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北京航天新兴科技有限公司(北京航天微电科技有限公司)原创

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  • 2023-10-31
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几次技术应用的潮流引领了声波射频滤波器技术的发展,而SAW滤波器可以说是军用转民用的技术典范。

北京航天新兴科技有限公司(北京航天微电科技有限公司)原创

 

一、滤波器技术及产品类型详细分析几次技术应用的潮流引领了声波射频滤波器技术的发展,而SAW滤波器可以说是军用转民用的技术典范早期国内的SAW滤波器仅用于国防如雷达、通信等方面需求;而该技术的第一次民用,即用于彩电产业,带动了部分民营企业的发展。

九十年代中期,随着2G通信中GSM、CDMA以及GPS导航对SAW滤波器的大量应用,促进了该技术的第二个繁荣期的诞生到这个阶段,声表面波技术真正成熟起来,它进入了许多通信领域:无线通信(电台)、卫星导航(GPS、北斗)、微波通信(广播)、移动通信(2G、3G、4G的基站、移动终端)。

声波射频滤波器在小型化和高频通信的优势在移动通信快速发展的同时又一次绽放光彩

图1 常见可集成式射频滤波器技术比较

相较于传统LC滤波器、多层陶瓷滤波器,声学滤波器能够提供低插入损耗,以及非常高的滤波Q值;而其基于晶圆的制备工艺使得它可以被大批量生产,进而成本得以降低;同时声学滤波器能够保持较小的体积(其体积重量分别是陶瓷介质滤波器的 1/40 和 1/30),且其体积随着工艺的进步可以得到进一步降低,进而实现单片多频带滤波以及与其他前端模块器件的集成。

图2 基于晶圆工艺的声学滤波器制备流程

二、两种声学滤波器技术SAW与BAW对比声学滤波器工艺根据其设计分为声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)以及声体波(Bulk Acoustic Waves,BAW)工艺BAW 工艺可以提供更好的高频性能、滤波特性(更高Q 值,以及边带损耗),以及更稳定的温度特性,当然其成本也相应更高。

图3 SAW与BAW 工艺性能对比

BAW 与SAW 相比可以提供更好的滤波特性,如高Q 值,对应的高隔离度,且BAW 工艺能够提供更好的高频特性(可到6GHz,目前某些SAW供货商仅可以提供性能优秀的工作在2GHz 以上的SAW 滤波器,如日本村田),以及更高的功率承受能力。

BAW 技术广泛应用于频率高于1.9GHz 的新型LTE 频带中,以及某些对干扰敏感的频带,如2.4GHz 与Wi-Fi 频带靠近的4G 频段而SAW 的独特优势在于其低制备成本,电平衡输出能力(简化电路设计),单个衬底切片上可集成多个滤波器。

体声波滤波器工艺FBAR与SMR-BAW对比目前 BAW 工艺有两种实现方式:薄膜体声波谐振器(FBAR,film bulk acoustic resonator)以及固体装配型体声波谐振器(BAW-SMR,solidly mounted resonator)。

二者主要的区别在于声能的反射方式上的区别:FBAR依靠一个支持层与衬底之间的气腔实现能量反射,而BAW-SMR依赖衬底之上的布拉格反射板实现能量的反射在工艺上,FBAR更接近MEMS,而SMR更接近于集成电路的实现方式。

FBAR 工艺能够提供相对较好的能量反射,因此FBAR可以提供更大的带宽,即稍好的滤波性能,但是该差距不大而对于BAW-SMR型滤波器,因为其结构中有一条导热通路通向衬底,可以很好地通过衬底散热而 FBAR 由于谐振器每面都有气隙,因此导热能力较弱。

以Qorvo公司为代表的BAW-SMR滤波器供应商可以提供接近零温度漂移的滤波器图4 BAW两种不同声学滤波器实现工艺

图5 FBAR与SMR-BAW对比

三、声学滤波器产业链以及国际巨头公司目前声学滤波器市场主要由美、日厂家主导,主要供应关系如下图所示目前这些厂家主要是:Avago:中文名,安华高,在美国与新加坡设有总部,2015年收购博通(Broadcom),并统一为博通,在BAW工艺上占据领先地位,具备生产滤波器元件以及射频前端模块的能力;。

Qorvo:总部美国,于2014年由TriQuint与RFMD合并而成,兼具SAW/BAW工艺,并具备生产射频前端模块能力;Skyworks:中文名,思佳讯,总部美国,2016年收购日本松下滤波器部门进而具备SAW生产工艺,同时在射频前端模块具备较大优势;

TDK:总部日本,早期为东京电气化学株式会社,后为TDK株式会社,2008年收购欧洲公司EPCOS进入声学滤波器产业;Murata:中文名,村田,总部日本,在SAW工艺以及市场上占据领先地位,占据50% SAW出货市场;

Taiyo Yuden:中文名,太阳诱电,总部日本,具备SAW/BAW生产工艺,少量出货BAW产品。图6 主要声学滤波器厂商产品结构以及优势

产业的上游为晶圆提供商下游为前端模块生产商、设备制造商设备制造商目前主要是智能手机生产商如苹果、三星、华为等为了实现更大的协同效应和市场效益,近些年行业的整合使得部分公司(安华高,Qorvo,Skyworks)兼具生产独立的滤波器和前端模块的能力。

而日本企业如TDK、村田、太阳诱电目前仍主要生产滤波器元件本身,他们除了直接向设备制造商提供集成式的滤波器之外,也向射频前端模块生产商提供滤波器元件生产的外包服务图7 移动设备射频通信模块部分产业链示意图

过去十年,半导体产业的整体发展趋势是并购,以谋求产业链整合、优化,以及利用规模优势获取更多的市场话语权、更低的制造成本经历过近期的数次收购和兼并之后,市场上将存在四家具备完整前端模块生产能力的厂家新的博通(Broadcom)。

2015年,Avago以370亿美元收购博通,进一步完善合并后公司在无线接入领域的统治地位;新的Qorvo2014年,TriQuint与RFMD合并为QorvoQorvo继承了TriQuint的BAW-SMR滤波器研发生产能力,以及RFMD的SAW研发生产能力。

同时二者的结合使得Qorvo具备了更完善的前端模块生产能力,2015 年初针对 Qorvo CFO 的一次采访指出,一款低端手机仅包含的 35 美分的TriQuint产射频器件,而在两家公司合并之后能为一款高端 LTE 手机提供价值6美元的射频模块;。

高通与TDK牵手2016年,高通与TDK通过合资企业RF360(30亿美元)实现二者无线通信技术上的互补(TDK于2008年收购 EPCOS,获取其完善的声学滤波器生产技术,以提供完整的射频无源器件解决方案),对比Qorvo合并,预计短时间内该动作不会有太多市场影响;。

Skyworks完成对松下滤波器部门的收购该公司与松下于2014年成立合资公司,Skyworks 2014年与松下成立合资企业;2016年Skyworks完全收购该合资企业,完成对松下滤波器部门的收购,补全在SAW方面的技术,Skyworks 一共支付松下2.25亿美元。

近期传闻 Skyworks与太阳诱电在准备在高端BAW产品上的合作,后者虽然掌握FBAR技术,但是一直未能有大量出货;图8 移动设备射频通信模块并购、合作趋势

从上述产业并购、合作可以看到,业界围绕这射频前端积极布局,这与手持设备对于更为紧凑和功能更为完善的前端模块(FEM)的需求是契合的,而声学滤波器则是前端模块中的重要一环以及很多公司的最后一环目前国际上SAW市占率中,Murata约占据50%市场,其次为TDK旗下的EPCOS(目前已于2016年1月与高通成立合资公司,三年后),以及太阳诱。

电值得注意的是,部分前端模块厂家如Qorvo 也生产部分SAW 以供给自身前端模块产品,而部分靠外包给其他主要SAW 生产商四、滤波器国内厂商在SAW 器件的制备中,制造成本以及难度高这体现的不足之处是所需基片材料的价格昂贵,对基片的定向、切割、研磨、抛光、制造、封装等工艺要求高,因此该行业存在着较高进入门槛。

目前国内厂商大部分SAW滤波器厂商仍停留在公频波段(较低频率,低于1GHz)的产品生产中而对于更高的射频工作频率(如目前LTE波段覆盖的高于2GHz频段),对工艺有着更高的技术要求图9 国内声学滤波器(主要是 SAW 工艺)科研、生产单位

在科研方面,目前国内对于声学滤波器的研究也有较长的历史,例如中国电子科技集团二十六所的声学滤波器工艺研发在我国压电与声光技术领域十分突出其声体波(BAW)技术方面的研究填补了我国在此技术领域的空白进入移动通信射频领域的声学滤波器商用生产的公司有两家:无锡好达电子有限公司,以及深圳华远微电(由北京中讯四方全资控股)。

其中无锡好达拥有国内较大规模的生产线,可生产1.8×1.4 mm 的双工器、1.1×0.9 mm的滤波器目前以实现对主流手机厂商(主要客户包括中兴、宇龙、金立、三星、蓝宝、富士康、魅族等)的供货另一家有实际出货量的厂家是中电科技德清华莹电子有限公司。

该公司是中国电子科技集团公司控股及联合下属二十六研究所、五十五研究所参股的一家专业研制及制造人工晶体材料、声表面波器件及电子系列产品的高新技术企业,其年产各类声表面波器件1.6亿只北京航天微电科技有限公司也有较少出货,但主要用于国防、卫星事业。

该公司提供了国内90%以上的星用声表面波器件产,譬如此次天宫二号中就有许多来自北京航天微电科技有限公司的SAW滤波器但从相关报道可以看到,该公司产品虽然性能指标达到航天标准,但是制备生产线仍然很大程度上依赖制备工人多年的熟练程度,离大规模商用化尚距离较远。

在发展的同时,国内的科研单位和业界也保持着一定的合作从2009 年度国家科学技术进步奖目录二等奖名单中可以看到,二十六所牵头的获奖项目(项目名称:移动通讯用滤波器关键技术及产业化,中国电子科技集团公司第二十六研究所,清华大学,中国科学院微电子研究所,中电科技德清华莹电子有限公司,中国电子科技集团公司第五十五研究所,山东大学,无锡市好达电子有限公司,推荐单位:重庆市)合作单位包含了上面提到的许多公司。

受益于当前智能手机的高出货量,中国是声学射频滤波器的最大需求市场,但与此相对立的是,该市场基本没有本土品牌的参与、竞争目前仅有无锡好达针对部分国产手机厂商有较少出货国内厂家据不确切信源只占据市场1~3%。

根据对供应商的粗略统计,国内SAW市场基本被村田,TDK(旗下 EPCOS),太阳诱电等品牌占据,而高端BAW滤波器市场则被安华高与Qorvo占据考虑到生产工艺发展基础以及专利限制,SAW将是国内厂商比较好的切入点。

产业中令人关注的两次合作(并)2014年,Skyworks与松下宣布组建合资公司,共同设计、开发并提供高性能滤波器,包括 SAW以及TC-SAW元件方案,联手进军高性能滤波器市场同时双方在高频体声波BAW滤波器市场的策略投资互补,能够针对高、中、低频各频段的组合提供定制化方案。

其中,Skyworks占有66%的股份,松下占比34%,合资公司总部位于日本大阪2016年8月,Skyworks宣布以0.765亿美元收购合资公司松下所拥有的34%股权,实现全资控股收购总金额为2.25亿美元,包括滤波器相关的专业技术人才、领先的产品设计,以及412项滤波器的基础专利和SAW、温度补偿SAW器件相关的应用专利。

2015年8月,Skyworks公司在大阪新建40.5万平方英尺以扩大产能,为满足高集成解决方案对滤波器日益增长的巨大需求截至目前,该合资公司滤波器的两年累计出货量已超过20亿美元(年平均10亿美元)2016年,高通与TDK通过合资企业RF360(30亿美元)实现二者无线通信技术上的互补,目前EPCOS(TDK)每天出货量25百万只,且在持续增长中,预计年出货量为90亿只。

TDK的该滤波器部门目前是前三大SAW供应商,年收入达10亿美元,包含4200 名员工图10 产业中令人关注的两次合作(并)

通过收购,Skyworks和高通将巩固其在高性能滤波器,尤其是高性能集成解决方案商上的领导地位消费者对实时连接的依赖和持续增长的数据量,让频段数目和LTE市场技术对滤波器的需求快速攀升结合这两笔收购/合资交易,我们有理由相信,未来业界有往完整端到端解决方案的发展趋势。

因此各个厂家都在谋求低、中、高不同频段的滤波器产品,以覆盖从高端智能手机到低成本物联网中的应用需求如Qorvo在合并之后推出的Fusion系列产品,该模块包含了天线开关,功率放大器以及滤波器,为制备商提供了更为快捷的解决方案。

而高通较早之前便推出了RF360模块化解决方案,此次对于滤波器的涉猎将在未来进一步补全其前端模块产品线的完整度麦捷科技切入市场,有望引领国内相关产业发展SAW 滤波器作为手机射频前端的关键器件,其封装技术基本上被国外厂商所垄断,如日本村田、TDK、太阳诱电等,国内手机产品所需要的CSP封装SAW滤波器主要通过国外进口。

麦捷科技,作为唯一一家A股上市涉足该领域的公司,掌握了终端射频声表滤波器产品技术和生产工艺并开始小批量供货,通过相应生产设备和技术研发投入,可以实现规模化大批量生产滤波器国内公司简介

深圳市麦捷微电子科技股份有限公司(简称“麦捷科技”)成立于2001年3月,是一家由博士、硕士类人才群体组成的国家级高新技术企业,并于2012年5月23日在创业板挂牌上市,股票代码300319,注册资本21,538.6609万元。

公司主营业务为研发、生产及销售片式功率电感、滤波器及片式LTCC射频元器件等新型片式被动电子元器件和LCD显示屏模组器件,并为下游客户提供技术支持服务和元器件整体解决方案公司主导产品属于高端被动电子元器件,其设计、制造具有高精密性。

产品广泛用于通讯、消费电子、军工电子、计算机、互联网应用产品、LED照明、汽车电子、工业设备等领域公司的主要客户为中兴、华为、联想、小米、冠捷、TCL、长虹、酷派、魅族、康佳等国内一流企业

深圳华远微电科技有限公司是一家位于深圳的民营高科技企业,公司隶属于北京中讯四方科技股份有限公司,是一家研发生产声表器件的上市企业    公司专业研发、生产、销售、生产声表面波滤波器、声表面波谐振器、声表器件模组以及系列石英晶体谐振器和石英晶体振荡器,公司拥有国内领先的晶片加工和声表器件组装的全自动生产线,具有0.30um的芯片加工工艺与最小尺寸为1.1x0.9mm的表面贴装工艺。

中国电子科技集团公司第二十六研究所主要从事声表面波技术、振动惯性技术、声光技术、压电与声光晶体材料、声体波微波延迟线、压电铁电陶瓷材料与器件,建所以来共取得科研成果达400余项,具有雄厚的技术实力,在国内处于技术领先地位,本所竭诚希望与国内外朋友合作。

压电与声光技术是国民经济建设各个领域必不可少的关键技术,产品已广泛应用在航天、航空、舰船、通讯、雷达、兵器、电子对抗、计算机、广播电视、汉字信息处理、能源、精密机械、机器人、汽车电子、地质勘探、大地测绘、生物工程、轻工纺织、电力工业、化学工业等方面。

通过多年努力,SIPAT在科技进步方面取得了显著成绩,特别是声表面波(SAW)技术和振动惯性技术两大专业,已突破了功能单一的元器件范畴,开发出了一系列小型化、模块化的部件、组件和整机现已为各种电子系统和通讯系统、广播电视系统提供系列声表面波(SAW)滤波器、谐振器、固定延迟线、可程序抽头延迟线、存贮/相关卷积器、振荡器、频率合成器、多信道滤波器组件、信号形成与脉冲压缩组件等数百个品种的产品。

振动惯性器件及二次仪表,已经由研制遥测用产品,转向以惯性器件构成的二次仪表组件,如组合陀螺、组合惯性姿态测量仪、倾斜仪、GPS陆地导航仪、惯性姿态参考装置等,具有体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、成本低、耗电省、承受恶劣的工作环境能力强等突出优点。

这两类产品正在转变成为新兴的高技术产业

中电科技德清华莹电子有限公司最早创建于1978年,是国家重点扶持高新技术企业,位于国家级湖州莫干山高新技术产业开发区公司从1983年产学研结合的“德清模式”起步,经历了三十多年的科技创新和发展,主营业务已扩展到声表面波器件、压电、光电晶体材料和射频模块三大类产品,是行业内具有材料、器件和模块全产业链竞争优势的企业。

      公司拥有国际领先的自动化生产设施和雄厚的技术力量,主要研发生产3-8英寸铌酸锂钽酸锂晶片、声表面波滤波器、声表面波传感器、环行器和隔离器等系列产品依托国家级院士专家工作站、省级重点企业研究院、省级企业技术中心的技术优势,公司坚持自主创新与产学研合作开发相结合,多次承担国家、省部级研发及产业化项目,先后取得各类科研成果60余项,其中一项获国家科技进步二等奖。

      公司2004年起全面实施企业资源管理系统(ERP),2016年实施仓库管理系统(WMS)和制造执行系统(MES);全面推行ISO9001质量管理体系、ISO14001环境管理体系和IATF16949质量管理体系。

九次进入中国电子元件百强企业,获国家级“守合同重信用”单位、浙江省著名商标和浙江省名牌产品称号生产的声表面波器件系列产品和铌酸锂、钽酸锂单晶材料多次被用户评为“优秀供应商”、“十佳供应商”和“产品免检供应商”,获得了业界的一致认可。

      公司坚持“以创新追求卓越品质,以诚信面向全体客户,以技术提供优质服务,以高效创建业界第一”的经营理念,全体员工组成务实、创新、合作、进取的团队,力求以勤勉的工作、诚信的作风来赢取客户的认可和支持。

无锡市好达电子有限公司是知名的声表面波器件生产厂商,主要产品包括声表面波滤波器、双工器、谐振器,应用于手机、通信基站,LTE模块,物联网,车联网,智能家居,及其它射频通讯领域公司拥有一支强大的专业技术团队,并与国内著名的研究机构、大学有着广泛的合作,具有很强的创新能力,拥有许多自主知识产权。

公司拥有先进的生产线,目前有3000平米万级、500平米千级、150平米百级、120平米十级的净化厂房,有能生产0.25um微线条芯片生产线,有能生产CSP倒装产品封装的生产线,可生产产品尺寸为1.8*1.4的双工器、1.1*0.9的滤波器。

公司依托强大的技术研发、先进的制造设备、精细的制程管理综合能力,全力打造“HD”知名品牌公司表面波器件的产量国内名列前茅,质量及技术指标处于国内先进水平,与国际水平接近产品以优异的性能、可靠性、性价比,深受客户的赞誉。

目前主要客户包括小米,中兴、宇龙、金立、三星、蓝宝、富士康、魅族,联想等“质量第一、顾客至上、管理科学、持续改进”是好达电子的质量方针,追求永无止境,为客户量身定做,以“高品质、专业化、低成本、高效率”为核心竞争力,努力创出中国人自己的世界名牌!。

 北京长峰微电科技有限公司(原北京长峰声表面波公司)成立于1989年(以下简称公司),现隶属于中国航天科工二院二十三所,是北京市海淀区创新企业、中关村高新技术企业和北京市高新技术企业,现有职工150余人,主要技术人员70余人,公司通过了GJB9001和ISO9001质量体系认证。

  ◆公司现拥有声表面波器件、LC滤波器和EMI滤波器三条贯军标生产线和一条电装生产线  ◆是航天科工、科技,航空工业、核工业以及电子科技集团等军工集团的主要供应商  ◆目前,我国90%以上的星用声表面波器件均由我们提供,产品性能稳定,可靠性好,深得用户的好评,并赢得用户的长期信赖。

诺思(天津)微系统有限公司成立于2011年,总部设于天津,总注册资本人民币3亿元,是中国首家FBAR生产企业,公司从事无线设备射频前端MEMS滤波芯片、模块、应用方案的设计、研发、制造和销售,核心产品具有国际领先水平。

天津工厂位于天津市经济技术开发区,总投资7.5亿元人民币,已投产一条晶圆生产线和一条工艺研发线厂房和研发中心总占地面积2.7万平方米  南昌工厂位于南昌高新区,总投资20亿元人民币,建有两条晶圆生产线厂房和研发中心总占地面积5万平方米。

预计2017年底开始投产★  专注于射频MEMS领域研究17年★  全球最早从事FBAR研究与产业化的团队之一★  在国际顶级期刊和会议发表论文300余篇★  承接国家重大科技计划,“863计划”专项科研课题

根据《5G系列报告之一:终端滤波器行业研究》-国信证券 射频百花潭编辑整理投稿/招聘/推广/宣传 请加微信:15989459034

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