一面是席卷全球的新冠疫情，一面是中美贸易战的持续博弈。然而，根据Strategy Analytics发布的最新报告显示，即使面对这两股巨大力量的裹挟与冲击，包括基带处理器和射频前端(RFFE)在内的全球移动终端射频器件市场还是在2020年创下了历史最高收入，并且在5G的推动下，该市场直到2025年都有望继续保持强劲增长。
来自Yole的预测数据显示，2023年射频前端市场规模将达到350亿美元，较2017年增加130%，未来6年复合增速高达14%。其中，滤波器已成为射频前端器件市场中份额最大、增速最快的业务领域，该细分市场将从2018年的92亿美元到2023年增加至225亿美元，复合增速达到20%。
不过，无法忽略的一个现实是，左右和把控如此庞大射频器件市场的仍然是美国博通、SkyWorks、Qorvo和日本村田(MuRata)这些外国厂商，甚至其合计市场份额已达到97%左右。当我们唏嘘于华为被美国政府列入所谓“实体清单”而面临“无芯可用”并导致业务发展受阻时，射频器件对于整个5G通信系统的重要性也愈发提升，国内企业若在这方面出现被“卡脖子”的状况，则前景未必会更好过。
庆幸的是，在经过多年深耕后，本土一些射频前端器件企业目前在技术上已逐渐赶上国际水平，让我们看到了开启国产器件替代道路的一丝曙光。近日，C114就与国内RF-MEMS领域的佼佼者左蓝微电子技术有限公司(以下简称“左蓝”)创始人、总经理张树民博士就射频前端滤波器在5G时代的重要性及国产技术的积淀与实现突破等话题展开了一场对话。
5G对射频前端造成前所未有的复杂度
在一部普通手机终端中，射频部分大约占据18-20%的成本，仅次于主芯片和存储芯片。射频前端是移动终端进行通信的核心部件，主要包括滤波器(Filter)、功率放大器(Power Amplifier)、低噪声放大器(Low Noise Amplifier)、开关(RF Switch)和双工器(Duplexer)。
“在5G终端中，5G的特点在射频前端部分得到充分体现。”张博士谈到，5G超大带宽、超低时延和超广连接这三大特性对射频前端造成了前所未有的复杂程度。以滤波器为例，5G在带来许多新频段的同时，也需要把原来的4G频段进行重耕，由此造成5G移动终端当中滤波器的数量会增加至50个以上;同时，多载波聚合技术在5G通信当中变得非常普遍，多个频段同时工作会造成相互影响，这对滤波器的设计能力和加工工艺都提出了前所未有的挑战。
目前手机射频滤波器主流实现方式有声表面波(SAW)滤波器和体声波(BAW)滤波器两种。其中BAW性能较好，更适用于中高频段，但工艺复杂且价格更高，而SAW相对价格较低，但市场上的常规SAW滤波器不能很好地适用于2GHz以上的频段。尤其是SAW的工作频率会随外界温度变化发生一定漂移，在频段越来越拥挤的5G时代，常规SAW滤波器不能很好地满足射频终端对滤波器的要求，研发具备高频率、高温度稳定性的滤波器成为了迫切需要。
针对常规器件温度性能频漂问题，在2020年，左蓝宣布其自主研发的温度补偿型声表面波(TC-SAW)滤波器关键技术已取得突破，相关产品已具备量产条件。据悉，TC-SAW通过覆着温度补偿层对常规SAW滤波器进行性能改进，使得器件的频率温度系数有了显著提升。尽管TC-SAW器件结构更复杂，制造成本相对常规SAW滤波器有所提高，但仍然明显低于BAW滤波器，而且TC-SAW尺寸也可以做到更小，更加适合集成化的要求。因此，在性能和成本方面的相对优势，使TC-SAW在5G时代迎来了良好的发展机遇。
TC-SAW关键技术实现突破的背后
事实上，目前国内器件厂商仍以生产中低端SAW滤波器为主，TC-SAW滤波器市场主要被村田等国外大厂占据，而左蓝是国内领先通过自主研发推出相关产品并导入量产的企业。张博士告诉我们，目前左蓝的TC-SAW产品可以支持3GHz以下频段，也即LTE频段基本都已覆盖，主要的5G频段也都能覆盖，其产品性能现在已经可以与村田等国际一线厂商类比。
图 SAW与TC-SAW工作模式对比
他表示，TC-SAW的工艺方法有温度补偿层法和键合片法两种类型，其工作原理不同，适用的场景也不同。而左蓝掌握了完整的TC-SAW设计技术和完全自主的全套流程设计方案，“我们的团队在这个领域里面已经有了10多年的经验积累，从模型分析到设计工具研发再到结果参数调整等，我们已经具备自己全套的设计工具和能力。”
值得注意的是，射频滤波器的研发牵涉到多个学科的交叉，包括材料学、微声学、电磁学、热力学等。C114了解到，目前左蓝研发团队中15%左右为博士学历。“不同的学科交叉在一起，就形成了我们的一个优势。我们可以在不同领域联合寻优，也就是说可以把不同的目标函数一起迭代到一个最终的产品上，而这些不同的目标实际上相互之间是有矛盾的。”张博士说，团队当中部分同事具备一些国际大厂的体系化经验，这样使其能够更好地利用一些已知解决方案做到一步到位。
图 左蓝微电子小型化滤波器
他谈到，滤波器设计实际上是射频前端当中相对比较难的一个部分，而左蓝一直坚持不懈地在进行自主研发，一方面是因为自身具备一流的实验室条件，另一方面公司也有很好的流片代工供应链来保障。“通过很好的实验室条件与稳定的PDK，我们可以比较准确地快速实现产品迭代。因为现在我们讲的是从0到1的突破，那么接下来产业化实际上是从1到N的复制。在这方面我们已经做好了准备，可以很快地开发出新频段产品，同时我们也有信心能够很快去完成客户的一些定制化需求，同时可以大量可靠地生产供货。”
让适合的产品去服务适合的领域
在采访中我们获悉，左蓝现在研发并销售全类别的射频滤波器(SAW/TC-SAW、FBAR、RF模组)，产品广泛应用于手机、汽车电子、物联网、通讯设备和基站当中。
张博士表示，面对5G时代带来的新机会，左蓝有全面的产品系列来分别应对高中低频段不同的需求，其中包括面对低频的常规SAW，面对中频的TC-SAW，针对高频的FBAR，以及整合了多种器件的射频前端模组。此外，左蓝在毫米波频段的MEMS滤波器技术方面也已进行相关布局。
他直言，“我们认为针对不同类型的应用场景，应该用不同的产品来实现，而不是说勉强使用一种不太适合的技术去开发。在不同领域、不同应用场景，各项技术都有自己的生存空间，每个领域的产品可以做的更好。”
当我们问及博通和Qorvo等公司选择在5G高频段上主推BAW技术时，张博士分析称，国外行业巨头主要还是在追求高毛利润率，因此会以高端产品为主然后逐步放弃中低端市场。而国内厂商则可以先从中低端来布局渗透，逐步提高技术水平并增加市场份额，再向高端和模组迈进，例如左蓝对中高端市场中TC-SAW技术的关键突破。他透露，“我们有非常好的制备能力，包括完整的工艺条件，针对这种高频、大带宽和高功率的BAW器件，我们也有很多技术布局，部分产品现在达到了国内先进水平。”
展望未来，张博士认为4G手机射频前端仍将以分立器件为主，而5G射频前端将会是分立器件和模组同分市场的格局。他表示，左蓝会根据客户的需求来提供合适的产品形态。
国产替代的前提是性能可以比肩
在全球芯片短缺将会持续，以及中美贸易战导致全球供应链可能出现脱钩情况的背景下，我们更加迫切需要开启射频前端器件的国产化替代过程。可喜的是，本土厂商对于左蓝这样国内厂商的接纳度出现了明显改善。企业更加注重供应源的多样化来确保安全，从而也给国内相关产业链带来了更大机会。
“现在无论客户规模如何，为了保证安全性，他们对于国产器件都会留出一定的市场份额。”张博士分析称，“国外厂商对于国内客户的配合程度——从设计、修改、供货及时性到售后支持，有些可能做得并不是很到位，因为他们往往都会盯着苹果、三星这样的大客户。所以我们接触下来发现，客户对于国产产品替换是非常欢迎的。”他表示，从目前的市场情况来看，国产化替代国外器件是一定会发生的事情。
不过，张博士分析称，在滤波器的国产化过程中，首先需要产业链标准化，生产的代工一致性需要特别高。在这个基础下还要去配合客户的一些需求，就是对客户的指标或者整个性能的要求和系统的设计要参与进去。这个过程相对比较慢，因为要不断进行迭代。与此同时，他强调，国产替代有一个前提，那就是国内厂商的产品是可以和国外厂商的产品相比肩的，“性能是可比的才能进行替代，并不是因为便宜，所以才进行替代。”
为了实现这样的高性能，左蓝对于产业合作非常重视。“我们与业界头部供应商已经形成了紧密的战略合作关系，一方面我们会利用代工厂现有资源，同时我们也采取了共建的方式来确保我们对核心技术的控制力。这样不仅对产能有一定保障，也让我们拥有了一个非常好的质量管控体系。由此我们可以对客户进行更好地配合。”张博士充满信心地表示。“从设备到工艺管理的整个生产能力来看，我们与国外厂商已没有太大差异。在设计能力方面，现在我们的能力已能够达到一定要求，我觉得只要我们能够坚持下去，国产化的能力肯定不会弱于国外。”
他在采访最后说道，这么大一个市场实际上有很多的机会，但是机会只留给有准备的人和有准备的企业。左蓝愿意和伙伴们一起把握即将到来的每一个机会。
C114 专稿（艾斯）
