濾波器主要是通過電容、電感、電阻等元件組合移除信號(hào)中不需要的頻率分量，保留所需要的頻率分量，傳輸特定的篩選后的信號(hào)，消除頻帶間相互干擾。射頻（RF）濾波器是射頻前端芯片市場(chǎng)份額最大的細(xì)分領(lǐng)域，RF 濾波器包括了 SAW（聲表面濾波器）、BAW（體聲波濾波器）、陶瓷濾波器（LTCC 濾波器）、IPD（Integrated Passive Devices）等。隨著全面屏及手機(jī)輕薄化，頻率資源擁擠化，使得高性能的濾波器愈發(fā)重要。SAW、BAW 濾波器是目前手機(jī)應(yīng)用的主流濾波器，5G 時(shí)期濾波器用量成倍增加，對(duì)器件尺寸、重量、發(fā)熱性能、價(jià)格提出更高要求，陶瓷介質(zhì)濾波器憑借其小型化、輕量化、低損耗、溫度穩(wěn)定、性價(jià)比高等特點(diǎn)在 5G 應(yīng)用中存在優(yōu)勢(shì)。
圖 射頻濾波器的主流技術(shù)及應(yīng)用頻率，來源：murata
（1）SAW 濾波器
SAW 濾波器又稱聲表面波濾波器，主要由壓電材料和兩個(gè)叉指換能器組成。其主要原理是在一塊具有壓電效應(yīng)的材料基片上蒸發(fā)一層金屬膜，然后經(jīng)過光刻在兩端形成一對(duì)叉指形電極。輸入端換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)（聲）信號(hào)，經(jīng)過壓電材料，其振幅隨著深入基片深度的增加而快速減少，故基本只有在表面?zhèn)鞑サ穆曅盘?hào)會(huì)傳遞到輸出端，再通過輸出端的換能器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過叉指換能器的間距，來控制可通過的中心頻率大小，從而實(shí)現(xiàn)濾波作用。
SAW 濾波器由于采取半導(dǎo)體工藝，相較于傳統(tǒng)的介質(zhì)濾波器，體積大幅縮小，且一致性也優(yōu)于介質(zhì)濾波器。而相較于傳統(tǒng)的 LC 濾波器，SAW 濾波器綜合性能更加優(yōu)異，因此 SAW 濾波器大量地應(yīng)用在手機(jī)的射頻前端領(lǐng)域。
圖 SAW和TC-SAW，來源：Qorvo
然而 SAW 濾波器的頻率特性卻受限 IDT 的間距大小，根據(jù) Qorvo 的表述，SAW 在 1GHz 以上的頻率時(shí)性能開始逐步降低，在 2.5GHz 上 SAW 的性能就會(huì)變得較為普通。同時(shí) SAW 濾波器還具備溫度敏感特性，隨著溫度的變化，壓電材料上聲波的傳輸速度會(huì)改變，因此導(dǎo)致中心頻率會(huì)產(chǎn)生漂移。許多廠商針對(duì)溫飄的問題而提出了 TC-SAW（帶溫度補(bǔ)償?shù)?SAW），其原理是在 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，用以抵消壓電材料的溫度特性。由于溫度補(bǔ)償工藝需要加倍的掩模層，因此制造成本也會(huì)更高。
（2）BAW 濾波器
BAW 濾波器，又稱為體聲波濾波器，其聲波的傳輸方向?yàn)榭v向，而不是停留在表面。BAW 濾波器采用石英晶體作為基板，聲波垂直傳播?；窘Y(jié)構(gòu)是兩個(gè)金屬電極夾著壓電薄膜（Quartz substrate 在 2GHz 下厚度為 2um），聲波在壓電薄膜里震蕩形成駐波（standing wave）。板坯厚度和電極質(zhì)量（mass）決定共振頻率。
圖 BAW濾波器
BAW 濾波器適用于高頻（1.5GHz 以上有優(yōu)勢(shì)），且尺寸會(huì)隨頻率升高而縮小，對(duì)溫度變化不敏感，擁有極低損耗與陡峭的濾波器裙邊。其工藝與成本比 SAW/TC-SAW 復(fù)雜，價(jià)格也更高昂，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)。
（3）LTCC 濾波器
LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperature Co-fired Ceramic）濾波器是通過高精度印刷疊層技術(shù)及低溫?zé)Y(jié)技術(shù)等多種工藝過程而制成的多層陶瓷濾波器?；谶@種工藝平臺(tái)，可以設(shè)計(jì)和制造從很低的頻率（10MHz 到 100GHz）到很高的頻率（100GHz 甚至太赫茲）的各種濾波器。
圖 LTCC濾波器，來源：Mini-Circuits
LTCC 濾波器產(chǎn)品具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸以及寬通帶的特性，此外 LTCC 濾波器尺寸小、性能優(yōu)、可靠性高、成本低、抗電磁干擾好、不必另加封裝。陶瓷材料的介電常數(shù)可以從 4.8 到 70 可選，高介電常數(shù)對(duì)應(yīng)低頻應(yīng)用，低介電常數(shù)對(duì)應(yīng)高頻應(yīng)用。
LTCC 濾波器優(yōu)勢(shì)：
（1）靈活性
陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸以及寬通帶的特性。根據(jù)配料的不同， LTCC 材料的介電常數(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動(dòng)，配合使用高電導(dǎo)率的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性。
（2）使用壽命長
可以適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求，并具備比普通 PCB 電路基板更優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，極大地優(yōu)化了電子設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)，可靠性高，可應(yīng)用于惡劣環(huán)境，延長了其使用壽命。
（3）體積小
可以制作層數(shù)很高的電路基板，并可將多個(gè)無源元件埋入其中，免除了封裝組件的成本，在層數(shù)很高的三維電路基板上，實(shí)現(xiàn)無源和有源的集成，有利于提高電路的組裝密度，進(jìn)一步減小體積和重量。
（4）兼容性
與其他多層布線技術(shù)具有良好的兼容性，例如將 LTCC 與薄膜布線技術(shù)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件。
（5）成本控制、環(huán)保
非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，便于成品制成前對(duì)每一層布線和互連通孔進(jìn)行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本節(jié)能、節(jié)材、綠色、環(huán)保已經(jīng)成為元件行業(yè)發(fā)展勢(shì)不可擋的潮流，LTCC 也正是迎合了這一發(fā)展需求，最大程度上降低了原料，廢料和生產(chǎn)過程中帶來的環(huán)境污染.
低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)射頻器件小型化、高頻化的重要技術(shù)，基于LTCC技術(shù)的多層片式射頻濾波器，在5G通信基站及終端、智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的射頻和無線交互系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品具有優(yōu)秀的電性能和良好的可靠性。
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