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[分享] 如何挖掘表面波SAW滤波器技术路线

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发表于 2023-2-27 17:13:03 | 显示全部楼层 |阅读模式

在5G时代似乎被BAW夺去光芒的SAW滤波器,其实依然占据滤波器出货量与货值的过半市场。


频率更低的SAW滤波器,乍一看技术难度不如BAW路线,但由于相关频段更为拥挤,在系统级集成设计能力有更高要求,与此同时,行业巨头村田,在该领域的专利壁垒,也远较多寡头格局下的BAW更为严密。


目前,大部分进入滤波器业务的国内企业,都选择了SAW领域作为突破口,在中低端产品上发挥国产替代的价值,不过中低端市场企业定价能力的天然劣势,为相关企业向上突破带来了制约。


一方面,低端SAW滤波器的价格战,使企业难以提高毛利,拉长了早期投资的回收期;另一方面,上游核心材料-钽酸锂(LT)、铌酸锂(LN)晶体压电衬底,却牢牢把持在住友化学、信越化学等日本企业手中,中国滤波器厂商辛苦打拼的利润,却通过高价衬底基片回流到日本企业。


国内尽管已有院所和企业初步掌握了LNLT晶体的黑化还原等高端技术,但质量、产量与成本,依然无法与日本企业抗衡,往往仅在IDM企业内部消化,难以形成撬动上游产业格局的有效杠杆。


面对5G乃至6G潮流,以及来自中国企业的低端产品竞争,行业领袖村田的选择,是在高端SAW滤波器技术上发力。


传统SAW滤波器很难做到1.8GHz以上频率,而村田的IHP-SAW技术,可以实现2.5-3GHz乃至更高的频率性能。


目前,也有国内机构正在跟进村田的动作,从不同切入点挖掘表面波SAW技术路线的潜力。


1.jpg


(FBAR不规则多边形的布局特点,以保证横波反射次数减少,提高谐振器品质因子)


西南科技大学微系统中心高杨团队,就在梳理了村田IHP-SAW的技术演进特点后,大胆采用氮化铝基新型导波层压电材料体系及异质声学层(HAL)结构衬底的最新成果,利用铝钪氮材料试制的HAL结构谐振器,在未经优化的情况下已与村田公开的数据看齐。


高杨还曾进一步展望称,IHP-SAW带动的HAL结构风潮和氮化铝材料体系,或将动摇信越化学等厂商在传统SAW所需的钽酸锂、铌酸锂等单晶基板领域垄断地位,基于氮化铝晶圆的HAL结构器件,将深刻变革SAW产业生态。


值得一提的是,高杨团队还与昂瑞微(汉天下)共同组建了智能微系统联合实验室,打通了研究成果快速产业化的通道,后者同样是国内5G射频芯片赛道的活跃玩家,获得华为与小米两大厂商入股,其产品已在荣耀50手机上得到应用。


中科院上海微系统所欧欣研究员团队,则利用“万能离子刀”剥离与键合转移技术,突破晶格失配等问题,将亚微米厚度的单晶铌酸锂薄膜从铌酸锂晶圆剥离并转移到高声速、高导热的碳化硅(SiC)晶圆,首次制备了4英寸Ln/SiC压电异质衬底,可实现更有效的声波能量和电场能量约束、提高器件散热、降低器件热膨胀,从而显著提高射频声波器件性能与设计自由度。基于该衬**备的高频器件,突破了传统SAW器件的频率限制。有望应用于5G N77和N79频段。


2.jpg


在SAW战场上,国内产学研机构“奇兵”,已经摸索到了向5G乃至6G突破的曙光。


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