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2017年中國濾波器(Filter)行業發展現狀及發展趨勢分析
2018/7/17 11:21:41 來源:中國產業發展研究網 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關閉】
核心提示:目前濾波的主要實現方式是SAW/BAW,以及介于兩者之間的TC-SAW。SAW濾波器(Surface Acoustic Wave)即聲表面波濾波器是利用壓電材料的壓電效應和聲特性來工作,具有壓電效應的材料能起到換能器的作用,它可以將電能轉換目前濾波的主要實現方式是SAW/BAW,以及介于兩者之間的TC-SAW。SAW濾波器(Surface Acoustic Wave)即聲表面波濾波器是利用壓電材料的壓電效應和聲特性來工作,具有壓電效應的材料能起到換能器的作用,它可以將電能轉換成機械能,反之亦然。當交變的電信號us加到發送換能器的兩個電極上時,通過反壓電效應,基片材料就會產生彈性形變,這個隨信號變化的彈性波,即“聲表面波”,它將沿著垂直于電極軸向(x方向)向兩個方向傳播,一個方向的聲表面波被左側的吸聲材料吸收,另一方向的聲表面波則傳送到接收換能器,由正壓電效應產生了電信號,再送到負載RL。
濾波器要求有極低的插入耗損以及很高的品質因素Q,但SAW濾波器采用了石英、鉭酸鋰、鈮酸鋰等晶體作為壓電材料,對溫度變化敏感,性能隨著溫度升高而降低,在處理高頻信號時性能表現不佳,因此SAW適合在1.5GHz以下使用,但是當工作頻率超過1.5GHz時,SAW的Q值開始下降。TC-SAW則增加了保護涂層,降低其溫度系數,進而提高Q值,成本高于SAW,但比BAW低。
當頻率高于1.5GHz,BAW具有明顯的性能優勢
資料來源:公開資料整理
相對而言,BAW(Bulk Acoustic Wave)Filter體聲波濾波器更適合1.5GHz以上高頻,同時具有溫度變化不敏感、插入耗損小等優點。區別于SAW,BAW濾波器內的聲波垂直傳播。BAW最基本結構是兩個金屬電極夾著壓電薄膜,聲波在壓電薄膜里震蕩形成駐波。為了擴展至高頻,BAW應用了MEMS工藝,將石英燈壓電晶體尺寸大幅縮小,壓電層材料厚度為個位數微米級別,如石英基板在2GHz條件下厚度約為2um。
SAW濾波器原理
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BAW濾波器原理
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濾波器往小尺寸以及集成化發展
SAW濾波器的技術趨勢是小型片式化、高頻寬帶化以及降低插入損耗。(1)要得到尺寸更小的SAW,可行的方法是采用先進封裝技術,如Flip Chip(倒裝)以及WLCSP(Wafer Level Chip ScalePackaging)技術。(2)高頻寬帶化方面,當壓電基材選定之后,SAW濾波器的工作頻率則由IDT電極條寬度所決定,IDT電極條愈窄,頻率愈高。因此采用半導體0.35-0.2μm級的精細加工工藝,可制作出2-3GHz的SAW濾波器,進而將SAW應用場景推廣至更高頻級別。(3)降低插入損耗方面,主要的思路是開發高性能壓電材料以及改進IDT結構,如Murata開發出ZnO/藍寶石層狀結構基片材料,可制造1.5GHz SAW濾波器,其插入損耗僅1.2dB。
與SAW相比,BAW性能更好,成本也更高,但是當頻段越來越多,甚至開始使用載波聚合的時候,就必須得用BAW技術才能解決頻段間的相互干擾問題。BAW濾波器采用半導體工藝生產,在目前國內大力推進芯片國產化,晶圓制造產能大幅提升背景下,國內SAW/BAW廠商可專注于設計,不過目前三大射頻器件廠商Skyworks、Qorvo以及博通(Avago)均為IDM,成本及質量控制方面形成較高壁壘。此外,隨著技術的演進,BAW可能會逐步替代SAW,從集成角度,濾波器/雙工器除了與PA集成外,也可與開關集成,這給開發者形成一定障礙,純粹單一器件開發已落后于器件集成,特別是集成器件在功能及性能上表現更優秀。
國產替代空間巨大
目前SAW濾波器的主要供應商是TDK-EPCOS及Murata,兩者合計占接近70%市場份額,BAW濾波器的主要供應商是博通(Avago)及Qorvo,兩者占有90%以上市場份額。國內廠商在濾波器市場上處于弱勢地位,技術實力、規模等各方面均落后,由于濾波器,特別是高端濾波器市場變化快速,是明顯的資本密集型行業,在小型化、集成化趨勢下,呈現強者恒強的局面。
SAW濾波器全球市場格局
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BAW濾波器全球市場格局
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考慮到國內智能手機出貨量在全球的龍頭地位,國內濾波器行業的弱勢與之有著鮮明的反差,但同時也表明國產替代空間非常巨大,主要契機是大廠商主力研發高頻段BAW濾波器,中低頻SAW技術進展放慢,因此國內廠商可以藉此從中低端SAW布局滲透,然后提升技術實力,爭奪高端SAW乃至BAW份額。
目前在SAW濾波器領域,國內主要廠商包括以中電二十六所、中電德清華瑩為代表的科研院所以及無錫好達電子等。國內廠商整體實力較薄弱,科研院所的產品主要面向軍用通信終端設備。
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