【個股產業分析】功率放大器產業分析
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功率放大器是寡占市場，主要由 Broadcom（38%） 、Skyworks（33%）、Qorvo（21%）主導，台灣 PA 三雄除全新為上游磊晶廠外，其餘兩廠皆依靠 IDM 大廠將多餘產能外包代工業務。 因應多頻段現象，手機射邁向模組化，但 PAM 模組價格仍高，目前只有高階手機品牌如 iPhone 使用，仰賴後續市場滲透率的提升。 今天，就讓我們請 Collaborator的 Junior 楊傳密 針對功率放大器產業的未來展望進行頗析，透過評價模型探討未來的發展吧！ #Collaborator #Industry #小編KK --- 提醒： 此份報告所提供之資料僅供參考。報告中之內容取材於據信為可靠之資料來源，但概不以明示或暗示的方式，對資料之準確性、完整性或正確性作出任何陳述或保證。任何資料、建議或預測將根據實際情況而隨時更改，Collaborator不保證其看法或預測將可實現，因此不對任何人因使用任何報告提供之資料、建議或預測所引起之損失負責。 此份報告所提供之投資建議(如買進、中立、賣出)、目標價相關字眼，為學術性社團為貼近業界實際產出所練習使用，僅供學術討論使用，並無對特定讀者收取費用(即所謂對價關係)，不具投資參考。 本報告並未考量任何特定投資人個人之財務目的、現況及需求。投資人作任何決策前，需考量自身財務目的、現況及需求，審慎研判個人於投資風險上之承受能力，以做出合適之投資決策。 投資不同標的牽涉某些風險，包括政治、經濟或產業等變動。本報告所指涉之國家、產業、公司、證券及市場僅用以說明趨勢、情形或投資過程。其資訊不得視為買進或賣出任何證券之建議、推薦、請求或提議等意見。
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【個股產業分析】功率放大器產業分析
- 2. • 功率放大器是寡占市場，主要由 Broadcom（38%） 、Skyworks（33%）、Qorvo（21%）主導， 台灣 PA 三雄除全新為上游磊晶廠外，其餘兩廠皆依靠 IDM 大廠將多餘產能外包代工業務。 • 因應多頻段現象，手機射邁向模組化，但 PAM 模組價格仍高，目前只有高階手機品牌如 iPhone 使用，仰賴後續市場滲透率的提升。 • 手機 PA 數從 4G 7 顆提高至 5G 16 顆，惟 2020 年受疫情影響，延遲 5G 手機的發展進程，但長 期 5G 手機需求端趨勢仍在，PA 需求的成長量可望在 2022 年後攀升。 • 小型基地台採用 Ｍassive MIMO 和毫米波訊號傳送技術，大型基地台採用大規模天線陣列方案， 使用 PA 數較 4G 基地台增長 16 倍。當市場進入毫米波後，GaN 將逐漸取代 LDMOS。 • ＷiFi 6 處於高速增長及快速導入期，可望在 2 ~ 3 年後成為主流。 結論 2
- 3. Agenda • 結論 • PA 放大器產業概況 • 成長動能 • 相關公司 • 結論 • 附錄 3
- 5. 5 PA產業鍊 晶 圓 矽 晶 圓 晶圓 磊晶 晶圓代工 封裝測試 發 光 元 件 砷 化 鎵 晶 圓 高 頻 元 件 ＩＣ設計 材料 晶圓 磊晶 晶圓代工 封裝測試 BJT HBT MES HEMT ＩＣ設計 ＧaAs晶棒 Analog IC Design 封裝測試晶圓代工 資料來源：鉅亨網、Cmoney、新通訊
- 6. 三種製程、三種商業模式和兩大終端應用產業 6 材料 商業模式 終端應用產業 高電壓 減少損耗 提升效率 可縮減晶片尺寸 成本過高 GaN 氮化鎵 IDM 垂直整合 Foundry 代工 Fabless 設計 多為國外大廠： Broadcom 、 Skyworks、 Qorvo 台灣 PA 三雄除 全新為上游磊晶 廠，其餘皆為代 工。 90% 射頻 10% 光通訊 手機 、電腦 網通設備 Face ID 車用防撞雷達 光通訊模組 • VESEL • DFB • EML 資料來源：自行整理 主要應用在需 要頻寬的電子 產品上 • Femote cell • WiMax • Wi-Fi • 衛星通訊 • RFID讀取器 GaAs 砷化鎵 3G和4G等高階 應用 高效率 高絕緣性 低諧波 低噪音 未來GaAs PA仍 為主流。 2G手機等低 階應用 成本優勢 GＭOSＭ 互補式金屬氧化 物半導體 高通 聯發科 中興 華為海思
- 7. 手機與基礎建設為射頻模組兩大應用 7 基頻 晶片 濾波 器 收 發 器 開關 雙工器 雙工器 開關 開關 低噪音 放大器 低噪音 放大器 低噪音 放大器 功率 放大器 功率 放大器 功率 放大器 開 關 天線 射頻前端晶片 射 頻 模 組（手 機 通 訊 關 鍵 零 組 件 結 構） 驅動裝置 功率偏置 MMIC 模組 級間匹配 匹配 輸出 匹配 輸出 DA PA 基 地 台 PA 晶 片 結 構 無線 收發器 濾波器 PA 濾波器 收發 切換器 天線 低噪音 放大器 收發控制 增益控制 發射功率控制 射頻模組（Wi-Fi 結構） 資料來源：方正證券、智富 圖1-1 圖1-2 圖1-3
- 8. PA佔比為射頻前端市場中第二大，兩者皆為寡占市場 8 Skyworks, 35% 博通, 25% Qorvo, 17% 村田, 12% 射頻前端模組廠商市占 博通, 38% Skyworks , 22% Qorvo, 21% • 射頻前端模組的龍頭廠商：Skyworks( 市占率 35%),博通 Broadcom( 市占率 25%),Qorvo( 市占率 17%),Murata(市占率 12%) ，4 家廠商都擁有自家的晶圓廠,屬於半導體 IDM 業者 資料來源：方正證券、鉅亨網 • PA 產業主要由 Broadcom 、Skyworks、Qorvo三強鼎立,市占率分別為38%、33%、21%。,常將多餘產能委託台灣廠商代工。 • PA 三雄：Broadcom合作的為穩懋 (3105)、Skyworks 合作的是 宏捷科(8086)、全新 (2455) 則屬於上游磊晶廠 • 隨著 5G 時代基頻晶片和射頻模組需做更多整合,才能發揮更高效益下,高通 也開始對射頻前端模組產業產生興趣,可能會在未來成 為產業的強力競爭者。 射頻前端市場分佈 54% 34% 7% 3% 2% 0% 66% 21% 9% 3% 2% 1% 濾波器 PA 開關 天線調諧 LNA 毫米波模組 2017 2023 PA廠商市占 圖1-4 圖1-5 圖1-6
- 9. 5G為主要成長動能，終端應用體現在手機與基建 9 濾波器 天線調諧器 開關 功率放大器(PA) 低噪音放大器 射頻市場 CAGR 14% 150億 350億 PA市場 CAGR 7% 50 → 70 億 • 進入5G後，兩大因素推動射頻市場成長：（1） 數據流量大幅增加,頻譜寬度將從4G最大20Mhz → Sub6Ghz 最大寬度100Mhz, （2） 毫米波 400Mhz 也因為採用更高頻段,訊號容易因天候影響傳輸狀況。 • 射頻市場兩大終端應用：（1）手機、（２）基礎建設（WiFi、基地台） 資料來源：方正證券、鉅亨網 全球射頻元件市場規模（美元） （2017 ~ 2023） 145 5.37 20 20 3.56 4.23 濾波器 天線調諧器 開關 功率放大器(PA) 低噪音放大器 毫米波射頻前… 全球射頻市場成長值（億美元） （2017 ~ 2023） 圖1-7 圖1-8
- 10. 成長動能#2 10
- 11. IDC預測，5G手機市佔可望在 2023 年達至 50% 11 • IDC 預測，2020 年全球手機市場將比前一年衰退 9.5%、總出貨數為 12 億，其中今年第二季碰上疫情 的影響最大，同期減少 17%。若要完全恢復先前的水準，至少要等到 2022 年。 • 5G ASP 是提高市占的關鍵，根據 IDC ， 2023 年 5G 手機平均價格有望降低至 495 美元，提高 5G 手 機市佔率至 50%。 • 2020年 全球 5G 手機出貨量約2.4 億，其中，中國市場5G手機出貨量將超過 1.6 億，並且會在未來 5 年內持續佔據全球約一半的市場。 全球5G手機出貨量占比預測 （2020 ~ 2024） 中國 其他地區 資料來源：IDC、國票投顧 全球手機出貨量預測 （2020.1 vs 2020.5） 全球 5G 手機出貨量 （2021 ~ 2025 單位：億）圖2-1 圖2-2 圖2-3
- 12. 5G新增50+通信頻段，推動射頻模組化與新材料應用 12 n78 n79 n258 n260 n77 n257 n261 5G 頻譜｜ 5G 頻譜 || 5G 美 中 日 韓 不同材料工藝在對應不同頻率5G 頻譜 手機支援多頻段（以 iPhone 為例） • 5G Sub-6GHz 頻段最適用的工藝方案是 GaAs;而在毫米波領域，GaN 材料憑藉適用高頻、高輸出功率的優 勢，更適合作毫米波射頻器件材料。 • Skyworks 預測 5G 將新增 50 個以上的通信頻段，手機內部射頻器件數量不斷提升。 因此，在有限的空間能 佈局更多的射頻器件成為 5G 手機時代必須解決的難題。目前全球射頻器件廠商大廠如 Skyworks、Qorvo、 Murata、Broadcom、TDK 均投入資金研發射頻模組，射頻模組有整合化趨勢。 資料來源：iPhone官網、財富證券、Ａnsforce 圖2-4 圖2-5 圖2-6 GaAs
- 13. 含有 PA 的模組整合度高，現主要供高階手機所用 13 功率放大器 雙功器 SMMB PA 單模多頻模組 ＭＭＭB PA 多模多頻模組 PAＭiD 射頻前端模組 ASM 天線開關模組 FEMiD 雙工前端模組 低整合度 中整合度 高整合度 資料來源：Ansforce、中金財富、大大通 FEMID→ PAMID→ mmWave 以 Murata 和 TDK 為代表。 成本太高，目前 主要是蘋果這樣 出貨量大且 SKU 較少的高階品牌 採用。 模組演進歷程 功率放大器大廠現況 行業龍頭 Broadcome、 Skyworks、Qorvo、村田、 高通等射頻前端晶片大廠 均已推出多品類射頻前端 模組產品 FEM 前端模組 射頻開關 天線 濾波器
- 14. 5G 手機 PA 量價齊升，估2021 年需求成長 15%＋ 14 • 2G 手機用 PA 單價為 0.3 美元，3G 手機用 PA 上升到 1.25 美元，而 4G 手機 PA 的則高達 3.25 美元，預計 5G 手機PA 價值量達到 7.5 美元以上。 資料來源：方正證券、鉅亨網、公司年報、平安證券、國票投顧 3 7 16 3G 4G 5G PA 數量與單價（單機） 濾波器, 54% PA, 34% 開關, 7% 天線, 3% 低噪音放大器, 2% (2017) 手機射頻模組零件價值佔比 2G 3G 4G 5G ＄3 ＄8 ＄18~$20 ＄25~$40 手機射頻零件數量和成本 ＄1.25 ＄3.25 ＄7.5 • 預計2021 年 5G 手機將達 4 億支以上，滲透率將超過30%。因頻段增加及訊號調變 更為複雜，將使手機PA 用量大幅增加， 單支手機射頻元件產值也將明顯提升。 預估 2021 年 PA 需求較 2020 年大幅成長超過 15%。 表2-1 圖2-7 圖2-8
- 15. • 若市場進入毫米波，基地台的部分會由氮化鎵所取代，因為線性度及效率的需求，氮化鎵遠優於原基地台使 用的 LDMOS。 基地台 PA 需求量增長 16 倍，GaN 將取代 LDMOS 15資料來源：Ｄigitimes 方正證券 • 5G 小型基地台因採取巨量天線（Massive MIMO）與毫米波（mmWaves）訊號傳輸技術，所以需要功能更強 大、數量更多的 PA 來組成射頻元件。原本每一個 4G 基地台的 PA 需要 4 顆，但 5G 基地台增至 64 顆。 5.28 6.84 8.8 12.12 16.82 23.86 35.09 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 • 4G 大型基地台採用 4T4R 方案， PA 需求量為 12 個 ; 5G 大基地台採用 64T64R 大規模天線陣列方案，對應 的PA 需求量高達192個，PA 的數量將增加16倍。 全球基地台數量（百萬個）全球小型基地台市場規模（億美元） CAGR 37.1% 圖2-9 圖2-10
- 16. ＷiFi 6處於高速增長期，未來 2 ~ 3 年將成主流 16 • 目前 Wi-Fi 6 正處於導入期與高速增長期，將會從 2020 開始，逐步替代處於成熟期的 Wi-Fi 5 和已處於 衰退期的 Wi-Fi 4 產品；預期 2020 年將會是 Wi-Fi 6 高速增長的元年。 • 三個成長動能 （1）智慧型手機增量，提升 WiFi 室內需求 （2）和 5G 通信技術互補，ＷiFi 6 用於室內覆蓋 且目前 WiFi 6 有速度優勢（9608 Mbit/s 比 5G 5000+ Mbit/s） （3）IOT 的趨勢 Gartner 數據顯示，至 2020 年，全球 IOT 設備量將達到 204億台，2016 ～ 2020 年複合成長率為 34% 資料來源：ＭoneyDJ、IDC 全球 WiFi6(802.11ax) 出貨量圖2-11
- 17. 相關公司#3 17
- 18. 全新（2455）：上游磊晶廠 18資料來源：公司年報 48.10% 44.43% 7.47% 台灣 美國 其他 HBT(手機) HEMT(基建)高 頻 磊 晶 BiHEMT(基建) 光 通 訊 磊 晶 VCSEL 第 二 代 半 導 體 第一代 市場分佈 產品類別 財務狀況 （千元） • 以 MOCVD 技術生產砷化鎵 (GaAs) 磊晶供應商，為台灣第一家本土砷化鎵磊晶製造商，全球排名為前三大 製造商之一 • 公司主要產品為 HBT 磊晶片，在國外競爭者主要為英商 IQE、美商 Kopin，IQE 為全球第一大，市佔約 30%， 其次為全新與 Kopin，各佔約 20%。 年度/季度 2015 2016 2017 2018 2019 營收 2,391,899 2,182,825 2,137,109 2,062,120 2,530,909 ⽑利 896,369 809,059 743,467 774,359 1,034,272 ⽑利率 33.45 29.4 28.95 29.43 30.36 營業利益 670,700 588,072 515,093 463,906 648,983 營業 利益率 27.78 21.68 17.54 17.83 19.92 稅前淨利 690,958 558,641 479,718 489,179 628,603 稅前 淨利率 28.7 21.49 16.05 19.98 19.92 圖 3-1 表 3-1 表 3-2
- 19. 穩懋（3105）：代工 GaAs 19 穩懋, 76% 宏捷科, 8% 環宇, 6% Ｑorvo, 1% 其他, 9% GaAs代工廠商市占 （2019） 穩懋量產 的產品 應用領域 1微米 HBT 0C-768,0C-192光纖通訊/光纖網 路元件中的發射器和接收器等主 動元件 2微米 HBT 手特行動通訊裝置(Handsets)和無 線區域網路(WLAN) 0.5微米 pHEMT Switch 0.5微米 power pHEMT 衛星通訊、全球定住系統(GPS)、 有線電視調頻器(Cable TVtuner)、 交通電予收費裝置(Electronic toll collection)、無線區域性網路等 0.15微米 pHEMT 衛星通試(SATCOMand VSAT)、 汽車業的自動巡航和點對點基地 台的聯繫0.1微米 pHEMT • 穩懋主要提供 HBT 和 pHMT 兩大類 GaAS 電晶體制程技術。二者均為最 尖端的無線寬頻通訊微波制程技術。 • 穩懋的產品線可滿足 100M 至 10GH 各種不同頻帶無線傳輸系統的應用。 與競爭對手相比穩懋在技術上佔有優勢。 資料來源：公司年報 GaAs代工廠市佔 財務狀況（千元） 年度/季度 2015 2016 2017 2018 2019 營收 12,015,747 13,623,076 17,086,355 17,310,716 21,377,724 ⽑利 4,761,031 4,989,252 6,327,970 5,415,171 8,160,874 ⽑利率 39.62 36.62 37.04 31.28 38.17 營業利益 3,510,364 3,494,602 4,569,335 3,205,342 5,558,552 營業 利益率 29.21 25.65 26.74 18.52 26 稅前淨利 3,433,638 3,887,544 4,528,679 3,734,623 5,393,428 稅前 淨利率 28.58 28.54 26.5 21.57 25.23 表 3-3 表 3-4 圖 3-2
- 20. 宏捷科（8086）：代工GaAs 20 • 宏捷科在中美晶 (5483) 協助下，預計 2022 年第 1 季會有氮化鎵產品認證。 • 以製造砷化鎵異質介面雙極電晶體 (GaAs HBT) 與假型高速電子遷移率電晶體 (pHEMT) 為主。 砷化鎵晶 片, 97% 其他, 3% 穩懋, 76% 宏捷科, 8% 環宇, 6% Ｑorvo, 1% 其他, 9% GaAs代工廠商市占 （2019） GaAs代工廠市佔產品類別 財務狀況（千元） 資料來源：公司年報 年度/季度 2015 2016 2017 2018 2019 營收 4,424,308 2,272,872 1,661,466 1,836,846 2,206,902 ⽑利 1,479,944 668,211 480,925 540,600 669,974 ⽑利率 33.45 29.4 28.95 29.43 30.36 營業利益 1,228,967 492,791 291,465 327,492 439,669 營業 利益率 27.78 21.68 17.54 17.83 19.92 稅前淨利 1,269,604 488,446 266,714 367,071 439,599 稅前 淨利率 28.7 21.49 16.05 19.98 19.92 • 2020 年 8 月中美晶參與宏捷科私募，以每股價格 77.7 元，認購宏捷科私募普通股 4,500 萬股。交易完成 後，中美晶將持有宏捷科增資後的股權 22.53%，成為最大股東。 圖 3-3 圖 3-4 表 3-5
- 21. 環宇-KY(4991)：代工（基地台射頻） 21 • 有提供 4 吋 GaN-on-Sic 晶圓代工服務，為基地台 RF 應用，6 吋亦已通過認證，供基地台 RF 應用。 自有光電元 件產品 (KGD), 55% 射頻元件 晶圓代工, 29% 光電元件晶圓代工, 14% 技術服務收入, 2% • 以基地台和射頻基礎設施設備應用為主。將用於製造手機用功率放大器 ( PA ) 及射頻開關 ( Switch ) 的技術 授權給國內的宏捷和聯穎光電，以收取權利金。 中國, 49% 美國, 37% 台灣, 11% 其他, 3% • 上游廠商：IQE、全新光電和 Kopin ; 競爭廠商：穩懋、宏捷科。 產品類別 市場分佈 財務狀況（千元） 資料來源：公司年報 年度/季度 2015 2016 2017 2018 2019 營收 1,659,943 1,819,706 1,925,832 1,952,411 1,786,334 ⽑利 704,179 817,236 895,903 897,712 809,931 ⽑利率 42.42 44.91 46.52 45.98 45.34 營業利益 302,737 305,173 449,583 387,240 301,750 營業 利益率 18.24 16.77 23.34 19.83 16.89 稅前淨利 292,092 313,055 424,053 391,014 321,621 稅前 淨利率 17.6 17.2 22.02 20.03 18 表 3-6圖 3-5 圖 3-6
- 22. 結論#4 22
- 23. 結論 23 • 功率放大器是寡占市場，主要由 Broadcom（38%） 、Skyworks（33%）、Qorvo（21%）主導， 台灣 PA 三雄除全新為上游磊晶廠外，其餘兩廠皆依靠 IDM 大廠將多餘產能外包代工業務。 • 因應多頻段現象，手機射邁向模組化，但 PAM 模組價格仍高，目前只有高階手機品牌如 iPhone 使用，仰賴後續市場滲透率的提升。 • 手機 PA 數從 4G 7 顆提高至 5G 16 顆，惟 2020 年受疫情影響，延遲 5G 手機的發展進程，但長 期 5G 手機需求端趨勢仍在，PA 需求的成長量可望在 2022 年後攀升。 • 小型基地台採用 Ｍassive MIMO 和毫米波訊號傳送技術，大型基地台採用大規模天線陣列方案， 使用 PA 數較 4G 基地台增長 16 倍。當市場進入毫米波後，GaN 將逐漸取代 LDMOS。 • ＷiFi 6 處於高速增長及快速導入期，可望在 2 ~ 3 年後成為主流。
- 24. 附錄 24
- 27. 非線性放大器特性介紹 27 特性 Ｃ 類 使用1個電晶體(1T)，可以輸出一半週期的訊 號，訊號失真明顯、線性度不佳，輸出效率高。 可以應用在高功率的射頻功率放大器(PA)。 1. 「脈寬調變(PWM)」將輸入的類比訊號轉換 為數位訊號 2. 放大器配合2個電晶體(2T)放大脈寬數位訊 號 3. 經由低頻濾波器(LPF)轉換為類比輸出訊號 構造複雜成本較高、輸出效率高，由於目前半 導體元件的價格愈來愈低，所以D類放大器愈 來愈普遍，例如：音訊放大器、射頻功率放大 器(PA)等。 Ｄ 類 示意圖 資料來源：Ansforce
- 28. 第三代半導體目前成本仍高 28 第一代：矽 第二代：砷化鎵 第三代：氮化鎵、碳化矽 有成本低、製程成 熟的優點，但是高 頻與高速的特性不 佳，也不適合承受 高電壓 高頻與高速的特性 佳，成本略高，適 合用來製作射頻積 體電路，但不適合 承受高電壓 高頻與高速的特性佳， 又可以承受高電壓，適 合做為放大器或功率元 件。 但是由於製程複雜，目 前成本仍然很高，不過 一般預估隨著未來市場 成長，成本會年逐下降。 市場常見GaN材料及最大尺寸 GaN on Si GaN on SiC GaN on Gan 8吋 6吋 資料來源：Ansforce、Tech Teller、高盛 碳化矽種類與應用 Ｎ型碳化矽 半絕緣碳化矽 射頻元件 高功率元件
- 29. 雖具備材料升級題材 ，但 GaN 目前成本仍高 29 半導體 材料 晶體管 類型 Si（CMOS） Si BJT Si VDMOS Si LDMOS GaAs InP SiGe GaAs MESFET GaAs HBT InP PHEMT InP HBT SiGe HBT SiC GaN SiC MESFET SiC LDMOS GaN HEMT GaN on Sic GaN on SiC HEMT • 射頻 PA 的核心是晶體管 晶體管作為射頻放大器的核心器 件，它通過用小信號來控制直流 電源，產生隨之變化的高功率信 號，從而實現將電源的直流功率 轉換成為滿足輻射要求的功率信 號。 • 射頻晶體管材料工藝 射頻半導體主要經歷了由第一代 半導體到第三代半導體的三階段。 其製造工藝結構也經歷了由基礎 的 BJT、FET 向更複雜的 HBT、 LDMOS 和 HEMT 等的發展。 射頻晶體 製造工藝 BJT （電流控制） HBT （手機主流） FET （電壓控制） MOSFET VDMOS LDMOS （基地台） MESEFT HEMT （高頻特性） P-HEMT M-HEMT 成本 低 高 工藝 易 難 • 功率密度高 • 相對噪音低 • 線性度良好 • 目前射頻 PA 材料可以分為 CMOS、GaAs、GaN： • 以 CMOS 製成的 PA 早於 2000 年就已經出現，在 2G 時代進入 手機市場，技術成熟且產能穩定， 但已無法因應現今通訊傳輸需求。 • GaAs 材料可適用於超高速、超 高頻電子零組件，比矽零件更適 合應用在高 功率的場合。 目前行動通訊 3G/4G 主要採用 GaAs 材料製作 PA，技術成熟 穩定可靠，仍是民用商業市場主 流。 • 第三代半導體原料 GaN 則能實 現更高的電壓，減少損耗，可提 升效率，進一步縮減晶片尺寸， 現階段最大劣勢只是成本過高。 因此在軍用，及大型基地台 GaN 已經是主流。 資料來源：穩懋年報