【技术分享】当滤波器遇到5G，是机遇还是挑战？

2019-11-19 15:23

导语

5G（5th－generation）第五代移动通信技术，是4G之后的延伸。从1G到5G，功能是逐渐增加的，5G意味着更高的传输速率，消耗更短的时间。根据全球移动通信协会显示的报告来看，到2025年，中国5G用量是4．54亿，位居世界之首，因此中国有着非常大的用户以及市场需求。随着政策的推动，各大运营商的部署，5G的网络建设已全面驶入快车道。那在这个风口面前，射频前端的用量肯定会增加，里面所包含的滤波器，又该何去何从，其中目前处于劣势的国产品牌，是否能实现弯道超车？

滤波器简介

滤波器，顾名思义，一种选频装置，相当于频率的筛子，用来减少或者消除噪声和干扰。主要是将有用的信号与噪声分离，提高信号的抗干扰性及信噪比，得到所需的信号。

滤波器种类

滤波器按照工艺，主要分为SAW（声表滤波器）滤波器、BAW（体声波滤波器）滤波器、LTCC（低温共烧陶瓷滤波器）滤波器。

LTCC的显著优点之一是其一致性好、精度高，成本低，缺点是Q值较小；SAW又分为普通SAW滤波器和TC－SAW（温补）滤波器。如下图一为SAW＆BAW的结构。SAW滤波器是由压电材料和两个基本的IDT金属电极构成，由图可看出其不适合大约2．5G 以上频率、对温度变化敏感，但是优点是技术相比较而言比较成熟，相对于 BAW价格较低。BAW滤波器又分为SMR和FBAR两种技术的滤波器；其中FBAR工艺结构如下图，由上下电极及压电薄膜构成，通过频率公式F＝V／R可知，BAW工艺的滤波器更适合2GHZ－2．5GHZ以上的频率，且有体积小，插损小，受温度影响小等优点，当然相对的缺点就是价格较SAW比较高一些。

总结来说，普通的SAW和TC－SAW，肯定是在2．5G以下比较有优势，BAW在2．5G以上比较有优势；综合成本和各产品的优缺点考虑，肯定未来还是多种工艺并存发展的。

知名滤波器公司

在国外知名滤波器企业中，Murata、 TAIYO、TDK等是SAW工艺的；Avago、Qorvo、Rf360等是BAW工艺的；国外公司通过收购和整合来占领市场，比如：Avago先后收购了LSI、Broadcom、Emulex企业，最终更名为Broadcom；是一家设计、研发并向全球客户广泛提供各种模拟半导体设备的供应商；TDK于2008年收购EPCOS，获得后者的SAW／BAW生产技术。Skyworks通过2016年收购其与松下的合资公司，完成对松下滤波器部门的收购，获得SAW技术；通过收购韩国MEMS Solution获得TC－SAW和Fbar技术。

而国内公司虽然目前处于弱势状况，但是也大力投入研发和生产。比如无锡好达、中电26所、中电55所、北京长峰等，主要从事SAW滤波器的研发和生产。而更高技术要求的BAW工艺（FBar）国内量产的只有天津诺思、中电26所；其他的像汉天下、RDA都有相关的开发研究，但并无完整的产线。这里重点介绍一下我们国产的骄傲，天津诺思。

诺思（天津）微系统有限公司成立于2011年，公司总注册资本人民币3亿元。是中国首家FBAR生产企业。公司采用IDM模式，即产品开发＋产品生产制造＋产品销售。核心技术团队包括国家 “**** ”特聘专家，国家 “青年**** ”特聘专家等，建设了亚洲首座具有完全知识产权的FBAR晶圆厂。公司研发的射频滤波芯片技术打破了国际市场垄断，填补了国内技术空白，标志我国移动终端产业迈向国际高端的“芯片级”。

5G 对滤波器的需求

射频前端，包括发射通道和接受通道，由功率放大器、低噪放、开关、双工器、滤波器、谐振器等组成；其中滤波器扮演着非常重要的角色。

在中国5G频段划分上，中国联通和中国电信获得了较为国际主流的频段，中国移动的情况则复杂很多。

移动：获得2515MHz－2675MHz、4800MHz－4900MHz频段的5G试验频率资源，其中2515－2575MHz、2635－2675MHz和4800－4900MHz频段为新增频段，2575－2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD－LTE（4G）频。

联通：3500－3600MHz

电信：3400－3500MHz

主要如下图所示：

随着频段的清晰，各大滤波器厂商也都研发生产了相对应频段的滤波器。

在应用上，全球设备厂商加快研发进度，5G网络建设全面进入发展期。随着5G网络的分步演进，为了节省成本和空间，5G SOC的和射频的芯片集成将是趋势。但是5G技术伴随着载波聚合来提升频谱的使用效率，而载波聚合会带来频段数量的大幅度增加，对比4G LTE到4G LTE－Advanced pro，到5G频段，将会是指数倍的增加，每增加一个频段，至少要增加2个滤波器。

总结

1、5G随着更高，更多的频段，会同步射频元器件的用量增加，尤其是滤波器用量的增加，由于高频段的原因，会更适合BAW工艺滤波器的增加。在这方面，润欣科技代理的国产滤波器品牌，诺思，专注于FBAR工艺的滤波器以及双工器；并且润欣已在部分客户的5G基站应用上设计支持成功，有了良好的开端。

2、随着5G更大宽带的需求，在一定条件下需要使用适合大带宽的LTCC（低温共烧陶瓷滤波器）滤波器；润欣科技在LTCC支持上，有代理CHILISIN品牌的LTCC产品。除此之外，SAW滤波器，润欣科技也有代理的SAWNICS和 KYOCERA品牌的滤波器解决方案，并且有专门的技术团队来支持；润欣科技非常关注滤波器的市场，希望能抓住5G的这个大机遇。

因此，在5G滤波器应用中，SAW滤波器和BAW滤波器都是主流，SAW适合低成本，低速率；BAW适合高速率，高性能要求；LTCC适合更大宽带的需求。5G的到来，对滤波器是个很大的机遇，由于目前滤波器市场主要份额还是被美系以及日系厂商所占据，因此，这是国产滤波器的一个挑战，但更是国产滤波器厂商的大机遇。