華爲迴歸5G？國產BAW濾波器再獲突破，徹底打破國外壟斷
Mate60重回5G的背後，是國產射頻芯片發力的二十年
自2020年10月，華爲發佈最後一款全系全搭載5G的智能手機Mate 40以來，已經過去了三年。
三年中，在美國全方位制裁疊加中國微電子產業鏈落後的境況下，無論是海思自研麒麟芯片，還是遙遙領先5G技術，均因逆全球化的圍追堵截而宣告擱置。
但在2023年中，衆多消息在不斷證明甚至“實錘”華爲5G已然迴歸。
先是3月底，徐直軍在2022年業績發佈會上談起5G手機時，孟晚舟和餘承東的微笑被多家媒體過度解讀，認爲5G手機正在路上；8月份，餘承東在發佈鴻蒙4.0時，一句“輕舟已過萬重山”，再次加深網友對華爲即將發佈5G手機的猜測。
在接下來的7月中，賽微電子發佈公告表示，公司的體聲波濾波器（BAW）已經量產，並向客戶小批量供貨，而該部件也是阻礙華爲重新迴歸5G的主要難點，資本市場中，部分人士認定這個客戶就是華爲。
而8月29日午間，在毫無徵兆的情況下，華爲突然推出“HUAWEI Mate 60 Pro先鋒計劃”，還未發佈的旗艦機Mate 60 Pro低調上架開售，共有雅川青、南糯紫、雅丹黑、白沙銀四種顏色可選，售價6999元起。
隨後，有關華爲Mate 60 Pro的討論引發全網熱議。通過網絡測速軟件測試可以看到，華爲Mate 60 Pro的平均下行速度達到了436.66Mbps，上行速度則是70.26Mbps。按照中國信通院《全國移動網絡質量監測報告》數據，全國5G網絡下行和上行均值接入速率分別爲352.09Mbps和76.98Mbps。Mate 60 Pro的網速下行速度超過、上行速度接近上述數據。
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關於高通恢復對華爲的5G芯片供應也早已被官方闢謠。6月13日，華爲終端業務CEO餘承東闢謠相關傳言，他表示：“雖然雙方一直在努力推動談判，但目前高通對華爲的芯片供應依舊處於禁令的狀態。”
而這也意味着國內的5G全部打通，那麼，在5G的應用中最重要的一環是什麼？又有哪些國內公司發揮了關鍵作用？
01
BAW濾波器——國產5G攻堅山頭
想要了解5G最新的突破方向，便要了解曾經被“卡脖子”的地方。
實際上，早在數年之前，華爲在基帶方面就已經具備了自主研發和生產的能力，其海思麒麟9000系列芯片採用臺積電5nm工藝，集成了5G基帶，並且在性能和功耗方面都達到了國際先進水平。
但手機作爲精密電子產品，在技術的設計以外，製造能力也是重要的一環，整個產業鏈的設計、製造單靠一個國家的能力確實無法覆蓋，在全球化的大背景之下更是如此，故在通信模塊上，仍有部分依賴國際廠商生產。
目前，手機終端的通信模塊主要由天線、射頻前端模塊、射頻收發模塊、基帶信號處理等組成。其中，射頻前端介於天線和射頻收發模塊之間，是移動智能終端產品的重要組成部分，也是華爲近三年中一直被卡脖子的地方。
在制裁剛剛開始的2020年3月，英國《金融時報》就曾對華爲P40進行過拆解。結果顯示，儘管華爲在元器件方面很大程度上擺脫了對美國公司的依賴，但比例並沒有降到零。P40的元器件主要採購自中國大陸和中國臺灣地區、韓國、日本等地，不過高通、Qorvo和思佳訊等廠商仍提供必要的射頻前端組件。
同年5月，日媒也拆解了華爲Mate30，結果大同小異，海思已經實現處理器、通信半導體、天線開關的自研，但射頻前端模塊仍來自日本村田製作所。
也就是說，華爲過去無法使用5G的最大難點，便是射頻前端的製造。
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資料來源：Wind， 國元證券研究中心
而射頻前端器件主要包括濾波器(Filters)、低噪聲放大器(LNA)、功率放大器(PA)、射頻開關(RF Switch)、天線調諧開關(RF Antenna Switch)、雙工器(duplexer)等。
其中，濾波器的功能是通過電容、電感、電阻等電學元件組合來將特定頻率外的信號濾除，保留特定頻段內的信號，是其中最重要的組件。從市場份額來看，據Resonant數據，2020年濾波器占射頻前端市場份額便達到了50%以上。
而從射頻前端使用濾波器的價值量來看，伴隨着頻段的增多，濾波器在射頻前端價值量佔比也在擴大。據Qorvo的預測，濾波器在射頻器件中的重要性越來越明顯，濾波器的價值佔比也從3G終端的33%提升到全網通LTE終端的57%。
據中國產業信息網預測，在5G時代裡，濾波器，特別是體聲波濾波器的應用量將進一步增加，單臺手機的濾波器價值將達到10美元以上。濾波器已經超越PA成爲整個射頻前端模塊市場中最重要的組成部分。
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資料來源：Qorvo， 國元證券研究中心
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而價值逐漸提升的濾波器，也有着不同的分類，具體來說，目前主流的手機濾波技術——聲波濾波技術也分爲了表面聲波SAW以及體聲波BAW技術。
資料來源：Murata、Broadcom，光大證券研究所整理
進一步地，SAW技術可以細分爲普通類、TC-SAW（溫度補償）和 I.H.P-SAW（高性能），而BAW技術可以分爲SMR（固態裝配反射層）和FBAR（薄膜腔體）兩種。
其中，SAW是一種沿着固體表面傳播的聲波，當壓電內部晶體結構受到壓力發生形變，內部出現淨電荷從而在表面形成電壓差的特點，製成IDT換能器在物體表面產生聲波，而特定頻率外的聲波會在垂直表面的方向上迅速衰減，最終完成對特定頻段信號的濾波。
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但SAW濾波器也有侷限性。高於約1GHz時，其選擇性降低；在約2.5GHz，其使用僅限於對性能要求不高的應用。SAW器件易受溫度變化的影響，是個老大難問題：溫度升高時，其基片材料的剛度趨於變小、聲速也降低。
此時，在濾波器中進行垂直傳播的BAW濾波器便應運而生，由於固體中的聲速遠大於空氣中的聲速，99%以上的聲波能量會在固體和空氣的邊界處反射回來，造成全反射現象，形成駐波。通常BAW濾波器在高頻段的品質因數Q、插入損耗和阻帶抑制要遠好於SAW。
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聲學濾波器產品頻譜覆蓋情況
資料來源：國元證券研究中心
適用頻率更高、功率容量更大的原因，使得BAW濾波器得到了消費電子設備企業的廣泛認可。在5G時代，單晶及多晶BAW濾波器受到廣泛應用，其低功耗，高隔離度和CMOS兼容性使其成爲RF通信領域的主要器件。
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而面對被國外廠商卡脖子的困境，高端濾波器BAW國產解決方案主要有兩個：一是採用數源科技手機殼，通過eSIM卡獲取5G網絡，然後再借助USB接口將其共享到手機網絡中。二便是從技術到製造商完成國產替代，實現真正突圍。
外掛手機殼作爲可行的一種方案，但並非長久之計，尤其是對於華爲這樣的巨頭來說更是如此。
但濾波器的國產自主化，同時需要芯片設計和工藝的積累，因爲濾波器本身更像是一個半導體器件，因此需要在器件設計和工藝方面都有深厚積累。例如，BAW濾波器中的主流技術FBAR需要在有源區下方做高精度蝕刻，這就對芯片工藝方面提出了很高要求；另一方面，也需要能有同時瞭解器件物理和工藝的工程師來完成結合工藝的器件設計，來實現高性能濾波器。
也正是這樣，使得BAW濾波器成爲了中國自主邁向5G攻堅的最高山頭。
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02
封 七 月
行業壁壘已成，高端產品成國產突圍主攻方向
而國內在技術困頓的同時，國際廠商卻已經隨着濾波器價值的不斷增長，築起了極高的護城河。自2G時代到5G時代，射頻濾波器用量由個位數增至100顆以上，產量與價值齊升，共同推高了這個市場的價值。
同時，手機濾波器行業屬於技術密集型，對於模擬 IC 的設計經驗以及相關專利工藝技術佈局的要求極高，近年來，在密集併購催生濾波器行業新龍頭過程中，行業格局進一步集中。
據Resonant預測，隨着射頻前端市場由4G時代的160億美元增至2025年的400億美元，射頻濾波器市場總價值也將於2025年達到280億美元。其中，濾波器市場是射頻前端市場中發展最快的市場，其年複合增長率達到21%。
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SAW濾波器中，由於先入者的原因，市場幾乎完全被日系廠商壟斷。其中村田Murata佔據 47%的市場份額，TDK東電化佔比爲21%，太陽誘電爲14%，美國廠商Skyworks、Qorvo分別佔據 9%、4%的市場份額，合計CR5達到 95%。
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而在5G所必需的BAW濾波器上，則由於興起較晚，且由於技術工藝以及專利佈局路徑與SAW差異較大的原因，導致日系廠商佈局較少，目前由博通（Broadcom）獨佔87%的市場份額。
SAW、BAW 市場格局
資料來源：Yole，光大證券研究所整理
而縱觀SAW與BAW濾波器廠商發展的路徑，我們便能發現一大特徵，即市場格局高度集中的背後原因在於專利的壁壘。
如今村田和太陽誘電等日本廠商在SAW專利申請數量方面處於領先地位，而高通和博通等美國廠商則在體聲波濾波器專利領域處於領先地位。
某領域專利的數量標誌在該領域技術掌握程度，村田和太陽誘電在SAW濾波器專利申請數量的領先奠定了其在SAW市場的壟斷地位，同樣Qorvo和Broadcom 在體聲波濾波器專利數量上遙遙領先。
聲波濾波器專利申請人排名
資料來源：KnowMade， 國元證券研究中心
而在近些年中，射頻濾波器創新曲線逐漸趨於平緩，無論是新專利或是射頻前端領域的高引用論文，均在快速減少，一定程度上也體現了近十年來射頻前端領域創新的變緩，而這，也給了後來者國家的濾波器企業與製造業企業彎道超車的機會。
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03
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設計製造雙端突破，賽微與敏聲共同推進BAW量產
而國內相關企業，也在自然消費需求快速攀升與制裁大背景下國產化替代的共同推動下，向射頻濾波器這個寡頭壟斷市場發起了進攻。
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我國國內濾波器市場嚴重供小於求，國產量與需求量相差甚遠。我國是全球最大的智能手機市場之一，儘管大部分器件已實現國產化，但長期以來，位於價值鏈頂端的射頻器件一直被美日廠商把控。全球約95%的射頻半導體被美日廠商壟斷，我國每年有高達90%的射頻前端需要進口，而在被制裁之時也只得仰人鼻息，國產替代需求極爲強烈。
作爲後發者，中國企業選擇了攻堅尖端技術——BAW濾波器，該方向也成爲了國產突圍的關鍵要點。
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而驚喜來得也確實突然，7月16日下午4點35分，中國及全球最大的MEMS晶圓代工廠賽微電子正式官宣，其首款國產BAW濾波器實現量產。
賽微電子前身耐威科技成立於2008年，於2015年在創業板上市，主要從事導航業務和航空電子業務。2016年通過全資收購瑞通芯源獲得全球領先的MEMS純代工領域龍頭瑞典公司Silex控股權，同年公司在北京開始籌劃建設FAB3 8英寸MEMS代工廠。
在接下來的數年中，多次通過引入國家戰略產業基金、非公開發行、剝離其他業務的方法，將公司轉型成爲MEMS工藝開發、MEMS代工製造、氮化鎵外延材料和功率器件的專業製造商。
而賽微電子也很清楚自己的方向，定位於中游代工環節，全資子公司Silex擁有164項國內/國際MEMS 核心專利，同時具備多項目並行開發的能力，滿足客戶多樣化多批次需求，擁有了極強的工藝開發能力與製造能力。
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在股東方面，公司實控人和核心研發人員具備深厚的行業背景，研發實力積澱深厚。而大基金作爲企業的第二大股東，快速完成產業投資與MEMS產線的建成，是技術與背景均得到認可的“國家隊”半導體企業。
而在製造端的代工企業外，與賽微電子共同參與BAW製造，扮演技術端提供者則是國產射頻前端BAW濾波器行業知名企業——武漢敏聲。
武漢敏聲官網顯示，企業由武漢大學工業科學研究院孫成亮教授聯合14名國際知名業內專家共同創立。公司以射頻濾波器爲拳頭產品，同時覆蓋壓電式麥克風以及壓電超聲傳感器芯片，致力於打造成一家集設計、生產和銷售於一體的企業。公司具備完整的自主知識產權，已經註冊百餘項專利，建立了多維度多層次的專利壁壘。
而據公開資料顯示，華爲此前也曾委託兩項技術開發合同給武漢敏聲，主要涉及射頻開發。
2022年12月30日，武漢敏聲和賽微電子宣佈合作共建的敏聲-賽萊克斯北京8英寸BAW濾波器產線，在北京亦莊區全面通線，後來的公告也顯示——某款BAW通過客戶驗證，6月份量產出貨。
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當然，對於外界猜測的公告中屢次提到的某客戶，還並未指明爲華爲。而賽微電子在分析師會議上也提到，北京Fab3產線最早的思路是在工藝參數、設備配置等方面完全復刻子公司瑞典Silex的8英寸產線,因此一期產能的工藝製造設備從數量和金額角度均是以境外採購爲主,材料方面也是有較高的比例從境外採購。
不過，從中國半導體工業面臨極限施壓與巨大差距需要追趕的背景看，BAW濾波器實現量產是中國在5G射頻前端領域的重大突破。標誌着中國在5G射頻前端領域已經具備了自主研發和生產的能力，不再依賴於外國供應商，給了中國一次彎道追車甚至超車的機會。
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而最後結果究竟如何，是否由全國產代工，在一週後發佈會上，華爲也自然會揭曉。
04
華爲開售新機這一事件，給已經持續四年之久的兩個大國的新型科技關係增添了一抹新的色彩。
華爲Mate 60國產化的迴歸，或許並沒有那麼完美，但其代表的意義卻不言而喻：時隔1557天后，代表着中國半導體產業硬實力的產品終於迴歸。
“雪壓竹枝低，雖低不着泥。一朝紅日出，依舊與天齊。”或許，這纔是華爲與中國微電子產業鏈這三年最真實的寫照吧。
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參考資料：
1.《5G創新大週期+供應鏈本土化，射頻濾波器國產化機遇解析》，國元證券；
2.《SAW 和 BAW 濾波器空間廣闊，東方銀星入股武漢敏聲卡位 BAW 賽道》，光大證券；
3.《賽微電子：成長中的MEMS代工龍頭，初心不改雖遠不怠》，華安戰略科技。
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