中國是全球最大的手機生產基地，憑借著龐大的終端市場需求，手機供應鏈向中國大陸地區轉移已成產業趨勢。在5G發展與中美貿易戰的大背景下，射頻濾波器作為射頻前端的重要器件，國產化進程亟需加快推進。射頻濾波器是射頻器件國產化的發展重點，手機沒有濾波器意味著通信設備喪失抗干擾能力，無法保障通信的暢通。

圖1、左藍微電子TC-SAW雙工器產品圖

作為近年來崛起的國產射頻前端器件企業，杭州左藍微電子技術有限公司(簡稱“左藍微電子”)近日對外透露，公司研發的溫度補償型聲表面波(TC-SAW)濾波器關鍵技術已取得突破，相關產品已具備量產條件。這一產品的推出意味著國產化濾波器迎來重要突破，將填補我國在高端射頻濾波器方面的市場空白，打破國外廠商在該領域的壟斷局面。

面向5G頻段的TC-SAW需要打破國外市場壟斷局面

手機射頻濾波器主流的實現方式是聲表面波濾波器(SAW)和體聲波濾波器(BAW)兩種。BAW性能較好，適用于中高頻段較多，但是工藝復雜且價格更高，而SAW相對價格較低，但市場上的常規SAW濾波器不能很好的適用于2GHz以上的頻段：當頻率高于約1GHz時，其選擇性降低;在約2.5GHz的頻段，其僅限于對性能要求不高的應用，濾波器工作頻率隨外界溫度變化發生一定漂移。基于這些特性原因，在頻段越來越擁擠的5G時代，常規SAW不能夠很好地滿足射頻終端對濾波器的要求，研發具備高頻率、溫度穩定性的濾波器成為發展所需。

圖2、SAW與TC-SAW的結構對比

溫度補償型聲表面波濾波器(Temperature compensated SAW，簡稱：TC-SAW)通過覆著或粘接溫度補償層(如圖2：常規SAW與TC-SAW的結構對比)對常規SAW濾波器進行性能改進，使得器件的頻率溫度系數(TCF)降至0到-25ppm/℃，較常規SAW的溫度特性(通常約為-45—-60ppm/℃)有了顯著提升。

由于溫度補償工藝需要加倍的掩模層，器件結構更復雜，制造成本相對常規SAW濾波器有所提高，但仍然明顯低于BAW濾波器。性能和成本的相對優勢，使TC-SAW 濾波器在5G時代迎來了良好的發展機遇。TC-SAW可被廣泛應用于手機終端、基站、衛星通信、智能家居、汽車雷達、RFID、雷達系統以及其他無線終端等眾多領域。

射頻前端芯片市場一直由海外寡頭占據絕對份額，其中TC-SAW產品主要被日系廠商壟斷，相比之下，國內射頻芯片公司由于起步較晚、基礎薄弱，較之國際領先企業在技術積累、產業環境、人才培養、創新能力等方面仍有明顯滯后，與歐美等廠商存在較大差距。目前國內廠商目前以生產中低端SAW為主，對于有著更高技術要求的TC-SAW和BAW，國內只有少數幾家處于技術研究階段，尤其是TC-SAW的核心技術，中國市場迫切需要實現本地化供貨和服務。

左藍微電子TC-SAW技術填補國產化產品空白

從2016年開始，左藍微電子便深度布局射頻前端器件尤其是濾波器這一細分領域，左藍團隊研發的TC-SAW濾波器成功通過相關技術關鍵點的驗證，順利解決常規聲表面波濾波器溫度特性不佳、頻漂嚴重等問題，填補了國內TC-SAW方面的技術空白，為我國5G通信的發展打好堅實的產業基礎。

圖3、工作模式對比

TC-SAW的工藝方法有兩種類型：溫度補償層法和鍵合片法：溫度補償層法一般采用LN作為基底，SiO2作為溫度補償層，工作模式為Rayleigh波，即縱波和垂直剪切波(L&SV waves)，優點是機電耦合系數大，缺點是設計和工藝復雜;鍵合片法一般是LT+Si基板，工作模式為水平剪切波(SH waves)(如圖3所示)溫度系數小于常規SAW，電性能類似于常規，優點是設計和工藝可借鑒常規SAW，較為簡單，但是機電耦合系數比溫度補償層法小。

左藍微電子掌握了完整的TC-SAW設計技術和完全自主的全套流程設計方案，通過從諧振器到濾波器精準的模態分析設計，能大幅提高濾波器的溫度性能。對于聲表器件，通過自主開發的設計工具，對濾波器的結構參數快速優化，以達到高性能濾波器的指標。

通過優化驗證的諧振器設計，能有效抑制諧波。圖4展示了諧振器優化設計效果：

圖4、優化設計抑制諧波效果

通過實現優化設計，諧波得到抑制，諧振器的Q值得到了有效提升。某諧振器測試Q值如下：Qs=1269，Qp=1467，Qmax=1765。結果如圖5所示：

圖5、某諧振器Q值

通過仿真可以有效模擬表面溫度補償層厚度對于TCF的影響，從而提出工藝優化的具體實施途徑。通過設計仿真和工藝優化相結合，可以制備出具有最佳TCF的TC-SAW濾波器，如圖6所示：

圖6、SiO2厚度與TCF測試結果的比較

經過精準仿真得到的TC-SAW濾波器，在高低溫下具有優良的性能。目前左藍自主研發的TC-SAW產品經過不斷優化，最優TCF已達-15ppm/0C(如圖7所示)，相對于傳統器件，同時實現了小尺寸、低插損、高工作頻率(0.5GHz-3GHz)等優點，設計出的雙工器性能曲線如圖8所示，比肩國際一流水平。

圖7、某濾波器高低溫測試TCF結果

圖8、TC-SAW雙工器性能曲線

在我國無線寬帶戰略實施和無線通信終端快速發展的背景下，左藍微電子TC-SAW系列產品的成功研發和批量生產將為5G通信提供多模多頻支持，有利于國產高品質、低成本的多模多頻移動終端規模化發展，目前，該產品已在高通、MTK和展訊等平臺完成性能驗證。國產化TC-SAW的規模化生產，對產業鏈中射頻元件提供商、終端設備提供商、設計廠商和業務運營商等相關業務發展有著極大的促進作用，提升產業技術水平和高端濾波器的自主可控能力，促進產業結構升級。