手机产业深度报告：从5G技术看手机元器件升级的刚性需求

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5.2 滤波器：5G 时代要求升级，国产替代存在空间

5.2.1 5G 时代滤波器要求升级

滤波器种类较多，包括多层陶瓷滤波器、单体式陶瓷滤波器、声学滤波器、空腔滤波器 等。声学滤波器在频带选择、Q值、插入损耗等方面具有明显优势，因此成为智能手机 射频前端的主流滤波器方案。按照工作原理不同，声学滤波器又可分为声表面滤波器 （SAW）和体声波滤波器（BAW）。其中SAW利用石英等晶体的压电效应和声特性进行工 作，由压电材料和两个叉指式换能器组成，输入端的IDT将电信号转换成声波并在滤波 器基板表面进行传播，输出端的IDT将接收到的声波转换成电信号输出来实现滤波；BAW 的声波则在基板内部垂直传播，通过振荡形成驻波，基板厚度和电机质量决定共振频率， 从而实现滤波。

SAW体积小，制作成本低，但使用范围受限。与传统腔体/陶瓷滤波器相比，SAW体积更 小，可以制作在晶圆上进行低成本批量生产，在低频段有很好的使用价值。但是，SAW 在中高频表现一般，当频率高于1GHz时选择性降低，在2.5GHz左右时仅限于中等性能的 应用。此外，SAW对温度变化较为敏感，温度上升时，声表面波速度降低，基片材料刚度降低，滤波器性能下降。由于温度性能不佳，加上频率选择具有较高局限性，SAW在 5G时代将面临挑战。

SAW滤波器的改进

1. TC-SAW

对于声表面波器件来说，对温度非常敏感。在较高温度下，SAW滤波器的性能会下降。一种替代方法是使用温度补偿（TC-SAW）滤波器，它是在IDT的结构上另涂覆一层在温度升高时刚度会加强的涂层。温度未补偿SAW器件的频率温度系数（TCF）通常约为-45ppm/℃，而TC-SAW滤波器则降至-15到-25ppm/℃。目前TC-SAW技术越来越成熟，国外大厂基本都有推出相应产品，在手机射频前端取得不少应用，而国内的工艺仍需要摸索。

2. I.H.P.SAW（高频SAW滤波器）

普通SAW支持的频率在2GHz以下，村田开发出I.H.P.SAW滤波器（Incredible High Performance-SAW）。村田希望SAW滤波器使用频率能达到4GHz以下，目前量产的频率可达3.5GHz。I.H.P.SAW可以实现与BAW相同或高于BAW的特性，具备高Q值、低TCF、高散热性的优点。

BAW滤波器在高频段领域具有明显优势，但生产工艺复杂，生产成本较高。与SAW相比， BAW在频率实用性和温度特性等方面优势明显，能更好地实现高频段的筛选，最大可以 工作到20GHz，功率接近40dBm（10W），且对温度变化不敏感，具备“插入损耗小，带 外衰减大”等优点。但是，BAW制造流程相比SAW更为复杂，工艺步骤约为SAW的近10倍， 生产制造成本远高于SAW。出于成本因素考量，目前大多数智能手机仍采用SAW方案，未 来随着5G手机不断渗透，BAW滤波器凭借在高频段领域的优良特性，市场份额有望提升。

BAW滤波器分为两种，分别是BAW-SMR与FBAR。BAW-SMR就是通过堆叠不同刚度和密度的 薄层形成一个声布拉格（Bragg）反射器，这样大部分波会反射回来和原来的波叠加， 把声波反射到压电层里面。FBAR就是薄膜腔声谐振滤波器，不同于以前的滤波器，是使 用硅底板、借助mems技术以及薄膜技术而制造出来的。

目前FBAR具备高于SAW滤波器的性能。FBAR 滤波器相比具有更广的射频范围，可以接收 到3GHz以上的频率，目前全球主要5G商用国家使用的5G频段集中3.5GHz附近。第二，FBAR 具备更低的插损，更高的Q值，对温度敏感度低，抗静电能力优秀的特点。重要的是， FBAR滤波器尺寸较小，具有可集成的能力。在5G时代，手机的功能相对4G时代会有一定 程度的提升，例如电池，散热，存储等等，手机内部的净空间将会被进一步的压缩，届 时，大量元件将会被集成，实现模块化；此外，器件供应商为了实现市场份额和市场地 位的进一步提升，具备自家知识产权的多样器件组成的解决方案将会以模块的形式销售 出去。因此具备可继承的元件将会受到市场的青睐。

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5.2.2 美日虽强，国产仍存空间

美日厂商垄断，国产替代空间巨大。滤波器是通信行业高精尖技术的代表，设计及制造 工艺复杂，具有极高生产壁垒。当前SAW和BAW滤波器市场均呈现寡头垄断格局，美、日 厂商占据绝大部分市场份额。SAW由日本厂商垄断，村田（Murata）占据全球50%份额， 村田、TDK、太阳诱电（Taiyo Yuden）三家公司共占全球份额的85%；BAW滤波器则是美 国厂商的天下，博通（Broadcom，已被Avago收购）一家独大，占据全球BAW市场87%的市场份额，博通和Qorvo市场份额合计达95%。国内声学滤波器尚在起步阶段，市场话语 权有限，产量远远无法满足国内市场需求，因此具备广阔的国产替代空间。

SAW成为国产滤波器的率先突破口。与BAW相比，SAW滤波器使用量较大，生产步骤较少， 技术门槛相对较低，有望成为声学滤波器国产替代的突破口。目前国内仅有麦捷科技、 中电26所、德清华莹等少数几家具备SAW滤波器设计制造和量产能力，已实现为部分中 低端机型供货。随着国内厂商研发实力增强和生产工艺逐步成熟，我国SAW滤波器自给 率将迎来提升。智研咨询指出，2018年我国SAW滤波器产量为5.04亿只，消费量为151.2 亿只，自给率仅为3.33%；到2025年，我国SAW滤波器产量有望达到28.02亿只，消费量 小幅增长到157.40亿只，自给率达到17.80%。

我国正在加速研发BAW滤波器。由于BAW滤波器在高频段具备良好的性能，并且随着频率 的上升尺寸越小，因此，BAW滤波器在5G时代具备较高的应用潜能。国产滤波器若想在滤波器领域在全球范围内有立足之地，BAW的研发与生产是重中之重。虽然目前BAW滤波 器领域，美国厂商具备垄断的实力，但是，我国部分企业不甘人后，正努力努力开发。 例如，天津诺思具有完全知识产权（IP）的FBAR晶圆厂，2018年底发布的5G新频段FBAR滤波器，已向客户提供测试使用。再如，开元通信推出了国产首颗应用在5G n41频段的 高性能BAW滤波器产品EP70N41。这是国内芯片厂商在5G BAW滤波器的首次突破。开元通 信与国内领先的MEMS代工厂进行了深度战略合作，于2018年10月建成了本土唯一的8英 寸BAW量产线。目前开元通信首批客户已完成测试。

5G时代可用的滤波器不仅有BAW，存在可选方案。2019年11月21日，安徽云塔电子科技有限公司在“世界5G大会”上，发布其自主研发的5G NR n77频带（3.3-4.2GHz）、n78 频带（3.3-3.8GHz）、n79频带（4.4-5.0GHz）三款滤波器芯片。这三款芯片比低温共 烧陶瓷技术有着更加精密的工艺控制和一致性、更高的电容密度和更小更薄的尺寸。这 是国内厂商首次正式发布的进入5G最具代表性的Sub-6GHz频段的滤波器芯片。麦捷科技 方面表示，公司拥有LTCC滤波器技术可以应用于SUB-6GHZ和20GHZ以上超高频段，另外 公司针对SUB-6GHZ频段正在研发FBAR等高性能滤波器；信维通信表示，公司SAW滤波器 已经批量出货，类似BAW技术的产品已经研发成功。

5.3 功率放大器技术确定，材料中看国产替代机会

5.3.1 功率放大器市场提升，国外厂商成占据优势

数量增加提升产品价值量。功率放大器市场规模射频前端放大器包括两种，分别是射频 低噪声放大器（LNA）和射频功率放大器(PA)。LNA用于实现接收通道的视频信号放大， PA则是用于实现发射通道的射频信号放大。PA 是手机中重要的器件之一，随着通信技 术的提升以及频段数量增加，手机里面 PA 的数量也逐渐增加。4G时代，手机所需的 PA 芯片约为5-7颗；5G时代，我们预测手机内的PA芯片数量将达到16颗。随着4G手机和5G 手机的渗透率的提升，PA市场规模将会继续扩大。据Yole数据显示，2018年PA市场规模 为60亿美元，预计2025年PA市场规模为104亿美元，年复合增长率达到8%。

国外厂商占据主要份额。国外行业内主要芯片设计厂商一般同时向市场提供射频开关、 射频低噪声放大器、射频功率放大器等多种产品。目前，全球射频前端芯片市场主要被 Broadcom、Skyworks、Qorvo 等国外企业占据，因此，延伸到放大器部分，Broadcom、 Skyworks、Qorvo三大射频前端公司依然占据全球大部分市场份额，三大射频公司占据 全球92%的市场份额。国内竞争厂商锐迪科、国民飞骧、唯捷创芯、韦尔股份等。

5.3.2 GaAs目前继续引领5G时代

目前，在半导体材料领域内，除了有单一元素材料外，还有由两种及两种以上元素结合 的形成的化合物半导体材料，主要包括GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）、氮化镓（GaN）、 SiC（碳化硅）等。化合物材料相比单一元素材料，有着禁带宽度更大、电子迁移率更 高、击穿场强大、耐高温性更好等特点。因此，使用化合物半导体材料做出来器件比传 统的单一元素材料器件具有更好的特性，在通信领域中有更广泛的应用。

目前，射频功率放大器的设计与加工主要使用GaAs工艺、SiGe工艺和射频CMOS工艺3种 工艺。GaAs工艺的射频功率放大器主要适用于高功率输出的应用，广发应用于无线通信 领域；SiGe工艺与Si CMOS工艺兼容，有助于实现射频功率放大器与射频集成电路的集 成；射频CMOS工艺可以实现更高的集成度，成本也更低，但是CMOS射频功率放大器的性 能，与GaAs相比尚有一定的差距，目前主要用于蓝牙、ZigBee等。

砷化镓属于Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体材料，为闪锌矿型晶格结构，晶格常熟为0.565nm,熔 点为1238℃，近代宽度为1.424eV，是继硅、锗之后最主要的半导体之一。GaAs器件具 有高频、高速、耐高温、低噪声、抗辐射能力强等优点。4G时代,手机端PA的工艺以CMOS 和GaAs为主， 5G时代更高的功率、频率及效率要求，对PA的性能也提出新的要求，GaAs 材料的电子迁移率是Si的6倍，适合用于长距离、长通信时间的高频电路，因此，GaAs 器件相对Si器件具有高频、高速的性能，在5G手机PA中将有望获得广泛的使用。据集邦 咨询预测，随着5G智慧型手机渗透率逐渐提升，将带动中国手机GaAs PA市场从2019年 的18.76亿美元增长到2023年的57.27亿美元，年复合增长率达到19.17%。

5.3.3 国产替代存在希望

全球GaAs材料国外玩家处于垄断地位。根据Semiconductor TODAY数据，目前全球半绝 缘单晶GaAs衬底市场集中度CR3高达95%，日本的住友电气、德国费里伯格以及美国的AXT 公司占据了95%以上的市场份额。根据Pioneer Reports数据显示，国内主要GaAs单晶衬 底生产厂商有中科晶电、云南锗业、有研新材、神舟晶体以及美国AXT全资子公司北京 通美等。

目前，全球GaAs射频器件市场以IDM模式为主，主要厂商有美国Skyworks、Qorvo、 Broadcom，日本村田等，CR4达到70%。其中，Skyworks和Qorvo更是遥遥领先，达到32% 和26%。GaAs元件在全球范围内还有Fabless和晶圆代工产业。2018年GaAs晶圆代工市场， 中国台湾稳懋独占全球71%的市场份额，是全球第一大GaAs晶圆代工厂。中国大陆方面， 在Fabless领域，有昂瑞微、唯捷创芯、紫光展锐、国民飞骧等老牌厂商，主要集中在 非高端手机领域。在晶圆代工领域有海威华芯和三安集成。近期，华为将自研的4G PA 交由三安集成代工，在一定程度上，表明华为有意降低供应商的集中度，以及对国内集 成电路产业的扶持。目前国产手机品牌在全球出货量占比近4成。虽然5G时代已经来临， 但是全球普及尚需时间，4G网络将会在一段较长的时间内存在，因此，针对4G网络的PA 依然存在相当大的市场空间。因此，在自主可控的主旋律下，随着国产GaAs PA公司技 术与产能的提升，国产GaAs PA产品将会在4G产品中渗透率逐渐提高，部分企业有望在 大公司的扶持下实现5G产品的突破。

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6、5G 手机去金属化成趋势，三大方案可供选择

6.1 手机后盖去金属化成为趋势

5G 信号衰减严重，手机后盖去金属化成为趋势。从 2012 年 iphone 5 首次使用金属后 盖到 2016 年大部分手机主流品牌使用，金属后盖因为其色泽与手感成为了当时的潮流。然而，金属材质后盖对无线信号具有屏蔽作用，且导热性强，在无线充电时易导致手机 表面温度过高，影响使用安全。2017 年，5G 概念在通信领域中出现，相关技术与要求 已经在各大手机厂商中被广泛地提起。5G 手机通过增加内部天线和天线系统设计复杂度 来提升信号收发质量，Massive MIMO 技术对电磁干扰的敏感程度提高，如何减少信号传 输过程中的干扰成为焦点。为适应 5G 技术带来的变化，多个手机厂商已经开始相关的 试验，并体现在自家的产品之中。金属后盖也随之在大部分手机品牌中消失。对于金属 后盖的取代方案，目前产业方面有三种材料可供选择,分别是玻璃、PC/PMMA 复合材料、氧化锆陶瓷。

6.2 各项表现平衡，玻璃后盖已成潮流

玻璃后盖已成为潮流。早在 2014 年，联想就推出了玻璃后盖手机 S850，但是玻璃后盖 真正得到大规模使用则是从 2017 年开始。2017 年，苹果推出的 iPhone 8/8 Plus/X 采 用 2.5D 玻璃后盖，同年，安卓阵营发布的手机都是玻璃后盖。至此，玻璃后盖正式成 为潮流。苹果在手机产业一直被认为是创新的风向标，从手机外观到手机功能。虽然苹 果在 2019 年未发布 5G 手机，但从 2017 年开始其手机产品全系采用玻璃后盖替换金属 材质，以支持其最新搭载的无线充电功能，目前最新一代的 iPhone 11 系列手机沿用 2.5 D 玻璃后盖。安卓阵营方面，目前多个品牌已经发布了自家的 5G 手机。从市场已发布 5G 手机情况看，除了三星 S10 5G 顶配版采用陶瓷材质后盖外，其余手机厂商大多采用 3D 玻璃作为手机后盖材料，以减少对手机信号的屏蔽作用。

相比金属材料，玻璃材质不具备电磁屏蔽特性且导热性较弱，且相比陶瓷后盖生产成本 较低，是生产 5G 手机后盖的理想材料。随着技术演进，玻璃后盖耐磨、耐摔和抗压等 性能得到提高，被越来越多手机厂商所采用。根据 Counterpoint 数据，2016 年全球手机出货中仅有约 7%手机采用玻璃后盖材质，截至 2018 年底提升至约 26%，预计到 2020 年底出货占比将提升至约 60%。我们认为，随着 5G 手机普及和无线充电渗透率提高，3D 玻璃将迅速实现对金属后盖的替换，预计渗透率将快速提升。

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6.3 价廉物美，复合板材异军突起

复合板材主要是指用 PC 和 PMMA 通过共挤制作而成的手机后盖。PC，即聚碳酸酯，PC 拥有优良的耐蠕变性能、抗冲击性能、较高的伸长率和刚性、弯曲强度、拉伸强度，并 具备较好的耐热性和耐寒性、电性能突出，吸收率低，透光性好等特点。PC 还可与其他 树脂共混形成 PC 混合物或 PC 合金，进行改性，克服其抗溶剂性和耐腐性较差的缺点， 完善性能，满足多种特定应用领域性能的要求。PMMA，即聚甲基丙烯酸甲酯，具有较好 的透明性、化学稳定性、耐候性、易染色、易加工、外观优美等特点。共挤复合数采用 数台挤出机将不同种类的树脂同时挤入到一个复合模头中，各层树脂在模头内或外汇形 成一体，挤出复合后经冷却定型即成为复合薄膜。因层与层之间无需使用粘合剂，所以不存在残留溶剂问题，薄膜无异味。

复合板材手机后盖将有望在 5G 中低端手机中使用。

首先，要满足在 5G 时代广泛使用，首先要 5G 抗信号屏蔽要求。复合板材手机后盖的抗 信号屏蔽性能虽然不及玻璃和陶瓷材质后盖，但是优于金属材质后盖。

第二，复合板材主要有两层复合材料，PMMA 层和 PC 层。PMMA 具有较高的硬度和耐磨性， 所以可用于手机盖板的外层使用。但是由于性脆，所以复合 PC 作为内层，这样材料整 体的韧性提高。目前复合板材表面硬度达到 4H-6H；耐磨性可做到 0000 钢丝绒 1 公斤力， 1cm*1cm 磨头，5000 次完好，基本可以符合手机等电子产品对于材质性能的要求。

第三，复合板材手机后盖采用共挤工艺制作，能实现一次挤出成型，其工艺简单，节省 能源，生产效率高，成本低。

虽然复合板材具备一定的优点，但是依然存在不足之处。首先，由于复合板材在硬度方面相对于玻璃与陶瓷材质较差，因此复合板材不耐磨，塑性变形明显。第二，手感与外 观表现上不如玻璃与陶瓷材质的贴合与高端。最后，散热效果较差。

综合以上优点与不足之处，低成本的复合板材手机后盖已经能满足基本要求，预计在 5G 时代，PC/PMMA 复合材料在追求高性价比的中低端手机市场渗透率不断提升。

6.4 氧化锆陶瓷，高端方案需要时间等待

氧化锆陶瓷具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优 良性质。氧化锆陶瓷手机后盖结合了玻璃的外观与硬度高的优异性能，同时拥有接近于 金属材质的良好导热率，其介电常数高，无信号屏蔽。氧化锆陶瓷手机背板的制备主要 包括氧化锆陶瓷粉体的制备、成型、烧结、研磨抛光处理等流程。其中氧化锆陶瓷粉体 的制备是整个流程中最重要且技术难度最大的部分。氧化锆陶瓷手机背板粉体是纳米复 合氧化锆，纳米复合氧化锆在制备陶瓷时，其质量要求包括，粒度分布是正态分布，颗 粒形状接近圆形，分散性要好，纯度高等。氧化锆手机后盖虽然性能优良，但是由于制 作难度大，导致出现良品率低，高成本等问题，一直难以得到推广，目前仅出现在较少 的高端手机中。2018 年，氧化锆陶瓷在手机背板的渗透率较低，仅为 1%。目前高端应 用如 Apple Watch 的背板采用的材料是氧化锆陶瓷，预计未来几年随着 5G 的商业化应 用不断成熟，进一步完善的生产工艺使背板成本不断降低，市场渗透率有望提升。

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7、投资策略

投资建议：首次给予推荐评级。全球智能手机出货量增速在连续 7 个季度下跌后，由于 安卓阵营发布 5G 手机以及苹果手机销量回暖，手机出货量增速终于迎来企稳。我国 5G 商用已经开始，2020 年是我国 5G 网络建设的大年，5G 网络将获得进一步完善。我们通 过分析目前韩国 5G 应用的情况，类比认为，我国在 2020 年将有望开启 5G 手机换机潮， 推动智能手机的出货量。5G 对比 4G 的第一区别是通过多种技术实现网络速度的倍增。 这些新的技术应用对手机相关元器配件的功能提出了新的要求。从基带芯片，到天线， 射频前端，到手机后盖都有涉及。受益于新的要求，手机元器件既有因材料工艺提升获 得的单体价值量的上升，也有因使用数量的提升实现价值总量提升。建议关注受益于换 机潮，产品单机价值含量提升，并拥有优质客户资源的元器件供应商。

天线：信维通信（300136），立讯精密（002475）、硕贝德（300322）

射频：信维通信（300136）、麦捷科技（300319）、卓胜微（300782）、三安光电（600703）

手机盖板：蓝思科技（300433）、智动力（300686）、领益智造（002600）；

先进封装：环旭电子（601231）、长电科技（600584）、华天科技（002185）。