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解析全球聲學(xué)濾波器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

發(fā)布時(shí)間:2018-10-08 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】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、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(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(dá)3.5GHz。
 
解析全球聲學(xué)濾波器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
 
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。
 
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(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%。
 
解析全球聲學(xué)濾波器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
 
圖單晶硅BAW技術(shù)針對(duì)高頻應(yīng)用
 
解析全球聲學(xué)濾波器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
 
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。
 
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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。
 
解析全球聲學(xué)濾波器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
 
圖RF360聲表濾波器、雙工器和多工器的微型化
 
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圖 DSSP封裝圖解
 
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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(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(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(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(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(jiàn)的引線接合。
 
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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(kāi)關(guān)和濾波器。
 
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圖 Qorvo 多模塊組成的 2017 RF Fusion解決方案
 
 
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