86页深度 | 5G射频滤波器国产化机遇解析

2020-08-24 16:32

8．5 麦捷科技

麦捷科技是国内被动器件龙头厂商，积极布局Saw滤波器。公司在电子元器件产业深耕多年，是我国片式电感、片式LTCC射频元器件、滤波器等细分行业的领导企业。公司具有领先的技术创新和工艺创新优势，截至2019年，公司已获授权的专利共158项，且公司“高世代声表面材料与滤波器产业化技术”项目获得了2018年国家科学技术进步二等奖。公司早期参与射频滤波器产业，客户包括国际知名手机品牌厂商，如华为、小米、中兴等，多次被授予“优秀供应商”和“商业合作伙伴”等荣誉称号。

麦捷科技在2016年底募集了8．5亿元左右的募集资金，用于发展“基于LTCC基板的终端射频声表滤波器（Saw）封装工艺开发与生产项目”和“MPIM 小尺寸系列电感生产项目”。在5G换机潮下，公司一方面推动Saw滤波器量产出货，另一方面正在努力推进面向5G的LTCC、TC－Saw和Fbar滤波器的研发和产业化，并计划于2020年推向市场。公司对叠层电感小型化和高频化的创新也进行了战略布局，并开发了整合滤波器、PA以及电感器等射频前端期间的PAMiD模块。

目前公司 Saw滤波器已实现量产出货，且于 2018 年开始贡献利润，未来随着设备的到位和技术的进步，产能将进一步扩张，当前公司具备5000万只／月的Saw 滤波器产能，2020年有望扩张至1亿只／月。

我们看好公司在射频器件产业链滤波器封装环节卡位和未来Saw滤波器的国产替代。在5G快速发展带动射频器件需求上升和巨大国产替代空间的背景下，Saw滤波器产品将有望给公司带来很好的业绩增长。

8．6 华天科技

华天科技为国产封测技术领导者，不断提升产能。华天科技成立于2003年，是半导体封测龙头企业，为客户提供封装设计、物流配送、引线框封装、封装仿真、晶圆级封装、基板封装、晶圆测试及功能测试等一站式服务。华天科技不断扩展版图，于2018年收购Unisem，并投资80亿元在南京建设封测基地。为布局车用晶圆级先进封装业务，华天科技再次投资20亿元于舟山建设生产线。2019年，华天科技在西安新增投入约8亿元设备以缓解封装产品产能紧张的局势。2019年，公司共完成集成电路封装量331．88亿只，同比上升24．19％，晶圆级集成电路封装量85．15万片，同比增长50．98％。公司是国内少有的封测技术龙头，2019年度共获得发明专利17项，公司客户包括国际知名滤波器厂商Skyworks以及Sony等，且在2019年继续发挥销售龙头作用，本年新开发客户146家，台湾地区前十大IC企业已有8家公司成为华天科技的客户。

华天科技领先行业的核心技术为扇出型封装技术，其扇出技术被称为eSiFO。在eSiFO技术中，需要先把晶圆蚀刻出一个缝隙，然后利用抓取－放置系统将裸片放置在这一缝隙中，最后密封。

华天科技今年营业收入及销售毛利率、净利率均稳步增长。盈利能力的增长与其产能扩充息息相关。从2015年开始，华天科技就耗资近20亿元，分别在天水、西安以及昆山进行投资布局，扩大生产规模。华天科技收购的马来西亚封测企业Unisem也将为其带来产能增长。

8．7 通富微电

通富微电为国产封测企业领军企业，先进技术驱动业绩增长。通富微电子股份有限公司成立于1997年10月，专业从事集成电路封装测试，是中国前三大集成电路封测企业之一。2017年，公司在全球封测企业中排名第6位。公司在国内封测企业中技术领先，率先实现12英寸28纳米手机处理器芯片后工序全制程大规模生产，包括Bumping、FC、CP、SLT、FT等，截至2019年12约，公司累计申请专利875件。公司同样拥有Bumping、FC、WLCSP、SiP、BGA等先进封测技术、传统封测技术以及汽车电子产品、MEMS等封测技术，目前公司现金封测技术已全部实现产业化。公司的产品和技术能够广泛地应用于存储器、高端处理器芯片（CPU 、GPU）、物联网、信息终端、功率模块、汽车电子等各个领域，这使得公司能够成为国产CPU、GPU等产品的国产化替代之一。

通富微电拥有位于江苏南通崇川的总部工厂、南通通富、合肥通富、TF－AMD苏州、马来西亚槟城以及在建的厦门通富六大生产基地。公司先后在南通、合肥、厦门多地布局，以新建或参股的方式建成工厂，并收购了AMD苏州及AMD槟城各85％的股权。公司生产基地多点开花，产能成倍扩大，对于先进封装方面的规模优势提升巨大。

通富微电于2019年积极拓展AMD 7纳米封测服务，带来苏州、槟城生产基地订单的大幅增长。因而2019年，公司实现82．67亿元总收入，同比增长14．45％。

在全球半导体行业经历低谷后，随着5G进步，终端应用以及封装测试市场需求旺盛。受到政策福利和技术进步的影响，通富微电在封测领域的订单规模将持续提升，也将继续拓展生产线。2020年，通富微电将启动新一轮40亿元的扩产募资项目，于南通苏通工厂布局面向5G的高端封装市场。

9、风险提示

（1）全球经济下滑甚至衰退的风险；（2）疫情控制不当导致手机销售量不及预期风险；（3）5G网络建设不及预期风险

附录

· 桥本研也——Saw滤波器学术泰斗

桥本研也，日本千叶大学教授，IEEEFellow，日本学术振兴会弾性波元件技术第150委员会委员长。桥本教授分别于1978年3月和1980年3月获得日本千叶大学学士和硕士学位，1989年5月获得东京理工大学博士学位；1980年4月至1989年3月在日本千叶大学任助教，1989年4月至2005年3月在日本千叶大学任副教授，2005年4月至今在日本千叶大学任教授。桥本教授长期从事射频声表面波器件研究，取得了一系列杰出成果。

桥本研也于1956年3月2日出生于日本福岛。他分别于1978年和1980年在日本千叶大学取得电子工程的理学学士和理学硕士学位，并于1989年毕业于日本东京工业大学。他于1980年加入千叶大学，任副教授，现为教授。2013到2015年间，他担任千叶大学前沿科学中心主任。1998年，任芬兰赫尔辛基理工大学客座教授。在1998／1999年的冬天，他是法国CNRS的实验室的访问科学家。1999年和2001年，他是奥地利林茨的约翰内斯开普勒大学的客座教授。2005／2006年，中国科学院声学研究所客座科学家。2009－2012年，他在中国成都电子科技大学担任客座教授。自2015年以来，他一直是上海交通大学的客座教授。

2001年，他担任IEEE Transactions on MTT特刊《无线通讯用微波声波装置》的客座编辑，并担任2002年及2015年IEEE国际超声波研讨会的宣传联席主席。他被任命为IEEE MTT协会演讲局的成员。从2005年到2006年，他还担任国际著名协会IEEE UFFC的讲师。2007年到2009年以及从2014年到2016年，他担任IEEE UFFC协会管理委员会（ADCOM）的成员。从2007年到2009年，他担任IEEE ED学会讲师。2011年，他担任IEEE ED学会合作主席。2018年，他也担任了IEEE国际超声学座谈会的合作主席。2015年，他获得了新技术发展基金会颁发的“市村工业奖”，以表彰他为射频表面声波设备开发的最佳基片42－LT。作为IEC TC49／WG10的核心研发专家，他研究了长达7年时间。作为项目负责人，他对压电锯齿和Baw滤波器的三个国际标准的制定做出了重要贡献。2018年，他的“高性能射频Saw设备研究”获得了文部科学大臣对科学技术的表彰。在2019年，他出色的研究、服务、责任感和领导力获得IEEE 2019 UFFC杰出服务奖，他还在UFFC－学会担任多个职务，包括两届IEEE国际超声学研讨会的主席、国际知名讲师、AdCom会员等。

他目前的研究兴趣包括各种高性能表面和体声波器件的仿真和设计、声波传感器和执行器、压电材料和射频电路及系统设计。桥本博士是IEEE的会员，同时也是日本电子、信息和通信工程师学会、日本电气工程师学会和日本声学学会的成员。

桥本研也研究了广泛应用于移动通信设备的频率范围内的高性能声波器件。作为一名Saw滤波器设备的专家，他的各种研究项目正在与世界各地的院校和行业进行强有力的合作。

· 射频滤波器的基础材料

钽酸锂（LiTaO3，简称 LT）和铌酸锂（LiNbO3，简称 LN）晶体是十分重要的多功能晶体材料，可以作为压电晶片材料，具有优异的热电、压电、光电等性能，广泛用于制造Saw滤波器和Baw滤波器。铌酸锂晶体是一种多功能晶体，能够实现非临界相位匹配，具有良好的非线性光学性质，其非线性光学系数较大。铌酸锂晶体作为压电晶体，可以应用于制作中低频Saw 滤波器，大功率耐高温的超声换能器等。它也是一种电光晶体，也是重要的光波导材料。

钽酸锂晶体也是一种具有很高应用价值的多功能材料。LiTaO3晶体居里点高于 600℃，化学性能稳定高（不溶与水），不易出现退极化现象，探测率优值高，介电损耗低，是热释电红外探测器应用材料的最佳选择。过抛光的 LT 晶片具有良好的机电耦合、温度系数等综合性能，被广泛用于滤波器、谐振器、换能器等电子通讯器件的制造，也可以用于制造高频声表面波器件，并应用在对讲机、手机、航空航天、卫星通讯等许多高端通讯领域。

近几年，LT和LN衬底材料的市场需求量以每年 50％的速度在增长，而目前的供应商基本都集中在日本等国外。

生产规模较大的企业包括住友金属矿山，且住友进行了大举扩产，公司 2014 年 12 月 18 日宣布将增产使用于智能手机Saw滤波器芯片的 LT／LN 基板。但LT／LN基板需求持续扩大，Saw滤波器厂商仍纷份提出要该公司进行增产的要求。当时住友金属矿山计划投下约 40 亿日元，除将进一步扩增旗下子公司“住矿国富电子”的 LT／LN 基板产能之外，也将在上述新设LT／LN 基板生产设备，将LT／LN 基板月产能规划中的 21 万片扩增至 30 万片的规模。增产工程于2015 年 4 月动工、并在 2016年10月完工。

台湾地区生产LT／LN基板的厂商有兆远。国内从事钽酸锂和铌酸锂的公司有中电 26 所、天通股份等。

· Saw滤波器主要工艺过程

制造Saw滤波器首先要选择的是使用哪种基材。对于基材，首先要对晶体进行取向和切割。传播方向确保了声波表面的传播完全限制在垂直于晶片平面的表面上。同时，可以通过使用金属或通过蚀刻到晶片中来实现用于形成IDT和镜面结构。接下来，利用铝金属化工艺进行铝沉积。与其他金属相比，铝相对容易蚀刻，价格便宜，并且加工工具校准得很好。在CVC蒸发器中可以完成铝蒸发工艺，该工具将衬底抽真空至约0．4Torr的高真空水平，并使用了钨篮。为了准确预测金属厚度对器件操作的影响，金属的目标厚度应小于IDT间距的1％。因此，铝层的目标厚度为1500。铝沉积在晶片的背面，以便为后续处理期间积累的任何电荷提供接地路径，而溅射技术等其他沉积技术倾向于将衬底加热到高温，这可能会使晶片破碎。在铝沉积之后，需要光刻步骤以掩蔽晶片以进行蚀刻。这一步首先要将光刻胶进行热处理，随后利用CEE旋涂机进行旋涂。为了使晶片曝光以产生期望的图案，将掩模对准晶片是至关重要的，因此必须对晶片平面进行对准。随后，对晶片进行曝光和显影。下一步是将晶片浸入铝湿法蚀刻溶液中。每个IDT都有很多指对，一处短路会导致设备工作不正常。因此，确保蚀刻完成至关重要。随后将晶片进行去离子中水级联冲洗5分钟。检查确认从晶片上去除了光刻胶后，便可以测试设备。

（1）原理

Saw滤波器的基本结构包括具有压电特性的基片材料抛光面以及两个声电换能器——叉指换能器（IDT）。Saw滤波器的制备通常采用半导体集成电路的平面工艺，在压电基片表面蒸镀一定厚度的铝膜，再利用光刻方法把设计两个IDT的掩膜图案沉积在基片表面，分别用作输入换能器和输出换能器。由此，输入换能器将电信号变成声信号，沿晶体表面传播，输出换能器再将接收到的声信号变成电信号输出。

Saw滤波器的工艺和主流技术方面有很高的要求，滤波器生产中的主流工艺流程包括清洗、镀膜、光刻、腐蚀和封装工艺等。目前日本企业，如富士通、三洋电器等少数几家掌握压电基片生产技术的制造商垄断了Saw滤波器市场。Saw滤波器微型化、高可靠、低成本和集成化是大势所趋，跨越工艺技术门槛是中国企业实现国产替代化的关键所在。

（2）压电基板材料

压电（piezoelectricityor piezoelectric effect）一词来源于希腊语piezein，表示施加压力，这种效应在1880年由两位法国物理学家Pierre和Paul－Jacques Curie发现。压电效应是指，某些晶体受到外部压力时会产生电压，而如果某些晶体两面存在电压，晶体形状会轻微变形。普通晶体的原子或分子在三维空间内排列得很有规律，而且隔一段距离重复着基本组成单元。大部分晶体的基本组成单元原子排列是对称的，不管有没有外部压力，基本单元里的净电偶极子始终是零。而压电晶体则相反，原子排列是不对称的。

压电晶体原子排列虽然不对称，但正电荷会和附近负电荷相互抵消，所以整体的晶体不带电。当晶体受到压力时外形会变化，一些原子间距离会变化，打乱了原来保持的平衡，出现净电荷，晶体表面出现正电荷或负电荷。这种现象称为压电效应。相反地，晶体两端加电压时原子受到电压影响，为了保持电荷的平衡，原子来回震动使压电晶体形状轻微变形。这种现象称为反压电效应（reverse－piezoelectric effect）。

Saw滤波器应用的压电衬底是各向异性的晶体结构，其中衬底内部的每个单个晶体都具有自己的极性。在多晶材料中，各个微晶的不同极性可能会相互抵消，但是通过应用铁电极化过程，即在将材料暴露于强电场的同时加热材料，可以使材料的单个极性对齐，并且材料整体将显示压电效应，就像其单个微晶一样。

Saw 滤波器常用的压电材料包括LiTaO3、SiO2、LiNbO3等。在输入IDT交叉排列的电极之间，交流电压经过压电材料产生压力，并以表面声波的形式沿着表面传播，而在垂直方向上Saw幅度快速衰落。右边的IDT接收表面声波，输出电信号。中间部分的屏障可影响输入端和输出端之间的耦合。Saw滤波器也可以呈现串并联组合。

虽然所有的Saw传感器都需要压电晶体材料，不同传感器的应用场景需要不同的压电晶体材料。如果该设备对温度要求高，则需要具有高温度系数的材料来增加对温度变化的敏感性。一般用于手机终端中的Saw滤波器希望使用具有低温度系数的材料，以最大程度地减少由于温度变化引起的不良影响。基板的温度系数不仅取决于所使用的材料，还取决于材料的晶体取向或切割。切割和材料也会影响机械形式和电磁形式之间能量转换效率的基板耦合系数。

Saw 滤波器的性能通常随着温度升高变差。如今室内滤波器所承受的平均温度为 25 摄氏度，而各种终端设备中的滤波器所承受的平均温度可达 60 摄氏度或更高，鲨鱼鳍或车顶中嵌入的滤波器所承受的温度甚至更高。滤波器的温度越高，就越难过滤掉特定频率，信号因而就越有可能“漂移”至相邻频段。5G时代，新分配的很多频段与现有频段十分接近，管理温度漂移便显得尤为重要。TC（temperaturecompensated）－Saw滤波器能够有效改善温度性能，它在IDT上增加了保护涂层。普通的Saw滤波器频率温度系数大约在－45ppm／oC左右，而TC－Saw大约－15到－25ppm／oC。增加涂层的工艺比较复杂，成本也有所增加。

TC－Saw滤波器广泛应用在手机终端中。三星的美国版Galaxy S7集成了Murata公司生产的RF前端模组FAJ15，该模组主要针对LTE低频段，由几颗滤波器芯片组装在陶瓷基底上。其组装的Saw滤波器包括STD－Saw（标准Saw）和TC－Saw（热补偿Saw）两种。TC－Saw技术主要应用在Band8 LTE双工器上，因为其频段要求非常低的热漂移。