隨著5G時代的到來,射頻PA市場的發展受到了市場的關注。從目前市場來看,射頻PA可以分為CMOS、GaAs(砷化鎵)、GaN(氮化鎵)三大技術路線。其中,GaAs作為當前最成熟的化合物半導體材料之一,已經經歷了3G、4G進化到5G時代,是射頻PA的重要基石。
Skyworks、Qorvo、博通(Avago)、村田在射頻PA市場中占據著主導地位,而站在他們的背后,則是穩懋、全新、宏捷科為代表的GaAs晶圓代工的臺系廠商,他們也是PA市場當中不能忽視的一股力量。
臺系廠商的實力
穩懋半導體成立于1999年,是GaAs代工領域的龍頭,利用其HBT、pHEMT等核心技術能力,他們可為PA與高速switch IC等GaAs元件進行代工,據了解,其的主要客戶包括Renesas、博通、RDA(銳迪科微電子)、Anadigics、Skyworks與Murata等射頻元件大廠。目前市場中的多數智能手機內的PA或RF(射頻)組件皆由穩懋代工。
就PA領域而言,根據鉅亨網在2011年的報道顯示,穩懋目前已是博通在GaAs元件布局中最重要的合作代工廠,其GaAs元件部分幾乎全數委外代工生產,因此博通在射頻元件市場上與穩懋成長動能息息相關。而博通也是iPhone的PA(功率放大器)供應商之一,因此,穩懋可望直接受惠。
2019年底市場中傳出消息稱,博通有意出售其無線芯片業務,對此,天風國際證券分析師郭明也分析稱,PA代工大廠穩懋的PA業務成長動能恐受影響。但從穩懋方面的態度來看,他們仍對PA擴產抱有信心,他們認為在5G的推動下,他們的PA業務仍具有較高的成長。當時,也有美系外資稱,客戶A與蘋果的PA訂單屬于兩年長約,穩懋仍將包含iPhone在內等中高階PA零組件領域,保有業界無法撼動的領先地位。
結合穩懋在今年發布的財報中看,的確,在5G的推動下,PA業務的成長對他們日顯重要。根據其財報顯示,穩懋今年前八月合并營收165.88億元,年增1.6%。穩懋先前于法說會預估,在客戶訂單以及市場需求催動下,其第3季營收將季增7%至9%,毛利率落在34%至36%,而5G PA占比將持續提升。
全新光電是亞洲第一大化合物磊晶廠,根據相關報道顯示,目前市場傳出磊晶片廠全新光電、6吋三五族晶圓代工廠宏捷科等陸續切入高通2021年初5G解決方案之PA供應鏈,且為4G、5G都可兼用的新產品,最快今年第4季可望小量生產。
而在全新光電看來,其2021年成長動能將主要來自車用PA、5G智能手機以及WiFi 6滲透率的提升,其中尤其看好WiFi 6市場應用——由于WiFi 6頻率較高而轉向GaAs芯片——而全新在第一代產品中并未切入臺系大廠,但其第二代產品已通過客戶第三次驗證,可望順利成為合格供應商。
宏捷科承擔了一部分Skyworks的產能。根據MoneyDJ的報道顯示,自去年下半年開始,Skyworks已經被iPhone 12需求以及4G PA需求擠爆,產能滿載之下,Skyworks又面臨即將到來的iPhone新機循環,必須將溢出訂單予宏捷科,包括4G、5G PA訂單都會有一部分外包給宏捷科。
宏捷科也在其7月召開的股東會議上表示,宏捷科今年持續優化4G手機PA外,去年開始進入的5G手機PA,已陸續完成美國、日本、中國等客戶認證,預計今年下半年出貨量將大幅增加。
從上述信息中可以看到,穩懋、全新、宏捷科均與PA大廠建立了合作關系,這為他們的在PA領域的發展奠定了基礎。而在5G應用以及產能緊缺的推動下,他們又憑借著自身的優勢,率先切入到了最新一代的終端應用中,這也使他們的地位得以進一步的鞏固。
射頻市場變局,臺系廠商的下一步
穩懋、全新、宏捷科在射頻領域的崛起,都離不開手機PA市場的增長。根據東方證券的報告顯示,5G手機需要更多的PA,有望從4G手機的7個增長到10個,而且5G高頻時代,相比Si CMOS PA,GaAs PA在輸出功率、工作頻率等方面的性能更優,滲透率將會持續提升。此外,手機WIFI PA和路由器WIFI PA對GaAs需求也有望保持快速增長。
在這種市場趨勢的推動下,穩懋、全新、宏捷科也紛紛部署了擴產計劃。具體來看,目前穩懋月產能約4.1萬片。穩懋曾在其法說會中表示,未來南科新廠加入后,月產能最大可達14萬至15萬片,南科新廠預計三年后開始投產,現階段建廠進度相當不錯。
全新則早在2018年就罕見地投入10億元資本支出購買機臺、進行擴廠以全力爭取中國大陸市場市占率。在此之后,全新又計劃在今年添購5-10臺MOCVD機臺,將其產能增加約1-2成。中國臺灣媒體報道顯示,這也是繼2018年后,全新最大規模的投資,全新董事長陳建良樂觀看待全新后續營運發展,認為在可見的將來,全新合并營收將實現年年增。
宏捷科也為強化其全球代工地位,在去年便引資中美晶獲得34.965億元資金。根據宏捷科規劃,除償還銀行借款5億元之外,其余29.965億元將全數擴充產能,將以每年5000片為基礎擴充,預期2023年月產能可望較現在翻倍,增至30000片。
而除了擴產之外,射頻市場同樣存在著變局,以GaN為材料的PA成為了各大射頻廠商的新的發展方向。由此,也引發了市場對于GaAs PA未來的思考。
在半導體行業觀察此前發布的《GaAs PA還有未來嗎?》一文當中曾指出,隨著5G的到來,Qorvo 預測,8GHz以下GaAs仍是主流,8GHz以上GaN替代趨勢明顯。GaN(GaN)作為一種寬禁帶半導體,因具有高功率密度、能耗低、適合高頻率、支持更寬帶寬等特點,國際射頻PA巨頭已經在GaN上投入了巨額資金研究。
從這種預測上看,也就是說明,GaAs PA與GaN PA在未來一段時間中將在不同應用領域各自發揮其優勢。根據相關報道顯示,GaN 具有更高功率密度和更小損耗,GaN HEMT相比GaAs體積下降82%,這也讓GaN成為5G宏基站PA的最佳材料。那么,GaN未來是否能夠被應用于手機等消費產品當中,沖擊GaAs PA市場?對此,Yole在其報告中曾指出,對于手持設備,GaN的高性能和較小的外型封裝可能會吸引OEM。是否采用GaN PA將取決于GaN的技術成熟度、供應鏈、成本,以及OEM的策略在接下來五年中的變化。
雖然GaAs PA在市場中仍具有發展潛力,但對于GaAs代工廠商來說,搶占新的市場先機,擴大業務范圍也能夠保障他們的市場地位,因此,他們也紛紛針對GaN領域做出了布局。以穩懋為例,根據財新在今年3月的報道顯示,穩懋10 年前就開始研究第3代半導體,并于3年前就開始交貨。但就市場情況而言,目前第3代半導體產值相對仍低,以穩懋的產能來看,目前800片晶圓就可以滿足大部分客戶的需求,占穩懋營收也僅約5%;相較之下,GaAs的產能達4萬片。但值得注意的是,就成長率來看,穩懋 2020 年GaAs整體出貨成長為 20%,但GaN產值年成長卻高達50%。
新的對手,能否撼動臺系廠商地位
在臺系廠商加大擴產并邁向第3代半導體的過程中,也出現了不少新玩家,這些玩家的到來,對于他們來說意味著什么?
就國內發展情況而言,此前受到貿易環境的影響,有市場消息稱,華為將其PA釋單給國內的三安集成。從三安集成方面來看,三安早在2014年就已經透過轉投資三安集成發展PA芯片主要GaAs材料,成為大陸第一家研發與生產化合物半導體的芯片廠。2017年底,三安光電更斥資人民幣333億元(約新臺幣1,461億元),在福建泉州南安高新技術產業園區投資三五族化合物半導體材料。截止至2020年上半年三安集GaAs射頻出貨客戶累計將近 100 家、GaN射頻產品重要客戶產能正逐步爬坡。
海威華芯在2019年3月份發布了其0.15微米 GaAs HEMT射頻工藝技術(0.25微米已成功開發),產品為PPA15芯片,為中高頻類毫米波的核心工藝,可支持的產品種類包括功率放大器等,據了解,海威華芯目前主要代工民用產品為PA器件,應用于藍牙、Wi-Fi領域。
杭州立昂微電子股份有限公司在今年1月發布公告,投資5億元在浙江海寧市設子公司,海寧立昂東芯微電子有限公司(暫定名,以下簡稱“海寧公司”)。專項負責推進、實施微波射頻集成電路芯片項目。據了解,該項目建成后預計年產 36 萬片6英寸GaAs/GaN微波射頻集成電路芯片。其中包括年產18萬片GaAs HBT和pHEMT芯片,年產12萬片垂直腔面發射激光器 VCSEL 芯片,年產6萬片GaNHEMT芯片。PA也是他們的一大發力領域之一。
國內廠商在GaAsPA代工方面雖取得了一些成績,但就市場占有率上看,依舊與臺系廠商有著較大的差距。
從技術上看,國內廠商的一大挑戰在于Ruggedness,Ruggedness是指輸出端所能承受的最大VSWR;由于天線的輸入阻抗在外界環境變化時會有很大的變化,應此PA輸出端往后級看到的阻抗也會有很大的變化,這個變化為導致PA的輸出端VSWR非常大。因此,PA設計完成后,必須通過完整的Ruggedness測試來確保PA的可靠性。
慧智微在其官方微信發布的文章中也曾指出,PA Ruggedness設計是一個復雜工程,與器件物理、電路設計、系統應用均相關。在PA設計中,一定要對Ruggedness仔細設計,才可以確保手機在各種環境應用中,均不會出現“燒片”。
據相關人士介紹,Ruggedness與工藝很大關系,這對于國內工廠來說是一種挑戰。
寫在最后
綜合上述消息來看,手機PA市場為臺系GaAs代工廠商帶來了爆發的機會,隨著WiFi PA市場的爆發,GaAs代工也迎來了另一波成長的契機。但在GaAs材料正在受到市場追捧的同時,第三代半導體的出現為射頻帶來了新的發展力量,這對于臺系GaAs代工廠商來說既是機遇也是挑戰,就挑戰方面而言,新材料的到來可能會沖擊原有的市場,而就機遇而言,他們在新材料領域的突破,可能會讓他們參與到更多的市場應用中,從而擴大他們的影響力。
另一方面,新玩家的出現誠然會搶占一部分他們的市場,但從實際上看,國內廠商在技術和成本上與他們相比仍存在著一定的差距。這樣看來,中國臺灣化合物代工企業在射頻領域的地位依舊穩固,而想要超越他們也并不是一件容易的事。