BAW 加速集成到RF射频前端 仍待MEMS技术工艺成熟

BAW 加速集成到RF射频前端 仍待MEMS技术工艺成熟

　　RF射频前端模块，主要包括功率放大器(PA)、天线开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer和Diplexer)和低噪声放大器(LNA)。从技术发展趋势来看，RF射频前端这几大模块的集成化是必然趋势。

　　集成化可以实现更低的成本，更高的性能，最关键的是可以给系统集成商提供turn-key方案。所以，谁在滤波器的制造和集成上发展最快，谁就能成为射频前端模块市场的主导者。与之相反，在滤波器领域技术落后的公司将在整个射频前端市场的竞争中渐渐落后。

　　关于RF射频前端“集成化”的问题，其实这些年，业内一直在讨论是应该向单片集成的“片上系统(SOC)”发展，还是应该向混合集成的“单封装系统(SIP)”发展。这个讨论至今没有定论，是否会有一个清晰的趋势目前也不确定。但目前采用封装集成的形式更容易实现一些，也是各大厂商重点着力的方向。

迦美信芯通讯技术有限公司董事长倪文海博士

　　迦美信芯通讯技术有限公司董事长倪文海博士表示，目前射频前端采用“不同工艺材料的衬底、封装在一颗芯片里”的设计，还会持续相当长的时间。将来BAW滤波器可以在基于MEMS技术的工艺上实现，另外，射频开关和射频CMOS控制器也可以在MEMS技术工艺中实现。这样一来，就只有功率放大器使用GaAs HBT或GaN的工艺实现，而功率放大器要真正集成在同一个基于MEMS技术的工艺里面，还需要长期的努力。

Qorvo亚太区市场战略部高级经理陶镇

　　Qorvo亚太区市场战略部高级经理陶镇告诉记者，从行业来看，功放主要是基于GaAs HBT工艺，天线开关基于RF-SOI工艺，BAW滤波器基于MEMS技术的工艺，这三种不同工艺的晶圆可以集成(封装的形式集成)到同一基材衬底上。就目前而言，集成天线开关、功率放大器和滤波器的射频前端模块已被用在多个中高端手机产品中。

中国电子科技集团公司第四十一研究所微波模块生产负责人许延峰

　　目前，RF射频前端的集成难度还很大。中国电子科技集团公司第四十一研究所微波模块生产负责人许延峰表示：“天线开关和功率放大器集成相对容易，但滤波器比较特殊，无论是SAW、BAW还是FBAR腔体滤波器，因其所占的体积比较大，如高频段用滤波器的体积达到了2mmX4mm，这对集成也是一大挑战。”

　　陶镇强调，同时拥有主动器件和被动器件的设计能力、制造工艺以及集成工艺是未来射频半导体公司的发展方向，集成可以给终端客户带来更小的尺寸和更好的性能，缩短研发时间和降低研发成本，这些对市场都是利好的发展。

　　据记者了解，目前，射频前端中大部分器件的制造工艺都在渐渐成熟，如上所说，PA使用的GaAs HBT，LNA和射频开关使用的RF SOI等，整个前端的集成度也在越来越高。但滤波器本身的设计和采用MEMS工艺生产仍然存在挑战，这成为射频前端模块化的短板。

　　倪博士强调，滤波器本身有两大设计难点，一是仿真的准确度，二是工艺制造的误差和一致性，这些标准的实现和技术难点的突破，对RF射频前端技术研发的企业来讲考验很大，这也是目前全球滤波器技术高度集中化的原因之一。那么，如何衡量一颗优质的滤波器的性能标准?倪文海博士称，一是频率的准确，二是带宽，三是带内的差损，四是带内的平坦度，五是带外的抑制。

　　业内人士均晓，滤波器使用MEMS技术制造具有极高的技术门槛，在保证高度一致性和高质量的条件下实现大规模量产难度极大，目前SAW和BAW的核心技术基本都掌握在美国、日本企业的手中，如SAW就掌握在日本的村田和Murata手中，约掌握70%的市场份额，而BAW则掌握在美国的Qorvo和Avago手中，约占据90%的市场份额。这些巨头在滤波器的设计和制造工艺上都掌握了核心技术，其他厂商短期难以超越。

　　不过，在上述专注SAW Filter设计的厂商中，由SAW转向BAW也是有难度的。陶镇告诉记者，传统的SAW供应商转向去设计BAW是比较难的，BAW的晶圆生产工艺需要长期的投入和积累。在4G时代(2.5GHz以下)，由于频率相对较低，SAW滤波器已经能够满足设备的需求，但是随着5G时代的到来，SAW就表现出明显的局限性，而BAW在高频领域能够保持较高的性能(3.3GHz-6GHz)，所以BAW的使用已经成为时代发展的趋势。

　　在国内，以中电 26所、中电科技德清华莹为代表的科研院所和无锡好达电子等厂商对SAW有一定的技术积累，但科研院所的应用方向集中在军用通信设备，并未在移动通信领域得到应用，民企代表好达电子的SAW滤波器2016年已经打入国内少数几家手机厂商。而紫光展锐、汉天下、唯捷创芯(Vanchip)等在功率放大器上面已有积累，近几年意识到滤波器的重要性，国内厂商也开始积极布局，目前紫光展锐已经在组建MEMS技术团队，力争在滤波器、双工器上面取得突破。

　　滤波器因其特殊的设计和制造背景，相应公司向来以IDM模式存在。而随着MEMS工艺在BAW滤波器应用的实现，传统射频前端惯有的IDM模式是否会被Fabless模式打破?对此，倪文海博士表示，这取决于利益链以及能做BAW工艺厂家的数量和传统PA厂家的数量。目前PA厂家的数量因被整合而逐渐减少，而能做BAW工艺的厂家也只是寥寥几家。在倪博士看来，目前MEMS工艺尚未成熟，利益链相关企业较少，若将来规模上来了，IDM被Fabless模式取代是有可能的。

　　不过陶镇则认为，目前在BAW和SAW设计领域，拥有晶圆工艺的开发是提升产品性能的基础，所以就BAW和SAW基于声学工艺的滤波器设计来考虑，还不太可能转变成Fabless的商业模式。