支援機械能出什麼

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作者國金證券 樊志遠

射頻濾波器-行動通訊快速發展，手機射頻濾波器爆發式增長

在射頻前端模組中，射頻濾波器起著至關重要的作用。它可以將帶外干擾和噪聲濾除以滿足射頻系統和通訊協議對於信噪比的需求。如前所述，隨著通訊協議越來越複雜，對於通訊協議對於頻帶內外的需求也越來越高，這也使得濾波器的設計越來越有挑戰性。另外，隨著手機需要支援的頻帶數目不斷上升，由於每一個頻帶有需要有自己的濾波器，因此一款手機中需要用到的濾波器數量也在不斷上升。

通訊端的收發電路中使用了射頻濾波器，這種元件的作用是隻讓希望的頻帶的訊號透過並遮斷其他頻率的訊號。射頻濾波器由多個諧振器組成，通常由將諧振器連線成梯形的梯形電路形成希望的濾波器頻帶。

後 4G 時代，隨著頻段越來越多，載波聚合的應用，分離式多模多頻（Multi－Mode Multi－Band）已經無法滿足手機對射頻器件的要求。射頻器件開始需要做成射頻模組（PAMiD），也就是說將 PA 和濾波器封裝到一個模組裡，這樣可以降低頻段之間的相互干擾。這要求 PA 供應商需要開始跟濾波器供應商進行更深度的合作。

從芯片價格來看，濾波器的單個價格並不貴，在 0．06－0．40 美金左右。價格雖低，但是單機用量較大。目前 PCBA 主機板上最貴的器件就是主晶片，儲存器和射頻單元。射頻單元是指主機板上用到的所有射頻 PA 和濾波器。而有些手機上，儲存器和射頻單元的價格甚至會超過主晶片的價格。而在射頻單元裡，若為多頻段手機，如 4G 五模十三頻，濾波器的價格甚至超過了射頻 PA 的價格。

一臺 5 模 13 頻的手機（低端八核 CPU，8GB＋8Gb 容量儲存器），濾波器在主機板中的佔比達到 11%；一臺 5 模 13 頻的支援多頻段 Cat7 手機（高階八核 CPU，16GB＋16Gb 容量儲存器），濾波器在主機板中的佔比達到 10%。

手機在 3G 向 4G 轉換過程中，射頻濾波器呈現爆發式增長，目前一款 4G手機中的需要用到的濾波器數量可達 30 餘個。典型 3G 手機射頻濾波器的單機價值量僅為 1。25 美元，而全球漫遊 LTE 手機，射頻濾波器的單機價值量增長至 7。5 美元，增長高達 6 倍。2016 年在智慧手機增長萎靡的情況下，射頻前端模組的增長率仍達到了 17%。而在射頻前端模組中，發展最快的，也最關鍵的模組就是射頻濾波器模組。

手機射頻濾波器主要分為聲表面（SAW）濾波器、體聲波（BAW）濾波器和薄膜體聲波（ FBAR ） 濾波器。SAW 濾波器使用上限頻率為2。5GHz~3GHz，BAW 濾波器使用頻率在 2。0GHz 以上。

射頻濾波器按照功能來分，可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器幾帶阻濾波器，其中帶通濾波器應用最多。

SAW 濾波器是 2-4G 通訊技術的主力軍

2。1 SAW 濾波器獨佔鰲頭

所謂壓電效應，即是當晶體受到機械作用時，將產生與壓力成正比的電場的現象。具有壓電效應的晶體，在受到電訊號的作用時，也會產生彈性形變而發出機械波（聲波），即可把電訊號轉為聲訊號。由於這種聲波只在晶體表面傳播，故稱為聲表面波。

聲表面波是指沿固體表面傳播的波，且能量集中於表面。傳播速度比電磁波的傳播速度小五個數量級。在聲表面波傳播途中，可任意存取訊號。能利用積體電路技術製造聲表面波器件。

聲表面（SAW）濾波器是以石英、鈮酸鋰或釺鈦酸鉛等壓電晶體為基片，經表面拋光後在其上蒸發一層金屬膜，透過光刻工藝製成兩組具有能量轉換功能的交叉指型的金屬電極，分別稱為輸入叉指換能器和輸出叉指換能器。當輸入叉指換能器接上交流電壓訊號時，壓電晶體基片的表面就產生振動，並激發出與外加訊號同頻率的聲波，此聲波主要沒著基片的表面與叉指電極升起的方向傳播，故稱為聲表面波，其中一個方向的聲波被除數吸聲材料吸收，另一方向的聲波則傳送到輸出叉指換能器，被轉換為電訊號輸出。

SAW filter 聲表面波元件主要作用原理是利用壓電材料的壓電特性，利用輸入與輸出換能器（Transducer）將電波的輸入訊號轉換成機械能，經過處理後，再把機械能轉換成電的訊號，以達到過濾不必要的訊號及雜訊，提升收訊品質的目標。聲表濾波器和聲表諧振器被廣泛應用在各種無線通訊系統、電視機、錄放影機及全球衛星定位系統接收器上替代 LC 諧振電路，用於級間耦合和濾波。主要功用在於把雜波濾掉，比傳統的 LC 濾波器安裝更簡單、體積更小。

聲表面（SAW）濾波器具有工作頻率高、通頻頻寬、選頻特性好、體積小和重量輕等特點，並且可採用與積體電路相同的生產工藝，頻率特性的一致性好，因此廣泛應用於各種電子裝置中。

聲表面（SAW）濾波器的主要特點是設計靈活性大、模擬/數字相容、群延遲時間偏差和頻率選擇性優良（可選頻率範圍為 10MHz~3GHz）、輸入輸出阻抗誤差小、傳輸損耗小、抗電磁干擾（EMI）效能好、可靠性高、製作的器件體小量輕，其體積、重量分別是陶瓷介質濾波器的 1/40 和 1/30 左右，且能實現多種複雜的功能。SAW 濾波器的特徵和優點，適應了現代通訊系統裝置及行動式電話輕薄短小化和高頻化、數字化、高效能、高可靠等方面的要求。其不足之處是所需基片材料的價格昂貴，對基片的定向、切割、研磨、拋光和製造工藝要求高。

聲表面（SAW）濾波器在抑制電子資訊裝置高次諧波、映象資訊、發射漏洩訊號以及各類寄生雜波干擾等方面起到良好的作用，可以實現任意所需精度的幅頻和相頻特性的濾波，這是其它濾波器難以完成的。近年來國外已將 SAW 濾波器片式化，重量只有 0。2g；另外，由於採用了新的晶體材料和最新的精細加工技術，使 SAW 器件上使用上限頻率提高到2。5GHz~3GHz。從而促使 SAW 濾波器在抗 EMI 領域獲得更廣泛的應用。

一款高階智慧手機必須要對多達 15 個頻段的 2G、3G 和 4G 無線接入方式的傳送和接收路徑進行濾波，同時要濾波的還包括：Wi-Fi、藍芽和 GPS接收器的接收路徑。必須對各接收路徑的訊號進行隔離。還必須要對出處雜多、難以盡舉的其它外部訊號進行抑制。要做到這點，一款多頻段智慧手機需要 4 或 6 個濾波器和多個雙工器。如果沒有聲濾波技術，這將難以實現。

移動通訊系統的發射端（TX）和接收端（RS）必須經過濾波器濾波後才能發揮作用，由於其工作頻段一般在 800MHz~2GHz、頻寬為 17MHz~30MHz，故要求濾波器具有低插損、高阻帶抑制和高映象衰減、承受大功率、低成本、小型化等特點。由於工作頻段、體積和效能價格比等方面的優勢，SAW 濾波器在移動通訊系統的應用中獨佔鰲頭，這是壓電陶瓷濾波器和單片晶體濾波器望塵莫及的。

從 MTK 平臺最新射頻前端晶片 MT6169 在 5M12B 全網通的連線示意圖可以看出，為了提高各個頻段的接受靈敏度和抗干擾能力，在各個通帶內使用了大量的 SAW 濾波器、SAW 巴倫濾波器、SAW 雙工器。

隨著移動通訊技術的飛速發展，已由最初的 2G 發展到 3G 再到如今的 4G，而且，在 4G 網路高速發展的同時，各大通訊裝置巨頭已經強勢佈局 5G 技術，預計 2020 年前後 5G 將正式商用。在未來幾年甚至十幾年，多代多制式行動通訊網路將並存，2G、3G、4G 以及無線區域網（WLAN）等多種不同覆蓋能力的異構網路將重疊部署。同時，LTE-FDD 與 TD-LTE 的融合組網試驗已在中國十幾個重點城市開展，LTE 混合組網將成為我國運營商4G 主要組網方式。通訊頻譜資源日益緊張，頻段分配越來越複雜，共站共址情況日益增加，保護頻段不斷變窄，市場對濾波器效能的要求也越來越嚴格。一方面，這給每個系統發射端的頻譜和功率提出了更嚴格的要求，即要保證發射訊號具有較高的線性，不能隨意增加發射功率來增加通訊距離或可靠性。同時，接收端的環境更惡劣，特別對越來越小的移動產品來說，干擾增多就要求接收靈敏度和抗干擾能力必須增強。特別是在 2。4GHz頻段，有 ISM、Bluetooth、WiFi、WiMAX 等多種協議的業務。為了保證每個系統正常工作、互不影響，每個系統接收前端具有高效能濾波器顯得必不可少，如此才能達到帶內插損小、帶外衰減大、選擇性高，接收機不會由於靠近頻段發射機（如，LTE band40， 2300–2400MHz）而對接收機通道堵塞（如 WiFi， 2400 - 2482MHz）。SAW 濾波器小體積、低插損、高抑制的特點正好滿足了這方面需求。

TC-SAW 濾波器是在 SAW 濾波器的基礎上進行了改進，它是在 IDT 的結構上另塗覆一層在溫度升高時剛度會加強的塗層。溫度未補償 SAW 器件的頻率溫度係數（TCF）通常約為-45ppm/℃，而 TC-SAW 濾波器則降至-15 到-25ppm/℃。但由於溫度補償工藝需要加倍的掩模層，所以，TC-SAW 濾波器更復雜、製造成本也更高，但仍比體聲波（BAW）濾波器便宜，未來 5G 時代，也將迎來較好的發展機遇。

2。2 SAW 濾波器發展趨勢：小型片式化、高頻寬頻化、降低插入損耗

小型片式化

SAW 濾波器的小型片式化，是行動通訊和其他行動式產品提出的基本要求。為縮小 SAW 濾波器的體積，通常採取三方面的措施：一是最佳化設計器件用晶片，使其做得更小；二是改進器件的封裝形式，現已由傳統的圓形金屬殼封裝改為方形或長方形扁平金屬封裝或 LCCC（無引線陶瓷晶片載體）表面貼裝；三是將不同功能的 SAW 濾波器封裝在一起構成組合型器件以減小 PCB 面積，如應用於 1。9GHzPCS 終端 60MHz 頻寬的雙頻段 SAW 濾波器以及近年來很多廠家開發的雙帶式（可支援模擬和數字兩種模式）行動式手機用 SAW 濾波器，均裝有兩個濾波器。

智慧手機採用多頻帶/多標準射頻解決方案所面臨的挑戰，要求在手機中相同甚至更小的物理空間內增加更多的頻帶。另外，下一代智慧手機的效能還必須進一步提升。

在長期演進（LTE）載波聚合（CA）和往後的技術中，透過一根天線支援多頻帶同時工作的需求，給濾波器和雙工器帶來了許多附加的挑戰。隔離損耗和線性度可能是最難實現的。可重構無線電是值得研究採納的另一條路徑。隨著無線電頻譜變得越來越擁擠，智慧認知無線電正在不斷吸引人們的注意力。

使用即將推出的載波聚合和多入多出（MIMO）設計可以用來滿足臨時的 LTE-A 和最終的 5G 需求。在這些新的系統中迫切需要體積更小的濾波器。

高頻、寬頻化

為適應電子整機高頻、寬頻化的要求，SAW 濾波器也必須提高工作頻率和拓展頻寬。研究表明，當壓電基材選定之後，SAW 濾波器的工作頻率則由 IDT 電極條寬決定，IDT 電極條愈窄，頻率愈高。採用 0。35μm~0。2μm 級的半導體微細加工工藝，可製作出2GHz~3GHz 的 SAW 濾波器。

拓展 SAW 濾波器的頻寬通常從最佳化設計 IDT 的電極結構入手。如將 IDT 按串聯和並聯形式連線成梯形若干級聯的結構，輸入/輸出直接實現連線，採用 0。4μm 以下的微細加工技術，就可製作出用於無線區域網（LAN）的 2。5GHz 梯形結構諧振式 SAW 濾波器，頻寬達 100MHz；在多重模式濾波器中，採用縱向連線的濾波器頻寬要比橫向耦合型濾波器大一些，因此被廣泛用於蜂窩電話和尋呼機的 RF 濾波，而後者具有陡削的窄帶特性，可用於個人數字蜂窩（PDC）和模擬電話的中頻（IF）濾波。

降低插入損耗

早期 SAW 濾波器的最大缺陷是插入損耗大，一般在 15dB 以上，這對於要求低功耗的通訊裝置特別是接收前端是無法接受的。為滿足現代通訊系統及其它用途的要求，人們透過開發高效能的壓電材料和改進 IDT 設計，使器件的插入損耗降低到 3dB~4dB，最低可達 1dB。但由於 LC 濾波器的除錯複雜，選擇性和穩定性又較差，因此現在逐漸被 SAW 濾波器所取代。可見，SAW 濾波器的市場前景十分可觀。

2。3 全球 SAW 濾波器的競爭格局

全球來看，SAW 濾波器的主要供應商是 TDK（收購的 EPCOS）及Murata，兩者合計市場佔比達到 68%。

A 股上市公司中麥捷科技、信維通訊及順絡電子也在積極佈局 SAW 濾波器。

BAW 濾波器-5G 通訊將大顯身手

3。1 BAW 濾波器大有可為

SAW 濾波器也有自己的侷限。SAW 在 1。5GHz 以下使用非常合適，但是在工作頻率超過 1。5GHz 時，SAW 的 Q 值開始下降，到 2。5GHz 時，SAW 的選擇性已經只能用在一些要求比較低的場合。然而，目前的無線通訊協議已經早就工作大於 2。5GHz 的頻段（例如 4G TD-LTE 的 Band 41）等，這時候 SAW 就不夠用了，必須使用體聲波（BAW）濾波器。

表面波（SAW）器件只能做在如鉭酸鋰或鈮酸鋰這樣特殊的單晶基底上。而 BAW 器件可以做在可選的任意基底上，比如矽就可以做為很好的基底，因而可以直接利用主流 IC 製造廠現有的工藝、裝置和基底結構。製作BAW 所需的大多數工序可以直接在標準 IC 生產裝置上完成，而不需要任何改變。光刻也不是問題，0。8 微米的特徵尺寸就足夠了。一個 BAW 器件所需的光刻步驟在 5 個到 10 個之間。BAW 中的缺陷密度也是次要問題，相當大的顆粒也不會導致諧振器失效。

最關鍵的工序是足夠高品質的壓電層澱積。儘管壓電層是多晶的，但要求所有晶粒的 C 軸方向完全一致。方向不一致的晶粒會嚴重降低壓電耦合因子和品質因子。BAW 器件所用材料最流行的有氮化鋁（AlN）、氧化鋅（ZnO）和鋯鈦酸鉛（PZT）。

SAW 濾波器與 BAW 濾波器的區別：SAW 是聲表面波濾波器，在輸入端由壓電效應把無線訊號轉換為聲訊號在介質表面傳播，在輸出端由逆壓電效應將聲訊號轉換為無線訊號；BAW 是體聲波，採用 FBAR 技術，原理基本同 SAW，唯一的區別是聲訊號在介質內部傳輸，故體積可以做的更小（介質的介電常數大於空氣）；BAW 相對來說效能可能更好一些，Q 值，相位噪聲，體積小等，同時加工起來更難，屬於超精細加工。BAW 有 3 層，上下為金屬電極，中間為壓電材料，諧振在 2G 左右的厚度大概為（0。1um（電極），3um（壓電層），0。1um（電極）），所以加工難度較大，成本目前還是較高。

與 SAW 相比，BAW 效能更好，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。

不同於 SAW 濾波器，BAW 濾波器內的聲波垂直傳播。對使用石英晶體作為基板的 BAW 諧振器來說，貼嵌於石英基板頂、底兩側的金屬對聲波實施激勵，使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。而板坯厚度和電極質量（mass）決定了共振頻率。在 BAW 濾波器大顯身手的高頻，其壓電層的厚度必須在幾微米量級，因此，要在載體基板上採用薄膜沉積和微機械加工技術實現諧振器結構。

為使聲波不散漫到基板上，透過堆疊不同剛度和密度的薄層形成一個聲布拉格（Bragg）反射器。這種方法被稱為牢固安裝諧振器的 BAW 或 BAW-SMR 器件。另一種方法，稱為薄膜體聲波諧振器（FBAR），它是在有源區下方蝕刻出空腔，以形成懸浮膜。

不同型別的手機中採用的濾波器型別和數量都是不一樣的，比如在功能機時代，只需要普通的 SAW 濾波器就足夠了；就算是 3G 手機時代，對BAW 濾波器和 TC-SAW 濾波器的需求也不大。但是到了 4G 時代，一款智慧手機必須要對多個頻段的 2G、3G 和 4G 無線接入方式的傳送和接收路徑進行濾波，同時還要對 WiFi、藍芽和 GPS 接收器等的接收路徑進行濾波，而高階智慧手機可能需要用到濾波器的地方會更多。這些頻帶範圍都不相同，又不能相互干擾，這必然需要更多的濾波器來對這些訊號進行隔離。

而 SAW 濾波器由於本身的侷限性，一般只適用於 1。5GHz 以下的應用。另外它也易受溫度變化的影響。高於 1。5GHz 時，TC-SAW 和 BAW 濾波器則更具效能優勢。BAW 濾波器的尺寸還隨頻率升高而縮小，這使得它非常適合要求非常苛刻的 3G 和 4G 應用。還有就是即便在高寬頻設計中，BAW 對溫度變化也沒有那麼敏感，同時它還具有極低的插入損耗和非常陡峭的濾波器邊緣。“BAW 的整合化更高、效能更好、頻寬的抑制能力更強，而且它為大於 2GHz 的 LTE 頻帶進行了最佳化。”

智慧手機中的高階濾波器需求會持續增加，移動裝置中的 RF 器件發展主要有三個趨勢：一是功率放大器市場是從持平到緩慢下降，主要是因為寬頻放大器的應用造成的；二是 CMOS 開關和調諧元件會穩步增長，調諧元件目前很多手機沒有，但以後的手機基本都會具備；三是濾波器的增長是非常迅速的，最主要的是頻帶擴散、載波聚合和分集接收/WiFi。

3。2 FBAR- 新一代射頻整合濾波器解決方案

隨著無線通訊技術朝著高頻率和高速度方向迅猛發展，以及電子元器件朝著微型化和低功耗的方向發展，基於薄膜體聲波諧振器（Film BulkAcoustic Resonator，FBAR）的濾波器的研究與開發越來越受到人們的關注。

傳統的無線通訊系統常常用到介質濾波器和 SAW（Surface AcousticWave，聲表面波）濾波器。介質濾波器雖然有較好的效能，但體積大，不便於用到行動式裝置中；SAW 濾波器體積小，目前雖得到廣泛運用，但仍存在工作頻率不高、插入損耗較大、功率容量較低等缺點；而 FBAR 濾波器既綜合了介質陶瓷效能優越和 SAW 體積較小的優勢，又克服兩者的缺點，其體積小、高 Q 值、工作頻率高、功率容量大、損耗低，是替代SAW 濾波器的下一代濾波器，也是被業界認為最有可能實現射頻模組全整合化的濾波器。

FBAR 是一種基於體聲波（BAW）的諧振技術，它是利用壓電薄膜的逆壓電效應將電能量（訊號）轉換成聲波，從而形成諧振。

當一直流電場加於材料的兩端時，材料的形變會隨著電場的大小來改變，而當此電場的方向相反時，材料的形變方向也隨之改變。“當有一交流電場加入時，材料的形變方向會隨著電場的正及負半週期作收縮或膨脹的互動變化”這種稱之為逆壓電效應。

與 SAW 不同，這種振動發生於壓電材料的體腔內，因此能承受更大的功率。這也是 FBAR 技術優於 SAW 的一個原因。

這樣的振動會激勵出沿薄膜厚度方向（C 軸）傳播的體聲波，此聲波傳至上下電極與空氣交介面反射回來，進而在薄膜內部來回反射，形成震盪。當聲波在壓電薄膜中傳播正好是半波長的奇數倍時形成駐波震盪。

目前主流的 FBAR 結構主要有三種：空氣隙型、矽反面刻蝕型和固態裝配型。

空氣隙型 FBAR 是基於 MEMS 的表面微加工技術（ surfacemicromachining），在矽片的上表面形成一個空氣隙以限制聲波於壓電震盪堆之內。透過先填充犧牲材料最後再移除之的方法制備空氣腔以形成空氣一金屬交介面。此方法可以傳統的矽藝相容。

矽反面刻蝕型 FBAR 是基於 MEMS 的體矽（Si）微加工技術（bulkmicromachining），將 Si 片反面刻蝕。在壓電震盪堆的下表面形成空氣一金屬交介面從而限制聲波於壓電震盪堆之內。此技術的缺點是由於大面積移除 Si 襯底，導致機械牢度降低。

固態裝配型結構 FBAR 是採用布拉格反射層技術限制聲波於壓電震盪堆之內。由一層四分之一波長厚度的高聲學阻抗材料和一層四分之一波長厚度的低聲學阻抗材料交替構成。層數越多則反射係數越大，製得的器件 Q 值也越高，但無論如何其反射效果終不如前兩種結構的反射效果好，故基於布拉格反射層的 FBAR 其 Q 值不如前兩者高。

理想的空氣隙型 FBAR 為三明治結構，即上電極/壓電層/下電極，在矽表面和 FBAR 的下電極表面之間刻蝕出一個空氣隙以形成空氣介面。實際的空氣隙型 FBAR 諧振器包括上電極/壓電層/下電極/支撐層，在矽表面和支撐層下表面之間刻蝕出一個空氣隙以形成空氣介面，從而在 FBAR 基片上下介面形成空氣反射層，在二個空氣介面之間形成駐波，將聲波能量限制在 FBAR 基片中。

空氣隙型 FBAR 器件的製備流程：（1）在準備好的矽片上表面蝕刻一凹槽（空氣隙），然後再沉積一層薄的 SiO2 緩衝層，用來保護矽襯底；（2）填充犧牲層，如 Ti，磷石英玻璃 PSG；（3）利用化學機械拋光表面，去掉多餘犧牲層；（4）澱積下電極，光刻成所需圖形，然後用反應射頻磁控濺射澱積高 C 軸取向的壓電薄膜 ALN；（5）使用 RIE 刻蝕技術刻蝕壓電薄膜，形成將底電極引出的通孔；（6）澱積上電極，光刻形成所需圖形；（7）腐蝕去除犧牲層，形成空氣隙。

FBAR 技術中最重要的特性是可以支援高挑戰性頻段分配的陡峭濾波曲線以及卓越的帶外抑制能力，上方發射頻率和下方接收頻率間的間隙非常窄，這個特性對於 4G/LTE 應用而言更為重要，原因是發射和接收頻率間的間隙更窄。

近年來，隨著壓電薄膜材料製備手段的完善、半導體工藝技術的發展，FBAR 相關技術也得到了快速發展。FBAR 可以製成高效能濾波器、雙工器、振盪器等多種射頻整合微波器件和高靈敏感測器等。FBAR 是目前唯一可以與 RFIC 以及 MMIC 整合的射頻濾波器解決方案，且 FBAR 能以更低的價格提供更有益的效能，具有很強的市場競爭力。在下一代無線通訊系統和無線接入領域，FBAR 器件將會有更廣闊的市場前景。

3。3 BAW 濾波器的全球競爭格局

BAW 器件所需的製造工藝步驟是 SAW 的 10 倍，但因它們是在更大晶圓上製造的，每片晶圓產出的 BAW 器件也多了約 4 倍。即便如此，BAW 的成本仍高於 SAW。然而，對一些分配在 2GHz 以上極具挑戰性的頻段來說，BAW 是唯一可用方案。因此，BAW 濾波器在 3G/4G 智慧手機內所佔的份額在迅速增長，未來 5G 時代，BW 濾波器將大有可為。

BAW 濾波器的市場集中度很高，主要供應商是 Avago 及 Qorvo（Triquint），兩者合計市場佔比高達 95%。

LN 、LT 晶體：射頻濾波器的基石

鉭酸鋰（LiTaO3，簡稱 LT）和鈮酸鋰（ LiNbO3，簡稱 LN）晶體具有優異的壓電、熱電、光電等效能，是十分重要的多功能晶體材料，特別是作為壓電晶片材料，廣泛用於製造聲表面波（SAW）和體波器件（BAW）。

鈮酸鋰晶體是一種重要的多功能晶體，具有良好的非線性光學性質，其非線性光學系數較大；而且能夠實現非臨界相位匹配。作為電光晶體，已經作為重要的光波導材料；作為壓電晶體，可以應用於製作中低頻 SAW 濾波器，大功率耐高溫的超聲換能器等。

鉭酸鋰晶體是一種優良的多功能材料，具有很高的應用價值。LiTaO3 晶體以它的化學效能穩定高（不溶與水），居里點高於 600℃，不易出現退極化現象，介電損耗低，探測率優值高的優良特性，成為熱釋電紅外探測器應用材料的最佳選擇。過拋光的 LT 晶片廣泛用於諧振器、濾波器、換能器等電子通訊器件的製造，尤其以它良好的機電耦合、溫度係數等綜合性能而被用於製造高頻聲表面波器件，並應用在手機、對講機、衛星通訊、航空航天等許多高階通訊領域。

近幾年，鉭酸鋰和鈮酸鋰襯底材料的市場需求量以每年 50%的速度在增長，而目前的供應商基本都集中在日本等國外。

住友金屬礦山的鉭酸鋰（LT、LiTaO3）/鈮酸鋰（LN、LiNbO3）規模較大，並在大舉擴產，公司 2014 年 12 月 18 日宣佈將增產使用於智慧手機表面聲波濾波器（SAW filter）晶片的 LT/LN 基板（相關新聞按此），惟因LT/LN 基板需求持續擴大、SAW 濾波器廠商又紛紛提出要該公司進行增產的要求，故決議進一步擴增 LT/LN 基板產能。

住友金屬礦山表示，計劃投下約 40 億日圓，除將進一步擴增 100%子公司“住礦國富電子”的 LT/LN 基板產能之外，也將在上述大口電子內新設LT/LN 基板生產裝置，藉此將該公司 LT/LN 基板月產能自目前規劃的 21 萬片（包含去年 12 月決定增產的數量）擴增至 30 萬片的規模。增產工程於2015 年 4 月動工、並在 2016 年 10 月完工。

臺灣藍寶石基板廠商有兆遠、中美晶（5483）等，其中兆遠也生產 LT/LN基板。

國內從事鉭酸鋰和鈮酸鋰的公司有德清華瑩、中電 26 所及天通股份等。

其它幾種與 5G 系統相關的射頻濾波器

5。1 基於 LTCC 技術的射頻濾波器

LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperature Co-fired Ceramic）技術， 應用於射頻濾波器的設計和製造，有其一系列的優勢。

基於這種工藝平臺，可以設計和製造從很低的頻率（10MHz到 100GHz）到很高的頻率（100GHz 甚至太赫茲）的各種濾波器。

其濾波器產品的優點是：尺寸小、效能優、可靠性高、成本低、抗電磁干擾好、不必另加封裝。

陶瓷材料的介電常數可以從 4。8 到 70 可選，形成系列。高介電常數對應低頻應用，低介電常數對應高頻應用。

是採用三維結構的立體整合技術，從材料、設計、工藝多個層面滿足各種應用需求。特別是可以實現高次諧波抑制，已經獲得非常好的結果。在較低的頻率抑制諧波次數可達 50-100 次諧波。

但對於頻寬要求特別窄（約相對頻寬 5%以下），承受功率特別大，矩形係數要求特別高或邊帶陡峭度要求高的應用，LTCC 濾波器則無法滿足。

5。2 基於高溫疊層陶瓷的高效能射頻/ 毫米波濾波器

與 LTCC 工藝相比，LTCC 是生瓷疊層共燒。而高溫疊層是熟瓷片，加工好內電極圖形後，再減薄，多層對位疊片，然後切片、製作電極和側印電極。由於高溫陶瓷熟瓷材料有非常優異的電效能，其 Q 值高達幾萬至 10多萬。比空氣高很多，因此，用這種工藝和材料設計和製造的毫米波濾波器其尺寸、效能、可靠性、成本將均比 MEMS 毫米波濾波器更加優越和更具競爭力！而且有可能全面替代毫米波 MEMS 濾波器。而高溫高 Q 值微波陶瓷材料早已成熟。

這項技術也是對毫米波濾波器及無源元件的重大技術變革，更重要的是其製造裝置投資比 LTCC 和 MEMS 技術小很多，裝置數量也少很多。

5。3 毫米波 MEMS 濾波器

在毫米波段為了有效降低濾波器的插入損耗和提高阻帶抑制，在半導體襯底上，採用半導體的製造工藝構成濾波結構。從成本考慮，用矽襯底，也可用砷化鎵襯底，但成本高。

這項技術已成熟。其缺點是造價太高。可靠性和溫度特性比陶瓷濾波器要差，必須封裝，且安裝使用沒有其它型別濾波器方便。

5。4 半導體晶片濾波器

這類射頻濾波器是基於 MMIC（單片微波積體電路）工藝基礎，優勢可以與 5G 系統晶片一體化設計。

但單個濾波器應用可分為晶片透過 MMCM（微波多晶片模組）鍵合方式或封裝後應用。

基於 MMIC 工藝設計和製造，其電效能難以優異，這是因為材料、工藝和電路形式決定的。其電路形式只能採用平面整合方式，電路傳輸波型為準TEM 波，不可避免有表面波、空間輻射波（半開放空間）、介質和金屬損耗，這是先天缺陷。所以效能不可能優異。

若採用裸晶片方式，則相互間 EMI（電磁干擾）會嚴重。

由於採用半導體工藝途徑製造，其電效能批次一致性非常好，這是其非常重要的優點，相應成品率和成本較低（指晶片），若採用封裝形式則成本和成品率會大打折扣。

5G 頻段大幅增加，載波聚合技術快速滲透，將推動射頻濾波器迅猛增長

根據 Mobile Expert LLC 的研究報告，2016 年在智慧手機增長萎靡的情況下，射頻前端模組的增長率仍達到了 17%。而在射頻前端模組中，未來發展最快的，也最關鍵的模組就是射頻濾波器模組。

Technavio 在研究報告中指出，射頻濾波器市場 2016-2020 的年複合增長率可達 15%，並且已經超越 PA 成為整個射頻前端模組市場中最重要的組成部分。

促使射頻濾波器市場爆炸性增長的因素有：日益擁擠的頻譜、頻段的激增、載波聚合（多個載波頻段同時傳輸以提高資料速率）以及 2G/3G/4G 的向後相容性。由於大多數無線通訊都使用低頻段，因此 SAW（表面聲波）濾波器在未來一段時間仍將主導整個市場。但隨著高頻網路（如 TDD-LTE）的不斷部署，BAW（體聲波）濾波器將不斷擴充套件其市場份額。

多模多頻手機、特別是多載波聚合技術，對於濾波器與開關器件的需求增量最多。對於多載波聚合，每一個頻譜兩端都需要一個濾波器，也就是每增加一個頻譜，需要增加兩個濾波器。並且，上面還需要增加一個開關器件。多載波聚合，對於基站廠商來說，它的頻譜利用率非常高。但是對於手機廠商來講的話，就要加很多的濾波器和開關。

5G 網路需要增加多達幾十個頻譜，所以對射頻濾波器有著強勁的需求，2016 年 7 月，美國政府正式為 5G 網路分配了大量頻譜，美國也成為全球首個為“5G”應用確定並開放大量高頻頻譜的國家。

預計到 2020 年，5G 應用支援的頻段數量將實現翻番，新增 50 個以上通訊頻段，全球 2G/3G/4G/5G 網絡合計支援的頻段將達到 91 個以上。對於一個頻段而言，一般至少需要兩個濾波器，因此手機頻段數上升的直接結果就是手機中使用的射頻濾波器數量上升，而手機中濾波器的成本也在日漸上升。

人們對資料速率的要求越來越高，載波聚合（Carrier Aggregation ，CA）成為運營商面向未來的必然選擇。什麼是載波聚合？簡單一點說，就是把零碎的 LTE 頻段合併成一個“虛擬”的更寬的頻段，以提高資料速率。

載波聚合目前有兩種實現方式，一是連續載波聚合，將相鄰的數個較小的載波整合為一個較大的載波；另一個是非連續載波聚合，就是將離散的多載波聚合起來，當作一個較寬的頻帶使用，透過統一的基帶處理實現離散頻帶的同時傳輸。

4G 時代，載波聚合技術得到快速滲透，“LTE-Advanced 在低移動性下峰值速率達到 1Gbps，高移動性下峰值速率達到 100Mbps。那麼為了支援這樣的峰值速率，我們需要更大的頻寬。而對運營商來說，頻譜資源相對來說是比較緊的，每個運營商分到的頻譜資源不多，特別是連續的頻譜資源時非常有限的。為了解決這個問題，LTE-Advanced 就提出了載波聚合的解決方案。”

載波聚合技術將數個窄頻段合成一個寬頻段，實現傳輸速率的大幅提升。載波聚合技術的引進大大增加了對射頻器件效能的要求以及射頻系統的複雜度。目前市場上的射頻器件主要採用 2 載波的載波聚合。2017 年，國內的三大電信運營商將正式啟動 3 載波的聚合，而到 2018 年，4 載波甚至 5載波的載波聚合將出現在手機通訊應用中。例如載波聚合技術要求射頻天線開關具有極高的線性度，以避免與其他裝置發生干擾，對於濾波器及射頻開關的效能要求將更加苛刻。

5G 將繼續沿襲 4G 時代的載波聚合技術。4G 時代的載波聚合以 LTE 作為主載波，然後透過聚合其他輔載波以增加速率頻寬。目前已經有一種技術叫 LTE Wi-Fi 鏈路聚合，以 LTE 載波作為主載波並將控制信令放在 LTE 上面，同時以 Wi-Fi 作為輔載波並把資料增強放在 Wi-Fi 上，這是載波聚合其中的一種技術。另一種基於 LTE 的載波聚合技術叫 LAA（輔助授權接入），它已經在 3GPP 完成了標準化。這項技術依然以 LTE 作為主載波，輔載波使用經最佳化的非授權頻譜。實際在 LTE 上已經實現了授權頻譜和非授權頻譜的結合。

未來 5G 面世以後，5G 連線也可以作為載波聚合的元素。比如說，可以使用 LTE 作為主載波，並使用 5G 的寬頻頻段作為輔載波。甚至，當 5G 技術得到進一步發展，5G 的寬頻頻段將既可以放在授權頻譜，也可以放在非授權頻譜。對於使用者體驗來而言，搭載一個控制信令的主載波聚合資料信令或輔載波，無論輔載波是 Wi-Fi 還是 5G，都可以實現非常好的寬頻體驗。未來，載波聚合技術可以採用 4G 或 5G 作為主載波，這很大程度上取決於網路覆蓋情況。如果 5G 覆蓋良好，可以採用 5G 作為主載波。如果 5G 覆蓋較弱，可以採用 4G作為主載波，並將資料增強放在 5G輔載波上。

據預測，到 2018 年手機載波聚合份額會很大。現在中國三大運營商在規劃下行三載波，可能 2017 年會正式商用三載波，到 2018 年還有四載波的計劃，目前最大值的規劃是五載波。然而，不同運營商對載波聚合的不同需求對射頻前端的要求變化相當大。目前要單獨給中國移動設計載波聚合的手機，或者單獨給中國聯通、中國電信設計載波聚合的手機，射頻前端具有很大的差別。

5G 臨近，智慧手機中的射頻濾波器和前端將發生重大變化，迫切需要體積更小、成本更低的濾波器。在長期演進（LTE）載波聚合（CA）和往後的技術中，透過一根天線支援多頻帶同時工作的需求，給濾波器和雙工器帶來了許多附加的挑戰。隔離損耗和線性度可能是最難實現的。可重構無線電是值得研究採納的另一條路徑。隨著無線電頻譜變得越來越擁擠，智慧認知無線電正在不斷吸引人們的注意力。問題是行動電話製造商不喜歡透過增加新型號的手機來跟上頻寬需求。這種方法的價效比不高。

使用即將推出的載波聚合和多入多出（MIMO）設計可以用來滿足臨時的LTE-A 和最終的 5G 需求。在這些新的系統中迫切需要體積更小、成本更低的濾波器。

綜合以上分析，在 5G 新增多個頻段及載波聚合（CA）技術快速滲透的推動下，射頻濾波器將出現迅猛增長，預計單機使用的射頻濾波器數量將達到 50 個以上，單機價值量達到 12 美元以上。

2015 年，手機射頻濾波器市場規模達到 50 億美元，高通預測射 2020 年將達到 130 億美金，年複合增速高達 21%。

手機射頻戰火再起，各大廠商紛紛擴張濾波器產能

目前手機中的 RF 器件包括功率放大器（PA）、雙工器、開關、濾波器（包括 SAW 與 BAW 兩種）、低噪放大器（LNA）等等。這些器件中，多模多頻手機、特別是多載波聚合技術，對於濾波器與開關器件的需求增量最多。Technavio 在研究報告中指出，射頻濾波器市場 2016-2020 的年複合增長率可達 15%，並且已經超越 PA 成為整個射頻前端模組市場中最重要的組成部分。中國射頻的市場容量每年均呈現大幅度的增長。

而隨著射頻濾波器變得越來越重要，各大射頻前端廠商也在積極佈局濾波器市場。

在濾波器領域，日企 Murata、TDK 和 Taiyo Yuden 佔據 SAW 雙工器 85%以上。BAW 雙工器市場基本被 Broadcom（Avago）壟斷，博通佔據 87%的市場份額。

高通前些年收購了 Blacksand 進入 PA 市場，去年和日本電子元器件廠商TDK 聯合組建合資公司 RF360 控股新加坡有限公司，高通持股 51%，TDK（EPCOS）持股 49%，合資企業將支援 Qualcomm 的射頻前端（RFFE）業務部門為用於移動終端和新興業務領域（例如物聯網 IoT、汽車應用和聯網計算等）的全整合系統提供射頻前端模組和射頻濾波器。轉移的業務是 TDK SAW 業務集團（TDK SAW Business Group）業務活動的一部分。

Skyworks2014 年透過與 Panasonic 成立合資公司而獲得濾波器技術，濾波器主要供自己使用。

Qorvo 是由 RFMD 與 TriQuint 合併而成，客戶中包括了 APPLE、三星這樣的國際大客戶。目前 Qorvo 在美國有數個晶圓廠，其中有兩個 GaAs 晶圓廠，三個濾波器晶圓廠。在哥斯大黎加還有一個濾波器廠。在中國有兩個後端的封裝測試廠，一個在北京，一個在德州。這些工廠保證了 Qorvo可以在全球範圍內為客戶提供充沛的產能供應。此次投入生產的 Qorvo 德州新工廠帶來了非常先進的 RF 器件封測工藝，包括（晶圓）研磨減薄和切割工藝、倒裝晶片貼裝工藝、晶片貼裝工藝、引線鍵合工藝、塑封成型工藝、切割工藝、電鍍工藝以及鐳射列印等諸多工藝都實現了業內領先。“原有的北京工廠現在產能非常緊張，如前所述，由於多頻多模 LTE 手機的需求，來自客戶的 RF 器件訂單旺盛，現在德州新工廠投入生產，正好形成互補。

國內 A 股上市公司也在積極佈局 5G 手機用 SAW 及 LTCC 濾波器，如麥捷科技，2016 年定增實施“基於 LTCC 基板的終端射頻聲表濾波器（SAW）封裝工藝開發與生產專案”，順絡電子也在重點發展 5G 用基於 LTCC 技術的各類濾波器、匹配器、耦合器、雙/多工器及天線等產品，信維通訊及三安光電也在積極研發 SAW 濾波器等。

行業內重點公司推薦

手機射頻濾波器主要上市公司有信維通訊、麥捷科技、順絡電子。

推薦組合：信維通訊、麥捷科技、順絡電子。

建議關注：天通股份。

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