5G時代，濾波器市場正在重構

，謝謝。

1. 萬變不離其宗，濾波器承載四大基礎功能

1.1. 低通、高通、帶通、帶阻，濾波器四大基礎功能

從電信發展之初，濾波器在電路中就扮演著重要的角色，並隨著通信技術的發展而取得不斷進展。新的通信系統要求發展一種能在特定的頻帶內提取和檢出信號的新技術，而這種新技術的發展進一步加速了濾波器技術的研究和發展。

而在現代通信技術領域內，幾乎沒有一個分支不受到數字濾波技術的影響。信源編碼、通道編碼、調製、多路復用、數據壓縮以及自適應通道均衡等，都廣泛地採用數字濾波器，特別是在數字通信、網路通信、圖像通信等應用中，離開了數字濾波器，幾乎是寸步難行。

我們認為濾波器在通信領域發揮了巨大的作用，首先我們需要對濾波器有個基本的認識：濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。廣義地講，任何一種信息傳輸的通道都可視為是一種濾波器。濾波器的分類方式多種多樣，可按波段和應用領域分類，也可以按其它方式分類。濾波器按照處理信號類型分類有模擬濾波器和數字濾波器。模擬濾波器又分為有源濾波器和無源濾波器。無源濾波器就是無源器件組成的濾波器，一般都是RC和LC等分立元件構成，常用的無源濾波器有貝塞爾濾波器、巴特沃斯濾波器、切爾雪夫濾波器、橢圓濾波器等。有源濾波器則是有源器件構成的，常用的有源器件有運放。濾波器按照材料工藝分類又分為聲學濾波器、晶體濾波器、陶瓷濾波器等。聲表面濾波器是聲學濾波器的代表，它是在單晶材料上採用半導體平面工藝製作，具有良好的一致性和重複性，極高的溫度穩定性，還具抗輻射能力強，動態範圍大，不涉及電子遷移等特點。晶體濾波器具有品質因數高、衰減特性好、損耗小、選擇性高等優點。陶瓷濾波器是一種固體電路，具有濾波特性好，不需調諧，不受磁場干擾的特點，且造價低，在移動通訊終端如手機中常用作為中頻濾波器器件，使中頻信號穩定，不易受外部磁場干擾。按照通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。

無論濾波器如何分類，以及採用何種技術方案，濾波器在任何一個電路中都是承載四大基礎功能：低通、高通、帶通、帶阻。低通： 阻止高於某個頻率的所有頻率並允許所有其他頻率通過（和高通相對）。高通： 允許高於某個頻率的所有頻率通過，並阻止所有其他頻率（和低通相對）。帶通： 允許兩個頻率之間的所有頻率通過， 並阻止所有其他頻率（和帶阻相對）。帶阻： 阻止兩個頻率之間的所有頻率，並允許所有其他頻率通過（和帶通相對）。其中，帶通濾波器在信號電路應用非常廣泛。

1.2. 射頻前端，濾波器扮演著重要角色

1.2.1. 無線通信，離不開射頻前端系統

射頻前端是無線通信的核心

無論何種通信協議，使用的通訊頻率是高是低，配置射頻器件模塊是系統必備的基礎性零部件。無論是使用13.56Mhz的信號作為傳輸載體NFC系統；抑或是使用900/1800Mhz信號作為傳輸載體的GSM通訊系統；還是使用24Ghz和77Ghz電磁波信號作為傳輸載體的無人駕駛毫米波雷達，均需要配置射頻器件模塊。射頻前端是無線通信的不可或缺的一環。

從2G、3G、4G再到5G，對射頻前端要求越來越高

從移動網路的角度看，2G的GSM，3G的WCDMA，再到4G的LTE-Advanced，每一代的更新換代都帶來新的通訊協議，並且複雜程度也以指數倍提升，對手機內的射頻系統要求也更高、更嚴格。

在帶寬方面，2G通道帶寬為200kHz；3G為一般為5MHz左右；4G中的LTE-Advanced協議擁有帶寬為100MHz。更高的帶寬頻了更快的速度，但是帶寬目前作為稀缺資源，加上各種其他專用通信帶寬的佔用（如軍用，民航通信等專用網路），為避開干擾各個頻譜間還需空出一定帶寬進行隔離，手機通信的可用帶寬則是少之又少。各方想方設法節省頻譜資源，如4G所用的載波聚合（CA）技術，它可以使2-5個LTE中的成員載波（帶寬小，通常為20M）聚合在一起，實現最大100MHz的傳輸帶寬。還如正交頻分復用技術（OFDM），它將通道分成若干正交子通道，將通信信號分成多組，同時并行傳輸在各個子通道中，大大節省了帶寬利用。除此之外還有MIMO等技術，這些技術的實施也對手機射頻器件的性能還有參數提出了更高的要求。

1.2.2. 射頻前端，濾波器至關重要

智能手機、衛星導航、衛星電視等射頻前端系統都需要濾波器才能正常工作。濾波器可以將帶外干擾和雜訊濾除以滿足射頻系統和通訊協議對於信噪比的需求。我們以智能手機和衛星導航兩個領域來看濾波器的重要性。

在智能手機射頻前端系統中，射頻前端包括SAW濾波器、雙工器（Duplexer）、低通濾波器（Low Pass Filter，LPF）、功放（Power Amplifier）、開關（Switch）等器件。SAW濾波器負責TDD系統接收通道的射頻信號濾波，雙工器負責FDD系統的雙工切換以及接收/發送通道的射頻信號濾波；功放負責發射通道的射頻信號放大；開關負責接收通道和發射通道之間的相互轉換；天線負責射頻信號和電磁信號之間的互相轉換。

在衛星導航射頻前端系統中，定位接收器需要能夠接收兩個或更多不同導航衛星系統發射的信號，為處理所有這些信號，GNSS接收機對帶寬、線性和抗干擾性能的要求比傳統的消費類GPS接收機更高，這個需要濾波器對相應的信號進行處理。

可見，濾波器在射頻前端系統中扮演重要角色。在現代通信系統中，為了抑制外界干擾信號對終端接收信號靈敏度的影響，同時抑制發射通路射頻信號的帶外干擾，通常需要在射頻前端的接收通道和發射通道上分別配置SAW濾波器和低通濾波器，同時需要配置雙工器來解決射頻前端接收通道和發射通道的濾波問題。

1.2.3. 雙工器、共存濾波器、載波聚合，都是濾波器在射頻前端的應用

雙工器、三工器：多個濾波器的集成

在FDD系統中，需要採用雙工器。雙工器是濾波器的重要應用，其作用是將發射和接收信號相隔離，保證接收和發射都能同時正常工作。雙工器由兩組不同頻率的阻帶濾波器組成，避免本機發射信號傳輸到接收機。一般雙工器由六個阻帶濾波器（陷波器）組成，各諧振於發射和接收頻率。接收端濾波器諧振於發射頻率，並防止發射功率串入接收機，發射端濾波器諧振於接收頻率。三工器由三台濾波器組成，共用一個節點，三工器的通帶載入和隔離目標與雙工器相同。

共存濾波器：解決緊鄰頻帶干擾問題

在2.4GHz的Wi-Fi頻帶內，對於使用緊鄰頻帶的蜂窩通信（特別是LTE網路）而言，發生干涉的可能性越來越大，這時候需要射頻濾波器能夠抑制緊鄰的頻率。與此同時，濾波器還必須盡量減少Wi-Fi發射通路的插入損耗，以確保802.11n標準和802.11ac標準所需的高信噪比和相應的低誤差矢量幅度 (EVM)。在上述要求上，體聲波濾波器比較有效，與蜂窩Wi-Fi應用使用的傳統聲表面波濾波器和陶瓷濾波器相比具有明顯優勢。

載波聚合：藉助濾波器實現吞吐速度的提升

網路運營商面對不斷增長的數據需求，努力提高網路性能。為保持客戶體驗，需要提供越來越高的數據速率，其直接方法就是增加帶寬。載波聚合是一種 4G LTE 高級特性，該特性允許服務提供商將多個頻譜塊合併成一個較寬的通道，從而提供更高的數據速率。載波聚合有三種類型。第一類是「帶間聚合」，指不同頻帶頻譜的聚合。這些頻帶可以遠隔或緊靠在一起。遠隔頻帶的聚合最為簡單，只需同向雙工器即可。對於緊鄰的頻帶，可能需要四工器或多天線方案才能解決。其他兩種類型涉及同一頻帶內的頻譜合併。

載波聚合對濾波器的設計有幾個方面的影響。對於遠隔頻帶的聚合，分割信號的同向雙工器產生額外損耗，該損耗必須由低損耗濾波器做出補償。另外，濾波器阻帶的衰減也必須規劃，以確保其他聚合頻帶的充分衰減。最後，對於相鄰頻帶，需要採用更複雜的多工器。

2. 5G通信，SAW/BAW高性能濾波器大放異彩

2.1. SAW和BAW，高性能射頻濾波的主流技術

正如上文所述，濾波器的種類多種多樣（介質濾波器、LC濾波器、SAW濾波器、BAW濾波器等），各有各自的應用領域。在目前的通訊協議中，不同頻帶間的頻率差越來越小，因此對於濾波器的信號選擇性要求極高，讓通帶內的信號通過並阻擋通帶外的信號。Q越大，則濾波器可以實現越窄的通帶帶寬，也就是說可以實現較好的選擇性。除了品質因數Q之外，插入損耗也是重要參數。插入損耗是指通帶信號被濾波器的衰減，即信號功率損耗。插入損耗有1dB，則信號功率被衰減20%；當插入損耗到達3dB時，則信號功率被衰減了50%。而在4G時代，信號功率放大並不簡單，低插入損耗對射頻信號的處理非常重要。正式因為這些特性，SAW/BAW濾波器憑藉優良頻帶選擇性、高Q值、低插入損耗等特性成為射頻濾波器的主流技術。

SAW濾波器集低插入損耗和良好的抑制性能於一身，不僅可實現寬頻寬，其體積還比傳統的腔體甚至陶瓷濾波器小得多。但SAW濾波器也有局限性，一般只適用於1.5GHz以下的應用。另外它也易受溫度變化的影響，當溫度升高時，其基片材料的剛度趨於變小、聲速也降低。高於1.5GHz時，TC-SAW和BAW濾波器則更具性能優勢。BAW濾波器的尺寸還隨頻率升高而縮小，這使得它非常適合要求非常苛刻的 3G、4G以及5G應用。即便在高寬頻設計中，BAW對溫度變化也沒有那麼敏感，同時它還具有極低的插入損耗和非常陡峭的濾波器邊緣。

在智能手機射頻前端系統中，SAW/BAW濾波器、SAW/BAW雙工器有時也會被當作分立器件使用、或者作為與部分元件的組合模塊使用。尤其是在Band的搭載數量不斷增加的形勢下，削減製造商的RF部設計負荷、緩和設備超小型化的實際安裝精度等要求越來越高。SAW/BAW濾波器在未來5-10年將是射頻前端濾波系統中滲透率最高的技術。

2.2. SAW：2G/3G/4G通信較低頻段的主流選擇

2.2.1. SAW濾波器原理

SAW（Surface acoustic wave）濾波器是利用石英、鈮酸鋰、鈦酸鋇晶體的壓電效應做成的，即晶體在受到電信號的作用時，也會產生彈性形變而發出機械波（聲波），即可把電信號轉為聲信號。簡單的理解，聲表面波是指沿固體表面傳播的波，且能量集中於表面。在聲表面波傳播途中，可任意存取信號，根據這種特性，利用集成電路技術製作出聲表面波濾波器。

構成SAW濾波器的基本要素是叉指式換能器（IDT）和反射器（Grating）。叉指換能器（IDT），就是在壓電基片表面上形成形狀像兩隻手的手指交叉狀的金屬圖案，它的作用是實現聲電換能。反射器（Grating）設置在SAW的傳播方向，引發諧振。

SAW濾波器已經被廣泛應用於手機等設備，按使用的結構大致可以分為2種。一種是被稱為梯型的濾波器，即單埠諧振器連接成梯型狀態的濾波器。另一種是被稱為DMS(Double Mode SAW)型的濾波器，即將2個以上的IDT設置於反射器之間，由此可以實現結合了多個波模式的寬頻濾波器特性效果。梯型濾波器一般在非平衡的輸入、輸出狀態下使用，而DMS型濾波器則是以從IDT獲取電極的方式，可以實現平衡輸入或輸出的效果，因此常在連接平衡輸入的放大器時使用。

2.2.2. SAW濾波器聚焦1.5GHz以下頻段應用

SAW濾波器廣泛應用於2G/3G接收機前端以及雙工器和接收濾波器。 SAW濾波器具有插入損耗低、抑制性能優良等特點，不僅可實現寬頻寬，其體積還比傳統的腔體甚至陶瓷濾波器小得多。從成本上看，SAW濾波器可以製作在晶圓上面，其成本低，可以批量化生產。此外，SAW技術還支持將用於不同頻段的濾波器和雙工器整合在單一晶元上，不需額外的工藝步驟。

但是，SAW濾波器也有局限性。SAW在1.5GHz以下使用非常合適，但是在工作頻率超過1.5GHz時，SAW的Q值開始下降，到2.5GHz時，SAW的選擇性已經只能用在一些要求比較低的場合。然而，目前的無線通訊協議已經早就工作大於2.5GHz的頻段（例如4G TD-LTE的Band 41）等，這時候SAW就不夠用了，必須使用體聲波（BAW）濾波器。

除了工作頻率要求外，SAW器件易受溫度變化的影響，溫度升高時，其基片材料的剛度趨於變小、聲速也降低。為了解決這個問題，溫度補償（TC-SAW）濾波器方案被開發，它是在IDT的結構上另塗覆一層在溫度升高時剛度會加強的塗層。由於溫度補償工藝需要加倍的掩模層， 所以TC-SAW濾波器比普通的SAW濾波器更複雜，其製造成本也相對較高。

TC-SAW已經在手機射頻前端取得不少應用。以三星S7為例，美國版Galaxy S7集成了村田RF前端模組FAJ15，該模組主要針對LTE低頻段，由幾顆濾波器晶元組裝在陶瓷基底上，包含兩種SAW技術：STD-SAW（標準SAW）和TC-SAW（熱補償SAW）。其中的Band 8 LTE雙工器由於其頻段要求非常低的熱漂移，所以必須採用熱補償SAW技術。

2.3. BAW：5G通信將採用高頻技術，BAW濾波器需求將快速提升

2.3.1. BAW濾波器原理以及在手機的應用

BAW濾波器的原理

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）。

BAW濾波器的最基本結構是兩個金屬電極夾著壓電薄膜(在2GHz下，Quartz?substrate厚度為2um)，聲波在壓電薄膜里震蕩形成駐波。為了把聲波留在壓電薄膜里震蕩，震蕩結構和外部環境之間必須有足夠的隔離才能得到最小損耗和最大Q值。聲波在固體里傳播速度約為5000m/s，也就是說固體的聲波阻抗大約為空氣的105倍，所以99.995%的聲波能量會在固體和空氣邊界處反射回來，跟原來的波一起形成駐波。

相比SAW濾波器，BAW濾波器更適合於高頻率。跟SAW/TC-SAW 濾波器一樣，BAW濾波器的大小也隨著頻率增加而減少。另外，BAW 濾波器有對溫度變化不敏感，插入損耗小，帶外衰減大(steep filter skirts)等優點。

BAW濾波器應用：以iPhone 6s Plus中的FBAR-BAW為例

iPhone 6s Plus的射頻前端系統包含幾個濾波器晶元，組裝在無芯PCB基板上，Avago AFEM8030就是其中的濾波器晶元。Avago AFEM8030中的濾波器採用密封的晶圓級封裝，該技術來自於Avago的Microcap晶圓鍵合CSP，使得前端模塊中的所有晶元組裝在一起的面積小於35mm?。此外，還採用了硅通孔（TSV）來導通電氣信號和特殊的研磨工藝來控制氮化鋁（AlN）厚度。

2.3.2. 5G通信將採用高頻技術，BAW濾波器需求將快速提升

無線通信技術首先要確定的是無線電頻譜。無線電頻譜資源是一個國家重要的戰略性資源，是信息無所不在的重要載體。目前，3Ghz以下的頻段已經被2G到4G通信、電視、導航、衛星等應用佔據，因此，5G將選擇3Ghz以上的頻譜。

目前業界開展研究的5G典型候選頻段主要包括6GHz、15GHz、18GHz、28GHz、38GHz、45GHz、60GHz和72GHz等，測試場景涵蓋室外熱點和室內熱點。通道測試表明，頻段越高，通道傳播路損越大。

目前已經向國際標準組織提出了一些候選頻段意向，主要是6GHz以下的中低頻段。在移動等國內運營商看來，5G的頻譜應該是高中低頻段結合，而不僅僅是高頻段。

2016年7月，美國聯邦通訊委員會正式向移動、靈活和固定使用的無線寬頻開放近11GHz的高頻頻譜，新的5G網路速度有望達到4G網速的10倍至100倍。

高頻通信，意味著BAW濾波器需求量將快速提升

SAW和BAW濾波器的適用工作頻率也不盡相同，SAW通常在低於1.5GHz以下時適用，而在高頻通信領域，BAW被更加多的廠商所接受。目前，在一款手機中同時擁有2G、3G、4G、Wifi、藍牙等通信制式的情況下，兩種濾波器可以相輔相成，混合適用。比如在LTE中，頻段分佈多，擁有Bands 1, 2, 3, 4, 5, 8, 13, 17, 19, 20, 25等，其中某些頻段使用頻率較低，如Bands 5，頻率區間為824MHz-894MHz，為了降低整體成本，可以選擇SAW濾波器；而在高頻通信如Bands 25等就必須使用性能更好的BAW濾波器。

未來5G通信要求選擇3Ghz以上的頻譜，這意味著普通的SAW濾波器不能勝任5G的頻段要求，必須採用BAW濾波器。目前，各大濾波器廠商也在加緊推出高性能BAW濾波器。

2.4. SAW/BAW趨勢：小型化、高頻帶寬化、集成化

2.4.1. 趨勢一：小型片式化

SAW/BAW濾波器的小型片式化，是移動通信和其它攜帶型產品提出的基本要求。為縮小SAW/BAW濾波器的體積，通常採取三方面的措施：一是優化設計器件用晶元，設法使其做得更小；二是改進器件的封裝形式，現在已經由傳統的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬封裝或LCCC（無引線陶瓷晶元載體）表面貼裝的形式；三是將不同功能的SAW/BAW濾波器封裝在一起，構成組合型器件以減小佔用PCB的面積，如應用於1.9GHz PCS終端60MHz帶寬的雙頻段SAW濾波器以及近來富士通公司開發的雙制式（可支持模擬和數字兩種模式）攜帶型手機用SAW濾波器，均裝有兩個濾波器。

2.4.1. 趨勢二：高頻、帶寬化

未來2-3年5G的到來會增加更多的高頻頻段。美國聯邦通信委員會（FCC）分配了28GHz、37GHz和39GHz三個頻段，用於獲牌照運營商的5G網路建設。另外，64GHz到71GHz的頻段，將用於5G網路的非牌照用途。

為適應電子整機高頻、寬頻化的要求，SAW/BAW濾波器也必須提高工作頻率和拓展帶寬。以SAW濾波器為例，提高工作頻率的手段主要從兩方面考慮：1、提高細線條加工的設備能力；2、利用聲表面波傳播速度更高的壓電材料。曝光設備和光刻技術是製作高頻SAW濾波器的關鍵設備。隨著通訊系統的發展，拓展SAW濾波器的帶寬是必要的。為此，通常從優化設計IDT的電極結構入手。比如將IDT按串聯和並聯形式連接成梯形結構，採用0.4μm以下的精細加工技術，就可製作出用於無線區域網（LAN）的2.5GHz梯形結構諧振式SAW濾波器，帶寬達100MHz；在多模式濾波器中，採用縱向連接的濾波器帶寬要比橫向耦合型濾波器大一些，因此被廣泛用於蜂窩電話和尋呼機的RF濾波，而後者具有陡削的窄帶特性，可用於個人數字蜂窩（PDC）和模擬電話的中頻（IF）濾波。

2.4.2. 趨勢三：集成化

移動手機不斷增加功能部件，手機生產商也不斷提高要求前端中的RF集成度以保持它們產品的體積大小。集成化的後果可能是所有器件組成一個單一的無線射頻模塊。但是，這個模塊中將會包含多種技術混合的多晶元組，而不是單一晶元。在這些技術中，Si、GaAs、SAW器件將對優化器件性能起到舉足輕重的作用。

對於SAW濾波器，它與IC的集成，將得到功能強大、體積更小的器件。目前國外研究很熱的兩種集成技術是：(a)、基於各種元件的技術，將多個元件晶元封裝（MCM）集成在一個外殼中（SiP）；(b)、將不同功能的技術集成在一個晶元上（SoP）。SiP技術比SoP技術簡單靈活、可靠性高。因此，今後SAW器件廠家將積極開展與IC廠家的合作，開發新的集成封裝技術。

備註：SAW/BAW三大趨勢：小型片式化；高頻、寬頻化；集成化。其核心內容引用出自於《聲表面波濾波器技術的發展狀況》，CEC二十六所，作者：吳江 曹亮。

2.5. 僅手機用SAW/BAW濾波器市場規模就達百億級美元，市場空間廣闊

2.5.1. 聯網設備增多、頻段增多，濾波器市場需求量越來越大

全球聯網設備增多，射頻前端系統需求量增多，濾波器的需求量自然增多。千億級設備連接，這是物聯網應用的網路需求，未來全球移動通信網路連接的設備總量將達到千億規模。根據IMT-2020 5G推進組預測，到2020年全球移動終端（不含物聯網設備）數量將超過100億，其中將超過20億。全球物聯網設備連接數也將快速增長，2020年將接近全球人口規模達到70億，其中將接近15億。到2030年，全球物聯網設備連接數將接近1千億，其中超過200億。

射頻頻段增多，濾波器的需求量自然增多。從1G-->2G-->3G-->4G，再到5G，射頻的頻段不斷增多，其射頻器件的應用數量也快速增加。從射頻前端使用濾波器的數量來看，隨著頻段數量的增加，射頻濾波器件的需求量也相應增加。一般來講，1個頻段至少需要2個射頻前端濾波器件，以TD-LTE/FDD LTE/TD-SCDMA/GSM終端為例，其終端若支持11個頻段則需要24個射頻前端濾波器件。大致來講，早期2G網路使用的頻段很少，對SAW/BAW濾波器的需求量也較少，2G手機需要的濾波器只需要16個，3G需要19個，到4G需要45個，未來5G的需求量有望增加至67個。

2.5.2. 僅手機終端濾波器市場就超百億美元

不考慮其它無線聯網設備，僅考慮手機終端，其射頻濾波器的空間就非常廣闊。從射頻前端使用濾波器的價值量來看，隨著頻段增多，濾波器在射頻前端價值量佔比越大。根據Triquent的預測，進入4G時代，單部手機射頻器件價值從3G終端的3.75美金提升至7.5美金，支持全球漫遊的終端設備ASP甚至達到了12.75美金。與此同時，我們注意到，濾波器在射頻器件扮演的重要性越來越強，濾波器的價值佔比也從3G終端的33%提升到全網通LTE終端的57%。到5G時代，濾波器的應用量將進一步增加（特別是BAW濾波器），單台手機的濾波器價值將達到10美元以上。

根據IDC數據，2016年全球智能機銷售總量為14.7億部，2017年全球手機出貨量預計增長4.2%，達到15.3億部，到2021年將實現17.7億的出貨量。目前，智能手機的頻段以3G、4G為主，預計2018年之後將開始逐步支持5G網路。這裡，我們假設2018年全球智能手機出貨量16億部，每台手機所用濾波器（SAW/BAW濾波器）平均按照7美元估算，預計全球智能手機用濾波器（SAW/BAW濾波器）市場達到112億美元。未來5G手機普及之後濾波器數量又將進一步增加，會為這一市場帶來新的一輪高增長，Technavio也在研究報告中指出，射頻濾波器市場2016-2020的年複合增長率可達15%，並且已經超越PA成為整個射頻前端模塊市場中最重要的組成部分。

3. 日美壟斷，崛起

3.1. 日美企業壟斷

整合兼并，聲波濾波器已形成巨頭壟斷格局

聲波濾波器（SAW/BAW）相對於傳統LC或者陶瓷濾波器來說，製作難度更大，成本更高。過去十年，全球半導體器件廠商不斷整合併購，以謀求產業鏈優化，並利用規模優勢獲取更多的市場話語權、更低的製造成本。在聲波濾波器領域，經曆數次整合併購之後，已經呈現了巨頭壟斷的競爭格局。

Murata、TDK壟斷SAW濾波器市場，Avago、Qorvo壟斷BAW濾波器市場

目前，幾大國際廠商的壟斷格局已成。SAW濾波器主要供應商為Murata、TDK、太陽誘電等幾家日本廠商，而BAW濾波器則為Avago （收購Broadcom）以及Qorvo佔據幾乎全球超過95%以上份額。

在射頻前端器件廠商中，各家廠商在不同細分領域的優勢不盡相同，Murata在SAW領域優勢明顯，Avago在BAW領域優勢明顯。

3.2. 壟斷背後在於工藝和專利

3.2.1. 工藝：複雜難以控制，國外廠商以IDM模式掌控

SAW/BAW濾波器的設計和製造非常複雜，目前仍無法用集成度最高的CMOS工藝進行批量化製造，而必須使用特殊工藝以保證性能。

我們先來看下SAW/BAW濾波器的製作工藝。以SAW濾波器的製作為例，SAW濾波器的發展技術在國外已經非常成熟並且穩定，因此國外的設備、工藝、器件封裝以及IC的集成發展迅速並且非常先進。SAW濾波器的製作普遍採用減法工藝，即在基片上沉積金屬膜，然後去掉不需要的部分得到所需要的金屬叉指圖形。

大致流程分為：1）金屬膜沉積：製作叉指電極的金屬材料常用的是鋁、銅以及一些合金材料，在基片上沉積金屬膜常常使用濺射、蒸發等方法。2）上膠及前烘：將光刻膠滴在基片上，基片在旋轉塗膠台上高速轉動，將光刻膠均勻塗覆到基片正面。將上膠后的基片放置在烘烤箱內進行前烘，除去殘留在光刻膠中的溶劑，增強光刻膠的粘附性。3）曝光：用紫外光通過掩膜板照射塗有光刻膠的基片，曝光得到所需的圖形。4）顯影、漂洗及后烘：將經過曝光的基片放於顯影液中進行顯影，覆蓋金屬膜的基片上光刻膠被去掉的部分便露出金屬膜，其它部分仍然被光刻膠所覆蓋。經過漂洗后，將基片放入烘烤箱進行后烘，提高光刻膠的粘附力。5）刻蝕：刻蝕過程將沒有被光刻膠覆蓋的金屬膜去除，有兩種方法，分別為濕法刻蝕和干法刻蝕。6）去膠：將刻蝕工藝后的基片放於化學溶劑中，將光刻膠去除。通過上述工藝，可以製作出濾波器最核心的叉指換能器，然後再通過外部結構封裝形成最終的聲表面波濾波器。

SAW濾波器是半導體工藝的一種（BAW濾波器的工藝難度更大），所使用的材料對器件的性能起著決定性的作用，而曝光設備、光刻技術、工藝參數等細微變化都會極大影響濾波器的性能。為了最大化的保證最優設計結果，SAW/BAW濾波器廠商大多採用IDM的模式，因此其設計和製造工藝主要被國外廠商壟斷。對於廠商來講，SAW／BAW的設計與製造都還有不少難點尚待突破。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。

3.2.2. 專利：國內布局較晚

SAW/BAW濾波器作為射頻領域的基礎元件器，其專利的布局對廠商的應用極為關鍵。國外在SAW/BAW濾波器的發展技術已經非常成熟，並構建了專利壁壘。

以FBAR（基於BAW技術）專利為例，專利被國際大廠佔據

1991年5月，WESE公司申請了一件FBAR濾波器的美國發明專利（名稱為微波薄膜體聲波諧振器和多種濾波器組），自此開啟關於薄膜體聲波諧振器在專利領域的申請。之後在1999年，歐洲國家也加入對薄膜體聲波諧振器的專利申請行列，隨後自2000開始有關於薄膜體聲波諧振器的專利申請，同年，日本也開始了薄膜體聲波諧振器專利技術的發展，截止目前，關於薄膜體聲波諧振器的專利申請量，形成了以日本、美國為主要申請國家的局面。

在關於薄膜體聲波諧振器的專利申請中，其申請人以外國公司為主，在1991年至2013年間的專利申請統計中，三星公司關於薄膜體聲波諧振器的專利申請量位居榜首，隨後是安捷倫科技有限公司、富士通，日本的松下、京瓷株式會社、東芝等紛紛在列。在，電子科技集團公司的申請量排在首位，但全球排在第20位，其申請量相較於國外一些國家有較大差距。

備註：FBAR專利的發展情況引自於《FBAR薄膜體聲波諧振器專利技術發展與分析》，崔岩，《科學與財富》2014年第11期

3.3. 廠商突破技術瓶頸，正在崛起

3.3.1. 國內聲表面技術落後於國外

聲表面波技術的發展從20世紀70年代初開始，大約經歷了三個階段：第一階段為基礎研究階段（70年代初到80年代初）。主要是在國家的支持下研究聲表面波技術的基本原理和製作工藝技術，以南京大學、北京聲學所、中電科技26所等為主導力量。第二階段為彩電配套國產化階段（80年代中至90年代中）。在國家「彩電國產化」項目的支持下，國內聲表面波器件產業得到飛速發展，國內電視機生產廠商採用的聲表面波器件95%來自於國產，並大量出口。第三階段為基站與手機配套階段（90年代中至現在）。移動通信的發展對聲表面波技術提出了更高要求，聲表面波器件向高頻化、多元化、多層次擴產，產品結構從中低檔向中高檔跨進，國內一些廠商取得了相當的進步，但相對於國外廠商，差距仍非常巨大。

與國外廠商比較，聲表技術大幅落後。1965年，懷特（White）和沃爾特默（Voltmer）聯合發明了叉指式換能器（IDT：Inter Digital Transducer），開啟了國外廠商在聲表面波濾波器的研發，1975年前後將SAW濾波器應用到電視機領域，並與1990年左右開發出手機用的SAW濾波器。而於上世紀七十年代起步，到2012年才開始開發出手機用的SAW濾波器，明顯落後於國外先進廠商。

3.3.2. 中電55所、中電26所、無錫好達，已突破手機用聲表射頻濾波器

目前，從事聲表濾波器的公司大約還有10家左右，有一半從事軍品濾波器，一半從事民品濾波器。而在手機用聲表射頻濾波器有突破主要是德清華瑩（中電55所）、中電26所、無錫好達三家。它們成功開發了外殼尺寸為2520、2016、1814CSP封裝的BAND1、BAND5、BAND8聲表雙工器，以及尺寸為1411、1109CSP封裝的GPS、WiFi用濾波器，其產品已經在二線品牌手機廠家使用。

1）德清華瑩（中電55所）

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。現在是電子科技集團公司旗下五十五所控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企業。公司專業生產鈮酸鋰晶體產品、聲表面波器件和其它電子產品，擁有自主知識產權。主營的鈮酸鋰3″、4″晶體年產18噸，加工晶片100萬片及系列光學晶體產品；年產各類聲表面波器件1.6億隻，電子鎮流器、電子變壓器等照明產品600萬套，大功率燈珠600萬隻，COB面光源及集成光源60萬隻。

2）中電26所

中電科技26所是國內實力非常強的商用SAW濾波器製造商。1999年以前，中電26所的產品及業務主要用于軍用和國防定製配套，此後逐步民用化。中電26所已經成功研製出上千種規格的聲表面波濾波器、聲表面波振蕩器、聲表面波諧振器、聲表面波延遲線、聲表面波直接頻率合成器、聲表面波脈衝壓縮組件等信號處理器件以及零組件，用於GSM/CDMA等直放站、GSM/CDMA/WCDMA/TD-SDMA 等基站的系列中頻濾波器、CDMA450固定台系統的400-700MHz系列濾波器、WAN/WLL的聲表面波濾波器、各類無線通信標準無線收發RF濾波器。

3）無錫好達

無錫好達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，可生產1.8×1.4 mm 的雙工器、1.1×0.9 mm的濾波器，其HDDB01NSB-B11、HDDB03CNSS-B11、HDDB05NSS-B11等多個型號雙工器在BAND1、BAND3、BAND5等波段得到應用。公司已實現對主流手機廠商（主要客戶包括中興、宇龍、金立、三星、藍寶、富士康、魅族等）的供貨。

3.3.3. 信維通信與中電五十五所合作布局5G大時代

* 公司與中電五十五所合作並投資入股德清華瑩，進入5G大時代

6月16日，信維通信發布公告：公司與電子科技集團公司第五十五研究所簽訂投資意向書，信維通信擬出資11,000萬元入股德清華瑩。增資完成後，公司將成為德清華瑩的第二大股東。此外，本輪增資擴股之後，如德清華瑩需再進行增資，五十五所、德清華瑩雙方保證公司擁有不少於當次增資金額的50%的優先認繳權。

信維通信與電子科技集團公司第五十五研究所還簽訂了戰略合作框架協議：

1、由五十五所控股的德清華瑩公司與信維通信在聲表面波晶體材料和器件方面進行技術合作、聯合開發、共享銷售渠道。

2、五十五所與信維通信共同出資建設5G通信高頻器件產業技術研究院。

3、雙方出資共建GaN晶元 6寸線平台，開展 GaN 射頻功率晶元的工藝開發與製造，以及 GaN 射頻功率器件的封裝、測試和銷售。

4、雙方在SiC電力電子領域進行務實合作，實現從晶元到模塊的產業鏈全覆蓋。

5、雙方共同開展射頻MEMS器件的設計與加工，建設面向全國開放的國家級射頻 MEMS 微系統工藝製造平台。

* SAW濾波器因為製造工藝難、成本高、專利封鎖等原因目前被日美巨頭壟斷

SAW濾波器因為其小型化、帶寬化、集成化等特點被廣泛應用於手機終端等設備中，其市場空間非常廣闊。目前，智能手機的頻段以3G、4G為主，預計2018年之後將開始逐步支持5G網路，屆時預計全球智能手機用SAW濾波器市場達到百億美元。而未來5G手機普及之後濾波器數量又將進一步增加，會為這一市場帶來新的一輪高增長，Technavio也在研究報告中指出，射頻濾波器市場2016-2020的年複合增長率可達15%，並且已經超越PA成為整個射頻前端模塊市場中最重要的組成部分。但是手機終端上的SAW濾波器因為相對於傳統LC或者陶瓷濾波器來說，製作難度更大，成本更高，專利也被嚴格封鎖，如今被日美企業如Avago、Skyworks、Qorvo以及高通等公司壟斷。相比如外國廠商在1990年就開發出手機用SAW濾波器，國內廠商在2012年才開發出來，落後國外先進廠商二十年。

但是國內廠商也不甘落後，國內SAW濾波器產品結構正從中低檔向中高檔跨進，其中一些廠商也取得了相當的進步。中電五十五所作為國內最早研製SAW濾波器的企業之一，技術積累與工藝沉澱優勢極為明顯，可謂說是國內該領域的強中強企業，代表了國內SAW濾波器生產與研發的最高水平。

* 強強聯手，信維在5G時代龍頭優勢更明顯

本次信維通信與中電五十五所合作可謂是強強聯手。中電五十五所作為以固態功率器件和射頻微系統等為主業的國家重點電子器件研究所。在固態功率器件與射頻微系統、光電顯示與探測等領域實現了自主研發與原始創新。擁有一套完整的科研生產體系，其研發能力和產品水平處於國內領先、國際先進地位。

德清華瑩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。現在是電子科技集團公司旗下五十五所控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企業。公司專業生產鈮酸鋰晶體產品、聲表面波器件和其它電子產品，擁有自主知識產權。

信維通信作為國內天線與射頻器件的龍頭企業從2016年就開始深度布局，該年公司成立信維微電子，主要從事射頻前端器件及模組、半導體材料及微電子產品、無線通信和物聯網的軟硬體、通信設備微波和毫米波單片集成電路、多晶元微組裝集成電路及其其它功能組件的研發、製造及銷售。從該時點開始，公司按照長期的發展規劃，面向5G時代的射頻器件的需求，真正進入有源射頻器件領域。

本次合作除了SAW濾波器的生產與研發之外，雙方還在GaN、SiC等射頻器件原材料方面進行了深度合作；並同出資建設5G通信高頻器件產業技術研究院，專門從事5G通信用高頻器件的技術研究、工藝開發和批產驗證，為雙方在5G通信領域的發展奠定堅實的技術基礎；此外，雙方還共同開展射頻MEMS器件的設計與加工，建設具有國際先進水平的、集研究製造與工程化為一體的、面向全國開放的國家級射頻MEMS微系統工藝製造平台。

信維通信已經在射頻天線器件做到全球領先，射頻技術實力突出，並具有國際化大客戶平台，加上信維微電子在射頻前端器件及模組領域的技術能力，我們認為，信維通信將充分利用自身的材料技術優勢以及客戶平台優勢，有望在5G時代拓展高端射頻器件，保持公司在射頻器件領域的領先地位。

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