射頻前端濾波器（Radio Frequency Front-End, RFFE）是移動通信系統(tǒng)的核心組件，主要指射頻收發(fā)器和天線之間的一系列組件，收到收發(fā)射頻信號的作用，一般由功率放大器（PA）、濾波器、雙工器、射頻開關(guān)、低噪聲放大器（LNA）等射頻器件組成。濾波器主要用于保留特定頻段內(nèi)的信號，同時(shí)將特定頻段外的信號濾除。在發(fā)射鏈路中，濾波器位于功率放大器的后側(cè)，在接收鏈路中，濾波器位于低噪聲放大器的前側(cè)（圖1）
圖1：智能手機(jī)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，濾波器又可以分為LC濾波器、腔體濾波器、聲學(xué)濾波器、介質(zhì)濾波器等，不同濾波器適用于不同的應(yīng)用場景。到目前為止，基于聲表面波（SAW）和體聲波（BAW）技術(shù)的聲學(xué)濾波器由于綜合了體積小、插入損耗低以及帶外抑制高等特點(diǎn)，成為移動通信的主流濾波方案。
SAW濾波器（圖2）作為聲學(xué)濾波器的代表，非常適合約1.5GHz以內(nèi)的應(yīng)用，在2G、3G時(shí)代占據(jù)濾波器市場的主導(dǎo)地位，但由于受表面電極間距的限制，在濾波頻率高于2GHz時(shí)性能不足，不能滿足苛刻頻段的要求。
圖2：聲表面波（SAW）濾波器
圖3：體聲波（BAW）濾波器
圖4：不同濾波器的頻段范圍 （Qorvo）
圖5：SAW 和FBAR濾波器關(guān)鍵參數(shù)的比較
2018年，全球智能手機(jī)每年出貨量由10億部增加到14億部，而我國智能手機(jī)每年出貨量由3.2億部增加到3.9億部。其中2016年是我國智能手機(jī)出貨量的頂峰，出貨量達(dá)到了5.2億部。目前，我國每年智能手機(jī)出貨量占據(jù)了全球智能手機(jī)出貨量約37%。4G時(shí)代智能手機(jī)普及度達(dá)到高點(diǎn)，意味著4G時(shí)代發(fā)展帶來的換機(jī)熱潮臨近結(jié)束，5G時(shí)代將迎來新一輪的換機(jī)潮。可以預(yù)計(jì)，在5G驅(qū)動下，新基站建設(shè)以及5G手機(jī)對復(fù)雜的制式和頻段的增加將導(dǎo)致濾波器的升級和放量，因此需求亦會大大增加。據(jù)Yole預(yù)計(jì)，手機(jī)射頻前端市場規(guī)模在2023年將達(dá)352億美元（圖6），是2017年規(guī)模的2倍多。濾波器是整個(gè)射頻前端最大的業(yè)務(wù)板塊，在4G時(shí)代，一個(gè)智能手機(jī)需要接收2G、3G、4G的多個(gè)頻段，同時(shí)還要對WiFi、藍(lán)牙、GPS信號進(jìn)行處理。不同通信制式工作頻段不同，需要在收發(fā)鏈路中使用多個(gè)濾波器避免信號互相干擾，目前一款4G手機(jī)需要用到的濾波器數(shù)量大約為30多個(gè)。隨著5G時(shí)代到來，通信制式升級，頻段變多，高一級的通信系統(tǒng)要向下兼容，頻段數(shù)量的增加將直接增加射頻前端功放、開關(guān)、以及濾波器芯片的數(shù)量，要實(shí)現(xiàn)5G＋4G全球通，未來一部5G手機(jī)可能需要90個(gè)以上濾波器。同時(shí)通信頻率上移、MIMO、CA技術(shù)對于濾波器的性能（插損、帶外抑制、溫度穩(wěn)定性等）要求提升，濾波器行業(yè)進(jìn)入新的快速成長期。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)推測到2022年濾波器市場將從52億美元增長至163億美元，年復(fù)合增長率達(dá)21%，占整個(gè)手機(jī)前端市場價(jià)值的72%。
圖6：Yole公司關(guān)于射頻前端市場預(yù)測分析
同時(shí)，濾波器也是目前公認(rèn)的技術(shù)難度最大的器件，不少國內(nèi)廠商還停留于研發(fā)階段，是整個(gè)中國亟待解決的、受制于人的關(guān)鍵技術(shù)。就BAW濾波器整體而言（包含F(xiàn)BAR和SMR），在傳統(tǒng)的IDM射頻廠商中，Avago和Qorvo在FBAR/SMR技術(shù)研發(fā)上進(jìn)行了持續(xù)且大量的投資，也因此成為下一代5G射頻前端市場中最具競爭力的公司，目前兩家公司BAW濾波器市場占有率超過90%（圖7）。其中Avago的前身安捷倫于1999年就已經(jīng)開發(fā)出了FBAR并于2001年開始量產(chǎn)，此后在FBAR技術(shù)和核心專利方面始終處于世界領(lǐng)先地位，多年來Avago一直專注于工藝優(yōu)化使得其FBAR器件往往具有更佳的性能。而Qorvo的優(yōu)勢在于其具有齊全的射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈，因而能夠提供高度集成、完整的解決方案。在此基礎(chǔ)上，Skyworks、muRata、TDK-EPCOS和Taiyo Yuden等以SAW為主要產(chǎn)品的公司，則在已有的濾波器核心產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上積極投資5G技術(shù)市場，助力企業(yè)滲透高端應(yīng)用領(lǐng)域。未來五年內(nèi)，提供毫米波領(lǐng)域的解決方案將會成為這些傳統(tǒng)濾波器龍頭企業(yè)爭奪的焦點(diǎn)。目前，國內(nèi)射頻前端廠商產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重且競爭激烈，缺少可以與國際IDM廠商相媲美的設(shè)計(jì)、工藝和集成封裝技術(shù)。對中國射頻廠商而言，通過自主研發(fā)突破國外射頻技術(shù)的壁壘，成功制造出高集成、高頻段、小型化、寬帶寬和低成本的高性能濾波器將是未來的主要努力方向。
圖7：全球?yàn)V波器市場格局
近年來，國內(nèi)逐漸加強(qiáng)了射頻前端產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，出現(xiàn)了一批Fabless模式的射頻廠商，采取Fabless（設(shè)計(jì)）+ Foundry（晶圓制造）+ 封測廠的垂直整合模式協(xié)作，F(xiàn)abless廠商主要有紫光展銳、昂瑞微、唯捷創(chuàng)芯等，晶圓制造廠有三安光電、海特高新等，封測廠有長安科技、長電科技等。
5G商用序幕的拉開使射頻前端模塊的復(fù)雜度逐漸提高，給移動終端射頻前端的設(shè)計(jì)帶來了很多挑戰(zhàn)，而對濾波器的影響則主要體現(xiàn)在頻率的升高、帶寬的增大以及用量的提升等方面，結(jié)果是頻譜日益復(fù)雜化，頻譜互擾問題雪上加霜，因此對濾波器的性能要求也不斷提高，其解決方案趨于集成化和模塊化，國外IDM廠商通過整合兼并基本都具備了射頻前端各組件的設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)能力，更具備了整合集成的能力，這使中國在全球射頻前端市場的失去了話語權(quán)，只能從低端市場切入。2019年，中美貿(mào)易戰(zhàn)和美國對中國企業(yè)的制裁進(jìn)一步迫使中國企業(yè)必須突圍射頻前端市場，尤其是濾波器市場。但濾波器芯片的設(shè)計(jì)和工藝復(fù)雜，技術(shù)壁壘高，國內(nèi)濾波器企業(yè)技術(shù)和工藝積累不足，能夠切入濾波器市場的廠商有限。同時(shí)因國外起步較早，圍繞核心技術(shù)已經(jīng)形成了完善的專利布局，如何突破國外巨頭的專利封鎖布局，解決在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和關(guān)鍵工藝上的技術(shù)難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)濾波器國產(chǎn)化需要解決的重大問題。
當(dāng)前國內(nèi)射頻前端領(lǐng)域中，專注SAW濾波器的企業(yè)包括好達(dá)電子、麥捷科技、中電德清華瑩、中電26所、中電55所等。其中，好達(dá)電子SAW濾波器產(chǎn)量國內(nèi)名列前茅，基于其在SAW領(lǐng)域的長期技術(shù)積累，先后獲得小米長江、華為哈勃投資，助力其在高端濾波器的研發(fā)。而中電二十六所和五十五所，除了深耕普通的SAW濾波器外，在TC-SAW（帶有溫度補(bǔ)償?shù)腟AW濾波器）和FBAR也有多年的研究布局，麥捷科技則在SAW濾波器打入華為供應(yīng)鏈后，也通過與中電二十六所的合作，有望跨入FBAR高性能濾波器的研發(fā)行列。
針對于BAW濾波器領(lǐng)域，經(jīng)過幾年的技術(shù)積累和積極布局，國內(nèi)已有部分射頻前端領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)成功突圍國外巨頭的技術(shù)封鎖，逐步研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的濾波器芯片產(chǎn)品，其中具有代表性的公司如漢天下電子、諾思（天津）微系統(tǒng)、開元通信等。漢天下電子的濾波器技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)始于2013年的貴州中科漢天下電子有限公司，是國內(nèi)率先全面掌握BAW濾波器量產(chǎn)技術(shù)的公司，團(tuán)隊(duì)擁有關(guān)于BAW諧振器、濾波器的多項(xiàng)核心技術(shù)，2019年推出了包括全頻段N41濾波器（適配5G技術(shù)）在內(nèi)的多款濾波器產(chǎn)品。天津諾思成立于2011年，總部設(shè)于天津，是中國首家FBAR生產(chǎn)企業(yè)，也是國內(nèi)少數(shù)的專注FBAR濾波器的擁有IDM（垂直整合制造）模式的廠商，建有亞洲首座具有完全知識產(chǎn)權(quán)（IP）的FBAR晶圓廠，到目前為止諾思也已推出包括N41在內(nèi)的多款濾波器產(chǎn)品。開元通信則通過在工藝、封裝、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的自主創(chuàng)新，形成了具有高度競爭力和獨(dú)特差異化的全套BAW自主知識產(chǎn)權(quán)。依托自主核心技術(shù)，以及代工廠巨大的產(chǎn)能、品質(zhì)、成本優(yōu)勢，以“矽力豹”為品牌強(qiáng)勢進(jìn)軍BAW濾波器全球市場。
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科技創(chuàng)新能力的提升，是一個(gè)民族、一個(gè)國家強(qiáng)大起來的主要標(biāo)志，芯片行業(yè)更是一個(gè)需要長期積累和不斷創(chuàng)新的行業(yè)，芯片的國產(chǎn)化道路就是一條漫長的創(chuàng)新能力不斷提升的道路，而芯片問題是國家戰(zhàn)略需求問題，是一個(gè)國家走向強(qiáng)大不可忽視的一道屏障?，F(xiàn)在我國芯片行業(yè)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域逐步突破了國外巨頭的技術(shù)壟斷，未來中國芯片行業(yè)必將繼續(xù)打通行業(yè)領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)鏈壁壘。感謝時(shí)代，感謝國家的大力支持，我們迎來了芯片國產(chǎn)化的巨大機(jī)遇，祝愿產(chǎn)業(yè)同仁都能抓住屬于自己的機(jī)遇，為芯片國產(chǎn)化貢獻(xiàn)各自的力量。