淺析聲學(xué)濾波器的技術(shù)發(fā)展趨勢

之前我們曾簡(jiǎn)要分析過(guò)聲學(xué)濾波器市場(chǎng)格局，本文將對聲學(xué)濾波器的技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行闡述。

一、TC-SAW

對于聲表面波器件來(lái)說(shuō)，對溫度非常敏感。在較高溫度下，襯底材料的硬度易于下降，聲波速度也因此下降。由于保護頻帶越來(lái)越窄，并且消費設備的指定工作溫度范圍較大（通常為-20℃至85℃），因此這種局限性的影響越來(lái)越嚴重。

一種替代方法是使用溫度補償（TC-SAW）濾波器，它是在IDT的結構上另涂覆一層在溫度升高時(shí)剛度會(huì )加強的涂層。溫度未補償SAW器件的頻率溫度系數（TCF）通常約為-45ppm/℃，而TC-SAW濾波器則降至-15到-25ppm/℃。但由于溫度補償工藝需要加倍的掩模層，所以，TC-SAW濾波器更復雜、制造成本也相對更高。

目前TC-SAW技術(shù)越來(lái)越成熟，國外大廠(chǎng)基本都有推出相應產(chǎn)品，在手機射頻前端取得不少應用，而國內的工藝仍需要摸索。

二、高頻SAW

普通SAW基本上是2GHz以下，村田開(kāi)發(fā)出克服以往聲表面波弱點(diǎn)的 I.H.P.SAW（Incredible High Performance-SAW）。村田意將SAW技術(shù)發(fā)揮到極致（4GHz以下），目前量產(chǎn)的頻率可達3.5GHz。

圖I.H.P.SAW的基本結構

I.H.P.SAW可以實(shí)現與BAW相同或高于BAW的特性，并兼具了BAW的溫度特性、高散熱性的優(yōu)點(diǎn)，具體如下：

（1） 高Q值 ：在1.9GHz頻帶上的諧振器試制結果顯示，其Q值特性的峰值超過(guò)了3000，比以往Qmax為1000左右的SAW得到了大幅度的改善。

（2）低TCF：它通過(guò)同時(shí)控制線(xiàn)膨脹系數和聲速來(lái)實(shí)現良好的溫度特性。以往SAW的TCF轉換量非常大（約為-40ppm/℃），而 I.H.P.SAW可將其改善至±8ppm/℃以下。

（3）高散熱性：向RF濾波器輸入大功率信號后IDT會(huì )產(chǎn)生熱量，輸入更大功率則可能因IDT發(fā)熱而破壞電極，從而導致故障。 I.H.P.SAW可將電極產(chǎn)生的熱量高效地從基板一側散發(fā)出去，可將通電時(shí)的溫度上升幅度降至以往SAW的一半以下。低TCF和高散熱性?xún)煞N效果，使其在高溫下也能穩定工作。

三、新型體聲波濾波器

目前市面上的體聲波濾波器基本上基于多晶薄膜工藝。而初創(chuàng )公司Akoustis Technologies, Inc.發(fā)明的Bulk ONE? BAW技術(shù)是采用單晶AlN-on-SiC諧振器，據稱(chēng)性能能夠提升30%。

圖單晶硅BAW技術(shù)針對高頻應用

Akoustis技術(shù)公司(前稱(chēng)為Danlax,Corp.)是根據美國內華達州法律于2013年4月10日注冊成立，總部設在北卡羅來(lái)納州的亨茨維爾。2015年4月15日，公司更名為Akoustis技術(shù)公司。2017年3月，登陸納斯達克。

目前Akoustis已經(jīng)宣布推出了三款商用濾波器產(chǎn)品：第一款是用于三頻WiFi路由器應用的商用5.2 GHz BAW RF濾波器；第二款是針對雷達應用的3.8 GHz BAW RF濾波器；第三款AKF -1652是針對未來(lái)4G LTE和5G移動(dòng)設備5.2 GHz BAW RF濾波器

四、封裝微型化

濾波器的封裝微型化主要是指的是采用晶圓級封裝技術(shù)。

Qorvo的CuFlig互聯(lián)技術(shù)使用銅柱凸點(diǎn)代替線(xiàn)焊。晶圓級封裝濾波器取消了陶瓷封裝，可以實(shí)現尺寸更小，設備更輕薄。

圖CuFlip技術(shù)相對于線(xiàn)焊的比較優(yōu)勢

RF360公司DSSP（Die-Sized SAW Packaging，裸片級聲表封裝）和TFAP技術(shù)（Thin-Film Acoustic Packaging，薄膜聲學(xué)封裝技術(shù))，實(shí)現了產(chǎn)品微型化，并可提供2in1，甚至4in1的濾波器模組。

不同產(chǎn)品類(lèi)別的新的標準封裝尺寸：雙工器1.8mm*1.4mm，2in1濾波器：1.5mm*1.1mm，單一濾波器：1.1mm*0.9mm。

圖RF360聲表濾波器、雙工器和多工器的微型化

圖 DSSP封裝圖解

圖 采用TFAP技術(shù)的BAW濾波器

五、射頻前端集成化模塊化

國際大廠(chǎng)一直致力于射頻前端的集成化及模塊化，比如高通RF360方案；Murata將濾波器、RF開(kāi)關(guān)、匹配電路等一體化的模塊；Qorvo RF Fusion解決方案等。

高通POP3D設計采用先進(jìn)的3D封裝技術(shù)，單一封裝內集成了單芯片多模功率放大器和天線(xiàn)開(kāi)關(guān)（AS），并將濾波器和雙工器集成到一個(gè)單一基底中，然后將基底置于基礎組件之上，整合成一個(gè)單一的“3D”芯片組組合，從而降低了整體的復雜性，摒棄了當今射頻前端模塊中常見(jiàn)的引線(xiàn)接合。

圖高通射頻POP 3D設計CMOS前端

Qorvo RFFusion解決方案包含三種模塊化解決方案，實(shí)現高、中、低頻段頻譜區域全覆蓋。各模塊都集成了功率放大器 (PA)、開(kāi)關(guān)和濾波器。

圖 Qorvo 多模塊組成的 2017 RF Fusion解決方案