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(lái)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(lái)講，濾波器劃為無(wú)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(wú)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái),，到哪里去？

　　國(guó)產(chǎn)濾波器從哪里來(lái)

　　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(lái),？國(guó)產(chǎn)濾波器主要來(lái)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(lái)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(wú)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(lái)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(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō)性能更好,，但加工起來(lái)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(wú)源器件技術(shù)，可以用來(lái)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(wú)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(lái)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(wú)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(wú)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(wú)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?，主要是做電容的被?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(shuō),。

　　國(guó)產(chǎn)濾波器到哪里去

　　世間萬(wàn)物，蕓蕓眾生,，不同來(lái)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(wú)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(lái),，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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(lái)跟BAW濾波器來(lái)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(lái),，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(shuō)法：BAW濾波器搶SAW濾波器的市場(chǎng),。除了IHP-SAW濾波器在未來(lái)跟BAW濾波器會(huì)有一些競(jìng)爭(zhēng),，理論上來(lái)講，不同工藝的濾波器是不會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)的,。從成本上來(lái)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(lái),，國(guó)產(chǎn)濾波器整個(gè)系統(tǒng)工程才能運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)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(lái)做濾波器,，那就只有IDM模式。

　　選擇SAW工藝來(lái)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(lái)，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(shuō)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(lái)說(shuō)，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(lái)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(lái)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(lái),，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(lái)。歡迎有志之士一起加入,，改寫國(guó)產(chǎn)濾波器的未來(lái),。

　　前途是光明的，道路是曲折的,。戒急戒躁,，砥礪前行！