中國是全球最大的手機(jī)生產(chǎn)基地，憑借著龐大的終端市場需求，手機(jī)供應(yīng)鏈向中國大陸地區(qū)轉(zhuǎn)移已成產(chǎn)業(yè)趨勢。在5G發(fā)展與中美貿(mào)易戰(zhàn)的大背景下，射頻濾波器作為射頻前端的重要器件，國產(chǎn)化進(jìn)程亟需加快推進(jìn)。射頻濾波器是射頻器件國產(chǎn)化的發(fā)展重點，手機(jī)沒有濾波器意味著通信設(shè)備喪失抗干擾能力，無法保障通信的暢通。

圖1、左藍(lán)微電子TC-SAW雙工器產(chǎn)品圖

作為近年來崛起的國產(chǎn)射頻前端器件企業(yè)，杭州左藍(lán)微電子技術(shù)有限公司(簡稱“左藍(lán)微電子”)近日對外透露，公司研發(fā)的溫度補(bǔ)償型聲表面波(TC-SAW)濾波器關(guān)鍵技術(shù)已取得突破，相關(guān)產(chǎn)品已具備量產(chǎn)條件。這一產(chǎn)品的推出意味著國產(chǎn)化濾波器迎來重要突破，將填補(bǔ)我國在高端射頻濾波器方面的市場空白，打破國外廠商在該領(lǐng)域的壟斷局面。

面向5G頻段的TC-SAW需要打破國外市場壟斷局面

手機(jī)射頻濾波器主流的實現(xiàn)方式是聲表面波濾波器(SAW)和體聲波濾波器(BAW)兩種。BAW性能較好，適用于中高頻段較多，但是工藝復(fù)雜且價格更高，而SAW相對價格較低，但市場上的常規(guī)SAW濾波器不能很好的適用于2GHz以上的頻段：當(dāng)頻率高于約1GHz時，其選擇性降低;在約2.5GHz的頻段，其僅限于對性能要求不高的應(yīng)用，濾波器工作頻率隨外界溫度變化發(fā)生一定漂移。基于這些特性原因，在頻段越來越擁擠的5G時代，常規(guī)SAW不能夠很好地滿足射頻終端對濾波器的要求，研發(fā)具備高頻率、溫度穩(wěn)定性的濾波器成為發(fā)展所需。

圖2、SAW與TC-SAW的結(jié)構(gòu)對比

溫度補(bǔ)償型聲表面波濾波器(Temperature compensated SAW，簡稱：TC-SAW)通過覆著或粘接溫度補(bǔ)償層(如圖2：常規(guī)SAW與TC-SAW的結(jié)構(gòu)對比)對常規(guī)SAW濾波器進(jìn)行性能改進(jìn)，使得器件的頻率溫度系數(shù)(TCF)降至0到-25ppm/℃，較常規(guī)SAW的溫度特性(通常約為-45—-60ppm/℃)有了顯著提升。

由于溫度補(bǔ)償工藝需要加倍的掩模層，器件結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，制造成本相對常規(guī)SAW濾波器有所提高，但仍然明顯低于BAW濾波器。性能和成本的相對優(yōu)勢，使TC-SAW 濾波器在5G時代迎來了良好的發(fā)展機(jī)遇。TC-SAW可被廣泛應(yīng)用于手機(jī)終端、基站、衛(wèi)星通信、智能家居、汽車?yán)走_(dá)、RFID、雷達(dá)系統(tǒng)以及其他無線終端等眾多領(lǐng)域。

射頻前端芯片市場一直由海外寡頭占據(jù)絕對份額，其中TC-SAW產(chǎn)品主要被日系廠商壟斷，相比之下，國內(nèi)射頻芯片公司由于起步較晚、基礎(chǔ)薄弱，較之國際領(lǐng)先企業(yè)在技術(shù)積累、產(chǎn)業(yè)環(huán)境、人才培養(yǎng)、創(chuàng)新能力等方面仍有明顯滯后，與歐美等廠商存在較大差距。目前國內(nèi)廠商目前以生產(chǎn)中低端SAW為主，對于有著更高技術(shù)要求的TC-SAW和BAW，國內(nèi)只有少數(shù)幾家處于技術(shù)研究階段，尤其是TC-SAW的核心技術(shù)，中國市場迫切需要實現(xiàn)本地化供貨和服務(wù)。

左藍(lán)微電子TC-SAW技術(shù)填補(bǔ)國產(chǎn)化產(chǎn)品空白

從2016年開始，左藍(lán)微電子便深度布局射頻前端器件尤其是濾波器這一細(xì)分領(lǐng)域，左藍(lán)團(tuán)隊研發(fā)的TC-SAW濾波器成功通過相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵點的驗證，順利解決常規(guī)聲表面波濾波器溫度特性不佳、頻漂嚴(yán)重等問題，填補(bǔ)了國內(nèi)TC-SAW方面的技術(shù)空白，為我國5G通信的發(fā)展打好堅實的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

圖3、工作模式對比

TC-SAW的工藝方法有兩種類型：溫度補(bǔ)償層法和鍵合片法：溫度補(bǔ)償層法一般采用LN作為基底，SiO2作為溫度補(bǔ)償層，工作模式為Rayleigh波，即縱波和垂直剪切波(L&SV waves)，優(yōu)點是機(jī)電耦合系數(shù)大，缺點是設(shè)計和工藝復(fù)雜;鍵合片法一般是LT+Si基板，工作模式為水平剪切波(SH waves)(如圖3所示)溫度系數(shù)小于常規(guī)SAW，電性能類似于常規(guī)，優(yōu)點是設(shè)計和工藝可借鑒常規(guī)SAW，較為簡單，但是機(jī)電耦合系數(shù)比溫度補(bǔ)償層法小。

左藍(lán)微電子掌握了完整的TC-SAW設(shè)計技術(shù)和完全自主的全套流程設(shè)計方案，通過從諧振器到濾波器精準(zhǔn)的模態(tài)分析設(shè)計，能大幅提高濾波器的溫度性能。對于聲表器件，通過自主開發(fā)的設(shè)計工具，對濾波器的結(jié)構(gòu)參數(shù)快速優(yōu)化，以達(dá)到高性能濾波器的指標(biāo)。

通過優(yōu)化驗證的諧振器設(shè)計，能有效抑制諧波。圖4展示了諧振器優(yōu)化設(shè)計效果：

圖4、優(yōu)化設(shè)計抑制諧波效果

通過實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，諧波得到抑制，諧振器的Q值得到了有效提升。某諧振器測試Q值如下：Qs=1269，Qp=1467，Qmax=1765。結(jié)果如圖5所示：

圖5、某諧振器Q值

通過仿真可以有效模擬表面溫度補(bǔ)償層厚度對于TCF的影響，從而提出工藝優(yōu)化的具體實施途徑。通過設(shè)計仿真和工藝優(yōu)化相結(jié)合，可以制備出具有最佳TCF的TC-SAW濾波器，如圖6所示：

圖6、SiO2厚度與TCF測試結(jié)果的比較

經(jīng)過精準(zhǔn)仿真得到的TC-SAW濾波器，在高低溫下具有優(yōu)良的性能。目前左藍(lán)自主研發(fā)的TC-SAW產(chǎn)品經(jīng)過不斷優(yōu)化，最優(yōu)TCF已達(dá)-15ppm/0C(如圖7所示)，相對于傳統(tǒng)器件，同時實現(xiàn)了小尺寸、低插損、高工作頻率(0.5GHz-3GHz)等優(yōu)點，設(shè)計出的雙工器性能曲線如圖8所示，比肩國際一流水平。

圖7、某濾波器高低溫測試TCF結(jié)果

圖8、TC-SAW雙工器性能曲線

在我國無線寬帶戰(zhàn)略實施和無線通信終端快速發(fā)展的背景下，左藍(lán)微電子TC-SAW系列產(chǎn)品的成功研發(fā)和批量生產(chǎn)將為5G通信提供多模多頻支持，有利于國產(chǎn)高品質(zhì)、低成本的多模多頻移動終端規(guī)?；l(fā)展，目前，該產(chǎn)品已在高通、MTK和展訊等平臺完成性能驗證。國產(chǎn)化TC-SAW的規(guī)?；a(chǎn)，對產(chǎn)業(yè)鏈中射頻元件提供商、終端設(shè)備提供商、設(shè)計廠商和業(yè)務(wù)運(yùn)營商等相關(guān)業(yè)務(wù)發(fā)展有著極大的促進(jìn)作用，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平和高端濾波器的自主可控能力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。