5G核心材料滤波器:紧缺加剧,量价齐升

据媒体报道,因限工影响,除了传统被动组件、石英组件外,目前SAW滤波器也传出涨价及转单声音。资料显示,要实现5G+4G全球通,可能需要支持90多个频段,而一个频段通常需要两个滤波器,这也意味着未来一部5G手机可能需要上百个滤波器,而目前一款4G手机需要用到的滤波器数量仅为30多个。

根据测算,5G时期,国内滤波器市场空间为362.2亿元(是4G的1.68倍),全球市场约713.8亿元(是4G的1.66倍)。

此外,以滤波器为代表的射频前端芯片是中国一项典型的“卡脖子”技术,市场供给基本依赖于美国和日本的数家巨头公司。就在今年年初华为旗下哈勃投资刚刚出手投资了滤波器厂商。预计随着5G产业的推动以及此次疫情导致的行业缺货,相关产业链后续有望加速发展。

5G核心材料滤波器:紧缺加剧,量价齐升

射频器件是收发无线信号中的关键部件,遍布于各种通信场景。射频是指频率范围在300kHz~300GHz之间的电磁波,传递与处理这一频率电磁波的电子元器件就被称为射频器件。因此,射频器件广泛应用于各个通信相关的领域包括:基站、回传链路、卫星通信、军用、雷达、航空航天、有线宽带等场景。

射频器件是基站的核心设备之一,射频器件主要包括滤波器、双工器(分单双工器和多双工器)、塔顶放大器、合路器等几大类。

滤波器在通信系统中对通信链路中的信号频率进行选择和控制,选择特定频率信号通过,抑制不需要的频率信号,解决不同频段、不同形式的通信系统之间的信号干扰问题,并且有效保持接收和发射频带的隔离,提高通信质量。是射频前端模块的核心部分,同时也是射频前端模块中价值量占比最高的部分。

射频滤波器包括声表面滤波器(SAW,SurfaceAcousticWave)、体声波滤波器(BAW,BulkAcousticWave)、MEMS滤波器、IPD(IntegratedPassiveDevices)等。其中SAW和BAW滤波器为两个主要滤波器。

5G核心材料滤波器:紧缺加剧,量价齐升

4G时期,金属腔体滤波器是主流产品,具有腔体滤波器结构牢固、性能稳定可靠等特征,且体积更小、Q值适中、高端寄生通带较远,散热性也很好,因此被广泛应用于国内外通信基站。

5GMassiveMIMO时代,介质滤波器有望成为行业宠儿。介质滤波器最大的优势在于同等频率要求下,产品的体积小、重量轻。相比传统金属腔谐振器,陶瓷介质滤波器具有高抑制、温度漂移特性好的特点,而且功率容量和无源互调性能都得到了很大的改善。陶瓷介质滤波器代表着高端射频器件的发展方向,凭借其优良的性能,未来将在移动通信领域中拥有广阔的应用空间。

5G核心材料滤波器:紧缺加剧,量价齐升

滤波器市场规模与行业格局

5G驱动下,射频器件有望量价齐升,手机射频市场规模在2023年有望达到234亿美元;基站射频器件市场有望达到58.0亿美元。价格方面,5G为射频器件的尺寸、频率、带宽提出了更高要求,从而提升了器件的价格。数量方面,5G的宏基站数量增多,复杂的制式也导致单基站器件增多;而智能手机中频段增加也导致了所用射频器件数量的增加。

随着5G通信标准带来的频段数量增加,手机中使用的滤波器数目有望进一步提升。中国是全球最大的SAW滤波器消费市场,且国产产量仅覆盖需求三十分之一。2018年我国SAW滤波器产量为5亿只,消费量为151.2亿只,预计到2022年中国SAW滤波器产量可以达到10.5亿只,需求量超过178亿只;国内2018年SAW滤波器市场规模达到154.8亿元,同比增长5%。根据通信标准升级及5G对物体接入的范围考虑,滤波器市场的空间还将成倍增长,预计2020年将超过170亿元。

根据Yole数据,2018年全球射频滤波器市场规模约88.59亿美元,同比增长19.86%,预计2023年市场规模将达到210.33亿美元,具有广阔的市场前景。

声波滤波器(SAW/BAW)相对于传统LC或者陶瓷滤波器来说,制作难度更大,成本更高。在声波滤波器领域,经历数次整合并购之后,已经呈现了巨头垄断的竞争格局。

根据Yole数据,目前SAW滤波器的全球市场格局仍以海外龙头垄断为主。前五名Murata(日本)、TDK(日本)、TaiyoYuden(日本)、Skywords(美国)、Qrovo(美国)合计占据了全球95%的市场份额。在全球FBAR滤波器市场,Broadcom(美国)一家独大,占据了全球87%的市场份额,此外Qrovo(美国)和TaiyoYuden(日本)分别占据了8%和3%的市场份额。

根据SystemPlusConsulting的报告,在分别拆解苹果、三星、华为、索尼、小米和华硕的旗舰机型后统计发现,这些43种主要的射频器件,其中40%来自Skyworks,24%来自博通,19%来自Murata,10%来自Qorvo,另外7%来自TDK。

5G核心材料滤波器:紧缺加剧,量价齐升

图表来源:SystemPlus Consulting

总体上看,在射频前端器件厂商中,各家厂商在不同细分领域的优势不尽相同,Murata在SAW领域优势明显,Broadcom在BAW领域优势明显。

国内厂商积极布局介质滤波器产业链

介质滤波器的产业链主要分为陶瓷粉体、介质谐振器、介质滤波器、主设备商四个环节。

灿勤科技、艾福电子(东山精密子公司)、顺络电子、国华新材(风华高科子公司)、大富科技、武汉凡谷等公司进行了全产业链布局,且多数企业参与了多个环节。

4G时期,基站RRU主要采用金属腔体滤波器,厂商包括武汉凡谷、大富科技、春兴精工、东山精密、国人通信、波发特、摩比发展和华瓷等。同时,爱立信、诺基亚等设备商在供应海外客户时,部分采用金属腔体+陶瓷谐振柱方案,国内生产陶瓷谐振柱的公司主要有灿勤科技、艾福电子、国华新材料、大富科技、佳利电子、中科新华等。

进入5G初期,由于单个RRU滤波器需求量激增,金属小型化成为必然趋势,原来金属滤波器供应商也逐渐研发小型化滤波器。为了节省成本、控制重量,华为率先启动陶瓷介质滤波器的设计、研发工作,目前灿琴科技、艾福电子分别拿到华为订单,正在批量生产陶瓷介质滤波器,武汉凡谷也在积极参与华为测试。国华新材料目前正在携手艾福电子与爱立信展开合作。

此外,波发特、大富科技等公司也在积极培育自己的介质滤波器团队,参与到5G陶瓷介质滤波器竞争中来。未来,3.5G频段介质滤波器有成熟趋势,而2.6G频段尚未成熟,能够批量生产陶瓷介质滤波器的厂商,在未来5G发展中将占据有利地位,获得更大收益。

上述企业研发制造进度不尽相同,并且预计未来还会有更多企业加入介质滤波器的生产阵营。

从设备商采购方案角度来看,华为、爱立信已经开始布局陶瓷介质滤波器,中兴和诺基亚在2019年仍选择金属腔体滤波器。长远来看,陶瓷介质滤波器在体积和成本上具备明显优势,因此随着供应商逐渐丰富,全球主流设备商会逐步采取全陶瓷方案。

基站侧,介质滤波器部分厂商即将实现技术突破,国产化率有望逐步提高。由于介质滤波器体积小,质量小,插损低,稳定性好等优势,5G时期有望成为AAU的主流解决方案,未来国产化率有望逐步提升。

对中国厂家而言,滤波器最大的挑战,主要是专利和工艺。能量产的国产SAW滤波器,由于芯片太厚,不易做进集成模块,不符合射频前端集成模组化的发展趋势。对于GSM,2G或3G这样的低频通信,SAW滤波器市场中的低成本竞争者份额有望提升,因为主流厂商将重点转移到使用BAW滤波器或者FBAR滤波器的4G和5G市场。

5G核心材料滤波器:紧缺加剧,量价齐升

随着移动通信技术的发展,特别是5G时代移动通信的频段增加,带动移动终端设备中射频滤波器数量大幅增加;另一方面,移动通信系统的升级对滤波器的性能(高频谐振、Q值,尺寸和功率容量)要求不断提高,未来BAW、FBAR等高端滤波器品类的占比不断提升,有望带动移动终端设备中滤波器整体价值量显著提升,从而推动全球射频滤波器市场实现高速增长。

价格方面,5G为射频器件的尺寸、频率、带宽提出了更高要求,从而提升了器件的价格。数量方面,5G的宏基站数量增多,复杂的制式也导致单基站器件增多;而智能手机中频段增加也导致了所用射频器件数量的增加。基站侧和手机侧射频前端器件有望迎来量价齐升。

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