手機或推動這些半導體廠走向“芯”巔峰
經過十年的發展，智能手機已經成為了半導體元器件的主要購買商。根據市場研究機構Gartner的數據顯示，2017年全球半導體的采購支出高達4197億美元，當中三星電子和蘋果持續位列前兩名。前十名的半導體采購廠商中，有四家是智能手機領域的全球名列前茅的玩家，可見智能手機對半導體公司的強大影響力。
更重要的一點，智能手機引入的新功能，推動了半導體廠商走向了“芯”生巔峰。例如移動網絡的需求發展成就了高通，指紋識別成就了FPC和匯頂，高性能的拍照需求讓SONY重生。十年之后，以iPhone X為代表的新智能手機時代將開啟新征程，一批半導體公司也會趁機崛起。
智能手機的新發展趨勢
現在的智能手機缺乏創新，影響了手機的整體出貨量和前景。據IDC的數據顯示，全球智能手機2017年出貨量接近15億部，但這是自2007年蘋果推出iPhone以后的首次回落。Strategy Analytics隨后發表的報告也表示，去年第四季，全球智能型手機出貨量創出了有史以來的最大年增率跌幅。根據StrategyAnalytics的觀點，這主要是由中國市場大跌所導致。主要就在于中國市場由于手機更換周期變長，營運商減少補貼，缺乏令人驚嘆的機型，中國消費者的購機需求大跌了19%。歸根到底就是缺乏了創新。
曾經多點觸摸屏、指紋識別帶來的那種驚艷，已經很久沒有見到了，直到去年iPhone X的亮相，半導體和手機廠商似乎又找到了新的“激情”。
從iPhone X的構造上看，全面屏、OLED、3D 面部識別和無線充電是最大的吸引點，而現在的安卓陣型也將蠢蠢欲動，大力推動這幾大特性在安卓手機的普及。也就是說，這些催生的新需求將會為半導體產業帶來一些新貴。
以蘋果iPhone X為例，從Techinsights的拆解我們可以看到，在蘋果的Face ID系統中，紅外相機和ToF由ST提供、OLED屏幕和驅動由三星提供、OLED屏幕PMIC由TI提供、環境光傳感器來自ams、無線充電芯片由博通提供，當中最重要的一個部件就是Dot projector，這是成就蘋果Face ID功能的關鍵部件。
據介紹，在該方案中，使用高功率的垂直共振腔面射型激光發射紅外光激光，經由晶圓級光學（WaferLevel Optics，WLO）、繞射光學元件（Diffractive Optical Elements，DOE）等結構，產生大約 3 萬個“結構”（Structured）光點投射到使用者的臉部，利用這些光點所形成的陣列反射回紅外光相機（Infrared camera），計算出臉部不同位置的距離（深度）。其中的WLO光學鏡頭就是ams供應的。除了以上的機會外。在即將到來的5G方面，也有一批新的廠商迎來巔峰。
談到5G，射頻前端會是一個重要的考量，例如在濾波器方面，BAW將會迎來更多的基于。在PA方面，砷化鎵和氮化鎵PA也將攜手并進。在基帶方面，Intel也獲得了一席之地。再加上人工智能的引入，很多“新”廠商會在新一代智能手機中受益。
3D傳感器方案帶來的推動
用于臉部識別的3D傳感器方案是iPhone X上最大的革新，這也是給半導體業者帶來更多新貴的部分。其中首先受益的是ams（中文名艾邁斯半導體）。
這家奧地利企業在過去的三十多年里一直從事模擬傳感器業務，產品包括了光學、環境、成像和音頻等方面。公司擁有近萬名員工，服務超過了八千家客戶。據介紹，公司的一半營收來自于消費電子，另一半則來自汽車、工業和醫療等。
ams的產品線
在2017年以前，ams并不為全球大多數人所熟悉，但自從蘋果劃時代的iPhone X采用了他們的光學傳感器以后，這家歐洲公司的知名度、業績和股價都有了突破性的增長。據公司最新財報顯示，2017年第4季度，公司營收年增252%至4.703億歐元 ，全年營收營收年增93%至10.638億歐元，而這一切主要是拜iPhone所賜。據Baader分析師Guenther Hollfelder預估，艾邁斯半導體2017年營收有高達40%是來自蘋果。
ams過去兩年股價的變化
這次看好ams的一個觀點來自于蘋果Face ID是用的3D結構光方案，根據以往經驗，這將會引領整個行業的潮流，催生龐大的市場，而當中的WLO晶圓級光學透鏡就來自ams，這是他們在收購Heptagon中獲得的。其實為了迎接3D傳感器，ams還收購了VCSEL供應商Princeton Optronics和臉部識別軟件公司KeyLemon。另外還和國內的舜宇光學合作，共同為手機設備及汽車，開發和銷售3D感應鏡頭解決方案，這讓他們在提供整體3D傳感方案的時候，比其他競爭者更有優勢。
其次受益的VCSEL供應鏈。
VCSEL是Vertical Cavity Surface Emitting Laser的簡稱，也就是垂直腔面發射激光器。這種激光器是使用三五族材料（砷化鎵）為材料生產的，這就讓它擁有其他傳統激光器所不具備的低閾值電流、穩定單波長工作、可高頻調制、容易二維集成、沒有腔面閾值損傷等優點，使其在半導體激光器中占有很重要的地位。這也讓它成為了3D傳感方案光源的首選。
邊發射激光器和面發射激光器VCSEL
BCC Research公司的分析師認為，目前全球VCSEL的總收入已接近8億美元，預計到2020年該值會增長到21億美元。這就給相關供應鏈帶來了巨大的成長空間，首先就是VCSEL供應商。
現在的蘋果VSCEL的主要供應商是Lumentum，這也是全球市占最大的VCSEL的供應商。Piper Jaffray 分析師 Troy Jensen表示，Lumentum 原本擁有蘋果 100% 的低功率 VCSEL 訂單以及 75% 的高功率 VCSEL（用于 iPhone X）訂單。它能取得這樣的成績，與其產品的優越表現有關。據介紹，其他競爭對手的VCSEL無論是良率或品質都落后于Lumentum。Rosenblatt分析師Jun Zhang發表的研究報告指出，蘋果未來2-3個月開始為2018-19年預下VCSEL訂單時，Lumentum將繼續保有領先位置。在中國OEM的出貨量方面，更有希望在今年暴增三倍。
另一個VCSEL供應商是蘋果正在力頂的Finisar，這家公司創建于1988年，總部位于加州桑尼韋爾市，擁有約1.4萬名員工。當前，Finisar是蘋果iPhone X手機的激光芯片供應商，更在去年十二月獲得了蘋果近四億美元的訂單，這將會推動其成為Lumentum的主要競爭對手。
除這兩個廠商之外，前面提到的ams、總部位于美國賓州的II-VI也將會使vcsel的競爭者。
磊晶廠也是VCSEL的受益者，要談這方面，就需要從其制備說起。
就技術來說，VCSEL和LED一樣，都是結合光學材料的三五族半導體制程。但不同于純硅的半導體制程良率往往可達到99％，三五族磊晶制程良率普遍不高，低于九成是常有的事，甚至，要維持VCSEL芯片的特性及可靠性，VCSEL還必須包含有外延技術、氧化工藝、保護絕緣工藝等關鍵技術，其中，氧化工藝是ＬＥＤ完全沒有的技術，保護絕緣工藝更是大多數廠商幾乎是無法克服的地方。最上游的磊晶廠中，英國的IQE就以高達五成的市占居第一位，在過去一年里，它們股價暴漲，最近幾個月他們的股價有所回落，但這并不影響其總體增長態勢。
IQE過去一年的股價走勢
但后來者的追蹤，讓IQE倍感壓力。
臺廠全新擁有20%的市場份額、日廠Sumika份額則有17%、臺廠聯亞和英特磊僅有1%，至于大陸，除了新竄起的縱慧光電有所建樹，其他則一無所獲。來到VCSEL代工方面，則是穩懋和宏捷科的天下，前者作為Lumentum的代工廠，在市場擁有很高的地位和份額，后者則據聞會是ams的代工廠。兩者在未來將會有更大的成長機遇。值得一提的是，他們也是大型的PA代工廠，5G時代的到來，對他們來說也是巨大利好。
5G帶給半導體的商機
5G這個萬億市場，帶給半導體的影響也是巨大的，當中主要受益者是射頻廠商，這主要是由其高頻特性帶來的，首先體現在氮化鎵和砷化鎵的PA上面。
聯發科旗下絡達科技技術長林珩之在接受臺灣新電子采訪的時候表示，5G基站的功率放大器將會以砷化鎵與氮化鎵制程為主，因其是功率主導(Power Handle)，并以表現度為主要衡量指針。 但這樣的制程需更多的校準(Calibration)程序，成本會比較高。 不過，基站的整體數量相較于手機應用是比較少的，因此即便其成本略高，仍在客戶能接受的范圍內。在手機功率放大器部分，目前2G是以互補式金屬氧化物半導體(CMOS)制程為主，3G、4G則是砷化鎵制程，5G因為高頻的關系，絡達十分看好氮化鎵制程，該技術同時還能讓電壓撐得更久，林珩之強調。
“未來5G時代，手機功率放大器采用的半導體制程，預估將會是砷化鎵/氮化鎵占一半、CMOS占一半。小于6GHz頻段的半導體技術，會是以砷化鎵與氮化鎵制程為主，因天線與電磁波的波長是成正比的，且高頻的天線比較大，也就須采用高功率的技術來達成，因此很有機會變成砷化鎵與氮化鎵制程的天下”，林珩之說。
據Yole Développement (Yole)新出爐的《射頻氮化鎵市場：應用、競爭者、技術與襯底 2018 年-2023年》的報告中宣稱，截止 2017 年末為止，射頻氮化鎵總市值已近 3.8 億美元。5G的出現，將會推動這個市場快速增長，根據他們的數據顯示，從 2017 年到 2023 年的年複合增長率將高達22.9%，屆時市場總之也會達到13億美元。
RF GaN市場規模預測
從Yole的報告看到，這個市場主要由住友電工、Qorvo 和科銳（Cree）等IDM4 公司主導，目前正處于關鍵階段。而隨著代工廠的加入，產業未來前景必將又是另一番景象。至于砷化鎵PA方面，來到5G時代，通訊速度將達到4GLTE的100倍以上，如此高速的信息傳輸已經突破硅基器件的頻率限制，市場對砷化鎵這種擁有更優高頻增益材料的需求預計將大大增加。strategyanalytics甚至預測5G單機需要16顆PA。過去在2G的功率放大器還可采用硅材料的產品(因為硅的成本較砷化鎵低)，但在3G和4G的功率放大器則是以砷化鎵材料為主，來到5G更不必說，這就將給高通、SKYWORKS和Qorvo供應商帶來巨大的空間。
因為5G的頻段可能更高，傳統的SAW濾波器就有點捉襟見肘，這就給BAW濾波器方面帶來了新的需求。據東東吳電子介紹，相比SAW濾波器，BAW濾波器更適合于高頻率。跟SAW/TC-SAW 濾波器一樣，BAW濾波器的大小也隨著頻率增加而減少。另外，BAW 濾波器有對溫度變化不敏感，插入損耗小，帶外衰減大(steep filter skirts)等優點。這就讓其成為5G的的首選。
東吳電子進一步指出，假設2018年全球智能手機出貨量16億部，每臺手機所用濾波器（SAW/BAW濾波器）平均按照7美元估算，預計全球智能手機用濾波器（SAW/BAW濾波器）市場達到112億美元。未來5G手機普及之后濾波器數量又將進一步增加，會為這一市場帶來新的一輪高增長，Technavio也在研究報告中指出，射頻濾波器市場2016-2020的年復合增長率可達15%，并且已經超越PA成為整個射頻前端模塊市場中最重要的組成部分。這也會給Qorvo和新博通等僅有的幾家廠商帶來機遇。
另外，無線充電和快充帶動的中國半導體芯片廠商的發展，也將在未來成為一個亮眼的增長點，有沒有廠商在新應用世行脫穎而出，這就得看廠商的布局。
但我們可以看到，在新終端形態下，半導體市場正在緩慢改變，巨頭可能現在依然是巨頭，但如果沒有與時俱進地擴充產品、布局未來，也許就被新貴這個后浪沖到沙灘上。
