射频前端滤波器的技术路线演进中,从SAW独霸到BAW崛起的关键拐点发生在4G时代:4G全球通手机中BAW滤波器单机用量达19颗,价值量3.4美元,已超过SAW的2.2美元,价值占比接近一半。而FBAR与SMR两条BAW技术路线的量产,则分别由博通(Avago)与Qorvo在2000年代率先实现,奠定了此后BAW市场由这两家主导的格局。

从SAW到BAW:技术演进脉络

SAW滤波器(声表面波滤波器)技术早在70年代就已出现,凭借成熟的工艺和成本优势长期主导市场。其工作原理是利用压电效应,让声波沿固体表面传播,通过IDT叉指换能器完成电信号与声信号的转换。对于1GHz以下频段,SAW具备明显成本优势,但频率越高,两个IDT的间距越小,导致1GHz以上频段普通SAW表现不佳。

转折点出现在两个方向:一是村田开发出具有温度补偿特性的TC-SAW滤波器,解决了SAW热稳定性差的痛点,目前手机中80%的应用(包括4G主流频段)都能覆盖;二是BAW滤波器(体声波滤波器)的崛起——其声波以垂直方向传播,工作频率覆盖1.5GHz-6GHz,具备更低插入损耗(0.8~1.5dB)、高Q值(>2,000)和对温度变化不敏感等优势,适用于要求更高的4G、5G通信。

FBAR与SMR:两条BAW技术路线

BAW滤波器根据声波反射结构的不同,细分为BAW-SMR(固体装配型体声波滤波器)与FBAR(薄膜体声波滤波器)两小类。其中SMR的散热性优于FBAR,适宜高频段所需的大功率输出。

在商业化进程上,博通(Avago)通过FBAR技术、Qorvo通过SMR技术,分别在2000年代实现了量产,成为BAW滤波器领域的先行者。这一量产突破构成了行业关键拐点——此后在BAW滤波器市场格局中,Avago市占率达56%,Qorvo达38%,两家合计超过90%份额。由于BAW滤波器使用的压电材料特殊、工艺细节难以把控,这些厂商均采用IDM模式运营。

4G时代的数据印证

4G时代手机中使用的滤波器主要有SAW、TC-SAW和BAW三种。从单机用量看,SAW为34颗、TC-SAW为8颗、BAW为19颗,BAW用量并非最多;但由于价格更高,其价值量占比接近一半。以4G全球通机型为例,BAW价值量为3.4美元,高于SAW的2.2美元,体现了高性能滤波器在价值上的主导地位。

进入5G Sub6频段(450MHz-6GHz),由于拥有更大带宽和更高频率,BAW滤波器仍然是首选。同时,因频段干扰少,性能和成本都较低的LTCC滤波器也有少量应用,但技术壁垒相对不高。由于5G手机需向下兼容3G和4G频段,未来3G和4G仍是滤波器的主要应用战场。

常见问题

FBAR和SMR有何区别?

两者都是BAW滤波器的细分技术路线,区别在于声波反射结构不同。SMR的散热性优于FBAR,更适宜高频段所需的大功率输出。在厂商格局上,博通(Avago)主推FBAR,Qorvo主推SMR,两家合计占据BAW市场超90%的份额。

为什么SAW没有被BAW完全取代?

得益于村田做出具有温度补偿特性的TC-SAW滤波器以及高性能的I.H.P SAW滤波器,SAW技术路线重新焕发活力。TC-SAW解决了热稳定性问题,目前手机中80%的应用都能覆盖;I.H.P-SAW的工作频率可达3.5GHz,具备BAW的温度特性和高散热性,甚至能替代一部分BAW滤波器。

国产滤波器厂商目前处于什么阶段?

国内厂商目前大部分做的是SAW滤波器,因为SAW技术在70年代就已出现、工艺成熟且专利较易规避。德清华莹和好达电子已具备普通SAW和TC-SAW的量产能力,部分关键性能指标达到国外领先厂商的参数水平。而BAW滤波器因美系厂商专利封锁较强,尤其是FBAR-BAW专利壁垒最高,国内厂商短期突破较难,目前仅有样品或小规模出货。