Qorvo：2020前沿 BAW 滤波器技术及其对 5G 的影响白皮书（10页）.pdf

1、 2020 年 8 月|如有更改，恕不另行通知 1/10 白皮书白皮书 前沿前沿 BAW 滤波器技术及其对滤波器技术及其对 5G 的影响的影响 摘要摘要 5G 的全球推广以及物联网的迅速扩展，向 RF 滤波提出了新的挑战。Qorvo 的体声波（BAW）滤波器技术持续演进，以克服这些挑战。其中，BAW 滤波器正在不断发展，来支持更高的频率和更高的带宽，适应新的 5G 与 Wi-Fi 频段扩展。复杂的多滤波器模块（多路复用器和天线复用器）被用以攻克 RF，特别是 5G 系统中的难题。此外，较小的 uBAW（micro-BAW）尺寸有助于将复杂的 RF 前端（RFFE）架构压缩到手机和物联网（IoT

2、）设备的有限空间中。同时，Qorvo 的 BAW 技术有助于缓解与更高频率和更小外形尺寸相关的散热问题。简介简介 Qorvo 的 BAW RF 滤波器在无线设备和基础设施中发挥着不可或缺的作用。它们可确保在数量不断增长的频段间实现隔离，并获得更低的插损，以支持设备性能要求。然而，5G 的全球推广以及 Wi-Fi 等其它无线标准的演进，带给滤波技术全新的挑战，且超越了传统声学滤波器的能力。因此，欲解决这些新难题，需要 BAW 技术的重大进步。更高的频率。更高的频率。5G 和其它 RF 标准，包括 Wi-Fi和增强型授权辅助接入（eLAA），使用的频率高达 7GHz，远超传统声学滤波器的支持范围。

3、更高的带宽。更高的带宽。5G 需要更高的带宽以实现更大的数据速度和网络容量。因此，BAW 滤波器必须支持分配给 5G 频带的扩展带宽。更低的插损。更低的插损。自 5G 问世以来，对具有更低插损滤波器的需求不断提升。更低损耗的滤波器件意味着更卓越的性能，这是达到 5G 无线系统规格所必须的。更高的抗扰性。更高的抗扰性。伴随额外 5G 频谱的重新规划和拥堵现象，必须采用滤波器技术以促进共存。散热与可靠性。散热与可靠性。随着更高频率范围的出现，散热问题也随之而来。BAW 滤波器作为最佳的小尺寸散热技术，有助于加强滤波器和 RF 系统的可靠性。尺寸缩减。尺寸缩减。随着 RFFE 复杂度不断提高，BAW

4、滤波器必须变得更小、集成度更高，以适应设备中的有限空间。复杂的滤波要求。复杂的滤波要求。多路复用器和天线转换器等多滤波器模块的采用率不断提高，以满足载波聚合（CA）的要求，也由此给滤波器的性能要求带来了新的挑战。精确仿真。精确仿真。为确保滤波器能够在短时间内按要求的规格实现生产，需要在仿真和建模方面达到前所未有的精度。白皮书：前沿 BAW 滤波器技术及其对 5G 的影响 2020 年 8 月|如有更改，恕不另行通知 2/10 BAWBAW的关键特性的关键特性 BAW 谐振器的基本结构由夹在两个金属薄膜电极之间的压电材料薄膜层组成。两个电极间的电压或电场会激发声波（请参见图 1）。声波在两个电极

5、的表面之间反弹，从而在上电极的顶表面和下电极的底表面间形成声腔。谐振频率与薄膜厚度和材料特性成反比；它既取决于压电层的厚度，又取决于电极的厚度和材料特性。BAW 固贴式谐振器（SMR）中，位于压电层与电极层下方的低声阻抗和高声阻抗交替固体层充当了声学布拉格反射器，将能量限制在垂直方向上。布拉格层提供的反射率接近自由表面的性能。谐振器的周边经过设计，可以横向限制声能，最大程度地减少声波泄漏并抑制不需要的模式。BAW 滤波器的 RF 特性与压电、介电和金属膜的厚度及材料特性直接相关。通过基于计量学和电学测量的优化薄膜沉积与离子铣削，可以实现精确的厚度。借助离子铣削去除少量的顶层薄膜可以实现更高的谐

6、振频率。BAW 的最常用的压电材料是氮化铝（AlN）。AIN 提供了性能、可靠性和可制造性间的最佳平衡。AlN 压电层必须具有高水平的晶向，以实现最佳的机电耦合。图1.BAW SMR 滤波器截面图。滤波器的插损由几个因素定义，包括其各个谐振器的损耗。有几种可能的损耗机制，但最经常讨论的是由于声波泄漏引起的能量损耗，如图 2 所示。但是，大部分损耗来自材料中的粘性损耗。钝化 上电极 压电材料 底电极 固贴式谐振器（SMR）布拉格层（反射器堆栈）基板 白皮书：前沿 BAW 滤波器技术及其对 5G 的影响 2020 年 8 月|如有更改，恕不另行通知.3/10 图2.SMR BAW中可能的声波泄漏机