解析全球聲學濾波器技術發展趨勢
發布時間:2018-10-08 責任編輯:lina
【導讀】對dui於yu聲sheng表biao麵mian波bo器qi件jian來lai說shuo,對dui溫wen度du非fei常chang敏min感gan。在zai較jiao高gao溫wen度du下xia,襯chen底di材cai料liao的de硬ying度du易yi於yu下xia降jiang,聲sheng波bo速su度du也ye因yin此ci下xia降jiang。由you於yu保bao護hu頻pin帶dai越yue來lai越yue窄zhai,並bing且qie消xiao費fei設she備bei的de指zhi定ding工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei較jiao大da(通常為-20℃至85℃),因此這種局限性的影響越來越嚴重。
一、TC-SAW
對dui於yu聲sheng表biao麵mian波bo器qi件jian來lai說shuo,對dui溫wen度du非fei常chang敏min感gan。在zai較jiao高gao溫wen度du下xia,襯chen底di材cai料liao的de硬ying度du易yi於yu下xia降jiang,聲sheng波bo速su度du也ye因yin此ci下xia降jiang。由you於yu保bao護hu頻pin帶dai越yue來lai越yue窄zhai,並bing且qie消xiao費fei設she備bei的de指zhi定ding工gong作zuo溫wen度du範fan圍wei較jiao大da(通常為-20℃至85℃),因此這種局限性的影響越來越嚴重。
一種替代方法是使用溫度補償(TC-SAW)濾波器,它是在IDT的結構上另塗覆一層在溫度升高時剛度會加強的塗層。溫度未補償SAW器件的頻率溫度係數(TCF)通常約為-45ppm/℃,而TC-SAW濾波器則降至-15到-25ppm/℃。但由於溫度補償工藝需要加倍的掩模層,所以,TC-SAW濾波器更複雜、製造成本也相對更高。
目前TC-SAW技術越來越成熟,國外大廠基本都有推出相應產品,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,村田開發出克服以往聲表麵波弱點的 I.H.P.SAW(Incredible High Performance-SAW)。村田意將SAW技術發揮到極致(4GHz以下),目前量產的頻率可達3.5GHz。

圖I.H.P.SAW的基本結構
I.H.P.SAW可以實現與BAW相同或高於BAW的特性,並兼具了BAW的溫度特性、高散熱性的優點,具體如下:
(1) 高Q值:在1.9GHz頻帶上的諧振器試製結果顯示,其Q值特性的峰值超過了3000,比以往Qmax為1000左右的SAW得到了大幅度的改善。

(2)低TCF:它通過同時控製線膨脹係數和聲速來實現良好的溫度特性。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後IDT會產生熱量,輸入更大功率則可能因IDT發熱而破壞電極,從而導致故障。 I.H.P.SAW可將電極產生的熱量高效地從基板一側散發出去,可將通電時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定工作。
三、新型體聲波濾波器
目前市麵上的體聲波濾波器基本上基於多晶薄膜工藝。而初創公司Akoustis Technologies, Inc.發明的Bulk ONE? BAW技術是采用單晶AlN-on-SiC諧振器,據稱性能能夠提升30%。

圖單晶矽BAW技術針對高頻應用

Akoustis技術公司(前稱為Danlax,Corp.)是根據美國內華達州法律於2013年4月10日注冊成立,總部設在北卡羅來納州的亨茨維爾。2015年4月15日,公司更名為Akoustis技術公司。2017年3月,登陸納斯達克。
目前Akoustis已經宣布推出了三款商用濾波器產品:第一款是用於三頻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4G LTE和5G移動設備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。
Qorvo的CuFlig互聯技術使用銅柱凸點代替線焊。晶圓級封裝濾波器取消了陶瓷封裝,可以實現尺寸更小,設備更輕薄。

圖CuFlip技術相對於線焊的比較優勢
RF360公司DSSP(Die-Sized SAW Packaging,裸片級聲表封裝)和TFAP技術(Thin-Film Acoustic Packaging,薄膜聲學封裝技術),實現了產品微型化,並可提供2in1,甚至4in1的濾波器模組。
不同產品類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技術的BAW濾波器
五、射頻前端集成化模塊化
國際大廠一直致力於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、匹配電路等一體化的模塊;Qorvo RF Fusion解決方案等。
高通POP3D設計采用先進的3D封裝技術,單一封裝內集成了單芯片多模功率放大器和天線開關(AS),並將濾波器和雙工器集成到一個單一基底中,然後將基底置於基礎組件之上,整合成一個單一的“3D”芯片組組合,從而降低了整體的複雜性,摒棄了當今射頻前端模塊中常見的引線接合。

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)、開關和濾波器。

圖 Qorvo 多模塊組成的 2017 RF Fusion解決方案
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