XBAW滤波器简介

科技   2024-11-01 09:03   湖北  
大带宽滤波器能够覆盖更多的频段,显著减少射频前端系统中所需的滤波器数量,对精简射频前端系统尺寸具有重要作用,因此,提高BAW滤波器带宽一直是滤波器产业界的研究热点。特别是在5G以及未来的6G时代,射频前端系统对高频、大带宽和小尺寸的BAW滤波器需求尤为迫切。这些需求是通过高性能声学微机电 (MEMS) 滤波器来满足的 。为了在新分配的频谱内实现最佳声学滤波器性能,必须在功率、频率和带宽之间的权衡来设计 RF 谐振器,传统上它是使用基于物理气相沉积 (PVD) 的多晶薄膜构建的。
美国Resonant Inc.公司于2019年2月研制了一种新型的高性能FBAR型滤波器。该滤波器采用XBAR™的谐振器进行制作,具有很大的耦合系数,在5GHz时可实现500MHz的大带宽,且在31GHz时,Q>500。典型的XBAR™谐振器采用厚400nm的单晶ZY-LiNbO3薄晶片进行制作,其结构示意图如图所示。利用此谐振器制作的XBAR™滤波器可支持5G或WiFi高达7000MHz(802.11ax)频段,且带宽超过1000MHzMHz(相对带宽为18%)。同时,这种滤波器还可以在整个频段上实现低损耗(<1.5dB),并能抑制相邻频率的干扰(>50dB)。


XBAR™谐振器结构示意图

Akoustis技术公司是一家新兴的专门提供高频RF BAW滤波器的集成器件企业,其利用独有的XBAR™专利技术,开发出了基于单晶压电薄膜的商用3~7GHz FBAR滤波器产品。该公司在BAW滤波器制作过程中使用了高纯度单晶压电AIN材料。与使用物理气相沉积(PVD)法制备的多晶AIN相比,通过外延生长的金属有机化学气相沉积(MOCVD)法制备的单晶AIN具有更高的固有晶体质量,能改善声波速度和压电机械耦合系数,从而获得高带宽、高工作频率和高输出功率。下图为Akoustis技术公司采用的BAW谐振器结构与传统类型结构对比。图(c)为Akoustis技术公司所采用的BAW谐振器结构。


3种BAW谐振器的截面结构对比

Akoustis公司的XBAW滤波器技术

优化滤波器解决方案,满足未来连接需求:

Akoustis公司的XBAW® 是一种基于 MEMS 的专利技术,经过优化,可满足最严格的频率选择性要求,具有出色的谐振器特性,非常适合 2 至 7GHz 范围内的频率。

Akoustis公司的XBAW滤波器技术

通过利用专有的 MEMS 工艺流程,在 6 英寸 Si 基板(可扩展至 8 英寸)上展示差异化滤波器性能,采用独特的晶圆工艺,在压电材料合成/成分方面具有灵活性。该工艺与芯片、引线键合、晶圆级封装 (WLP) 兼容,并允许实验设计 (DOE,design-of-experiments ) 探索压电质量对 RF 滤波器性能的影响。

Akoustis公司为何选择高纯度 AIN 压电材料:

高纯度单晶 AIN 压电材料的好处

  • Ø在宽厚度范围内保持声学特性,可实现高频应用;

    • Ø始终保持低摇摆曲线 FWHM;

    • Ø始终保持测量到的高声速;

    • Ø增强的晶体质量使 XRD FWHM 缩小 40 倍(0.028º vs. 1.26º);

    • Ø单晶 AlN 提供增强的压电特性(d33、e33);

    • Ø经证实功率处理能力 > 10W @ 3.7GHz;

    Akoustis公司的XBAW滤波器能够交付更佳的性能

    • Ø增强的 XBAW® 工艺和材料特性以及更佳的 FOM (k^2 * Q) ,可以在 2 至 7 GHz 的频率范围内实现差异化滤波器性能;

    • Ø更高的 Q 因子使滤波器裙边更陡峭,从而减少了对较低 TCF 的需求;

    • Ø更高的 耦合k^2因子, 可实现更宽的带宽;

    • Ø高声速和热导率可实现更高的功率处理;

    Akoustis公司的XBAW滤波器的FOM值


    XBAW射频滤波器技术专利的申请和授权时间


    XBAW滤波器技术的专利申请情况

    Akoustis公司申请了大部分的XBAW专利:

    行业的XBAW滤波器技术的专利申请情况

本文引用内容如下,如有侵权,删
1.MEMS,高性能 声学滤波器 技术研究进展
2.公众号让阅读点亮您的人生,XBAW射频滤波器技术专利分析

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