行业 | 射频前端滤波器格局改变 国内市场群雄并起

2021-11-22 管理员


随着政策的推动,各大运营商的部署,5G的网络建设已全面驶入快车道。那在这个风口面前,射频前端的用量肯定会增加,里面所包含的滤波器,又该何去何从,其中目前处于劣势的国产品牌,是否能实现弯道超车?

 

随着政策的推动,各大运营商的部署,5G的网络建设已全面驶入快车道。那在这个风口面前,射频前端的用量肯定会增加,里面所包含的滤波器,又该何去何从,其中目前处于劣势的国产品牌,是否能实现弯道超车?

滤波器简介

 

滤波器,顾名思义,一种选频装置,相当于频率的筛子,用来减少或者消除噪声和干扰。主要是将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比,得到所需的信号。

 

滤波器种类 

 

滤波器按照工艺,主要分为SAW(声表滤波器)滤波器、BAW(体声波滤波器)滤波器、LTCC(低温共烧陶瓷滤波器)滤波器。

LTCC的显著优点之一是其一致性好、精度高,成本低,缺点是Q值较小;SAW又分为普通SAW滤波器和TC-SAW(温补)滤波器。如下图一为SAW&BAW的结构。SAW滤波器是由压电材料和两个基本的IDT金属电极构成,由图可看出其不适合大约2.5G 以上频率、对温度变化敏感,但是优点是技术相比较而言比较成熟,相对于 BAW价格较低。BAW滤波器又分为SMR和FBAR两种技术的滤波器;其中FBAR工艺结构如下图,由上下电极及压电薄膜构成,通过频率公式F=V/R可知,BAW工艺的滤波器更适合2GHZ-2.5GHZ以上的频率,且有体积小,插损小,受温度影响小等优点,当然相对的缺点就是价格较SAW比较高一些。

总结来说,普通的SAW和TC-SAW,肯定是在2.5G以下比较有优势,BAW在2.5G以上比较有优势;综合成本和各产品的优缺点考虑,肯定未来还是多种工艺并存发展的。

 

 

 

知名滤波器公司

 

在国外知名滤波器企业中,Murata、 TAIYO、TDK等是SAW工艺的;Avago、Qorvo、Rf360等是BAW工艺的;国外公司通过收购和整合来占领市场,比如:Avago先后收购了LSI、Broadcom、Emulex企业,最终更名为Broadcom;是一家设计、研发并向全球客户广泛提供各种模拟半导体设备的供应商;TDK于2008年收购EPCOS,获得后者的SAW/BAW生产技术。Skyworks通过2016年收购其与松下的合资公司,完成对松下滤波器部门的收购,获得SAW技术;通过收购韩国MEMS Solution获得TC-SAW和Fbar技术。

而国内公司虽然目前处于弱势状况,但是也大力投入研发和生产。比如无锡好达、中电26所、中电55所、北京长峰 等,主要从事SAW滤波器的研发和生产。而更高技术要求的BAW工艺(FBar)国内量产的只有天津诺思、中电26所;其他的像汉天下、RDA都有相关的开发研究,但并无完整的产线。这里重点介绍一下我们国产的骄傲,天津诺思。

5G 对滤波器的需求

 

射频前端,包括发射通道和接受通道,由功率放大器、低噪放、开关、双工器、滤波器、谐振器等组成;其中滤波器扮演着非常重要的角色。

在中国5G频段划分上,中国联通和中国电信获得了较为国际主流的频段,中国移动的情况则复杂很多。

主要如下图所示:

 

随着频段的清晰,各大滤波器厂商也都研发生产了相对应频段的滤波器。

在应用上,全球设备厂商加快研发进度,5G网络建设全面进入发展期。随着5G网络的分步演进,为了节省成本和空间,5G SOC的和射频的芯片集成将是趋势。但是5G技术伴随着载波聚合来提升频谱的使用效率,而载波聚合会带来频段数量的大幅度增加,对比4G LTE到4G LTE-Advanced pro,到5G频段,将会是指数倍的增加,每增加一个频段,至少要增加2个滤波器。

 

 总结

 

1、5G随着更高,更多的频段,会同步射频元器件的用量增加,尤其是滤波器用量的增加,由于高频段的原因,会更适合BAW工艺滤波器的增加。在这方面,润欣科技代理的国产滤波器品牌,诺思,专注于FBAR工艺的滤波器以及双工器;并且润欣已在部分客户的5G基站应用上设计支持成功,有了良好的开端。

2、随着5G更大宽带的需求,在一定条件下需要使用适合大带宽的LTCC(低温共烧陶瓷滤波器)滤波器。

因此,在5G滤波器应用中,SAW滤波器和BAW滤波器都是主流,SAW适合低成本,低速率;BAW适合高速率,高性能要求;LTCC适合更大宽带的需求。5G的到来,对滤波器是个很大的机遇,由于目前滤波器市场主要份额还是被美系以及日系厂商所占据,因此,这是国产滤波器的一个挑战,但更是国产滤波器厂商的大机遇。

 

射频前端滤波器格局改变 国内市场群雄并起

 

当前,滤波器正驶入发展的快车道。最为明显的变化是单机滤波器需求量的提升:从2G发展至5G,手机通信频段数量从2G的4个频段上升到 5G 的50多个频段,每新增一个频段将需要增加相应频段的滤波器。同时,由于手机单机价值量的上升,滤波器价值含量也随之增加。

 

但是,滤波器的本土化率长期低于5%,在5G持续渗透以及射频芯片加速发展的大趋势下,以好达电子、德清华莹等为代表的老牌滤波器厂商,通过技术提升和产能扩张逐步突破国际大厂的绝对垄断,同时国内亦涌现出一批以苏州汉天下、频岢微、卓胜微、左蓝微等为代表的新兴射频滤波器厂商,后者一些公司融资频频。

 

 

低本土化率率背后原因

 

伴随着5G加速渗透,滤波器成为射频前端产业的最大受益者。根据Yole,3G时代滤波器在手机射频前端价值量占比33%,4G时代达53%,5G进一步提升至66%。另据Yole对全球滤波器市场的预测,在2017年滤波器的市场规模已经达到80亿美元,2023年全球滤波器的市场规模将会达到225亿美元,年复合增长18.81%。

 

由于频段特征复杂,滤波器技术路线和产品类型不断丰富,在普通SAW基础上,又有TC SAW、TF SAW、BAW滤波器等多种类别,不过SAW目前仍占据着主流市场,中金公司预计到2025年SAW滤波器仍会占据50%以上市场。

 

尽管滤波器市场“风光无限好”,但目前市场主要被美日企业垄断。以SAW为例,根据Yole数据,国外前五大厂商村田、高通(RF360)、太阳诱电、思佳讯、威讯(Qorvo)占据声表面波滤波器市场约 95%的份额,SAW本土化率率长期低于5%。

 

从好达电子披露的招股书中可以一窥市场格局,2018年至2020年,好达电子在全球SAW市场的占有率分别为:0.35%、0.46%和 0.92%。尽管市占率每年都在提升,但与国际巨头相比仍有较大的差距。

 

对于滤波器本土化率率较低的原因,首先是人才的缺失,好达电子亦在招股书中提及,尽管部分国内声表面波滤波器厂商在技术研发和生产工艺等方面已取得较大突破,但相对于我国市场需求而言,专业人才匮乏仍然是行业发展的重要瓶颈之一。

 

其次是工艺流程,中金公司发布的研报指出,从全流程看,难点主要体现在生产环节的工艺部分,工艺参数的细微变化都会对滤波器性能产生重要影响。“对于低端产品,只要相关设备上线后,即便是工艺略有瑕疵,也能凑合用,但对于高端产品,工艺差一点都不行,国内工厂对工艺认知还不到位,因此工艺是很大的门槛。”

 

“在设计端,尤其是对于高性能的滤波器产品,不仅需要企业有自主研发的模型,同时还需要很好的代工厂配合,两者需要紧密的结合。”。但从过往的发展情况看,在代工方面,我国本土MEMS发展相对缓慢,而国内更是鲜少有纯滤波器代工厂商,因此国内滤波器设计公司在往IDM模式过渡之前,往往会选择与国外的滤波器代工厂商进行合作。

 

此外,材料工艺技术、专利限制也是造成滤波器本土化率较低的原因之一。

 

 

市场更缺中高端SAW产能

 

不过市场格局正在悄然发生变化。

 

受5G手机快速渗透和高端滤波器需求提升的影响,国际龙头厂商纷纷布局高端产品,这一变化导致低端滤波器市场供需紧张。受此影响,国内厂商订单需求快速提升,以好达电子为例,2020年好达电子实现收入3.32亿元,同比增长61%;实现净利润0.47亿元,同比增长62.15%,毛利率则达到45.89%,同比增加3.1pct。

 

中金公司在研报中还指出,从时间轴看,2002年以前是SAW滤波器专利申请的高峰期。考虑到发明专利的保护期是20年,因此普通分立滤波器专利保护期基本已过,本土厂商可以加速技术突破和规模化生产。滤波器作为射频前端的核心器件,目前以华为、小米等为代表的终端客户,都会对国内下游滤波器厂商的知识产权非常关注,“滤波器厂商需要专利先行,如果先做市场,再做专利那就晚了。”

 

截至2020年底,好达电子拥有专利19项,其中发明专利9项。同行业公司中,麦捷科技拥有专利93项,其中发明专利26项;德清华莹拥有120项专利,其中发明专利54项;卓胜微拥有专利63项,其中发明专利52项。

 

除核心技术需要拥有自主知识产权外,国内滤波器厂商想要与终端大厂进行合作,足够的产能与良好的产品性能也是打入大厂供应链的“敲门砖”。

 

“国内滤波器厂商与中小客户合作,当月产能达到30KK-50KK后,才有机会收到大ODM厂商如华勤、龙骑,以及大手机品牌厂商递出的橄榄枝,而如果与华为合作,产能需要达到100kk,因此若没有足够的产能,无法匹配终端厂商的需求。”

 

值得注意,中低端滤波器产能方面,国内已有多家老牌滤波器厂商供应,市场更紧缺的是中高端SAW产能。

 

据了解,好达电子2018年至2020年的产能分别为:6.69亿颗、9.38亿颗和13.43亿颗。同时公司此次科创板IPO拟进一步扩充滤波器产能,其中项目建成后将新增年产能SAW30亿只、TC-SAW6亿只。

 

群雄并起

 

目前国内SAW厂商大致形成三个梯队。第一梯队为老牌滤波器厂商,如好达电子、中电 26 所、德清华莹等,前述厂商在滤波器行业深耕多年,采用IDM模式进行生产,产品经过市场检验并拥有规模化的产能;第二梯队为新兴的滤波器公司,如卓胜微、左蓝微、频岢微等厂商,其产品已有出货,产品技术较有创新性,同时还获得资本的认可。

 

例如频岢微至今已获得3轮融资,投资方包括中科创星、川创投、联想之星等;左蓝微也已完成A轮融资,本轮投资方包括:鹏晨投资、无锡国联等。

 

随着滤波器行业愈发受到资本的关注,亦有多家公司介入滤波器行业,有选择建立滤波器代工厂的,比如今年8月31日,赛微电子与武汉敏声签署战略合作协议,合作建立8英寸晶圆射频滤波器产线,规划产能为1万片/月,另有选择聚焦设计端的公司。

 

总体而言,目前SAW滤波器普遍采用IDM模式,原因之一是滤波器芯片并不遵循摩尔定律,产线技术升级缓慢。中金公司在研报中认为,随着低端滤波器专利权的逐步释放,设计商和代工厂之间不存在专利防火墙,代工生产模式有望成为流行;但是高端滤波器由于依然存在专利挑战,本土设计商从技术保护和自建专利体系的角度,也会倾向于IDM模式。

 

从技术端看,随着人们对移动通信的要求越来越高,全面屏及手机轻薄化、高频通信、频率资源拥挤化等都对滤波器的性能提出更高的要求,适应高频通信、热稳定性好、体积小、集成度高的滤波器将是未来的主要发展方向。

 

中金公司认为,从长远来看,模组的价值量大于分立器件,因而有能力拓展产品品类,切入射频模组市场的厂商更有望打开成长的天花板。

 

 

原文转载于公众号【中科聚智】