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作者：豐寧
如今，5G 時(shí)代已然發(fā)展了許久。5G 通信早已成為人們高度關(guān)注的熱門話題。而在過去，人們對手機(jī)的關(guān)注點(diǎn)通常集中于 CPU、GPU、基帶、屏幕和攝像頭等方面。近年來，隨著 5G 技術(shù)的快速發(fā)展和普及以及國產(chǎn)射頻芯片的強(qiáng)勢崛起，5G 射頻芯片也逐漸走入大眾視野。
射頻芯片，是能夠?qū)⑸漕l信號和數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化的芯片，具體而言，包括RF收發(fā)機(jī)、功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、濾波器、 射頻開關(guān)（Switch）、 天線調(diào)諧開關(guān)（Tuner） 等。其中，濾波器可以說是射頻前端的核心組件，是制造5G射頻芯片的關(guān)鍵。
?01、兩種主流射頻濾波器
射頻濾波器是一種用于電子通信系統(tǒng)中的重要組件，其作用是在特定頻率范圍內(nèi)濾除不需要的信號，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。射頻濾波器的作用主要體現(xiàn)在信號處理和系統(tǒng)保護(hù)方面。
在無線通信系統(tǒng)中，射頻濾波器可以用于濾除鄰近頻段的干擾信號，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力和傳輸質(zhì)量。此外，射頻濾波器還可以用于保護(hù)系統(tǒng)中的其他組件，防止不需要的信號對系統(tǒng)產(chǎn)生損害。因此，射頻濾波器在無線通信系統(tǒng)中具有非常重要的作用。因此，射頻濾波器的性能是決定通信質(zhì)量的重要因素之一。射頻濾波器可分為聲學(xué)濾波器、晶體濾波器、陶瓷濾波器，其中聲學(xué)濾波器（SAW、BAW）是目前手機(jī)應(yīng)用的主流濾波器。
SAW濾波器，是聲表面濾波器，其利用聲表面波在壓電基片上的傳播特性來實(shí)現(xiàn)信號的過濾。當(dāng)電信號通過壓電基片時(shí)，會產(chǎn)生聲表面波，這種波會在基片表面上以一定的速度傳播。通過在基片上刻蝕特定的圖案形成反射器，可以控制聲表面波的傳播路徑，從而實(shí)現(xiàn)信號的選擇性過濾。
SAW濾波器的優(yōu)點(diǎn)為：其具有高選擇性和低插入損耗；低成本和高產(chǎn)量，易于大規(guī)模生產(chǎn)；工藝成熟，可靠性高。
SAW濾波器的缺點(diǎn)為：其頻率穩(wěn)定性受溫度影響較大、制造精度要求較高，尤其是在高頻下。SAW濾波器被廣泛應(yīng)用于射頻通信系統(tǒng)的前端，如移動通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)等領(lǐng)域。
BAW濾波器，即體聲波濾波器，基本原理同SAW濾波器相同，差異在于BAW濾波器中聲波垂直傳播，能夠更有效地捕獲聲波。
BAW濾波器的優(yōu)點(diǎn)為具有更高的頻率穩(wěn)定性，不受溫度變化的影響；更寬的工作溫度范圍；可實(shí)現(xiàn)更高的Q值（品質(zhì)因子），意味著更好的選擇性和更小的插入損耗。
BAW濾波器的缺點(diǎn)為制造成本較高，工藝復(fù)雜；產(chǎn)量相對較低。
根據(jù)華安證券預(yù)估，BAW濾波器的成本大約是SAW濾波器的2-10倍。BAW濾波器常用于對頻率穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性要求較高的場合，如高端射頻通信設(shè)備、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、精密測量儀器等。至于究竟選擇SAW還是BAW濾波器主要取決于具體的應(yīng)用需求，如所需的工作頻率、環(huán)境條件（溫度穩(wěn)定性）、成本預(yù)算等因素。對于大多數(shù)通用通信應(yīng)用，SAW濾波器可能是一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的選擇；而在需要更高頻率穩(wěn)定性和更寬溫度范圍的特殊場合，BAW濾波器可能是更合適的選擇。
?02、射頻濾波器的具體應(yīng)用
無線通信領(lǐng)域智能手機(jī)是射頻濾波器應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，每部智能手機(jī)都需要大量的射頻濾波器來確保通信質(zhì)量。例如，在 4G 手機(jī)中，射頻濾波器用于對不同頻段的信號進(jìn)行分離和濾波，如 700MHz、1800MHz、2100MHz 等頻段，以保證手機(jī)能夠準(zhǔn)確接收和發(fā)送相應(yīng)頻段的信號，避免不同頻段之間的信號干擾。在 5G 手機(jī)中，由于支持的頻段更多、頻率更高，對射頻濾波器的性能和數(shù)量要求進(jìn)一步提高，通常一部 5G 手機(jī)中需要 70 - 100 顆射頻濾波器芯片。
基站中也廣泛使用射頻濾波器。在基站的發(fā)射端，射頻濾波器用于對發(fā)射信號進(jìn)行濾波，去除不需要的頻率成分，確保發(fā)射的信號符合通信標(biāo)準(zhǔn)和頻譜規(guī)定；在接收端，射頻濾波器用于對接收的信號進(jìn)行篩選，提高信號的信噪比，以便準(zhǔn)確地解調(diào)出有用的信息。例如，在城市中的密集基站網(wǎng)絡(luò)中，射頻濾波器可以幫助基站有效地過濾掉來自其他基站的干擾信號，提高通信的穩(wěn)定性和可靠性。
在衛(wèi)星通信中，隨著信號傳輸距離的增加，信號中會混入許多雜波信號。射頻濾波器也可以選擇性地過濾掉這些雜波信號，提高信號的傳輸質(zhì)量。比如，在衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)中，射頻濾波器可以將特定的衛(wèi)星電視信號從復(fù)雜的空間信號中篩選出來，傳輸?shù)接脩舻?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/524246.html">衛(wèi)星電視接收器中。
雷達(dá)系統(tǒng)領(lǐng)域
在雷達(dá)系統(tǒng)中，射頻濾波器主要用于濾除回波中的雜波信號，提高雷達(dá)的信噪比，使雷達(dá)能夠更加精確地進(jìn)行目標(biāo)探測等任務(wù)。比如：氣象雷達(dá)通過發(fā)射和接收電磁波來探測大氣中的氣象目標(biāo)，如云層、降水等；防空雷達(dá)需要對空中目標(biāo)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的探測和跟蹤；汽車?yán)走_(dá)用于檢測車輛周圍的障礙物和其他車輛的位置、速度等信息。雷達(dá)系統(tǒng)中的射頻濾波器通常具有較高的頻率選擇性和穩(wěn)定性，以確保雷達(dá)系統(tǒng)的整體性能。
科研、醫(yī)療領(lǐng)域
在科研與醫(yī)療領(lǐng)域，射頻濾波器也發(fā)揮著重要的作用。在醫(yī)療設(shè)備中，射頻濾波器主要用于濾除生物電信號中的干擾信號，提高醫(yī)療設(shè)備的精確度和可靠性。例如，在心電圖儀、腦電圖儀等設(shè)備中，射頻濾波器可以確保采集到的生物電信號更加純凈，從而提高診斷的準(zhǔn)確性。在科研領(lǐng)域，它可以用于信號處理、頻譜分析等實(shí)驗(yàn)中，幫助科研人員更準(zhǔn)確地獲取和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
?03、國際競爭格局與主要廠商
全球射頻濾波器市場呈現(xiàn)寡頭壟斷的競爭格局，主要被美日企業(yè)所占據(jù)。在SAW濾波器市場，Murata、TDK、Taiyo Yuden等企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位；而在BAW濾波器市場，Broadcom和Qorvo則占據(jù)絕大部分市場份額。
根據(jù)Yole數(shù)據(jù)，2023年全球蜂窩通信中濾波器市場規(guī)模達(dá)到88.5億美元。其中SAW濾波器仍然占最大份額，占比61%，市場規(guī)模達(dá)54億美元；BAW濾波器占比34%，市場規(guī)模為30億美元。2027年，整體濾波器市場規(guī)模將超過100億美元。然而，由于中國射頻濾波器廠商整體實(shí)力偏弱，產(chǎn)量無法滿足國內(nèi)需求，長期依賴進(jìn)口，自然也難以吃到這一廣袤市場的紅利。
那么，研發(fā)射頻濾波器有多難？國產(chǎn)廠商又卡在哪一步呢？
國產(chǎn)濾波器行業(yè)的發(fā)展不僅僅依賴于技術(shù)本身，還需要一個(gè)“合縱”的產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同模式。SAW和BAW射頻器件難以國產(chǎn)化的原因在于其復(fù)雜的制造工藝、高精度的材料科學(xué)要求、對高端設(shè)備和高純度材料的依賴以及技術(shù)壁壘和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等方面。比如：從制造工藝的復(fù)雜性來看，在光刻工藝上SAW和BAW器件的制造涉及高精度光刻工藝，以在壓電材料表面形成精細(xì)的電極圖案。
在薄膜沉積中，需要在壓電材料上沉積均勻且高質(zhì)量的薄膜，以確保聲波傳輸?shù)姆€(wěn)定性和器件性能。在壓電材料選擇中，高質(zhì)量的壓電材料（如鋁鎵酸鋁、鈮酸鋰等）是制造SAW和BAW器件的關(guān)鍵。這些材料在制備過程中需要嚴(yán)格控制其純度和晶體結(jié)構(gòu)。薄膜沉積的質(zhì)量也直接影響器件的性能和穩(wěn)定性，要求極高的均勻性和低缺陷密度。從材料制備難度來看，高性能的壓電材料在制備過程中需要嚴(yán)格的工藝控制，包括高溫處理和精確的摻雜控制。
從供應(yīng)鏈和技術(shù)壁壘來看，制造SAW和BAW器件需要先進(jìn)的光刻機(jī)、薄膜沉積設(shè)備和高精度測試設(shè)備，這些設(shè)備通常依賴進(jìn)口。高性能的壓電材料和其他關(guān)鍵材料大多需要從國外進(jìn)口，國內(nèi)生產(chǎn)能力和技術(shù)積累尚不足。要實(shí)現(xiàn)這些射頻器件的國產(chǎn)化，需要在材料研發(fā)、設(shè)備制造和技術(shù)積累方面進(jìn)行長期且持續(xù)的投入和發(fā)展。
那么既然射頻濾波器國產(chǎn)化這么難，國產(chǎn)廠商還要不要加入這場殘酷的競爭？
答案是：當(dāng)然要爭。首先從市場規(guī)模來看，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年-2023年，中國射頻濾波器市場規(guī)模持續(xù)增長，主要得益于基站建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和智能手機(jī)市場滲透率的提高。預(yù)計(jì)未來五年，在5G驅(qū)動下，中國射頻濾波器市場規(guī)模將進(jìn)一步提升，有望在2028年達(dá)到722.1億元。
其次從通信安全來看，射頻濾波器國產(chǎn)化意義重大。在通信安全方面，國產(chǎn)射頻濾波器能減少對國外產(chǎn)品的依賴，避免潛在的信息安全隱患，保障國內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)信息的安全傳輸與存儲。
從成本效益而言，國產(chǎn)化可降低生產(chǎn)與采購成本，擺脫國外供應(yīng)商的價(jià)格制約。企業(yè)在國內(nèi)采購射頻濾波器，能縮短供應(yīng)鏈，減少運(yùn)輸成本與時(shí)間成本，同時(shí)國內(nèi)企業(yè)可根據(jù)市場需求靈活調(diào)整生產(chǎn)規(guī)模與價(jià)格，讓利于消費(fèi)者，進(jìn)一步推動 5G 相關(guān)設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域的普及與應(yīng)用，促進(jìn)國內(nèi)通信產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
?04、入手SAW，蓄力BAW
近年來，國內(nèi)廠商積極投身于技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品創(chuàng)新，并取得了諸多成果。麥捷科技、卓勝微、好達(dá)電子等廠商就是其中的代表，它們所取得的進(jìn)展主要集中在 SAW 濾波器領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域，日本的龍頭廠商憑借 IDM 模式構(gòu)建起工藝壁壘，盡管如此，國內(nèi)廠商仍然普遍采用自建產(chǎn)線的方式來謀求發(fā)展。但國產(chǎn)廠商的發(fā)展速度較為緩慢，市場份額不足5%。
相比之下，BAW 濾波器領(lǐng)域的情況更為嚴(yán)峻。BAW 濾波器具有最高的技術(shù)壁壘，其工藝流程比 SAW 濾波器更為復(fù)雜。并且，Broadcom、Qorvo 等已經(jīng)建立起完善的專利布局，這使得國內(nèi)廠商想要在這個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破面臨著巨大的困難，當(dāng)前國內(nèi)廠商在 BAW 濾波器市場所占份額近乎為零。好達(dá)電子是最早進(jìn)行射頻濾波器研發(fā)的公司，具備0.25μm工藝、芯片級倒裝封裝（CSP）技術(shù)產(chǎn)線和晶圓級封裝（WLP）生產(chǎn)線，可生產(chǎn)產(chǎn)品尺寸為0.9x0.7的雙工器、1.6x1.2的濾波器。
根據(jù)此前數(shù)據(jù)顯示，好達(dá)電子聲表面波濾波器、雙工器已通過小米、OPPO、華為、華勤、龍旗、中興等手機(jī)終端及ODM廠商、通訊設(shè)備廠商和無線通信模組廠商的驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)銷售。
麥捷科技于2015年研發(fā)濾波器，2017年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，同年與中電26所合資公司進(jìn)行合作，26所負(fù)責(zé)前道加工，公司負(fù)責(zé)后道封裝。目前已具備同時(shí)量產(chǎn)LTCC與SAW濾波器能力，計(jì)劃于2024年年底完成射頻濾波器擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目。今年年初，麥捷科技表示其5GLTCC濾波器主要應(yīng)用于通訊基站，已向下游客戶送樣測試。在近日的投資者問答中，麥捷科技表示目前公司的射頻濾波器產(chǎn)品可應(yīng)用于T-Box等車聯(lián)網(wǎng)智能終端。
信維通信2016年成立子公司信維微電子，開始布局射頻前端器件業(yè)務(wù)，2017年公司和中電55所達(dá)成10年戰(zhàn)略合作協(xié)議，出資1.1億元入股德清華瑩，進(jìn)軍國產(chǎn)濾波器市場，2020年SAW濾波器已實(shí)現(xiàn)出貨，同年其繼續(xù)向德清華瑩增資。
中電26所是國內(nèi)唯一軍用聲光技術(shù)研發(fā)的專業(yè)研究所，聲光產(chǎn)品國軍標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定單位，同時(shí)具有SAW、TC-SAW、FBAR研發(fā)和生產(chǎn)能力。
卓勝微已有相對完整的SAW研發(fā)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，2020年成立全資子公司芯卓半導(dǎo)體，專門致力于濾波器產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，6英寸濾波器產(chǎn)線于2022Q1進(jìn)入工藝通線階段，2022上半年進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。2022年末，自建的濾波器產(chǎn)線已經(jīng)全面進(jìn)入規(guī)模量產(chǎn)階段。卓勝微表示截至2024年第一季度末，集成自產(chǎn)IPD濾波器的L-PAMiF、LFEM等相關(guān)模組產(chǎn)品，已在多家客戶端完成驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)出貨。
中電科技德清華瑩電子主營業(yè)務(wù)已擴(kuò)展到聲表面波器件、壓電、光電晶體材料和射頻模塊三大類產(chǎn)品，主要研發(fā)3-8英寸鈮酸鋰鉭酸鋰晶片、聲表面波濾波器、聲表面波傳感器、環(huán)行器和隔離器等。
三安光電的射頻濾波器業(yè)務(wù)形成了廈門三安集成電路公司和泉州三安集成電路公司兩大塊，為國內(nèi)首家能夠提供PhaseVNR架構(gòu)所需的全套四工器和雙工器的企業(yè)。去年9月，三安光電在互動平臺表示，公司建立了穩(wěn)定量產(chǎn)射頻前端專業(yè)代工平臺，PA、濾波器產(chǎn)品主要應(yīng)用于手機(jī)，國內(nèi)新款手機(jī)已經(jīng)批量供貨。
與此同時(shí)也有廠商在BAW 濾波器領(lǐng)域取得突破。
去年賽微電子發(fā)布公告，其控股子公司賽萊克斯微系統(tǒng)科技（北京）有限公司以MEMS工藝為某客戶制造的系列BAW濾波器完成了小批量試生產(chǎn)階段。在4G時(shí)代，由于產(chǎn)業(yè)已相對成熟，SAW以及TC-SAW具有一定的成本優(yōu)勢；但在5G及更高頻通信時(shí)代，BAW具有高頻率和寬頻帶的技術(shù)優(yōu)勢，可以提供更低的插入損耗、更好的選擇性、更高的功率容量、更大的運(yùn)行頻率、更好的靜電放電保護(hù)，在高頻應(yīng)用場景有著更佳的表現(xiàn)。
因此國產(chǎn)射頻廠商不但要加入這場戰(zhàn)爭，還要充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，不斷加大研發(fā)投入，深入探索 BAW 濾波器的技術(shù)創(chuàng)新，提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能，以在國內(nèi)外市場中占據(jù)一席之地，打破國外廠商長期以來的技術(shù)壟斷局面，推動我國射頻濾波器產(chǎn)業(yè)向更高層次發(fā)展。
