5G手機市場預(yù)測以及散熱材料、電池、芯片等相關(guān)受益產(chǎn)業(yè)鏈分析

隨著5G腳步愈來愈近，截至2019年4月底，已經(jīng)有包括OPPO、華為、vivo、小米、中興、聯(lián)想、三星、一加等諸多終端廠商發(fā)布了5G原型機（見表1：5G手機進程一覽）。中國聯(lián)通5G測試手機全部到位并已公布首批5G手機價格?？梢钥隙ǖ氖莾赡旰?，5G手機將成為市場的絕對主角。

5G手機，正一觸即發(fā)。本報告將圍繞5G手機面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)和設(shè)計獨特性，解構(gòu)5G手機的發(fā)展路徑和背后產(chǎn)業(yè)鏈。

5G手機設(shè)計具有一般手機設(shè)計的通用性，但由于5G是全新的通信技術(shù)，面臨新的適配問題和技術(shù)特征，以下部分將從芯片、天線、材質(zhì)、攝像頭、電池和其他等多方面解析5G手機設(shè)計關(guān)鍵及背后的產(chǎn)業(yè)鏈。

標準未定，芯片先行，只有一顆5G的芯片，才能根本定性5G手機身份。因此5G芯片是5G手機設(shè)計最關(guān)鍵一環(huán)。

1、5G芯片的進程

芯片和終端產(chǎn)品都需要一年到幾年不等的開發(fā)周期，如果等5G頻段確定后再進行產(chǎn)品的研發(fā)顯然難以在5G市場獲得競爭優(yōu)勢。因此我們看到即便需要面對標準未定帶來的諸多挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈各方早已積極投入5G研發(fā)（見表2：5G芯片進程一覽）。

在當前階段，已經(jīng)發(fā)布或已有消息即將發(fā)布的5G基帶芯片共有7款，分屬于高通、海思、聯(lián)發(fā)科、紫光展銳、英特爾和三星這幾大產(chǎn)業(yè)鏈上核心廠商。

2、破解“捆綁式”5G芯片勢在必行

雖然各家基帶芯片看似蓄勢待發(fā)，但行至此刻，5G標準未定還是讓整個產(chǎn)業(yè)面臨亟需破局時刻，即如何破解“捆綁式”5G芯片（見圖：5G芯片時間進展）。

有分析認為，之所以目前的5G基帶芯片并未完全整合，并非廠商能力不足，而是廠商考慮到5G最終的標準還未完全落地，頻譜的分配方案和5G牌照的相關(guān)發(fā)放工作還在梳理，運營商的組網(wǎng)方式也在測試過程中，這時如果完全押寶一種方案，則存在的風(fēng)險無法評估。

在這種情況下，手機廠商采用捆綁式5G芯片可以理解。采用捆綁式芯片，廠商能迅速實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)通信，見效最快、一針見血。同時一兩年內(nèi)還是以4G為主，所以5G外掛4G是當下最合理的選擇。此外，5G手機的特點是多天線，干擾情況復(fù)雜，折中方案就是選擇外掛5G芯片，同時對于成本的降低也能做到最優(yōu)。

5G天線是5G手機收發(fā)裝置，因為5G天線特征，使得5G手機的天線收發(fā)設(shè)計成為5G手機的另一個主要環(huán)節(jié)。

1、5G低頻天線：累加而不是替代

在5G時代，由于頻段的客觀現(xiàn)狀，天線的適配正朝sub 6GHz和毫米波天線兩個方向發(fā)展，天線從2G/3G/4G到5G，是純粹的增量。5G手機中，此前4G/3G的功能都會同時存在，以前的天線也都會存在，因此對于天線而言，通信技術(shù)的升級，對于不同制式的天線是累加而不是替代。

為了提高傳輸速率，sub-6G將采用MIMO天線并且增大MIMO天線的數(shù)量，比如8x8MIMO、16x16MIMO等。

2、5G毫米波天線：擺放更復(fù)雜

而5G毫米波天線的分布則會復(fù)雜很多，業(yè)界將采用陣列天線，在天線制作原理以及加工工藝上與傳統(tǒng)天線都有很大的不同。

5G毫米波由于頻率高，傳輸距離短，只能通過陣列天線以及波束成型來增加天線的增益，以克服在空氣中傳輸距離短的問題，因此5G天線由原來4G的全向天線變?yōu)榱硕ㄏ蛱炀€。

波束成形模塊只提高了毫米波的傳輸能力，但沒有解決信號受到阻礙物衰減過快的問題，目前主要有兩種解決方案：一是利用數(shù)字相移器與衰減器的算法，來控制波束追蹤手機用戶，以維持訊號的穩(wěn)定度；二是增加波束成形模塊的數(shù)量，以達到通信無死角的設(shè)計方案。

毫米波天線需要新的加工工藝，可分為線陣、方陣。天線尺寸跟工作頻率成反比，毫米波的頻率變高，天線尺寸變小，簡單的加工形式精度不夠，還得借助于其他的加工形式，如高通毫米波天線模塊采用的LTCC工藝。

3、產(chǎn)業(yè)鏈上下受益

天線模組廠商也受益于5G時代。

高通于2018年最新發(fā)布的5G毫米波天線模組(QTM525)，同時支持6 GHz以下5G和LTE的全新單芯片14納米射頻收發(fā)器，以及6GHz以下射頻前端模組，提供面向全部主要頻譜頻段的新一代從調(diào)制解調(diào)器到天線的完整解決方案。

經(jīng)過多年的投入，天線隱形冠軍廠商碩貝德也在5G射頻前端模組方面實現(xiàn)產(chǎn)品突破，已實現(xiàn)了從24GHz到43GHz全頻段覆蓋的技術(shù)突破。此外，國內(nèi)外廠商立訊精密和Murata等廠商不斷加入戰(zhàn)局搶占份額，也將引起市場的多重變化。此外，在天線設(shè)備對應(yīng)的射頻芯片方面，巨頭Qorvo、Skyworks將繼續(xù)領(lǐng)跑。（見圖：手機天線產(chǎn)業(yè)鏈市場占有率）。

不過需要注意的是，上述提及的天線供應(yīng)商提供的并不是一體化的完整解決方案，手機廠商往往需要根據(jù)自身處理器類型等特點，進行手機構(gòu)造設(shè)計和性能適配。而這項軟硬件的設(shè)計研發(fā)工作比4G時代要復(fù)雜得多，對智能手機廠商的研設(shè)計和量產(chǎn)都提出了新挑戰(zhàn)。

散熱和電磁屏蔽是手機設(shè)計的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，5G手機以其更高的運算動力和高頻多模特性，導(dǎo)致散熱和電磁屏蔽面臨新的挑戰(zhàn)。

1、散熱技術(shù)、材料需升級

因為智能手機設(shè)計對輕薄的過度追求，內(nèi)部空間其實非常狹小，本身散熱難度已經(jīng)較高。而5G手機使用時，高功耗芯片也必然會帶來大的發(fā)熱量，在不能從芯片層面解決問題的現(xiàn)狀下，只能寄望于散熱材料。

目前智能手機上采用的散熱技術(shù)主要包括石墨稀熱輻射貼片散熱、金屬背板散熱、導(dǎo)熱凝膠散熱以及導(dǎo)熱銅管散熱。

從以上四種散熱技術(shù)特點以及智能手機整體設(shè)計趨勢來看，適用于5G手機的散熱方案將向著超薄、高效的方向發(fā)展。如此來看，石墨烯熱輻射材料以及陶瓷等新品類導(dǎo)熱材料更符合5G手機的散熱需求（見表3：5G手機新型材料一覽），不過仍須有進一步的技術(shù)升級。

另外，全新的高性能導(dǎo)熱材料也是發(fā)展方向之一。以小米等手機廠商為例，開始將陶瓷材料進行部分實驗性應(yīng)用。

供應(yīng)鏈層面，有Laied、Choemerics、Bergquist、Graf Tech、碳元科技、中石科技、飛榮達等國內(nèi)外企業(yè)。隨著國內(nèi)供應(yīng)鏈廠商技術(shù)不斷升級，5G手機時代有望長期綁定國內(nèi)手機廠商。

2、電磁屏蔽，材料升級是重點

5G時代由于高頻、高速的通信需求，對智能手機內(nèi)部的電磁屏蔽也有了新的要求。

同時，由于5G增加多個新頻段，并與3G、4G的頻段相兼容，在電磁方面的串擾也會比較嚴重；毫米波級別的傳播也對電磁屏蔽要求更高。因此，需要在電磁屏蔽材料方面進行大幅升級。

供應(yīng)鏈層面，電磁屏蔽目前已經(jīng)有著較為穩(wěn)定的市場格局，材料主要由Laied、3M、Nolato等國外知名廠商壟斷。不過，在巨大市場需求的推動下，我國長盈精、中石科技、飛榮達等不斷自主研發(fā)，已經(jīng)逐漸具備生產(chǎn)中高端電磁屏蔽材料和器件方面的能力。（見表4：電磁屏蔽材料、技術(shù)方向）。

分析指出，目前廣泛應(yīng)用的電磁屏蔽器件主要包括導(dǎo)電塑料器件、導(dǎo)電硅膠、金屬屏蔽器件、導(dǎo)電布襯墊、吸波器件等，而屏蔽材料主要是金屬類和填充類。隨著5G手機的到來，電磁屏蔽材料將向屏蔽效能更高、屏蔽頻率更寬、綜合性能更優(yōu)良的方向升級，新材料將在電磁屏蔽的創(chuàng)新應(yīng)用中得到更多發(fā)展。諸如壓合覆蓋膜、電磁屏蔽膜，將成為解決電磁屏蔽問題的重要可選方案。

也有分析認為，可以將板級屏蔽罩與散熱產(chǎn)品加以融合，或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)金屬屏蔽和各種吸波材料相結(jié)合，抑或組合不同種類的泡棉織物，利用一款集成解決方案，在設(shè)計和性能層面解決產(chǎn)業(yè)升級帶來的電磁屏蔽難題。

高功耗是目前5G手機設(shè)計中難以避免的困窘，如此一來，電池續(xù)航方面的問題就會更加凸顯。

新材料突破瓶頸難除

鋰電池最早于1991年商用，之后成為電子設(shè)備的標配。從功能手機時代到智能手機時代，鋰電池的地位一直穩(wěn)固，而5G手機時代將近，鋰電池或仍擔重任。

不過，新材料、新技術(shù)仍然是手機電池產(chǎn)業(yè)的重要探索方向。

以石墨烯材料為例，有著高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、高強度和剛度等諸多優(yōu)良特性，在儲能、光電器件、化學(xué)催化等諸多領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，也是目前高性能電池突破的關(guān)鍵性材料。

目前，中日韓美均有眾多企業(yè)選擇在石墨烯電池上進行技術(shù)攻關(guān)(見表7：石墨烯電池主要廠商一覽)，也印證了石墨烯電池將是未來電池產(chǎn)業(yè)上的制高點。無論是哪家成功將石墨烯材質(zhì)電池投入量產(chǎn)并且封鎖相關(guān)專利，這都會給產(chǎn)業(yè)鏈上下游造成相關(guān)的專利壁壘，同時會給企業(yè)營收和全球地位提升帶來巨大的幫助。

但是，也有業(yè)內(nèi)人士指出，石墨烯表面特性受化學(xué)狀態(tài)影響巨大，批次穩(wěn)定性、循環(huán)壽命等問題也比較突出。目前，因為量產(chǎn)和成本問題，石墨烯電池無法在短期內(nèi)徹底取代鋰電池，所以也只能從技術(shù)上對鋰電池進行補充完善。

基于上述設(shè)計要點的分析，我們對于5G手機的變革創(chuàng)新、市場規(guī)模、價格走勢、渠道和格局做出基本的判斷。

1、5G手機設(shè)計在變革中創(chuàng)新

毫無疑問，5G手機正在帶來手機的全新變革，改變手機設(shè)計的諸多模式。

在芯片方面，捆綁式5G芯片僅是權(quán)宜之計，未來基帶芯片集成到SoC上還是大趨勢；配套的天線環(huán)節(jié)，5G手機天線個數(shù)面臨增加而不是替代，毫米波天線擺放則更復(fù)雜，需要考慮功耗和纖薄化問題；而5G手機主流散熱技術(shù)則需升級，電磁屏蔽新材料需開發(fā)；此外，5G時代更多考慮攝像，而且是超高清視頻；在5G手機電池這一環(huán)節(jié)，材料瓶頸難除，快充技術(shù)將補材料短板；最后需要指出的是，5G融合AI將成為今后重要的趨勢。

隨著5G手機設(shè)計的創(chuàng)新，也將催生新的產(chǎn)業(yè)鏈和配套格局。5G芯片、天線、攝像頭、AI、電池等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正準備就緒，變局正來。

2、5G手機市場規(guī)模

根據(jù)預(yù)測，到2025年，5G相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)的市場規(guī)模將達到15萬億美元。中國擁有5G基站數(shù)650萬，用戶數(shù)3億個，用戶覆蓋率達58%。

而5G換機高峰期將出現(xiàn)在2020-2023年，屆時手機出貨量將恢復(fù)增長。預(yù)計國內(nèi)5G用戶滲透率將從10%提升到60%左右，5G換機潮將帶動國內(nèi)智能手機出貨量恢復(fù)增長（見圖：中國5G手機出貨量預(yù)測）。

Gartner指出，到了2020年，5G手機的年銷量將會達到6500萬部，屆時產(chǎn)業(yè)鏈滲透率將突破100%，5G將成為通信市場的主導(dǎo)技術(shù)環(huán)節(jié)（見表9：5G手機市場發(fā)展預(yù)測）。

據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，國產(chǎn)手機四大品牌華為、小米、OPPO以及vivo皆位居世界前六，其在國內(nèi)共占據(jù)約八成市場份額，而在世界范圍內(nèi)市占率為37%，目前國產(chǎn)手機成為國內(nèi)乃至全球的重要主導(dǎo)力量。因此多維度綜合看來，在4G到5G的升級迭代上，中國廠商將成5G手機主要玩家。

3、5G手機價格走勢預(yù)測

首批5G手機將于2019年6月發(fā)布，價格將超過10000元，首批發(fā)布5G手機的品牌將有9家，分別是華為、OPPO、vivo、小米、一加、中興、努比亞、聯(lián)想和三星。

隨著用戶補貼等措施的推進，2020年初價格將回落至5000~6000元。到2020年9月，蘋果將發(fā)布5G手機加入戰(zhàn)局，國內(nèi)5G手機價格繼續(xù)回落至2000元上下（見圖：5G手機價格走勢預(yù)測）。

千元5G手機將是5G普及的重要標志，按照4G時代的手機價格節(jié)奏，預(yù)計2022年5G千元手機將在市場中出現(xiàn)，而2023-2024年，5G手機的紅利周期基本殆盡，市場中1000元以下的5G手機將普遍存在。