展的另一引擎。预计至2019年，市场总规模将超过200亿美元，年复合增长率超过15%;二是以基站为代表的通信基础设施建设市场，相比终端市场，此领域市场规模较小，2015年约6亿美元，但5G核心技术Massive MIMO、微基站、毫米波将会首先在这一市场得到应用，预计先于终端市场进入产业化阶段，率先收益。

　　1 全球终端功率放大器产业链概貌

　　射频前端芯片市场主要分为两大类：一类是使用半导体工艺(GaAs、GaN、CMOS 等)制造的电路芯片，以功率放大器(PA)和开关电路(Switch)为代表;一类是使用MEMS 工艺制造的滤波器，以声表面波滤波器(SAW)和体声波滤波器(BAW)为代表。

　　长期以来，终端功率放大器一直占据着整个射频前端芯片市场的最高份额，也是最重要的增长驱动力量，而GaAs工艺凭借其在工作频率、效率、线性度等方面的优势，成为终端功率放大器领域的主流工艺，在全球范围内建立起了完整成熟的产业链，如图1所示。

　　芯片设计位于移动终端功率放大器产业链的最上游，企业一方面要将最前沿的电路技术应用到芯片设计中，提高产品性能，另一方面对市场的需求和变化要及时做出响应，技术创新和市场表现相辅相成，缺一不可。此外，芯片设计行业产品研发周期长，研发成本高，属于资金密集型和技术密集型企业的结合体，这些特点决定了芯片设计企业在竞争中脱颖而出的难度极大，而一旦获得竞争优势，也会获得更大的超额收益，令自身处于金字塔的顶端的位置。

　　近年来，无晶圆芯片设计公司由于省去了动辄数十亿美元的晶圆制造厂建设费用，在全球范围内广泛流行，移动终端功率放大器领域也不例外，如图1中最左列所示，除了大陆PA企业锐迪科、Vanchip和汉天下以外，新近切入射频芯片领域的无线通信芯片巨头高通和台湾PA厂商络达也属此列。

　　但是，移动终端功率放大器领域的特点与其他半导体细分领域有所不同，功率放大器设计对工程师对制造工艺的理解程度要求极高，并且通常需要不断的实验试错，因此拥有独立的晶圆制造厂和封装厂有利于提高产品性能、加快产品研发进度，因此此领域的垄断寡头们均以IDM的形式存在，如如图1最右列所示的Qorvo、Skyworks和Broadcom。

　　芯片设计企业利用EDA(Electronics Design Automation，电子设计自动化)工具完成芯片设计后，要将生成的芯片版图文件送至晶圆制造企业进行生产，这一过程叫做“tape out”，制造完成的晶圆经过切割后成为独立的晶片，俗称“裸片”。裸片随即被送至芯片封装企业，完成封装后便成为了大众熟知的芯片，通过芯片测试企业的性能测试后，成为合格产品，可以出货给终端厂商进行生产组装。

　　在很长一段时间内，参与移动终端功率放大器芯片产业链的大陆本土企业仅有芯片设计公司，产业链的中下游被欧美、台湾公司所把控，随着国家集成电路大基金的设立，推动半导体产业第三次转移，大陆企业通过新设公司、并购、设立合资公司等多种手段逐渐参与、融入到全球产业链中，相信在不远的将来大陆公司将成为推动产业发展的一股重要力量。

　　2 全球终端功率放大器产业链分析——晶圆制造企业

　　长期以来，用于终端的功率放大器芯片以GaAs工艺为主，十年前，主要的GaAs晶圆制造厂集中在美国，如Skyworks等，而随着半导体制造业向亚洲转移，台湾成为最大的收益者。

　　根据市场调查公司Strategy Analysis的数据，2015年初时全球最大的GaAs晶圆制造厂为台湾稳懋(Win semiconductors)，市占率高达58.7%，当时尚未同RFMD合并的TriQuint排名第二，接下来依次是台湾宏捷科(AWSC)和台湾上市公司GCS(环宇)，如图2 所示。

　　稳懋拥有全球首家6寸GaAs晶圆厂，2014年产能已超过28万片，2015年度营业收入约12亿新台币，目前第三座工厂已经完工，预计满负荷产能可以达到60万片/年。稳懋目前的产品线基本全部覆盖了GaAs HBT和pHEMT工艺，可分别满足PA和Switch的设计要求，同时，稳懋在2013年便完成了GaN工艺的研发，提早布局下一代射频功率半导体制造工艺。

　　目前全球第二大GaAs代工厂是台湾宏捷科，其工艺技术主要来于Skyworks，同时Skyworks也是其主要的订单来源，2015年度营业收入约4.4亿新台币。

　　国内方面，三安光电以外延式增长的方式切入GaAs、GaN晶圆制造市场，并得到了国家集成电路大基金和地方基金的支持。虽然收购台湾上市公司GCS(环宇)的交易没有取得成功，但双方已于2016年11月宣布成立合资公司，深度合作仍然可以展开。三安光电的目标是建设30万片/年6寸的GaAs产线和6万片/年6寸的GaN产线。

　　目前公司化合物半导体业务参与的客户设计案263个，有19个芯片通过性能验证，部分客户开始出货。

　　3 全球终端功率放大器产业链分析——芯片封装企业

　　随着射频前端解决方案的复杂度越来越高，封装技术的重要性越发被工业界认可。以手机射频前端为例，随着整体架构复杂度不断上升，为满足小型化的要求，需要将功率放大器、滤波器和Switch开关电路集成为一颗芯片，然而，功率放大器通常使用GaAs HBT工艺制造，滤波器使用RF MEMS工艺，Switch使用GaAs pHEMT或SOI工艺，多种工艺技术的应用使得他们的集成严重依赖先进封装技术，这也是IDM厂商在建设自有封装厂上持续投入的主要原因。

　　目前被工业界广泛应用的两种先进封装技术：SiP和Flip-chip。相比需要焊线连接的SiP技术，倒装Flip-chip在缩减封装尺寸上更有优势，并且可以和晶圆级封装技术相结合，提供具有更强竞争力的产品。

　　除IDM厂商之外，目前全球主要射频前端芯片封装厂商主要集中在台湾和中国大陆，台湾主要是菱生精密工业股份有限公司(2015年度营业收入约55.1 亿新台币)和同欣电子工业股份有限公司(2015年度营业收入约77.7亿新台币)，中国大陆则主要是长电科技和华天科技，其中长电科技在收购星科金朋后取得多项先进封装技术，伴随大陆本土上游芯片设计公司和下游终端厂商的蓬勃发展，拥有较大的成长空间。

　　4 全球终端功率放大器产业链分析——芯片测试企业

　　随着全球半导体产业链的发展，越来越多的封装企业将业务向产业链下游延伸，大力发展芯片测试业务，如日月光半导体(ASE)等。

　　但是，终端功率放大器芯片的测试有其自身的特殊性，影响产品性能的因素众多，且不易排查，需要专用的测试设备和测试程序，对测试工程师的从业经验也有较高要求，因此设计厂商通常选用更为专业的射频芯片测试企业，以降低测试成本，稳定产品良率，缩短产品上市时间(Time to Market)。

　　目前全球领先的专业射频芯片测试企业为台湾的全智科技股份有限公司(Giga solution)，可以为客户提供晶圆级测试、封装级量产测试和定制化解决方案，2015年度营业收入约15.3亿新台币。

　　除全智科技以外，硅格股份有限公司(Sigurd，2015年度营收约5.1亿新台币)、京元电子(King Yuan，2015年度营收约17.1亿新台币)同样提供了射频前端芯片测试业务。

　　国内方面，大港股份于2015年12月以10.8亿人民币收购艾科半导体100%股份，艾科半导体是独立的第三方集成电路测试服务提供商，拥有模拟、逻辑、混合信号、高频射频、SoC 等各种类型芯片的测试能力。尤其值得注意的是，艾科半导体拥有独立研发的射频测试辅助设备，是为数不多的未在国外购臵射频设备而具有射频测试服务能力的公司。国内的主要射频厂家如紫光展锐、Vanchip等均和艾科半导体有密切合作，此外的大客户还包括武汉新芯、中芯国际。（责编：振鹏）

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