如何打破國產SAW濾波器桎梏？

近年來，5G滲透率的不斷提升通推動射頻前端芯片成了移動智能終端中最為關鍵的器件之一，全球射頻前端市場迎來快速擴張，而國產射頻前端產業也在國內終端市場及國產替代的推動下成為近幾年半導體行業最為火熱的領域之一。在射頻前端不斷模組化、集成化、小型化趨勢下，射頻前端中價值量最高的濾波器領域成為國內企業亟待攻克的鋼筋鐵骨。

我國濾波器處于剛剛起步階段，作為當前終端應用中最主流的濾波器，SAW和BAW在國內的發展都受到諸多限制。例如SAW濾波器的短板主要在于產能不足、品質控制/良率尚有差距、配套上下游產業鏈能力不足，尤其是上游核心材料鉭酸鋰（LT）、鈮酸鋰（LN）晶體壓電襯底，被住友化學、信越化學等日系企業壟斷，因而整體市場被Murata、TDK、太陽誘電等幾家日本廠商占據95%以上份額，大部分國內企業只能陷入低端SAW濾波器的價格戰。

與此同時，隨著市場對高性能濾波器的需求日漸增長，國際龍頭加大高性能的TC-SAW、I.H.P. SAW以及BAW濾波器等產品的研發力度，并通過專利壁壘與競爭對手的差距越拉越大。惟共贏者進，惟創新者強，國內企業若無法破解這些技術、商業上的瓶頸，國產濾波器產業將無法真正實現健康良性發展，陷入依靠融資才能存活的怪圈。

智能手機市場風云變幻，兩極化趨勢推動濾波器需求變革

作為濾波器最大的應用市場，智能手機產業鏈自2022年以來共同經歷了需求低迷和庫存挑戰。在這一年多里，經歷俄烏/巴以/非洲地區沖突、后疫情時代、美國對華科技出口管控升級、全球經濟疲軟等諸多外部環境影響后，全球智能手機市場呈現出更為復雜的發展態勢。

首先，市場下滑勢頭有所減緩，產業出現復蘇跡象。Canalys的最新研究顯示，全球智能手機市場在2023年第三季度小幅下降1%至2.934億部，多家供應商在第二季度的庫存水平良好后推出了新機型，華為和蘋果在第三季度發布的新品重新為智能手機市場注入了活力。

其次，不同地區市場需求及品牌的策略差異，使得全球智能手機市場出現兩極化的發展趨勢。

一方面，蘋果、華為、OPPO等正加強其高端細分市場產品。華為憑借其備受矚目的Mate系列有望重新回歸頂級玩家；蘋果在iPhone 15系列加強了更新幅度以支持該品牌在高端市場的統治力；三星和OPPO則通過新款折疊屏手機展示了占領全球可折疊市場的雄心壯志?？梢哉f，產品競爭力再次成為高端市場增長的關鍵，而這些均得益于消費者仍然愿意為提供有吸引力的價值主張的產品付費，特別是高端機型刺激了消費。?

另一方面，智能手機的長期市場增長仍然受到主要市場更換周期延長的制約，今年第二季度僅非洲和中東市場表現出了極大的增速，而更專注新興市場的小米和傳音也在第三季度保持了上一季度的強勁表現，是前五大智能手機品牌中唯一實現增長的品牌。

因此集微咨詢（JW Insights）分析指出，盡管2024年智能手機市場將逐步復蘇，但全球市場空間將維持在12億部上下的水平，增量市場主要來自拉美、非洲、中東等欠發達地區。為此，采用射頻前端分立方案的中低端手機市場份額穩固，對于射頻前端模組、濾波器的成本、小型化的要求或將更高，這為SAW濾波器市場帶來了廣闊的成長空間，并且其微型化、高可靠、低成本和集成化是大勢所趨。根據Yole數據，2023年全球蜂窩通信中濾波器市場規模達到88.5億美元。其中SAW濾波器仍然占最大份額，占比61%，市場規模達54億美元；BAW濾波器占比34%，市場規模為30億美元。2027年，整體濾波器市場規模將超過100億美元。

不難發現，SAW濾波器在4G和5G時代都會是最主要的濾波器，在未來數年內仍將占據大部分的市場份額，但是從4G到5G的升級迭代對射頻前端器件帶來巨大的挑戰，更對SAW濾波器性能提出了進一步升級的需求。

首先，通信頻率提高，頻段數量、頻段帶寬進一步增加，對濾波器支持的頻段數量、帶寬都帶來更高要求。5G通信最高頻率從2690MHz提高到5000MHz，需要射頻前端器件引入新的工藝和封裝形式以滿足高頻應用。通信頻段數量從4G時代的40多個到5G時代的90多個，帶來了新的產品需求，比如n77/n78/n79頻段需要新興的L-PAMiF和L-FEM產品，均需要具有信號接收功能；另一方面，頻段帶寬從4G時代40-60MHz提升到5G時代的100-200MHz，5G傳輸帶寬從4G的300MHz提升到900MHz、最高達到1000MHz，對信號發射端尤其是PA模組的設計帶來新的挑戰。

其次，MIMO、載波聚合（CA）、高階調制等更多功能的應用使射頻前端系統的設計愈加復雜。MIMO增加了對天線切換開關的要求，使Rx通路數量翻倍，相應的射頻前端增量翻倍；載波聚合引入雙連接技術，對天線切換和射頻前端線性度、干擾控制的要求極其苛刻，對濾波器（尤其多工器）、天線開關的需求量及性能要求提升；高階調制也對PA和LNA帶來更高的線性度、濾波器更高的信噪比以及開關更高的隔離度要求。

最后，Phase 8方案、低壓L-PAMiF、5G Redcap等概念興起，或將對射頻前端模組架構帶來進一步變革。伴隨著5G方案的不斷演進，Phase 8方案縮小了國內廠商與國外廠商的差距，為國產突破帶來新的契機，其中Phase 8L方案將Low Band與Mid/High Band通路進行了合并，一顆芯片覆蓋Sub-3GHz全頻段，減少了方案面積，也降低了方案實現成本，使得射頻模組化有望向低端市場下沉。另外，國內射頻玩家推動的低壓版本L-PAMiF，可以降低智能手機產品對升壓電源管理芯片的需求，從系統整體方案上優化了成本，也受到了許多終端客戶的青睞，這些變化需要對射頻前端模組中成本占比極高的濾波器提升國產化率，并優化成本。

上述設計挑戰使得射頻前端中各組件用量大幅提升，尤其濾波器增長幅度最大，同時為了適應未來高頻、寬帶化的要求，需要其向小型化、高頻化、高功率、大帶寬以及多工器等進一步發展。由于SAW濾波器更適用于低頻頻段，BAW濾波器更適用于高頻頻段，因此如何有效提高SAW濾波器處理高難度頻段的能力，達到類似于BAW濾波器的性能表現，成為了學術界和產業界的共同目標。

2017年IEEE國際超聲波研討會（IUS）上，日本村田薄膜體工程部的科學家團隊首次提出了超高質量表面聲波濾波器I.H.P. SAW，這一項創新意義非凡，真正意義上推動了射頻濾波器行業的發展。村田在隨后的2019年實現了I.H.P. SAW濾波器的量產，它具有新穎的多層結構（鉭酸鋰/二氧化硅/氮化鋁/硅襯底），表現出極高的品質（Q）因數、較低的頻率溫度系數（TCF）和優化的機電耦合系數（K2），并成功應用到了索尼Xperia XA2 Ultra和華碩ZenFone 4 Pro等智能手機。此后I.H.P. SAW濾波器成為未來發展的重要方向。

從全球濾波器市場競爭格局來看，射頻濾波器產業被日美國企業寡頭壟斷，占據全球絕大多數濾波器市場份額，國內SAW濾波器的自給率僅約10%左右，尤以中低端產品為主。并且，BAW濾波器的核心專利集中在歐美企業旗下，SAW濾波器的材料和工藝專利又牢牢把握在日企手中，后發的濾波器設計思路想走通困難重重。幸運的是，SAW濾波器的專利競爭布局集中在2000年至2005年，考慮到專利的保護期為20年，近些年專利保護逐漸結束，國內廠商有望加速SAW濾波器的技術研發和實現規?；a。

自材料到器件，三安集成濾波器全產業鏈能力賦能射頻前端生態鏈

隨著射頻前端模組化成為未來競爭主場，濾波器的重要性與日俱增。當前國產的開關、PA、LNA、天線等均已發展得較為成熟，唯獨小型化、可集成的高質量SAW濾波器資源，不僅成為射頻前端模組設計中的稀缺資源，同時也是國產射頻前端模組當前最為突出的短板所在。面對國內有海量市場而國產率很低的窘境，打破國外技術封鎖與市場壁壘，加快濾波器國產化的進程刻不容緩。

從濾波器研發到制造的全產業鏈過程來看，其在材料、EDA工具和仿真能力、工藝制造能力、封測等個環節的技術挑戰均對實現高Q值、低帶內插損的優質SAW濾波器起到重要影響，如果不能突破這些環環相扣的瓶頸以及商業壁壘，我國SAW濾波器產業也將長期被局限在低端市場。而要從中突圍，具備自主設計和工藝能力的垂直整合平臺至關重要。

三安集成作為中國領先的射頻前端解決方案與器件制造平臺，將多年化合物半導體制造經驗延續至SAW/TC-SAW濾波器領域，擁有濾波器全產業鏈的研發和制造能力，具備從高質量4寸鉭酸鋰襯底生產，濾波器設計，器件級CPS、小型化、晶圓級WLP封裝測試的濾波器全產業鏈的研發和制造能力，目前在日本設立了研發中心，并在福建廈門和泉州南安建立了濾波器全產業鏈設計與制造基地，在襯底材料、器件設計、芯片制造封測和終端應用領域都走到了行業前沿，為射頻前端架構提供從分立式到集成化的靈活方案提供了充分的競爭優勢。

首先，壓電材料能力。SAW濾波器主要使用LT/LN襯底（鉭酸鋰、鈮酸鋰壓電材料），現階段日系企業占據該領域全球市場份額的90%，擁有渠道和技術優勢。三安集成于2016年開始逐步投產超薄化、超平坦化的高質量4英寸LT襯底，在長晶，襯底片居里溫度控制、切面角度精準度、面內一致性、平坦度、還原晶片明度和色差控制、還原襯底-黑化均勻性、晶圓潔凈度等方面均實現了與日系廠商媲美的性能指標。同時三安集成已在提升襯底質量和性能方面已通過多項相關襯底工藝專利，突破了日系企業在壓電材料領域的壟斷并已得到廣泛應用和驗證，為后續高品質濾波器芯片研發生產奠定了堅實的基礎。

值得一提的是，在壓電材料領域，三安集成在晶安光電組織的襯底研發團隊制定了鉭酸鋰、鈮酸鋰還原單晶晶片、明度和色差技術要求及測量方法，并牽頭中電26所、無錫好達、中電55所、成都泰美克等14家國內材料單位制定了LT和LN中國行業標準；以及IEC 62276-用于SAW器件應用的單晶晶片–規格和測量方法國際標準。國內團體標準在今年通過了專家評審并于6月13日發布公告，國際標準預計也將在年內獲通過。

其次，是濾波器設計和工藝開發能力。三安集成早在2017年就在日本成立了國際先進水平的濾波器研發中心，通過整合全球濾波器研發高端人才，全面掌握了濾波器設計、工藝開發和高端封裝的研發能力。在產品類型上，SAW和TC-SAW濾波器產品線已經涵蓋FDD/TDD主流頻段，產品性能達到國際先進水平，支持的頻段不斷增加；在產品尺寸上，三安集成濾波器裸芯最小達3*3mm，雙工器當前尺寸為1814（1.8*1.4mm），即將推出1612規格，四工器規格也將從當前的2520演進至2016。

另外，在射頻前端市場驅動及國產替代趨勢下，單一均質壓電材料的聲表器件（普通SAW，N-SAW）技術愈加成熟。普通SAW聲表器件的局限性也日益凸顯，即溫度穩定性表現差、Q值低和器件散熱差而導致的最大輸入功率偏低等因素使得普通SAW器件在性能和應用場景方面比較受限。隨著I.H.P. SAW濾波器成為高端SAW濾波器開發重要方向，今年9月，三安集成基于自研鍵合多層壓電襯底技術，在新材料及新建模的基礎上，在國內率先推出了前沿領域的HP-SAW濾波器系列產品，在Q值、TCF、K2等關鍵指標上均實現了優異表現。以Band8 1612（PN: PBD0943G23）為例，該產品在低邊帶可以達到0ppm/℃的溫漂參數，高邊帶對比上一代TC-SAW產品，大幅優化至-17ppm/℃，插損和隔離度特性也顯示出比前代工藝更明顯的優勢。為了支持客戶在海外市場的業務拓展，三安集成同步推出基于自主HP-SAW技術的雙工器，適配海外市場。

綜合而言，HP-SAW工藝可以幫助客戶實現低插損、高隔離度的設計要求，并具備向小延伸至1411尺寸的超小型化可能性。而三安集成得以在國內率先進入這一前沿領域，正是得益于其在材料方面的優勢。

最后，是先進封裝能力。對SAW濾波器而言，由于其空腔結構形成于封裝階段，濾波器的性能和可靠性更多的依賴于封裝技術；SAW濾波器的微型化、高可靠、低成本和集成化是大勢所趨，其中微型化對于降低成本至關重要。濾波器微型化一般通過以下三種途徑：(1)優化濾波器設計，縮小芯片本身的面積；(2)通過改善濾波器器件的封裝形式以使濾波器和多工器尺寸大幅度縮小，目前濾波器封裝方式已從傳統的金屬封裝改為采用先進的新型封裝技術，如包括晶圓級封裝(WLP)、裸片級聲表封裝(DSSPTM)、薄膜聲學封裝技術(TFAPTM)、CuFlip封裝技術等；(3)通過把不同功能的濾波器封裝形成模組，以降低占用PCB的面積。

三安集成目前具備了成熟的微型化濾波器CSP封裝能力，模組方案所需的晶圓級WLP封裝也已啟動交付，可為客戶提供不同需求的輕薄短小、高性能、高可靠性的封裝解決方案，在保障交付能力的同時，還能優化客戶在晶圓廠和封裝廠之間生產效率，加速三安客戶群體的產品迭代速度。

憑借上述垂直整合優勢，三安集成迅速形成了N-SAW、TC-SAW、HP-SAW產品技術布局，并成為國內首個能全套提供Phase V NR架構所需四工器和雙工器產品的濾波器企業，標志著三安集成進入國內濾波器行業前沿，并具備了頻段齊全、產品一致性高、工藝成本優化等競爭優勢。截至目前，三安集成射頻業務已贏得數十家國內外終端和模塊設計廠商的認可，濾波器產品單季度出貨突破100KK顆。

下一步，三安集成將在產能擴張、產品規劃、工藝完善方面進一步加大投入，以持續提升公司競爭力。產能方面，三安集成在廈門和泉州南安工廠規劃了750Mu/月的產能，以滿足持續增長的國內外客戶需求。產品方面，三安集成將持續發揮襯底端領先優勢，開發高性能材料，確保濾波器供應鏈和客戶端交付穩定；其次，貼合市場需求，三安集成將推出更完善的、小型化的產品型譜，提升TC-SAW, HP-SAW產品數量和質量，升級產品結構；另外，不斷完善WLP/BDMP等先進封裝工藝布局，支持客戶的定制化、模塊化開發，提升高端市場的競爭力。

結語

未來，三安集成將持續投入材料研發，提升工藝能力，完善濾波器產品布局。與此同時，隨著公司射頻前端供應鏈逐步完善和成熟，三安集成將在成熟的砷化鎵射頻代工制造平臺的基礎上，結合一體化垂直整合的濾波器研發制造能力，打造射頻前端全方位解決方案，為全球通訊市場提供可靠的制造服務和高品質的產品，賦能射頻前端生態鏈，加速實現萬物互聯的愿景。

中國濾波器行業發展，正處在多歧路的狀態，可以預見前方還將會遇到更多艱難險阻。今天的選擇，將決定企業未來能達到的高度。三安集成濾波器業務將繼續以襯底材料為基礎，以市場需求為導向，為客戶提供穩定的工藝制程制造能力和強大的供應保障，公司也將憑借產業一體化優勢成長為國內射頻前端領域龍頭企業。

審核編輯：黃飛

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