關(guān)于LTCC濾波器你知道多少

國(guó)產(chǎn)濾波器火了，LTCC也火了，LTCC在此之前沉默了30年。

對(duì)于LTCC濾波器，行業(yè)開始關(guān)注，投資人開始關(guān)注，咨詢電話紛至沓來。我不懂，但有朋友懂，便找了他，請(qǐng)求幫助，一起寫下這篇文章。

Rick Deng曾在村田公司工作了15年，把最美的青春獻(xiàn)給了射頻行業(yè)。在村田負(fù)責(zé)過天線、開關(guān)、SAW濾波器和雙工器、LTCC濾波器等產(chǎn)品，曾參與過LTCC元器件產(chǎn)品定義和市場(chǎng)開拓等工作。

LTCC濾波器，不同于SAW和BAW濾波器，材料不同，工藝不同，LTCC因?yàn)楦鸀V波器相關(guān)而變得高大上。實(shí)際上，LTCC不只是濾波器，還可能是巴倫、耦合器、合路器／頻分器。

專業(yè)之作，希望能幫到需要之人。

LTCC****濾波器不是芯片

芯片熱，帶熱濾波器；濾波器熱，帶熱LTCC，但LTCC濾波器不是芯片。

LTCC技術(shù)是于1982年休斯公司開發(fā)的新型材料技術(shù)，是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形。也可以將多個(gè)被動(dòng)組件（如低容值電容、電阻、濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器等）埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在900℃下燒結(jié)，制成三維空間互不干擾的高密度電路，也可制成內(nèi)置無源元件的三維電路基板。

LTCC（低溫陶瓷結(jié)燒）是廣泛用于通訊行業(yè)的一種產(chǎn)品，從產(chǎn)品的角度來看主要有兩個(gè)方向：元器件和基板。而我們今天只談元器件的部分。

LTCC元器件最早的需求可以追溯到上個(gè)世紀(jì)90年代的GSM手機(jī)，當(dāng)時(shí)的為了縮小尺寸，手機(jī)公司（諾基亞等）把PA發(fā)射部分的低通濾波電路用LTCC濾波器來替代之前分立的電容電感電路（簡(jiǎn)稱LC電路），這樣可以大大的減小尺寸，LTCC濾波器作為L(zhǎng)PF（低通濾波器）在電路中的主要作用是用來抑制PA的二次、三次諧波。

另外一個(gè)需求來自巴倫（Balun），巴倫（ Balance-unbalance，BALUN）是英文“平衡－不平衡變換器”縮寫的音譯。它的作用除了平衡－不平衡變換之外，同時(shí)還視乎巴侖的形式、結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行1:1、1:2、1:4等比值的阻抗轉(zhuǎn)換。早期的SAW不能做差分產(chǎn)品，所以在SAW的后面需要接一個(gè)Balun。因此，Balun和LPF基本上是LTCC產(chǎn)品最早的需求來源。當(dāng)時(shí)主要的供應(yīng)商應(yīng)該是村田、TDK。我們從諾基亞早期的手機(jī)產(chǎn)品拆解也可以驗(yàn)證這一點(diǎn)。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，后來出現(xiàn)了CDMA、藍(lán)牙、DECT（無繩電話）、Wi-Fi等通信產(chǎn)品，LTCC的產(chǎn)品應(yīng)用也有所增加，在CDMA里面主要的需求是耦合器，它主要用于耦合部分PA輸出功率反饋到主芯片，用于檢測(cè)/調(diào)整PA的輸出功率。

接著CDMA里面有雙頻（CDMA800/1900）的應(yīng)用，這個(gè)時(shí)候出現(xiàn)了Diplexer（合路器或者頻分器）的需求。在藍(lán)牙里面的需求是Balun（巴倫）和LPF（低通濾波器），也有公司后來把Balun和LPF做到一起，叫做BalancedFilter。

再后來，3G WCDMA來了，為了提高手機(jī)的接收速率，在架構(gòu)中引入了分級(jí)接收的概念，這個(gè)時(shí)候就產(chǎn)生了Diplexer/Triplexer的需求。但是Diplexer/Triplexer又隨著頻段的增加逐漸被射頻開關(guān)所取代，加上Coupler（耦合器）的需求后面基本集成到了PA模塊里面，所以LTCC器件在3G手機(jī)里的需求其實(shí)不多，基本上一臺(tái)手機(jī)上只有2-3pcs，主要來自藍(lán)牙部分的帶通濾波器和PA輸出的低通濾波器。

LTCC元器件市場(chǎng)格局

當(dāng)發(fā)展到4G的時(shí)候，隨著CA的應(yīng)用，LTCC Diplexer的需求再次來到了手機(jī)里面，在5G　Sub－6G頻段里面濾波器的需求增多，LTCC濾波器可以滿足寬頻的應(yīng)用。目前比較高端的5G手機(jī)里面LTCC器件的需求多達(dá)15pcs，如果PA模組內(nèi)部集成IPD濾波器，LTCC器件會(huì)稍微少一點(diǎn)，但5G的天線部分需要用到分頻器（Diplexer），仍需要7-8pcs。

在通信基站里面，LTCC器件的需求其實(shí)一直很少。主要原因是基站的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品少說也要好幾年，同時(shí)需求量也不大，而且基站大廠各自的設(shè)計(jì)不一樣，所以沒有標(biāo)準(zhǔn)的LTCC器件可以供給不同的客戶。

2014年前在基站應(yīng)用里面LTCC的需求的產(chǎn)品主要有巴倫（Balun）和低功率的耦合器(3dB coupler,也叫電橋)，Balun主要用于Mixer（混頻器）和ADC/DAC的部分實(shí)現(xiàn)差分電路功能。耦合器主要用于PA的驅(qū)動(dòng)后端電路，還有就是共用本振的地方，這些地方需要的耦合器都是小功率的產(chǎn)品。因?yàn)檎w需求量不大，基站的設(shè)計(jì)周期又長(zhǎng)，另外頻率，規(guī)格又各不相同，所以關(guān)注這個(gè)市場(chǎng)的LTCC廠家不多，基本上是以Mini-Circuit，Soshin為主要的供應(yīng)商。

另外，基站廠家也發(fā)現(xiàn)可以用LTCC濾波器來替代分立的中頻濾波器（400MHz左右），因?yàn)榛净旧隙加猩献冾l和下變頻電路，在整個(gè)設(shè)計(jì)中，中頻濾波器也是非常多的，但迫于市場(chǎng)沒有合適的產(chǎn)品，各個(gè)廠家都是自己用一大堆電容電感來搭。由于Massive MIMO的采用，Balun的需求也是非常大，所以標(biāo)準(zhǔn)化Balun器件也是基站廠商比較想做的事情。

在基站里面另外一個(gè)LTCC產(chǎn)品不得不提，就是大功率3dB耦合器/電橋，這個(gè)市場(chǎng)Soshin一直耕耘了很多年，主要需求應(yīng)該來自愛立信，但一直無法撼動(dòng)美國(guó)Anaren的PCB形態(tài)的大功率耦合器/電橋市場(chǎng)。后來隨著村田的加入，這個(gè)市場(chǎng)到今天應(yīng)該已經(jīng)基本做到了平分天下了，Anaren后來也被TTM收購(gòu)了。

總結(jié)一下，在基站里面LTCC器件的需求主要是LPF（低通濾波器），BPF（帶通濾波器），Balun（巴倫），小功率coupler/電橋，大功率coupler/電橋，divider（功分器）。

LTCC產(chǎn)品在Wi-Fi里面也是大量應(yīng)用，主要需求的產(chǎn)品為Diplexer和BPF，這個(gè)部分相對(duì)比較簡(jiǎn)單。同時(shí)LTCC產(chǎn)品還有一些小眾市場(chǎng)的需求，比如機(jī)頂盒（主要是MoCA，HomePlug AV形態(tài)的產(chǎn)品），衛(wèi)星接收機(jī)，軍品。因?yàn)樾枨髷?shù)量不大，所以我們就不具體展開討論。

從上面LTCC器件應(yīng)用市場(chǎng)來看，LTCC器件市場(chǎng)估計(jì)全球的需求在65億人民幣左右，其中TDK、村田占據(jù)了大頭，Mini-Circuit的產(chǎn)品銷售數(shù)量少但單價(jià)高，整體銷售金額也不小。除了這幾個(gè)大廠，接下來就是ACX，Soshin，華新科等公司。2021年全球銷售額預(yù)測(cè)如下：

LTCC元器件整個(gè)市場(chǎng)其實(shí)是一個(gè)相對(duì)較小的市場(chǎng)，但是利潤(rùn)非常高，這也是國(guó)內(nèi)很多廠家想進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的原因。

ACX（璟德）是唯一一家只做LTCC產(chǎn)品的臺(tái)灣上市公司，近12個(gè)月毛利率為53%，純利率為32.9%。當(dāng)然我們可以猜測(cè)TDK，村田的毛利率應(yīng)該更高。

目前國(guó)內(nèi)進(jìn)入LTCC行業(yè)的除了以上提到的順絡(luò)，麥捷，還有嘉興佳利，飛特爾等廠家，臺(tái)灣還有國(guó)巨（奇立新），美磊等廠家。

LTCC****元器件行業(yè)趨勢(shì)

LTCC也有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，那就是IPD，但是IPD和LTCC的競(jìng)爭(zhēng)只會(huì)限于模組市場(chǎng)，在這個(gè)市場(chǎng)IPD具有小尺寸，更薄的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，也有國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司走的另外一條路線，就是SPD產(chǎn)品。基于全球市場(chǎng)大概65億人民幣的規(guī)模，村田和TDK又牢牢占據(jù)了消費(fèi)類高端市場(chǎng)，Mini占據(jù)了軍品類高端市場(chǎng)，ACX占據(jù)的是中間市場(chǎng)，這樣在消費(fèi)類市場(chǎng)留下的空間也就12億人民幣左右。其競(jìng)爭(zhēng)激烈程度可想而知。所以對(duì)于要加入這個(gè)賽道的廠家要謹(jǐn)慎，看起來風(fēng)光，實(shí)則滄桑。

既要樂觀，也要客觀。LTCC器件的生產(chǎn)，日本制造廠家已經(jīng)打磨了將近40年了，基于工匠精神的做法，他們對(duì)材料和工藝的理解在全球都是遙遙領(lǐng)先的，這也是為什么村田、TDK牢牢占據(jù)著這個(gè)領(lǐng)域的高端市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)廠家在制造工藝、材料、設(shè)備都還在打磨的階段，這決定了我們只能在低端市場(chǎng)徘徊。進(jìn)軍高端市場(chǎng)應(yīng)該是每個(gè)廠家的目標(biāo)，但到了實(shí)際的產(chǎn)業(yè)里面，想彎道超車是多么的難，沒有腳踏實(shí)地是不可能進(jìn)入高端市場(chǎng)的。

LTCC元器件的發(fā)展基本上有以下幾個(gè)方向：

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一、替代介質(zhì)濾波器，隨著材料和技術(shù)的發(fā)展，LTCC替代部分介質(zhì)濾波器將是一個(gè)趨勢(shì)，國(guó)際大廠已經(jīng)在研發(fā)性能更好的材料，這樣在很多場(chǎng)景應(yīng)該可以用LTCC濾波器來替代介質(zhì)濾波器。

二、往毫米波等更高頻率發(fā)展，LTCC目前可以做到200GHz的頻率，所以這個(gè)也是一個(gè)將來的發(fā)展趨勢(shì)。

三、目前7-24GHz在通信領(lǐng)域應(yīng)用不多，這個(gè)頻段應(yīng)該是將來非常有潛力的頻段，LTCC也是非常適合這個(gè)頻率段，但估計(jì)對(duì)材料、技術(shù)、工藝要求非常高。

此外，LTCC是今后元件制造工藝的一個(gè)趨勢(shì)，集成的趨勢(shì)非常明顯。據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，與其他集成技術(shù)相比，LTCC具有以下特點(diǎn)：

1、根據(jù)配料的不同，LTCC材料的介電常數(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動(dòng)，增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性；陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高Q特性和高速傳輸特性。

2、使用高電導(dǎo)率的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)。

3、制作層數(shù)很高的電路基板，減少連接芯片導(dǎo)體的長(zhǎng)度與接點(diǎn)數(shù)，并可制作線寬小于50μm的細(xì)線結(jié)構(gòu)電路，實(shí)現(xiàn)更多布線層數(shù)，能集成的元件種類多，參量范圍大，易于實(shí)現(xiàn)多功能化和提高組裝密度。

4、可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求，具有良好的溫度特性。

5、與薄膜多層布線技術(shù)具有良好的兼容性，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件。

6、易于實(shí)現(xiàn)多層布線與封裝一體化結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減小體積和重量，提高可靠性、耐高溫、高濕，可以應(yīng)用于惡劣環(huán)境。

7、采用非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，便于基板燒成前對(duì)每一層布線和互連通孔進(jìn)行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本。

寫在最后

全球65億人民幣的市場(chǎng)規(guī)模，不是LTCC濾波器的市場(chǎng)，而是LTCC元器件的市場(chǎng)。目前沒有具體數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計(jì)出LTCC濾波器的市場(chǎng)規(guī)模。

國(guó)內(nèi)LTCC行業(yè)面臨的問題主要是原材料和工藝的問題，也有專家呼吁，國(guó)內(nèi)LTCC產(chǎn)業(yè)上游對(duì)原材料的研究不能停留在能做出樣品、發(fā)表論文上，最終要落實(shí)到產(chǎn)業(yè)化上。