微波谐振器研究现状与发展趋势

随着早期体声波技术的发展，1984年，S.Krishnaswamy等人在GOMAC会议上做了将薄膜体声波谐振器用于RF超大规模集成电路的报告；1987年B.R.McAvoy也发表了关于SAW和FBAR等微波声器件在系统中应用的论文；随后出现了少数关于FBAR滤波器设计的文章，但其性能一直无法满足通信系统的要求，直到1999年安捷伦公司Rudy等人成功研制出应用于美国PCS 1900MHz频段的双工器，真正标志着FBAR滤波器时代的到来，并成功推出了相应的产品，表1是Avago、Infineon（被收购前）、Philips公司生产的用不PCS发射端（Tx：1850-1910MHz）的滤波器性能比较。可看出，Avago公司生产的滤波器在总体上性能较佳，且该公司生产的FBAR滤波器已成为CDMA、WCDMA 3G等手机不可或缺的元件。根据德国WTC公司的市场分析，FBAR的市场占有率Avago为74%，其次是德国的Infineon占23%，次年，Infineon将FBAR业务卖给Avago，使得Avago的目前FBAR市场占有率遥遥领先于其他公司。

表1 FBAR滤波器产品性能比较

从以上可以看出，在国外FBAR滤波器已经是成熟的产品，并拥有自主设计制造技术，而在国内，目前还未见相关业界对FBAR技术的报道，主要还是集中在高校的研究，且基本都是以研究高性能FBAR器件为主，包括结构、制备技术和高Q值器件等，而在FBAR滤波器方面的报告相对较少。2002年，清华大学丛等人讨论了FBAR在有衬底情况下的阻抗，并给出了基于硅表面加工工艺制备的体声波滤波器结构示意图；2005年，浙江大学的陈等人成功构建出了薄膜体声波谐振器和滤波器的模型，并进一步对滤波器和双工器的设计进行了研究；2008年，中科院声学所汤等人研究了基于薄膜体声波谐振器的梯形结构射频滤波器的设计。但总体上，国内在FBAR滤波器等方面的技术还很薄弱，高校和企业在FBAR技术产业化的道路上还需要做很多工作。

另外，随着单片集成的“片上系统”（SOC）以及混合集成的“系统级封装”（SIP）技术的发展，FBAR滤波器和标准的CMOS工艺的集成化研究也将成为国内外研究的一大热点。2005年，意法半导体（ST）在国际固体电路会议（ISSCC2005）上公布了第一款集成了BAW滤波器的WCDMA零中频接收器前端，该电路的IC采用0.25um SiGe:C BiCMOS工艺，FBAR采用AlN薄膜，机电耦合系数为6.3%，Q值为900。同一年，ST针对DCS1800和WCDMA研究了集成FBAR滤波器的双路接收机前端，该电路集成了FBAR滤波器、双路LNA、有缘单到双的转换器和I/Q下变频器。2006年，M.el Hassan等人用0.25um SiGe:C BiCMOS工艺制成了集成可通过MEMS开关控制的FBAR滤波器，且支持WLAN 802.11b/g 和WCDMA的接受IC。2008年，Avago公司的Y.H.Chow等人研制出了集成采用E-modepHEM（Pseudomorphic High Electron Mobility Transistors，赝高电子迁移率晶体管）技术的LNA和FBAR滤波器的GPS前端模块，并于2009年11月正式推出业内第一款FBAR和IC的集成产品ALM-1912，采用2.9×2.0×1.0mm3微型化MCOB封装，如图6所示，此产品主要面向移动电话、个人导航设备和其他具备GPS功能的应用设计。Avago该产品的推出为今后FBAR滤波器和更多的IC模块的集成研究开辟了新的途径。

图1 Avago推出的ALM-1912实物图