華為5G回歸，離不開(kāi)國(guó)產(chǎn)濾波器，背后技術(shù)來(lái)自這家武漢公司？

圖源：攝圖網(wǎng)

作者|關(guān)注半導(dǎo)體的 來(lái)源|奇偶派(ID：jioupai)

自2020年10月，華為發(fā)布最后一款全系全搭載5G的智能手機(jī)Mate 40以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了三年。

三年中，在美國(guó)全方位制裁疊加中國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)鏈落后的境況下，無(wú)論是海思自研麒麟芯片，還是遙遙領(lǐng)先5G技術(shù)，均因逆全球化的圍追堵截而宣告擱置。

但在2023年中，眾多消息在不斷證明甚至“實(shí)錘”華為5G已然回歸。

先是3月底，徐直軍在2022年業(yè)績(jī)發(fā)布會(huì)上談起5G手機(jī)時(shí)，孟晚舟和余承東的微笑被多家媒體過(guò)度解讀，認(rèn)為5G手機(jī)正在路上；8月份，余承東在發(fā)布鴻蒙4.0時(shí)，一句“輕舟已過(guò)萬(wàn)重山”，再次加深網(wǎng)友對(duì)華為即將發(fā)布5G手機(jī)的猜測(cè)。

在接下來(lái)的7月中，賽微電子發(fā)布公告表示，公司的體聲波濾波器（BAW）已經(jīng)量產(chǎn)，并向客戶小批量供貨，而該部件也是阻礙華為重新回歸5G的主要難點(diǎn)，資本市場(chǎng)中，部分人士認(rèn)定這個(gè)客戶就是華為。

而8月29日午間，在毫無(wú)征兆的情況下，華為突然推出“HUAWEI Mate 60 Pro先鋒計(jì)劃”，還未發(fā)布的旗艦機(jī)Mate 60 Pro低調(diào)上架開(kāi)售，共有雅川青、南糯紫、雅丹黑、白沙銀四種顏色可選，售價(jià)6999元起。

隨后，有關(guān)華為Mate 60 Pro的討論引發(fā)全網(wǎng)熱議。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)速軟件測(cè)試可以看到，華為Mate 60 Pro的平均下行速度達(dá)到了436.66Mbps，上行速度則是70.26Mbps。按照中國(guó)信通院《全國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)報(bào)告》數(shù)據(jù)，全國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)下行和上行均值接入速率分別為352.09Mbps和76.98Mbps。Mate 60 Pro的網(wǎng)速下行速度超過(guò)、上行速度接近上述數(shù)據(jù)。

關(guān)于高通恢復(fù)對(duì)華為的5G芯片供應(yīng)也早已被官方辟謠。6月13日，華為終端業(yè)務(wù)CEO余承東辟謠相關(guān)傳言，他表示：“雖然雙方一直在努力推動(dòng)談判，但目前高通對(duì)華為的芯片供應(yīng)依舊處于禁令的狀態(tài)。”

而這也意味著國(guó)內(nèi)的5G全部打通，那么，在5G的應(yīng)用中最重要的一環(huán)是什么？又有哪些國(guó)內(nèi)公司發(fā)揮了關(guān)鍵作用？

1

BAW濾波器——國(guó)產(chǎn)5G攻堅(jiān)山頭

想要了解5G最新的突破方向，便要了解曾經(jīng)被“卡脖子”的地方。

實(shí)際上，早在數(shù)年之前，華為在基帶方面就已經(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(tái)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(guó)際先進(jìn)水平。

但手機(jī)作為精密電子產(chǎn)品，在技術(shù)的設(shè)計(jì)以外，制造能力也是重要的一環(huán)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的設(shè)計(jì)、制造單靠一個(gè)國(guó)家的能力確實(shí)無(wú)法覆蓋，在全球化的大背景之下更是如此，故在通信模塊上，仍有部分依賴國(guó)際廠商生產(chǎn)。

目前，手機(jī)終端的通信模塊主要由天線、射頻前端模塊、射頻收發(fā)模塊、基帶信號(hào)處理等組成。其中，射頻前端介于天線和射頻收發(fā)模塊之間，是移動(dòng)智能終端產(chǎn)品的重要組成部分，也是華為近三年中一直被卡脖子的地方。

在制裁剛剛開(kāi)始的2020年3月，英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》就曾對(duì)華為P40進(jìn)行過(guò)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(duì)美國(guó)公司的依賴，但比例并沒(méi)有降到零。P40的元器件主要采購(gòu)自中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、韓國(guó)、日本等地，不過(guò)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(kāi)關(guān)的自研，但射頻前端模塊仍來(lái)自日本村田制作所。

也就是說(shuō)，華為過(guò)去無(wú)法使用5G的最大難點(diǎn)，便是射頻前端的制造。

資料來(lái)源：Wind， 國(guó)元證券研究中心 

而射頻前端器件主要包括濾波器(Filters)、低噪聲放大器(LNA)、功率放大器(PA)、射頻開(kāi)關(guān)(RF Switch)、天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)(RF Antenna Switch)、雙工器(duplexer)等。

其中，濾波器的功能是通過(guò)電容、電感、電阻等電學(xué)元件組合來(lái)將特定頻率外的信號(hào)濾除，保留特定頻段內(nèi)的信號(hào)，是其中最重要的組件。從市場(chǎng)份額來(lái)看，據(jù)Resonant數(shù)據(jù)，2020年濾波器占射頻前端市場(chǎng)份額便達(dá)到了50%以上。

而從射頻前端使用濾波器的價(jià)值量來(lái)看，伴隨著頻段的增多，濾波器在射頻前端價(jià)值量占比也在擴(kuò)大。據(jù)Qorvo的預(yù)測(cè)，濾波器在射頻器件中的重要性越來(lái)越明顯，濾波器的價(jià)值占比也從3G終端的33%提升到全網(wǎng)通LTE終端的57%。

據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)預(yù)測(cè)，在5G時(shí)代里，濾波器，特別是體聲波濾波器的應(yīng)用量將進(jìn)一步增加，單臺(tái)手機(jī)的濾波器價(jià)值將達(dá)到10美元以上。濾波器已經(jīng)超越PA成為整個(gè)射頻前端模塊市場(chǎng)中最重要的組成部分。

資料來(lái)源：Qorvo， 國(guó)元證券研究中心 

而價(jià)值逐漸提升的濾波器，也有著不同的分類(lèi)，具體來(lái)說(shuō)，目前主流的手機(jī)濾波技術(shù)——聲波濾波技術(shù)也分為了表面聲波SAW以及體聲波BAW技術(shù)。

資料來(lái)源：Murata、Broadcom

光大證券研究所整理 

進(jìn)一步地，SAW技術(shù)可以細(xì)分為普通類(lèi)、TC-SAW（溫度補(bǔ)償）和 I.H.P-SAW（高性能），而B(niǎo)AW技術(shù)可以分為SMR（固態(tài)裝配反射層）和FBAR（薄膜腔體）兩種。

其中，SAW是一種沿著固體表面?zhèn)鞑サ穆暡?，?dāng)壓電內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)受到壓力發(fā)生形變，內(nèi)部出現(xiàn)凈電荷從而在表面形成電壓差的特點(diǎn)，制成IDT換能器在物體表面產(chǎn)生聲波，而特定頻率外的聲波會(huì)在垂直表面的方向上迅速衰減，最終完成對(duì)特定頻段信號(hào)的濾波。

但SAW濾波器也有局限性。高于約1GHz時(shí)，其選擇性降低；在約2.5GHz，其使用僅限于對(duì)性能要求不高的應(yīng)用。SAW器件易受溫度變化的影響，是個(gè)老大難問(wèn)題：溫度升高時(shí)，其基片材料的剛度趨于變小、聲速也降低。

此時(shí)，在濾波器中進(jìn)行垂直傳播的BAW濾波器便應(yīng)運(yùn)而生，由于固體中的聲速遠(yuǎn)大于空氣中的聲速，99%以上的聲波能量會(huì)在固體和空氣的邊界處反射回來(lái)，造成全反射現(xiàn)象，形成駐波。通常BAW濾波器在高頻段的品質(zhì)因數(shù)Q、插入損耗和阻帶抑制要遠(yuǎn)好于SAW。

 聲學(xué)濾波器產(chǎn)品頻譜覆蓋情況

資料來(lái)源：國(guó)元證券研究中心

適用頻率更高、功率容量更大的原因，使得BAW濾波器得到了消費(fèi)電子設(shè)備企業(yè)的廣泛認(rèn)可。在5G時(shí)代，單晶及多晶BAW濾波器受到廣泛應(yīng)用，其低功耗，高隔離度和CMOS兼容性使其成為RF通信領(lǐng)域的主要器件。

而面對(duì)被國(guó)外廠商卡脖子的困境，高端濾波器BAW國(guó)產(chǎn)解決方案主要有兩個(gè)：一是采用數(shù)源科技手機(jī)殼，通過(guò)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。二便是從技術(shù)到制造商完成國(guó)產(chǎn)替代，實(shí)現(xiàn)真正突圍。

外掛手機(jī)殼作為可行的一種方案，但并非長(zhǎng)久之計(jì)，尤其是對(duì)于華為這樣的巨頭來(lái)說(shuō)更是如此。

但濾波器的國(guó)產(chǎn)自主化，同時(shí)需要芯片設(shè)計(jì)和工藝的積累，因?yàn)闉V波器本身更像是一個(gè)半導(dǎo)體器件，因此需要在器件設(shè)計(jì)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(duì)芯片工藝方面提出了很高要求；另一方面，也需要能有同時(shí)了解器件物理和工藝的工程師來(lái)完成結(jié)合工藝的器件設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能濾波器。

也正是這樣，使得BAW濾波器成為了中國(guó)自主邁向5G攻堅(jiān)的最高山頭。

2

行業(yè)壁壘已成

高端產(chǎn)品成國(guó)產(chǎn)突圍主攻方向

而國(guó)內(nèi)在技術(shù)困頓的同時(shí)，國(guó)際廠商卻已經(jīng)隨著濾波器價(jià)值的不斷增長(zhǎng)，筑起了極高的護(hù)城河。自2G時(shí)代到5G時(shí)代，射頻濾波器用量由個(gè)位數(shù)增至100顆以上，產(chǎn)量與價(jià)值齊升，共同推高了這個(gè)市場(chǎng)的價(jià)值。

同時(shí)，手機(jī)濾波器行業(yè)屬于技術(shù)密集型，對(duì)于模擬 IC 的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)專(zhuān)利工藝技術(shù)布局的要求極高，近年來(lái)，在密集并購(gòu)催生濾波器行業(yè)新龍頭過(guò)程中，行業(yè)格局進(jìn)一步集中。

據(jù)Resonant預(yù)測(cè)，隨著射頻前端市場(chǎng)由4G時(shí)代的160億美元增至2025年的400億美元，射頻濾波器市場(chǎng)總價(jià)值也將于2025年達(dá)到280億美元。其中，濾波器市場(chǎng)是射頻前端市場(chǎng)中發(fā)展最快的市場(chǎng)，其年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到21%。

SAW濾波器中，由于先入者的原因，市場(chǎng)幾乎完全被日系廠商壟斷。其中村田Murata占據(jù) 47%的市場(chǎng)份額，TDK東電化占比為21%，太陽(yáng)誘電為14%，美國(guó)廠商Skyworks、Qorvo分別占據(jù) 9%、4%的市場(chǎng)份額，合計(jì)CR5達(dá)到 95%。

而在5G所必需的BAW濾波器上，則由于興起較晚，且由于技術(shù)工藝以及專(zhuān)利布局路徑與SAW差異較大的原因，導(dǎo)致日系廠商布局較少，目前由博通（Broadcom）獨(dú)占87%的市場(chǎng)份額。

SAW、BAW 市場(chǎng)格局

資料來(lái)源：Yole，光大證券研究所整理

而縱觀SAW與BAW濾波器廠商發(fā)展的路徑，我們便能發(fā)現(xiàn)一大特征，即市場(chǎng)格局高度集中的背后原因在于專(zhuān)利的壁壘。

如今村田和太陽(yáng)誘電等日本廠商在SAW專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量方面處于領(lǐng)先地位，而高通和博通等美國(guó)廠商則在體聲波濾波器專(zhuān)利領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

某領(lǐng)域?qū)＠臄?shù)量標(biāo)志在該領(lǐng)域技術(shù)掌握程度，村田和太陽(yáng)誘電在SAW濾波器專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量的領(lǐng)先奠定了其在SAW市場(chǎng)的壟斷地位，同樣Qorvo和Broadcom 在體聲波濾波器專(zhuān)利數(shù)量上遙遙領(lǐng)先。

聲波濾波器專(zhuān)利申請(qǐng)人排名

資料來(lái)源：KnowMade， 國(guó)元證券研究中心 

而在近些年中，射頻濾波器創(chuàng)新曲線逐漸趨于平緩，無(wú)論是新專(zhuān)利或是射頻前端領(lǐng)域的高引用論文，均在快速減少，一定程度上也體現(xiàn)了近十年來(lái)射頻前端領(lǐng)域創(chuàng)新的變緩，而這，也給了后來(lái)者國(guó)家的濾波器企業(yè)與制造業(yè)企業(yè)彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)。

3

設(shè)計(jì)制造雙端突破

賽微與敏聲共同推進(jìn)BAW量產(chǎn)

而國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)，也在自然消費(fèi)需求快速攀升與制裁大背景下國(guó)產(chǎn)化替代的共同推動(dòng)下，向射頻濾波器這個(gè)寡頭壟斷市場(chǎng)發(fā)起了進(jìn)攻。

我國(guó)國(guó)內(nèi)濾波器市場(chǎng)嚴(yán)重供小于求，國(guó)產(chǎn)量與需求量相差甚遠(yuǎn)。我國(guó)是全球最大的智能手機(jī)市場(chǎng)之一，盡管大部分器件已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但長(zhǎng)期以來(lái)，位于價(jià)值鏈頂端的射頻器件一直被美日廠商把控。全球約95%的射頻半導(dǎo)體被美日廠商壟斷，我國(guó)每年有高達(dá)90%的射頻前端需要進(jìn)口，而在被制裁之時(shí)也只得仰人鼻息，國(guó)產(chǎn)替代需求極為強(qiáng)烈。

作為后發(fā)者，中國(guó)企業(yè)選擇了攻堅(jiān)尖端技術(shù)——BAW濾波器，該方向也成為了國(guó)產(chǎn)突圍的關(guān)鍵要點(diǎn)。

而驚喜來(lái)得也確實(shí)突然，7月16日下午4點(diǎn)35分，中國(guó)及全球最大的MEMS晶圓代工廠賽微電子正式官宣，其首款國(guó)產(chǎn)BAW濾波器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

賽微電子前身耐威科技成立于2008年，于2015年在創(chuàng)業(yè)板上市，主要從事導(dǎo)航業(yè)務(wù)和航空電子業(yè)務(wù)。2016年通過(guò)全資收購(gòu)瑞通芯源獲得全球領(lǐng)先的MEMS純代工領(lǐng)域龍頭瑞典公司Silex控股權(quán)，同年公司在北京開(kāi)始籌劃建設(shè)FAB3 8英寸MEMS代工廠。

在接下來(lái)的數(shù)年中，多次通過(guò)引入國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)基金、非公開(kāi)發(fā)行、剝離其他業(yè)務(wù)的方法，將公司轉(zhuǎn)型成為MEMS工藝開(kāi)發(fā)、MEMS代工制造、氮化鎵外延材料和功率器件的專(zhuān)業(yè)制造商。

而賽微電子也很清楚自己的方向，定位于中游代工環(huán)節(jié)，全資子公司Silex擁有164項(xiàng)國(guó)內(nèi)/國(guó)際MEMS 核心專(zhuān)利，同時(shí)具備多項(xiàng)目并行開(kāi)發(fā)的能力，滿足客戶多樣化多批次需求，擁有了極強(qiáng)的工藝開(kāi)發(fā)能力與制造能力。

在股東方面，公司實(shí)控人和核心研發(fā)人員具備深厚的行業(yè)背景，研發(fā)實(shí)力積淀深厚。而大基金作為企業(yè)的第二大股東，快速完成產(chǎn)業(yè)投資與MEMS產(chǎn)線的建成，是技術(shù)與背景均得到認(rèn)可的“國(guó)家隊(duì)”半導(dǎo)體企業(yè)。

而在制造端的代工企業(yè)外，與賽微電子共同參與BAW制造，扮演技術(shù)端提供者則是國(guó)產(chǎn)射頻前端BAW濾波器行業(yè)知名企業(yè)——武漢敏聲。

武漢敏聲官網(wǎng)顯示，企業(yè)由武漢大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究院孫成亮教授聯(lián)合14名國(guó)際知名業(yè)內(nèi)專(zhuān)家共同創(chuàng)立。公司以射頻濾波器為拳頭產(chǎn)品，同時(shí)覆蓋壓電式麥克風(fēng)以及壓電超聲傳感器芯片，致力于打造成一家集設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售于一體的企業(yè)。公司具備完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，已經(jīng)注冊(cè)百余項(xiàng)專(zhuān)利，建立了多維度多層次的專(zhuān)利壁壘。

而據(jù)公開(kāi)資料顯示，華為此前也曾委托兩項(xiàng)技術(shù)開(kāi)發(fā)合同給武漢敏聲，主要涉及射頻開(kāi)發(fā)。

2022年12月30日，武漢敏聲和賽微電子宣布合作共建的敏聲-賽萊克斯北京8英寸BAW濾波器產(chǎn)線，在北京亦莊區(qū)全面通線，后來(lái)的公告也顯示——某款BAW通過(guò)客戶驗(yàn)證，6月份量產(chǎn)出貨。

當(dāng)然，對(duì)于外界猜測(cè)的公告中屢次提到的某客戶，還并未指明為華為。而賽微電子在分析師會(huì)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(gòu)為主,材料方面也是有較高的比例從境外采購(gòu)。

不過(guò)，從中國(guó)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(guó)在5G射頻前端領(lǐng)域的重大突破。標(biāo)志著中國(guó)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(guó)供應(yīng)商，給了中國(guó)一次彎道追車(chē)甚至超車(chē)的機(jī)會(huì)。

而最后結(jié)果究竟如何，是否由全國(guó)產(chǎn)代工，在一周后發(fā)布會(huì)上，華為也自然會(huì)揭曉。

4

寫(xiě)在最后

華為開(kāi)售新機(jī)這一事件，給已經(jīng)持續(xù)四年之久的兩個(gè)大國(guó)的新型科技關(guān)系增添了一抹新的色彩。

華為Mate 60國(guó)產(chǎn)化的回歸，或許并沒(méi)有那么完美，但其代表的意義卻不言而喻：時(shí)隔1557天后，代表著中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)硬實(shí)力的產(chǎn)品終于回歸。

“雪壓竹枝低，雖低不著泥。一朝紅日出，依舊與天齊。”或許，這才是華為與中國(guó)微電子產(chǎn)業(yè)鏈這三年最真實(shí)的寫(xiě)照吧。

參考資料：

1.《5G創(chuàng)新大周期+供應(yīng)鏈本土化，射頻濾波器國(guó)產(chǎn)化機(jī)遇解析》，國(guó)元證券；

2.《SAW 和 BAW 濾波器空間廣闊，東方銀星入股武漢敏聲卡位 BAW 賽道》，光大證券；

3.《賽微電子：成長(zhǎng)中的MEMS代工龍頭，初心不改雖遠(yuǎn)不怠》，華安戰(zhàn)略科技。

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：奇偶派(ID：jioupai)，作者：關(guān)注半導(dǎo)體的