ltcc滤波器失效分析（另类滤波器LTCC）

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）转载自公众号钟林谈芯，作者：Rick Deng，钟林，谢谢。

国产滤波器火了，LTCC也火了，LTCC在此之前沉默了30年。

对于LTCC滤波器，行业开始关注，投资人开始关注，咨询电话纷至沓来。我不懂，但有朋友懂，便找了他，请求帮助，一起写下这篇文章。

Rick Deng曾在村田公司工作了15年，把最美的青春献给了射频行业。在村田负责过天线、开关、SAW滤波器和双工器、LTCC滤波器等产品，曾参与过LTCC元器件产品定义和市场开拓等工作。

LTCC滤波器，不同于SAW和BAW滤波器，材料不同，工艺不同，LTCC因为跟滤波器相关而变得高大上。实际上，LTCC不只是滤波器，还可能是巴伦、耦合器、合路器／频分器。

专业之作，希望能帮到需要之人。

LTCC滤波器不是芯片

芯片热，带热滤波器；滤波器热，带热LTCC，但LTCC滤波器不是芯片。

LTCC技术是于1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形。也可以将多个被动组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃下烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板。

LTCC（低温陶瓷结烧）是广泛用于通讯行业的一种产品，从产品的角度来看主要有两个方向：元器件和基板。而我们今天只谈元器件的部分。

LTCC元器件最早的需求可以追溯到上个世纪90年代的GSM手机，当时的为了缩小尺寸，手机公司（诺基亚等）把PA发射部分的低通滤波电路用LTCC滤波器来替代之前分立的电容电感电路（简称LC电路），这样可以大大的减小尺寸，LTCC滤波器作为LPF（低通滤波器）在电路中的主要作用是用来抑制PA的二次、三次谐波。

另外一个需求来自巴伦（Balun），巴伦（ Balance-unbalance，BALUN）是英文“平衡－不平衡变换器”缩写的音译。它的作用除了平衡－不平衡变换之外，同时还视乎巴仑的形式、结构，可以进行1:1、1:2、1:4等比值的阻抗转换。早期的SAW不能做差分产品，所以在SAW的后面需要接一个Balun。因此，Balun和LPF基本上是LTCC产品最早的需求来源。当时主要的供应商应该是村田、TDK。我们从诺基亚早期的手机产品拆解也可以验证这一点。

随着通信技术的发展，后来出现了CDMA、蓝牙、DECT（无绳电话）、Wi-Fi等通信产品，LTCC的产品应用也有所增加，在CDMA里面主要的需求是耦合器，它主要用于耦合部分PA输出功率反馈到主芯片，用于检测/调整PA的输出功率。

接着CDMA里面有双频（CDMA800/1900）的应用，这个时候出现了Diplexer（合路器或者频分器）的需求。在蓝牙里面的需求是Balun（巴伦）和LPF（低通滤波器），也有公司后来把Balun和LPF做到一起，叫做BalancedFilter。

再后来，3G WCDMA来了，为了提高手机的接收速率，在架构中引入了分级接收的概念，这个时候就产生了Diplexer/Triplexer的需求。但是Diplexer/Triplexer又随着频段的增加逐渐被射频开关所取代，加上Coupler（耦合器）的需求后面基本集成到了PA模块里面，所以LTCC器件在3G手机里的需求其实不多，基本上一台手机上只有2-3pcs，主要来自蓝牙部分的带通滤波器和PA输出的低通滤波器。

LTCC元器件市场格局

当发展到4G的时候，随着CA的应用，LTCC Diplexer的需求再次来到了手机里面，在5G Sub－6G频段里面滤波器的需求增多，LTCC滤波器可以满足宽频的应用。目前比较高端的5G手机里面LTCC器件的需求多达15pcs，如果PA模组内部集成IPD滤波器，LTCC器件会稍微少一点，但5G的天线部分需要用到分频器（Diplexer），仍需要7-8pcs。

在通信基站里面，LTCC器件的需求其实一直很少。主要原因是基站的设计周期长，设计一个产品少说也要好几年，同时需求量也不大，而且基站大厂各自的设计不一样，所以没有标准的LTCC器件可以供给不同的客户。

2014年前在基站应用里面LTCC的需求的产品主要有巴伦（Balun）和低功率的耦合器(3dB coupler,也叫电桥)，Balun主要用于Mixer（混频器）和ADC/DAC的部分实现差分电路功能。耦合器主要用于PA的驱动后端电路，还有就是共用本振的地方，这些地方需要的耦合器都是小功率的产品。因为整体需求量不大，基站的设计周期又长，另外频率，规格又各不相同，所以关注这个市场的LTCC厂家不多，基本上是以Mini-Circuit，Soshin为主要的供应商。

另外，基站厂家也发现可以用LTCC滤波器来替代分立的中频滤波器（400MHz左右），因为基站基本上都有上变频和下变频电路，在整个设计中，中频滤波器也是非常多的，但迫于市场没有合适的产品，各个厂家都是自己用一大堆电容电感来搭。由于Massive MIMO的采用，Balun的需求也是非常大，所以标准化Balun器件也是基站厂商比较想做的事情。

在基站里面另外一个LTCC产品不得不提，就是大功率3dB耦合器/电桥，这个市场Soshin一直耕耘了很多年，主要需求应该来自爱立信，但一直无法撼动美国Anaren的PCB形态的大功率耦合器/电桥市场。后来随着村田的加入，这个市场到今天应该已经基本做到了平分天下了，Anaren后来也被TTM收购了。

总结一下，在基站里面LTCC器件的需求主要是LPF（低通滤波器），BPF（带通滤波器），Balun（巴伦），小功率coupler/电桥，大功率coupler/电桥，divider（功分器）。

LTCC产品在Wi-Fi里面也是大量应用，主要需求的产品为Diplexer和BPF，这个部分相对比较简单。同时LTCC产品还有一些小众市场的需求，比如机顶盒（主要是MoCA，HomePlug AV形态的产品），卫星接收机，军品。因为需求数量不大，所以我们就不具体展开讨论。

从上面LTCC器件应用市场来看，LTCC器件市场估计全球的需求在65亿人民币左右，其中TDK、村田占据了大头，Mini-Circuit的产品销售数量少但单价高，整体销售金额也不小。除了这几个大厂，接下来就是ACX，Soshin，华新科等公司。2021年全球销售额预测如下：

公司	2021销售额（亿人民币）	备注
村田	20	估计
TDK	19	估计
Mini-Circuit	7	估计，大部分来自全球军品市场
ACX	6.4	数据来自财务报表28.46亿台币
Soshin	1.95	数据来自财务报表，34.9亿日元
华新科	2	估计
顺络	1.5	估计，基站市场有一部分业务
麦捷	1.3	估计
佳利	1.1	估计
其他	5	估计，主要来自军品市场

LTCC元器件整个市场其实是一个相对较小的市场，但是利润非常高，这也是国内很多厂家想进入这个行业的原因。

ACX（璟德）是唯一一家只做LTCC产品的台湾上市公司，近12个月毛利率为53%，纯利率为32.9%。当然我们可以猜测TDK，村田的毛利率应该更高。

ltcc滤波器失效分析（另类滤波器LTCC）(1)

ltcc滤波器失效分析（另类滤波器LTCC）(2)

目前国内进入LTCC行业的除了以上提到的顺络，麦捷，还有嘉兴佳利，飞特尔等厂家，台湾还有国巨（奇立新），美磊等厂家。

LTCC元器件行业趋势

LTCC也有竞争对手，那就是IPD，但是IPD和LTCC的竞争只会限于模组市场，在这个市场IPD具有小尺寸，更薄的优势。

当然，也有国内创业公司走的另外一条路线，就是SPD产品。基于全球市场大概65亿人民币的规模，村田和TDK又牢牢占据了消费类高端市场，Mini占据了军品类高端市场，ACX占据的是中间市场，这样在消费类市场留下的空间也就12亿人民币左右。其竞争激烈程度可想而知。所以对于要加入这个赛道的厂家要谨慎，看起来风光，实则沧桑。

既要乐观，也要客观。LTCC器件的生产，日本制造厂家已经打磨了将近40年了，基于工匠精神的做法，他们对材料和工艺的理解在全球都是遥遥领先的，这也是为什么村田、TDK牢牢占据着这个领域的高端市场。国内厂家在制造工艺、材料、设备都还在打磨的阶段，这决定了我们只能在低端市场徘徊。进军高端市场应该是每个厂家的目标，但到了实际的产业里面，想弯道超车是多么的难，没有脚踏实地是不可能进入高端市场的。

LTCC元器件的发展基本上有以下几个方向：

一、替代介质滤波器，随着材料和技术的发展，LTCC替代部分介质滤波器将是一个趋势，国际大厂已经在研发性能更好的材料，这样在很多场景应该可以用LTCC滤波器来替代介质滤波器。

二、往毫米波等更高频率发展，LTCC目前可以做到200GHz的频率，所以这个也是一个将来的发展趋势。

三、目前7-24GHz在通信领域应用不多，这个频段应该是将来非常有潜力的频段，LTCC也是非常适合这个频率段，但估计对材料、技术、工艺要求非常高。

此外，LTCC是今后元件制造工艺的一个趋势，集成的趋势非常明显。据业内专家介绍，与其他集成技术相比，LTCC具有以下特点：

1、根据配料的不同，LTCC材料的介电常数可以在很大范围内变动，增加了电路设计的灵活性；陶瓷材料具有优良的高频、高Q特性和高速传输特性。

2、使用高电导率的金属材料作为导体材料，有利于提高电路系统的品质因数。

3、制作层数很高的电路基板，减少连接芯片导体的长度与接点数，并可制作线宽小于50μm的细线结构电路，实现更多布线层数，能集成的元件种类多，参量范围大，易于实现多功能化和提高组装密度。

4、可适应大电流及耐高温特性要求，具有良好的温度特性。

5、与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性，二者结合可实现更高组装密度和更好性能的混合多层基板和混合型多芯片组件。

6、易于实现多层布线与封装一体化结构，进一步减小体积和重量，提高可靠性、耐高温、高湿，可以应用于恶劣环境。

7、采用非连续式的生产工艺，便于基板烧成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查，有利于提高多层基板的成品率和质量，缩短生产周期，降低成本。