01

聲波濾波器的演進(jìn)

最重要的元器件

射頻（Radio Frequency）表示能夠遠(yuǎn)距離在空間傳播的電磁波頻率，一般范圍在 300k-300GHZ，用于進(jìn)行無線通信。射頻系統(tǒng)是通信系統(tǒng)中負(fù)責(zé)處理射頻信號發(fā)送與接收的部分，包含射頻收發(fā)器，天線以及射頻前端。其中，射頻前端分為發(fā)射通路和接收通路兩部分，發(fā)射通路包含功率放大器、雙工器等，接收通路包括天線調(diào)諧器、濾波器、低噪聲放大器以及開關(guān)等；

功率放大器 PA（Power Amplifier）：將基帶小功率信號放大至傳輸要求以上，通過天線進(jìn)行發(fā)射；

濾波器（Filter）：允許特定頻率信號通過，過濾其他頻段信號，從而解決不同頻段和通信系統(tǒng)之間的信號干擾；雙工器（Duplexer）由兩個濾波器組成；

射頻開關(guān)（Switch）：負(fù)責(zé)信號通路的導(dǎo)通與截止，從而實(shí)現(xiàn)信號切換功能；

低噪聲放大器（LNA，Low Noise Amplifier）：用于放大微弱信號，且噪聲較小，信噪比較高，常用于接受通路；

雙工器（Diplexer）：由兩組不同頻率的帶通濾波器組成，利用高通低通帶通濾波器的分頻功能，使得兩條信號路徑可以使用同一天線或傳輸線，實(shí)現(xiàn)同一天線對兩種不同頻率信號的接收發(fā)送。

細(xì)分領(lǐng)域——濾波器

需求量：通信技術(shù)從2G 發(fā)展至5G，手機(jī)通信頻段數(shù)目從2G 的4 個頻段上升到5G 的50 多個頻段，每新增一個頻段將需要增加相應(yīng)頻段的濾波器，因此頻段數(shù)量的增加將會帶動濾波器市場需求量的增長。高端4G 手機(jī)的濾波器用量一般不超過20-30 顆，目前5G 手機(jī)發(fā)展尚處早期，單機(jī)的濾波器用量需求超過40-50顆，相比4G 手機(jī)單機(jī)濾波器用量提升80%甚至更多。

價值量：在濾波器用量增長但手機(jī)內(nèi)部空間有限的情況下，5G 時代的濾波器將會趨向小型化和模組化。濾波器的升級發(fā)展將對其在芯片設(shè)計(jì)、制造和封裝測試等方面提出更高要求，從而推動單機(jī)聲表面波濾波器的價值量不斷提升。未來5G 手機(jī)將需要實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，包括多輸入多輸出（MIMO）、智能天線技術(shù)（如波束成形或分集）、載波聚合（CA）等，濾波器的單機(jī)價值量還將持續(xù)提升。

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下游應(yīng)用場景

手機(jī)市場：移動終端（手機(jī)）市場是當(dāng)前規(guī)模最大、競爭最激烈的市場。據(jù) IDC 估計(jì)，全球手機(jī)市場每年射頻濾波器、雙工器、多工器芯片的需求超過百億美元，占據(jù)射頻前端市場總份額的一半以上。當(dāng)前，中高端 BAW/TC-SAW 芯片市場份額主要被歐美日廠商所占據(jù)。

小基站市場：5G 小基站可能成為 BAW 濾波器應(yīng)用的主要場景之一。據(jù)IDC 預(yù)測，到 2025 年，與宏基站匹配的小基站/微基站數(shù)量將達(dá)到 1500 萬臺，其中濾波器的總需求將對應(yīng)約 80~100 億元的市場規(guī)模。在 5G 通訊場景下，頻率向高頻擴(kuò)展，對濾波器小型化的需求進(jìn)一步被明確，BAW 濾波器也成為替代介質(zhì)濾波器的最佳方案之一。

物聯(lián)網(wǎng)市場：隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，全球采用蜂窩連接的設(shè)備形態(tài)不斷增加，自動駕駛、可穿戴設(shè)備、智能家居、無人機(jī)等行業(yè)高速發(fā)展。根據(jù) IDC 機(jī)構(gòu)預(yù)測，2020 年以后，全球?qū)⒂谐^ 300 億臺的物聯(lián)網(wǎng)終端，它們都需要射頻濾波器的對應(yīng)配置。

濾波器/雙工器——核心壁壘

移動端：

IDM為濾波器主要運(yùn)營模式：半導(dǎo)體行業(yè)三種主要商業(yè)模式，IDM模式、Fabless模式和Fab-lite模式。

濾波器產(chǎn)業(yè)比較適合IDM模式：

濾波器屬于技術(shù)和資本密集型行業(yè)，對于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、專利布局及全產(chǎn)業(yè)鏈布局要求較高。濾波器的成本控制集中在晶圓和封測環(huán)節(jié)（特別是封測），F(xiàn)abless模式難以體現(xiàn)成本優(yōu)勢。

國際龍頭濾波器廠商基本采用IDM模式，兼具成熟的晶圓生產(chǎn)制造技術(shù)和后端封裝技術(shù)從而帶來技術(shù)成本雙優(yōu)勢。

基站端：

三大進(jìn)入壁壘：認(rèn)證、技術(shù)積累、資金支持。行業(yè)進(jìn)入壁壘較高，競爭主體相對穩(wěn)定。

行業(yè)發(fā)展總體趨勢

為什么需要模組化：

多頻段導(dǎo)致射頻設(shè)計(jì)復(fù)雜程度增加，所需射頻前端器件數(shù)量不斷增加 。PCB板空間布局受限。

射頻前端模組：

射頻開關(guān)、低噪聲放大器、濾波器、雙工器、功率放大器等兩種或者兩種以上的分立器件集成為一個模組，從而提高其集成度與性能并使其體積小型化。

模組化封裝工藝：

電子封裝結(jié)構(gòu)向高性能、高集成度、低成本的3D微系統(tǒng)方向發(fā)展。4G通訊模組分為天線、射頻前端、收發(fā)器和數(shù)據(jù)機(jī)等四個主要的模組。未來5G射頻模組的重要發(fā)展趨勢是毫米波天線AiP封裝。

驅(qū)動因素：

提高性能；異質(zhì)集成；成本控制。

BAW滲透率提升：

2G/3G/4G時代，SAW濾波器憑借較低成本主導(dǎo)市場，BAW濾波器在高頻市場更具優(yōu)勢。頻帶從低頻向高頻的發(fā)展促進(jìn)BAW市場份額的提升。

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02

SAW&BAW

聲學(xué)濾波器分類

聲學(xué)濾波器——SAW

原理：利用壓電陶瓷、鈮酸鋰、石英等壓電石英晶體振蕩器材料的壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性制成的一種換能式無源帶通濾波器。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：在具有壓電特性的基片材料拋光面上制作兩個聲電換能器－叉指換能器(Interdigital Transducer，IDT)，分別用作發(fā)射換能器和接收換能器。

工藝：以石英、鈮酸鋰或釬鈦酸鉛等壓電晶體為基片，經(jīng)表面拋光后在其上加一層金屬膜，通過光刻工藝制成兩組具有能量轉(zhuǎn)換功能的交叉指型的金屬電極，分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。

產(chǎn)品運(yùn)作流程：輸入IDT接上交流電壓信號時，壓電晶體基片表面產(chǎn)生振動，并激發(fā)出與外加信號同頻率的聲波，此聲波主要沿基片表面與叉指電極垂直的方向傳播。其中一個方向的聲波被吸聲材料吸收，別一方向的聲波則傳送到輸出叉指換能器，被轉(zhuǎn)換為電信號輸出。

聲學(xué)濾波器—SAW細(xì)分產(chǎn)品差異

SAW濾波器產(chǎn)品未來技術(shù)變化趨勢：

海外廠商TC-SAW技術(shù)逐步成熟，未來在SAW產(chǎn)品中份額將逐步提升，中國廠商發(fā)展相對滯后。

Murata首先研發(fā)出I.H.P-SAW濾波器，適用頻率達(dá)到3.5GHz，性能表現(xiàn)與BAW濾波器相當(dāng)，使得SAW技術(shù)能夠進(jìn)入高頻段市場（如Wi-Fi射頻前端領(lǐng)域）。除適用于高頻、改善低頻率溫度系數(shù)（TCF）、散熱性良好外，I.H.P_x0002_SAW濾波器具備帶寬調(diào)整的自由度，同時較傳統(tǒng)SAW濾波器有小型化的尺寸優(yōu)勢。

聲學(xué)濾波器——BAW

與SAW不同，聲波在BAW里垂直傳播。BAW使用石英晶體作為基板，貼嵌于石英基板頂、底兩側(cè)的金屬對聲波實(shí)施激勵，使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。

基本結(jié)構(gòu)：兩個金屬電極夾著壓電薄膜(在 2GHz下厚度為2um)，聲波在壓電薄膜里震蕩形成駐波。

板坯厚度和電極質(zhì)量（mass）決定了共振頻率。BAW諧振器應(yīng)用MEMS工藝，以便將石英晶體的工作機(jī)理擴(kuò)展到更高頻率。BAW濾波器壓電層的厚度必須在微米量級，因此需在載體基板上采用薄膜沉積和微機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)諧振器結(jié)構(gòu)。

聲學(xué)濾波器——BAW-SMR&FBAR

為把聲波留在壓電薄膜里震蕩，震蕩結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境之間必須有足夠的隔離才能得到最小loss和最大Q值：

方案一：BAW-SMR：為防止聲波進(jìn)入基板層，在震蕩結(jié)構(gòu)下方增加布拉格反射層(Bragg Reflector)，把聲波反射到壓電層里面。

方案二：FBAR，采用硅底板，借助MEMS和薄膜技術(shù)制造。包括硅反面刻蝕型和空氣隙型兩種。

總體來看，TC-SAW用于低頻段和中頻段，BAW一般用于中頻段和高頻段。在5G Sub-6G頻 段中，BAW-SMR和FBAR為主流技術(shù)。在超高頻段，需要采用XBAR、LTCC、IPD（Integrated Passive Device）等技術(shù)。

SAW 與 BAW 濾波器的技術(shù)特點(diǎn)

SAW/BAW技術(shù)發(fā)展趨勢

小型化：市場主流的縮小SAW/BAW濾波器體積的方法有三：

優(yōu)化器件用芯片設(shè)計(jì)，使其體積更??；

改進(jìn)器件的封裝形式；

將不同功能的SAW/BAW濾波器封裝在一起，構(gòu)成組合型器件以減小PCB的占用面積。

高頻、帶寬化：電子整機(jī)高頻、寬帶化趨勢要求SAW/BAW濾波器必須提高工作頻率和拓展帶寬。對于適用頻率較低的SAW濾波器，其常見改進(jìn)方法如下：

優(yōu)化設(shè)計(jì)IDT的電極結(jié)構(gòu)；

提高曝光設(shè)備和光刻技術(shù)能力；

利用聲表面波傳播速度更高的壓電材料。

集成化：利用先進(jìn)封裝集成技術(shù)（SiP），基于各種元件的特點(diǎn)，將多個元件芯片封裝集成在一個外殼中。如采用SOI工藝將濾波器模塊和其他射頻前端模塊進(jìn)行單片集成。

03

市場競爭格局

全球競爭格局

SAW 專利競爭格局基本穩(wěn)定，5G 時代 BAW 技術(shù)快速發(fā)展，專利競爭激烈。至 20 世紀(jì)末，世界各國先進(jìn)濾波器廠商紛紛開始布局 SAW 技術(shù)專利，相關(guān) IP 數(shù)目大幅度增長，在 2006 年后行業(yè)布局成熟，專利格局基本穩(wěn)定。其中，村田在 SAW 濾波器的各類工藝以及集成化方面專利申請量超過 1000 項(xiàng)，是該領(lǐng)域無可爭議的龍頭廠商。

2015 年開始，隨著通信標(biāo)準(zhǔn)更新?lián)Q代的加快，5G 通信模組的升級需求推動了 BAW 技術(shù)的發(fā)展，博通擁有超過 300 項(xiàng) BAW 技術(shù)專利，屬于全球體聲波技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，但近年來發(fā)展方向朝模組化演變，其在 BAW 結(jié)構(gòu)上的專利新申請步伐逐漸放緩。由于 BAW技術(shù)隨著通信標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)變化日新月異，這就給了許多后來廠商在專利布局上的反超機(jī)會。

手機(jī)濾波器行業(yè)屬于技術(shù)密集型，對于模擬 IC 的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)專利工藝技術(shù)布局的要求極高。在手機(jī)射頻領(lǐng)域，聲波濾波器已經(jīng)基本淘汰 LC 濾波器以及陶瓷濾波器，經(jīng)歷了 90 年代以來不斷的市場競爭以及技術(shù)整合并購，形成了日系、美系兩派廠商壟斷 SAW 以及 BAW 市場的競爭格局。

密集并購催生濾波器行業(yè)新龍頭，行業(yè)格局進(jìn)一步集中。與濾波器廠商相關(guān)的并購和整合可以分為三類：第一是基帶芯片廠商與射頻芯片廠商之間的整合，形成基帶和射頻一體化提供方案；第二是射頻芯片廠商收購濾波器廠商，形成射頻芯片與濾波器的一體化解決能力；第三是巨頭之間的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與整合，提供射頻終端的整體解決能力。

全球射頻前端產(chǎn)業(yè)并購趨勢

國產(chǎn)替代邏輯

濾波器國產(chǎn)替代主要看移動端：

移動端濾波器：國內(nèi)廠商少部分布局中低端SAW，BAW濾波器目前僅有天津諾思等極少數(shù)可量產(chǎn)。

基站端濾波器：國內(nèi)廠商已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

移動端濾波器國產(chǎn)替代的邏輯主要如以下：

國內(nèi)濾波器目前自給率低，國產(chǎn)替代空間極大。國內(nèi)下游終端廠商逐漸占據(jù)市場份額。

國內(nèi)前后道工藝能力增強(qiáng)帶動生產(chǎn)效率提高和成本控制：國內(nèi)濾波器前道工序（如德清華瑩具備的3- 8英寸鉭酸鋰晶片生產(chǎn)能力）和后道封裝（如麥捷科技2016年募投4.5億基板的終端SAW封裝工藝開發(fā)與生產(chǎn)項(xiàng)目）能力逐步增強(qiáng)，有利于帶動國內(nèi)濾波器產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率和成本控制能力的提升。

對于國產(chǎn)替代的進(jìn)程，我們做如下階段性的預(yù)期：

短期：看好已有濾波器產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)初步量產(chǎn)的廠商將在技術(shù)迭代中占據(jù)優(yōu)勢，有望領(lǐng)先其他廠商實(shí)現(xiàn)對中高端濾波器產(chǎn)品的技術(shù)突破。隨產(chǎn)品在終端客戶側(cè)的驗(yàn)證導(dǎo)入，業(yè)績有望率先實(shí)現(xiàn)爆發(fā)。

中長期：Fabless經(jīng)營模式下初步布局濾波器產(chǎn)業(yè)的射頻芯片設(shè)計(jì)廠商（如卓勝微）有望趕上。芯片設(shè)計(jì)及生產(chǎn)廠商（如麥捷科技、好達(dá)電子）有望在自身成長同時帶動上游晶圓、材料廠商發(fā)展。

手機(jī)濾波器國內(nèi)廠商

技術(shù)能力薄弱，SAW 濾波器自給率不足 5%。中國是射頻濾波器的消費(fèi)大國，然而國內(nèi)廠商尚處于供貨陶瓷介質(zhì)濾波器的階段，只有少數(shù)廠商進(jìn)入 ODM 以及品牌客戶供應(yīng)鏈，小批量供貨 SAW 濾波器，產(chǎn)能嚴(yán)重不足，國產(chǎn)自給率小于 5%。

在 SAW 濾波器領(lǐng)域，目前卓勝微、德清華瑩、好達(dá)電子、麥捷科技的 SAW 濾波器已經(jīng)通過部分品牌廠商驗(yàn)證階段，開始為 ODM 以及 HOVM 進(jìn)行量產(chǎn)供貨。

BAW 濾波器擁有尖端技術(shù)布局，有望成為突圍關(guān)鍵。國內(nèi)擁有 BAW 技術(shù)的廠商包括中電 26 所、開元通信、天津諾思、武漢敏聲，目前中電 26 所及開元通信產(chǎn)品尚處于研發(fā)驗(yàn)證階段，而天津諾思已經(jīng)在天津、南昌等地投產(chǎn) 15 億顆/年 的 MEMS 工藝生產(chǎn)線，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量量產(chǎn)。

04

商業(yè)機(jī)會及風(fēng)險揭示

上市公司分析

德清華瑩

好達(dá)電子

漢天下

諾思微

麥捷科技

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卓勝微

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風(fēng)險揭示

下游國產(chǎn)替代需求不及預(yù)期：目前安卓市場射頻前端模組的主要供貨商仍為 Skyworks、Qorvo 等全球龍頭，國內(nèi)廠商無論在 PA、濾波器還是接收端射頻模組還處于替代的初級階段。若國產(chǎn)廠商替代需求不及預(yù)期，將導(dǎo)致業(yè)內(nèi)相關(guān)濾波器廠商發(fā)展空間及速度不及預(yù)期。

先進(jìn)濾波器成果轉(zhuǎn)化進(jìn)度不及預(yù)期：BAW 濾波器屬于先進(jìn)濾波器技術(shù)，其產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、試產(chǎn)到產(chǎn)線磨合和正式量產(chǎn)往往需要較長時間，且產(chǎn)品需要與終端客戶進(jìn)行長期設(shè)計(jì)磨合才能正式進(jìn)入供應(yīng)鏈，從設(shè)計(jì)到正式生產(chǎn)的過程中任一環(huán)節(jié)進(jìn)度放緩都有可能影響整體產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度。

審核編輯：黃飛

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