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深圳市龙岗区甘李五路一号科伦特大厦研发楼905室
时间:2017-02-17 编辑:Try
中国大陆已经成为了被动器件产业最大的下游市场,全球家电、PC、移动终端等下游电子制造业产能,包括模组生产和产品组装部分,大部分已经迁移到中国大陆,这也有望带动国内被动器件行业实现从市场到上游的突破。17年是消费电子创新大年,快充和无线充电等新技术趋势快速渗透,而充电技术革命中以电容、电感为代表的被动器件需求也将大幅增长。同时,汽车电子化、5G等也将为被动器件带来新的增长点。
一、无处不在的被动器件,小器件也有大能力
1.1 被动器件:一切电子产品的基石
被动器件是区别于主动器件的电子元器件,通常也被称作无源器件,主要包括RCL元件(容阻感)及被动射频元器件两大类。被动器件中常见的RCL元件是电阻、电容和电感。
被动器件在工作时不存在内部电源,可以不接入外部电源,只需输入信号的情况下就能正常工作。当信号通过被动器件时,信号的基本特征不会发生改变。若将被动器件与外部电源接通,被动器件本身不会消耗外部电源的电能,但是可能会把电能转化为其他形式的能量。
1.2 被动器件之电容
电容器是主要作用为电荷储存、交流滤波或旁路、切断或阻止直流电压、提供调谐及振荡等,广泛应用于电路中的隔直通交、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制等方面。
电容器根据材质不同可分为陶瓷电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和薄膜电容器等。
铝电解电容器:铝电解电容器是以铝氧化膜为电介质的电容器,由于氧化膜有单向导电性质,所以电解电容器具有极性。其优点是单位体积容量大,价格低廉。但是铝电解电容器有漏电大、稳定性差、有正负极性的缺陷,不适于在高频和低温下应用。
陶瓷电容器:陶瓷电容器以陶瓷为介质,在陶瓷基体两面喷涂银质薄膜的极板制成。这种电容器的体积小、稳定性高、介质损耗小,工作温度范围宽,电容量范围宽,适合自动化贴片生产且价格相对较低等,但是陶瓷电容器的电容量相对铝、钽电解电容器而言较小。
钽电解电容器:钽电解电容器以金属钽为正极,用钽表面生成的氧化膜做介质制成,具有电容量稳定、漏电损失低、受温度影响小的优势。不过,钽作为资源性材料,生产量小,市场规模相对较小,单价非常昂贵。
薄膜电容器:薄膜电容器以涤纶或聚苯乙烯为介质。涤纶薄膜的电容和介质常数较高,体积小、容量大、稳定性较好,适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容器,介质损耗小、绝缘电阻高,但温度系数大,可用于高频电路。薄膜电容器的频率特性好,能耐受较高的电压,可是目前薄膜电容器体积依然偏大,难以实现小型化。
1.3 被动器件之电阻
电阻器是电路中应用数量最多的电子元件,具有限流作用,可限制通过它所连支路的电流大小。电阻器由电阻体、骨架和引出端三部分构成,电阻器的引出端通常只有两个引脚,电阻体决定了电阻器的阻值。电阻器依据阻值特性可以分为固定电阻、可变电阻和特种电阻。
固定电阻:不能调节电阻值的称之为定值电阻或固定电阻。固定电阻一般可以根据材质进行分类,常见的有碳膜电阻器、金属膜电阻器、线绕电阻器、金属氧化膜电阻器、合成膜电阻器等。
1)碳膜电阻器:碳膜电阻器是在瓷管上镀上一层碳,再将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成,它的成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低,是目前应用最广泛的电阻器。
2)金属膜电阻器:金属膜电阻器以特种金属或合金作电阻材料,在陶瓷或玻璃基本上形成电阻膜层,它的体积小、噪声低、稳定性好,但成本较高,常常作为精密和高稳定性的电阻器而广泛应用,同时也通用于各种无线电电子设备中。
3)线绕电阻器:线绕电阻器由电阻线缠绕,用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成,外面包裹耐热的绝缘层。绕线电阻具有较低的温度系数,阻值精度高,稳定性好,耐热耐腐蚀,主要做精密大功率电阻使用,缺点是高频性能差,时间常数大。
4)金属氧化膜电阻器:金属氧化膜电阻器是在瓷管上镀上一层氧化锡而成,在绝缘棒上沉积一层金属氧化物,它在高温下稳定,耐热冲击,负载能力强 按用途分,有通用、精密、高频、高压、高阻、大功率和电阻网络等。
5)合成膜电阻器:合成膜电阻器是将导电合成物悬浮液涂敷在基体上而得,因此也叫漆膜电阻。由于其导电层呈现颗粒状结构,所以其噪声大、精度低,主要用于制造高压、高阻、小型电阻器。6)贴片电阻器:贴片电阻器是金属玻璃铀电阻的一种形式,其电阻体是由玻璃铀材料经过高温烧结而成,电极采用银钯合金浆料。它具有体积小、精度高、稳定性好的特点,而且由于其为片状元件,所以高频性能优秀。
6)贴片电阻器:贴片电阻器是金属玻璃铀电阻的一种形式,其电阻体是由玻璃铀材料经过高温烧结而成,电极采用银钯合金浆料。它具有体积小、精度高、稳定性好的特点,而且由于其为片状元件,所以高频性能优秀。
可变电阻:可变电阻是可以调节阻值的电阻,常见的有电位器。电位器是一种阻值可变的机电元件,随着电刷在电阻体上的滑动,取得与电刷位移成一定关系的输出电压。电位器按调节方式可分为旋转式电位器、推拉式电位器、按键式电位器等多种;按其结构特点可分为单圈电位器、多圈电位器、单联电位器、双联电位器、多联电位器等多种。
特种电阻:特种电阻指的是与普通固定电阻、可变电阻不一样的特别电阻,包括一系列敏感电阻、保险电阻等。敏感电阻是指那些电阻特性对外界温度、电压、机械力、亮度、湿度、磁通密度、气体浓度等物理量反映敏感的电阻元件,常用于检测和控制相应物理量的装置中,是自动检测和自动控制中不可缺少的组成部分。特种电阻主要有:热敏电阻、压敏电阻、热敏电阻、保险电阻等。
1)热敏电阻是一种电阻值随温度变化的电阻,可分为阻值随温度升高而减小的负温度系数热敏电阻和阻值随温度升高而升高的正温度系数热敏电阻,有缓变型和突变型,主要用于温度测量,温度控制,火灾报警,气象探空,微波和激光功率测量,在收音机中作温度补偿,在电视机中作消磁限流电阻。
2)光敏电阻的电阻值随入射光线的强弱而变化,光线越强,电阻越小。无光照射时,呈现高阻抗;有光照射时,材料激发出自由电子和空穴,其电阻值减小。可见光敏电阻,主要材料是硫化镉,应用于光电控制。红外光敏电阻,主要材料是硫化铅,应用于导弹、卫星监测。
3)压敏电阻的电阻值随加在两端电压的变化呈非线性特性变化,当加到两端电压不超过某一特定值时,呈高阻抗,流过压敏电阻的电流很小,相当于开路。当电压超过某一值时,其电阻急骤减小,流过电阻的电流急剧增大。压敏电阻在电子和电气线路中得到较多的应用,主要用于过压保护和用来作为稳压元件。
4)保险电阻在额定电流内起固定电阻作用,当通过的电流超过额定电流时,电阻丝温度迅速升高,达500摄氏度时,电阻丝立即剥落熔断,以切断需保护的电路,常用在各种需要限流输出的电源电路中,用来保护电源或负载不至于过流而损坏。我国电阻产量呈多年来总体呈上升趋势,2014年我国电阻器件产量达到58.17百亿的规模,其中固定电阻器产量占其中的绝大部分。
目前具有规模的厂商主要在台湾和日本,其中台湾国巨是当前世界最大的电阻器厂商,日本企业KOA、罗姆和松下也是市场上主要的的电阻厂商。此外,台湾公司华新也是亚洲顶级芯片电阻器生产企业。片式电阻器的电阻占全球出货量的95%,尽管它的消费价值只有38%,而其他类型的电阻器只占5%的全球出货量。
1.4 被动器件之电感
电感是电子线路中必不可少的三大基础电子元器件之一,其工作原理是导线内通过交流电时,在导线的内部及周围产生交变磁通。利用这一性质制成的元器件称为电感器,简称为电感,其主要功能是筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等。由于电感较难被集成到集成电路上,集成上去后品质因素不好,因此作为被动元器件器件之一将长期存在,广泛应用于电脑设备、通讯设备、视频音频设备、消费类电子产品、电气自动化设备、电信广播设备等各类电子产品。
目前,市场上电感器主要分为插装式电感器和片式电感器两大类。
插装式电感器:主要采用绕线工艺,即电流在磁芯上绕制的铜线中流动,例如环状电感、空心线圈等,其优势是电感量范围广、电感量精度高、成本低、可靠性好、系列化等,目前生产实现半自动化,但是存在难以小型化以及电流较大时,大感量电感器不易实现的劣势。
片式电感器:片式电感可以分为片式普通电感和片式功率电感。片式功率电感的耐受电流大,直流电阻小,适合用在小型移动终端产品中的直流转直流电源模块,可应用于手机、数码相机、PDA等诸多以电池供电的电源模块;片式普通电感则广泛应用于各类电子产品的电路中。
电感在电子线路中大约占整个电子元器件配套用量的10%~15%,下游电子整机产品“轻、薄、短、小”的发展趋势决定上游电子元器件朝小型化和片式化发展是必然趋势。由于电感片式化的技术难度相对最大,能够掌握电感片式化核心技术的企业较少,因此当前我国电感器件产量中常规电感器的份额占据依旧比例较大,而新型片式电感器件所占的份额相对较小。
2015年,我国电感器年产量达297亿只,其中片式电感130亿只,固定电感器104亿只,SMD电感器55亿只,其它电感器及集成组件8亿只。而随着电子行业的发展,大陆市场对于电感的需求量的稳步提升,在2015年底达到2245亿只,预计2016年我国电感需求量将超过2400亿只,近五年我国市场对电感需求量年均增长率超过8.2%。
赛瑞研究数据显示,2013年我国电感器行业销售规模达到93.7亿元,2014年底101.4亿元,截止2015年底达112.5亿元,预计2016年我国电感行业销售将达到125亿元。
目前我国专门生产电感器件的厂商有450家以上,达到一定规模的企业在80家左右。总的而言,我国电感产业大而不强,行业处于快速发展期,现有企业的竞争不是很激烈,市场前景可观。上市公司中有广东风华高新科技、深圳顺络、麦捷微电子等本土企业形成了我国生产小型片式电感器主要企业。
二、下游应用不断拓展,国内成为第一大需求市场
2.1 下游应用领域的不断拓展带动上游被动器件需求快速增长
被动器件行业位于整个电子产业链的中上游位置,其发展在很大程度上决定于下游应用领域的市场变动。被动器件制造产业的上游是原材料制备行业,技术经验性强,规模效应明显,壁垒较高,全球供应商较为集中,主要是美国、日本和一些中国台湾地区的厂商占领了市场。被动器件制造产业的下游则包括移动终端、家电、电脑及周边、通信以及新能源产业等,其中移动终端、家电、PC等消费电子行业占到了被动器件下游市场的75%以上,是主要的应用领域。
历史上看,每一次新的下游应用市场的爆发都带来了被动器件行业的增长。被动器件下游领域曾出现过三次大的新应用爆发:上世纪90年代到本世纪初的家电产业的快速扩张,2000年到2010年之间的PC的应用普及,以及2010年至2015年移动终端市场的爆发式增长。在三次新应用市场爆发的接替作用下,被动器件产业不断增长。我们认为未来在消费电子新趋势的引领下,被动器件将会再次具备增长动力。
具体来看,每一次下游新应用新市场的爆发都直接导致了被动器件龙头厂商的业绩增长,台湾国巨和日本村田两家公司就是典型的例子。台湾国巨如今是全球第一大芯片电阻器(R-Chip)制造商、全球第三大积层陶瓷电容器(MLCC)供货商,2005年至2015年,其陶瓷电容器和电阻器业务从135亿台币增长至225亿台币,几近翻番,带动其营收从166亿台币扩张至275亿台币。日本村田目前是全球第一大被动器件制造商,2005年至2016年,其电子元器件业务从27亿美元增长至63亿美元,扩张一倍以上,带动其营收从40亿美元增长至101亿美元。
2.2 国内作为第一大需求市场,逐步实现从下游市场到上游器件的突破
如今,中国大陆已经成为了被动器件产业最大的下游市场。全球家电、PC、移动终端等下游电子制造业产能,包括模组生产和产品组装部分,大部分已经迁移到中国大陆,致使中国大陆目前成为了全球最大的被动器件需求市场。
我国是全球最大的家电产业基地。目前,我国的白色家电产业占到了全球产能的60%-70%。其中,空调器、微波炉和制冷压缩机产量占全球80%,冰箱和洗衣机产量超过全球50%,小家电产量占全球80%,家电产品出口额占全球出口市场37%。
国产智能手机市场份额不断攀升。2016年全球智能手机出货量前五大品牌中,其中三个都是国产品牌,华为、oppo、vivo三大品牌出货量合计占到全球份额20%以上。在苹果、三星市场份额缩减同时,国产智能手机市场份额不断攀升。2016年,华为出货量同比增长30.2%,oppo出货量增长132.9%,vivo出货量增长103.2%。
中国大陆已成为被动器件最大消耗市场。从宏观数据来看,2013年和2014年连续两年,中国大陆(包括香港)市场占到了中国台湾地区被动器件出口值的70%左右。微观层面上,从台湾国巨和日本村田的历年分地区营收占比情况来看,2011年之后,中国大陆就已经成为了两家巨头共同的最大营收来源。
随着下游消费电子制造产业向中国大陆迁移,中国大陆成为全球最大的被动器件需求市场,被动器件制造行业的产能有望从日本、中国台湾向中国大陆转移。
一方面,国内已经涌现出了多家优质本土被动器件供应商,如顺络电子、艾华集团、风华高科、法拉电子、江海股份、火炬电子等。其中,艾华集团和江海股份分列2015年全球铝电解电容器市场第六大和第八大供应商,排名较2013年均有所提升;法拉电子的薄膜电容器产量排名全球前三位;顺络电子在片式电感器市场份额位居世界前三位。
另一方面,为了更好迎合下游市场,被动器件大厂纷纷在中国大陆投资产能。例如,台湾国巨在苏州设有芯片电阻产线,在东莞设有积层陶瓷电容产线和后段测包厂;日本村田在大陆则设有无锡、深圳、佛山、东莞四座生产基地。
三、立足当下,新市场新应用蓄势待发为被动器件注入新活力
3.1 17年消费电子创新大年,变化不断机会不断
快充技术普及,电容是核心
随着智能机时代的到来,手机功能的多样化导致消费者对手机续航能力的要求越来越高。解决续航问题最直接的方法是增加手机电池容量,但在电池技术以及能量密度没有取得进一步突破之前,这种会使手机变厚的做法与当今电子产品轻薄化的趋势背道而驰。因此,既能解决手机续航问题、又能同时满足电子产品纤薄化要求的快充技术获得广泛关注。
快速充电是指能短时间内使电池达到或接近完全充电状态的一种充电方法,通常来说充电功率在10W以上的才属于快速充电。一般而言,电池充电时间由电池容量与充电功率决定,电池容量一定的情况下,功率越大,充电时间则越短,即电池容量(W)=功率(P)×时间(T),而功率由电压与电流决定,即功率(P)=电压(U)×电流(I)。因此,快充的实现方式可以分为以下三种——高电压恒定电流模式、低电压高电流模式以及高电压高电流模式。
通常手机的充电过程是先将220V电压降至5V充电器电压,5V充电器电压再降至4.2V电池电压。而在高电压恒定电流模式下,采用增大电压的方式加快充电速度,这样会产生一定的功耗,因此在充电过程中,充电器与手机会发热。
低电压高电流模式是电压一定,增大电流,同时使用并联电路进行分流。恒定电压下,进行并联分流之后,每个电路所分担的压力会变小,手机端发热程度降低,充电效率提高。但该方式对硬件要求较高,需降低充电电路的电阻,实现难度与成本均较高。
高电压高电流模式是同时增大电流与电压,这种方式是增大功率最好的办法,但增大电压的同时会产生更多的热能,这样其中所消耗和浪费的能量也越多,而且考虑到充电器与手机电池的安全以及寿命问题,充电电压与电流并不能无限制地随意增大。
另外,快充的实现并不只是增大电压或者电流这么简单,配适器、电源管理芯片、充电线及接口都要进行相应的升级,并且不同的快充技术拥有各自的“握手协议”(充电时充电器与手机之间进行通讯与调节的机制)。因此,要实现快充,需要从硬件和软件两个方面来努力,必须要使从充电适配器到电池的所有通路的硬件都能适配,且有好的电源管理方案,通过电源管理IC来进行控制和调节,这样才能在保证电池与手机安全和寿命的情况下,最大程度地提高充电效率、缩短充电时间。
不同品牌的支持快充技术的充电器内部构造比较类似。以小米5为例,其快充充电器的输出功率有三挡,分别为5V/2.5A、9V/2A、12V/1.5A,最大输出功率为18W,达到了主流快充充电头的输出水准。
小米5充电器内部由固态电容、Y电容、阻燃保险丝、控制识别芯片等部分组成。Power Integration SC1271K芯片是该充电器中的核心芯片。电路板背面的次级MOS管是由Alpha & Omega提供的,配合Power Integrations 1271K使用,形成同步整流。Power Integrations SC0163D控制识别芯片可识别并支持高通QC3.0 Class A规格,兼容QC2.0 Class A规格,其原理是芯片内部接收到调节电压指令,改变反馈输出并保持,从而起到调节输出电压的目的。
2016年5月中旬推出的格力手机2.0版,其快充充电器输出功率分为5V/2A、9V/2A、12V/1.5A等几档,由深圳赛尔康出品。支持高通QC 3.0快充技术,支持Type-C USB 3.0 接口,其容量为4000mAh。格力手机2.0版的开关管使用的是来自英飞凌的SS05N70,两颗初级滤波电容来自于AiSHi艾华。
无线充电:技术逐步成熟,带动线圈需求
无线充电技术可以使得手机不需要直接插接电线就可进行充电。无线充电已经应用多年,如2012年的Lumia 920就使用了无线充电技术。目前手机中应用的无线充电技术一般都是电磁感应式的,而体型较大的电动车所采用的无线充电技术一般磁共振式的。三星S6/S6 edge采用的无线充电技术更是支持无线快充功能。
目前对无线充电技术制约最大的两个方面,一是充电效率较低,一是距离限制较大。对于充电效率低这方面,三星在去年做出了很好的努力,其无线快充产品已经达到较理想的充电速度。对于距离方面,由于原理的限制,电磁感应式如Qi很难有距离上的突破,而采用谐振式甚至无线电波式则可对距离方面有较大的改善。Energous公司研发的Wattup技术可以支持4.6米距离的无线充电,据悉有可能与苹果进行相关合作。
3.2 5G时代将近,带动被动器件需求增长
移动通信技术通过不断引入革命性技术,推动整体性能持续快速提升。从1G到2G,移动通信在语音业务基础上扩展支持低速数据业务;从2G到3G,移动通信能够支持视频电话等移动多媒体业务;2010年左右4G技术出现,移动通信的传输速率比3G提升1-2个数量级,可达100Mbps至1Gbps,能够较好地满足各类移动互联网应用需求。
预计5G在2020年左右会走向商用,为用户提供超10Gbps的接入速率。5G高带宽和低时延的性能特点将使AR/VR、车联网、物联网等潜在应用成为现实,同时可以提升目前已经实现的监控、视频流、即时游戏、灾害预警等应用的体验。5G时代的到临将主要为被动器件厂商带来两个市场的增量,一是移动终端市场,二是物联网、车联网市场。
回顾历史,4G时代移动终端被动器件市场快速增长
作为手机无线通讯系统的核心部件,射频模块在信号发射过程中实现电信号到高频电磁波信号的转化,在信号接收过程中实现高频电磁波信号到电信号的转化。4G在带来下游智能手机快速渗透的同时也带动了上游射频器件行业爆发式增长,因为智能手机的射频系统不仅需要兼容2G、3G、4G不同频段的需求,还需要支持蓝牙、WiFi、GPS等无线连接功能。射频器件中的被动器件如滤波器、天线等在4G阶段均实现了配置数量的增加和性能上的提升。其中,滤波器负责发射及接收信号的滤波,可以让特定频率范围的电磁波通过以实现频率的筛选,目前是整个射频前端中价值量最高的器件。
大型电子元件制造商村田制作所是核心射频前端被动器件龙头企业,凭借着深厚的技术积淀在4G时代实现了业绩的高速增长,同时公司股价在此阶段也进入不断上升。村田制作所的公司股价进入上升阶段的时间正是2011年4G开始商用的时候。而其压电业务的营业收入也是从2013年4G快速渗透的时点开始飙升。
目前,4G手机仍然处于快速渗透期,预计到2019年时2G/3G手机会全部被代替,同时5G手机将接力4G手机,继续实现手机向高端的渗透。4G/5G手机在移动终端设备中占比的不断上升以及手机不断向高端渗透的趋势,将被转化为单机射频被动器件价值持续增长的动力。
5G使物联网、车联网成为可能,带动电感等被动器件市场扩张
得益于移动通信技术更新换代中对被动器件的需求膨胀,4G时代是许多被动器件公司业绩高速增长的阶段。全球电子元器件制造业龙头TDK就是这样一家成功搭乘4G发展浪潮的公司。TDK在2008年具有前瞻性地收购了德国一家与TDK具有相当互补性的电子组件大厂EPCOS。从各品类产品销量占比的情况来看,TDK的被动零部件业务中陶瓷电容器元件与电感线圈(卷)占据了极高比例,而EPCOS的电容器与高频元件所占的比率比较大;从按地域市场销售额来看,TDK的被动零部件业务在日本及亚洲市场上占据压倒性的优势,EPCOS占据了欧洲市场的大部分份额。收购完成后,TDK以积极姿态拥抱了4G时代的到临,其被动器件产品的营业收入从2013年4G快速渗透的时点开始飙升。
而在5G时代,除移动终端以外,车联网、物联网领域终端及以VR/AR为代表的新型便携式智能终端都在高速发展,有望接力智能手机成为下一代智能硬件的爆发领域。随着车联网、物联网、智能城市等逐渐走向现实,未来将是一个无线连接一切的世界,联网设备会大幅增加。Gartner数据显示,2016年全球物联网终端设备共64亿部,而到2020年物联网终端设备将达到208亿部,年复合增长率高达34.26%。电感作为被动器件中的一种基础元件,具有滤波、振荡、延迟、陷波作用,将在车联网、物联网终端设备中的每个基带模块、PA模块、Wifi模块、蓝牙模块里都得到大量运用,电感市场将会很大程度受益于5G时代的万物互联。因此预期随着5G时代车联网、物联网的普及,联网设备的不断增多将带动电感等被动器件市场快速增长。
3.3 汽车电子化浪潮来临,有望成为被动器件下一个主要增长点
根据德勤咨询和赛迪顾问的统计数据,全球汽车电子行业市场规模在2012年达到1618亿美元,而预计到2016年将达到2348亿美元,2012~2016年均复合增速接近10%;而中国的汽车电子市场规模在2015年预计将达到4012亿元人民币。
单台汽车中电子零部件的成本占比从1950年左右的1%提升到2010年左右的30%,而且这一比例呈现出加速上涨的态势,汽车整体电子化的趋势明显。我们认为,汽车电子零部件成本占比提升主要来自于:(1) 部分原来用于中高端车型的汽车电子零部件如ABS、倒车影像系统等向中低端车辆渗透;(2) 后装市场产品尤其是车载信息系统和通讯娱乐系统装载率的提升;(3) 新能源汽车尤其是电动汽车的单车电子零部件成本比例相对传统汽车大大提高。
我们认为,汽车电子化将驱动行业稳定增长,并带来新的增长空间和发展机会。