2021电子行业投资机会一网打尽:消费5G芯片三大类爆发中
2020-10-26 21:19:49
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来源:智东西   智东西内参

看点:消费电子、电子周期品和半导体三大产业的未来机遇。

消费电子:5G 渗透率持续提升,手机终端创新不止,射频、光学、无线充电、散热等方面都有较大改变或升级;智能可穿戴景气度上行,TWS耳机、智能手表、VR/AR行业蓬勃发展;汽车智能化是大势所趋,ADAS渗透率得到快速提升;AIoT 受政策、产业、消费三大作用力推动,快速发展。

手机功能创新、可穿戴产品放量以及汽车电子发展带来的FPC 需求增长;手机主板集成度提升,促进 HDI/SLP 渗透率提升;服务器平台升级,高频高速高多层 PCB/CCL 将得到放量。MLCC 市场保持稳步增长(CAGR 10%-15%),国产配套诉求强烈,国产 MLCC 市场份额有望得到提升。

功率半导体供给侧长期紧张,新能源车为功率器件带来纯增量空间;大陆晶圆、存储厂大规模扩产,政策加持,引领设备持续受益。

本期的智能内参,我们推荐东北证券的研究报告《新技术与国产替代中的投资机遇》,解密电子行业2021年的发展趋势。如果想收藏本文的报告,可以在智东西(公众号:zhidxcom)回复关键词“nc497”获取。

本期内参来源:东北证券

原标题:

《新技术与国产替代中的投资机遇》

作者:张世杰 杨一飞 程雅琪

消费电子:看好5G创新

1、5G 手机创新不止,关注五大增量部件

射频前端芯片是无线通信系统的核心部件。对于智能手机等移动终端而言, 位于天线和收发器之间的所有组件都被称为射频前端。按照形式不同, 射频前端分为射频器件和射频模组。射频器件主要包括射频开关(Switch)、 射频低噪声放大器(LNA)、射频功率放大器(PA)、 双工器(Duplexer和Diplexer)、 射频滤波器(Filter)等。

其中, 射频开关用于实现射频信号接收与发射以及不同频段间的切换, 可分为:单刀单掷、 单刀双掷、 多刀多掷;射频低噪声放大器用于实现接收通道的射频信号放大;射频功率放大器用于实现发射通道的射频信号放大;射频滤波器用于保留特定频段内的信号, 而将特定频段外的信号滤除;双工器用于将发射和接收信号的隔离,保证接收和发射在共用同一天线的情况下能正常工作。射频模组是将射频器件中两种或者两种以上的分立器件集成为一个模组, 从而提高集成度与性能并使体积小型化。

主要产品包括ASM (集成射频开关和天线) 、 FEMiD (集成射频开关、 滤波器和双工器) 、DiFEM(集成射频开关和滤波器) 、LNA bank (多通道多模式LNA)、LFEM(集成射频开关、 低噪声放大器和滤波器) 、 PAMQ (集成多模式多频带PA和FEMD)等模组组合。

▲射频前端元器件及其功能

▲射频模组及其集成器件

▲智能手机通信系统结构示意图

射频前端芯片市场规模主要受移动终端需求的驱动和通信技术创新的驱动。在移动终端需求方面, 移动终端数量的增加带动了射频前端芯片的数量大幅增加。根据终端的不同, 移动终端主要分为手机, PC,平板电脑等其他移动终端三大领域。根据Gartner数据, 移动终端的出货量从2012年开始, 呈现快速增长趋势, 之后增速开始放缓, 整体出货量有所下降。但通信行业正在经历从4G到5G的产业升级, 5G的到来将会带动换机潮, 赋能移动终端行业新的增长点。

根据Yole Development的预测, 5G在高端智能手机领域的普及率将会进一步提高, 5G手机出货量呈现不断增长的发展趋势。到2025年, 5G手机出货量将占市场份额的29%, 从2019年到2025年, 5G手机出货量年均复合增长率将达到72%。

终端消费者对移动智能终端需求大幅上升的主要原因是移动智能终端已经成为集丰富功能于一体的便携设备,通过操作系统以及各种应用软件可以满足终端用户网络视频通信、 微博社交、 新闻资讯、 生活服务、 线上游戏等绝大多数需求。高速率、 低时延、 大带宽的5G终端将进一步满足用户的互联网需求, 带动新一轮的换机潮。在各种网络需求的刺激下,消费者的移动终端需求增加, 射频前端市场增长空间广阔。

移动数据传输量和传输速度的不断提高主要依赖于通讯技术的变革, 以及相关射频前端芯片的性能提升。过去十年间, 通信行业经历了从2G到3G再到4G的两次重大产业升级, 并于2019年迎来5G的巨大变革。

在此过程中, 手机射频前端最大的变化在于所要支持的频段数的增加。2G时代, 手机支持频段不超过5个;4G时代,全网通手机所能够支持的频段数量猛增到37个;据推测, 进入5G时代后, 手机所需支持的频段数量将新增50个以上, 全球2G/3G/4G/5G网络合计支持的频段将超过91个。

为了提高智能手机对不同通信制式兼容的能力, 一般智能手机每增加一个频段, 需要增加1个功率放大器、 1个双工器、 1个天线开关、 2个滤波器等。就滤波器而言, 4G手机为40个, 而5G手机则需要70个。

高频段信号的增加也带来了处理难度的增加, 所需的载波聚合和MIMO等新处理技术的普及对射频器件的性能提出了更高的要求。另外, 手机留给射频前端的容积越来越小, 进一步增加了对高性能的射频器件需求。因此单个智能手机中射频前端芯片的价值量随着内部数量和性能的增加而呈上升趋势。

根据Yole Development的统计, 2G制式智能手机中射频前端芯片的价值为0.9美元, 3G制式智能手机中大幅上升到3.4美元, 支持区域性4G制式的智能手机中射频前端芯片的价值已经达到6.15美元, 高端4G智能手机中为15.30美元, 是2G制式智能手机中射频前端芯片的17倍, 而5G的价值量则更是4G的两倍以上。

5G 频段增加推动射频前端市场规模扩大。根据 Yole 的预测,2023 年射频前端的市场规模将达到 350 亿美元,较 2017 年 150 亿美元增加 130%,未来 6 年复合增速高达 14%。其中,以开关和 LNA 为例, 2011 年及之前智能手机支持的频段数不超过 10 个,而随着 4G 通讯技术的普及, 2016 年智能手机支持的频段数已经接近40 个;因此,移动智能终端中需要不断增加射频开关的数量以满足对不同频段信号接收、发射的需求,推动整个射频前端市场规模。

根据 QYR Electronics Research Center 的统计,2010 年以来全球射频开关市场经历了持续的快速增长,2016 年全球市场规模达到 12.57 亿美元,2017 年及之后增速放缓,但预计到 2020 年期间仍保有 10%的增长率,预计到 2020 年达到 18.79 亿美元。而随着移动通讯技术的变革,移动智能终端对信号接收质量提出更高要求,需要对天线接收的信号放大以进行后续处理。

一般的放大器在放大信号的同时会引入噪声,而射频低噪声放大器能最大限度地抑制噪声,因此得到广泛的应用。2016 年全球射频低噪声放大器收入为 12.80 亿美元,而随着 4G 逐渐普及,智能手机中天线和射频通路的数量增多,对射频低噪声放大器的数量需求迅速增加,因此预计在未来几年将持续增长,到 2020 年达到 14.75 亿美元。

▲全球射频开关销售收入

▲ 全球射频低噪声放大器销售收入

Sub 6GHz 以上的 5G 信号需要高频传输,LCP 为大势所趋。LCP 材料介质损耗与导体损耗更小,同时具备灵活性、密封性,因而具有很好的制造高频器件应用前景。所以在 5G 时代高频高速的趋势下,LCP 将替代 PI 成为新的软板工艺。

苹果 2017年发布的 iPhoneX 首次采用了多层 LCP 天线,iPhone X 采用的 LCP 软板有一段细长线,将 WiFi 天线、蜂窝天线与主板相连,起到传递射频信号的作用。2018 年新发布的 iPhone XS/XS Max/XR 均使用了六根 LCP 天线。但由于 LCP 单机价值较高,因此今年 iPhone 11 采取 LCP+MPI 方案压低整体成本。

▲iPhone 11 Pro LCP/MPI 射频天线

Sub 6GHz 下,LDS 依旧是安系主流方案。LDS 天线技术为激光直接成型技术,利用计算机按照导电图形的轨迹控制激光的运动,将激光投照到模塑成型的三维塑料器件上,在几秒钟的时间内,活化出电路图案。

苹果公司从 iPhone 6 开始采用 LDS天线,在金属后盖上注塑,将金属后盖被切分成三段。与传统的天线的相比,LDS天线性能稳定,一致性好,精度高,并且由于是将天线镭射在手机外壳上,不仅避免了手机内部元器件的干扰,保证了手机的信号,而且增强了手机的空间的利用率,满足了智能手机轻薄化的要求。

▲LDS 天线外部化

但由于金属后盖对信号接受仍有影响,玻璃背板开始大规模使用,随着玻璃背板渗透率的提高,LDS 天线移至手机内部塑料板上进行通信信号的接受。预计明年5G 手机将主要以安卓手机为主,在 Sub 6GHz 的频段下,考虑到成本和设计方案的因素,LDS 天线方案将依旧是手机厂商的最优选择。

▲LDS 天线内部化

5G 时代势必带来天线市场规模的提升。根据中国产业信息网统计,随着 5G 手机渗透率的提升,5G 手机天线将呈现爆发式增长态势,2022 年将达到 352 亿元。

▲5G 手机天线市场规模

智能手机存量时代,头部厂商市场集中度提升。根据 IDC 统计,智能手机销量自2017 年开始为期两年的下滑,2017 年全球智能手机出货量为 14.65 亿台,同比下滑0.5%,2018 年全球智能手机出货量为 13.95 亿台,同比下滑 4.8%。

截止 2019 年上半年,手机出货量为 6.44 亿台,同比下滑 4.8%。随着手机销量的下滑,拥有忠实客户群体和品牌效应的手机大厂市场集中度进一步提升,截止 19Q2,前五大手机厂商市占率为 69%,同比上升 2 个百分点。

▲历年智能手机出货量(亿台)

▲前五大厂商市场集中度提升

光学创新是智能手机差异化竞争热点之一。智能手机行业近年集中度进一步提升,各大品牌厂商均在努力挖掘差异化竞争的热点。光学领域创新是目前手机差异化竞争的重要热点之一。无论光学结构如何变化,究其核心是在于追求光学器件尺寸的小型化;性能规格的提升(高分辨率、大光圈、广角及 3D 应用等)。

摄像头模组与智能手机出货量变化趋势不同调,头部厂商积极布局多摄。全球手机摄像头模组数量受多摄、3D 深度摄像头等光学创新因素刺激,出货量一直保持稳定增长。2018 年 3 月华为 P20 Pro 搭配后置三射横空出世,开启了从双摄到三摄的时代,此后每半年推出的 Mate 20 Pro, P30 Pro 以及 Mate 30 Pro 均比同期上一代多一颗摄像头。

根据前瞻研究院数据显示,截止 2018 年,全球智能手机摄像头数量为 41.5 亿颗,同比增长 6.33%,平均每部手机摄像头颗数为 2.84 颗,同比增长 6.77%。而摄像头模组出货量与智能手机出货量增速呈相反方向,表明手机存量时代,光学创新依旧带动摄像头出货量逆势增长。

▲华为旗舰机摄像头数量变化

▲2016-2018 年双摄手机渗透率

目前,前置和后置多摄已成为 2019 年的主流机型。以目前驱动手机出货量的几大头部手机厂商为例,截止 2019 年 10 月,大部分厂商机型搭配的摄像头总个数已超过 2018 年全年数量。除了后置多摄的增加,前置双摄在智能手机中也开始应用,例如三星在 2019 年发布的 Galaxy S10+和 Galaxy Fold 折叠屏手机上均采用前置双摄模组,因此预计未来前置双摄渗透率也将进一步提升。

随着 5G的到来,3D 结构光技术、ToF 技术将加快与 AR 领域的结合,3D sensing摄像头渗透率将加速提升。2018 年 5 月 10 日,OPPO 在其召开的技术沟通会上指出,利用精确的结构光双摄相机拍摄的三维信息,可以实现精确的 AR 贴纸与微表情效果;在 AR 游戏应用方面,利用结构光对周围的环境进行精确 3D 建模并将模型实时导入游戏中,可以实现虚拟游戏与现实三维世界的紧密融合,达到逼真的三维效果。

与此同时,OPPO R17 Pro 可以利用 ToF 精准探测景深信息,实现有趣且实用的 AR 测量功能;华为旗下的荣耀 V20 则在 AR 测量以外带来了更多 ToF 玩法,包括瘦身美体、大光圈拍摄、体感游戏等。

▲AR 游戏

▲AR 测量

3D 结构光和 ToF 技术各有优势。3D 结构光技术的基本原理是,通过近红外激光器,将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上,再由专门的红外摄像头进行采集。

当有脸部或物体靠近时,会先启动接近感测器,再由接近感测器发出讯号启动泛光照明器,发射出非结构的红外光投射在物体表面,再由红外光相机接收这些反射的影像资讯,传送到手机内的处理器,iPhone X 使用苹果自行开发的 A11 处理器经由人工智能的运算判断为脸部后,再启动点阵投射器产生大约 3 万个光点投射到使用者的脸部,利用这些光点所形成的阵列反射回红外光相机,计算出脸部不同位置的距离(深度),再将这些使用者脸部的深度资讯传送到手机内的处理器内,经由计算比对脸部特征辨识是否为使用者本人。

▲3D 结构光之红外接收端扫描图

ToF 直译为“飞行时间”。其测距原理是通过给目标连续发送脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。这种技术跟 3D 激光传感器原理基本类似,只不过 3D 激光传感器是逐点扫描,而 ToF相机则是同时得到整幅图像的深度(距离)信息。ToF 相机内部每个像素经过上述过程都可以得到一个对应的距离,所有的像素点测量的距离就构成了一幅深度图,如下图所示。左边是拍摄物原图,右边是对应的深度图。

▲ToF 飞行时间原理

▲ToF 效果图

虽然 ToF 和结构光是同是深度摄像技术,但两种方案的性能却千差万别。结构光技术受环境光源影响较大,而且帧率较低,所以更适合静态场景或者缓慢变化的场景。其优势是能够获得较高分辨率的深度图像。ToF 方案具有响应速度快,深度信息精度高,识别距离范围大,不易受环境光线干扰等优势。

▲ToF 和结构光对比

近年来,品牌手机逐渐加强对 3D 结构光技术和 ToF 技术的应用。2017 年 9 月 13日,苹果推出了基于 3D 结构光技术的 iPhone X,以面部识别彻底取代了指纹识别;

2018 年 5 月 31 日,小米 8 周年代表作——小米 8 透明探索版正式发布,打造了全球首款采用 3D 结构光技术的安卓手机;

2018 年 6 月,搭载 3D 结构光技术的 OPPOFind X 发布;

2018 年 8 月 23 日,搭载 ToF 3D 立体摄像头的 OPPO R17 Pro 发布;

2018 年 10 月 16 日,支持 3D 结构光人脸识别的华为 Mate 20 Pro 正式登场;

2018年 12 月 26 日,华为旗下搭载 ToF 立体深感镜头的荣耀 V20 正式发布,能够实现实时的 3D 美体塑形和体感识别;

2018 年 12 月 29 日,VIVO NEX 双屏版正式发布,搭载 ToF 3D 立体摄像头的同时还支持 ToF 零光感人脸识别;2019 年 2 月,三星发布了全球首款正式发售的 5G 智能手机三星 Galaxy S10 5G 版,增加了 ToF 传感器以辅助散景拍摄和 AR 应用;2019 年 9 月,华为 Mate 30 Pro 发布,其前置和后置3D 深感摄像头均采用了 ToF 方案。2020 年 10 月,苹果 iPhone 12 Pro 和 iPhone 12Pro Max 的后置摄像头除了多一枚长焦镜头,还增加了一颗采用 dToF 技术的 LiDAR激光雷达扫描仪。

▲iPhone 3D 结构光技术

▲ iPhone 12 Pro ToF 技术

苹果将 dToF 引入大众视野,为 AR、VR 应用铺路。在苹果推出 dToF 应用之前,安卓系 ToF 摄像头主要以 iToF 技术为主。尽管都是以飞行时间来估算目标距离, 但 dToF 和 iToF 的区别主要在于发射和反射光的区别。dToF 的原理为直接发射一个光脉冲,在测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔之后就可以得到光的飞行时间。而 iToF 的原理中,发射的并非一个光脉冲,而是调制过的光。接收到的反射调制光和发射的调制光之间存在一个相位差,通过检测该相位差就能测量出飞行时间,从而估计出距离。

因此 dToF 相较于 iToF 来说难度要大许多。dToF 的难点在于要检测的光信号是一个脉冲信号,因此检测器对于光的敏感度比需要非常高。常见的 dToF 传感器实现是使用 SPAD(single-photon avalanche diode,单光子雪崩二极管),SPAD 的优势在于能检测到非常微弱的光脉冲,实现更精确的测算。

因此对于消费电子应用来说,使用 dToF 的主要优势是可以同时实现较远的测距距离和较高的测距精度,因此当需要把测距距离扩展到 10 米以上时,dToF 有可能会成为更好的选择。此外由于 dToF 对于环境光干扰较不敏感,所以使用 dToF 可以让智能设备的深度传感工作在不同光照强度的场景下。

因此苹果今年在 iPad 和 iPhone 选择使用 dToF,除了在测距精度和抗干扰的考量之外,同样希望能继续扩大测距范围,为下一代 AR、VR 应用铺路。

▲iPad Pro 后置 Lidar 摄像头拆解

3D sensing 市场规模在 2020 年将加速增长。据 Trend Force 预测,全球 3D Sensing市场规模将迎来爆发式增长,从 2017 年的 8.19 亿美元增加到 2020 年的 108.49 亿美元。3D Sensing 在智能手机市场的渗透率将有大幅提高,由 2017 年的 2.1%升高至 2020 年的 28.6%。

▲全球 3D Sensing 市场规模及智能手机市场占比

未来无线充电技术渗透率不断提高,市场规模持续扩大。2017 年苹果推出无线充电的应用提高了行业对无线充电技术的关注度,为未来无线充电市场规模的扩大奠定了基础,带动了未来消费趋势进而增加了无线充电的渗透率。预计 2020 年全球无线充电技术渗透率将达到 37%,全球无线充电市场规模提升至 101 亿美元。

无线充电渗透率的提升将使得无线充电市场增长趋势得以保持,随着 2022 年渗透率提升至 60%,全球无线充电市场届时将达到 126 亿,2024 年预计达到 150 亿。消费电子是无线充电技术主要的需求来源,占到需求量的 80%。近年来,无线充电技术在智能手机上的普及率越来越高,本身大量应用无线充电的可穿戴设备如耳机、手表等增速较高 ,二者为整个无线充电市场的需求提供了增长动力。

▲无线充电技术渗透率变化

▲全球无线充电市场规模

无线充电产业链主要可以划分为五个部分:方案设计、电源芯片、磁性材料、传输线圈以及模组制造。从最开始的方案设计到最终的模组制造,技术难度逐渐下降,技术壁垒降低。随着技术壁垒的降低,对应的利润率也相应降低,因此五个环节的利润率逐渐下降。在整个产业链中,方案设计部分的难度和附加值最高。设计厂商从智能终端厂了解需求,并进行方案设计。国外的方案设计厂商包括高通、联发科等。电源芯片包括发射端电源芯片与接收端电源芯片。

发射端将电能转化为特定频段的无线电信号,接收端再将信号转化为电能完成充电。目前国内外比较领先的电源芯片厂商包括 IDT、德州仪器、意法半导体等,其产品广泛运用于三星、华为、小米等主流品牌。

磁性材料在无线充电模组中扮演着屏蔽、降阻的作用。屏蔽即降低向外散发的磁感线,防止信号干扰和涡流的产生;降阻则是降低线圈电阻和发热,提高电磁信号和电能之间的转化效率。磁性材料的技术目前呈现从铁氧体到纳米晶材料的趋势,相比铁氧体纳米晶材料在屏蔽、降阻两个方面效率更高。

行业内主要的企业包括 TDK、村田、安洁科技、合力泰、领益智造等。传输线圈的生产也需要和终端厂商紧密对接,定制生产。随着业内主流的方案从 FPC 到密绕线圈,日趋轻薄化的趋势和更高的技术要求对于线圈厂商精密加工能力提出了新的挑战。

相关的企业包括 TDK、松下、立讯精密、东尼电子、顺络电子等。模组制造对于生产技术要求较低。相比其他电子零部件的组装制造,模组制造的工艺差别不大,因此技术门槛较低。

▲无线充电模组

2020年苹果推出iPhone 12四款机型以及适用于新款iPhone的MagSafe磁吸配件。从官方分解图中能看到,这套MagSafe组件由很多不同的元件组成,包含了磁力计、屏蔽层、磁环和 NFC 线圈等。MagSafe借助纳米晶面板,来增强发射和接收线圈之间的磁通量,以及电磁感应强度提高传输效率。另一方面,线圈外围集成的磁环,还有磁力校准计,可以让iPhone 12与MagSafe配件更精准地匹配,避免因放置位置的不合理,而导致充电效率的降低。而MagSafe无线充电枕的推出也将推动无线充电接收端是渗透率的提升,有望让无线充电成为5G手机标配。

▲iPhone 12 无线充电模组拆解图

▲ 苹果 MagSafe 无线充电枕

5G 手机因为应用功能变多,电池续航、功耗成为不可忽视的问题。5G 手机应用场景广泛,手机厂商提高电池续航的方法主要为(1)提升电池容量,和(2)快充功率变高。目前市面上 5G 手机的电池容量普遍在 4000 毫安以上,而安卓代表机型华为 Mate 30 Pro 5G 和三星 S10 5G 手机电池容量均为 4500 毫安,iPhone 11 系列作为4G 手机,电池容量也提升了 800 毫安至 3900 毫安。

未来随着 5G 手机的普及,电池容量的提升成为刚需。快充同样有着类似的增长曲线,随着手机机型的更新迭代,快充瓦数也在不断地突破新高。19 年 4 月发布的三星 S10 5G 快充瓦数为 25W,19 年 9 月发布的 iPhone 11 快充瓦数为 18W,19 年 10 月发布的华为 Mate 30 Pro 快充瓦数为 40W。以华为 Mate 30 Pro 为例,40W 快充可以实现 30 分钟快速充电 70%,极大提高了手机的使用时长。

▲手机电池容量与续航时长呈正比

▲ 各品牌手机快充瓦数持续变高

电池容量增大带来体积的变大,芯片集成更加紧凑,散热成为当务之急。大容量电池几乎都伴随着体积的相应增加。iPhone 和华为最新款手机都面临着电池体积增大,其他零部件空间减少的情况。而空间的减少势必带来芯片集成度和封装程度进一步提高。而芯片封装的越紧凑,散热越难。由于 iPhone 11 增加 U1 超宽带芯片,叠加摄像头个数怎多,主板内部芯片更加紧凑,散热也更难。

▲iPhone 主板大小对比

▲ iPhone 热量对比图

苹果散热一直采用石墨片为主。石墨散热片的化学成分主要是单一的碳(C)元素,是一种自然元素矿物.可以通过化学方法高温高压下得到石墨化薄膜,因为碳元素是非金属元素,但是却有金属材料的导电,导热性能,还具有像有机塑料一样的可塑性,并且还有特殊的热性能,化学稳定性,润滑和能涂敷在固体表面的等等一些良好的工艺性能,石墨散热片平面内具有 150-1500 W/m-K 范围内的超高导热性能。石墨片主要具有以下几个特点:(1)表面可以与金属、塑胶、不干胶等其它材料组合,以满足更多的设计功能和需要;(2)低热阻;(3)重量轻;(4)高导热系数:石墨散热片能平滑贴附在任何平面和弯曲的表面,并能依客户的需求作任何形式的切割。

▲石墨片散热原理

▲石墨片样品

安卓系采用热管和均热板为主。由于安卓系 5G 手机布局更快,对散热的需求更加紧迫。目前以三星华为为代表的安卓系 5G 手机均采用 VC(均热板)进行散热。相比石墨片,均热板和热管散热效果更好。

▲三星 S10 5G 均热板

▲ 华为手机均热板

均热板更轻薄,管是更适合 5G 机型的散热方案。VC(VaporChambers)即平面热管,也叫均温板或者均热板,均热板是一个内壁具有微细结构的真空腔体,通常由铜制成。当热由热源传导至蒸发区时,腔体里的冷却液在低真空度的环境中受热后开始产生冷却液的气化现象,此时吸收热能并且体积迅速膨胀,气相的冷却介质迅速充满整个腔体,当气相工质接触到一个比较冷的区域时便会产生凝结的现象。借由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热,凝结后的冷却液会借由微结构的毛细管道再回到蒸发热源处,此运作将在腔体内周而复始进行。

热管和均热板的工作原理几乎一样,但在传导方式上,热管是一维线性热传导而均热板则是将热量在一二维平面上传导,相对于热管,首先均热板与热源以及散热介质的接触面积更大,能够使表面温度更加均匀。

由于均温版的面积较大,能够更好的减少热点,实现芯片下的等温性,相较于热管有更大的性能优势,同时均温版还更加轻薄,在快速的吸收以及散发热量的同时也更加符合目前手机更加轻薄化、空间利用最大化的发展趋势。

▲ 均热板工作原理

根据前瞻产业研究院预估,手机散热约占散热产业总规模的 7%,2018 年约为 100亿元。虽然占比低,但是未来受益于 5G 智能终端持续升级的驱动,手机散热市场有望保持高增长,2018~2022 年年平均复合增长率有望达 26%。

▲手机散热市场规模及增速

2、智能可穿戴景气度上行,TWS 耳机、智能手表、VR/AR 行业蓬勃发展

TWS 耳机因为低功耗、低延迟获得用户支持。TWS(True Wireless Stereo)耳机是指真无线立体声耳机,TWS 耳机不仅能像普通蓝牙耳机一样连接到手机,还取消了连接双耳之间的线材,做到了真正的无线化。得益于厂商对产品的不断优化升级,TWS耳机现在已经能够做到低功耗、低延迟、主副耳功耗均衡、以及佩戴时毫无负担的优秀体验,获得了大批苹果和安卓用户的支持。

蓝牙技术+耳机孔取消加速 TWS 耳机发展。TWS 耳机的发展离不开蓝牙技术的进步,2016 年发布的蓝牙 5.0 相比第四代蓝牙版本速度提升了 2 倍,距离增加了 4 倍,理论上的有效距离可达 300 米。不仅如此,蓝牙 5.0 在传输速率和延迟方面有了很大的提升和优化,让 TWS 真无线蓝牙耳机的双边通话成为了可能。

2016 年 9 月苹果推出第一代 Airpods,并首次在 iPhone 7 系列上取消 3.5mm 耳机孔,将之与USB-C/Lightning 充电插孔合二为一,使手机在充电时无法连接耳机。这一举措旨在加速 TWS 无线耳机对有线耳机的替代,也体现了苹果将大力发展无线耳机的决心。

▲蓝牙技术发展时间轴

Airpods 的推出带动 TWS 耳机行业进入高速发展期。据 Counterpoint 数据显示,自2016 年苹果推出 AirPods 1 代全面开启 TWS 市场以来,TWS 耳机出货就维持了高速的增长,在 2017/2018/2019 年分别增长 118%/130%/183%。Counterpoint 预计未来三年增速虽有所下滑,但将依然维持 CAGR 80%的高增速,预计 2022 年将有超过 6亿副的出货量。

▲TWS 耳机出货总计(万副)

▲TWS 耳机出货预测

Airpods 大受欢迎,2019 年各季度维持两位数的环比增长。AirPods 作为 TWS 耳机中的领头羊产品,在 2019 年 Q1/Q2/Q3/Q4 分别达到了环比 40%/36.3%/3.8%/40.8%的增速。据 Counterpoint 数据测算,2020 和 2021 年 AirPods 预计将维持 65%和 28%以上的增速,并于 2021 年达到 1.2 亿副的出货量。

▲AirPods 2019 年各季度出货量

▲ AirPods 出货及预测

TWS 配对率仍然处以低位,未来配对率提升有望加速。2016 年 7 月苹果公司宣布苹果已经累计售出 10 亿部 iPhone。尽管此后苹果仍维持每年 1.8 亿到 2 亿的出货量,但考虑到近几年安卓系手机分流客户的能力以及老用户的重复购买,我们假设苹果手机的存量将长期维持在 8 亿部左右。

随着 2016 年 Airpods 的推出,以及之后几年的销量的累计,我们预计2017/2018/2019 年AirPods配对率分别为1.75%/6.13%/13.70%。假设 Airpods 出货量为 9500 万,苹果 TWS 耳机配对率将进一步提升至 25.58%。因此,从配对率来看,苹果 TWS 依然有巨大的增长空间。此外,未来苹果手机取消附赠有线耳机将进一步刺激用户选购 AirPods 产品,Airpods耳机配对率有望加速提升。

▲Airpods(累计)配对率变化

安卓手机市场更大,TWS 产品配对率更低。根据 IDC 数据,安卓手机出货量一直显著高于苹果。由于没有可供参考的安卓手机存量数据,我们以各年 Airpods/iPhone和安卓系耳机/安卓系手机出货量比值进行对比。2017/2018/2019 年 Airpods/iPhone出货比值为6.49%/16.76%/31.79% , 而安卓系耳机安卓系机比值仅为0.48%/0.92%/6.00%。

假设 2020 年安卓系手机出货量为 10.65 亿部,安卓系 TWS 耳机出货量为 1.35 亿部,则安卓系耳机/安卓系手机出货比值为 12.68%,比值翻倍增长,但仍远低于苹果同年数据。参考上文中 2020 年预计苹果耳机和手机的配对率为 25.58%,可推断安卓系 TWS 耳机配对率更低。随着安卓用户逐步开始接触 TWS产品,以及安卓厂商也逐步推出低价的 TWS 产品,安卓 TWS 产品的渗透率将逐步提升,未来市场增长空间巨大。

▲苹果安卓手机出货对比

▲ TWS/手机出货量比值

智能可穿戴设备除了智能耳机之外还包括了智能手环和智能手表。智能手表的特点包括 eSIM 独立 4G 通话、双芯片架构、无线充电、医疗级 ECG 和 5ATM 防水等功能,智能手环的功能特性为低功耗、长续航、人体健康和环境监测、智能语音助手等。

▲智能手表手环产品丰富的功能

▲热门智能手表手环产品

随着近年来可穿戴设备的硬件性能水平的发展以及智能手机用户对运动和健康监测等需求的增加,可穿戴设备的需求迅速增长。据 IDC 数据,过去几年间可穿戴设备中的手表和手环市场整体保持了较快的增长,2017/2018/2019 的出货为 1.07 亿副/1.26 亿副/1.62 亿副。2018 和 2019 年分别增长了 18.12%和 28.62%,2020 年受疫情影响预计会下降 1.05%,但有望在疫情结束后恢复增长,预计 2024 年达到 2.19 亿副的出货量,复合年增长率 8.18%。

▲IDC 智能可穿戴产品出货(百万副)

小米受益手环价位较低,在可穿戴智能手表手环市场份额第一。从智能可穿戴手表/手环各厂商的市场份额来看,根据 Canalys 的数据,2019 Q3 期间,小米/苹果/华为/Fitbit/三星市占率份分别为 27%/15%/13%/8%/6%。小米的手环和手表产品由于其高性价比,市场份额位居第一。华为在 2018Q3 后份额逐渐扩大,加速抢占竞争对手份额。

▲2017Q4-2019Q3 智能手表手环产品出货

▲ 2019Q3 智能手表手环产品价格区间和销量

智能手表因功能丰富,销量稳步提升。智能手表兴起于 2013,2013 年 9 月三星抢先苹果推出了智能型手表 Galaxy Gear,可以与 GALAXY Note 3 智能手机搭载使用,具备收发电子邮件和消息、存储和传输数据信息,以及跟踪或管理个人信息、通话、游戏等功能。

一年后苹果也推出了 Apple Watch 1 代产品,配置了 OLED 压感触控屏,除了能够跟踪用户的运动和健康数据之外,也能很好地与手机交互,获取手机上的信息。之后的智能手表产品不断扩展自身的功能,逐步加入了医疗 ECG,eSIM等功能,并增大屏幕以显示更多信息,同时也优化了手表与手机之间的交互,极大的扩展了用户的使用场景。

Apple Watch 手表份额提升速度变缓,非苹果系智能手表积极抢占市场。根据Trendforce 统计, 2017/2018/2019 年智能手表产品出货量为 2860 万台/4390 万台/6260 万台,增长速度分别为 52.9%/53.5%/42.6%,预计 2022 年智能手表出货量将达到 1.13 亿台。

其中,苹果的 Apple Watch 产品在 2016/2017/2018/2019 份额分别为38.5%/41.6/49.2%/55.4%,呈上升态势,并预计 2022 年 Apple Watch 产品的份额将提升至58.5%。未来华为、三星、小米将继续推出智能手表新品,而手机品牌厂OPPO、vivo 和 Google 也将以新进入者身份抢占市场份额。

▲ 智能手表产品出货

▲ Apple Watch 出货比例

VR/AR 一直被视为笔记本、手机之后的下一代移动端计算平台,但是长久以来一直不能上量,VR 行业在 2017 年甚至出现了衰退。除了应用生态端以及硬件端的逐渐摸索,限制 VR/AR 成为移动端计算平台的最根本原因在于“移不动”。无论是当前室内无线通信 IEEE 802.11 各标准,还是 4G 网速,均难以满足 VR/AR 对无线通讯信息传输要求。复杂计算场景需求只能依托于有线传输。而 5G 到来,则可以解放VR/AR 的线缆束缚,打开其成为移动端计算平台的潜力之门。

VR 产业复兴与 5G部署匹配且相互促进。在 2019 年 10 月 19 日的“世界 VR 产业大会”上,华为发布了关于 VR 的主题演讲。华为认为,当前 VR 产业正处在复兴期,与 5G 产业高度匹配且相互促进。经历了 2017 年的产业低谷,VR 在 2018 年以后进入了产业复兴期。一方面,VR 显示规格需求更为清晰,硬件形式也由“眼镜盒子式”逐步演变成“一体式 VR”;另一方面,软件生态上,VR 应用也有了更多的积累。2019年以后,5G 正式开始部署,与复兴中的 VR 产业匹配而又相互促进。

5G 高传输、低延迟,摆脱线缆,匹配 VR 视觉要求,助力构建云端算力传输体系VR 头显属于近眼显示,对于显示的要求极高。当前 VR 显示最核心的痛点在于用户长久佩戴会有晕眩感。低分辨率和画面延迟都是产生晕眩感的原因。

若要消除晕眩感,VR 业界公认有三大指标必须满足:延迟低于 20ms、刷新率高于 75Hz、单眼 1k 以的上分辨率。在 75Hz 刷新率和 H.264 压缩协议下,显示 1k 分辨率的 VR内容需要 17.5 Mbps 码率,而 4G网络的码率仅为 10Mbps。

因此,4G 网络下,VR无法实现高分辨率高帧数的内容显示,只能依托于线缆进行显示数据的传输。相较而言,5G 可以实现 100-1024Mbps 码率的传输。另外,4G 网络的延迟在~10ms 量级,LCD 的响应时间最短可以到 8ms(OLED 的响应时间在 us 量级),加之图像本身的渲染等待时间~5ms(基于 PC 机主流 GPU 水平),4G 下的图像延迟很难达到 20ms 以下。而 5G 的延迟仅 1ms,无论是 LCD 方案或是 OLED 方案,基于现有外设 GPU 图像渲染能力,均可以轻松达到 20ms 以下的图像延迟。5G 的大带宽和低延迟,将彻底解放 VR 的线缆束缚,甚至可以减轻显示屏和 GPU 的硬件压力,让VR 成为正真的移动端生产工具。同时,5G 到来也将解放外设主机。VR 设备可以将大型运算任务交予云端处理。

行业寒冬已过,VR/AR 市场热度回归。2012 年,谷歌推出了 Google Glass 的原型机,作为 AR 产品,这款眼镜以镜片为屏幕,能够实现智能手机的部分功能。同年,Oculus 推出了 Oculus Rift 的 DK1 VR 产品VR/AR 开始进入公众视野。2014 年,谷歌推出了成本仅 2美元的简易版 VR 眼镜盒子 Cardboard,同年,Facebook 斥资 20 亿美元收购了Oculus。

2015-2016 年间,市场对 VR/AR 热情逐渐达到高点,三星、Sony、HTC、微软等厂商开始推出硬件产品,百度、腾讯、Facebook 等互联网公司入局,土豆、优酷、《纽约时报》等内容公司也纷纷宣布进入 VR/AR 领域。但在 2016 年下半年,由于商业模式、硬件、网络与内容等方面的不成熟,VR/AR 产品销量大大低于预期,行业热度骤减。

2019 年,VR/AR 市场热度重新被 5G点燃,而生态和硬件的成熟也给市场带来的新的活力。其中 VR 一体机因穿戴简便、操作流畅、价格人性化而受用户追捧。根据 SuperData 数据,2019 年 VR 一体机出货量达 280 万台,同比增长 133%,2019 年 5 月发布的 VR 一体机 Oculus Quest 仅二季度销量就达 20.8万台。

在 VR 内容方面,更多粘性更高游戏的出现加快了 VR 的进程。2019 年 VR游戏收入达 5 亿美元,同比增长 41%, 涌现出《Beat Saber》、《Superhot VR》等爆款 VR 游戏。Steam 于 2020 年 3 月发行的 VR 游戏《Hald-Life: Alyx》预售数量超 30 万套,其中约 20 万套同时购买了 Index VR 头显设备。此外,AR 领域也出现了 《Harry Potter:Wizards Unite》、《Minecraft Earth》等继《Pokemon GO》之后的大 IP 游戏。

无线化趋势显著,一体机或将成为 VR 终端头显设备主流。VR(Virtual Reality)虚拟现实是指通过计算机与光学技术构建一个 3D 虚拟世界,让使用者产生沉浸于虚拟世界的体验。VR 最先应用于电子游戏领域,之后视频、直播、教育、医疗等领域均有所应用。VR 的终端头显产品主要有三类,分别为移动端 VR 眼镜、PC 端VR 头盔与 VR 一体机。

(1)移动端 VR 眼镜将手机置于头显设备中,以手机屏幕为屏幕,通过 USB 与手机连接,这类 VR 头显设备成本较低,凭借价格优势曾一度在 2016 年实现销量暴增,但是由于用户体验较差,销量增长不可持续,在 2017 年后快速下滑。

(2)PC 端 VR 头盔与 VR 一体机虽然价格相对昂贵,但在用户体验方面相较移动端 VR 眼镜有明显优势。PC 端 VR 头盔自带屏幕,通过连接线与电脑主机连接,使用电脑的处理器,由于能够借助电脑较强的计算力,这类 VR 头显设备的用户体验最好,但是用户普遍反映连接线的存在导致使用不够便捷。

(3)VR 一体机自带屏幕与处理器,可独立使用,虽然用户体验没有 PC 端 VR 头盔好,但是由于没有了连接线的限制,灵活性好,出货量逐年增长,是未来 VR 发展的主要趋势。

▲移动端 VR 眼镜、PC 端 VR 头盔、VR 一体机

VR 市场目前仍以索尼和 Oculus 为首。索尼的 PlayStation VR 于 2016 年 10 月 13日上市,与 PlayStation 4、PlayStation 5 家用视频游戏机兼容,目前支持超过 100 款电子游戏。这款 PC 端 VR 上市时售价为 399 美元,经过多次调整目前售价已降至200 美元。截至 2019 年底,PlayStation VR 自上市以来的销量已超过 470 万台。

Oculus 于 2016 年 3 月推出 PC 端产品 Oculus Rift CV1,售价 599 美元,截至 2019年底,销量已超过 150 万台。2019 年,Oculus 又推出了 Rift S,售价降为 399 美元。此外,Oculus 推出了两款 VR 一体机 Oculus Quest 和 Oculus Go。其中,Oculus Go于 2018 年 5 月 1 日上市,上市时售价为 199 美元,2020 年 1 月下调至 149 美元,截至 2019 年 7 月,销量已超过 200 万台。Oculus Quest 于 2019 年 5 月推出,售价399 美元,仅 19 年二季度销量就达 20.8 万台,三季度销售 18 万台,截至 2019 年底,销量已超过 40 万台。

▲PC 端 VR 头显产品对比

VR 一体机头显预计 2024 年有望占比提升至 71%。根据 IDC 预计,2020 年全球 VR头显出货量将达 637 万台,其中无屏类(Screenless Viewer)将达 39 万台,占比 6.12%,一体机(Standalone HMD)将达 309 万台,占比 48.51%,PC 端 VR 设备(TetheredHMD)将达 289 万台,占比 45.37%。到 2024 年,预计出货量将达 3561 万台,其中无屏类(Screenless Viewer)将降至 10 万台,占比降至 0.28%,一体机设备(Standalone HMD)将达 2525 万台,占比升至 70.91%,PC 端 VR 设备(TetheredHMD)将达 1026 万台,占比降至 28.81%。

▲VR 头显出货量 (百万台)

▲ VR 头显出货量占比

AR(Augmented Reality)增强现实,是指通过计算机与光学技术将虚拟的 3D 图像叠加到现实场景中,以实现虚拟与现实世界场的交互。用户在佩戴 AR 眼镜后能够看到叠加于现实场景之上的虚拟物体。

AR 与 VR 的主要区别在于,VR 将用户置于完全虚拟的世界,而 AR 存在现实与虚拟世界的交互。AR 最早应用于电子游戏,例如任天堂在 2016 年推出的爆款 AR 手游 Pokemon GO,未来有望应用于零售、建筑、教育、医疗等领域。AR 终端头显也主要分为三类,分别为 AR 眼镜盒子、连线式 AR(通过连接线与手机或电脑连接)、AR 一体机。增强现实头显设备的主要厂商有谷歌、PTC、微软、爱普生、联想等。

▲AR 眼镜盒子、连线式 AR、AR 一体机

AR 想象空间大,复合增速将高于 VR。根据 IDC 预计,2020 年全球 AR 头显出货量将达 69 万台其中无屏类(Screenless Viewer)将达 3 万台,占比 4.35%,一体机(Standalone HMD)将达 41 万台,占比 59.42%,连线式 AR 设备(Tethered HMD)将达 25 万台,占比 36.23%。

到 2024 年,预计各类 AR 头显总出货量将达 4111 万台,复合增长率达 117.83%。其中,无屏类(Screenless Viewer)将达 3 万台,占比降至 0.07%,一体机(Standalone HMD)达 2400 万台,占比 58.38%,连线式 AR设备(Tethered HMD)将达 1708 万台,占比达 41.55%。

▲AR 头显出货量

▲AR 头显出货量占比

3、汽车智能化大势所趋,ADAS 渗透率快速提升

智能化成为汽车业发展大势所趋,各种智能化操控系统不再是豪华车的配置,而逐渐成为量产车的标配。目前,ADAS 成为汽车电子市场增长最快的领域之一。5G对下游终端的影响不仅体现在手机上,5G 增强型移动宽带(eMBB)和超可靠低延迟通信 (URLLC) 能为车内信息娱乐和车载信息处理提供更快的数据传输速度。5G与 ADAS(高级驾驶辅助系统)的结合将大大提高驾驶的安全性。有了高速的数据传输能力,ADAS 自然也能更快、更可靠地应付现实驾驶状况。

例如无时无刻地探测盲点,同时自主识别交通标志,用户开启自适应巡航,一旦车道偏离主动预警,自动校正方向并保持在车道中央;一旦发现行人闯入行车线内,可以马上触发自动紧急刹车。5G 的高速数据传输,令 ADAS 系统能比驾驶员更快、更稳、更安全地刹车,避免了大部分交通事故,将损失减少到最低的限度。

受 ADAS(高级驾驶辅助系统)应用的驱动,车载摄像头数量与性能将持续提升。ADAS 是辅助驾驶及停车的电子系统,它能通过对周围环境的监测与分析,向驾驶员发出各种预警,以提高驾驶的安全性与舒适性。

ADAS 对周围环境信息的采集离不开各种摄像头在汽车上的安装。目前车载摄像头主要有前视摄像头、后视摄像头、环视摄像头等,主要应用于 360°全景和倒车监控。目前,大部分 ADAS 配置5-8 个摄像头,随着 ADAS 的不断升级以及向自动驾驶的演进,某些高端车型将配置 10个以上的摄像头。此外,车载 CIS 的性能也在不断提升,像素已从 0.3M 向 2M、3M升级,未来在高敏感度、高动态范围、传感器融合的升级趋势下,CIS 将满足夜间视觉、交通标志识别、盲点监测等需求,价值量将进一步提升。

▲ADAS 摄像头与传感器配置

▲ 车载摄像头 CIS 像素升级

ADAS 最早应用于高端车型,现在已向中端车型渗透,但渗透率依然不高。根据 Yole数据显示,2017 年全球车载 CIS 出货量达 1.21 亿颗,预计 2023 年将达 3.43 亿颗,复合增长率达 19%;2017 年全球车载 CIS 市场规模达 7.34 亿美元,预计 2023 年将达 18.07 亿美元,复合增长率达 16%。

▲全球车载 CIS 出货量(亿颗)

▲全球车载 CIS 市场规模(亿美元)

4、 三驾马车驱动物联网快速发展,AIoT 增长启动

互联网是物联网的基础,物联网是互联网的外延。物联网(英语:Internet of Things,缩写 IoT)是互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。

广义的物联网概念是指通过射频识别、全球定位系统等信息传感设备,将各种物品通过物联网域名相连接进行信息交换和通信,以实现智能识别、定位跟踪和监控管理的一种网络概念。顾名思义,物联网能在互联网的基础上将人与人之间的连接进行延伸和扩展,实现人与物、物与物间的信息交互和无缝对接,最终达到对物理世界智能识别、精准管理和科学决策的目的。

政策、产业、消费三驾马车驱动物联网发展。随着传统企业和互联网厂商的大规模入局,需求端对物联网发展的主动驱动趋势已愈发明显。

目前,阿里巴巴、腾讯和百度等巨头相继推出了物联网的相关产品及平台。智能家居、智慧建筑等领域也迎来了地产商、物业和商业楼宇等群体,它们作为下游客户积极推动所在领域物联网的落地。此外,汽车、物流、交通、公用事业等领域也有类似厂商的主动入局。

在互联网巨头和传统厂商产业影响力的加持下,消费者、政策机构、产业机构等多方参与者对物联网的市场认知和接受程度将逐步得到提高,进一步驱动物联网未来的发展。物联网应用分为三类,分别为政策驱动应用、产业驱动应用和消费驱动应用。

物联网是国家支持的战略新兴产业之一。在国务院及工信部的全面政策支持下,我国物联网领域在技术标准研究、应用示范和推进、产业培育和发展取得了巨大的进步。过往十多年政府一直大力推动集成电路和物联网的发展。

自 2019 年以来,我国加快优化物联网连接环境,推动 IPv6、NB-IoT、5G 等网络建设,促进物联网步入实质性的快速发展阶段。4 月,《工业和信息化部关于开展 2019 年 IPv6 网络就绪专项行动的通知》正式发布,推进 IPv6 在网络各环节的部署和应用,为物联网等业务预留位址空间,提升数据容纳量。物联网产业的发展离不开国家政策的支持,下面为我国相继发布的物联网相关的政策文件:

▲国家性政策推动物联网发展

物理网重新定义了智能家居的概念。与政策驱动应用不同,消费驱动应用就是直接应用于消费者的物联网产品和服务,智能音箱、智能门锁、可穿戴设备等都属于此类范畴。智能家居的目的是将家中的各种设备通过物联网技术连接到一起,并提供多种控制功能和监测手段。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,并兼备网络通信、信息家电、设备自动化等功能,提供全方位的信息交互,甚至可以为各种能源费用节约资金。

▲物联网技术在智能家居上的应用

智能家居作为物联网在家庭生活领域的直接应用,在物联网技术得到了真正的发展。根据 IDC 全球智能家居设备跟踪报告,2018 年全球智能家居设备出货量将达到 6.4 亿台,预计 2022 年出货量将达到 13 亿台,年均复合增长率超过 20%。2017年全球智能家居市场规模约为 1,621.92 亿美元,2022 年智能家居行业规模将达到2,769.82 亿美元。

目前我国智能家居渗透率相比其他国家还处于低位,2016 年我国智能家居渗透率只有 0.1%,远远落后于美国的 5.8% 和日本的 1.3%,随着近年来国家政策的鼓励支持、行业技术的成熟发展,我国智能家居渗透率和整体行业规模正在快速提升。根据艾瑞咨询数据,2018 年我国的智能家居市场接近 4 千亿规模,预计到 2020 年我国智能家居渗透率将上升至 0.5%,市场规模达到 5,819.3 亿元。

▲中国智能家居规模

公司作为小米供应商之一,受益小米在消费级 IoT 领域市场的快速扩张。小米在 IoT领域深耕多年,截至 2019 年 3 月 31 日,小米 AIoT 平台联网设备数量总数达到 1.71亿件(不包含手机和笔记本电脑)。旗下 IoT 业务收入占比不断扩大,从 18Q1 的22.4%增长至 19Q3 的 28.7%,收入增速虽逐季放缓,但 19Q3 增速回升,全年 IoT业务增速有望稳定在 45%以上。

迄今小米已投资 200 多家生态链企业,其中 100 多家从事硬件制造,并称未来 5-10 年,AI+IoT 将是小米发展的核心战略。除了智能家居对 Wi-Fi 芯片的需求,为了实现 AIoT 的智能互联,AI 音箱可作为智能家居的接入口,让用户通过小爱同学与智能家居进行互动互联。随着以小爱、小度等智能音箱销售量的增长,预计 2019 年中国智能音箱市场规模将超 7 亿元,2020 年智能音箱销售规模将超过 12 亿元。

▲2016-2022 年中国智能音箱市场规模

物联网点燃产业升级新引擎。政策驱动应用主要服务于G端需求,消费驱动应用面向C端,产业驱动应用则与B端各行业密切相关。物联网的发展点燃了产业升级的新引擎,相关产业主要包括工业物联网、车联网、智慧物流等。

工业物联网是物联网技术在工业转型升级中的运用,它将传感器、控制器以及移动通讯、智能分析等技术应用到工业生产过程中的各个环节,实现对材料、设备及产品的实时监测和管理,从而改善生产效率和产品质量,并达到节约成本和资源的目的。此外,企业可通过传感器远程分析售后设备和产品的状态,并适时提供保养维护、维修预警等服务,进一步拓宽企业创造的价值,使得工业企业的商业模式变革和服务化转型成为可能。

根据赛迪顾问数据,2017年中国工业物联网市场规模高达 4,709.10亿元,预计2020年市场规模将达到 6,964.4亿元。除了工业应用,物联网还可以应用于智能交通行业,即车联网。它通过射频识别、传感网络与卫星定位等一系列技术实现车内、车际、车与人、车与云平台之间的无线通讯和信息交互,将车载系统的定位从辅助驾驶向自动泊车、智能安全和无人驾驶等综合智能功能转换,使得汽车和交通产业的技术突破和转型升级再上一层楼。

据前瞻产业研究院统计,2017年中国车联网市场规模达114亿美元,预计2022年将达到525亿美元,复合增速高达35.72%。

▲中国工业物联网市场规模(亿元)

▲中国车联网市场规模(亿美元)

物联网驱动智慧物流变革。物流业是最先接触并应用物联网技术的行业,物流业最早主要是通过产业联动和经验备货的形式。随着物联网技术的发展,物流业的形式逐步向信息化、自动化、智能化的方向变革,形成了以物联网技术为依托,以电子标签、传感器、定位系统等设备为基础、以物流实体要素全程数据化感知为功能的智慧物流。

它借助物联网技术对物品包装、运输、仓储、配送等物流过程中的智能监控,及时反馈物品存量及流量数据实现需求预测、分仓备货和线路优化等功能,从而达到提高物流效率和减少运输时间的目的。德勤报告显示,随着电商平台和物流企业对智慧物流的积极布局,预计到2025年中国智慧物流市场规模将超过万亿元。

在政策、消费和产业的作用力下,全球联网的智能硬件设备数量呈现快速上涨的态势。根据中国产业发展研究网数据显示,到 2025 年,全球物联网设备基数预计将达到 754 亿台,较 2017 年的 200 亿台复合增长率达 17%。中国物联网产业 2015 年达到 7500 亿元人民币,同比增长 29.3%。预计到 2020 年,中国物联网的整体规模将超过 1.8 万亿元,市场潜力广阔。

▲2015-2030 年全球物联网设备基数

▲ 2011-2020 我国物联网市场规模增长情况

电子周期品:细分领域高增长

1、 5G 手机主板集成度升级,高阶 HDI/SLP 渗透率提升

为满足主板集中度要求,5G手机中 Anylayer HDI 和 SLP 的渗透率显著提升。5G手机元器件数量增长和电池容量扩大对主板集成度提出更高要求,因此,PCB 线宽/线距,微孔盘的直径和孔中心距离,以及导体层和绝缘层的厚度都需要不断下降,从而使 PCB 得以在尺寸、重量和体积减轻的情况下,反而能容纳不断增长的元器件和为电池体积的增大腾出空间。苹果引领主板变革,于 2017 年推出的 iPhone X 系列手机中,苹果使用堆叠式的 SLP(三明治主板)取代 Anylayer HDI 主板,三明治主板是由双层堆叠的 2 片 SLP 与 1 片连接用的 HDI 构成,并且此后发布的 iPhone均使用 SLP 板。此外,Apple Watch Series 4 也搭载了 1 片 SLP 主板。

在苹果的引领下,目前,三星、华为的部分旗舰机型开始使用 SLP 板。随着 5G 时代的到来,安卓系手机主板也迎来了由此前一阶、二阶 HDI 向 Anylayer HDI 的升级。根据Prismark的数据,2018 年全球 HDI(含 SLP)的市场规模为 92.22 亿美元,预计到 2023 年有望增长 113.77 亿美元。其中 Anylayer HDI 和 SLP 的份额有望从 2018 年的 31%提升至 2023 年的 43%。

▲iPhone 主板变化

▲HDI 市场规模及细分结构预测

从竞争格局来看,HDI 主要由中国台湾、欧美、日韩等公司占据。市占率前四位的HDI 厂商分别为华通电脑、奥特斯、讯达科技和欣兴,前十大 HDI 厂商市占率超过 50%。中国大陆本土 HDI 起步较晚,技术能力、接单情况与国外一流厂商有一定差距,目前中国大陆 HDI 厂商主要有方正科技、生益电子、东山精密、景旺电子、胜宏科技和崇达技术等。

▲2019 年全球 HDI 竞争格局

2、FPC 单机价值量提升,产能东移趋势明显

挠性印制电路板(FPC)是增速较快的 PCB 细分赛道。作为 PCB 的一种重要类别,FPC 具有配线密度高、重量轻、厚度薄、可折叠弯曲、三维布线、散热快等其他类型电路板无法比拟的优势,更符合下游行业中电子产品智能化、轻薄化和便携化发展趋势,被广泛运用于现代电子产品。

据 Prismark 统计,2008 年挠性线路板产值仅为 66 亿美元,到 2018 年,全球 FPC 产值达到 128 亿美元,CAGR 达到 6.8%。预计 2022 年全球 FPC 产值为 149 亿美元,将实现 3.5%的 CAGR。目前,全球 FPC 产值约占整个 PCB 行业产值近 20%,预计 2022 年全球 FPC 产值约占整个 PCB 行业产值的 21.6%。

▲全球 FPC 产值及增速

▲ 各类型 PCB 产值占比(%)

手机功能创新不断引领 FPC 需求提升。2017 年推出的 iPhone X 带来了零部件的全面升级,例如 OLED 全面屏、True Depth 3D 摄像头、LCP 天线等,进一步引领 FPC单机用量的提升。iPhone 4 中 FPC 单机用量仅为 10 片,而 iPhone XS 中 FPC 单机用量已经增长到了 24 片;与此同时单机价值量也由 iPhone 4 的 16 美金增长到了 iPhoneXS 的 40 美金。

目前,iPhone 中 FPC 的应用范围包括:摄像头模组、听筒、麦克风、侧键、音量键、扬声器、马达(taptic engine)、无线充电、天线、电池、Lighting 接口、屏幕模组、触控模组等。从 FPC 单机用量对比上可以发现,华为、OPPO、Google、Vivo 和三星旗舰机 FPC 单机用量约为 10-15 片,不足 iPhone XS 中 FPC 用量的 1/2。我们预计随着智能手机功能创新,安卓系手机中 FPC 的用量和价值量有望进一步提升,复制苹果手机中 FPC 用量和价值量的成长路径。

▲历代 iPhone FPC 单机价值量(美元)

▲ 各安卓系品牌手机 FPC 用量对比

▲ iPhone X 中使用的 FPC 情况

汽车电子化提升带来车用 FPC 需求上涨。消费者对汽车舒适程度和安全度的要求越来越高,随着自动驾驶的兴起,人们对连通性、信息娱乐的需求凸显,汽车电子的成本占到整车成本比例逐渐升高。据 Prismark 统计,2009 年车用 PCB 产品产值约为15 亿美元,占整体 PCB 产值的 3.7%,至 2017 年占比显著提升到 8.8%,达 52 亿美元。从增速来看,车用 PCB 行业在 2017-2022 年预计复合增速达 4.1%,高于行业平均的 3.2%。

PCB 在汽车电子中应用广泛,主要应用在动力控制系统、安全控制系统、车身电子系统、娱乐通讯。根据 NTI 的数据,不同车型的 PCB 用量和价值量差别很大,中低端车型的单车 PCB 价值量约为 30-70 美金,豪华车的 PCB 单车价值量高达100-150 美金。此外,单车 PCB 价值量由 2013 年的 16-24 美金增长到了 2016 年的62 美金,CAGR 高达 45.81%。

车用 FPC 需求占车用 PCB 需求约为 15%。目前车用FPC 主要应用在 LED 车灯、变速箱、BMS、车载显示屏、信息娱乐系统等。新能源汽车强调智能制造,核心诉求是续航里程,FPC 取代线束可以减重,从而实现在相同电池容量下增加续航里程。

▲单车 PCB 用量和价值量

▲车用 FPC 应用场景

▲ 车用 PCB 产品结构

FPC 行业集中度高,CR5 超过 70%。前五的厂商中有三家都是日本厂商,分别是旗胜、藤仓和住友电工。2017 年,鹏鼎 FPC 营收超过旗胜,成为全球最大的 FPC厂商,目前市占率约为 25%。日系 FPC 厂商盈利能力差,无扩产动力,疫情加速日系 FPC 厂商衰落。这主要是由于日本厂商的投资决策效率低,难以跟上消费电子的迭代速度。近年来,日本 FPC 产值和产量均出现了较大幅度的下滑,市场萎缩较为严重。2020 年以来,日系 FPC 厂商在东南亚的工厂受到疫情影响开工率低,日本 FPC 产值和产量急剧下滑。

▲日本 FPC 产值及增速

▲ 日本 FPC 产量及增速

FPC 产能逐步向中国大陆转移,成本优势+上下游产业链完善持续推动了产能向大陆的转移,我国 FPC 厂商积极扩产应对。相较于发达地区较高的环保支出及人力成本,大陆较宽松的环保政策和更加低廉的劳动力价格可以为厂商提供成本优势;近年来我国 PCB/FPC 上下游产业链逐渐完善,上游 PCB/FPC 生产过程中所需的原材料供应链已经形成,下游消费电子、汽车电子等市场发展迅猛,并且伴随着疫情的冲击,FPC 产能向我国转移的进程呈现加速趋势,建议关注 FPC 产业链。

3、 服务器平台升级带动高频高速 PCB/CCL 需求向上

云计算需求驱动硬件载体数据中心的迅速发展。数据中心作为云计算的基础设施,其大小决定了云计算服务器资源分配、带宽分配、业务支撑能力和流量防护和清洗能力。随着云计算服务器需求的增加,全球数据中心朝着大型化、集约化方向发展, 数量减体量增,整体规模平稳增长。全球数据中心市场规模由 2007 年的 34.6 亿美元增长至 2017 年的 534.7 亿美元,年均 CAGR 达到 19%。我国数据中心市场规模由 2007 年的 34.6 亿元增长至 2018 年的 1228 亿元,年均 CAGR 达到 38%。

▲2007-2017 年全球数据中心市场规模

▲ 2007-2018 年我国数据中心市场规模

服务器为数据中心主要成本,全球服务器出货量有望不断攀升。数据中心主要由服务器、存储设备、网络设备、安全设备、光模块等组成,其中服务器约占数据中心成本的 69%。随着人们工作生活方式向线上进行转移,一方面企业上云步伐加快,另一方面线上视频娱乐方式普及,服务器出货量长期向好。IDC 预测, 2020 年全球服务器市场规模受疫情影响将出现小幅度的下降,但 2024 年全球服务器市场规模将快速增长,2020-2024 年复合增长率达 4.9%。

▲ 2017Q1-2020Q1 全球服务器出货量

▲服务器用各类 PCB 及基本特点

▲ 服务器主板(系统板)规格

高端服务器用 PCB 多层数损耗低,技术要求高。服务器用 PCB 主要包括背板、LC 主板、LC 以太网卡和 Memory Card 等。随着服务器向高速度、高性能、大容量等方向的不断发展,其对印制电路板的要求不断提升,高端服务器所用 PCB 一般要求具有高层数、高纵横比、高密度和高传输速度。

例如,之前 1U 或 2U 服务器的 8层主板,现在 4U、8U 服务器的主板层数可以达到 16 层以上,而背板在 20 层以上。此外,Intel 每一代芯片更替对服务器材料所要求的性能产生重要影响,从 Purely 平台的中损耗高速电路基材(M2)、到 Whitley 平台的低损耗高频高速材料(M4),再到 Eagle 平台的超低损耗高速电路基材(M6),服务器用 PCB 板性能持续升级,介电常数(Dk)和介质损耗(Df)越来越低。

▲Intel 不同服务器主板和背板采用的层压板材料的电气性能

4、 MLCC 国产替代加速进行

MLCC 被誉为“工业大米”,行业需求有望保持 10%以上的增速增长。MLCC 是片式多层陶瓷电容器的英文缩写,是世界上用量最大、发展最快的片式元件之一。MLCC 是将印刷有金属电极浆料的陶瓷介质膜片以多层交替堆叠的方式进行叠层,经过气氛保护的高温烧结成为一个芯片整体,并在芯片的端头部位涂敷上导电浆料,以形成多个电容器并联。同时,为适应表面贴装波峰焊的要求,在端头电极上还要电镀上镍和锡,形成三层电极端头。其主要优点为体积小、频率范围宽、寿命长、成本低。

2019 年,全球 MLCC 出货量约 4.5 万亿只,同比增长 5.90%,2011-2019年全球 MLCC 出货量 CAGR 达 8.72%。2019 年全球 MLCC 市场规模达 120 亿美元,同比增长 4.6%,2011-2019 年全球 MLCC 市场规模 CAGR 达 7.08%。随着 5G、汽车电子、物联网渗透率的提高,MLCC 需求将继续增长,行业需求仍将以每年10%-15%左右的幅度增长。

▲全球 MLCC 出货量走势图

▲ 全球 MLCC 市场规模走势图

日韩台厂商占据 MLCC 行业的主导地位。从全球来看,MLCC 大厂主要分为三大梯队:

第一梯队为日本厂商,起步早,具有技术优势和规模经济效应,主要代表厂商为日本村田、太阳诱电和 TDK 等;

第二梯队为韩国和中国台湾厂商,技术水平与日本厂商有一定差距,但具有规模优势,主要代表厂商为三星电机、国巨、华新科等;

第三梯队则为中国大陆厂商,在技术和规模方面与前述都有所差距,但与台系厂商之间的差距在逐步缩小,主要代表厂商有风华高科、深圳宇阳、三环、火炬电子等。2019 年 11 月,国巨宣布以 16.4 亿美元的总额收购美国被动元件大厂基美(Kemet),此举将助推国巨电容行业市占率进一步提升。具体来看,2019 年全球主要 MLCC 厂商市占率分别为:村田 31% / 三星电机 19% / 国巨(+基美)15% / 太阳诱电 13% / 华新科 11% / TDK 3% / 其他 8%,行业集中度高,话语权主要掌握在日韩大厂手中。z

▲MLCC 行业全球竞争格局

▲ 全球主要 MLCC 厂商市占率

天时地利人和,助力国内 MLCC 厂商积极扩产。一方面,《中国制造 2025》中提出,要完善重点产业技术基础体系,到 2020 年实现 40%的国产替代率,到 2025 年实现 70%的国产替代率。另一方面,中美贸易摩擦不断,致使我国企业在使用或开始认可本土品牌,将本土品牌作为后续主力。“外部施压+时代要求”促使国产替代的需求激增,建议关注国内 MLCC 行业产业链。

半导体

1、 全球小尺寸晶圆供给长期紧缺,新能源车带来纯增量空间

功率器件分三大类:Si、SiC、GaN。功率半导体器件目前主要基于三类材料:Si、SiC、GaN。Si 功率器件是主流,最重要的原因在于成本。Si 材料的击穿电压是三者中最低,而 SiC 和 GaN 属宽禁带半导体材料,具有更高的带隙,更大的击穿电压。高击穿电压的特性让 SiC 和 GaN 在大功率、超高电压控制方面的应用更有前景。

但是因为产业链协同发展的阶段不同,与成熟的 Si 产业链相比,SiC 和 GaN 无论是工艺水平还是供给规模都远远小于 Si 材料,造成 SiC 和 GaN 在成本上难以与 Si 产业竞争,只能在一些特定的、非成本优先的专用领域才有应用,大体而言,SiC 和GaN 器件多应用于高压和高频电路。

从特性上分类,可以把功率器件分为可控和不可控,不可控的器件无法控制信号的通断;可控器件又分为部分可控和完全可控。晶闸管(Thyristor)多属于部分可控器件(注:完整的晶闸管系列中也有完全可控型),MOSFET、IGBT、BJT 则可以完全按照需要实现信号的控制。

▲功率器件分类

▲Si、GaN、SiC 击穿电压对比

▲ Si、GaN、SiC 功率器件应用对比

功率器件核心在于通断控制,开关速度与击穿电压性质决定 IGBT、MOSFET、晶闸管分工。功率器件的核心应用场景就是控制电路、信号等的通断。但是因为电路场景错综复杂,电流、电压范围很广,因此每种功率器件都有一定的适用范围。

MOSFET 的开关速度最快(ns 量级)而击穿电压/电流最小,因此 MOSFET 多应用于高频小电流的电路,比如服务器、交换机、音频设备等场景的电路通断控制,这些场景电路的频率在 10 kHz 以上;IGBT 的开关速度居三者之中,主要应用于中频电路场景(10-10k Hz),包括电网、风电、铁路、光伏、新能源车、UPS 等领域的电路控制。

晶闸管(Thyristor)的响应频率/开关速度在功率器件中处于最低一档,但其电压范围广,可应用于高中低各类功率场景。正因为如此,晶闸管仍然有稳定的需求空间无法被更先进的 IGBT 和 MOSFET 替代,形成较稳定的市场。

▲Si 基功率器件的适用场景

12 英寸晶圆厂产能将优先满足逻辑和存储应用,8 英寸及以下尺寸晶圆将是功率器件产能的主要贡献者。从全球晶圆产能分布来看,12 英寸(300 mm wafer)的产能主要由存储和逻辑芯片的大厂占据。三星、Micron、SK Hynix、Toshiba 等主要产能被存储芯片占据;TSMC、Intel、Global Foundry、UMC、SMIC 主攻逻辑制程。相较而言,6 英寸(150 mm wafer)及以下尺寸的晶圆厂大多生产功率器件以及分离器件。

从经营模式上看,6 英寸晶圆厂多为 IDM 公司,其中意法半导体(ST Micro)的功率半导体营收占其总收入的 35%(2018 年年报)。8 英寸晶圆产能中,逻辑、存储、功率等应用都有一定占比。

整体而言,纯代工的晶圆厂(如 TSMC、SMIC等)更倾向于将大硅片(12 英寸)产能提供给工序更为复杂的逻辑业务,而将 8 英寸产能提供给其他业务。另外,在 IDM 厂中,除 Infineon、OnSemi、Renesas 等大厂拥有 12 英寸晶圆厂外,其他 IDM 功率半导体公司(如 CRM 华润微、Silan 士兰微等)主要经营 8 英寸及以下尺寸的晶圆厂。

由于 12 英寸相比 8 英寸,可以切出的芯片数目更多(2.5 倍),晶圆厂更愿意将 12 英寸产能优先提供给需求量更大的逻辑和存储业务。长期来看,8 英寸以及以下尺寸将是功率半导体产能的主要贡献者。

▲不同尺寸晶圆的前十大晶圆厂产能占比排名

▲晶圆代工厂功率器件相关 wafer 尺寸与制程节点

▲ 12 英寸晶圆面积优势

8 英寸晶圆全球 CAGR 仅 2.89%,6 英寸及以下晶圆 CAGR 仅为 1.18%,功率类晶圆制造供给增长缓慢。IGBT、MOSFET 多使用 6 英寸或 8 英寸晶圆,而晶闸管多使用 6 英寸及以下尺寸晶圆。根据 SEMI 的预测,全球 8 英寸(200 mm Wafer)晶圆厂产能在 2019 年为 580 万片/月,按照全球各晶圆厂以及 IDM 厂扩产计划,全球 8 英寸产能在 2022 年将达到 650 万片/月,复合年增长率为 2.89%。根据和 Hexaresearch 的预测,全球 6 英寸及以下尺寸的晶圆年复合增速仅为 1.18%。

▲全球不同尺寸晶圆市场规模及预测

功率 IDM 大厂未来将持续提高外包晶圆制造比重。Infineon 在其 2019 年年报中披露,将在未来五年,把公司所有领域晶圆的外包制造比重由现在的 22%提高到 30%。其中,功率器件的晶圆产能由于全球晶圆厂产能规划限制,Infineon 计划将其功率器件前端晶圆外包制造的比重提升至 15%。在晶圆厂将较多产能应用于逻辑和存储的大背景下,功率器件 IDM 龙头公司对外包比重提升的策略,将一定程度上加剧功率半导体供给侧紧张。

三大分立器件(不含模组)的全球市场规模:MOSFET 最大,IGBT 次之,晶闸管较小。全球功率器件年复合增速将保持在 3.56%,2018 年的总市场规模为 2070 亿元人民币,预计在 2022 将达到 2381 亿元。PMIC 是功率器件最大的市场。IGBT 则增速最快,增长率达 7.62%,但当前市场份额仅为 13.67%,预计在 2022 年市场规模达 390.5 亿元(含模组)。MOSFET 增速与全球功率器件增速接近,CAGR 达 3.42%,占据功率器件 22%的市场份额,长期来看仍将保持重要地位。

全球 MOSFET 市场规模在 2018 年为 470.7 亿元人民币(含模组),预计在 2022 年达到 523.5 亿元。晶闸管属于利基市场,2018 年仅占全球功率器件市场规模的 2.52%,且增速低于全球功率器件市场增速,CAGR 达 2.01%。2018 年全球晶闸管市场规模为 52.6 亿元,预计在 2022 年增长至 57.7 亿元。

▲全球功率器件市场规模

晶闸管、MOSFET、IGBT 需求增速均领先对应晶圆供给增速。2018 年以后,预计晶闸管 CAGR 为 2.01%,MOSFET 为 3.42%,IGBT 为 7.62%。由于 IGBT、MOSFET多使用 6 英寸或 8 英寸晶圆,而晶闸管多使用 6 英寸及以下尺寸晶圆。根据上一章节,全球 8 英寸晶圆产能年复合增长率为 2.89%, 6 英寸及以下尺寸的晶圆年复合增速为 1.18%。因此,无论是晶闸管、MOSFET,还是 IGBT,其需求增速均大于供给增速,供给侧将保持长期紧张。

▲全球功率器件市场规模与增速预测

 

▲ 全球晶闸管市场规模与增速预测

功率器件国内自给率:IGBT 最低,晶闸管与 MOSFET 有国产技术基础。从我国功率半导体各细分领域的自给率来看,IGBT 模块在 2017 年自给率仅 33%,是所有功率器件中最低, MOSFET 的自给率为 39%,晶闸管的自给率为 36%。整体而言,我国的晶闸管和MOSFET 的基础较IGBT 略好。我们认为,国产的晶闸管和MOSFET有一定的技术基础,同时替代难度低于 IGBT,有望率先实现自给率的提升。

▲中国本土市场功率器件自给率

芯片生产工艺复杂, 所需设备尖端又多样。芯片生产过程涉及到的设备, 可以分为硅片制造, 前道晶圆图案转移、 成膜、 过程控制、 金属化和测试过程, 以及后道的封装测试环节。硅片制造需要单晶炉、 切割抛光清洗设备以及外延片所需的MOCVD设备等。前道数十至上百层的结构制造, 需要不断重复图案转移与成膜工艺核心流程。将IC设计的图案转移到晶圆上, 需要光刻机与涂胶显影机。

成膜工艺主要是在显影图案的基础上, 进行刻蚀、 薄膜沉积、 离子注入与热处理等工艺, 需要相应的干法、 湿法刻蚀机、 PVD、CW、ALD、离子注入和扩散氧化炉等设备。过程控制涵盖晶圆制造的众多流程, 主要目的是减少瑕疵、 提高良率, 需要用到的设备包括清洗机、 平坦化抛光机和面型、 膜厚量测设备等。金属化一般是最后在晶圆表面镀铝、 铜等金属线连接电路, 也有用TSV连接多层金属以提高密度, 金属化需要金属蒸镀、 电镀类设备。

前道最后一步进行光学检测与电信号测试, 需要偏振光检测仪、 探针检测仪、 电子显微镜等。后道工序有晶圆切割、 封装、 引线、 测试等, 封装主要起芯片的保护与散热作用。近年来晶圆级先进封装逐渐兴起, 使用类似前道的工艺连接晶圆颗粒, 制作3D、 Fan-out、CoWoS等封装结构, 制作SoC、SiP等高集成密度、 高连接数量、 低成本的芯片结构。先进封装所使用的设备与前道工艺相近, 但节点尺寸要求不高, 成本可以降低。

国内半导体产业发展迅猛, 设备需求逐年攀升。我国半导体产业在终端电子产业的强劲带动下, 近几年迎来快速发展期, 晶圆厂的投资扩产, 推动半导体设备的需求上升。2020年二季度, 全球半导体设备的销售, 27%在中国大陆。2020年上半年,大陆半导体设备销售总额约500亿人民币, 而国产设备占比仅约10%-15% 。

▲大陆与全球半导体设备季度销售额

全球化催生垄断型巨头。21世纪以来, 随着全球化的产业分工, 先进制程设备的研发投入与难度剧增, 我国国产半导体设备的渗透率逐渐下降, 全球也形成了半导体设备寡头割据的局面。在各种设备领域, 几乎都出现了占据超50%市场份额的巨头。全球前五大巨头在半导体设备领域占据约76%的市场份额, 前十大巨头占据约91%的全球市场。

▲半导体设备巨头营收(亿美元)

美国以半导体设备为利器, 竖起栅栏。随着中国国力的增强, 中美之间的竞争和美国对我国的打压愈发明显, 中美之间一次又一次进行脱钩尝试。原本巨头畅行的全球大市场, 逐渐竖起了栅栏, 划分出区域板块。行业内有一种说法, 芯片制造六分靠设备, 三分靠材料, 一分靠设计。不论先进制程还是特色工艺, 都需要精良的设备作为生产工具。所以美国也以禁售设备为主要手段, 欲卡我国半导体产业脖子。

▲中美芯片领域限制事件

面对竞争与制裁, 我国早有战略布局。我国在2011年成立“02专项七 支持半导体关键设备技术的发展, 使我国半导体设备技术上不断代, 产业链不缺失。又在2014年1387亿元成立“大基金", 密集投资, 助力半导体产业迎头赶上。

在“大基金"一期的推动下, 以汇顶、 中芯、 长电为代表的部分设计、 晶圆和封测企业迈进了世界主流行列, 既能利用下游电子产业的需求实现自身造血, 又为半导体设备带来了在线验证测试的难得机会。2019年, 科创板成立, 畅通了需要大额投资的半导体企业的融资渠道, 多家半导体企业利用资本市场直接融资, 规模与技术得到快速提升。2020年, 国务院颁布“集成电路产业新政〃 , 全方位支持半导体产业大发展。

多条路劲齐发力, 不负众望攀高峰。近年来, 在政策的推动和需求的拉动下, 我国半导体装备企业在国家队自主创新、 民企插翅海外资源和海归团队自主创业三种模式的发展下, 取得长足发展进步。

中微公司5nm刻蚀机量产出货台积电, 北方华创的CVD和退火等设备正在验证14nm技术节点, 盛美半导体的清洗设备和芯源微的涂胶显影设备也已实现28nm制程的应用, 上海微电子的光刻机、 凯世通的离子注入设备和精测电子的量测设备也将实现前道先进制程技术节点的突破。

28nm制程设备接近全覆盖。国内半导体设备企业的快速发展, 不仅在于技术节点的接连突破, 更是在于全流程领域, 各类设备的全面覆盖。目前在28nm制程节点上, 除了光刻机还在研发过程中, 离子注入机还在测试验证过程中以外, 其他的主要设备均已实现量产使用。

▲半导体设备各领域国内外企业状况

产业链团结互助, 共同前进。半导体设备向更先进制程的发展, 离不开晶圆厂的验证测试, 在不断反馈迭代中优化提升。除光刻机外的大多数设备, 从28nm提升至更先进制程, 所用到的技术路线差异不大, 关键在于不断验证下的工艺提升。在美国的打压和“大基金〃 等平台力量支持的双重作用下, 晶圆厂国产替代的意愿更加强烈, 设备厂商得到在线验证测试的机会更多。在先进产线上的测试验证, 有利于设备技术快速赶上晶圆厂技术节点, 恰如其分的实现国内“大循环〃 。

国产设备渗透空间巨大。大多数设备实现技术突破市场不长, 在陆续进入生产线应用过程中, 目前国产设备渗透率并不高, 所有设备的综合国产化率仅约10%-15%。随着有验证能力的代表性企业率先在线使用, 进入供应体系后不断复购, 中小型晶圆厂也会跟随采购, 未来国产设备有很大的市场开拓空间 。

国产设备厂商发挥优势, 快速成长。国内设备企业近五年的市场销售额均有大幅增加, 增速也大多优于我国大陆半导体设备总体销售增速。国产半导体设备在漫长的技术积累后, 经历了从量变到质变, 从无到有的突破, 现在将迎来质变到量变, 大量填补市场的阶段。国产设备产商相较国外厂商, 拥有更强的客制化动力, 更低的生产成本、 更及时的售后服务。国产设备更易开拓国内市场, 并拥有客户粘性, 未来将不断发展扩张。

智东西认为,今年以来,由于新冠疫情以及美国对大陆半导体进出口限制加剧,国内电子行业受到了一定程度的冲击。但是,随着5G渗透率提升,消费电子迎来了技术升级大潮,手机、智能终端、TWS耳机、AIoT等都迎来了一波爆发浪潮,并且带动了电子周期品和半导体等的增长,明年的电子行业必将一次爆发式反弹。


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