近来滤波器很火，应各方要求，写一篇滤波器的文章，作为一个不是做滤波器的人来写滤波器，坐卧不宁。

写作历程若有毛病，接待批判指正，准时进修修改，秉持客观公平，写好滤波器一系列文章。

滤波器，顾名思义是滤波的器件，滤波器是不是芯片？文中将作解说。通例来讲，滤波器划为无源被动器件。

射频滤波器是移动通讯射频前真个焦点部件之一，在无线通讯、智能传感、物联网等范畴具有极其遍及的应用远景。射频前端包罗开关（switch）、低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、滤波器（Filter）。差别于PA用于信号放射放大，LNA用于信号吸收放大，开关用来信号放射和吸收切换。滤波器不但用于信号吸收滤波，也用于信号放射滤波，在射频前端器件中据有最大的份额，约50%。

国产射频开关和LNA封神了，国产射频PA站起来了，但国产滤波器还处在襁褓之中。从国产射频开关和PA看到了乐成和时机，对国产滤波器的将来就有了信念和期望。

国产滤波器要乐成，必要答复好一个题目：国产滤波器从那边来，到那边去？

国产滤波器从那边来

为了更好的了解滤波器，起首带家人们相识国产滤波器从那边来？国产滤波器重要来自：SAW滤波器、BAW滤波器、IPD滤波器、LTCC滤波器。

下面从三个方面来对国产滤波器举行先容：

SAW滤波器

1、工艺与技能

声外貌波滤波器（SAW Filter）是使用压电陶瓷、钽酸锂（LiTaO₃）或铌酸锂（LiNbO₃）、石英等压电石英晶体振荡东西料的压电效应和声外貌波流传的物理特性制成的一种换能式无源带通滤波器。

当压电基材选定之后，SAW滤波器的事情频率则由IDT电极条宽度所决定，IDT电极条愈窄，频率愈高。采纳半导体0.35~0.42μm级的精致加工工艺，可制作出10M~2GHz的SAW滤波器。

在固态质料中，瓜代的机器形变会孕育发生3,000至12,000米/秒速率的声波。在声滤波器内，对声波举行导限以孕育发生极高品格因数（Q值可达数千）的驻波（standing waves）。这些高Q值的谐振是声滤波器的频率选择性和低消耗特性的底子。

现在，国产滤波器选择钽酸锂（LiTaO₃）或铌酸锂（LiNbO₃）质料来做压电基板。

2、性能与产物

SAW滤波器的重要性能参数：中间频率、通带宽度（带宽）、通带波浪、阻带按捺、矩形系数、群时延颠簸、插入消耗。

SAW滤波器有范围性。高于约1GHz时，其选择性低落；在约2.5GHz，其利用仅限于对性能要求不高的应用。SAW器件易受温度改变的影响，一种替换要领是利用温度赔偿（TC-SAW）滤波器。它是在IDT的布局上另涂覆一层在温度升高时刚度会增强的涂层，但因为温度赔偿工艺必要更加的掩模层，以是，TC-SAW滤波器更庞大、制造本钱也更高，但仍比体声波（BAW）滤波器廉价。

SAW滤波器又分为RX SAW滤波器、TX SAW滤波器、SAW双工器、SAW四工器、TC-SAW滤波器等。

3、本钱与模式

SAW所需基片质料代价较贵，对基片的定向、切割、研磨、抛光和制造工艺要求高，对基片结晶工艺苛刻和制造精度要求严。

SAW滤波器制作在晶圆上，可以低本钱举行批量生产。SAW技能还支持将用于差别频段的滤波器和双工器整合在单一芯片上，且仅需很少或基础不需分外的工艺步调。

SAW滤波器主流是IDM模式，也有少数厂家选择代工模式。

BAW滤波器

1、工艺与技能

体声波滤波器（BAW Filter）布局有SMR(Solidly Mounted Resonator)和FBAR (membrane type和airgap type)。相比SAW filter, 声波在BAW filter物体内流传(纵波或横波)。Membrane Type是从衬底背面刻蚀到外貌(也便是bottom electrode面)，形成悬浮的薄膜(thin film)和腔体(cavity)。Airgap type在制作压电层之前沉积一个帮助层(sacrificial support layer)，最终再把帮助层去失，在震动布局下方形成air gap。

Qorvo做的是SMR布局的BAW，博通做的是FBAR布局的BAW，是以FBAR只是BAW的一种。BAW是工艺和技能，不是产物。BAW滤波器才是产物。

BAW filter更得当于2.5GHz以上的频率，BAW filter的制造工艺也非常切合现有的IC制造工艺，得当和其他的有源电路做团体的工艺集成。在BAW滤波器大显技艺的高频，其压电层的厚度一定在几微米量级，是以，要在载体基板上采纳薄膜沉积和微机器加工技能实现谐振器布局。

BAW的生产工艺跟MEMS工艺很相似，Fabless模式比做SAW滤波器更可行。

2、性能与产物

BAW滤波器相对SAW滤波器来说性能更好一些，Q值高，相位噪声、体积小等。别的，即便在高宽带设计中，BAW对温度改变也不那么敏感，同时它还具有极低的消耗和非常陡峭的滤波器裙边（filter skirt）。

并且，两种范例BAW滤波器的声能密度都很高、其布局都能很好地导限声波，它们的消耗都非常低。在微波频率，BAW可实现的Q值、在可比体积下、比任何别的范例的滤波器都高，可达[email protected]。这使得它有极好的按捺和插入消耗性能。

以是，频率较高时，如3GHz时，普通采纳BAW滤波器，而当频率在1900MHz以下时，通常采纳SAW滤波器就可以或许餍足要求。

BAW滤波器分为RX/TX BAW滤波器、BAW双工器、BAW四工器。

3、本钱与模式

固然BAW滤波器相对SAW滤波器来说性能更好，但加工起来更难，属于超精致加工。BAW滤波器所需的制造工艺步调是SAW滤波器的好几倍，SAW滤波器普通是4英寸或6英寸晶圆，但BAW滤波器主流是8英寸晶圆，每片晶圆产出的BAW滤波器也多了约4倍。即便云云，BAW滤波器的本钱仍高于SAW滤波器。

可以看出，相比SAW滤波器建产线，BAW滤波器投入要大许多，国内做BAW滤波器，Fabless模式是更好的选择。

IPD滤波器

1、工艺与技能

IPD全称为Integrated Passive Devices，是半导体无源器件技能，可以用来制作LC滤波电路，所制成的滤波器称为IPD滤波器

一种集成LC低通滤波器制作工艺为通过光刻、金属沉积、干法刻蚀、高温氧化将电感和电容刻蚀在硅基板上，电感和电容之间通过引线孔光刻方法实现毗连；使用通孔和PCB载板接合封装。

别的还可以使用基于高电阻硅平台的工艺实现高Q值集成无源器件(IPD)。

2、性能与产物

IPD的带外按捺性能上不克不及跟SAW和BAW滤波器相比，可以用在对带外按捺陡峭水平不高的场景，好比3GHz以上频段。

3、本钱与模式

基于差别的工艺平台，本钱也纷歧样；因为制作工艺基于半导体工艺，必要制作光罩来生产，以是在量较少的情形下本钱较高，在大范围批量生产时本钱会显着低落。

IPD滤波器不会有IDM模式，更多采纳Fabless制作，大概作为IPD技能集成在其他芯片电路中。

LTCC滤波器

1、工艺与技能

LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramic）即低温共烧结陶瓷，是1982年由美国休斯公司开辟出的新型质料技能。LTCC是将低温烧结陶瓷粉制成厚度准确并且致密的生瓷带，在生瓷带上使用激光打孔、微孔注浆、周密导体浆料印刷等工艺制出所必要的电路图形，并将多个无源器件嵌入此中举行叠压，最终在1000℃以下举行烧结，从而形成LTCC无源器件。

2、性能与产物

LTCC制成的滤波器包罗带通、高通和低通滤波器三种。频率则从数10MHz直到5.8GHz。LTCC滤波器过渡带可以做的很大，带内插损小，但与IPD滤波器雷同，同样无法做到带外陡峭按捺。

3、本钱与模式

本钱是前面先容的滤波器中最低的，都是IDM模式。由于工艺相近，重要是做电容的被动器件公司在做LTCC，加之LTCC工艺跟半导体工艺没有什么干系，没有代工模式一说。

国产滤波器到那边去

凡间万物，芸芸众生，差别来处，各自行止。把滤波器等量齐观，很难了解和理清国产滤波器究竟要何去何从。这几种滤波器在工艺、生产设置装备摆设、技能和本钱上差别较大，无法殊途同归。是以，差别工艺的滤波器就决定了各自的应用和市场定位。

随着5G的到来，射频前端财产最大的受益者将是滤波器。滤波器产值占比从3G终真个33%提拔到全网通LTE终真个54%，估计到2023年将提拔至66%；SAW滤波器在4G和5G期间都市是最重要的滤波器。现在70%-80%的市场是SAW滤波器，20%-30%的市场是BAW滤波器和LTCC/IPD滤波器；5G叠加更多频段，滤波器数目和高端化需求更高。5G期间，滤波器不但数目大幅增添，并且会进一步集成化和小型化。

下面先容差别工艺滤波器的应用和市场时机，滤波器重要应用于无线通讯范畴，包罗智能手机、路由器、通讯基站、物联网无线终端等。在这些应用中，预估70%以上的滤波器应用在智能手机市场。无线路由器的量不小，但必要用到滤波器的产物未几；通讯基站一定采纳滤波器，但需求量不大；近间隔物联网无线终端市场碎片化，固然总体量很大，但单个产物上大概不消滤波器，主芯片上集成了LC滤波电路；蜂窝物联网市场合用滤波器与手机市场方案根本雷同。

随着智能手机支持的频段数量不停上升，每一个频段必要本身的滤波器，是以滤波器的需求数目也在不停上升。4G智能手机中必要用到的滤波器数目可达30余个。而到了 5G 期间，手机必要支持的频段乃至会到达 91个以上，因为一个频段通常必要两个滤波器，以是单部智能手机的滤波器利用量将凌驾百个。在5G手机中，SAW滤波器、BAW滤波器、LTCC滤波器的时机都在增多，但大部门的份额照旧属于SAW滤波器。

SAW滤波器

SAW滤波器因为本钱适中，性能较好，应用遍及，成为滤波器的主体。SAW滤波器只能做带通滤波器，并且是窄带滤波器。

RX SAW滤波器险些实用于智能手机的全部吸收频段，TX SAW滤波器普通用于的频段有n41、B41、B40、B1、B5、B7、B8、B39、B28。

TC-SAW滤波器用于频段B2、B3、B28、B8。IHP-SAW滤波器是村田的高端特有工艺，因为手机旗舰机对滤波要求高，用来跟BAW滤波器来争抢市场，应用于频段n41、B40、B41以及WiFi。

BAW滤波器

BAW滤波器也是跟SAW一样，是窄带带通滤波器，普通应用于高频段。BAW滤波器本钱高，但性能好，用于手机旗舰机的n41、B40、B3以及WiFi频段。也很好地餍足了5G频段n42、n52的需求。随动手机开放4.9GHz频段，为了防备5.8G WiFi频段的信号滋扰，也会采纳BAW滤波器技能。

IPD滤波器

因其IPD技能和生产工艺自己的缘故原由，IPD滤波器作为分立器件的存在的市场空间很小，更多是集成在芯片上。

在市场上，也有公司使用IPD技能做合路器、分频器、带通滤波器等，但不会成为主流应用。

LTCC滤波器

LTCC滤波器可以做低通滤波器、高通滤波器、也可以作为带通滤波器。因为LTCC滤波器没有陡峭的滤波器裙边（filter skirt），以是作为带通滤波器只能应用于比力独立的频段，大概跟其他频段相隔比力远。

LTCC滤波器重要应用于手机、Cat.1、NB-IoT、5G基站和等消耗类电子。由于宽频，n77/78/79频段只能采纳LTCC滤波器。5.8G WiFi带宽比力宽，普通采纳LTCC滤波器，今后WiFi6 E，更只能采纳LTCC滤波器。

国产滤波器进展的几点思索

相识了滤波器从那边来，应该到那边去，国产滤波器的进展就有了偏向和目的。SAW和BAW滤波器涉及到声学、电磁质料、半导体工艺，又精密联系关系到EDA、设计和封装。做滤波器是一个完备的体系工程，这个体系工程又不是一个尺度化流程，更多的是定制化。

因为小我私家对国产滤波器的尽调和认知有必然的范围性，下面看法纷歧定客观精确，就当一家之言，仅供参考。

1、市场错位竞争是国产滤波器的过渡阶段

市场有一种说法：BAW滤波器抢SAW滤波器的市场。除了IHP-SAW滤波器在将来跟BAW滤波器会有一些竞争，理论上来讲，差别工艺的滤波器是不会有竞争的。从本钱上来看，BAW工艺是最贵的，SAW其次，LTCC最廉价。

不管怎样，市场错位竞争只是国产滤波器的过渡阶段，国产滤波器的进展必要这个阶段。产物要验证，EDA要成熟，工艺要探索和美满，技能要升级，一定通过产物在市场上跑起来，国产滤波器整个体系工程才气运转起来和不停优化。

市场也有一个了解和担当国产滤波器的历程，不克不及一开始就寻求高性能，上高端产物。更不克不及以为Q值高便是高端滤波器，Q值对现实滤波成效影响倒不大，滤波器中的Q表现品格因数，界说Q=中间频率÷滤波器带宽。对付滤波器，Q值越高，意味着带宽越窄；Q值越高，其频率相应的波形就显得越锋利。

2、国产滤波器因工艺而选择差别运营模式

选择LTCC工艺来做滤波器，那就只有IDM模式。

选择SAW工艺来做滤波器，有IDM模式和fabless模式，环球能做SAW滤波器代工的企业很少，听到比力多是Wavetek、WIN、NJRC。但产能有限，工艺顺应难度大。滤波器的设计必要精密共同质料和工艺，加上EDA必要跟工艺的PDK立室起来，而滤波器没有通用好使的EDA软件，必要滤波器企业本身开辟得当本身工艺的EDA软件。以是对SAW滤波器，建本身的生产线是更好选择。国内SAW滤波器普通是4英寸线，听说40KKpcs/M产能，必要投资2亿元，这是国内创业公司可以蒙受的。

别的，现在国内SAW滤波器设计本领还比力低，产物都处于低端，这一块的代价又杀的很锋利。没有本身的生产线，本钱上很难有竞争力。

而对付BAW滤波器就纷歧样了，前面先容过，BAW工艺比SAW工艺庞大许多，采纳的MEMS制造工艺也非常切合现有的IC制造工艺。假如设置装备摆设8英寸的MEMS工艺制造线，那资金投入将比SAW工艺高多了（SAW最大6英寸）。BAW的研发周期会比SAW更长，要躲避的外洋专利也更多，技能上必要很永劫间去积存和突破。作为一个创业公司来说，没有本领去维护一个工场的运营。以是，更理性地来看，国内的BAW滤波器企业都会合到晶圆代工场去调试工艺和产线，关心晶圆厂工艺成熟，最终把EDA软件也一路美满成熟，最终比拼的便是各自滤波器企业的设计本领。

3、对国产滤波器财产服从恒久主义代价观

在射频前端里，最难做的便是滤波器。滤波器比PA难，PA比LNA难，LNA比开关难。PA难在设计上的不确定，必要依据每次的流片测试效果来修改电路和不停调试。滤波器不但在设计上不确定，在工艺上也不确定，不是设计上有多难，是不确定的地方太多，必要重复的探索和修正。

这就导致每设计一款滤波器产物必要很长的时间，假如思量到创新，绕过外洋的专利版权，当时间就更长了。以是，要把国产滤波器做起来，一定要服从恒久主义代价观。

结语

国产滤波器要做好，必要更多优异的专业人才参加此中。从EDA软件开辟，到滤波器设计，再到质料和工艺的研发，每一步都必要脚踏实地走下来。接待有志之士一路参加，改写国产滤波器的将来。

前程是灼烁的，门路曲直折的。戒急戒躁，雕琢前行！

作者：

钟林，晋江三伍微电子有限公司

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