華為5G回歸，離不開國產(chǎn)濾波器，背后技術(shù)來自這家武漢公司？

圖源：攝圖網(wǎng)

作者|關(guān)注半導(dǎo)體的 來源|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Mate 40以來，已經(jīng)過去了三年。

三年中，在美國全方位制裁疊加中國微電子產(chǎn)業(yè)鏈落后的境況下，無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“實錘”華為5G已然回歸。

先是3月底，徐直軍在2022年業(yè)績發(fā)布會上談起5G手機時，孟晚舟和余承東的微笑被多家媒體過度解讀，認(rèn)為5G手機正在路上；8月份，余承東在發(fā)布鴻蒙4.0時，一句“輕舟已過萬重山”，再次加深網(wǎng)友對華為即將發(fā)布5G手機的猜測。

在接下來的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，資本市場中，部分人士認(rèn)定這個客戶就是華為。

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

隨后，有關(guān)華為Mate 60 Pro的討論引發(fā)全網(wǎng)熱議。通過網(wǎng)絡(luò)測速軟件測試可以看到，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。按照中國信通院《全國移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測報告》數(shù)據(jù)，全國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、上行速度接近上述數(shù)據(jù)。

關(guān)于高通恢復(fù)對華為的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談判，但目前高通對華為的芯片供應(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？又有哪些國內(nèi)公司發(fā)揮了關(guān)鍵作用？

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BAW濾波器——國產(chǎn)5G攻堅山頭

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。

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

目前，手機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。

在制裁剛剛開始的2020年3月，英國《金融時報》就曾對華為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。

也就是說，華為過去無法使用5G的最大難點，便是射頻前端的制造。

資料來源：Wind， 國元證券研究中心 

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)、射頻開關(guān)(RF Switch)、天線調(diào)諧開關(guān)(RF Antenna Switch)、雙工器(duplexer)等。

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

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

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

資料來源：Qorvo， 國元證券研究中心 

而價值逐漸提升的濾波器，也有著不同的分類，具體來說，目前主流的手機濾波技術(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、TC-SAW（溫度補償）和 I.H.P-SAW（高性能），而BAW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，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在垂直表面的方向上迅速衰減，最終完成對特定頻段信號的濾波。

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

此時，在濾波器中進(jìn)行垂直傳播的BAW濾波器便應(yīng)運而生，由于固體中的聲速遠(yuǎn)大于空氣中的聲速，99%以上的聲波能量會在固體和空氣的邊界處反射回來，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

資料來源：國元證券研究中心

適用頻率更高、功率容量更大的原因，使得BAW濾波器得到了消費電子設(shè)備企業(yè)的廣泛認(rèn)可。在5G時代，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：一是采用數(shù)源科技手機殼，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網(wǎng)絡(luò)中。二便是從技術(shù)到制造商完成國產(chǎn)替代，實現(xiàn)真正突圍。

外掛手機殼作為可行的一種方案，但并非長久之計，尤其是對于華為這樣的巨頭來說更是如此。

但濾波器的國產(chǎn)自主化，同時需要芯片設(shè)計和工藝的積累，因為濾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，來實現(xiàn)高性能濾波器。

也正是這樣，使得BAW濾波器成為了中國自主邁向5G攻堅的最高山頭。

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行業(yè)壁壘已成

高端產(chǎn)品成國產(chǎn)突圍主攻方向

而國內(nèi)在技術(shù)困頓的同時，國際廠商卻已經(jīng)隨著濾波器價值的不斷增長，筑起了極高的護(hù)城河。自2G時代到5G時代，射頻濾波器用量由個位數(shù)增至100顆以上，產(chǎn)量與價值齊升，共同推高了這個市場的價值。

同時，手機濾波器行業(yè)屬于技術(shù)密集型，對于模擬 IC 的設(shè)計經(jīng)驗以及相關(guān)專利工藝技術(shù)布局的要求極高，近年來，在密集并購催生濾波器行業(yè)新龍頭過程中，行業(yè)格局進(jìn)一步集中。

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

SAW濾波器中，由于先入者的原因，市場幾乎完全被日系廠商壟斷。其中村田Murata占據(jù) 47%的市場份額，TDK東電化占比為21%，太陽誘電為14%，美國廠商Skyworks、Qorvo分別占據(jù) 9%、4%的市場份額，合計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）獨占87%的市場份額。

SAW、BAW 市場格局

資料來源：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，即市場格局高度集中的背后原因在于專利的壁壘。

如今村田和太陽誘電等日本廠商在SAW專利申請數(shù)量方面處于領(lǐng)先地位，而高通和博通等美國廠商則在體聲波濾波器專利領(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，村田和太陽誘電在SAW濾波器專利申請數(shù)量的領(lǐng)先奠定了其在SAW市場的壟斷地位，同樣Qorvo和Broadcom 在體聲波濾波器專利數(shù)量上遙遙領(lǐng)先。

聲波濾波器專利申請人排名

資料來源：KnowMade， 國元證券研究中心 

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

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設(shè)計制造雙端突破

賽微與敏聲共同推進(jìn)BAW量產(chǎn)

而國內(nèi)相關(guān)企業(yè)，也在自然消費需求快速攀升與制裁大背景下國產(chǎn)化替代的共同推動下，向射頻濾波器這個寡頭壟斷市場發(fā)起了進(jìn)攻。

我國國內(nèi)濾波器市場嚴(yán)重供小于求，國產(chǎn)量與需求量相差甚遠(yuǎn)。我國是全球最大的智能手機市場之一，盡管大部分器件已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但長期以來，位于價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，我國每年有高達(dá)90%的射頻前端需要進(jìn)口，而在被制裁之時也只得仰人鼻息，國產(chǎn)替代需求極為強烈。

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

而驚喜來得也確實突然，7月16日下午4點35分，中國及全球最大的MEMS晶圓代工廠賽微電子正式官宣，其首款國產(chǎn)BAW濾波器實現(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年通過全資收購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)，同年公司在北京開始籌劃建設(shè)FAB3 8英寸MEMS代工廠。

在接下來的數(shù)年中，多次通過引入國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)基金、非公開發(fā)行、剝離其他業(yè)務(wù)的方法，將公司轉(zhuǎn)型成為MEMS工藝開發(fā)、MEMS代工制造、氮化鎵外延材料和功率器件的專業(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項國內(nèi)/國際MEMS 核心專利，同時具備多項目并行開發(fā)的能力，滿足客戶多樣化多批次需求，擁有了極強的工藝開發(fā)能力與制造能力。

在股東方面，公司實控人和核心研發(fā)人員具備深厚的行業(yè)背景，研發(fā)實力積淀深厚。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“國家隊”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名國際知名業(yè)內(nèi)專家共同創(chuàng)立。公司以射頻濾波器為拳頭產(chǎn)品，同時覆蓋壓電式麥克風(fēng)以及壓電超聲傳感器芯片，致力于打造成一家集設(shè)計、生產(chǎn)和銷售于一體的企業(yè)。公司具備完整的自主知識產(chǎn)權(quán)，已經(jīng)注冊百余項專利，建立了多維度多層次的專利壁壘。

而據(jù)公開資料顯示，華為此前也曾委托兩項技術(shù)開發(fā)合同給武漢敏聲，主要涉及射頻開發(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，后來的公告也顯示——某款BAW通過客戶驗證，6月份量產(chǎn)出貨。

當(dāng)然，對于外界猜測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。

不過，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會。

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

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寫在最后

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

華為Mate 60國產(chǎn)化的回歸，或許并沒有那么完美，但其代表的意義卻不言而喻：時隔1557天后，代表著中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)硬實力的產(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，這才是華為與中國微電子產(chǎn)業(yè)鏈這三年最真實的寫照吧。

參考資料：

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

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：奇偶派(ID：jioupai)，作者：關(guān)注半導(dǎo)體的