濾波器是射頻前端產(chǎn)業(yè)的重中之重,但不是主導(dǎo)者。
未來5年,,射頻前端產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者將是5G PA模組,。
無源跟著有源走,,被動跟著主動走。濾波器將跟著5G PA模組和RX FEM走,。
但是,,隨著5G的到來,射頻前端產(chǎn)業(yè)最大的受益者將是濾波器,。濾波器產(chǎn)值占比從3G終端的33%提升到全網(wǎng)通LTE終端的54%,,預(yù)計(jì)到2023年將提升至66%;SAW在4G和5G時(shí)代都是最主要的濾波器,。目前70%-80%的市場是SAW濾波器,,20%-30%的市場是BAW濾波器和LTCC/IPD;5G疊加更多頻段,,濾波器數(shù)量和高端化需求更高,。5G時(shí)代,濾波器不僅數(shù)量大幅增加,,而且會進(jìn)一步集成化和小型化。
濾波器現(xiàn)有格局
美日巨頭壟斷射頻前端市場,,并占據(jù)絕大部分高利潤市場,。根據(jù)Yole Development數(shù)據(jù),2019年,,前五大射頻器件提供商占據(jù)了射頻前端市場份額的79%,,其中,Murata 23%,,Skyworks18%,,Broadcom 14%,Qorvo 13%,,Qualcomm 11%,。
資料來源:Yole,中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會
前五大射頻廠商均有功放和濾波器,。頭部廠商濾波器均為IDM模式,,Skyworks、Qorvo的功放是IDM模式,均有高集成度射頻前端模組設(shè)計(jì)能力,。日本企業(yè)的優(yōu)勢在于TC-SAW濾波器,美國企業(yè)在BAW濾波器,、PA,、開關(guān)及LNA市場占據(jù)明顯優(yōu)勢。
資料來源:Yole,,中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會
全球射頻前端細(xì)分市場競爭格局的形成,,是一個(gè)并購的過程。射頻PA公司做濾波器不是從零開始的,,而是通過并購,。
2015年博通與安華高并購重組后一家獨(dú)大,占據(jù)了全球BAW濾波器87%的市場份額,。目前博通擁有最具有競爭力的產(chǎn)品組合,,其推出的BAW濾波器在高端智能手機(jī)應(yīng)用市場中亦占據(jù)統(tǒng)治地位。另外,,博通也收購了英飛凌的體聲波業(yè)務(wù),,擴(kuò)大體聲波濾波器市場份額。
Qorvo由TriQuint Semiconductor 和RF Micro Devices(RFMD)于2015 年合并成立,。TriQuint和RFMD公司均以并購方式提升濾波器產(chǎn)能,。TriQuint在2001年Sawtek合并,而2004年收購了擅長于Baw技術(shù)的TFRTechnologies公司,,通過連續(xù)并購Qorvo強(qiáng)化其射頻濾波器技術(shù)能力,。
2014年,美國模擬芯片廠商Skyworks與松下宣布組建合資公司,,共同設(shè)計(jì),、開發(fā)并提供高性能濾波器,包括表面聲波(SAW)及溫度補(bǔ)償SAW元件方案,,聯(lián)手進(jìn)軍高性能濾波器市場,。雙方在高頻體聲波(BAW)濾波器市場的策略投資互補(bǔ),能夠針對高,、中,、低頻各頻段的組合提供定制化方案。其中,,Skyworks占有66%的股份,,松下占比34%,合資公司總部位于日本大阪,。2016年Skyworks宣布以7.65億美金收購合資公司旗下松下的34%股權(quán),,實(shí)現(xiàn)全資控股,包括濾波器相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人才、領(lǐng)先的產(chǎn)品設(shè)計(jì),,以及412項(xiàng)濾波器的基礎(chǔ)專利和SAW,、溫度補(bǔ)償SAW器件相關(guān)的應(yīng)用專利。
2016年高通和日本電子元器件廠商TDK宣布,,雙方將組建一家合資公司RF360 Holdings,,為移動設(shè)備和其它產(chǎn)品開發(fā)無線組件。因此,,高通斥資30億美元與TDK合資正式挺進(jìn)濾波器市場,。
濾波器未來變化
從市場規(guī)模來看:物聯(lián)網(wǎng)大趨勢下,射頻前端是成長最快,、最確定的方向,。當(dāng)前正處于5G手機(jī)加速滲透期,射頻前端行業(yè)新一輪高速增長趨勢明確,。根據(jù)Yole數(shù)據(jù),,2019年射頻前端市場規(guī)模152億美元,到2025年有望達(dá)254億美元,,2020-25年CAGR達(dá)11%,。
資料來源:Yole
從市場市場構(gòu)成來看:PA模組、分立式濾波器,、FEM模組占比較高,。射頻前端包含濾波器(Filter)、開關(guān)(Switch),、功率放大器(PA),、低噪聲放大器(LNA)、天線調(diào)諧器等元件,。根據(jù)Yole數(shù)據(jù),,19年P(guān)A模組、分立式濾波器,、FEM模組規(guī)模分別為54,、37、26億美元,,占比35%,、24%、17%,;預(yù)計(jì)到2025年,,市場規(guī)模將提升至89、42,、46億美元,,CAGR分別為11%,、4%、13%,。
5G時(shí)代的射頻前端將以模塊化產(chǎn)品為主,。預(yù)計(jì)2025年FEM模組占比將提升至18%,分立式濾波器占比降至17%,。
2019年射頻前端市場占比
資料來源:Yole
2025年射頻前端市場占比預(yù)測
資料來源:Yole
從上面的數(shù)據(jù)可以看到,,分立濾波器市場規(guī)模從2019年的37億美金上升到2025年的42億美金,但射頻前端占比從2019年的24.2%下降到2025年的17%,。再看另一組數(shù)據(jù),全球整個(gè)濾波器產(chǎn)值在射頻前端器件占比從2017年的54%,,上升到2023年的66%,。2020年全球?yàn)V波器產(chǎn)值約120億美金。
2017年濾波器占比54%
2023年濾波器占比將提升至66%
資料來源:Qorvo
這是一個(gè)什么樣的現(xiàn)象呢,,導(dǎo)致濾波器出現(xiàn)兩種差異很大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,。
濾波器市場發(fā)生了很大的變局,未來濾波器產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)新的格局,。這個(gè)變局將從兩方面發(fā)生變化:
1,、濾波器客戶結(jié)構(gòu)發(fā)生改變
之前濾波器最大的直接客戶是智能手機(jī)公司,未來濾波器最大的直接客戶是手機(jī)PA模組公司,,或者RX FEM公司,。因此,濾波器前三大客戶群將變成:
?。?) 手機(jī)PA模組公司
?。?) RX FEM公司
(3) 智能手機(jī)公司
2,、濾波器產(chǎn)品類型發(fā)生改變
5G對濾波器的需求更多,,要求也更高,TC-SAW和BAW的需求將越來越多,。
SAW技術(shù)可以用于不同頻段的濾波器和雙工器整合在單一芯片上,,且僅需很少或根本不需額外的工藝步驟。但SAW濾波器有局限性,,高于約1GHz時(shí),,其選擇性降低;在約2.5GHz,,SAW濾波器達(dá)到極限使用頻率,。
SAW器件對溫度變化敏感,性能隨著溫度升高而降低,,當(dāng)工作頻率超過1.5GHz時(shí),,SAW的Q值開始下降,,溫度升高時(shí),其基片材料的剛度趨于變小,、聲速也降低,,因此需要TC-SAW濾波器來提高SAW濾波器的散熱性和Q值穩(wěn)定性。
BAW濾波器最高頻率可達(dá)到20GHz,,尺寸還隨頻率升高而縮小,,這使它非常適合要求非常苛刻的3G和4G應(yīng)用,。此外,,即便在高寬帶設(shè)計(jì)中,BAW濾波器對溫度變化也不敏感,,同時(shí)它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊,。
濾波器企業(yè)何去何從
5G改變世界,5G改變射頻前端,。
更多的濾波器將集成在5G PA模組和接收模組(RX FEM),。實(shí)際上,射頻前端的模組化始于2016年,,雙工器,、天線開關(guān)等器件開始被集成到射頻前端模組中,模組方案包括ASM,、FEMiD,、PAMiD等。當(dāng)前模塊化程度最高的是 PAMiD,,主要集成了多模多頻的 PA,、RF 開關(guān)及濾波器等元件。
根據(jù)集成方式的不同,,主集天線射頻鏈路可分為:FEMiD(集成射頻開關(guān),、濾波器和雙工器)、PAMiD(集成多模式多頻帶PA和FEMiD),、LPAMiD(LNA,、集成多模式多頻帶PA和FEMiD)。分集天線射頻鏈路可分為:DiFEM(集成射頻開關(guān)和濾波器),、LFEM(集成射頻開關(guān),、低噪聲放大器和濾波器)等。
因此,,隨著大量的濾波器被集成,,濾波器產(chǎn)業(yè)變局引發(fā)了三個(gè)思考:
1、濾波器企業(yè)產(chǎn)品走向
村田(Murata),,作為全球最大的SAW濾波器廠家將繼續(xù)堅(jiān)持SAW濾波器路線,,由Murata率先推出的IHP-Saw濾波器最高適用頻率達(dá)3.5GHz,,可與常規(guī)Baw濾波器高頻性能相當(dāng)。但Murata也在做一些PA模組和RX FEM,,F(xiàn)EM會成為Murata的主力產(chǎn)品方向嗎,?需要拭目以待。
博通(Broadcom),,專注于BAW和FBAR濾波器,,估計(jì)也不會去涉及SAW濾波器,博通有做PAMiD,,但沒有聽說做RX FEM,。
思佳訊(Skyworks),全球最大的FEM提供商之一,,在SAW和BAW濾波器上都有發(fā)力,。2020年Skyworks為5G移動解決方案交付了超過1.5億個(gè)支持體聲波(BAW)濾波器的模塊。為了5G,,Skyworks致力于開發(fā)體聲波BAW技術(shù),包括設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),,晶圓廠和專有IP等都進(jìn)行了長時(shí)間的開發(fā),。
Qorvo,利用其高級濾波器技術(shù),,例如 NoDrift?和 LowDrift? BAW / SAW,,幫助解決業(yè)界最復(fù)雜的干擾問題。Qorvo以BAW濾波器為主,,SAW為輔,;也是最大FEM供應(yīng)商之一。
高通(RF 360),,濾波器產(chǎn)品包括體聲波(BAW),、表面聲波(SAW)、溫度補(bǔ)償表面聲波(TC-SAW)以及薄膜式表面聲波(Thin Film SAW)等,。同時(shí),,也開發(fā)和提供FEM產(chǎn)品。
2,、濾波器產(chǎn)能全球分布
濾波器產(chǎn)能高度集中在日美企業(yè),。
SAW濾波器主要供應(yīng)商是村田、RF360,、Skyworks,、太陽誘電,他們的產(chǎn)能都在日本,。
BAW濾波器主要被博通和Qorvo壟斷,。產(chǎn)能集中在美國,。
韓國有兩家SAW濾波器廠家Wisol和Sawnics,產(chǎn)能不大,,市場份額占比很小,。這兩家公司也在做RX FEM。
臺灣地區(qū)也有幾家較小的SAW濾波器廠家,,因產(chǎn)能和產(chǎn)品性能有限,,不被行業(yè)所關(guān)注。
中國大陸涌現(xiàn)了一批從事濾波器設(shè)計(jì)制造企業(yè),,如好達(dá)電子,、中電26所、德清華瑩,、麥捷科技等,。這些企業(yè)在技術(shù)及配套產(chǎn)業(yè)方面與國外IDM廠商之間的差距較大,尚處于早期發(fā)展階段,。據(jù)智研咨詢預(yù)測,,2020年中國Saw濾波器產(chǎn)量僅為8億元人民幣。
3,、濾波器企業(yè)何去何從
濾波器企業(yè)該何去何從,?射頻PA公司不僅在做PA模組,也在做RX FEM,;射頻開關(guān)公司也轉(zhuǎn)向做FEM,,比如卓勝微,已經(jīng)不是一個(gè)開關(guān)公司,,而是FEM公司,。
射頻PA模組和RX FEM已經(jīng)成為濾波器最大的應(yīng)用和市場。濾波器企業(yè)該不該去做FEM,?Murata會不會成為最大的RX FEM提供商,,在RX FEM里,濾波器是技術(shù)關(guān)鍵和瓶頸,,Murata幾乎能提供所有RX FEM所需的濾波器,,而在開關(guān)和LNA的研發(fā)上不會成為問題,所以Murata做RX FEM暢通無阻,。
對于Murata來說,,這是一個(gè)公司定位和產(chǎn)品定位的問題,Murata是想做一個(gè)濾波器公司還是想做一個(gè)FEM公司呢,?是主力做濾波器,,順帶賣FEM;還是主力做FEM,,順帶賣濾波器,?
對于Skyworks,、Qorvo和高通RF360,就不存在這個(gè)困惑,,一定是主力做FEM,,順帶賣濾波器。
結(jié)語
未來十年,,合作與競爭,,將是射頻前端產(chǎn)業(yè)的一個(gè)常態(tài)。PA公司購買濾波器做成PA模組,,開關(guān)/LNA公司購買濾波器做成RX FEM,,濾波器公司購買開關(guān)/LNA做成RX FEM,形成一種混合的合作與競爭關(guān)系,。而最終呢,,是濾波器公司自己做了開關(guān)/LNA,還是開關(guān)/LNA公司做了濾波器,,或者是PA公司做了濾波器,,這是一個(gè)動態(tài)發(fā)展的過程,未來一切未知,。
不管如何做,,一個(gè)公司一定要有個(gè)強(qiáng)大的主體,這個(gè)主體要么是PA,、要么是濾波器,或者是開關(guān)/LNA,。如果沒有一個(gè)強(qiáng)大的主體,,最后什么都不會有。