BAW濾波器實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，但華為5G手機(jī)可能不會很快回歸

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“因?yàn)檫@兩年多美國四輪制裁，限制我們5G手機(jī)，所以現(xiàn)在只能用4G，我們的5G芯片只能當(dāng)4G用。”

2021年7月在P50手機(jī)發(fā)布會上，華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)CEO余承東的這番話，讓外界期待P50系列仍保有少量5G機(jī)型的希望徹底破滅。

但很多人不知道的是，P50系列手機(jī)搭載的麒麟9000集成了5G基帶，也就是說芯片本身具備5G功能，但因?yàn)樯漕l模塊部分被卡了脖子，導(dǎo)致P50系列手機(jī)無法支持5G功能，所以也就有了5G只能當(dāng)4G用的事情。

自那以后，華為雖然仍有新機(jī)型推出，但在配置表的處理器一欄都會特別標(biāo)注一個「4G」。

而阻礙華為5G手機(jī)的關(guān)鍵，除了外界普遍認(rèn)知的芯片代工，還有藏在射頻模塊內(nèi)部的關(guān)鍵零部件BAW濾波器。

剛剛過去的7月16日，一家國產(chǎn)MEMS（傳感器即微機(jī)電系統(tǒng)）代工廠宣布，實(shí)現(xiàn)了BAW濾波器的自主量產(chǎn)和國產(chǎn)替代，雖然未必能很快落到華為的5G手機(jī)，但背后卻是又一個半導(dǎo)體關(guān)鍵零部件突破封鎖的逆襲故事。

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射頻模塊，難以繞過的門檻

5G芯片是手機(jī)實(shí)現(xiàn)5G通信功能的核心部件，包括基帶和射頻兩個模塊。前者負(fù)責(zé)信號處理和協(xié)議處理，后者負(fù)責(zé)射頻收發(fā)、頻率合成、功率放大等功能。

華為在基帶方面已經(jīng)具備了自主研發(fā)和生產(chǎn)的能力，其海思麒麟9000系列芯片采用臺積電5nm工藝，集成了5G基帶，并且在性能和功耗方面都達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

然而，在射頻方面，華為仍然依賴于外部供應(yīng)商。受禁令影響，這些供應(yīng)商都無法向華為提供5G射頻模塊，導(dǎo)致華為無法生產(chǎn)出完整的5G手機(jī)。

射頻模塊的作用，簡單來說主要有兩個：首先是在發(fā)射信號的過程中，將二進(jìn)制信號轉(zhuǎn)換成高頻率的無線電磁波信號；其次是在接收信號的過程中，將收到的電磁波信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字信號。

整體結(jié)構(gòu)上，射頻模塊主要包括天線、射頻前端和射頻芯片，其中，射頻前端又是電子設(shè)備信號收發(fā)的核心器件，發(fā)揮著無線通訊系統(tǒng)「接收機(jī)」和「發(fā)射機(jī)」的作用。

射頻前端由濾波器、低噪聲放大器、功率放大器、射頻開關(guān)等元器件構(gòu)成，其性能直接決定了終端可以支持的通信模式，以及接收信號強(qiáng)度、通話穩(wěn)定性、發(fā)射功率等重要性能指標(biāo)，直接影響終端的通信質(zhì)量。

而這個射頻前端，就是華為一直沒有解決的難題。

2020年3月，英國《金融時報》曾對華為P40進(jìn)行過拆解。結(jié)果顯示，盡管華為在元器件方面很大程度上擺脫了對美國公司的依賴，但比例并沒有降到零。P40的元器件主要采購自中國大陸和中國臺灣地區(qū)、韓國、日本等地，不過高通、Qorvo和思佳訊等廠商仍提供必要的射頻前端組件。

同年5月，日媒也拆解了華為Mate30，結(jié)果大同小異，海思已經(jīng)實(shí)現(xiàn)處理器、通信半導(dǎo)體、天線開關(guān)的自研，但射頻前端模塊仍來自日本村田制作所。

而射頻前端模塊中卡脖子的主要零部件，是一個叫做BAW濾波器的東西。

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濾波器有多難做

東吳證券曾在一份研報中測算，一部4G手機(jī)需要承擔(dān)的濾波器成本是77元，一部5G手機(jī)則是116元。

雖然只是一杯星巴克的價差，但技術(shù)和工藝層面的實(shí)現(xiàn)難度卻天差地別。

作為射頻前端中最重要的分立器件，濾波器的作用是為了使信號中特定頻率成分通過，將其余頻段的信號濾除，從而提高信號的抗干擾性及信噪比，除了射頻前端，也被廣泛應(yīng)用于通訊基站、回傳鏈路、衛(wèi)星通信、航空航天、有線寬帶等各個通信相關(guān)的領(lǐng)域。

細(xì)分到手機(jī)射頻市場，濾波器主要分為聲表面波濾波器（Surface Acoustic Wave，SAW）和體聲波濾波器（Bulk Acoustic Wave，BAW）兩大類。

SAW濾波器即聲表面波濾波器，是當(dāng)前主流的聲學(xué)濾波器，特點(diǎn)是設(shè)計靈活性大、可靠性高、制作的器件體積小、重量輕、成本低。缺點(diǎn)是SAW濾波器的工作原理決定了其主要應(yīng)用于低頻段場景，在1GHz以上的高頻段表現(xiàn)會逐漸衰弱，高頻性能不足，在5G領(lǐng)域存在劣勢。

BAW濾波器即體聲波濾波器，基本原理同SAW濾波器相同，差異在于BAW濾波器中聲波垂直傳播，能夠更有效地捕獲聲波。又因?yàn)槠湓诟哳l段的出色表現(xiàn)，插損低性能優(yōu)秀，適用于5G高頻濾波。但同時對于薄膜沉積與微機(jī)械加工技術(shù)的要求極高，制造難度與成本相比起SAW更高。

濾波器屬于同時需要芯片設(shè)計和工藝的積累，因?yàn)闉V波器本身更像是一個半導(dǎo)體器件，因此需要在器件設(shè)計和工藝方面都有深厚積累。例如，BAW濾波器中的主流技術(shù)FBAR需要在有源區(qū)下方做高精度蝕刻，這就對芯片工藝方面提出了很高要求；另一方面，也需要能有同時了解器件物理和工藝的工程師來完成結(jié)合工藝的器件設(shè)計，來實(shí)現(xiàn)高性能濾波器。

華安證券做過測算，BAW濾波器的成本大約是SAW濾波器的2-10倍。

而且同其它半導(dǎo)體領(lǐng)域元器件或材料一樣，濾波器行業(yè)屬于技術(shù)密集型行業(yè)，技術(shù)壁壘高行業(yè)格局集中，目前被美日大廠壟斷。

目前全球SAW濾波器產(chǎn)品供給中，國內(nèi)市場份額大約只占了10%左右，大部分由國外廠商供應(yīng)。其中主要供應(yīng)商為Murata村田、TDK株式會社、Taiyo Yuden太陽誘電、Skyworks思佳訊，四家公司合計的市場占有率達(dá)到95%。

SAW濾波器的專利競爭布局集中在2000年至2005年，受到智能手機(jī)發(fā)展的推動，每年新增約250篇專利，自2006年后行業(yè)格局相對成熟，專利競爭的激烈程度逐漸減弱。

考慮到專利的保護(hù)期為20年，近些年專利保護(hù)期逐漸結(jié)束，國內(nèi)廠商有望加速SAW濾波器的技術(shù)研發(fā)和實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

而BAW濾波器由于興起更晚，且中國半導(dǎo)體能力還處于發(fā)展階段，目前還未出現(xiàn)能夠大批量供應(yīng)的公司。

數(shù)據(jù)來源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，財通證券研究所

國際市場中日系廠商出于業(yè)務(wù)穩(wěn)定的角度，對 BAW濾波器的專利布局較少，目前BAW濾波器的市場份額由Broadcom博通一家獨(dú)大占據(jù)了87%份額，專利布局超過300篇，Qorvo科沃占據(jù)8%份額，兩家公司的合計市場占有率達(dá)到了95%以上。

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國產(chǎn)替代打開突破口

高端BAW濾波器在5G/6G通訊、半導(dǎo)體等行業(yè)中的重要性毋庸置疑，在產(chǎn)業(yè)中從N41系列到未來5G＋、6G通信標(biāo)準(zhǔn)，頻率越來越高，這意味著濾波器將是一個巨大增量的市場。

而面對被國外廠商卡脖子的困境，高端濾波器BAW國產(chǎn)解決方案主要有兩個：

1 臨時解決方案——數(shù)源科技手機(jī)殼

5G手機(jī)殼的技術(shù)原理其實(shí)很簡單，就是通過eSIM卡獲取5G網(wǎng)絡(luò)，然后再借助USB接口將其共享到手機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。簡單一點(diǎn)也能理解成，先用一臺獨(dú)立外掛設(shè)備開通了5G網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，再以物理連接的方式讓手機(jī)連上熱點(diǎn)。

2 終極解決方案——國產(chǎn)替代

賽微電子的BAW濾波器量產(chǎn)，可以說十分重磅。理論上，這是國產(chǎn)自主的兩家公司賽微電子和武漢敏聲做到了工藝和器件設(shè)計的協(xié)同優(yōu)化，并且前者有自己的Fab已完成定制化的工藝來生產(chǎn)濾波器。

所以也難怪消息一出，立馬有人聯(lián)想到此前華為上調(diào)手機(jī)出貨目標(biāo)，認(rèn)為華為5G手機(jī)可能快要「解禁」了。

但對于這種消息還是要理性看待，首先賽微電子在公告里并沒有指明是哪家公司，只是含糊的稱之為「某客戶」，而且也沒有明確是應(yīng)用于5G頻道的BAW濾波器。

根據(jù)賽微電子與某客戶簽署的長期采購協(xié)議并，此次合作屬于雙方第一階段的合作訂單,涉及12款不同型號的BAW濾波器及其衍生器件(雙工器、四工器等),協(xié)議執(zhí)行期間為2023年8月至2024年12月,協(xié)議金額為不少于1億元人民幣。

外界普遍猜測某客戶就是華為，畢竟持有武漢敏聲10.5%股份的慈星股份，在互動消息中明確了和華為的合作關(guān)系。

只不過對于華為5G手機(jī)「解禁」的事情，還有待考證。

原因在于國產(chǎn)替代和解決卡脖子并不能簡單的劃等號。舉個例子，國內(nèi)廠家自主設(shè)計的濾波器，但使用的EDA設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，有部分零件或材料非自主生產(chǎn)或可控，就仍然受到出口管制和禁令影響，無法提供給華為使用。

賽微電子在分析師會議上也提到，北京Fab3產(chǎn)線最早的思路是在工藝參數(shù)、設(shè)備配置等方面完全復(fù)刻子公司瑞典Silex的8英寸產(chǎn)線,因此一期產(chǎn)能的工藝制造設(shè)備從數(shù)量和金額角度均是以境外采購為主,材料方面也是有較高的比例從境外采購。

還要考慮賽微電子的初期產(chǎn)能以及產(chǎn)品良率，綜合各方信息來看，能給華為5G手機(jī)帶來的積極信號其實(shí)十分有限。

但從中國半導(dǎo)體工業(yè)面臨極限施壓與巨大差距需要追趕的背景看，BAW濾波器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)是中國在5G射頻前端領(lǐng)域的重大突破。標(biāo)志著中國在5G射頻前端領(lǐng)域已經(jīng)具備了自主研發(fā)和生產(chǎn)的能力，不再依賴于外國供應(yīng)商，給了中國一次彎道追車甚至超車的機(jī)會。

參考文獻(xiàn)：

[1] 華為產(chǎn)業(yè)鏈系列：技術(shù)創(chuàng)新+自主可控全面布局，東吳證券

[2] 濾波器龍頭發(fā)力電感及磁性器件，開拓新增長極，財通證券

[3] 成長中的MEMS代工龍頭，初心不改雖遠(yuǎn)不怠，華安證券

[4] 0-1的突破，賽微電子BAW商業(yè)化量產(chǎn)開啟，雪球

[5] 5G射頻取得進(jìn)展，BAW濾波器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，醬油數(shù)碼

[6] 華為5G芯片只能當(dāng)4G用，為什么？觀察者網(wǎng)

[7] 799元解鎖5G，華為手機(jī)借“殼”重生？億歐網(wǎng)

[8] 射頻器件——國產(chǎn)手機(jī)難以繞過的門檻，知乎

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號：解碼Decode(ID：kankeji001)，作者：解碼工作室