近来本站一系列的射频文章报道让我们深刻地认识到，国产厂商在射频前端，尤其是高端PA的缺失，让我们在即将到来的5G竞争中“受制于人”。但其实在射频前端的另一个重要部件，我们面临的竞争环境更加严峻，最坏的情况就是对着百亿美金市场，看着别人数钱。这个重要产品就是滤波器。当中尤其以智能手机所占的市场份额最大。
2017年全球滤波器市场分布预估（source：: Mobile Experts 2016）
根据Skyworks 的预测，到 2022 年，手机射频前端模块和组件市场规模将达到 227 亿美元相比于2016年的101亿美元有明显的增长，当中尤以滤波器所占的份额最大。Skyworks表示，示波器未来几年的年复合增长率为21%，将从2016年的52亿美元增长到2020年的163亿美元。
射频市场及其预测（source：skyworks）
什么是滤波器
在分析这个市场之前，我们先介绍一下什么是滤波器。据Qorvo的《射频滤波器技术》介绍，滤波器是一种移除信号中不需要的频率分量，同时保留需要的频率分量的电子元器件。按照接收或抑制信号的不同方式，滤波器基本分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻（带拒）滤波器四种。
滤波器的基本类型（source：Qorvo）
根据应用的不同，滤波器可以从尺寸、成本和性能上做考虑，分为很多类型，当中包括但不限于：
（1）分立式电感电容型 (LC) 滤波器， 属于低成本结构，性能和尺寸中等。电感电容元件有时被封装为衬底印制结构，称为“集成化无源器件”。
（2） 多层陶瓷滤波器， 属于中低成本滤波器，性能与电感电容型滤波器相似。其脚印通常合理，但厚度却成为问题，这是因为移动设备重视更加轻薄的封装尺寸。
（3）单体式陶瓷滤波器， 性能高于多层陶瓷滤波器，但成本也较高。此外，这种滤波器体积更大，因此通常不适合移动应用。
（4）声学滤波器， 能够同时满足高低频率要求（最高 6 GHz），体积小，为满足复杂的滤波器需求提供了最佳性能与最优成本。声学滤波器是移动设备上最为常用的滤波器构造。
（5）空腔滤波器， 仅限基础设施应用。这种滤波器可在合理成本下达到良好性能，但体积较大。
因为滤波器的这种过滤特性，使得他们经过设计之后，满足多种的需求，也让它成为射频设备的必备元器件。尤其是在移动设备领域，滤波器的数量和质量需求渐增。Qorvo表示，虽然在一台智能手机上支持全世界的频带不现实，但作为一台功能丰富的国际通用手机，可能需要过滤最多 15 个频带上的 2G、 3G 和 4G 收发通路，此外还有 Wi-Fi、蓝牙和全球导航卫星系统 (GNSS)。这样一部手机可能需要最多 30 至 40 个滤波器。下一代智能手机可能需要更多滤波器，因此事情可能变得越发复杂。这样就带来可见的滤波器市场增长。
智能手机内部集成滤波器的个数（source：Linley Group）
在智能手机射频前端领域，滤波器主要以SAW（声表面波）滤波器和BAW（体声波）滤波器。
SAW（ Surface acoustic wave）是一种沿物体表面传播的弹性波，SAW滤波器的主要特点是设计灵活性大、模拟/数字兼容、群延迟时间偏差和频率选择性优良（可选频率范围为10MHz～3GHz）、输入输出阻抗误差小、传输损耗小、抗电磁干扰（EMI）性能好、可靠性高、制作的器件体小量轻，其体积、重量分别是陶瓷介质滤波器的1/40和1/30左右，且能实现多种复杂的功能。这就使它们适应了现代通信系统设备及携带型电话轻薄短小化和高频化、数字化、高性能、高可靠等方面的要求。
这种种优势也让SAW滤波器在移动通信系统的应用中独占鳌头，这是压电陶瓷滤波器和单片晶体滤波器所望尘莫及的。从20世纪90年代以来的手机发展超，掀起了SAW器件的第二次应用高潮。
基本的声表面波滤波器（source：Qorvo）
但声表面波也有其局限性。声表面波的一个主要优势是能够极好地满足最高 1.9 GHz 标准滤波器应用，包括 GSM、CDMA 和 3G 等标准频带，以及部分 4G 频带。我们看到在频率高于大约 1 GHz 时，这种滤波器的选择度下降；在频率达到大约 2.5 GHz 时，声表面波仅限于中等性能需求的应用，那就催生了BAW。
BAW （ bulk acoustic wave）滤波器是体声波滤波器，采用薄膜腔声波谐振器（ FBAR）技术，原理基本同 SAW，使用石英晶体作为基板，贴嵌于石英基板顶、底两侧的金属对声波实施激励， 使声波从顶部表面反弹至底部，以形成驻声波。与 SAW 不同的是声信号在介质内部传输，故体积可以做的更小（介质的介电常数大于空气）。
基本的体声波滤波器（source：Qorvo）
通过使用体声波技术，能够开发边缘斜率极高和抑制能力优秀的窄带滤波器。这使得体声波成为解决许多干涉难题的首选技术。体声波这些优势的工作频率约 1.5 GHz，使其与声表面波技术的互补（后者在较低频率下更为有效）。体声波可以处理的频率高达 6 GHz，在频率高于 1.9 GHz 的新型 LTE 频带中多有使用。另外，对于 LTE/Wi-Fi共存滤波器，体声波也非常有效。
由于体声波滤波器带来较低的插入损耗，因此有助于补偿单台智能手机支持多频带带来的较高损耗。损耗的降低不仅改善了信号的接收性能，而且有助延长电池寿命。对于上行和下行链路隔离极小的应用，以及相邻频带高度拥挤但又需要衰减的情况，体声波表现优秀。
正是在这两种滤波器的支持下，移动设备以及通信网络持续往前发展，也带动了滤波器市场的水涨船高，但和很多的元器件一样，这是一个中国厂商不能企及的市场。
美日垄断滤波器市场
从销售数据上看，美日供应商几乎垄断了滤波器市场。
首先在SAW滤波器方面，滤波器的供应商有Qorvo、新博通、Skyworks、Murata、TDK和太阳诱电。其中Murata占据了SAW滤波器的50%的市场，紧跟其后的是TDK。
以上供应商中，新博通是因为Avago自有的SAW产品，Skyworks则是通过收购松下的滤波器部门进入这个领域，与此相同的是TDK收购EPCOS进入SAW滤波器领域。
SAW滤波器出货占比统计（source:东吴证券）
BAW滤波器基本上则是由Qorvo和Avago垄断。
BAW滤波器出货占比统计（source: 国金证券）
在这两类滤波器中，国产的份额微乎其微。据半导体行业观察了解，国产除了SAW滤波器有几家企业有所表现以外，BAW方面几乎毫无建树。
在SAW方面，国产的厂商有麦捷科技、中电德清华莹、华远微电和无锡好达电子，另据闻现在顺络也在投入做SAW，但是还没有做好。这些企业中，真正出货的只有无锡好达、华远微电和中电德清华莹。而据半导体行业观察了解，前两者也是国内唯二可以打入手机市场的企业。
麦捷科技于2007年11月由麦捷有限整体变更设立，公司主导产品为片式电感以及片式LTCC射频元器件，属于高端被动电子元器件，其设计、制造具有高精密性。因应5G和物联网市场发展，公司布局滤波器领域，于2016年底募集资金8.5亿元用于实施终端射频声表滤波器（SAW）和MPIM小尺寸系列电感等高端电子元件募投项目，2017年开始规模化扩产并批量出货，从二三线手机厂商逐步拓展至一线高端手机品牌客户，但目前没见出货。
深圳华远微电科技有限公司位于改革开放的前沿阵地深圳，是一家民营高科技企业。公司主要生产声表面波滤波器、声表面波谐振器，声表器件模组。公司拥有国内领先的晶片加工和声表器件组装的全自动生产线，具有0.35um的芯片加工工艺与最小尺寸为1.4x1.1mm的表面贴装工艺。自主研发生产中高频声表器件，频率范围从30Mhz--2900Mhz。研发方面与深圳大学，哈尔滨工业大学深度合作，重视声表器件基础理论与材料研究，积极开展高精尖技术领域的研究与开发，指导国内声表行有序发展。
中电科技德清华莹电子有限公司始建于1978年，是国内最早研制生产铌酸锂压电晶体材料和声表面波滤波器产品的企业之一。现在是中国电子科技集团公司控股及联合下属二十六研究所、五十五研究所参股的一家专业研制及制造人工晶体材料、声表面波器件及电子系列产品的高新技术企业。
无锡市好达电子有限公司是知名的声表面波器件生产厂商，主要产品包括声表面波滤波器、双工器、谐振器，应用于手机、通信基站，雷达、航天航空、汽车电子、及其它射频通讯领域。公司拥有声表行业中国内规模最大、最先进的生产线，目前有3000平米万级、500平米千级、150平米百级、120平米十级的净化厂房，有能生产0.25um微线条芯片生产线，有能生产CSP倒装产品封装的生产线，可生产产品尺寸为1.8*1.4的双工器、1.1*0.9的滤波器。
在BAW方面则没有听说有国产厂商投入，只是有些研究所在做前期研发。
造成这种现象的主要原因除了我国投入较迟以外，技术上面的缺失是最主要的因素。据东吴证券的分析报告显示：
以 SAW 滤波器为例，在 SAW 滤波器设计方面，如何解决 SAW 滤波器的温度漂移问题（即在如何让 SAW滤波器在不同温度时的频率响应尽量不变）就是一个关键难题， 滤波器的设计与制造工艺息息相关，设计必须紧密结合制造工艺进行，设计者也必须对于制造工艺有扎实的理解；在 SAW 滤波器制造工艺方面， SAW滤波器的工作频率由电极条宽度、压电材料性质所决定，电极条愈窄，频率愈高，采用半导体 0.2~0.35μm级的精细加工工艺，可制作出 2~3GHz的 SAW 滤波器。此外，未来 SAW/BAW 滤波器的设计还必须考虑集成，这进一步增加了工艺难度。
行内相关人士告诉半导体行业观察，现在能够量产的国产Saw滤波器，由于芯片太厚，都没法做进集成模块，只能外挂在芯片外面，这明显地跟不上射频前端集成模组化的发展趋势。
目前国产厂家的SMT贴片滤波器水平还相当于几年前的手机PA水平。对于像GSM，2G或3G这样的低频通信，SAW滤波器市场中的低成本竞争者将有机会超过对手，因为高质量的竞争对手将重点转移到使用BAW滤波器或者FBAR滤波器的4G和5G市场，同时现在已经有更好的集成技术来把所有前端通信器件集成到一个模块中，而对国产厂家而言SMT贴片滤波器是瓶颈中的瓶颈。更高要求的BAW滤波器对中国厂商来说无疑是更困难的。
目前的SAW/BAW 滤波器厂商大多采用 IDM 的模式，设计和制造工艺主要被国外厂商垄断，我国没有捷径可走。另外，一个新的形势的出现，对国产滤波器产业来说，无疑是雪上加霜。
高通联手TDK给滤波器厂商带来新挑战
高通是移动芯片的霸主，他们在移动处理器和基带方面的市场影响力是巨大的。但最近他们逐渐往射频前端方面发力，意在打造全产品线供应链。这种打包的方案无疑会给厂商带来压力，滤波器就是其中可能受影响的产业。
在2016年初，高通TDK联合宣布，投资三十亿美元成立一家公司——RF360 Holdings，瞄准的产品是TDK SAW业务Qualcomm执行副总裁兼QCT总裁克里斯蒂亚诺·阿蒙表示：“移动通信正在拓展至多个行业，而多载波4G技术的部署也达到了前所未有的规模，目前已使用超过65个3GPP定义的频段。面对这些趋势，无线解决方案制造商力求在微型化、集成性和性能方面实现更高水平，特别是对于这些终端中的射频前端更是如此。此外，5G将大幅增加复杂程度。为此，能够向生态系统提供真正完整的解决方案，对于支持客户规模化地及时推出移动解决方案至关重要。”
也就是说，高通将具备设计和提供具有端到端性能和全球规模、包含从调制解调器/收发器到天线的全集成系统产品的实力优势。联想到高通庞大的处理器和基带出货量，这种打包的方式对于PA以及滤波器厂商来说，无疑是一个打击。日前更是从台湾媒体传出，高通补贴厂商进入供应链。
对于国产滤波器厂商来说，攻坚任务更加艰巨了。（文/李寿鹏）
今天是《半导体行业观察》为您分享的第1355期内容，欢迎关注。
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