射频前端滤波器的技术演进,本质上是 SAW 与 BAW 两条声学路线围绕频率、温度稳定性与成本反复博弈的过程。SAW 滤波器诞生于 20 世纪 70 年代,工艺成熟、成本低,在 1GHz 以下频段具备成本优势;BAW 滤波器工作频率更高、插入损耗更低、对温度变化不敏感,一度让市场认为 SAW 会被 BAW 取代。 转折出现在村田推出具有温度补偿特性的 TC-SAW 滤波器与高性能 I.H.P-SAW 滤波器之后:TC-SAW 解决了 SAW 的热稳定性问题,目前整个手机里 80% 的应用都能覆盖,包括 4G 等主流频段;I.H.P-SAW 则克服了低频与散热性能差的弱点,工作频率可达 3.5GHz,并具备 BAW 滤波器的温度特性和高散热性,甚至能够替代一部分 BAW 滤波器。行业预期由此扭转,SAW 路线重新回到主流视野。

拐点一:SAW 的成熟与低频成本优势

SAW 滤波器采用石英晶体、铌酸锂等压电材料,由压电材料衬底和两个 IDT 叉指换能器构成,声波沿固体表面传播,通过“电→声→电”的转换筛选频率。它在晶圆上组装,可以低成本大批量生产,因此在 1GHz 以下频段具备成本优势,设计灵活性大、技术成熟、可靠性高。

但工作原理决定了频率越高、两个 IDT 的间距越小,1GHz 以上普通 SAW 表现不佳,且热稳定性较差,工作频率超过 1.5GHz 后 Q 值下降。这正是 BAW 被认为将取而代之的直接原因。

拐点二:BAW 崛起与“取代论”盛行

BAW 滤波器声波以垂直方向传播,基本结构由两个金属电极夹着压电薄膜组成,工作频率范围在 1.5GHz-6GHz,插入损耗更低、耐高功率、对温度变化不敏感,尺寸随频率升高而缩小,适用于要求更高的 4G、5G 通讯。按声波反射结构不同,BAW 又可细分为 BAW-SMR 与 FBAR 两类,其中 SMR 的散热性优于 FBAR,适宜高频段所需的大功率输出。

代价是价格高、工艺复杂、成品率较低。在 4G 时代,手机中使用的滤波器主要有 SAW、TC-SAW 和 BAW 三种,BAW 用量比较少,但由于价格更高,其价值量占比接近一半。性能优势与成本劣势并存,构成了“取代论”流行时期的真实背景。

拐点三:TC-SAW 与 I.H.P-SAW 扭转预期

村田的 TC-SAW 方案解决了 SAW 滤波器的热稳定性问题,技术愈加成熟,覆盖手机 80% 的应用;I.H.P-SAW 进一步克服低频与散热性能差的弱点,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。SAW 由此向高频、高温度稳定性、大宽带方向发展。

竞争格局也随之分层:SAW 市场由村田主导,市占率在 50% 以上,TDK Epcos、Taiyo Yuden、Skyworks、Qorvo 依次跟随;BAW 市场则由 Avago(博通)与 Qorvo 分别凭借 FBAR 和 SMR 技术取得领先,市占率分别达到 56% 和 38%。国内厂商目前大部分集中在 SAW 领域,德清华莹、好达电子等已具备普通 SAW 与 TC-SAW 量产能力,I.H.P-SAW 也在小批量生产;BAW 因专利壁垒较高,短期突破较难。

常见问题

SAW 滤波器真的会被 BAW 完全取代吗?

从目前的技术路线看并非如此。BAW 在高频段性能更强,但价格高、工艺复杂;SAW 经过 TC-SAW 与 I.H.P-SAW 改良后,已覆盖手机大部分应用场景,并在部分频段具备替代 BAW 的能力。两者更接近按频段与成本分层共存的关系。

TC-SAW 和 I.H.P-SAW 分别解决了什么问题?

TC-SAW 主要解决 SAW 的热稳定性问题,使 SAW 能够覆盖包括 4G 主流频段在内的手机 80% 应用。I.H.P-SAW 则针对低频与散热性能差的弱点,把工作频率提升到 3.5GHz,并具备 BAW 的温度特性和高散热性。

国内厂商在滤波器领域的切入点在哪儿?

国内厂商目前大部分做的是 SAW 滤波器,原因是 SAW 技术在 70 年代就已出现、工艺成熟,专利相对容易绕开。德清华莹、好达电子已具备普通 SAW 和 TC-SAW 量产能力,卓胜微、麦捷科技等也在布局。BAW 方面,武汉敏芯、天津诺思等积极布局,但受专利限制进展缓慢,多处于样品或小规模出货阶段。