中國(guó)是全球最大的手機(jī)生產(chǎn)基地，憑借著龐大的終端市場(chǎng)需求，手機(jī)供應(yīng)鏈向中國(guó)大陸地區(qū)轉(zhuǎn)移已成產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。在5G發(fā)展的大背景下，射頻濾波器作為射頻前端的重要器件，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程亟需加快推進(jìn)。射頻濾波器是射頻器件國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展重點(diǎn)，手機(jī)沒(méi)有濾波器意味著通信設(shè)備喪失抗干擾能力，無(wú)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(lái)崛起的國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)“左藍(lán)微電子”)近日對(duì)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(guó)產(chǎn)化濾波器迎來(lái)重要突破，將填補(bǔ)我國(guó)在高端射頻濾波器方面的市場(chǎng)空白，打破國(guó)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(guó)外市場(chǎng)壟斷局面

手機(jī)射頻濾波器主流的實(shí)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(jià)格更高，而SAW相對(duì)價(jià)格較低，但市場(chǎng)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(shí)，其選擇性降低;在約2.5GHz的頻段，其僅限于對(duì)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(lái)越擁擠的5G時(shí)代，常規(guī)SAW不能夠很好地滿足射頻終端對(duì)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(duì)比

溫度補(bǔ)償型聲表面波濾波器(Temperature compensated SAW，簡(jiǎn)稱(chēng)：TC-SAW)通過(guò)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(duì)比)對(duì)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(duì)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(duì)優(yōu)勢(shì)，使TC-SAW 濾波器在5G時(shí)代迎來(lái)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(chē)?yán)走_(dá)、RFID、雷達(dá)系統(tǒng)以及其他無(wú)線終端等眾多領(lǐng)域。

射頻前端芯片市場(chǎng)一直由海外寡頭占據(jù)絕對(duì)份額，其中TC-SAW產(chǎn)品主要被日系廠商壟斷，相比之下，國(guó)內(nèi)射頻芯片公司由于起步較晚、基礎(chǔ)薄弱，較之國(guó)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(guó)內(nèi)廠商目前以生產(chǎn)中低端SAW為主，對(duì)于有著更高技術(shù)要求的TC-SAW和BAW，國(guó)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(guó)市場(chǎng)迫切需要實(shí)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(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品空白

從2016年開(kāi)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(duì)研發(fā)的TC-SAW濾波器成功通過(guò)相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)的驗(yàn)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(wèn)題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)TC-SAW方面的技術(shù)空白，為我國(guó)5G通信的發(fā)展打好堅(jiān)實(shí)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。

圖3、工作模式對(duì)比

TC-SAW的工藝方法有兩種類(lèi)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(diǎn)是機(jī)電耦合系數(shù)大，缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)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(lèi)似于常規(guī)，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)和工藝可借鑒常規(guī)SAW，較為簡(jiǎn)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(jì)技術(shù)和完全自主的全套流程設(shè)計(jì)方案，通過(guò)從諧振器到濾波器精準(zhǔn)的模態(tài)分析設(shè)計(jì)，能大幅提高濾波器的溫度性能。對(duì)于聲表器件，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)工具，對(duì)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(guò)優(yōu)化驗(yàn)證的諧振器設(shè)計(jì)，能有效抑制諧波。圖4展示了諧振器優(yōu)化設(shè)計(jì)效果：

圖4、優(yōu)化設(shè)計(jì)抑制諧波效果

通過(guò)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，諧波得到抑制，諧振器的Q值得到了有效提升。某諧振器測(cè)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(guò)仿真可以有效模擬表面溫度補(bǔ)償層厚度對(duì)于TCF的影響，從而提出工藝優(yōu)化的具體實(shí)施途徑。通過(guò)設(shè)計(jì)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(cè)試結(jié)果的比較

經(jīng)過(guò)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(guò)不斷優(yōu)化，最優(yōu)TCF已達(dá)-15ppm/0C(如圖7所示)，相對(duì)于傳統(tǒng)器件，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了小尺寸、低插損、高工作頻率(0.5GHz-3GHz)等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出的雙工器性能曲線如圖8所示，比肩國(guó)際一流水平。

圖7、某濾波器高低溫測(cè)試TCF結(jié)果

圖8、TC-SAW雙工器性能曲線

在我國(guó)無(wú)線寬帶戰(zhàn)略實(shí)施和無(wú)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(guó)產(chǎn)高品質(zhì)、低成本的多模多頻移動(dòng)終端規(guī)模化發(fā)展，目前，該產(chǎn)品已在高通、MTK和展訊等平臺(tái)完成性能驗(yàn)證。國(guó)產(chǎn)化TC-SAW的規(guī)模化生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈中射頻元件提供商、終端設(shè)備提供商、設(shè)計(jì)廠商和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)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(jí)。

關(guān)于左藍(lán)微

杭州左藍(lán)微電子技術(shù)有限公司是一家高科技企業(yè)，專(zhuān)注于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。該領(lǐng)域前景廣闊，市場(chǎng)容量超過(guò)百億美元，屬于國(guó)際電子市場(chǎng)的主流領(lǐng)域，也是國(guó)家投資的重點(diǎn)方向。公司由半導(dǎo)體和電子工程領(lǐng)域的杰出專(zhuān)家，具有多年經(jīng)驗(yàn)的成功企業(yè)家，高層次人才創(chuàng)立。與加州大學(xué)、清華大學(xué)等全球頂尖的科研機(jī)構(gòu)保持長(zhǎng)期密切的合作，擁有核心專(zhuān)利技術(shù)和一流的實(shí)驗(yàn)室條件。

公司目前重點(diǎn)進(jìn)行微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。利用公司特有的多項(xiàng)極具創(chuàng)新性的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MEMS，SOI技術(shù)工藝，及半導(dǎo)體領(lǐng)域的的設(shè)計(jì)與制造能力，致力于探索開(kāi)發(fā)高性能的的無(wú)線調(diào)諧和射頻前端器件，用以提供低成本高性能的應(yīng)用。包括射頻開(kāi)關(guān)、天線調(diào)諧器、射頻濾波器、雙工器、射頻前端模組等。