[原創] 不止PA，這更是制約國產射頻前端發展的命門|半導體行業觀察

近來本站一系列的射頻文章報道讓我們深刻地認識到，國產廠商在射頻前端，尤其是高端PA的缺失，讓我們在即將到來的5G競爭中「受制於人」。但其實在射頻前端的另一個重要部件，我們面臨的競爭環境更加嚴峻，最壞的情況就是對著百億美金市場，看著別人數錢。這個重要產品就是濾波器。當中尤其以智能手機所佔的市場份額最大。

2017年全球濾波器市場分布預估（source：: Mobile Experts 2016）

根據Skyworks 的預測，到 2022 年，手機射頻前端模塊和組件市場規模將達到 227 億美元相比於2016年的101億美元有明顯的增長，當中尤以濾波器所佔的份額最大。Skyworks表示，示波器未來幾年的年複合增長率為21%，將從2016年的52億美元增長到2020年的163億美元。

射頻市場及其預測（source：skyworks）

什麼是濾波器

在分析這個市場之前，我們先介紹一下什麼是濾波器。據Qorvo的《射頻濾波器技術》介紹，濾波器是一種移除信號中不需要的頻率分量，同時保留需要的頻率分量的電子元器件。按照接收或抑制信號的不同方式，濾波器基本分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻（帶拒）濾波器四種。

濾波器的基本類型（source：Qorvo）

根據應用的不同，濾波器可以從尺寸、成本和性能上做考慮，分為很多類型，當中包括但不限於：

（1）分立式電感電容型 (LC) 濾波器， 屬於低成本結構，性能和尺寸中等。電感電容元件有時被封裝為襯底印製結構，稱為「集成化無源器件」。

（2） 多層陶瓷濾波器， 屬於中低成本濾波器，性能與電感電容型濾波器相似。其腳印通常合理，但厚度卻成為問題，這是因為移動設備重視更加輕薄的封裝尺寸。

（3）單體式陶瓷濾波器， 性能高於多層陶瓷濾波器，但成本也較高。此外，這種濾波器體積更大，因此通常不適合移動應用。

（4）聲學濾波器， 能夠同時滿足高低頻率要求（最高 6 GHz），體積小，為滿足複雜的濾波器需求提供了最佳性能與最優成本。聲學濾波器是移動設備上最為常用的濾波器構造。

（5）空腔濾波器， 僅限基礎設施應用。這種濾波器可在合理成本下達到良好性能，但體積較大。

因為濾波器的這種過濾特性，使得他們經過設計之後，滿足多種的需求，也讓它成為射頻設備的必備元器件。尤其是在移動設備領域，濾波器的數量和質量需求漸增。Qorvo表示，雖然在一台智能手機上支持全世界的頻帶不現實，但作為一台功能豐富的國際通用手機，可能需要過濾最多 15 個頻帶上的 2G、 3G 和 4G 收發通路，此外還有 Wi-Fi、藍牙和全球導航衛星系統 (GNSS)。這樣一部手機可能需要最多 30 至 40 個濾波器。下一代智能手機可能需要更多濾波器，因此事情可能變得越發複雜。這樣就帶來可見的濾波器市場增長。

智能手機內部集成濾波器的個數（source：Linley Group）

在智能手機射頻前端領域，濾波器主要以SAW（聲表面波）濾波器和BAW（體聲波）濾波器。

SAW（ Surface acoustic wave）是一種沿物體表面傳播的彈性波，SAW濾波器的主要特點是設計靈活性大、模擬/數字兼容、群延遲時間偏差和頻率選擇性優良（可選頻率範圍為10MHz～3GHz）、輸入輸出阻抗誤差小、傳輸損耗小、抗電磁干擾（EMI）性能好、可靠性高、製作的器件體小量輕，其體積、重量分別是陶瓷介質濾波器的1/40和1/30左右，且能實現多種複雜的功能。這就使它們適應了現代通信系統設備及攜帶型電話輕薄短小化和高頻化、數字化、高性能、高可靠等方面的要求。

這種種優勢也讓SAW濾波器在移動通信系統的應用中獨佔鰲頭，這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器所望塵莫及的。從20世紀90年代以來的手機發展超，掀起了SAW器件的第二次應用高潮。

基本的聲表面波濾波器（source：Qorvo）

但聲表面波也有其局限性。聲表面波的一個主要優勢是能夠極好地滿足最高 1.9 GHz 標準濾波器應用，包括 GSM、CDMA 和 3G 等標準頻帶，以及部分 4G 頻帶。我們看到在頻率高於大約 1 GHz 時，這種濾波器的選擇度下降；在頻率達到大約 2.5 GHz 時，聲表面波僅限於中等性能需求的應用，那就催生了BAW。

BAW （ bulk acoustic wave）濾波器是體聲波濾波器，採用薄膜腔聲波諧振器（ FBAR）技術，原理基本同 SAW，使用石英晶體作為基板，貼嵌於石英基板頂、底兩側的金屬對聲波實施激勵， 使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。與 SAW 不同的是聲信號在介質內部傳輸，故體積可以做的更小（介質的介電常數大於空氣）。

基本的體聲波濾波器（source：Qorvo）

通過使用體聲波技術，能夠開發邊緣斜率極高和抑制能力優秀的窄帶濾波器。這使得體聲波成為解決許多干涉難題的首選技術。體聲波這些優勢的工作頻率約 1.5 GHz，使其與聲表面波技術的互補（後者在較低頻率下更為有效）。體聲波可以處理的頻率高達 6 GHz，在頻率高於 1.9 GHz 的新型 LTE 頻帶中多有使用。另外，對於 LTE/Wi-Fi共存濾波器，體聲波也非常有效。

由於體聲波濾波器帶來較低的插入損耗，因此有助於補償單台智能手機支持多頻帶帶來的較高損耗。損耗的降低不僅改善了信號的接收性能，而且有助延長電池壽命。對於上行和下行鏈路隔離極小的應用，以及相鄰頻帶高度擁擠但又需要衰減的情況，體聲波表現優秀。

正是在這兩種濾波器的支持下，移動設備以及通信網路持續往前發展，也帶動了濾波器市場的水漲船高，但和很多的元器件一樣，這是一個中國廠商不能企及的市場。

美日壟斷濾波器市場

從銷售數據上看，美日供應商幾乎壟斷了濾波器市場。

首先在SAW濾波器方面，濾波器的供應商有Qorvo、新博通、Skyworks、Murata、TDK和太陽誘電。其中Murata佔據了SAW濾波器的50%的市場，緊跟其後的是TDK。

以上供應商中，新博通是因為Avago自有的SAW產品，Skyworks則是通過收購松下的濾波器部門進入這個領域，與此相同的是TDK收購EPCOS進入SAW濾波器領域。

SAW濾波器出貨佔比統計（source:東吳證券）

BAW濾波器基本上則是由Qorvo和Avago壟斷。

BAW濾波器出貨佔比統計（source: 國金證券）

在這兩類濾波器中，國產的份額微乎其微。據半導體行業觀察了解，國產除了SAW濾波器有幾家企業有所表現以外，BAW方面幾乎毫無建樹。

在SAW方面，國產的廠商有麥捷科技、中電德清華瑩、華遠微電和無錫好達電子，另據聞現在順絡也在投入做SAW，但是還沒有做好。這些企業中，真正出貨的只有無錫好達、華遠微電和中電德清華瑩。而據半導體行業觀察了解，前兩者也是國內唯二可以打入手機市場的企業。

麥捷科技於2007年11月由麥捷有限整體變更設立，公司主導產品為片式電感以及片式LTCC射頻元器件，屬於高端被動電子元器件，其設計、製造具有高精密性。因應5G和物聯網市場發展，公司布局濾波器領域，於2016年底募集資金8.5億元用於實施終端射頻聲表濾波器（SAW）和MPIM小尺寸系列電感等高端電子元件募投項目，2017年開始規模化擴產並批量出貨，從二三線手機廠商逐步拓展至一線高端手機品牌客戶，但目前沒見出貨。

深圳華遠微電科技有限公司位於改革開放的前沿陣地深圳，是一家民營高科技企業。公司主要生產聲表面波濾波器、聲表面波諧振器，聲表器件模組。公司擁有國內領先的晶片加工和聲表器件組裝的全自動生產線，具有0.35um的晶元加工工藝與最小尺寸為1.4x1.1mm的表面貼裝工藝。自主研發生產中高頻聲表器件，頻率範圍從30Mhz--2900Mhz。研發方面與深圳大學，哈爾濱工業大學深度合作，重視聲表器件基礎理論與材料研究，積極開展高精尖技術領域的研究與開發，指導國內聲錶行有序發展。

中電科技德清華瑩電子有限公司始建於1978年，是國內最早研製生產鈮酸鋰壓電晶體材料和聲表面波濾波器產品的企業之一。現在是中國電子科技集團公司控股及聯合下屬二十六研究所、五十五研究所參股的一家專業研製及製造人工晶體材料、聲表面波器件及電子系列產品的高新技術企業。

無錫市好達電子有限公司是知名的聲表面波器件生產廠商，主要產品包括聲表面波濾波器、雙工器、諧振器，應用於手機、通信基站，雷達、航天航空、汽車電子、及其它射頻通訊領域。公司擁有聲錶行業中國內規模最大、最先進的生產線，目前有3000平米萬級、500平米千級、150平米百級、120平米十級的凈化廠房，有能生產0.25um微線條晶元生產線，有能生產CSP倒裝產品封裝的生產線，可生產產品尺寸為1.8*1.4的雙工器、1.1*0.9的濾波器。

在BAW方面則沒有聽說有國產廠商投入，只是有些研究所在做前期研發。

造成這種現象的主要原因除了我國投入較遲以外，技術上面的缺失是最主要的因素。據東吳證券的分析報告顯示：

以 SAW 濾波器為例，在 SAW 濾波器設計方面，如何解決 SAW 濾波器的溫度漂移問題（即在如何讓 SAW濾波器在不同溫度時的頻率響應盡量不變）就是一個關鍵難題， 濾波器的設計與製造工藝息息相關，設計必須緊密結合製造工藝進行，設計者也必須對於製造工藝有紮實的理解；在 SAW 濾波器製造工藝方面， SAW濾波器的工作頻率由電極條寬度、壓電材料性質所決定，電極條愈窄，頻率愈高，採用半導體 0.2~0.35μm級的精細加工工藝，可製作出 2~3GHz的 SAW 濾波器。此外，未來 SAW/BAW 濾波器的設計還必須考慮集成，這進一步增加了工藝難度。

行內相關人士告訴半導體行業觀察，現在能夠量產的國產Saw濾波器，由於晶元太厚，都沒法做進集成模塊，只能外掛在晶元外面，這明顯地跟不上射頻前端集成模組化的發展趨勢。

目前國產廠家的SMT貼片濾波器水平還相當於幾年前的手機PA水平。對於像GSM，2G或3G這樣的低頻通信，SAW濾波器市場中的低成本競爭者將有機會超過對手，因為高質量的競爭對手將重點轉移到使用BAW濾波器或者FBAR濾波器的4G和5G市場，同時現在已經有更好的集成技術來把所有前端通信器件集成到一個模塊中，而對國產廠家而言SMT貼片濾波器是瓶頸中的瓶頸。更高要求的BAW濾波器對中國廠商來說無疑是更困難的。

目前的SAW/BAW 濾波器廠商大多採用 IDM 的模式，設計和製造工藝主要被國外廠商壟斷，我國沒有捷徑可走。另外，一個新的形勢的出現，對國產濾波器產業來說，無疑是雪上加霜。

高通聯手TDK給濾波器廠商帶來新挑戰

高通是移動晶元的霸主，他們在移動處理器和基帶方面的市場影響力是巨大的。但最近他們逐漸往射頻前端方面發力，意在打造全產品線供應鏈。這種打包的方案無疑會給廠商帶來壓力，濾波器就是其中可能受影響的產業。

在2016年初，高通TDK聯合宣布，投資三十億美元成立一家公司——RF360 Holdings，瞄準的產品是TDK SAW業務Qualcomm執行副總裁兼QCT總裁克里斯蒂亞諾·阿蒙表示：「移動通信正在拓展至多個行業，而多載波4G技術的部署也達到了前所未有的規模，目前已使用超過65個3GPP定義的頻段。 面對這些趨勢，無線解決方案製造商力求在微型化、集成性和性能方面實現更高水平，特別是對於這些終端中的射頻前端更是如此。 此外，5G將大幅增加複雜程度。為此，能夠向生態系統提供真正完整的解決方案，對於支持客戶規模化地及時推出移動解決方案至關重要。」

也就是說，高通將具備設計和提供具有端到端性能和全球規模、包含從數據機/收發器到天線的全集成系統產品的實力優勢。聯想到高通龐大的處理器和基帶出貨量，這種打包的方式對於PA以及濾波器廠商來說，無疑是一個打擊。日前更是從台灣媒體傳出，高通補貼廠商進入供應鏈。

對於國產濾波器廠商來說，攻堅任務更加艱巨了。（文/李壽鵬）

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