淺析聲學(xué)濾波器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

之前我們?cè)?jiǎn)要分析過(guò)聲學(xué)濾波器市場(chǎng)格局，本文將對(duì)聲學(xué)濾波器的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述。

一、TC-SAW

對(duì)于聲表面波器件來(lái)說(shuō)，對(duì)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(hù)頻帶越來(lái)越窄，并且消費(fèi)設(shè)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(yán)重。

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

目前TC-SAW技術(shù)越來(lái)越成熟，國(guó)外大廠基本都有推出相應(yīng)產(chǎn)品，在手機(jī)射頻前端取得不少應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)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(dá)3.5GHz。

圖I.H.P.SAW的基本結(jié)構(gòu)

I.H.P.SAW可以實(shí)現(xiàn)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(jié)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)控制線膨脹系數(shù)和聲速來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的溫度特性。以往SAW的TCF轉(zhuǎn)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(hào)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(dǎo)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(cè)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和高散熱性兩種效果，使其在高溫下也能穩(wěn)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(jù)稱性能能夠提升30%。

圖單晶硅BAW技術(shù)針對(duì)高頻應(yīng)用

Akoustis技術(shù)公司(前稱為Danlax,Corp.)是根據(jù)美國(guó)內(nèi)華達(dá)州法律于2013年4月10日注冊(cè)成立，總部設(shè)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(dá)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(yīng)用的商用5.2 GHz BAW RF濾波器；第二款是針對(duì)雷達(dá)應(yīng)用的3.8 GHz BAW RF濾波器；第三款A(yù)KF -1652是針對(duì)未來(lái)4G LTE和5G移動(dòng)設(shè)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(jí)封裝技術(shù)。

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

圖CuFlip技術(shù)相對(duì)于線焊的比較優(yōu)勢(shì)

RF360公司DSSP（Die-Sized SAW Packaging，裸片級(jí)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(xiàn)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)品類別的新的標(biāo)準(zhǔn)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(guó)際大廠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(shè)計(jì)采用先進(jìn)的3D封裝技術(shù)，單一封裝內(nèi)集成了單芯片多模功率放大器和天線開關(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(chǔ)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(fù)雜性，摒棄了當(dāng)今射頻前端模塊中常見的引線接合。

圖高通射頻POP 3D設(shè)計(jì)CMOS前端

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

圖 Qorvo 多模塊組成的 2017 RF Fusion解決方案