金刚石因其具备的一系列优异的性能，在电学、声学、光学、热学诸多下游领域具备较好的应用前景，甚至被业内誉为“半导体终端材料”。本文就金刚石基滤波器在滤波器这个赛道是否具备弯道超车的机会进行剖析。
金刚石材料简介
金刚石是通过人工模拟天然金刚石结晶条件和生长环境采用科学方法合成出来的金刚石晶体，其合成方法主要为高温高压法（HTHP）和化学气相沉积法（CVD）。
人造金刚石既是先进无机非金属材料，也是国家支持和鼓励的新兴功能材料。
金刚石性能如下：
图1 金刚石材料性能对比（参考资料：DT半导体）
金刚石具有的优良性能具体如下：
电学方面：超宽的带隙，超高的击穿场强，高电子和空穴迁移率，有望成为“终极半导体”；
光学方面：金刚石可透过从远红外到紫外小于带隙能量的光子；
热学方面：其导热性超过铜，因此金刚石具有跨领域应用的潜力；
声学方面：金刚石在所有材料中具有最高的表面声波速度和极高的杨氏模量。
金刚石基射频滤波器主要发挥金刚石声学方面的优良性能，是一种利用金刚石材料制作的高频滤波器芯片，其工作频率范围在2GHz至10GHz之间，主要利用金刚石极高表面声波速度，高介电常数和低损耗特性，对不同频率的信号进行选择性地传输或抑制。理论上，是有望提供滤波器这一赛道的国产替代方案。
1、滤波器赛道绝对体量大，国产替代机遇好。
2023年全球滤波器市场已超千亿，国内市场占比将近50%，是手机射频前端价值量最高、增长最快的单品器件，且依然保持年均10%以上的增长。
手机市场方面，平均1部手机对应20颗以上BAW高频滤波器芯片，目前市场需求每年至少30亿颗高频芯片。4G、5G手机对高频芯片需求分别约为50亿、300亿，未来的6G市场具有巨大潜力将会超过5G。
另外，其他通讯领域行业包括智能穿戴、智能家居、5G基站、军工等也有数百亿规模且处于爆发的前夕，具有极大的潜力。
2020年滤波器市场规模约为150亿美元（折合1043亿元）。到2025年，射频前端市场规模将达到400亿美元，滤波器市场规模将达到280亿美元。
图2 2016年-2025年滤波器市场空间（亿美元）
滤波器的种类多样（介质滤波器、LC滤波器、SAW滤波器、BAW滤波器等），目前手机中使用的主流滤波器主要有声表面波滤波器（SurfaceAcoustic Wave，SAW）和体声波滤波器（BulkAcousticWave，BAW）。SAW滤波器中又包括一般的SAW、TC-SAW、IHP-SAW等。BAW则可细分为BAW-SMR、FBAR、XBAR滤波器等。SAW主要应用于中低频、BAW应用于高频。
滤波器核心的参数指标包括频率、带宽、Q值、插入损耗、耐功率等。在目前的通讯协议中，不同频带间的频率差越来越小，因此对于滤波器的信号选择性要求极高，让通带内的信号通过并阻挡通带外的信号。
Q越大，则滤波器可以实现越窄的通带带宽，也就是说可以实现较好的选择性。除了品质因数Q之外，插入损耗也是重要参数。插入损耗是指通带信号被滤波器的衰减，即信号功率损耗。插入损耗有1dB，则信号功率被衰减20%；当插入损耗到达3dB时，则信号功率被衰减了50%。而在4G时代，信号功率放大并不简单，低插入损耗对射频信号的处理非常重要。
正是因为这些特性，SAW/BAW滤波器凭借优良频带选择性、高Q值、低插入损耗等特性成为射频滤波器的主流技术。SAW/BAW滤波器在未来5-10年将是射频前端滤波系统中渗透率最高的技术。
SAW滤波器是当前消费电子产品大规模使用的滤波器元件，其成本和复杂程度较低，主要适用于低频段通讯。而BAW滤波器价格稍高，主要应用于高频段通讯。
图3 射频滤波器的主要技术路线及产品特点
射频滤波器技术壁垒高，竞争格局以美日企业为主：高端的BAW滤波器主要供应商被 Avago （收购博通）及 Qorvo（Triquint）垄断，两者占有 90%以上市场份额，中低端SAW滤波器的主要供应商是日本Murata及TDK，两者合计占有60-70%市场份额。
国产滤波器替代率只有5%左右，出口几乎为零，替代空间巨大。目前滤波器赛道还没有一家上市公司。横向对比射频前端其他部件，PA单机价值量不到滤波器的三分之一，已经有数家企业成功上市。
参考资料：中国产业信息网、长江证券研究所、金智创新行研中心
2、金刚石基路线有望实现滤波器赛道的弯道超车。
目前手机中使用的主流滤波器主要有声表面波滤波器（SAW）和体声波滤波器（BAW）。SAW工艺简单、成本低主要应用于中低频（2.5GHz以下），BAW工艺难度高，成本高，主要应用于高频（3GHz以上）。
传统的SAW解决方案因为材料限制，目前无法突破3.5GHz，目前中低频率的SAW市场竞争已属红海。BAW的技术路径一方面技术难度大，成本高，另外受限国外专利封锁。
滤波器本质逻辑是材料而非半导体设计，除非材料体系有根本变化，原有技术路线国内已难以超越海外。目前国内已有公司利用金刚石材料声波传输速度快的特点，研发新型结构的金刚石基滤波器芯片（SAW），性能方面可以达到BAW的标准，且工艺简单，成本低的特点，可作为国产化的替代方案，实现弯道超车。
理论上，金刚石基滤波器是有望帮助国内企业实现弯道超车，但其中也存在一些难点和不确定性，比如技术上金刚石基薄膜的制备，产业化上量产的稳定性及成本优势，商业化下游终端客户方案替代的不确定性。
但目前国内已成功研制金刚石基滤波器芯片，并有望实现金刚石基滤波器芯片低成本量产的标的，还是值得重点关注。
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