發布時間:2021-12-29作者來源:金航標瀏覽:1862
濾波器是射頻前端產業的重中之重,但不是主導者。
未來5年,射頻前端產業的領導者將是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,射頻前端產業最大的受益者將是濾波器。濾波器產值占比從3G終端的33%提升到全網通LTE終端的54%,預計到2023年將提升至66%;SAW在4G和5G時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,濾波器數量和高端化需求更高。5G時代,濾波器不僅數量大幅增加,而且會進一步集成化和小型化。
濾波器現有格局
美日巨頭壟斷射頻前端市場,并占據絕大部分高利潤市場。根據Yole Development數據,2019年,前五大射頻器件提供商占據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,中國半導體行業協會
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計能力。日本企業的優勢在于TC-SAW濾波器,美國企業在BAW濾波器、PA、開關及LNA市場占據明顯優勢。
資料來源:Yole,中國半導體行業協會
全球射頻前端細分市場競爭格局的形成,是一個并購的過程。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大,占據了全球BAW濾波器87%的市場份額。目前博通擁有[敏感詞]有競爭力的產品組合,其推出的BAW濾波器在高端智能手機應用市場中亦占據統治地位。另外,博通也收購了英飛凌的體聲波業務,擴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能。TriQuint在2001年Sawtek合并,而2004年收購了擅長于Baw技術的TFRTechnologies公司,通過連續并購Qorvo強化其射頻濾波器技術能力。
2014年,美國模擬芯片廠商Skyworks與松下宣布組建合資公司,共同設計、開發并提供高性能濾波器,包括表面聲波(SAW)及溫度補償SAW元件方案,聯手進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,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,實現全資控股,包括濾波器相關的專業技術人才、領先的產品設計,以及412項濾波器的基礎專利和SAW、溫度補償SAW器件相關的應用專利。
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,為移動設備和其它產品開發無線組件。因此,高通斥資30億美元與TDK合資正式挺進濾波器市場。
BAW濾波器 |
PA |
SAW濾波器 |
開關及LNA |
博通:87% |
Skyworks:43% |
Murata:50% |
Qorvo:35% |
Qorvo:8% |
Qorvo: 25% |
RF360:20% |
Skyworks: 23% |
太陽誘電:3% |
博通:25% |
太陽誘電: 15% |
其他:26% |
RF360:2% |
其他:7% |
Skyworks: 10% |
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濾波器未來變化
從市場規模來看:物聯網大趨勢下,射頻前端是成長最快、最確定的方向。當前正處于5G手機加速滲透期,射頻前端行業新一輪高速增長趨勢明確。根據Yole數據,2019年射頻前端市場規模152億美元,到2025年有望達254億美元,2020-25年CAGR達11%。
資料來源:Yole
從市場市場構成來看: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(Switch)、功率放大器(PA)、低噪聲放大器(LNA)、天線調諧器等元件。根據Yole數據,19年PA模組、分立式濾波器、FEM模組規模分別為54、37、26億美元,占比35%、24%、17%;預計到2025年,市場規模將提升至89、42、46億美元,CAGR分別為11%、4%、13%。
5G時代的射頻前端將以模塊化產品為主。預計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測
資料來源:Yole
從上面的數據可以看到,分立濾波器市場規模從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%。再看另一組數據,全球整個濾波器產值在射頻前端器件占比從2017年的54%,上升到2023年的66%。2020年全球濾波器產值約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
這是一個什么樣的現象呢,導致濾波器出現兩種差異很大的數據統計結果。
濾波器市場發生了很大的變局,未來濾波器產業將出現新的格局。這個變局將從兩方面發生變化:
1、濾波器客戶結構發生改變
之前濾波器最大的直接客戶是智能手機公司,未來濾波器最大的直接客戶是手機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:
(1) 手機PA模組公司
(2) RX FEM公司
(3) 智能手機公司
2、濾波器產品類型發生改變
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,其選擇性降低;在約2.5GHz,SAW濾波器達到極限使用頻率。
SAW器件對溫度變化敏感,性能隨著溫度升高而降低,當工作頻率超過1.5GHz時,SAW的Q值開始下降,溫度升高時,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值穩定性。
BAW濾波器[敏感詞]頻率可達到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應用。此外,即便在高寬帶設計中,BAW濾波器對溫度變化也不敏感,同時它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊。
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優勢 |
劣勢 |
SAW |
2GHz 以下性能與BAW相當;成本遠低于BAW;TC-SAW的性能有望達與BAW齊平。 |
3.5GHz以上高頻濾波器損耗大;功率容量整體低于BAW;在特殊高功率上受限制。 |
BAW |
功率容量高于SAW;更好的高頻特性。 |
工藝制造成本很高;專利集中于兩公司,突破難度極大。 |
濾波器企業何去何從
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)。實際上,射頻前端的模組化始于2016年,雙工器、天線開關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。當前模塊化程度[敏感詞]的是 PAMiD,主要集成了多模多頻的 PA、RF 開關及濾波器等元件。
根據集成方式的不同,主集天線射頻鏈路可分為:FEMiD(集成射頻開關、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(集成射頻開關和濾波器)、LFEM(集成射頻開關、低噪聲放大器和濾波器)等。
因此,隨著大量的濾波器被集成,濾波器產業變局引發了三個思考:
1、濾波器企業產品走向
村田(Murata),作為全球最大的SAW濾波器廠家將繼續堅持SAW濾波器路線,由Murata率先推出的IHP-Saw濾波器[敏感詞]適用頻率達3.5GHz,可與常規Baw濾波器高頻性能相當。但Murata也在做一些PA模組和RX FEM,FEM會成為Murata的主力產品方向嗎?需要拭目以待。
博通(Broadcom),專注于BAW和FBAR濾波器,估計也不會去涉及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濾波器上都有發力。2020年Skyworks為5G移動解決方案交付了超過1.5億個支持體聲波(BAW)濾波器的模塊。為了5G,Skyworks致力于開發體聲波BAW技術,包括設計團隊,晶圓廠和專有IP等都進行了長時間的開發。
Qorvo,利用其高級濾波器技術,例如 NoDrift?和 LowDrift? BAW / SAW,幫助解決業界最復雜的干擾問題。Qorvo以BAW濾波器為主,SAW為輔;也是最大FEM供應商之一。
高通(RF 360),濾波器產品包括體聲波(BAW)、表面聲波(SAW)、溫度補償表面聲波(TC-SAW)以及薄膜式表面聲波(Thin Film SAW)等。同時,也開發和提供FEM產品。
2、濾波器產能全球分布
濾波器產能高度集中在日美企業。
SAW濾波器主要供應商是村田、RF360、Skyworks、太陽誘電,他們的產能都在日本。
BAW濾波器主要被博通和Qorvo壟斷。產能集中在美國。
韓國有兩家SAW濾波器廠家Wisol和Sawnics,產能不大,市場份額占比很小。這兩家公司也在做RX FEM。
臺灣地區也有幾家較小的SAW濾波器廠家,因產能和產品性能有限,不被行業所關注。
中國大陸涌現了一批從事濾波器設計制造企業,如好達電子、中電26所、德清華瑩、麥捷科技等。這些企業在技術及配套產業方面與國外IDM廠商之間的差距較大,尚處于早期發展階段。據智研咨詢預測,2020年中國Saw濾波器產量僅為8億元人民幣。
3、濾波器企業何去何從
濾波器企業該何去何從?射頻PA公司不僅在做PA模組,也在做RX FEM;射頻開關公司也轉向做FEM,比如卓勝微,已經不是一個開關公司,而是FEM公司。
射頻PA模組和RX FEM已經成為濾波器最大的應用和市場。濾波器企業該不該去做FEM?Murata會不會成為最大的RX FEM提供商,在RX FEM里,濾波器是技術關鍵和瓶頸,Murata幾乎能提供所有RX FEM所需的濾波器,而在開關和LNA的研發上不會成為問題,所以Murata做RX FEM暢通無阻。
對于Murata來說,這是一個公司定位和產品定位的問題,Murata是想做一個濾波器公司還是想做一個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,就不存在這個困惑,一定是主力做FEM,順帶賣濾波器。
結語
未來十年,合作與競爭,將是射頻前端產業的一個常態。PA公司購買濾波器做成PA模組,開關/LNA公司購買濾波器做成RX FEM,濾波器公司購買開關/LNA做成RX FEM,形成一種混合的合作與競爭關系。而最終呢,是濾波器公司自己做了開關/LNA,還是開關/LNA公司做了濾波器,或者是PA公司做了濾波器,這是一個動態發展的過程,未來一切未知。
不管如何做,一個公司一定要有個強大的主體,這個主體要么是PA、要么是濾波器,或者是開關/LNA。如果沒有一個強大的主體,最后什么都不會有。
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