村田IHP SAW基本结构
通过引入温度补偿层和超薄的压电层,同时具备了Q值高、频率温度系数低和散热性好等优点,足以媲美部分频段BAW产品。两年后,高通也发布了自己的TF SAW滤波器产品,高通称之为Ultra SAW,并宣称部分频段TF SAW滤波器能力已胜过自己的BAW滤波器,与村田组成TF SAW细分领域唯二的核心玩家,两相竞争。
看似前景无限,仅展露冰山一角的TF SAW,很容易让人产生此乃国产滤波器“救世主”技术的错觉。近日据报道,国内外多家滤波器技术专家认为,目前外界对TF SAW还存在三大误区。
误区一
:TF SAW高度依赖衬底材料,而非滤波器设计研发与制造工艺。(技术与成本角度)
目前国内外所谓的TF SAW产线实际与Normal SAW厂并无差异,因为TF SAW真正依赖的是衬底材料的革新,难度并不在于工艺和设计层面。传统的普通SAW器件采用LT(钽酸锂LiTaO3)晶圆衬底制备,实现的器件品质因数Q值较低,带宽k2也不高。若采用高成本的POI(Piezo on Insulator)衬底,便能解决这些问题,所以衬底材料其实才是Thin-Film SAW的创新根源。
然而,POI衬底的制备却并非易事,合适的压电单晶薄膜厚度,表面平整度,压电薄膜与衬底的键合工艺,氧化层和硅之间Trap-Rich层的制备等难题需要一一解决。目前TF SAW的两大主流玩家中,村田的衬底来自与日本NGK公司的联合开发,后者独供村田;高通的衬底则来自法国Soitec公司,NGK和Soitec的衬底均有自己独特的Know-How,来保证衬底的大规模生产制造,但也带来了相应的技术壁垒和高昂成本。
以Soitec为例,为保证POI结构各层的高均匀度和高质量的批量生产能力,该公司采用键合剥离(Smart-Cut)技术用于制备超薄的单晶压电薄膜,这大幅提高了衬底材料的良率,但其采用的特殊设备几乎每一台都在数千万元,也因此其衬底成本十分昂贵,单片成本在420-800美元不等,给下游的TF SAW滤波器企业造成不小压力。
误区二
:TF SAW更容易造成同质化内卷,并非潜在的蓝海市场。(市场角度)
POI衬底重要性凸显,则削弱了TF SAW对产品设计和工艺加工的需求,这也一定程度上降低了TF SAW的入局门槛。换言之,TF SAW的技术内核在衬底,若无法在POI衬底这种核心技术上形成差异,TF SAW能做的只有同质化内卷。反观BAW、TC SAW等其他高端滤波器,则能更在工艺和设计层面展现滤波器研发团队的核心竞争力。
至于其他滤波器是红海,TF SAW是蓝海的设想,从村田的视角观察便不难看出,其仅在少部分高端应用领域使用TF SAW方案以保证盈利。这也意味着,受限于超高的衬底成本,TF SAW滤波器厂商很难在正毛利区间开拓多频段区间市场,因此所谓的蓝海市场很难成为现实。
虽然国产衬底厂商近年来开始发力,晶正电子和青禾晶元等国产厂商都在POI衬底上进展明显。不过,国产衬底的崛起也并非造福一两家滤波器制造商,正如前文所提到的同质化风险,未来将有一大批国产滤波器厂商因此受惠。
“这完全可以实现,因为TF SAW和Normal SAW产线几乎一模一样,甚至由于TF SAW衬底中有Si作为支撑层而不易碎片,反而降低了生产难度,”在被问及是否能将Normal SAW产线转换为TF SAW产线时,一位国产滤波器生产商如是说。
误区三
:TF SAW是村田和高通的弯道,而非国产化超车道。(专利角度)
一位国产滤波器高层指出,Skyworks和Qorvo两家大厂在BAW+TC SAW高端滤波器的组合长期保持市场领先地位。而后由村田和高通组成的TF SAW阵营,正是为了弥补BAW领域的劣势,试图打破Skyworks和Qorvo在高端滤波器领域的固有格局。所以,TF SAW是村田和高通正在积极布局的超车机会,国产厂商要在这条弯道上超越这两辆快车,谈何容易。
更何况,村田和高通在TF SAW领域有着极其完整专利布局。查阅村田制作所在TF SAW领域的专利族便不难发现,其包括衬底材料在内的多项关键专利最早授权日期在2010左右,且覆盖范围极广,后续持续有10年以上布局,远比其他滤波器产品森严。一位知情人士指出,即便是Soitec公司在售的POI衬底也有大量技术落在村田的专利布局范围内。高通的法务部门在给出风险评估时便指出,该衬底构成对村田专利的侵权,不过因高通是村田的大客户,村田选择性不起诉高通。
该知情人士还表示,Soitec售出POI衬底并不对IP进行保障,需要滤波器公司自行承担风险。这好比所有Soitec公司的TF SAW客户在采购POI衬底时,都额外附赠了一把悬在头上的达尔摩斯之剑。
近年来国产衬底材料开始发力,晶正电子和青禾晶元等国产厂商都在POI衬底上进展明显,这将成为国产TF SAW成长的真正技术底色。不过,国产衬底的崛起也并非造福一两家TF SAW制造商,正如前文所提到的同质化风险,未来将有一大批国产滤波器厂商因此受惠。
以上三个误区,足以证明国产滤波器的追赶无法靠押宝单一技术来实现,国内企业应放弃对单一技术的过度幻想,专注于基础技术的积累和创新,通过不断优化现有技术,形成具有自身特色的技术体系。