滤波器是无线通信的核心组件,在数据洪流高速贯穿的数字智能时代,其扮演的角色将愈发关键。由此也导致过去几年中,国内资本的争相进入,以及近两年同业的相互厮杀。
对于当下国产滤波器的迷局,近日一家名为流深资本的非知名机构在公众号“钟林谈芯”发表题为“纠结的国产滤波器:低国产化率与红海竞争”的文章时,在重申红海市场、内卷严重和专利风险之余,同时宣扬以TF SAW (薄膜声表面波)为代表的新技术路线是中国真正实现国产化突破的“最好抓手”,假以时日便有望实现弯道超车。
究竟TF SAW能否担此大任,还需从技术、成本、市场以及专利等多个维度来评判,尤其近期Skyworks、Qorvo等国外射频大厂的产品,TF SAW占比寥寥,反而TC SAW及BAW居多,个中缘由引发深思。
TF SAW技术及其三大误区
TF SAW类的第一颗产品,是国际滤波器龙头厂村田制作所于2016年为了与BAW技术对抗推出Wi-Fi滤波器,村田称其为IHP SAW(超高性能SAW)技术。
村田IHP SAW基本结构
通过引入温度补偿层和超薄的压电层,同时具备了Q值高、频率温度系数低和散热性好等优点,足以媲美部分频段BAW产品。两年后,高通也发布了自己的TF SAW滤波器产品,高通称之为Ultra SAW,并宣称部分频段TF SAW滤波器能力已胜过自己的BAW滤波器,与村田组成TF SAW细分领域唯二的核心玩家,两相竞争。
看似前景无限,仅展露冰山一角的TF SAW,很容易让人产生此乃国产滤波器“救世主”技术的错觉。然而国内外多家滤波器技术专家告诉集微网,目前外界对TF SAW还存在三大误区。
误区一:TF SAW高度依赖衬底材料,而非滤波器设计研发与制造工艺。(技术与成本角度)
目前国内外所谓的TF SAW产线实际与Normal SAW厂并无差异,因为TF SAW真正依赖的是衬底材料的革新,难度并不在于工艺和设计层面。传统的普通SAW器件采用LT (钽酸锂LiTaO3)晶圆衬底制备,实现的器件品质因数Q值较低,带宽k2也不高。若采用高成本的POI(Piezo on Insulator)衬底,便能解决这些问题,所以衬底材料其实才是Thin-Film SAW的创新根源。
然而,POI衬底的制备却并非易事,合适的压电单晶薄膜厚度,表面平整度,压电薄膜与衬底的键合工艺,氧化层和硅之间Trap-Rich层的制备等难题需要一一解决。目前TF SAW的两大主流玩家中,村田的衬底来自与日本NGK公司的联合开发,后者独供村田;高通的衬底则来自法国Soitec公司,NGK和Soitec的衬底均有自己独特的Know-How,来保证衬底的大规模生产制造,但也带来了相应的技术壁垒和高昂成本。
以Soitec为例,为保证POI结构各层的高均匀度和高质量的批量生产能力,该公司采用键合剥离(Smart-Cut)技术用于制备超薄的单晶压电薄膜,这大幅提高了衬底材料的良率,但其采用的特殊设备几乎每一台都在数千万元,也因此其衬底成本十分昂贵,单片成本在420-800美元不等,给下游的TF SAW滤波器企业造成不小压力。
误区二:TF SAW更容易造成同质化内卷,并非潜在的蓝海市场。(市场角度)
POI衬底重要性凸显,则削弱了TF SAW对产品设计和工艺加工的需求,这也一定程度上降低了TF SAW的入局门槛。换言之,TF SAW的技术内核在衬底,若无法在POI衬底这种核心技术上形成差异,TF SAW能做的只有同质化内卷。反观BAW、TC SAW等其他高端滤波器,则能更在工艺和设计层面展现滤波器研发团队的核心竞争力。
至于其他滤波器是红海,TF SAW是蓝海的设想,从村田的视角观察便不难看出,其仅在少部分高端应用领域使用TF SAW方案以保证盈利。这也意味着,受限于超高的衬底成本,TF SAW滤波器厂商很难在正毛利区间开拓多频段区间市场,因此所谓的蓝海市场很难成为现实。
虽然国产衬底厂商近年来开始发力,晶正电子和青禾晶元等国产厂商都在POI衬底上进展明显。不过,国产衬底的崛起也并非造福一两家滤波器制造商,正如前文所提得到的同质化风险,未来将有一大批国产滤波器厂商因此受惠。
“这完全可以实现,因为TF SAW和Normal SAW产线几乎一模一样,甚至由于TF SAW衬底中有Si作为支撑层而不易碎片,反而降低了生产难度,”在被问及是否能将Normal SAW产线转换为TF SAW产线时,一位国产滤波器生产商如是说。
误区三:TF SAW是村田和高通的弯道,而非国产化超车道。(专利角度)
一位国产滤波器高层指出,Skyworks和Qorvo两家大厂在BAW+TC SAW高端滤波器的组合长期保持市场领先地位。而后由村田和高通组成的TF SAW阵营,正是为了弥补BAW领域的劣势,试图打破Skyworks和Qorvo在高端滤波器领域的固有格局。所以,TF SAW是村田和高通正在积极布局的超车机会,国产厂商要在这条弯道上超越这两辆快车,谈何容易。
更何况,村田和高通在TF SAW领域有着极其完整专利布局。查阅村田制作所在TF SAW领域的专利族便不难发现,其包括衬底材料在内的多项关键专利最早授权日期在2010左右,且覆盖范围极广,后续持续有10年以上布局,远比其他滤波器产品森严。一位知情人士指出,即便是Soitec公司在售的POI衬底也有大量技术落在村田的专利布局范围内。高通的法务部门在给出风险评估时便指出,该衬底构成对村田专利的侵权,不过因高通是村田的大客户,村田选择性不起诉高通。
该知情人士还表示,Soitec售出POI衬底并不对IP进行保障,需要滤波器公司自行承担风险。这好比所有Soitec公司的TF SAW客户在采购POI衬底时,都额外附赠了一把悬在头上的达尔摩斯之剑。
近年来国产衬底材料开始发力,晶正电子和青禾晶元等国产厂商都在POI衬底上进展明显,这将成为国产TF SAW成长的真正技术底色。不过,国产衬底的崛起也并非造福一两家TF SAW制造商,正如前文所提得到的同质化风险,未来将有一大批国产滤波器厂商因此受惠。
以上三个误区,足以证明国产滤波器的追赶无法靠押宝单一技术来实现,国内企业应放弃对单一技术的过度幻想,专注于基础技术的积累和创新,通过不断优化现有技术,形成具有自身特色的技术体系。
国产迷思:单点押宝难突围,合纵连横显胜势
射频领域的竞争不仅仅是某一种技术的竞争,而是整体技术能力的较量。前述国产滤波器企业高层强调,滤波器产业需要产品线“连横”,产业链“合纵”,方能与海外巨头形成竞争。
据了解,当前的领先企业如Broadcom、Qualcomm、Qorvo、Skyworks等,均具备FBAR、BAW、TC-SAW等多种滤波器技术的能力,同步也在研发TF-SAW技术。因此,国产滤波器公司不应将精力集中在某单一技术上,而应致力于全面掌握各种滤波器技术,以便应对未来市场的多样化需求。
在滤波器行业中,拥有全频段产品能力是关键。无论是TF-SAW、BAW还是其他技术,最终目标是实现全频段覆盖。这将使国产滤波器公司能够参与PAMiD(全频段高性能滤波器模块)项目,与PA(功率放大器)厂商进行 合作。尽管当前某些频段的技术水平可能还有所不足,但通过不断迭代和优化,与PA厂商的协同设计将有助于迅速提升性能,并具备强大的市场竞争力。
国产滤波器行业的发展不仅仅依赖于技术本身,还需要一个“合纵”的产业链协同模式。据知情人士透露,国内目前最大的两家PA公司唯捷创芯和飞骧科技,正分别与德清华莹和新声半导体两家优秀的国产滤波器企业进行PAMiD项目的 合作。国产射频互补结合正在发生,滤波器公司并不是孤独作战,相信国产滤波器能够在不久的将来走出一条既独立又不孤单的发展之路。
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