滤波器产业变局引发的思考

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2021-12-29 14:24:00 0

滤波器是射频前端产业的重中之重，但不是主导者。

未来5年，射频前端产业的领导者将是5G PA模组。

无源跟着有源走，被动跟着主动走。滤波器将跟着5G PA模组和RX FEM走。

但是，随着5G的到来，射频前端产业最大的受益者将是滤波器。滤波器产值占比从3G终端的33%提升到全网通LTE终端的54%，预计到2023年将提升至66%；SAW在4G和5G时代都是最主要的滤波器。目前70%-80%的市场是SAW滤波器，20%-30%的市场是BAW滤波器和LTCC/IPD；5G叠加更多频段，滤波器数量和高端化需求更高。5G时代，滤波器不仅数量大幅增加，而且会进一步集成化和小型化。

滤波器现有格局

美日巨头垄断射频前端市场，并占据绝大部分高利润市场。根据Yole Development数据，2019年，前五大射频器件提供商占据了射频前端市场份额的79%，其中，Murata 23%，Skyworks18%，Broadcom 14%，Qorvo 13%，Qualcomm 11%。

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资料来源：Yole，中国半导体行业协会

前五大射频厂商均有功放和滤波器。头部厂商滤波器均为IDM模式，Skyworks、Qorvo的功放是IDM模式，均有高集成度射频前端模组设计能力。日本企业的优势在于TC-SAW滤波器，美国企业在BAW滤波器、PA、开关及LNA市场占据明显优势。

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资料来源：Yole，中国半导体行业协会

全球射频前端细分市场竞争格局的形成，是一个并购的过程。射频PA公司做滤波器不是从零开始的，而是通过并购。

2015年博通与安华高并购重组后一家独大,占据了全球BAW滤波器87%的市场份额。目前博通拥有最具有竞争力的产品组合，其推出的BAW滤波器在高端智能手机应用市场中亦占据统治地位。另外，博通也收购了英飞凌的体声波业务，扩大体声波滤波器市场份额。

Qorvo由TriQuint Semiconductor 和RF Micro Devices（RFMD）于2015 年合并成立。TriQuint和RFMD公司均以并购方式提升滤波器产能。TriQuint在2001年Sawtek合并，而2004年收购了擅长于Baw技术的TFRTechnologies公司，通过连续并购Qorvo强化其射频滤波器技术能力。

2014年，美国模拟芯片厂商Skyworks与松下宣布组建合资公司，共同设计、开发并提供高性能滤波器，包括表面声波(SAW)及温度补偿SAW元件方案，联手进军高性能滤波器市场。双方在高频体声波(BAW)滤波器市场的策略投资互补，能够针对高、中、低频各频段的组合提供定制化方案。其中，Skyworks占有66%的股份，松下占比34%，合资公司总部位于日本大阪。2016年Skyworks宣布以7.65亿美金收购合资公司旗下松下的34%股权，实现全资控股，包括滤波器相关的专业技术人才、领先的产品设计，以及412项滤波器的基础专利和SAW、温度补偿SAW器件相关的应用专利。

2016年高通和日本电子元器件厂商TDK宣布，双方将组建一家合资公司RF360 Holdings，为移动设备和其它产品开发无线组件。因此，高通斥资30亿美元与TDK合资正式挺进滤波器市场。

BAW滤波器	PA	SAW滤波器	开关及LNA
博通：87%	Skyworks：43%	Murata：50%	Qorvo：35%
Qorvo：8%	Qorvo： 25%	RF360：20%	Skyworks： 23%
太阳诱电：3%	博通：25%	太阳诱电： 15%	其他：26%
RF360：2%	其他：7%	Skyworks： 10%

滤波器未来变化

从市场规模来看：物联网大趋势下，射频前端是成长最快、最确定的方向。当前正处于5G手机加速渗透期，射频前端行业新一轮高速增长趋势明确。根据Yole数据，2019年射频前端市场规模152亿美元，到2025年有望达254亿美元，2020-25年CAGR达11%。

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资料来源：Yole

从市场市场构成来看：PA模组、分立式滤波器、FEM模组占比较高。射频前端包含滤波器（Filter）、开关（Switch）、功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、天线调谐器等元件。根据Yole数据，19年PA模组、分立式滤波器、FEM模组规模分别为54、37、26亿美元，占比35%、24%、17%；预计到2025年，市场规模将提升至89、42、46亿美元，CAGR分别为11%、4%、13%。

5G时代的射频前端将以模块化产品为主。预计2025年FEM模组占比将提升至18%，分立式滤波器占比降至17%。

2019年射频前端市场占比

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资料来源：Yole

2025年射频前端市场占比预测

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资料来源：Yole

从上面的数据可以看到，分立滤波器市场规模从2019年的37亿美金上升到2025年的42亿美金，但射频前端占比从2019年的24.2%下降到2025年的17%。再看另一组数据，全球整个滤波器产值在射频前端器件占比从2017年的54%，上升到2023年的66%。2020年全球滤波器产值约120亿美金。

2017年滤波器占比54%

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2023年滤波器占比将提升至66%

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资料来源：Qorvo

这是一个什么样的现象呢，导致滤波器出现两种差异很大的数据统计结果。

滤波器市场发生了很大的变局，未来滤波器产业将出现新的格局。这个变局将从两方面发生变化：

1、滤波器客户结构发生改变

之前滤波器最大的直接客户是智能手机公司，未来滤波器最大的直接客户是手机PA模组公司，或者RX FEM公司。因此，滤波器前三大客户群将变成：

（1）手机PA模组公司

（2） RX FEM公司

（3）智能手机公司

2、滤波器产品类型发生改变

5G对滤波器的需求更多，要求也更高，TC-SAW和BAW的需求将越来越多。

SAW技术可以用于不同频段的滤波器和双工器整合在单一芯片上，且仅需很少或根本不需额外的工艺步骤。但SAW滤波器有局限性，高于约1GHz时，其选择性降低；在约2.5GHz，SAW滤波器达到极限使用频率。

SAW器件对温度变化敏感，性能随着温度升高而降低，当工作频率超过1.5GHz时，SAW的Q值开始下降，温度升高时，其基片材料的刚度趋于变小、声速也降低，因此需要TC-SAW滤波器来提高SAW滤波器的散热性和Q值稳定性。

BAW滤波器最高频率可达到20GHz，尺寸还随频率升高而缩小，这使它非常适合要求非常苛刻的3G和4G应用。此外，即便在高宽带设计中，BAW滤波器对温度变化也不敏感，同时它还具有极低的损耗和非常陡峭的滤波器裙边。

	优势	劣势
SAW	2GHz 以下性能与BAW相当；成本远低于BAW；TC-SAW的性能有望达与BAW齐平。	3.5GHz以上高频滤波器损耗大；功率容量整体低于BAW；在特殊高功率上受限制。
BAW	功率容量高于SAW；更好的高频特性。	工艺制造成本很高；专利集中于两公司，突破难度极大。

滤波器企业何去何从

5G改变世界，5G改变射频前端。

更多的滤波器将集成在5G PA模组和接收模组（RX FEM）。实际上，射频前端的模组化始于2016年，双工器、天线开关等器件开始被集成到射频前端模组中，模组方案包括ASM、FEMiD、PAMiD等。当前模块化程度最高的是 PAMiD，主要集成了多模多频的 PA、RF 开关及滤波器等元件。

根据集成方式的不同，主集天线射频链路可分为：FEMiD（集成射频开关、滤波器和双工器）、PAMiD（集成多模式多频带PA和FEMiD）、LPAMiD（LNA、集成多模式多频带PA和FEMiD）。分集天线射频链路可分为：DiFEM（集成射频开关和滤波器）、LFEM(集成射频开关、低噪声放大器和滤波器)等。

因此，随着大量的滤波器被集成，滤波器产业变局引发了三个思考：

1、滤波器企业产品走向

村田（Murata），作为全球最大的SAW滤波器厂家将继续坚持SAW滤波器路线，由Murata率先推出的IHP-Saw滤波器最高适用频率达3.5GHz，可与常规Baw滤波器高频性能相当。但Murata也在做一些PA模组和RX FEM，FEM会成为Murata的主力产品方向吗？需要拭目以待。

博通（Broadcom），专注于BAW和FBAR滤波器，估计也不会去涉及SAW滤波器，博通有做PAMiD，但没有听说做RX FEM。

思佳讯（Skyworks），全球最大的FEM提供商之一，在SAW和BAW滤波器上都有发力。2020年Skyworks为5G移动解决方案交付了超过1.5亿个支持体声波（BAW）滤波器的模块。为了5G，Skyworks致力于开发体声波BAW技术，包括设计团队，晶圆厂和专有IP等都进行了长时间的开发。

Qorvo，利用其高级滤波器技术，例如 NoDrift?和 LowDrift? BAW / SAW，帮助解决业界最复杂的干扰问题。Qorvo以BAW滤波器为主，SAW为辅；也是最大FEM供应商之一。

高通（RF 360），滤波器产品包括体声波（BAW）、表面声波（SAW）、温度补偿表面声波（TC-SAW）以及薄膜式表面声波（Thin Film SAW）等。同时，也开发和提供FEM产品。

2、滤波器产能全球分布

滤波器产能高度集中在日美企业。

SAW滤波器主要供应商是村田、RF360、Skyworks、太阳诱电，他们的产能都在日本。

BAW滤波器主要被博通和Qorvo垄断。产能集中在美国。

韩国有两家SAW滤波器厂家Wisol和Sawnics，产能不大，市场份额占比很小。这两家公司也在做RX FEM。

台湾地区也有几家较小的SAW滤波器厂家，因产能和产品性能有限，不被行业所关注。

中国大陆涌现了一批从事滤波器设计制造企业，如好达电子、中电26所、德清华莹、麦捷科技等。这些企业在技术及配套产业方面与国外IDM厂商之间的差距较大，尚处于早期发展阶段。据智研咨询预测，2020年中国Saw滤波器产量仅为8亿元人民币。

3、滤波器企业何去何从

滤波器企业该何去何从？射频PA公司不仅在做PA模组，也在做RX FEM；射频开关公司也转向做FEM，比如卓胜微，已经不是一个开关公司，而是FEM公司。

射频PA模组和RX FEM已经成为滤波器最大的应用和市场。滤波器企业该不该去做FEM？Murata会不会成为最大的RX FEM提供商，在RX FEM里，滤波器是技术关键和瓶颈，Murata几乎能提供所有RX FEM所需的滤波器，而在开关和LNA的研发上不会成为问题，所以Murata做RX FEM畅通无阻。

对于Murata来说，这是一个公司定位和产品定位的问题，Murata是想做一个滤波器公司还是想做一个FEM公司呢？是主力做滤波器，顺带卖FEM；还是主力做FEM，顺带卖滤波器？

对于Skyworks、Qorvo和高通RF360，就不存在这个困惑，一定是主力做FEM，顺带卖滤波器。

结语

未来十年，合作与竞争，将是射频前端产业的一个常态。PA公司购买滤波器做成PA模组，开关/LNA公司购买滤波器做成RX FEM，滤波器公司购买开关/LNA做成RX FEM，形成一种混合的合作与竞争关系。而最终呢，是滤波器公司自己做了开关/LNA，还是开关/LNA公司做了滤波器，或者是PA公司做了滤波器，这是一个动态发展的过程，未来一切未知。

不管如何做，一个公司一定要有个强大的主体，这个主体要么是PA、要么是滤波器，或者是开关/LNA。如果没有一个强大的主体，最后什么都不会有。

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