一文了解5G射频芯片关键技术BAW滤波器领域专利状况

最近，华为Mate60系列手机正式上市，这一事件可能被视为华为重返5G手机市场的重大信号。在过去的两年里，华为手机所搭载的芯片虽然集成了5G基带，但由于缺乏5G射频核心器件——体声波（BAW）滤波器，只能作为4G手机使用。这一情况对华为的手机业务产生了不小的影响。笔者将介绍5G射频芯片的关键技术BAW滤波器，并将对BAW滤波器领域的国内外专利情况进行分析，以期为相关行业提供参考。

海外企业抢占先机

5G手机通信功能的实现依赖于5G芯片，该芯片包括基带芯片和射频芯片。基带芯片主要负责信号处理和协议处理，而射频芯片则负责射频收发、频率合成和功率放大等功能。虽然国内相关厂商在基带芯片的自主研发和生产方面已具备一定能力，但在射频芯片的设计和制造方面，国产化率相对较低，长期依赖进口。尤其在BAW滤波器这一分立器件领域，其开发难度较高，一直是最重要的部分。

目前，射频滤波器的主流实现方式是采用声表面波（SAW）和体声波（BAW）技术，这两种技术都是利用材料的压电效应进行声学器件设计。相较于SAW滤波器，BAW滤波器在2.5GHz以上的高频频段展现出更为出色的性能优势，具有带外衰减大、插入损耗小、温度敏感性低以及体积随频率增大而减小等特点。因此，BAW滤波器已成为5G及未来6G通信的关键技术之一。

5G通信将进一步推动物联网、智能穿戴、汽车电子等行业的发展。由于这些行业对于通信质量和稳定性具有较高的要求，因此采用具有出色性能的BAW滤波器成为了这些领域中通信系统的关键组件。因此，BAW滤波器的下游应用领域广泛，具有巨大的发展空间和商业价值。

BAW滤波器要达到商业化需要长时间的研发与技术积累，其核心技术主要由美国企业所掌握，主要的供应商包括博通公司（Broadcom）和威讯联合半导体（Qorvo），两者在市场上的占有率超过90%，它们生产的射频前端芯片包含BAW滤波器，被广泛应用于苹果、三星、小米、OPPO、vivo和荣耀等品牌的手机中。5G通信的持续创新将进一步推动物联网、智能穿戴、汽车电子等行业的发展。因此，BAW滤波器在下游应用中具有广泛的发展空间和巨大的市场潜力，成为各大科技企业竞相布局专利的重点。

在全球范围内，BAW滤波器的专利布局已涵盖超过3000个专利族。从专利申请的趋势来看，2000年以前，BAW相关专利申请数量较少。在2001年至2015年期间，专利申请量保持相对稳定，平均每年申请量约为30件。在2004年和2012年至2013年期间，出现了两个较小的申请高峰，每年专利申请量超过了40件。自2016年以来，随着5G技术的快速发展，BAW滤波器的重要性逐渐突显，专利申请量呈现出激增态势，从每年100多件增长至300多件，表明了该领域的研发热情高涨。

根据对BAW滤波器领域全球专利申请量的统计，三星公司、博通公司和诺思（天津）微系统有限责任公司（下称诺思公司）位列申请人前三名。尽管三星公司和诺思公司在专利储备上具有较大数量，但它们的专利布局起步相对较晚，目前尚未进行大规模的BAW滤波器生产。博通公司的BAW业务主要源自安华高科技（Avago），两者在2015年完成了并购，而安华高科技的相关专利布局始于1996年，并在2015年之前基本完成了其专利布局，构建了较高的专利壁垒。截至目前，博通公司BAW滤波器相关的专利申请已超过200件，主要类型为FBAR（薄膜体声波谐振器），其专利技术主要涉及滤波器的结构和制造方法。

此外，威讯联合半导体、高通公司和Resonant公司在该领域也具有举足轻重的地位，目前相关专利申请数量均超过100件。在2022年，日本村田制作所（Murata）收购了一家射频滤波器初创公司，主要是看中了后者发明的新型体声波滤波器技术——XBAR滤波器。相较于传统的BAW滤波器，这种滤波器的制造工艺简单，可大大降低成本。

国内厂商积极布局

当前国内滤波器的自给率较低，手机滤波器主要依赖进口，存在较大的供给缺口，市场空间广阔。尽管国外企业拥有核心技术和专利，对国内厂商构成了一定的进入壁垒，但是我国高度重视该领域技术的自主可控，积极推进产学研合作，滤波器国产化替代已成为必然趋势。

国内目前有超过2000件BAW滤波器相关专利申请，其中60%以上的申请人为国内申请人。与全球专利申请量的发展趋势相似，自2018年以来，国内该领域的专利申请量也进入了高速发展期。在排名前十的申请人中，有三星公司、博通公司和高通公司三家国外申请人，而国内的重要申请人则包括诺思公司、苏州汉天下、电子科技大学、深圳新声半导体、杭州左蓝微电子、武汉敏声以及中电十三所等。

应当指出的是，诺思公司与天津大学在BAW滤波器领域进行了深度合作，自2012年以来共同申请了超过200件专利，这些专利涵盖了滤波器及双工器的设计、制造和封装等多个重要方面。值得注意的是，武汉敏声作为一家新兴企业，自2021年开始进行相关专利布局，其专利内容主要涉及滤波器结构、制造和封装等关键技术，并且在产业化方面取得了重大突破。武汉敏声与赛微电子合作，共同在北京建设了一条8英寸BAW射频滤波器的大规模量产线，并已于2023年7月16日宣布实现BAW滤波器的量产。这些创新和突破展示了这些企业在滤波器领域的研发实力和市场竞争力。

总体而言，我国企业在BAW滤波器领域近年来迅速崭露头角，在国内申请量方面占据领先地位。然而，当前该领域市场仍由国外企业主导，原因在于这些国外企业较早且成功地布局了专利，形成了一定的专利优势。因此，如何规避国外企业的专利，研发具备自主知识产权的量产技术以支持5G及下一代移动通信的发展，是目前亟待解决的问题。

针对这一问题，笔者建议，国内厂商除了跟踪研究国外企业的技术发展路线，以期在传统BAW滤波器技术上实现赶超外，还应考虑将新型XBAR滤波器等作为突破口。目前，该领域的专利申请量相对较少，国内厂商可以通过集中力量攻克这一新型技术，实现弯道超车。我们有理由相信，在产业链相关企业的共同努力下，我国国产5G射频滤波器必将突破重围，实现产业升级和繁荣发展。