濾波器根據(jù)實現(xiàn)方式的不同可以分為LC濾波器、腔體濾波器、聲學(xué)濾波器、介質(zhì)濾波器等。不同濾波器適用于不同的應(yīng)用場景，在手機無線通信應(yīng)用中，由于設(shè)備尺寸較小、功率較低，因此目前智能手機使用小體積高性能的聲學(xué)濾波器，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以分為聲表面波（SAW）濾波器和體聲波（BAW）濾波器。

SAW濾波器的基本原理為在輸入端由壓電效應(yīng)把無線信號轉(zhuǎn)換為聲信號在介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，在輸出端由逆壓電效?yīng)將聲信號轉(zhuǎn)換為無線信號。一個基本的SAW濾波器由壓電材料和兩個叉指式換能器（IDT，Interdigital Transducer）組成，輸入端的IDT將電信號轉(zhuǎn)換成聲波，且該聲波在SAW濾波器基板表面以駐波形式橫向傳播，輸出端的IDT接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號輸出，從而實現(xiàn)濾波。

SAW類產(chǎn)品包括普通的SAW濾波器以及具有溫度補償特性的TC-SAW濾波器，產(chǎn)品形式包括雙工器以及單獨的濾波器。制作的原材料主要為鉭酸鋰或鈮酸鋰的單晶晶圓（4寸晶圓為主），在晶圓上方應(yīng)用光刻，鍍膜等半導(dǎo)體工藝進行圖形化處理，然后劃切成為芯片，芯片表面結(jié)構(gòu)和制作工藝較為簡單，成本較低。

BAW濾波器基本原理同SAW濾波器相同，不同的是BAW濾波器中聲波垂直傳播。同時電極的使用與薄膜壓電層的厚度決定濾波器諧振頻率，高頻下薄膜壓電層厚度在幾微米量級，因此需要使用較高難度的薄膜沉積與微機械加工技術(shù)，制造難度與成本更高。濾波器微信公眾號認為，BAW濾波器有FBAR類型以及SMR類型，兩者結(jié)構(gòu)略有差別。BAW濾波器可以直接在硅晶圓（6寸為主）加工設(shè)計，利用PVD或CVD設(shè)備實現(xiàn)壓電薄膜的制備是其關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，薄膜材料主要為氮化鋁和氧化鋅。

SAW —— 聲表面波濾波器

SAW濾波器的結(jié)構(gòu)如圖所示。它由壓電材料制成的基片及燒制在其上面的梳狀電極所構(gòu)成。當(dāng)給聲表面波濾波器輸大端輸入信號后，在電極司壓電材料表面將產(chǎn)生與外加信號頻率相同的機械振動波。該振動波以聲波速度在壓電基片表面?zhèn)鞑ィ?dāng)該波傳至輸出端時，由輸出端梳狀電極構(gòu)成的換能器將聲能轉(zhuǎn)換成交變電信號輸出。

BAW —— 體聲波濾波器

雖然SAW和TC-SAW濾波器非常適合約1.5GHz以內(nèi)的應(yīng)用，高于1.5GHz時，BAW濾波器非常具有性能優(yōu)勢（圖2）。BAW濾波器的尺寸還隨頻率升高而縮小，這使它非常適合要求非?？量痰?G和4G應(yīng)用。此外，即便在高寬帶設(shè)計中，BAW對溫度變化也不那么敏感，同時它還具有極低的損耗和非常陡峭的濾波器裙邊（filterskirt）。

圖2：高于1.5GHz時，BAW濾波器非常具有性能優(yōu)勢

不同于SAW濾波器，BAW濾波器內(nèi)的聲波垂直傳播（圖3）。對使用石英晶體作為基板的BAW諧振器來說，貼嵌于石英基板頂、底兩側(cè)的金屬對聲波實施激勵，使聲波從頂部表面反彈至底部，以形成駐聲波。而板坯厚度和電極質(zhì)量（mass）決定了共振頻率。在BAW濾波[敏感詞]顯身手的高頻，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(shù)實現(xiàn)諧振器結(jié)構(gòu)。

圖3：BAW濾波器內(nèi)的聲波垂直傳播。

為使聲波不散漫到基板上，通過堆疊不同剛度和密度的薄層形成一個聲布拉格（Bragg）反射器。這種方法被稱為牢固安裝諧振器的BAW或BAW-SMR器件（圖4）。另一種方法，稱為薄膜體聲波諧振器（FBAR），它是在有源區(qū)下方蝕刻出空腔，以形成懸浮膜。

圖4：BAW–SMR器件。

因這兩種類型BAW濾波器的聲能密度都很高、其結(jié)構(gòu)都能很好地導(dǎo)限聲波，它們的損耗都非常低。在微波頻率，BAW可實現(xiàn)的Q值、在可比體積下、比任何其它類型的濾波器都高，可達：2500@2GHz。這使得即使在通帶邊緣的吃緊處，它也有極好的抑制和[敏感詞]損耗性能。

雖然BAW和FBAR濾波器的制造成本更高，其性能優(yōu)勢非常適合極具挑戰(zhàn)性的LTE頻帶以及PCS頻帶，后者的發(fā)送和接收路徑間只有20MHz的狹窄過渡范圍。濾波器 微信公眾號認為，BAW和FBAR濾波器的IDT可做得足夠大，以支持4W@2GHz的更高射頻功率。BAW器件對靜電放電有固有的高阻抗，其BAW-SMR變體具有約-17ppm/℃@2GHz的TCF。

隨著頻譜擁擠導(dǎo)致縮窄甚至舍棄保護頻帶的趨勢，對于高性能濾波器的需求顯著增加。BAW技術(shù)使人們有可能設(shè)計出具有非常陡峭濾波器裙邊、高抑制性能以及溫漂很小的窄帶濾波器，它非常適合處理相鄰頻段之間非常棘手的干擾抑制問題。TriQuint及其它濾波器制造商的工程師正在努力實現(xiàn)4％或更高帶寬、損耗更低、TCF基本為零的BAW-SMR濾波器。

BAW器件所需的制造工藝步驟是SAW的10倍，但因它們是在更大晶圓上制造的，每片晶圓產(chǎn)出的BAW器件也多了約4倍。即便如此，BAW的成本仍高于SAW。然而，對一些分配在2GHz以上極具挑戰(zhàn)性的頻段來說，BAW是唯一可用方案。因此，BAW濾波器在3G/4G智能手機內(nèi)所占的份額在迅速增長。

在BAW-SMR濾波器底部電極下方使用的聲反射器使其在FBAR面臨挑戰(zhàn)的頻段擁有優(yōu)化的帶寬性能。反射器使用的二氧化硅還顯著減少了BAW的整體溫漂，該指標遠好于BAW甚至FBAR所能達到的水平。由于諧振器位于結(jié)實的材料塊上，其散熱比FBAR好得多，后者采用一個膜，僅能通過邊緣散熱。這使得BAW器件可實現(xiàn)更高的功率密度，不久就會有可用于小蜂窩基站應(yīng)用10W級器件的問世。

FBAR  

Film Bulk Acoustic Resonator, 包括Membrane type和Airgap type。

Membrane Type是從substrate后面etch到表面(也就是bottom electrode面)，形成懸浮的薄膜(thin film)和腔體(cavity)。

因為只是邊緣部分跟底下substrate接觸，這種結(jié)構(gòu)在受到壓力時相對脆弱，而且跟membrane type類似，散熱問題同樣需要關(guān)注。

BAW filter種類

BAW filter可以把多個resonator按一定拓撲結(jié)構(gòu)連接。BAW filter有多種類型，包括ladder type filter，lattice type filter，stacked crystal filter和coupled resonator filter。這里只簡單介紹ladder type和lattice type。

Ladder type(SAW最后也提過)使用的resonator包括串聯(lián)和并聯(lián)，一個串聯(lián)的resonator加一個并聯(lián)的resonator稱為一個stage，整個ladder type filter可以由好幾個stage組成。

了解ladder type filter的工作原理之前我們再看看BAW resonator的基本模型，如下圖。

典型的基本結(jié)構(gòu)如上圖(a)，上下金屬電極中間夾著壓電層，對應(yīng)的mBVD等效電路如上圖(b)，對應(yīng)的阻抗如上圖(c)，可以看出有兩個resonance頻率，串聯(lián)(fs)和并聯(lián)(fp)。工作原理如下圖。

在通頻帶(pass band)上，series resonator fs阻抗很小，保證信號通過，shunt resonator fp阻抗很大，阻止信號通過。

Lattice filter中每一個stage有4個resonator，包括2個串聯(lián)和2個并聯(lián)，基本模型如下圖。

Ladder type可以用在單端(single-ended/unbalanced)和差分(balanced)信號上，而lattice type更適合用在差分(balanced)信號上。