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<白話文詳解 5G 產業,有哪些投資機會?> <未來的市場,3D 感測產業介紹> 兩篇報告,提到射頻元件(RF)及 VCSEL 受惠於 5G 及 3D 感測趨勢,將是未來幾年快速成長的產業。而兩者都必須使用氮化鎵(GaN)或砷化鎵晶圓(GaAs)進行製造,因此今天要來介紹台灣一家專門的化合物晶圓代工廠:宏捷科(櫃:8086)。看完這篇報告,你將會了解以下幾件事: 

  1. 半導體材料的發展,砷化鎵產業鏈概況及展望
  2. 淺談第三代半導體氮化鎵未來成長潛力
  3. 宏捷科:客戶從依賴 IDM 到轉型 Design House 
  4. 從 Wi-Fi 6、智慧型手機供需分析宏捷科未來營運
  5. 宏捷科 2021/22 年財務預測及估值

 

公司簡介

宏捷科技(AWSC)成立於 1988 年,主要從事砷化鎵晶圓的代工製造,其生產據點位於台南科學園區。公司目前製程皆為 6 吋(製程佔比為 HBT 70%、pHEMT 20%)。產品應用以 Wi-Fi 及智慧型手機 RF 元件(主要為 PA(放大器),另也有 Switch(交換器) 及 LNA(低雜訊放大器))及 3D 感測元件 VCSEL 為主,終端應用佔比為 Wi-Fi 50-60%、智慧型手機 30-40%、3D 感測 5-10%,客戶則包括美國 Skyworks 及台灣的立積(市:4968)、中國的 RDA、Vanchip、Lansus 等半導體公司。



第一代到第三代,半導體材料的發展簡史

目前半導體材料共經歷三個發展階段,分別是第一代半導體的矽(Si)、鍺(Ge),第二代的砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP),以及第三代的碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)。

雖然用數字來區分,但並無後代優於前代的說法,而是分別代表了人類世界三次產業的變革,第一代的矽主要應用在 CPU、GPU、記憶體等需要高度運算的邏輯元件,代表了 20 世紀中集成電路(IC)時代的到來,最具代表性的例子就是電腦的出現。

第二代半導體則應用在 RF 元件、光通訊、衛星、GPS、光電(LED、雷射) 等功率、通信及發光元件,代表了 20 世紀末移動通信和網際網路的快速發展。

而近期的第三代半導體碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)則主要應用在高頻通信、快充、電動車零件、充電樁等,宣示了 21 世紀初 5G、電動車產業的興起。

若以發展成熟度來看,第一代的矽是應用最廣且最久的材料,發展也最成熟,而第二代的砷化鎵發展也已成熟,然因過往應用都較小眾且用量也不大,因此產業規模較小,而第三代的碳化矽、氮化鎵則剛開始發展不久,目前整體技術都尚未成熟。

Source:自行整理

大致瞭解半導體材料的發展後,再來就要開始介紹這次的重點:第二、三代的砷化鎵及氮化鎵,如果讀者對矽晶圓產業有興趣,也可以參考富果 <矽晶圓> 系列的報告。

 

砷化鎵產業已成熟,然近期在商用市場需求大增下供不應求

砷化鎵(GaAs)由元素週期表中的 5A 族砷(As)及 3A 族鎵(Ga)組成,是一種化合物半導體,也被稱為三五族半導體。由於分子鍵結及一些物理化學的特性,砷化鎵比矽具有更高功率、耐高溫等優勢,因此非常適合用在像是 RF 元件、光通訊、光電、GPS、衛星等要求高功率卻不需複雜運算的應用。

如果白話比喻,矽生產的產品(CPU、GPU、記憶體等邏輯 IC)就像人的大腦,有記憶、能思考、可運算,砷化鎵的(通訊元件)則像神經,負責傳送大腦的訊息,如果沒有通訊元件,我們就無法發送任何訊號。

而砷化鎵的技術早已非常成熟,只是過往都是以國防、光通訊等小眾客製化產品為主,整體用量並不大。但近期因 5G 智慧型手機、Wi-Fi 6 等對 RF 元件的需求大增,再加上 Face ID、3D 感測鏡頭、自駕車對於 VCSEL 元件的需求也越來越高,在商用市場需求爆發,供給方產量還未拉起下,才促使了近期砷化鎵產業嚴重的供不應求。

 

砷化鎵產業概況:製造難度不高,目前仍由 IDM 掌握產業節奏

砷化鎵和矽晶圓的製程一樣,都需經歷晶圓基板、磊晶製造、IC 設計、IC 製造以及封測等程序,不同之處在於矽晶圓的終端產品 CPU、GPU、DRAM 因講求運算效能,需追求先進製程(例如台積電、三星的 7 奈米、5 奈米),而砷化鎵終端則大多為 RF 或發光元件(VCSEL、LED)等講求功率放大及穩定,但不需要大量運算的應用上,因此通常都是使用微米級的成熟製程,在製造難度上並不如先進製程高。

除了製程不難外,前面提到砷化鎵過往需求不大,由 IDM 直接一條龍設計並生產是較有效率的方法,因此砷化鎵產業一直以來都由歐美的 IDM 廠商主導 ,以 Skyworks、Qorvo、Boardcom 為首的 IDM 就佔了整體市場 65% 以上的份額。

Source:Strategy Analytics

 

砷化鎵磊晶由於技術困難為寡占市場

不過產品製程雖不難,磊晶的生長卻很複雜,所謂磊晶就是在晶圓上依照產品需求生長一層特殊材質的單晶薄膜,由於砷化鎵本身就是由不同元素組成,在上面又要生長不同材質的材料,且通常磊晶好壞就直接決定了產品的品質,因此在溫度、壓力、流量、轉速及晶格匹配度都需精準掌握,缺一不可,整體難度非常高。

因此磊晶就成了一個獨立產業,廠商需先分別從晶圓廠拿到晶圓,及從 IC 設計廠拿到產品設計後,才能將磊晶依客戶需求生長在上面,再交付給中下游的製造商做成產品。

由於技術難度高,砷化鎵磊晶產業也為寡占市場,英國的 IQE 及台灣的全新光電(市:2455)合計市占率就高達快 80%,進入門檻極高。

Source:Strategy Analytics

 
砷化鎵代工市場因 IDM 外放產能及中國去美化未來將快速成長

雖然砷化鎵代工市場總規模佔整體砷化鎵製造市場不到 10%(目前還是掌握在 IDM 手中),但台灣的穩懋(櫃:3015)、宏捷科及環宇(櫃:4991)三大廠商就掌握了代工市場中的 90%。

此外,砷化鎵產業在近兩年發生了本質上的改變,由於商用市場需求的急遽大增,IDM 在成本考量下,逐漸加大外放產能給代工廠,此外,中美貿易戰使中國加快去美化的腳步,大量轉單給亞洲 Design House 或自行研發,也都加大了對砷化鎵代工的需求。

因此,預計未來化合物半導體將有望複製矽產業模式,專業代工將越來越成熟。

Source:Strategy Analytics

 

砷化鎵代工廠的下一步:第三代半導體氮化鎵

第三代半導體氮化鎵(GaN)和砷化鎵同為三五族半導體,但除了擁有能承受高頻率、耐高溫的優點外,還能承受更高的電壓,因此又和碳化矽(SiC)一起被稱為寬能隙半導體。簡單來說,氮化鎵和碳化矽分別就是砷化鎵和矽的加強版。

因為耐高壓的特性,氮化鎵適合用在高頻基地台 PA、快充、充電樁及電動車等領域,目前市面上已可看到多款氮化鎵快充器亮相(例如小米的 65W GaN 快充器),且因體積能做的更小(功率更高,可以減少被動元件的用量),預計未來也將被應用在智慧型手機內的 PA 。根據研調機構 Yole 預估,採用氮化鎵的功率元件市場將從 2020 年的 0.5 億美元成長至 2025 年的 7 億美元,五年 CAGR 達 69.5%,未來成長潛力非常大。

Source:Digitimes Research

 

氮化鎵與砷化鎵部分製程重疊,未來材料的穩定取得將成競爭關鍵

根據宏捷科總經理黃國鈞表示,氮化鎵和砷化鎵因組成及部分應用相近,約有 60% 製程可延用砷化鎵的 pHMET 製程,因此砷化鎵製造公司將能比其他新進者更快掌握相關技術,在砷化鎵產業競爭已漸趨飽和的情況下,氮化鎵就成了這些製造商下一個兵家必爭之地。

然而氮化鎵因成本高,難以量產,目前大多都是 GaN on Si 或 GaN on SiC ,以磊晶的方式生長矽或碳化矽的基板上,而不像砷化鎵直接是 GaAs on GaAs。

其中 GaN on Si 的效能最差,但成本低容易量產,是目前最普遍的方法,而 GaN on SiC 雖品質及效能都較好,但缺點仍是成本高及材料難以取得,目前約 60% 以上的碳化矽技術都掌握在美國的 Cree 手中。以現階段來看,GaN on Si 及 GaN on SiC 最大都可做到 6 吋,但後者能量產的公司並不多。

為了搶佔這個戰場,相關製造商都已加速佈局,但由於材料成本高及取得困難,未來能穩定掌握材料的廠商才有可能取得較大的優勢。

 

中美晶參與宏捷科私募,有望加速氮化鎵佈局

為了確保未來材料端穩定,宏捷科在 2020/8 月私募發行 4,500 萬股普通股給中美晶(櫃:5483),除了募得約 35 億元新台幣(以下同)資金外,也使中美晶成為其最大股東,持有 22.53% 股份。(將有三年閉鎖期)

透過此次私募案,宏捷科將能與中美晶旗下,同時也是全球第二大矽晶圓製造商的環球晶(櫃:6488)共同進行氮化鎵、碳化矽的研發。雖然仍在發展階段,且預計到 2022 年才能量產 GaN on Si,但以宏捷科在砷化鎵製造的經驗搭配環球晶對矽晶圓的相關技術,預計將可加大宏捷科的競爭能力。

此外,宏捷科過去股權較為分散,前十大股東個別持股比也一直在 5% 以下,透過這次私募也讓公司股權變得更集中穩定。

 

產業已拉起進入門檻,宏捷科未來成長將有望高於產業平均

晶圓代工以高資本支出拉高進入門檻,而根據穩懋、宏捷科釋出的計畫,兩者 2021 年的資本支出都將較去年大增約 3-4 倍,隨著金額規模的拉大,已逐漸拉起產業的進入門檻。

而穩懋目前雖然在規模、技術、營收等各方面都大幅領先宏捷科,但宏捷科在與中美晶結盟後,未來氮化鎵技術的優勢將逐漸顯現,再加上宏捷科本身規模較小、未來成長基期也將較低,我們認為宏捷科未來幾年將享有較產業平均更高的成長率。

Source:自行整理

 

宏捷科加大去美化,整體體質持續轉佳

回到宏捷科本身分析,公司客戶分為 IDM 及 Design House,前者以美國 RF 元件大廠 Skyworks 為主,但這種模式通常是 IDM 本身產能不夠才會外放訂單,也造成宏捷科過去獲利的波動較大。

但宏捷科近年也極力轉型,而中國的去美化則給了公司一個即時助攻,目前 Skyworks 的營收佔比已從 2017 年 70% 降至 2020 年的 10-12%,立積、RDA、Vanchip、Lansus 等台灣、中國 Design House 佔比則從原本不到 30% 大幅拉高至 60-80%,整體客戶結構的轉佳,也反映在公司近幾年獲利的穩定成長。

最後,讓我們從供需角度來分析宏捷科未來兩年的營運狀況及其投資價值。

Source:宏捷科、自行整理

 

從供需角度預估宏捷科未來展望

目前宏捷科的產品為 Wi-Fi 佔 50-60%、智慧型手機 RF 元件 30-40% 及 VCSEL 5-10%。因此,我們可以從 Wi-Fi、智慧型手機的未來展望推估宏捷科營運狀況。

 

WiFi-6

Wi-Fi 在時隔 6 年後,推出了新一代規格  Wi-Fi 6, 除了速度更快外,也可同時連接更多設備。因此在 IoT 浪潮以及 Wi-Fi 6 換機潮的驅動下, Wi-Fi 6 相關產品的出貨量(包含支援 Wi-Fi 6 的 5G 手機、基地台、路由器、交換器等)也將強勁成長,根據研調機構 Strategy Analytics 統計,Wi-Fi 6 產品出貨量 CAGR 將在 2020-24 年達 57.8%,滲透率也將從 2020 年 16.6% 上升至 2021 年 81.0%,整體成長非常強勁。

Source:Richwave

 

宏捷科 Wi-Fi 業務大多來自立積,約佔其營收比例 45-50%,而從立積近期釋出的消息看,目前缺貨的原因主要在於砷化鎵製造商的產能不夠,因此可推估,宏捷科 2021 年的新增產能將有望被填滿,維持幾近滿載的產能利用率。



智慧型手機

智慧型手機未來有望在 5G 換機潮的帶動下重返成長,根據 TrendForce 預估,2021 年全球智慧型手機出貨量可達 13.6 億台 ,YoY+9%,其中 5G 手機的出貨量達 5 億台,YoY+100%,滲透率達 37%。

一般而言,5G 手機的 PA 使用量將從 4G 的 5-7 顆增加到 10-14 顆,推算 2021 年手機的 PA 平均出貨量就可成長約 25%。

此外,高階旗艦機也開始將 3D 感測鏡頭從原本的 Face ID 拓展應用到後鏡頭,例如 iPhone 12、華為 P40  的 ToF 後鏡頭,預計未來小米等廠商之旗鑑機也將跟進,可望進一步推升 VCSEL 的需求量。

因此, 隨 5G 換機潮的帶動,未來 PA 及 VCSEL 的需求也將持續增加。

 

宏捷科 2021/22 年財務預估

 

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Min Lin
Author

Fugle 富果投資研究員 / 台大財金系畢業 / Min 的投資說書小棧版主
台大、師大、政大、清大、成大等各校課程講師
私募基金、商業銀行工作經驗
持有高級證券商業務員、投信投顧業務員等證照
堅信價值投資,並從產業及財報分析出投資機會
一個愛投資同時熱愛歷史的自我實現者