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5G射頻前端“POI襯底SAW濾波器”大熱,可取代TC-SAW和BAW

jf_tyXxp1YG ? 來源:電子發燒友網 ? 2023-05-09 10:28 ? 次閱讀

最近,高通與Soitec達成協議,Soitec將為高通的射頻濾波器大規模生產POI襯底,以用于智能手機射頻前端模塊。今年初高通發布的ultraSAW濾波器技術正是基于Soitec POI襯底。

01 什么是POI襯底?

Soitec濾波器業務經理Christophe Didier在近期的媒體說明會上,對包括電子發燒友網在內的行業媒體詳解了POI襯底的技術和市場前景。

POI襯底在最頂層是一層大概幾百納米厚的單晶的壓電層,在它之下是一層氧化埋層,大概也是幾百納米厚度,在最底下基底的部分是高電阻率硅材料。

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來源:Soitec

POI用的壓電材料和當前一般使用在SAW(聲表面波)濾波器用的材料一樣,主要包括兩種材料,分別是鉭酸鋰和鈮酸鋰。而這里的氧化埋層相當于溫度補償層,作用是抑制壓電材料,因為壓電材料在溫度變化的時候可能會擴張或者收縮,從而影響到頻率,因而需要氧化埋層抑制壓電材料,即器件層的鉭酸鋰或鈮酸鋰。

而底層的高電阻率硅的作用是減少損耗。能夠在極薄的壓電層限制波能等效。而由于能很好地控制整個壓電層,可以在壓電層獲得更好的等效的波傳播。

因此,主要的射頻前端生產商已經開始生產以POI為襯底的濾波器,主要采用的規格是直徑150毫米的POI,此款POI產品作為第一個使用Smart CutTM技術生產非硅類材料的優化襯底,目前在Soitec法國貝寧3廠已實現量產。

從未來的技術發展來看,Soitec計劃使用鈮酸鋰代替鉭酸鋰,從而更好地把握濾波器的帶寬,同時也在開發直徑200毫米的POI襯底,以降低總體成本。

02 POI襯底SAW優勢顯著

濾波器有不同的類型,包括SAW、BAW、XBAR等,而POI襯底的SAW以其獨特的性能優勢在5G架構上能夠取代TC-SAW(溫度補償型SAW)和BAW。

Christophe Didier解析,SAW對溫度過于敏感,溫度變化會影響頻率,但這種溫度的敏感是可以改善的,這種溫度帶來的變化叫做TCF,衡量單位是ppm.K,改善方法就是通過TC-SAW(溫度補償型SAW)加上一層溫度補償層。

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來源:Soitec

另外一項濾波器技術BAW(體聲波),它的過程特別復雜,需要很多步驟才能搭建一個聲學上需要的“腔”。

通過對比可以看到,基于POI襯底的SAW技術優勢就是能源效率更高,比TC-SAW的能源損耗更小。所以它相對于SAW和TC-SAW,獲得了更高頻率、更廣帶寬。相對BAW來說,這種基于POI襯底的SAW工藝流程更簡單且成本更低。因為可以將很多個濾波器集成在同一個芯片上,所以面積也更小。從生產角度來講,它的生產流程跟SAW是相似的,但是比TC-SAW和BAW都要簡單很多。

通過幾組測試數據來看基于POI襯底的SAW性能與優勢:

第一個系數是品質系數,采用Bode Q來測量中頻段的諧振器參數,測出來的參數是大于4000。

第二個參數是耦合系數,耦合系數涉及到可以實現更廣帶寬的濾波功能,這里耦合系數k2測出來是大于8%。

第三個參數是TCF(頻率溫度系數),這是跟溫度相關的、導致頻率變化的一個系數,我們測得的TCF是小于10 ppm.K-1。

相較于TC-SAW一般用于低頻段和中頻段的濾波技術,BAW則一般用于中頻段和高頻段,POI襯底的SAW可以解決中頻段和高頻段這兩個頻段的技術難題,在5G濾波器方面成為取代TC-SAW和BAW的更優解決方案。

03 市場前景

濾波器在5G智能手機上是非常關鍵的組件,鑒于5G的MIMO、載波聚合等技術的使用,預計智能手機在5G時代的前端模塊的濾波器面積將會增加50%。

根據Yole Development的數據,射頻濾波器未來的市場規模從2018年的31億美元有望上升到2025年的約51億美元。就POI襯底的價值而言,Christophe Didier認為POI襯底將會成為未來幾年的一項行業標準。到2024年預計POI襯底的可服務市場規模將達到100萬片的晶圓。

審核編輯 :李倩

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原文標題:5G射頻前端“POI襯底SAW濾波器”大熱,可取代TC-SAW和BAW

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