行业动态

5G带给IC产业的十年一遇机会

发布时间:2018-12-15 来源:半导体行业观察

一、5G全面带动产业创新 

1.1 近十年一遇的技术升级

我们创新性我们创新性地提出电子行业创新周期模型:一个完整的行业创新周期可以分为创新期、渗透期和稳定期。


1)创新期:为行业周期的初始阶段,行业驱动因素为新品研发导致的ASP提升。由于短期内渗透率较低,故本阶段对公司的业绩增厚并不明显,但行业估值出现明显回升,研发驱动型的企业最先受益。


2)渗透期:随着技术成熟和成本下降,创新产品的产业化水平逐步提升,虽然新产品ASP下降,但在新品渗透率快速上升以及换机周期缩短的推动下,企业在经营上仍然体现为量价齐升,业绩快速释放,估值进一步上行,其中扩张能力强的进取型企业有望表现最佳。


3)稳定期:行业整体技术进步放缓,集中度开始提升,客户对供应链的管理加强,成本控制/精细化管理能力较强的企业获得更大份额,同时由于行业增速下降,整体估值下移。


从历史上看,每一轮电子产业创新周期均主要由通信代际升级驱动,历时5-8年。我们认为2017-18年为4G时代的稳定成熟期,而进入2019年,运营商加速投入5G网络建设,电子终端产品亦有望在运营商、品牌厂等推动下,迎来新一轮创新周期。


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从产品及应用场景来看,iPhone X在材料、设计以及交互方式上领先创新(包括高频材料、3D光学等),本质上是4G向5G过渡期的提前探索。预计2019年安卓阵营将推出多款5G手机,成为5G终端的起点,而苹果则将在2020年推出5G版本的iPhone,且智能汽车、AR眼镜等新型终端有望放量,带动5G终端渗透率大幅提升。而带有创新配置的终端保有量不断积累,也将使AI、AR等新兴应用场景具备更大的推广可能,有望再次看到应用与硬件之间的相互促进和良性循环。


1.2 5G 商用已进入全方位冲刺阶段


1.2.1 5G标准、运营商、芯片、终端进展加快


2018年,4G LTE网络已进入十年部署的后半程。随着LTE-A和LTE-A Pro网络的建设,通信网络已从4.5G逐渐过渡到Pre-5G时代。通信网络的升级将极大提高用户体验,拓展应用场景。根据Ericsson预测,全球移动数据流量正快速增长,预计2017年至2022年的CAGR将超过40%。5G网络的升级将极大的提高网络速率,从而促进高清视频、VR/AR等高流量需求的应用。此外,5G还将在物联网和关键任务服务上扩展应用场景。


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5G网络标准和规范正逐步完成,预标准的5G商用部署将更早启动。5G标准由ITU、3GPP等通信行业组织制定。目前3GPP已提前完成5G NR标准,ITU将提交5G提案,而IMT-2020规范将于2020年完成,部分运营商可在2019年实现商业部署。全球来看,美国四大运营商已宣布于2018年底至2019年中提供5G服务,韩国、日本、中国也将于2019年部署早期5G网络,而5G网络大规模部署则将于2020年启动。我们认为,5G商用将分阶段影响电子行业。从商用阶段来看,5G网络标准先行,芯片其后,终端的研发测试最后。目前阶段,运营商、终端厂商、芯片厂商已经进入原型测试密集期,5G商用进入全方位冲刺阶段。


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部分5G基带芯片已进入出货阶段,2019年将有更多基带上市。2018年10月17日,高通发布首款5G基带芯片X50。该基带采用28nm工艺,峰值达5Gbps,支持毫米波和中国规划的Sub-6GHz中频;同时它将采用外挂形式,支持骁龙835、845和8150旗舰芯片。除苹果、华为以外,OPPO、vivo、小米等18家主要安卓手机厂商均参与高通5G芯片合作。除高通外,Intel、三星、华为、MTK也已推出5G基带芯片。出货进展方面,目前高通X50 5G基带已实现出货,三星Exynos 5100基带计划2018年底后出货,华为Balong 5000基带芯片计划2019上半年出货,MTK Helio M70基带计划2019上半年出货,Intel XMM 8160基带计划2019年底出货。我们认为,各大基带厂商作为5G终端设备的核心供应商进展顺利,为终端厂商的5G商用计划打下良好基础。


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5G终端商用进入冲刺阶段,2019年将是5G手机商用元年。根据Ericsson 2018报告,智能手机、路由器、CPE、平板等终端的5G商用进展将分阶段推进。最早的5G商用终端以固定无线设备(FWA)和数据连接设备为主,包括CPE和路由器等网络设备。这类终端将为5G网络提供流量入口,预计将于2018年底推出。手机方面,预计业界将于2019上半年推出支持中频段的5G商用机,2019年中或下半年推出支持毫米波的5G商用机。另外,5G将为更多行业提供新用例,预计2020年将首次商用支持工业监控的超低延迟5G物联网模组。网络连接量方面,5G商用早期阶段的渗透率较低,但随着网络和芯片的成本降低,以及终端设备的价格降低,预计5G终端将于2020-2023年迎来快速增长,预计2023年全球将有10亿个支持5G增强移动宽带的终端设备。


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目前各大终端厂商正积极布局5G手机,主流安卓厂商均计划在2019年推出5G预商用手机。例如OPPO、vivo、小米已宣布完成5G信令链接、数据链路链接测试等功能测试,三星、华为也计划于2019年推出5G商用手机。另外,苹果与Intel等基带芯片厂商在5G方面合作,计划于2020年推出5G版iPhone。


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1.2.2  5G商用将缩短换机周期,预计2020-2023年开启新一轮换机潮


回顾历代通信终端升级历史,我们发现在新一代通信终端首次投入使用后的第2-5年是其增长最快的时期。2008年3G手机首次商用,手机终端进入互联网时代,文字、图片和基础互联网服务成为消费者关注热点。在其后的2009-2012年间,3G手机渗透率快速提升,2012年渗透率达到最高值73.9%。2010年4G手机首次商用,手机终端进入互联网+时代,更高速度和无处不在的网络连接使视频、互联网服务、O2O成为消费者关注热点。2011-2014年间,4G手机渗透率快速提升,2014年渗透率达到37.9%。我们认为,换机潮的本质是网络应用生态的完善和服务体验的提升,其背后动力则来自运营商、设备商、终端商、芯片商和配套厂商的协力创新。


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后4G时代换机周期延长,而5G将缩短换机周期。据IDC统计,2014年以来,换机周期不断延长,内部原因在于手机质量提高和寿命延长,外部原因在于4G所能承载的应用创新和服务创新逐渐饱和,而非革命性的局部创新难以刺激用户换机需求。随着5G商用加速,高清视频、VR/AR、5G物联网等创新应用和创新生态的兴起,应用和服务体验创新必将大幅提升用户体验。目前部分安卓厂商已明确表示2019年首次商用5G手机。我们认为,2019年将是5G手机创新元年,5G+AI+折叠屏创新将燃起新一轮换机需求。由于2019年处于5G预商用阶段,技术和服务尚在摸索阶段,因此5G手机出货量有限。我们预计2020-2023年将开启新一轮换机潮。


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1.3 5G应用场景更加丰富,带动细分市场增长


1.3.1 5G网络/应用体系及其对下游行业的带动


5G应用围绕四层体系展开,从终端智能化,到网络高效化,到信息数据化,最终与传统行业紧密融合、孕育基于5G的新兴信息产品和服务,重塑产业发展模式。5G通信模块使得传统终端拥有强大的感知能力、反馈能力、以及操控能力,在新兴终端上实现智能交互。网络层面,5G高容量、大连接、低延时特点,可在eMBB、uRLLC、mMTC等多种场景下应用,实现端到端海量信息传输。强大的数据传输能力使得5G和大数据、云计算等前沿科学深度结合,进一步释放人工智能在各个行业领域的潜力,而这些计算和分析为5G应用提供了平台型的解决方案。最终,终端、网络、数据的革新将驱动传统领域往智能化数据化的方向发展,实现万物互联。


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5G可实现增强型移动宽带、海量物联网、关键任务型服务三大类服务,将极大扩展无线通信的应用场景。(1)增强型移动宽带(eMBB)基于5G中频和毫米波频段,将实现更广更快的无线连接。(2)海量物联网(MIoT)基于5G Sub-1GHz频段,借助早期的物联网和机对机通信技术,在低功耗和低成本要求下,将为数百亿台终端和数万亿连接提供无线支持。(3)关键任务型服务(MCS)基于5G毫米波频段,将以高可靠、超低时延的网络连接支持高安全性、高可用性应用。根据IHS Markit估计,2035年5G在全球创造的潜在销售活动将达12.3万亿美元,约占2035年全球实际总产出的4.6%,并将跨越多个产业部门。


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 5G生态是一个有机整体,但5G三大频段具有不同应用场景和电子系统设计。5G Sub-1GHz频谱较窄,可较好满足低功耗、低成本,并且网络速率较慢的物联网应用。5G Sub-6GHz是当前LTE网络向5G网络的扩展延伸,适用于高清视频、VR/AR等需要更高网络速率的应用场景。5G毫米波通常应用于短距离高速传输,适用于车联网、自动驾驶、医疗机器人等大带宽低时延应用场景。5G生态基于5G物联网、Sub-6GHz、毫米波技术的并行发展,与此同时三大频段之间的连接将5G整合为一个有机整体。另外,对于手机等终端射频系统,5G物联网和5G Sub-6GHz的电子封装大致维持3G/4G时代的结构模组,即分为天线、射频前端、收发器和基带四个系统级封装和模组。对于5G毫米波频段,天线、射频前端和收发器则将整合成单个系统级封装。


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5G将成电子行业长期增长引擎,看好汽车电子、VR/AR、物联网电子等细分市场。根据IC Insights数据,2019年全球电子元器件产值将达到1.68万亿美元,同比增长3.5%。就应用市场而言,汽车电子、通信电子、工业/医疗电子将是2019年和未来3年增长最快应用市场。5G细分行业方面,智能手机以流量入口地位将是5G首选平台。此外,VR/AR、车联网、自动驾驶等新应用也将受益5G技术的成熟。我们认为汽车电子、VR/AR、物联网电子将是5G优先受益行业,有望带动上游相关配套的电子元器件市场。


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1.3.2  5G加速汽车电子化,有望提升汽车电子和汽车半导体ASP


汽车产业正处于智能化发展初期,而其终极目标是实现完全自动化、联网化的智能汽车。高速低延迟的5G将加速车联网、智能驾驶、无人驾驶、汽车娱乐、电动汽车趋势,并通过智能化提高汽车电子化程度和汽车电子ASP。我们认为5G汽车电子的受益是全方位的,包括Wi-Fi、蓝牙、蜂窝模块、毫米波雷达、毫米波天线、无线充电等射频电子,以及显示器、摄像头、声学器件、传感器、控制器、功率器件、无源器件、PCB等。


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根据IHS数据,2016-2022年汽车电子ASP保持5.6%年均增长,2022年汽车电子ASP达1500美元,2022年全球汽车电子价值达1600亿美元。具体到汽车半导体,2016-2022年汽车半导体市场保持7.1%年均增长,2022年市场空间达580亿美元,占汽车电子的36%。根据McKinsey数据,典型中等汽车的汽车半导体ASP为350美元,对于混合动力/豪华汽车其汽车半导体ASP可高达600-1000美元。我们预计,随着电动汽车产量增长和自动驾驶逐渐成熟,2020年后汽车电子/汽车半导体市场将加速增长,看好MCU、模拟IC等细分行业。


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1.3.3 加速VR/AR应用,带动下游电子元器件成长


VR/AR通过虚拟现实增强用户体验,在游戏、影音、教育、展示、营销、测绘、导航等应用上极有前景。而VR/AR与低时延和高速率的5G网络的结合,可以进一步拓展其交互性和沉浸式体验,有望被各行各业的通用型应用广泛使用。根据ABI Research预计,VR在未来几年将不断普及,到2022年,VR用户将达到2.56亿,VR市场规模也将超过600亿美金,此外VR/AR未来将不断融合。随着VR/AR市场兴起,其对电子元器件的需求亦将释放,处理器、存储器、PCB、摄像头、OLED、声学器件、光学器件、传感器等的需求将实现增长。例如,对于VR显示屏,AM OLED以其特有优势正加速替代传统液晶屏,VR/AR OLED需求量将在2017-2021年将实现112%的年均复合增长。对于VR/AR和AI应用的传感器,2017年市场空间约为970亿美元,2017-2022年市场空间将实现11%的年均复合增长,2022年VR/AR和AI应用的传感器市场空间可达1600亿美元。


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1.3.4 5G IoT 将驱动电子/半导体行业长期增长


5G IoT可较好满足低功耗、低成本,且网络速率较慢的物联网应用,将深度受益5GSub-1GHz网络连接。5G IoT正加速在全球范围内的部署,目前全球已经商用部署60多个Cat-M1和NB-IoT标准的蜂窝物联网。例如在中国,NB-IoT技术已在全国部署,并支持智能城市和智能农业等用例。我们认为,这两种物联网技术的大规模部署以及由此产生的大批量芯片组预计将降低芯片组价格,并进一步加速蜂窝物联网连接。随着5GIoT标准逐渐落地,芯片逐渐完善,成本不断降低,蜂窝物联网连接数有望在2019-2023年迎来爆发式增长。根据Ericsson预测,2017年蜂窝物联网连接数量为7亿个,2023年则有望达35亿,复合年均增长率达30%。


IoT器件作为半导体子行业,具有典型的规模经济特征。我们认为,技术成熟度提高和应用生态的完善将显著降低物联网器件的成本,加速物联网从当前大而散的应用生态转向规模经济。我们认为,5G IoT将驱动半导体行业长期增长,主要受益器件包括连接类器件(无线通信和有线通信器件)、传感类器件和处理器(AP、MCU、DSP等)。根据IHS数据,IoT半导体器件出货量将从2016年的324亿增长到2025的741亿,年均复合增长9.6%。市场价值方面,IoT半导体器件市场将从2016年的940亿美元增长到2025年的1728亿美元。


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二、5G创新带动零组件充分收益


2.1 LCP/MPI 天线:受益5G高频高速和小型化趋势


2.1.1 苹果引领LCP/MPI天线浪潮


2017年苹果首次在iPhone X/8/8Plus中使用LCP天线,开启LCP在电子设备的商用热潮。传统天线软板使用PI基材,而iPhone X使用LCP基材(液晶聚合物)天线,可提高天线的高频高速性能并减小空间占用。据产业界拆解,iPhone X使用2个LCP天线,iPhone 8/8 Plus使用1个局部基于LCP软板的天线。2018新机中,iPhone XS/XS Max使用了3个LCP天线,iPhone XR使用了2个LCP天线,渗透率继续提升。价值量方面,iPhone X单根LCP天线约4-5美元,2根合计8-10美元;iPhone 7 PI天线单机价值约0.4美元,从PI天线到LCP天线单机价值提升约20倍。此外,iPhone X还在中继线和3D Sensing摄像头模组中使用了LCP材料,用于改善信号传输的高频高速性能和模组小型化能力。我们认为,iPhone X首度使用LCP软板意义重大,可解读为苹果为5G的布局和验证;对于电子行业层面,LCP软板正成为高频高速和小型化趋势下新的软板技术浪潮。


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2.1.2 高频高速和小型化趋势下,LCP/MPI将替代传统PI软板/模组


随着高频高速应用趋势的兴起,LCP/MPI将替代PI成为新的软板工艺。5G趋势下,通信频率和网络带宽越来越高。为了适应网络和终端的高频高速趋势,传统PI软板作为终端设备的天线和传输线,正在遭遇性能瓶颈。而基于LCP基材的LCP软板凭借在传输损耗、可弯折性、尺寸稳定性、吸湿性等方面的优势,既可用于高频高速数据传输,也可用作高频封装材料,因此成为高频高速趋势下传统PI软板的绝佳替代工艺。此外,随着MPI(改质PI,一种改良的PI)技术的成熟,MPI的综合性能也在15GHz以下频率范围内接近LCP。


5G时代LCP/MPI有望共存,但LCP才是主角。随着MPI技术逐渐成熟,对于工作频率在15GHz以下的1-4层简单软板,MPI性能已可比LCP。因此,出于供应商生态、产能、成品率和成本考虑,我们判断2019年苹果可能局部采用MPI以替代LCP(新的天线模组可能集成更多功能)。尽管如此,LCP仍是未来趋势,并且对于15GHz以上应用或4层以上的复杂软板,LCP是较优选择。我们认为,MPI是5G Sub-6GHz过渡技术,无法完全替代LCP;而LCP才是5G终端中最重要的高频高速软板,其最重量级的应用将是毫米波天线模组,业内龙头Qualcomm、Murata均在积极布局。


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LCP/MPI软板替代PI软板和同轴电缆,可实现更高程度的小型化。空间压缩趋势下,手机厂商对小型化天线模组和连接器/线的需求越来越强烈。LCP/MPI软板相较PI软板具有更好的柔性能力,可以自由设计形状,因此能充分利用手机中的狭小空间,具有更好的空间利用效率和弯折可靠性。以跨越电池的软板排线为例,传统软板在回弹效应下无法较好地贴合电池表面,而村田的MetroCirc(一种LCP软板)可完美贴合电池进行排线,从而节省更多空间。此外,对于天线传输线应用,LCP软板相较传统同轴电缆方案可进一步提高空间效率。LCP软板拥有与同轴电缆同等优秀的传输损耗,并可在0.2毫米的3层结构中容纳若干根同轴电缆,从而取代肥厚的同轴电缆和同轴连接器,并减小65%的厚度,具有更高的空间效率。


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 LCP可实现射频电路的柔性埋置封装,具有更高价值,有望成为5G射频电路的最佳封装方案。LCP封装由两种不同熔点的LCP材料构成,高熔点温度LCP(315ºC)用作核心层,低熔点温度LCP(290ºC)用作粘合层,多层之间埋置无源器件和有源器件,并以金属通孔互联构成多层电路结构。例如,村田已开发出可集成MLCC和射频前端的LCP多层基板产品MetroCirc。我们认为,LCP从软板到封装模组已经发生质的变化,其产品属性已从早期的天线和传输线扩展至具有模组封装能力的柔性载板,产品附加值将得到大幅提升。


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高频高速和小型化趋势下,LCP/MPI将全面替代传输线。LCP/MPI软板具有和传输线同等优秀的高频性能,因此有望凭借更优的空间效率替代天线传输线。目前,村田制作所和住友电工均已推出兼有天线传输线功能的LCP天线,苹果亦已在iPhone X/XS中商用兼有天线传输线功能的LCP天线。我们认为小型化需求下,LCP软板对天线传输线的替代是未来趋势;苹果示范效应下,安卓阵营亦有望采用兼传输线功能的LCP天线。


除天线传输线之外,LCP/MPI软板还将替代高速接口传输线。随着终端应用和网络速度的不断提高,设备间的数据传输速率已从几百Mbps提升到几Gbps。通常情况下,主板和高速接口用体积肥厚的同轴电缆连接。随着新标准的数据速率越来越高,传输损耗日益严重。为了进一步提高数据接口的传输速度,并减小空间占用,可使用具有良好高频特性的LCP/MPI软板替代传统接口电缆。我们认为,在数据接口高速化趋势下,终端天线、高速接口传输线、服务器内部传输线对LCP/MPI软板的替代需求日益增加,构成对传统传输线的替代逻辑。


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LCP封装有望成为天线和射频前端集成的终极方案,5G到来后,天线市场的增量逻辑将从天线软板量价齐升转为高密度LCP封装带来的价值提升。目前阶段,手机天线主要采用软板工艺,并逐渐从2x2 MIMO向4x4 MIMO渗透。5G到来后,终端将采用数量更多但面积更小的阵列天线构架,天线工艺有望转向LCP封装。我们认为,从射频系统角度看,2018-2020年天线市场增量来自天线软板的量价齐升;而2020年后,5G射频将发生质变,天线和射频前端有望集成到封装模组中,届时其价值可能由5G射频模组的数量和封装密度决定。


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2.1.3 短期需求确定,长期增长无忧,LCP/MPI市场进入快速增长期


我们看到,LCP/MPI软板的应用不限于终端天线和3D Sensing摄像头软板,其本质是小型化的高频高速软板。从小型化的高频高速软板的逻辑来看,LCP/MPI软板的应用包括天线、摄像头软板、高频连接器/线、高速传输线、显示面板软板、SSD软板、COF基板、通信电缆、毫米波雷达、高频电路基板、多层板、IC封装、u-BGA、扬声器基板等细分领域,将深度受益5G频率和带宽提升及VR/AR等大容量通信需求。我们认为,LCP/MPI软板短期受益于iPhone LCP天线渗透提升;2018-2020年间,受益于MIMO提升对天线的增量需求,及安卓阵营对LCP/MPI天线、高速传输线的替代需求;2020年后,LCP/MPI有望成为主流,受益于5G市场对小型化高频高速软板和LCP封装模组的需求。


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iPhone LCP/MPI 天线市场率先爆发。IDC预测,2017-2021年智能手机出货量将从15.17亿部增长到17.43亿部。我们估算,2017-2021年手机LCP/MPI天线渗透率将从6%提升到25%,市场空间有望从3.7亿美元提升到29.2亿美元,年均复合增长57%。另外,2018款iPhone XS/XS Max/XR各使用3/3/2个LCP天线,渗透继续提升。价值方面,iPhone XS/XS Max/XR LCP天线每根2.5-4.5美元,单机价值6-10美元。综合考虑2019年部分LCP天线可能替换为MPI天线,以及MPI天线可能集成dock软板,我们预计2019款iPhone LCP/MPI天线单机价值约8美元,2017-2019年iPhone LCP/MPI天线市场空间为3.66、8.75、11.20亿美元。


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LCP/MPI天线价值主要在软板,模组约有3-4成价值含量。细分市场方面,我们估计LCP模组环节的天线价值约占30%,软板环节价值约占70%。再对软板成本进行拆分,按照LCP树脂材料和铜箔各占软板成本15%;另外,MPI材料成本为LCP材料成本70%,并假设2019年LCP/MPI天线出货占比为1:1。我们预计,2017-2019年,iPhone  LCP/MPI模组环节价值量可达1.10、2.63、3.41亿美元,软板价值量可达2.56、6.13、7.79亿美元,LCP/MPI材料价值量可达0.38、0.92、1.02亿美元,铜箔价值量可达0.38、0.92、1.19亿美元。


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2.1.4 产业链日趋成熟,大陆厂商迎来机会,立讯率先切入


2018年苹果LCP/MPI天线产业链初步形成:1)材料环节,LCP树脂/膜仍为产业链难点之一,考虑苹果与村田的独家协议,我们判断18年将延续村田独供格局。2)软板环节预计形成分散供应趋势,但由于LCP天线需要特别的材料、配方、设计、制程、设备与测试方案,并且LCP FCCL存在高温液化问题(激光钻孔生热),因此软板厂商面临困难的学习曲线。目前产业链仅有村田与嘉联益,预计今年臻鼎(MPI)等厂商具备切入机会。3)天线模组环节,村田已确认退出,我们判断除安费诺以外,苹果已引入立讯精密,且未来不排除培养臻鼎等公司。从份额来看,模组环节我们判断立讯已替代村田成为iPhone LCP天线主供,有望获得2018年iPhone LCP天线35%左右份额。软板环节,如不考虑臻鼎等潜在厂商,2018年订单仍以村田为主,嘉联益为辅。


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 产业链日益完善,大陆公司有望受益。随着5G商用加速,LCP/MPI需求持续扩大,国内产业链日益完善。目前,国内厂商已在LCP天线、LCP封装模组、LCP连接器/线、LCP多层板、LCP软板等领域布局研发和扩展。LCP商用进展上,目前立讯精密已打入苹果天线模组供应,我们看好立讯精密LCP天线模组份额提升。从长期来看,立讯在LCP传输线/连接器等新应用亦有受益机会。信维通信的LCP业务从材料到封装全线布局,亦有望迎来新的成长机遇。信维的多层LCP不仅可实现单根或多根传输线一体化设计,并可实现集成天线的射频前端。我们看好公司“前端材料+中端设计和整合+后端制造”的一体化解决方案和其带来的成长机遇。


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