最近濾波器很火,，應(yīng)各方要求，寫一篇濾波器的文章，作為一個(gè)不是做濾波器的人來寫濾波器,，誠(chéng)惶誠(chéng)恐,。

　　寫作過程如有偏差,，歡迎批評(píng)指正,，及時(shí)學(xué)習(xí)修改,，秉持客觀公正,，寫好濾波器一系列文章,。

　　濾波器，顧名思義是濾波的器件,，濾波器是不是芯片,？文中將作解釋。常規(guī)來講,，濾波器劃為無源被動(dòng)器件,。

　　射頻濾波器是移動(dòng)通信射頻前端的核心部件之一，在無線通信,、智能傳感,、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景。射頻前端包括開關(guān)（switch）,、低噪聲放大器（LNA）,、功率放大器（PA）、濾波器（Filter）,。不同于PA用于信號(hào)發(fā)射放大,，LNA用于信號(hào)接收放大，開關(guān)用來信號(hào)發(fā)射和接收切換,。濾波器不僅用于信號(hào)接收濾波,，也用于信號(hào)發(fā)射濾波，在射頻前端器件中占據(jù)最大的份額,，約50%,。

　　國(guó)產(chǎn)射頻開關(guān)和LNA封神了，國(guó)產(chǎn)射頻PA站起來了,，但國(guó)產(chǎn)濾波器還處在襁褓之中,。從國(guó)產(chǎn)射頻開關(guān)和PA看到了成功和機(jī)會(huì)，對(duì)國(guó)產(chǎn)濾波器的未來就有了信心和期待,。

　　國(guó)產(chǎn)濾波器要成功,，需要回答好一個(gè)問題：國(guó)產(chǎn)濾波器從哪里來，到哪里去,？

　　國(guó)產(chǎn)濾波器從哪里來

　　為了更好的理解濾波器,，首先帶大家了解國(guó)產(chǎn)濾波器從哪里來,？國(guó)產(chǎn)濾波器主要來自：SAW濾波器、BAW濾波器,、IPD濾波器,、LTCC濾波器。

　　下面從三個(gè)方面來對(duì)國(guó)產(chǎn)濾波器進(jìn)行介紹：

　　SAW濾波器

　　1,、工藝與技術(shù)

　　聲表面波濾波器（SAW Filter）是利用壓電陶瓷,、鉭酸鋰（LiTaO3）或鈮酸鋰（LiNbO3）、石英等壓電石英晶體振蕩器材料的壓電效應(yīng)和聲表面波傳播的物理特性制成的一種換能式無源帶通濾波器,。

　　當(dāng)壓電基材選定之后,，SAW濾波器的工作頻率則由IDT電極條寬度所決定，IDT電極條愈窄,，頻率愈高,。采用半導(dǎo)體0.35~0.42μm級(jí)的精細(xì)加工工藝，可制作出10M~2GHz的SAW濾波器,。

　　在固態(tài)材料中,，交替的機(jī)械形變會(huì)產(chǎn)生3,000至12,000米/秒速度的聲波。在聲濾波器內(nèi),，對(duì)聲波進(jìn)行導(dǎo)限以產(chǎn)生極高品質(zhì)因數(shù)（Q值可達(dá)數(shù)千）的駐波（standing waves）。這些高Q值的諧振是聲濾波器的頻率選擇性和低損耗特性的基礎(chǔ),。

　　目前,，國(guó)產(chǎn)濾波器選擇鉭酸鋰（LiTaO3）或鈮酸鋰（LiNbO3）材料來做壓電基板。

　　2,、性能與產(chǎn)品

　　SAW濾波器的主要性能參數(shù)：中心頻率,、通帶寬度（帶寬）、通帶波紋,、阻帶抑制,、矩形系數(shù)、群時(shí)延波動(dòng),、插入損耗,。

　　SAW濾波器有局限性。高于約1GHz時(shí),，其選擇性降低,；在約2.5GHz，其使用僅限于對(duì)性能要求不高的應(yīng)用,。SAW器件易受溫度變化的影響,，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,，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、制造成本也更高,，但仍比體聲波（BAW）濾波器便宜,。

　　SAW濾波器又分為RX SAW濾波器、TX SAW濾波器,、SAW雙工器,、SAW四工器、TC-SAW濾波器等,。

　　3,、成本與模式

　　SAW所需基片材料價(jià)格較貴，對(duì)基片的定向,、切割,、研磨、拋光和制造工藝要求高,，對(duì)基片結(jié)晶工藝苛刻和制造精度要求嚴(yán),。

　　SAW濾波器制作在晶圓上，可以低成本進(jìn)行批量生產(chǎn),。SAW技術(shù)還支持將用于不同頻段的濾波器和雙工器整合在單一芯片上,，且僅需很少或根本不需額外的工藝步驟。

　　SAW濾波器主流是IDM模式,，也有少數(shù)廠家選擇代工模式,。

　　BAW濾波器

　　1、工藝與技術(shù)

　　體聲波濾波器（BAW Filter）結(jié)構(gòu)有SMR（Solidly Mounted Resonator）和FBAR （membrane type和airgap type）,。相比SAW filter, 聲波在BAW filter物體內(nèi)傳播（縱波或橫波）,。Membrane Type是從襯底后面刻蝕到表面（也就是bottom electrode面），形成懸浮的薄膜（thin film）和腔體（cavity）,。Airgap type在制作壓電層之前沉積一個(gè)輔助層（sacrificial support layer）,，最后再把輔助層去掉，在震蕩結(jié)構(gòu)下方形成air gap,。

　　Qorvo做的是SMR結(jié)構(gòu)的BAW,，博通做的是FBAR結(jié)構(gòu)的BAW，因此FBAR只是BAW的一種,。BAW是工藝和技術(shù),，不是產(chǎn)品。BAW濾波器才是產(chǎn)品,。

　　BAW filter更適合于2.5GHz以上的頻率,，BAW filter的制造工藝也非常符合現(xiàn)有的IC制造工藝，適合和其他的有源電路做整體的工藝集成,。在BAW濾波器大顯身手的高頻,，其壓電層的厚度必須在幾微米量級(jí),，因此，要在載體基板上采用薄膜沉積和微機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)諧振器結(jié)構(gòu),。

　　BAW的生產(chǎn)工藝跟MEMS工藝很相似,，F(xiàn)abless模式比做SAW濾波器更可行。

　　2,、性能與產(chǎn)品

　　BAW濾波器相對(duì)SAW濾波器來說性能更好一些,，Q值高，相位噪聲,、體積小等,。此外，即便在高寬帶設(shè)計(jì)中,，BAW對(duì)溫度變化也不那么敏感,，同時(shí)它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊（filter skirt）。

　　而且,，兩種類型BAW濾波器的聲能密度都很高,、其結(jié)構(gòu)都能很好地導(dǎo)限聲波，它們的損耗都非常低,。在微波頻率,，BAW可實(shí)現(xiàn)的Q值、在可比體積下,、比任何其它類型的濾波器都高,，可達(dá)2500@2GHz。這使得它有極好的抑制和插入損耗性能,。

　　所以，頻率較高時(shí),，如3GHz時(shí),，一般采用BAW濾波器，而當(dāng)頻率在1900MHz以下時(shí),，通常采用SAW濾波器就能夠滿足要求,。

　　BAW濾波器分為RX/TX BAW濾波器、BAW雙工器,、BAW四工器,。

　　3、成本與模式

　　雖然BAW濾波器相對(duì)SAW濾波器來說性能更好,，但加工起來更難,，屬于超精細(xì)加工。BAW濾波器所需的制造工藝步驟是SAW濾波器的好幾倍,，SAW濾波器一般是4英寸或6英寸晶圓,，但BAW濾波器主流是8英寸晶圓，每片晶圓產(chǎn)出的BAW濾波器也多了約4倍,。即便如此,，BAW濾波器的成本仍高于SAW濾波器。

　　可以看出,，相比SAW濾波器建產(chǎn)線,，BAW濾波器投入要大很多，國(guó)內(nèi)做BAW濾波器,，F(xiàn)abless模式是更好的選擇,。

　　IPD濾波器

　　1、工藝與技術(shù)

　　IPD全稱為Integrated Passive Devices,，是半導(dǎo)體無源器件技術(shù),，可以用來制作LC濾波電路，所制成的濾波器稱為IPD濾波器

　　一種集成LC低通濾波器制作工藝為通過光刻,、金屬沉積,、干法刻蝕、高溫氧化將電感和電容刻蝕在硅基板上,，電感和電容之間通過引線孔光刻方式實(shí)現(xiàn)連接,；利用通孔和PCB載板接合封裝。

　　另外還可以利用基于高電阻硅平臺(tái)的工藝實(shí)現(xiàn)高Q值集成無源器件（IPD）,。

　　2,、性能與產(chǎn)品

　　IPD的帶外抑制性能上不能跟SAW和BAW濾波器相比，可以用在對(duì)帶外抑制陡峭程度不高的場(chǎng)景,，比如3GHz以上頻段,。

　　3、成本與模式

　　基于不同的工藝平臺(tái),，成本也不一樣,；由于制作工藝基于半導(dǎo)體工藝，需要制作光罩來生產(chǎn),，所以在量較少的情況下成本較高,，在大規(guī)模批量生產(chǎn)時(shí)成本會(huì)明顯降低。

　　IPD濾波器不會(huì)有IDM模式,，更多采用Fabless制作,，或者作為IPD技術(shù)集成在其他芯片電路中。

　　LTCC濾波器

　　1,、工藝與技術(shù)

　　LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）即低溫共燒結(jié)陶瓷,，是1982年由美國(guó)休斯公司開發(fā)出的新型材料技術(shù)。LTCC是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔,、微孔注漿,、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個(gè)無源器件嵌入其中進(jìn)行疊壓,，最后在1000℃以下進(jìn)行燒結(jié),，從而形成LTCC無源器件。

　　2,、性能與產(chǎn)品

　　LTCC制成的濾波器包括帶通,、高通和低通濾波器三種。頻率則從數(shù)10MHz直到5.8GHz,。LTCC濾波器過渡帶可以做的很大,，帶內(nèi)插損小，但與IPD濾波器相同,，同樣無法做到帶外陡峭抑制,。

　　3、成本與模式

　　成本是前面介紹的濾波器中最低的,，都是IDM模式,。因?yàn)楣に囅嘟饕亲鲭娙莸谋粍?dòng)器件公司在做LTCC,，加之LTCC工藝跟半導(dǎo)體工藝沒有什么關(guān)系,，沒有代工模式一說。

　　國(guó)產(chǎn)濾波器到哪里去

　　世間萬物,，蕓蕓眾生,，不同來處，各自去處,。把濾波器混為一談,，很難理解和理清國(guó)產(chǎn)濾波器到底要何去何從。這幾種濾波器在工藝,、生產(chǎn)設(shè)備,、技術(shù)和成本上差異較大，無法殊途同歸,。因此，不同工藝的濾波器就決定了各自的應(yīng)用和市場(chǎng)定位,。

　　隨著5G的到來,，射頻前端產(chǎn)業(yè)最大的受益者將是濾波器。濾波器產(chǎn)值占比從3G終端的33%提升到全網(wǎng)通LTE終端的54%,，預(yù)計(jì)到2023年將提升至66%,；SAW濾波器在4G和5G時(shí)代都會(huì)是最主要的濾波器。目前70%-80%的市場(chǎng)是SAW濾波器，20%-30%的市場(chǎng)是BAW濾波器和LTCC/IPD濾波器,；5G疊加更多頻段,，濾波器數(shù)量和高端化需求更高。5G時(shí)代,，濾波器不僅數(shù)量大幅增加,，而且會(huì)進(jìn)一步集成化和小型化。

　　下面介紹不同工藝濾波器的應(yīng)用和市場(chǎng)機(jī)會(huì),，濾波器主要應(yīng)用于無線通訊領(lǐng)域,，包括智能手機(jī)、路由器,、通信基站,、物聯(lián)網(wǎng)無線終端等。在這些應(yīng)用中,，預(yù)估70%以上的濾波器應(yīng)用在智能手機(jī)市場(chǎng),。無線路由器的量不小，但需要用到濾波器的產(chǎn)品不多,；通信基站必須采用濾波器,，但需求量不大；近距離物聯(lián)網(wǎng)無線終端市場(chǎng)碎片化,，雖然總體量很大,，但單個(gè)產(chǎn)品上可能不用濾波器，主芯片上集成了LC濾波電路,；蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)所用濾波器與手機(jī)市場(chǎng)方案基本相同,。

　　隨著智能手機(jī)支持的頻段數(shù)目不斷上升，每一個(gè)頻段需要自己的濾波器,，因此濾波器的需求數(shù)量也在不斷上升,。4G智能手機(jī)中需要用到的濾波器數(shù)量可達(dá)30余個(gè)。而到了 5G 時(shí)代,，手機(jī)需要支持的頻段甚至?xí)_(dá)到 91個(gè)以上,，由于一個(gè)頻段通常需要兩個(gè)濾波器，所以單部智能手機(jī)的濾波器使用量將超過百個(gè),。在5G手機(jī)中,，SAW濾波器、BAW濾波器,、LTCC濾波器的機(jī)會(huì)都在增多,，但大部分的份額還是屬于SAW濾波器。

　　SAW濾波器

　　SAW濾波器由于成本適中,，性能較好,，應(yīng)用廣泛,，成為濾波器的主體。SAW濾波器只能做帶通濾波器,，而且是窄帶濾波器,。

　　RX SAW濾波器幾乎適用于智能手機(jī)的所有接收頻段，TX SAW濾波器一般用于的頻段有n41,、B41,、B40、B1,、B5,、B7、B8,、B39,、B28。

　　TC-SAW濾波器用于頻段B2,、B3,、B28、B8,。IHP-SAW濾波器是村田的高端特有工藝,，由于手機(jī)旗艦機(jī)對(duì)濾波要求高，用來跟BAW濾波器來爭(zhēng)搶市場(chǎng),，應(yīng)用于頻段n41,、B40、B41以及WiFi,。

　　BAW濾波器

　　BAW濾波器也是跟SAW一樣,，是窄帶帶通濾波器，一般應(yīng)用于高頻段,。BAW濾波器成本高,，但性能好，用于手機(jī)旗艦機(jī)的n41,、B40,、B3以及WiFi頻段。也很好地滿足了5G頻段n42,、n52的需求,。隨著手機(jī)開放4.9GHz頻段，為了防止5.8G WiFi頻段的信號(hào)干擾,，也會(huì)采用BAW濾波器技術(shù),。

　　IPD濾波器

　　因其IPD技術(shù)和生產(chǎn)工藝本身的原因，IPD濾波器作為分立器件的存在的市場(chǎng)空間很小,，更多是集成在芯片上。

　　在市場(chǎng)上，也有公司利用IPD技術(shù)做合路器,、分頻器,、帶通濾波器等，但不會(huì)成為主流應(yīng)用,。

　　LTCC濾波器

　　LTCC濾波器可以做低通濾波器,、高通濾波器、也可以作為帶通濾波器,。由于LTCC濾波器沒有陡峭的濾波器裙邊（filter skirt）,，所以作為帶通濾波器只能應(yīng)用于比較獨(dú)立的頻段，或者跟其他頻段相隔比較遠(yuǎn),。

　　LTCC濾波器主要應(yīng)用于手機(jī),、Cat.1、NB-IoT,、5G基站和等消費(fèi)類電子,。因?yàn)閷掝l，n77/78/79頻段只能采用LTCC濾波器,。5.8G WiFi帶寬比較寬,，一般采用LTCC濾波器，以后WiFi6 E,，更只能采用LTCC濾波器,。

　　國(guó)產(chǎn)濾波器發(fā)展的幾點(diǎn)思考

　　了解了濾波器從哪里來，應(yīng)該到哪里去,，國(guó)產(chǎn)濾波器的發(fā)展就有了方向和目標(biāo),。SAW和BAW濾波器涉及到聲學(xué)、電磁材料,、半導(dǎo)體工藝,，又緊密關(guān)聯(lián)到EDA、設(shè)計(jì)和封裝,。做濾波器是一個(gè)完整的系統(tǒng)工程,，這個(gè)系統(tǒng)工程又不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化流程，更多的是定制化,。

　　由于個(gè)人對(duì)國(guó)產(chǎn)濾波器的盡調(diào)和認(rèn)知有一定的局限性,，下面觀點(diǎn)不一定客觀正確，就當(dāng)一家之言,，僅供參考,。

　　1、市場(chǎng)錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)是國(guó)產(chǎn)濾波器的過渡階段

　　市場(chǎng)有一種說法：BAW濾波器搶SAW濾波器的市場(chǎng),。除了IHP-SAW濾波器在未來跟BAW濾波器會(huì)有一些競(jìng)爭(zhēng),，理論上來講,，不同工藝的濾波器是不會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)的。從成本上來看,，BAW工藝是最貴的,，SAW其次，LTCC最便宜,。

　　不管如何,，市場(chǎng)錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)只是國(guó)產(chǎn)濾波器的過渡階段，國(guó)產(chǎn)濾波器的發(fā)展需要這個(gè)階段,。產(chǎn)品要驗(yàn)證,，EDA要成熟，工藝要摸索和完善,，技術(shù)要升級(jí),，必須通過產(chǎn)品在市場(chǎng)上跑起來，國(guó)產(chǎn)濾波器整個(gè)系統(tǒng)工程才能運(yùn)轉(zhuǎn)起來和不斷優(yōu)化,。

　　市場(chǎng)也有一個(gè)認(rèn)識(shí)和接受國(guó)產(chǎn)濾波器的過程,，不能一開始就追求高性能，上高端產(chǎn)品,。更不能認(rèn)為Q值高就是高端濾波器,，Q值對(duì)實(shí)際濾波效果影響倒不大，濾波器中的Q表示品質(zhì)因數(shù),，定義Q=中心頻率÷濾波器帶寬,。對(duì)于濾波器，Q值越高,，意味著帶寬越窄,；Q值越高，其頻率響應(yīng)的波形就顯得越尖銳,。

　　2,、國(guó)產(chǎn)濾波器因工藝而選擇不同運(yùn)營(yíng)模式

　　選擇LTCC工藝來做濾波器，那就只有IDM模式,。

　　選擇SAW工藝來做濾波器,，有IDM模式和fabless模式，全球能做SAW濾波器代工的企業(yè)很少,，聽到比較多是Wavetek,、WIN、NJRC,。但產(chǎn)能有限,，工藝適應(yīng)難度大。濾波器的設(shè)計(jì)需要緊密配合材料和工藝,，加上EDA需要跟工藝的PDK匹配起來,，而濾波器沒有通用好使的EDA軟件,，需要濾波器企業(yè)自己開發(fā)適合自己工藝的EDA軟件。所以對(duì)SAW濾波器,，建自己的生產(chǎn)線是更好選擇,。國(guó)內(nèi)SAW濾波器一般是4英寸線，據(jù)說40KKpcs/M產(chǎn)能,，需要投資2億元，這是國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司可以承受的,。

　　另外,，目前國(guó)內(nèi)SAW濾波器設(shè)計(jì)能力還比較低，產(chǎn)品都處于低端,，這一塊的價(jià)格又殺的很厲害,。沒有自己的生產(chǎn)線，成本上很難有競(jìng)爭(zhēng)力,。

　　而對(duì)于BAW濾波器就不一樣了,，前面介紹過，BAW工藝比SAW工藝復(fù)雜很多,，采用的MEMS制造工藝也非常符合現(xiàn)有的IC制造工藝,。如果建設(shè)8英寸的MEMS工藝制造線，那資金投入將比SAW工藝高多了（SAW最大6英寸）,。BAW的研發(fā)周期會(huì)比SAW更長(zhǎng),，要規(guī)避的國(guó)外專利也更多，技術(shù)上需要很長(zhǎng)時(shí)間去積累和突破,。作為一個(gè)創(chuàng)業(yè)公司來說,，沒有能力去維護(hù)一個(gè)工廠的運(yùn)營(yíng)。所以,，更理性地來看,，國(guó)內(nèi)的BAW濾波器企業(yè)都集中到晶圓代工廠去調(diào)試工藝和產(chǎn)線，幫助晶圓廠工藝成熟,，最后把EDA軟件也一起完善成熟,，最后比拼的就是各自濾波器企業(yè)的設(shè)計(jì)能力。

　　3,、對(duì)國(guó)產(chǎn)濾波器產(chǎn)業(yè)堅(jiān)守長(zhǎng)期主義價(jià)值觀

　　在射頻前端里,，最難做的就是濾波器。濾波器比PA難,，PA比LNA難,，LNA比開關(guān)難。PA難在設(shè)計(jì)上的不確定,，需要根據(jù)每次的流片測(cè)試結(jié)果來修改電路和不斷調(diào)試,。濾波器不僅在設(shè)計(jì)上不確定,，在工藝上也不確定，不是設(shè)計(jì)上有多難,，是不確定的地方太多,，需要反復(fù)的摸索和修正。

　　這就導(dǎo)致每設(shè)計(jì)一款濾波器產(chǎn)品需要很長(zhǎng)的時(shí)間,，如果考慮到創(chuàng)新,，繞過國(guó)外的專利版權(quán)，那時(shí)間就更長(zhǎng)了,。所以,，要把國(guó)產(chǎn)濾波器做起來，必須要堅(jiān)守長(zhǎng)期主義價(jià)值觀,。

　　結(jié)語(yǔ)

　　國(guó)產(chǎn)濾波器要做好,，需要更多優(yōu)秀的專業(yè)人才參與其中。從EDA軟件開發(fā),，到濾波器設(shè)計(jì),，再到材料和工藝的研發(fā)，每一步都需要踏踏實(shí)實(shí)走下來,。歡迎有志之士一起加入,，改寫國(guó)產(chǎn)濾波器的未來。

　　前途是光明的,，道路是曲折的,。戒急戒躁，砥礪前行,！