华天科技：射频前端模组化推动滤波器封装技术变革助力国产腾飞

  8月底，在丝毫没有征兆的情况下，华为突然推出“HUAWEI Mate 60 Pro先锋计划”，还未发布的旗舰机Mate 60 Pro低调上架开售，随后关于该手机搭载的麒麟9000s及有没有5G能力的讨论引爆全球舆论。实际上，自2020年10月华为发布最后一款全系全搭载5G的智能手机Mate 40之后，华为智能手机业务就此停滞的一大关键就是5G射频前端模组中的国产高性能滤波器供应受限。可以说，华为Mate 60重回“5G”的背后，有国产射频前端芯片厂商不懈努力贡献的一份力量。

  随着中美贸易争端带来的全球半导体市场不确定性和供应链变局，包括滤波器等芯片在内的国产替代已是大势所趋。作为射频前端领域最后的关卡，国产滤波器产业近几年实现了长足的进展，但是国内相关厂商大多数以fabless模式运营，在技术和规模上相对落后于国际IDM龙头，代工和封测能力仍是稀缺资源，尤其在射频滤波器小型化、集成化、模组化趋势下，对封装工艺提出更高要求。

  面对国内广阔市场而国产率很低的窘境，打破国外技术封锁与市场壁垒，加快滤波器国产化的进程刻不容缓。华天科技作为国内领先的射频器件封测龙头，始终致力于为滤波器封装提供多种方案支持，伴随着滤波器封装工艺需求的升级，华天科技也已准备好与客户合作试用、找差、改进的循环推进，力争实现关键器件的国产替代和自主可控。

  尽管去年以来射频前端行业需求受疫情和终端需求疲软影响而低迷，但是从中长期来看，Yole预计到2028年射频前端市场规模将达到269亿美元，5G新技术规格将持续推动射频前端技术创新。行业正在进行有关研发和投资，为下一波增长做好准备。

  伴随着手机中频段的增多，射频滤波器作为射频前端最大的细分市场，在射频前端价值量占比在仍在逐步扩大。专业机 构预测，滤波器在射频器件中的价值占比从3G终端的33%提升到4G全网通LTE终端的57%，5G时代则进一步增加(特别是体声波滤波器)，单台手机的滤波器价值将达到10美元以上。IDC预测，2024年全球滤波器市场规模将达到183.3亿美元。由于中国大力支持发展5G技术，同时作为滤波器消费大国，预计市场占有率不断的提高，市场规模在2024年达到56.7亿美元。

  在终端用户对移动通信的要求慢慢的升高的情况下，全面屏及手机轻薄化、高频通信、频率资源拥挤化等都对滤波器的性能提出更高的要求，适应高频通信、耐热性好、体积小、集成度高的滤波器将是未来的主要发展趋势。其中，由于产业已相对成熟，SAW以及TC-SAW具有一定的成本优势，SAW滤波器在短期内仍会是滤波器市场的主力产品，但在5G及更高频通信时代，BAW滤波器具有高频率和宽频带的技术优势，在基站、手机、物联网 终端等高频应用场景有着更佳的表现，将会慢慢的变成为市场主流。

  因此整体看来，由于工艺复杂度、技术和成本的限制，目前通信标准下更多中低端市场射频前端采用SAW滤波器；随着5G渗透率的提升，BAW滤波器优异的性能和对高频的支持将使其成为手机射频前端的主流器件。IDC预测，BAW滤波器的市场渗透率预计在2024年达到65%。

  凭借对工艺和专利的掌控，日美几大国际厂商的垄断格局已成。SAW滤波器主要供应商为Murata、TDK、太阳诱电等几家日本厂商，而BAW滤波器则为博通以及Qorvo等占据几乎全球超过95%以上份额，国产化需求迫切。

  另一方面，由于滤波器从设计到制造、封测，各关键环节之间的强耦合，高质量滤波器的产业化必须依靠IDM模式来完成。尽管近几年国内成长出了一些滤波器企业，但是受生产技术水平限制，产品大多分布在在中低端领域，且生产线较少，生产能力有限，大多数企业以fabless模式运营，更需要制造和封测端企业更好地协同和支撑。

  华天科技的BAW滤波器、SAW滤波器封装技术先后于2018年10月、2021年5月开始量产，可为滤波器、双工器等fabless设计企业提供多种轻薄短小、高可靠和高性能的封装解决方案。

  在射频前端集成化、小型化、模组化趋势下，滤波器尺寸也在向不断缩小，往微型化方向发展，最直观的改变就是在封装技术上的演进。以SAW为例，其芯片设计和流片相对简单，设计和流片费用相比传统的IC芯片要便宜得多，但要一个长期的积累过程。由于其空腔结构形成于封装阶段，滤波器的性能和可靠性更多的依赖于封装技术。

  华天科技指出，滤波器微型化一般通过以下三种途径：(1)优化滤波器设计，缩小芯片本身的面积；(2)通过改善滤波器器件的封装形式以使滤波器和多工器尺寸大幅度缩小，目前滤波器封装方式已从传统的金属封装改为使用先进的新型封装技术，如包括晶圆级封装(WLP)、裸片级声表封装(DSSPTM)、薄膜声学封装技术(TFAPTM)、CuFlip封装技术等；(3)通过把不同功能的滤波器封装形成模组，以降低占用PCB的面积。以发展时间比较久的SAW滤波器为例，SAW滤波器的封装技术经历多次更新迭代后，分立器件的尺寸从原本的5.0x5.0mm2降至1.1x0.9mm2，尺寸显著缩小。

  在这一领域，金球倒装超声焊接以及真空覆膜成腔技术应用广泛，经过多年研发布局，华天科技于2021年5月正式量产，目前封装良率已超过99.5%。自SAW/BAW滤波器封装工艺量产以来，每天产能约为2KK，总出货量近600KK，已经为国内外多家滤波器厂商提供了高质量的封装解决方案。

  华天科技以SAW滤波器为例介绍，封装主要流程是首先在晶圆的UBM(Under Bump Metal)上植金球，然后通过划片，倒装超声焊接到封装载板，后进行覆膜形成空腔，接着塑封，最后进行分割以及测试，其中核心工艺是植金球和覆膜，因为空腔结构的特性与滤波器性能表现息息相关。由于在射频模组中芯片的高度不同及间距过小，在覆膜的过程中有可能会出现气泡导致贴装结合异常，滤波器叉指换能器被侵蚀等问题，导致整体良率低、成本高。不过金球倒装真空覆膜成腔技术具有工艺简单、低成本、高性能、微型化和高效率特点，约70%的SAW产品采用这一封装技术。

  在射频前端模组化趋势下，SAW、BAW滤波器、双/多工器都在向着晶圆级封装（WLP）演进。在更高集成度的模组中，滤波器则以裸芯的方式直接集成，对封装工艺的要求进一步提升，对此华天科技也在为滤波器封装技术的演进而准备着。该公司指出，晶圆级滤波器封装需要具备RDL等能力，还要解决LT/LN材料对散热、应力的要求，确保晶圆级滤波器能承受SiP封装模压压力，以及实现可靠、低成本的晶圆级测试等技术挑战。

  据悉，华天科技已具备晶圆级滤波器封装的工艺能力，随时可按照每个客户需求进行产品设计与封装，与客户一起协作实现工艺调优并达产，助力国产高性能滤波器及射频前端模组早日实现自主可控。（校对/萨米）