蘋果iPhone X、iPhone 8和iPhone 8 Plus三款新品,均配備了無線充電功能,利用Qi無線技術,可實現最高可達7.5瓦的充電功率。三星從蓋樂世Galaxy S6起全面推廣無線充電,之后的Galaxy S/edge、Galaxy Note智能手機都整合了無線充電功能。2017年底金立發布的M7Plus加入了無線快速充電功能,充電功率高達10W。我們預計小米、華為、VIVO、OPPO等國產品牌手機將緊跟蘋果創新步伐,陸續在下一代旗艦機中加入無線充電功能。
四大催化劑共同推進,無線充電迎來拐點:
手機等消費電子無線充電場景已經形成,無線充電標準逐漸融合以及無線充電技術逐漸成熟,三星蘋果旗艦機相繼推出無線充電功能,這四大因素將共同催化手機無線充電行業迎來拐點。據IHS預測,2017年將有3.25億無線充電產品,全球無線充電市場規模將從2015年的17億美元增長至2024年的150億美元,年復合增長率達到27%。
產業鏈逐漸成熟分工明確,線圈方案成主流:
無線充電包括發射端還是接收端,產業鏈主要包括方案設計、電源芯片、磁性材料、傳輸線圈、模組制造等幾個環節。方案設計環節通常由終端廠商提需求,方案廠做設計,難度很高。芯片環節是指電源管理芯片,對芯片的設計和制造都有很高的要求。磁性材料一方面可以增加磁通量,另一方面可以實現磁屏蔽,目前常用的磁性材料有鐵氧體、納米晶等。傳輸線圈需要內置在終端中,對低損耗和輕薄化有較高的要求,隨著iPhone從FPC轉換成密繞線圈,預計線圈方案將成主流。模組制造難度較低,但對輕薄化、小型化有較高要求。
國內多家廠商切入線圈、磁性材料和模組:
在方案設計環節,目前以多家海外廠商為主,難度很高,國內的信維通信在消費電子無線充電領域具有較強實力。在電源管理芯片方面,以高通、TI、英特爾、IDT等海外巨頭為主。在磁性材料方面,日本的TDK、村田、太陽誘電等廠商實力較強,國內的橫店東磁也具有很強的實力。在傳輸線圈環節,國內的立訊精密、信維通信、碩貝德均有很強競爭力,而東山精密則在新型FPC領域具有優勢。在模組環節,國內的立訊精密、信維通信等均具備量產能力。此外,田中精機可供應無線充電線圈繞線設備,東尼電子可供應無線充電線圈的銅線。
1、 品牌廠商前仆后繼,無線充電大勢所趨
1.1、 蘋果8/X支持無線充電,國產品牌迅速跟進
2017年9月13日蘋果發布的最新一代iPhone共包括iPhone X、iPhone 8和iPhone 8 Plus三款新品,均配備了無線充電功能,利用Qi無線技術,可實現最高可達7.5瓦的充電功率。不僅三款iPhone和Apple Watch可以無線充電,AirPods同樣也具備了無線充電功能。Belkin 和 Mophie 也專為 iPhone全新開發了兩款無線充電器。
此外,蘋果官方發布了全新的 Air Power 充電枕,將于2018年上市。Air Power 充電枕同時可為最多三部兼容設備充電,比如最新款的 iPhone、Apple Watch 和 Air Pods,并且充電時不需要對準固定位置,只要將它們隨意放在充電枕表面的任意位置就好。
其實,無線充電最先被市場重點關注始于 2014 年 9 月蘋果發布的新品 Apple Watch,它采用 MagSafe 磁吸方式無線充電,用戶只需要將手表底部與充電底座相吸就可以實現充電,手表上不會出現數據接口。自此,為了省去難看的充電孔,減少進水或塵土的機會,無線充電基本成為可穿戴設備的標配。
三星是智能手機應用無線充電的代表,三星從蓋樂世Galaxy S6起全面推廣無線充電,之后的Galaxy S/edge、Galaxy Note智能手機都整合了無線充電功能,成為三星智能手機的重要看點。三星全新系列的顯示器產品(SE370),在其底座上整合了手機無線充電模塊。此外,索尼Xperia Z4v、谷歌Nexus 6、摩托羅拉Droid Turbo、諾基亞Lumia 930、YotaPhone 2、OPPO Find 9均采用了無線充電功能。
隨著蘋果三星手機支持無線充電,將進一步催化無線充電在手機的應用,主流手機廠商將迅速跟進。2017年11月26日晚,金立發布的M7Plus加入了無線快速充電功能,充電功率高達10W。
此外,我們預計小米、華為、VIVO、OPPO等國產品牌手機將緊跟蘋果創新步伐,陸續在下一代旗艦機中加入無線充電功能。根據無線充電研究院報道,2018年即將發布的華為P11、小米7將配備無線充電功能。
1.2、 四大催化劑共同推進,無線充電行業迎來拐點
除了蘋果三星引領潮流外,手機等消費電子無線充電場景已經形成,無線充電標準逐漸融合以及無線充電技術逐漸成熟,這四大因素將共同催化手機無線充電行業迎來拐點。
手機等消費電子無線充電場景已經形成。除了宜家的臺燈底座、星巴克的吧臺、全家便利店可為手機無線充電,據AppleInsider報道,2017年底蘋果新發布了一份支持文檔,列出了提供有兼容iPhone 8的無線充電器的汽車品牌,包括奧迪、寶馬、克萊斯勒、福特、本田、梅賽德斯-奔馳、標致雪鐵龍、豐田、大眾和沃爾沃等。此外,蔚來汽車最新發布的ES8也搭載了WPC Qi無線充電功能,可為蘋果、三星等旗艦機型進行充電。
無線充電標準逐漸融合,從三足鼎立到兩強格局。目前市場上主流無線充電路線有電磁感應方式、磁共振方式、無線電波方式、電磁耦合方式等,最常用的是電磁感應方式和磁共振方式。當前手機上應用最多的是磁感應和磁共振,但微波方式可能是面向未來世界的無線充電方式。
WPC和AirFuel,已構成無線充電標準的兩強格局。無線充電技術經過多年的發展,形成了三大標準組織,分別是A4WP,PMA以及WPC。WPC推出的Qi標準于2008年成立,是行業內成立最早,用戶和會員數是最多的組織,處于商用化的領跑地位。PMA和A4WP均是2012年成立的,處于相對落后地位。在三大陣營中,A4WP采用磁共振技術,WPC和PMA采用磁感應技術。WPC使用的電磁波頻率是100-205kHz,而PMA則使用頻率為277-357kHz的電磁波。
2015年,A4WP與PMA在宣布合并,并更名為AirFuel聯盟,聯手力拼無線充電市場。至此,無線充電標準之爭也從三足鼎立(WPC、A4WP、PMA)格局演變為兩強爭霸態勢(WPC、AirFuel)。
WPC聯盟的Qi標準需要一個充電板,然后需要對準才能充電。從用戶體驗來看,對準和插線是差不多的。以高通和Intel為首的AirFuel聯盟推出的標準希望在一個大平面上都可以充電,但是技術很不成熟,現在還沒有產品采用,WPC聯盟為目前主流的技術方向,未來可能改進成AirFuel聯盟所倡導的自由位置的技術特點。現在WPC聯盟的規模大,同時2017年2月份,蘋果加入WPC聯盟,帶動很多產品向WPC戰隊靠攏,包括奧迪,寶馬等車上的應用,家居產品的應用。
效率、功率、發熱、超薄等技術問題逐漸攻克。目前,Ti、IDT、松下推出成型的方案,充電電流可達800mA,配上合適的感應線圈效率可達70%以上。多模化在不改變兩大標準的情況下降低了產業化門檻。高通、英特爾、聯發科等處理器大廠,德州儀器、博通、IDT等獨立晶片廠,以及致伸、十銓等模組廠,都在推廣兼容磁感應與磁共振接收器的多模無線充電系統單晶片(SoC),期待搶占無線充電市場商機。
大功率化減少了充電時間,提高了用戶體驗。現有的多模化芯片已經支持最大輸出功率超過7W,而Qi標準已實現了從5W到9W再到15W的不斷突破。目前,三星S8支持的是9W無線充電,蘋果新機支持的是7.5W充電,以及未來表無線充電功率將會進一步提高。
此外,優質的隔磁片可以有效隔磁、防止渦流產生,減小發熱問題;超薄線圈、柔性鐵氧體、FPC的應用可進一步降低無線充電模組的厚度。
預計到2024年,無線充電市場規模達150億美元。據IHS數據,2016年全球無線充電接收端產品出貨超過2億件,其中與智能手機相關的接收端出貨超過1.6億件,超過8000萬件無線充電發射端與其配售。預計2017年將有3.25億無線充電產品,其中智能手機約有3億,而其無線充電功能都用到了Qi技術。另外,發射端約有0.75億規模。預計到2020年,無線充電接收端出貨量將突破10億件,發射端在2021年也將達約5億件的規模。根據IHS的預測,全球無線充電市場規模將從2015年的17億美元增長至2024年的150億美元,年復合增長率達到27%。
2、 產業鏈逐漸成熟,國內廠商切入線圈磁材模組
無線充電分為發射端和接收端,發射端包括芯片、振蕩器、功率放大器、線圈、PCB、被動器件、電子變壓器、結構件等。接收端又可以分成芯片和模組兩個大部分。
無線充電產業鏈主要包括方案設計、電源芯片、磁性材料、傳輸線圈、模組制造。電源芯片、磁性材料以及傳輸線圈是整個無線充電產品最為關鍵的三大零部件,不管是技術含量還是產品附加值都相對較高。而相比之下,模組制造環節的技術含量相對較低,與其他電子零部件的制造工藝相差不大,國內廠商在這一環節向來具有優勢,能夠快速切入。
無線充電產業主要的利潤中心是方案設計公司和電源管理芯片廠商。其中方案設計公司利潤占比達到了32%,電源管理芯片公司利潤占比達到了28%,磁性材料公司利潤占比達到了20%,傳輸線圈公司利潤占比為14%,而模組制造廠商的利潤占比只有6%。如果以發射端和接收端來計算的話,那么利潤則主要在于發射端,發射端的利潤占比超過60%,而接收端利潤占比只有30%左右。
2.1、 芯片:多模化發展,國外廠商壟斷
電源芯片主要包含發射端Tx和接收端Rx芯片,Tx負責將輸入電源按照特定頻段的無線電信號(Qi、PMA、A4WP均規定了不同的頻段)發送給對方,Rx負責將無線電信號轉換為電能,從而完成充電過程。
目前IDT已經能夠提供Qi、PMA、雙模(Qi+PMA)和Airfuel等多種標準的解決方案;TI最初主要是基于Qi標準,目前已經支持Qi1.2標準,同時也提供WPC協議的發射端和接收端以及PMA的接收端方案;MTK則針對WPC的Qi標準和Airfuel的Rezence標準都有相應的解決方案。
無論是接收端還是發射端,芯片市場主要是被國外芯片廠商所壟斷,如高通、博通、TI、IDT、NXP還有***的MTK等,如三星S7,其發射端控制芯片采用的是IDTP9035A芯片,而接收端則是采用IDTP9221芯片。根據充電頭網報道,預計小米、華為也將采用IDT無線充電方案。iPhone 8無線充電發射端的芯片則是由TI公司提供。值得一提的是,在接收端,高通、MTK等處理器廠商的芯片是集成在處理器中,而IDT、NXP、TI、博通等主要是作為一顆單獨的芯片。iPhone X、iPhone 8和iPhone 8 Plus的接收端芯片由博通供應。
2.2、 充電線圈:發射端單線圈到多線圈,接收端FPC到密繞
無線充電的接收端和發射端都需要充電線圈,接收端對體積要求更明顯,發射端對功率和散熱考慮更多。接收端線圈分為FPC和銅線繞線圈,其中FPC相對更薄、尺寸更小,但是功率低,而銅線繞線方案產品尺寸則要大一些,不過其可以實現更高的功率,充電效率也更高。
發射端線圈層數有單層和多層之分,線圈又有單線圈和多線圈之分,而磁體主要有軟磁體和永磁體兩種。通過是采用磁吸的方案提高對準精度,再通過增大線全尺寸和數量來提高無線充電的覆蓋范圍。
三星S8接收端采用的是FPC+線圈方案,發射端采用銅線繞線方案。三星發射端從最初三星S6 5W升級到Note5 9W,再將單線圈設計升級到S7雙線圈9W設計,直到最新發布的S8再次功能升級到三線圈設計,實現可折疊式無線充電板設計,使得消費者無線充電體驗更加便利。
蘋果iPhone 8/X無線充電接收端采用的是FPC+線圈的方案。蘋果即將推出的Air Power 充電枕,可支持多個設備充電,推測內部應該有多個線圈組成,這些線圈籠蓋了充電座的大部門區域。2018年蘋果的下一代iPhone無線充電接收端預計將采用線圈方案。
無線充電傳輸線圈的設計和制造與無線充電效率密切相關,線圈的設計需要上下游的密切配合,并且具有很高的客戶定制化特征。主要的進入壁壘在于廠商的精密加工水平以及與上下游的銜接能力。
線圈做的好的國外企業有TDK、MURATA(村田)、松下等,國內企業的代表有立訊精密、信維通信、順絡電子等。此外,線圈制造過程中需要數控繞線設備,這方面田中精機的產品具有緊密的加工水平,同時能夠滿足定制化需求。
2.3、 磁性材料:柔軟超薄鐵氧體or納米晶
無線充電器主要用到的磁性材料有:釹鐵硼永磁體、NiZn鐵氧體薄磁片、MnZn鐵氧體薄磁片、柔性鐵氧體磁片;用軟磁鐵氧體材料制作的各種隔磁片作為無線充電技術的主要部件,在無線充電設備中起增高感應磁場和屏蔽線圈干擾的作用。無線充電器對軟磁鐵氧體材料機能和產品尺寸、可靠性等要求較高,接收端對其要求更高。
按照接受端放置方式,無線充電發射端分為固定位置型、單線圈自由位置型和多線圈自由位置型,這些發射端對鐵氧體產品的要求不盡相同。
固定位置型充電器應用釹鐵硼永磁片定位,終端設備需要放在固定的位置才能進行充電和實現充電效率最大化。Qi尺度中劃定此類設計工作頻率在110kHz~205kHz。固定位置型充電器諧振頻率較高,一般采器具有損耗小、高頻磁屏蔽效果好的NiZn鐵氧體薄片作為隔磁片。
單線圈自由位置型充電設備內部的線圈帶有驅動裝置,可在平面中移動。其通過自動檢測終端設備放置位置,移動線圈至該位置,使線圈的位置與終端接收位置相一致。從而實現充電及進步充電效率,此類設計,可答應終端放在充電板上的任何位置進行充電。Qi尺度劃定此類充電器工作頻率為140kHz,因為線圈需要移動,要求隔磁片具有較高的可靠性,所以隔磁片一般應用流延工藝制作的柔性磁片。
多線圈自由位置型充電器可以同時為多部終端充電,其內部排列了多個線圈,這些線圈籠蓋了充電座的大部門區域。由此,終端可以比較自由地放置在充電座上,充電器會自動選擇幾個能高效傳輸的線圈來供電。Qi尺度劃定,多線圈自由位置型充電器工作頻率為105kHz~113kHz,隔磁片一般選器具有高Bs和低損耗特性的MnZn功率材料。
除了鐵氧體外,鐵基非晶和納米晶也可用于無線充電。MnZn鐵氧體和鐵基非晶和納米晶都可以用于發射端或者接收端,而NiZn鐵氧體只適用于接收端。鐵基非晶和納米晶的磁導率、充電效率要高于鐵氧體,而且可以做到柔軟超薄,在未來無線充電中應用潛力大。
此外,磁性材料在無線充電中還有可能充當定位功能,也就是磁吸式感應無線充電。比如Apple watch的充電頭和手表里面各有一個小磁塊,小磁鐵的目的主要是為了定位,讓充電器和手表能夠更準確的對準。
磁性材料以日本TDK、村田、Murawa、Amotech、太陽誘電等實力突出,國內橫店東磁、信維通信、順絡電子等相對較強。橫店東磁、TDK是蘋果新機無線充電功能中的鐵氧體流延片的供應商。而三星是業內首家采用納米晶作為屏蔽材料的企業,是日立和德國企業供貨。
2.4、 模組制造:發射端壁壘較低,接收端考驗設計
由于發射端(充電板)尺寸和材料不受限制,壁壘很低,能做的廠商很多。發射端模組制造的技術含量和附加值相對較低,是最容易切入的環節,立訊精密、信維通信、碩貝德、順絡電子及多家代工廠都可以完成。
在智能手機輕薄化的趨勢下,手機內部空間越來越小,零部件集成度越來越高,對手機零部件廠商的設計以及集成制造水平都提出了更高的要求。接收端模組要求體積小、集成度高,設計時要兼顧手機內部電磁兼容,還要考慮手機外殼設計,因此設計和制造難度較大。在接收端模組制造方面,立訊精密、信維通信具備集成優勢。
三星S7、S8接收端為“NFC+MST支付+無線充電”三合一無線充電模組,可同時實現無線充電和三星pay的功能,而三星pay采用的是NFC/MST兩種通訊交易技術。
3、 相關標的
手機等消費電子無線充電場景已經形成,無線充電標準逐漸融合以及無線充電技術逐漸成熟,三星蘋果旗艦機相繼推出無線充電功能,這四大因素將共同催化手機無線充電行業迎來拐點。
公司是智能手機天線龍頭,成長邏輯清晰,短期看公司基于天線的橫向深度布局,終端價值量提升明顯。手機廠商的天線設計逐漸從單天線轉變為MIMO天線甚至陣列天線,手機中天線的單機價值量將會出現明顯提升。此外,公司圍繞天線,布局射頻隔離、射頻連接、NFC無線充電模塊、音頻、濾波器等產品線,實現單機價值量提升十倍以上。與此同時,公司的產品線還積極向平板與筆記本電腦終端滲透,其價值量比手機天線提升多倍。
無線充電方面,公司切入磁性材料、傳輸線圈環節,同時發揮集成優勢與終端廠商和芯片廠商共同合作完成方案設計,并負責最終的模組制造。目前,公司已經是三星S8無線充電的供應商之一。
長期看5G,信維通信已完成從天線到射頻、從無源到有源,從材料到工藝的全產業鏈布局,這些會奠定信維通信在5G時代堅實的技術基礎,讓信維的龍頭優勢更加明顯。
公司將受益于智能手機天線單機價值量提升,在此基礎上,公司前期深度布局的射頻隔離器件、聲學、NFC、無線充電、濾波器等業務將會不斷開花結果。
3.2、 立訊精密:連接器龍頭,無線充電具有先發優勢
立訊精密是一家技術導向公司,公司專注于連接線、連接器的研發、生產和銷售,產品主要應用于3C(計算機、通訊、消費電子)和汽車、醫療等領域。
公司核心產品電腦連接器已樹立了優勢地位,臺式電腦連接器覆蓋全球20%以上的臺式電腦,并快速擴大筆記本電腦連接器的生產,同時公司正逐步進入汽車連接器、通訊連接器和高端消費電子連接器領域,拓展新的產品市場,確立了自身的競爭優勢。
公司早在2015年便開始量產無線充電產品,具有先發優勢。隨著無線充電在智能手機行業中滲透率不斷提升,我們預計無線充電業務將給公司帶來較大的業績增量。
3.3、 順絡電子:片式電感龍頭,充電線圈優勢顯著
順絡電子是國內最大的片式電感生產企業,產品線主打疊層片式電感器、繞線片式電感器。通過系列布局,公司正在由過去簡單的電子元件供應商逐漸轉變為提供更高集成度的整體方案供應商。公司產品線拓展至壓敏電阻器、LTCC 產品、電子變壓器、NFC 磁片、無線充電線圈組件等方面,廣泛應用于通訊、消費類電子、計算機、LED 照明、安防、智能電網、醫療設備以及汽車電子等領域。
片式電感業務行業競爭環境優越,增長動力由下游產品的放量增長轉換為下游單機電感應用數量和價值量的雙擊上升以及新下游領域的開發。公司借力電子元器件國產化替代趨勢,不斷擴充產能,市占率持續提升。
汽車電子進展非常順利,這是未來幾年的重要增長點。公司的電子變壓器已經拿到博世、法雷奧、沃特瑪的訂單,2017下半年開始供貨。
無線充電是公司潛在的爆發點,公司提前布局,在傳輸線圈細分領域做好了充足的準備。公司重點開發超薄無線充電線圈,順絡在線圈方案的優勢非常明顯,可廣泛應用于智能穿戴、手機等領域,預計2018年將開始給國產品牌供貨。
公司作為片式電感龍頭,不斷拓展產品線,汽車電子變壓器進展順利,布局無線充電線圈。
3.4、 田中精機:無線充電線圈自動繞線設備商
公司是以數控自動化繞線設備為主的自動化系統集成方案提供商,直接對應的下游是電感等電子元件制造。2016年底,公司通過現金支付的方式并購國內一線精雕機廠商遠洋翔瑞,拓展消費電子設備業務。
遠洋翔瑞的精雕機產品性能及3D玻璃熱彎技術均領先于行業標準。受益于雙面玻璃和3D玻璃趨勢下玻璃廠商的擴產,公司精雕機銷量有望進一步增加。遠洋翔瑞已完成了3D玻璃熱彎機的研發,并達到量產要求,目前已經獲得銷售訂單,隨著下游3D玻璃在智能手機上逐漸成為主流,熱彎機有望成為下一重要業績增長點。
自動繞線設備是公司一直深耕的領域,目前公司已經完成了新一代手機無線充電線圈生產設備的研發和試生產,即將批量投入市場。隨著無線充電在智能手機行業的普及推廣,公司憑借著在數控繞線設備領域的深厚積累有望率先受益。
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原文標題:詳解無線充電產業鏈
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