濾波器主要是通過電容、電感、電阻等元件組合移除信號中不需要的頻率分量，保留所需要的頻率分量，傳輸特定的篩選后的信號，消除頻帶間相互干擾。射頻（RF）濾波器是射頻前端芯片市場份額最大的細分領域，RF 濾波器包括了 SAW（聲表面濾波器）、BAW（體聲波濾波器）、陶瓷濾波器（LTCC 濾波器）、IPD（Integrated Passive Devices）等。隨著全面屏及手機輕薄化，頻率資源擁擠化，使得高性能的濾波器愈發(fā)重要。SAW、BAW 濾波器是目前手機應用的主流濾波器，5G 時期濾波器用量成倍增加，對器件尺寸、重量、發(fā)熱性能、價格提出更高要求，陶瓷介質(zhì)濾波器憑借其小型化、輕量化、低損耗、溫度穩(wěn)定、性價比高等特點在 5G 應用中存在優(yōu)勢。

圖 射頻濾波器的主流技術及應用頻率，來源：murata

（1）SAW 濾波器

SAW 濾波器又稱聲表面波濾波器，主要由壓電材料和兩個叉指換能器組成。其主要原理是在一塊具有壓電效應的材料基片上蒸發(fā)一層金屬膜，然后經(jīng)過光刻在兩端形成一對叉指形電極。輸入端換能器將電信號轉(zhuǎn)換為振動（聲）信號，經(jīng)過壓電材料，其振幅隨著深入基片深度的增加而快速減少，故基本只有在表面?zhèn)鞑サ穆曅盘枙鬟f到輸出端，再通過輸出端的換能器轉(zhuǎn)化為電信號，通過叉指換能器的間距，來控制可通過的中心頻率大小，從而實現(xiàn)濾波作用。

SAW 濾波器由于采取半導體工藝，相較于傳統(tǒng)的介質(zhì)濾波器，體積大幅縮小，且一致性也優(yōu)于介質(zhì)濾波器。而相較于傳統(tǒng)的 LC 濾波器，SAW 濾波器綜合性能更加優(yōu)異，因此 SAW 濾波器大量地應用在手機的射頻前端領域。

圖 SAW和TC-SAW，來源：Qorvo

然而 SAW 濾波器的頻率特性卻受限 IDT 的間距大小，根據(jù) Qorvo 的表述，SAW 在 1GHz 以上的頻率時性能開始逐步降低，在 2.5GHz 上 SAW 的性能就會變得較為普通。同時 SAW 濾波器還具備溫度敏感特性，隨著溫度的變化，壓電材料上聲波的傳輸速度會改變，因此導致中心頻率會產(chǎn)生漂移。許多廠商針對溫飄的問題而提出了 TC-SAW（帶溫度補償?shù)?SAW），其原理是在 IDT 的結(jié)構(gòu)上另涂覆一層在溫度升高時剛度會加強的涂層，用以抵消壓電材料的溫度特性。由于溫度補償工藝需要加倍的掩模層，因此制造成本也會更高。

（2）BAW 濾波器

BAW 濾波器，又稱為體聲波濾波器，其聲波的傳輸方向為縱向，而不是停留在表面。BAW 濾波器采用石英晶體作為基板，聲波垂直傳播。基本結(jié)構(gòu)是兩個金屬電極夾著壓電薄膜（Quartz substrate 在 2GHz 下厚度為 2um），聲波在壓電薄膜里震蕩形成駐波（standing wave）。板坯厚度和電極質(zhì)量（mass）決定共振頻率。

圖 BAW濾波器

BAW 濾波器適用于高頻（1.5GHz 以上有優(yōu)勢），且尺寸會隨頻率升高而縮小，對溫度變化不敏感，擁有極低損耗與陡峭的濾波器裙邊。其工藝與成本比 SAW/TC-SAW 復雜，價格也更高昂，其壓電層的厚度必須在幾微米量級，因此，要在載體基板上采用薄膜沉積和微機械加工技術實現(xiàn)諧振器結(jié)構(gòu)。

（3）LTCC 濾波器

LTCC（低溫共燒陶瓷，Low Temperature Co-fired Ceramic）濾波器是通過高精度印刷疊層技術及低溫燒結(jié)技術等多種工藝過程而制成的多層陶瓷濾波器。基于這種工藝平臺，可以設計和制造從很低的頻率（10MHz 到 100GHz）到很高的頻率（100GHz 甚至太赫茲）的各種濾波器。

圖 LTCC濾波器，來源：Mini-Circuits

LTCC 濾波器產(chǎn)品具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸以及寬通帶的特性，此外 LTCC 濾波器尺寸小、性能優(yōu)、可靠性高、成本低、抗電磁干擾好、不必另加封裝。陶瓷材料的介電常數(shù)可以從 4.8 到 70 可選，高介電常數(shù)對應低頻應用，低介電常數(shù)對應高頻應用。

LTCC 濾波器優(yōu)勢：

（1）靈活性

陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸以及寬通帶的特性。根據(jù)配料的不同， LTCC 材料的介電常數(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動，配合使用高電導率的金屬材料作為導體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)，增加了電路設計的靈活性。

（2）使用壽命長

可以適應大電流及耐高溫特性要求，并具備比普通 PCB 電路基板更優(yōu)良的熱傳導性，極大地優(yōu)化了電子設備的散熱設計，可靠性高，可應用于惡劣環(huán)境，延長了其使用壽命。

（3）體積小

可以制作層數(shù)很高的電路基板，并可將多個無源元件埋入其中，免除了封裝組件的成本，在層數(shù)很高的三維電路基板上，實現(xiàn)無源和有源的集成，有利于提高電路的組裝密度，進一步減小體積和重量。

（4）兼容性

與其他多層布線技術具有良好的兼容性，例如將 LTCC 與薄膜布線技術結(jié)合可實現(xiàn)更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多芯片組件。

（5）成本控制、環(huán)保

非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，便于成品制成前對每一層布線和互連通孔進行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本節(jié)能、節(jié)材、綠色、環(huán)保已經(jīng)成為元件行業(yè)發(fā)展勢不可擋的潮流，LTCC 也正是迎合了這一發(fā)展需求，最大程度上降低了原料，廢料和生產(chǎn)過程中帶來的環(huán)境污染.

低溫共燒陶瓷（LTCC）技術是實現(xiàn)射頻器件小型化、高頻化的重要技術，基于LTCC技術的多層片式射頻濾波器，在5G通信基站及終端、智能手機、物聯(lián)網(wǎng)等領域的射頻和無線交互系統(tǒng)中廣泛應用，產(chǎn)品具有優(yōu)秀的電性能和良好的可靠性。

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