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三年鑄劍今朝試 銳石濾波破局來
2024.09.27
三年鑄劍今朝試 銳石濾波破局來
一、規(guī)劃
移動通信行業(yè)的發(fā)展離不開射頻前端。射頻前端作為無線連接的核心組件，其性能直接關(guān)系到無線通信信號的質(zhì)量。射頻濾波器是移動通信射頻前端的核心部件之一，主要起到濾波、隔離、選頻等作用，其中聲表面波濾波器由于具有體積小、性能優(yōu)良、一致性高、且成本顯著優(yōu)于體聲波濾波器等優(yōu)點(diǎn)，成為射頻濾波器中市場規(guī)模最大、使用場景最為廣泛的一類濾波器。長期以來，聲表面波濾波器市場和技術(shù)為美日巨頭所壟斷，我國濾波器企業(yè)起步晚，資金、人才和技術(shù)均長期處于落后局面。經(jīng)過近些年的發(fā)展，時至今日，國產(chǎn)化率水平依然較低，特別是模組用高端小型化產(chǎn)品更是幾乎空白。銳石創(chuàng)芯以PA為基石，經(jīng)歷從研發(fā)到量產(chǎn)出貨的蛻變，產(chǎn)品通過了客戶考驗(yàn)并得到信賴，特別是贏得了手機(jī)終端品牌客戶的認(rèn)可。在射頻收發(fā)模組中，通信頻段越來越“擁擠”，尤其是Phase7 和Phase8 等5G產(chǎn)品。晶圓級封裝的高性能聲表面波濾波器因需與PA、LNA及開關(guān)進(jìn)行SIP封裝，成為了模組產(chǎn)品的瓶頸。為了實(shí)現(xiàn)射頻產(chǎn)品中的皇冠產(chǎn)品L-PAMiD研發(fā)及量產(chǎn)，銳石創(chuàng)芯于2021年啟動了聲表面波濾波器產(chǎn)品的戰(zhàn)略布局。
二、建設(shè)
濾波器產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目自啟動后，于13個月之內(nèi)完成從平場打樁到首臺設(shè)備進(jìn)廠，隨后3個月內(nèi)實(shí)現(xiàn)Normal SAW的順利通線，并于通線后6個月進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)量產(chǎn)階段。
工廠占地面積120畝， 一期建筑面積2.3萬平方米。目前已完成八寸半導(dǎo)體廠房標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，遠(yuǎn)期可以支持6萬片/月高端聲表面波濾波器芯片制造。
三、工藝
銳石創(chuàng)芯聲表面波濾波器產(chǎn)線憑借業(yè)界一流的設(shè)備與經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝團(tuán)隊(duì)，不斷攻克Normal SAW與TC-SAW量產(chǎn)過程中的技術(shù)難題。產(chǎn)品良率穩(wěn)步提升，逐步達(dá)到領(lǐng)先水平。
Normal SAW高/低頻表面形貌及橫截面
TC-SAW 諧振器測試曲線和Q值
四、產(chǎn)品
銳石創(chuàng)芯聚焦高性能濾波器、多工器及相關(guān)模組產(chǎn)品的開發(fā)。通過自主研制微聲濾波器設(shè)計(jì)平臺，形成從材料、諧振器結(jié)構(gòu)到芯片設(shè)計(jì)的濾波器端到端研發(fā)能力，整合聲學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)等多物理場協(xié)同仿真方法。該平臺不但可以實(shí)現(xiàn)濾波器小信號的高精度仿真，而且具備大功率下濾波器芯片熱分布模擬和非線性仿真的能力，為研制可應(yīng)用在L-PAMiD模組中的高性能濾波器奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，在此基礎(chǔ)上已推出了Normal-SAW/TC-SAW/ML-SAW技術(shù)的多款產(chǎn)品。相關(guān)產(chǎn)品采用BD(Bare Die)/WLP(Wafer Level Package)/CSP(Chip Scale Package)三種封裝形式，其中BD濾波器應(yīng)用于DiFEM/L-DiFEM模組產(chǎn)品，WLP濾波器應(yīng)用于L-PAMiD模組產(chǎn)品。CSP濾波器封裝尺寸為1.1mm*0.9mm，CSP雙工器封裝尺寸為1.6mm*1.2mm，可應(yīng)用于手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。
1、Normal SAW 工藝及產(chǎn)品性能
相對于其他兩種SAW技術(shù)，盡管Normal-SAW的Q值相對較低，仍因其具有明顯的成本優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于接收濾波器或頻率間隔較大的雙工器頻段。銳石創(chuàng)芯采用Normal-SAW 工藝推出了Band1/Band5雙工器。其中Band1 Tx 帶內(nèi)IL典型值1.6dB，Rx 帶內(nèi)IL典型值1.8dB，在Tx頻率段和RX頻率段的隔離度典型值分別為56dB和55dB；Band5 Tx 帶內(nèi)IL典型值1.4dB，Rx 帶內(nèi)IL典型值1.6dB，在Tx頻率段和RX頻率段的隔離度典型值分別為55dB和57dB。
Band1雙工器
Band5雙工器
相比Normal-SAW，TC-SAW具有更高的Q值和高優(yōu)的頻率溫度穩(wěn)定性，但存在雜模抑制困難、功率耐受力較差、工藝難度大等技術(shù)挑戰(zhàn)。銳石創(chuàng)芯目前已全面突破TC-SAW設(shè)計(jì)與工藝難點(diǎn)，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的諧振器結(jié)構(gòu)，在兼具橫模抑制的同時實(shí)現(xiàn)了諧振器的高Q值。采用該技術(shù)，銳石創(chuàng)芯推出了多款高性能濾波器及雙工器芯片，包括Band1/Band3/Band8/Band20/Band28A/Band34+39等。其中：
Band1 Tx 帶內(nèi)IL典型值1.3dB，Rx 帶內(nèi)IL典型值1.4dB，在Tx頻率段和Rx頻率段的隔離度典型值分別為60dB和60dB;
Band3 Tx 帶內(nèi)IL any 4.5M積分典型值1.6dB，Rx 帶內(nèi)IL any 4.5M積分典型值2.3dB，在Tx頻率段和Rx頻率段的隔離度典型值分別為55dB和55dB;
Band8 Tx 帶內(nèi)IL典型值1.5dB，Rx 帶內(nèi)IL典型值2.1dB，在Tx頻率段和Rx頻率段的隔離度典型值分別為55dB和57dB;Band20 Tx 帶內(nèi)IL典型值1.2dB，Rx 帶內(nèi)IL典型值1.5dB，在Tx頻率段和Rx頻率段的隔離度典型值分別為58dB和58dB;
Band28A Tx 帶內(nèi)IL典型值1.2dB，Rx 帶內(nèi)IL典型值1.5dB，在Tx頻率段和Rx頻率段的隔離度典型值分別為58dB和58dB；
Band34+39 dual SAW 濾波器中Band34 帶內(nèi)IL典型值1.5dB，Band39 帶內(nèi)IL典型值1.4dB；
Band3雙工器
Band8雙工器
Band20雙工器
Band28A雙工器
Band34+39 dual SAW 濾波器
銳石創(chuàng)芯通過對大功率下濾波器應(yīng)力場和熱場仿真技術(shù)、耐功率金屬薄膜制備技術(shù)、高致密溫補(bǔ)薄膜制備技術(shù)的攻關(guān)，成功解決了TC-SAW功率耐受能力差的難題。TC-SAW Tx濾波器50歐姆下的極限功率均達(dá)到33.5dBm以上，部分頻段如Band20/Band28A/Band34+39達(dá)到了35dBm；6:1 VSWR下，功率耐受為32~33dBm。通過自研L-PAMiD的驗(yàn)證，相關(guān)產(chǎn)品均滿足了模組功率耐受的要求。
Band34 濾波器極限功率測試曲線
測試曲線Band39 濾波器極限功率
3、ML-SAW 工藝及產(chǎn)品性能
在三種技術(shù)中，ML-SAW具有最高的Q值和頻率溫度穩(wěn)定性。因雜模的Q值也比較高，雜模抑制難度比TC-SAW更大。銳石創(chuàng)芯通過技術(shù)創(chuàng)新，提出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的諧振器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的橫模抑制。采用該技術(shù)推出了多款高性能濾波器及多工器芯片，綜合性能比肩國際一流水平。具體產(chǎn)品包括Band1+3/Band40/Band41。其中：Band 1+3四工器中Band1 Tx帶內(nèi)IL典型值1.3dB，Band1 Rx帶內(nèi)IL典型值1.3dB，Band3 Tx帶內(nèi)IL典型值1.6dB，Band1 RX帶內(nèi)IL典型值1.9dB，在Band1 Tx頻率段和Rx頻率段的隔離度典型值分別為56dB和58dB，在Band3 Tx頻率段和Rx頻率段的隔離度典型值分別為56dB和60dB；
Band40帶內(nèi)IL典型值1.50dB，帶外抑制WiFi-CH05積分抑制典型值30dB;
Band41帶內(nèi)IL典型值1.85dB，帶外抑制WiFi-CH10積分抑制典型值23dB。
Band1+3四工器測試曲線
Band40濾波器測試曲線
Band41濾波器測試曲線
五、生產(chǎn)與質(zhì)量
眾所周知在4G通信系統(tǒng)應(yīng)用前，聲表面波濾波器的產(chǎn)業(yè)規(guī)模并不大。其雖采用半導(dǎo)體工藝，但在制程管控、生產(chǎn)追溯性和量產(chǎn)規(guī)模等方面與半導(dǎo)體產(chǎn)品的要求差距很大。伴隨著聲表面波濾波器在4G及5G手機(jī)終端的規(guī)模化需求，其生產(chǎn)產(chǎn)線的管控要求等也逐步與半導(dǎo)體產(chǎn)品趨同。
銳石創(chuàng)芯聲表面波濾波器6吋晶圓生產(chǎn)線，采用了業(yè)界頂級12吋自動化解決方案，可達(dá)到晶圓級制程控制。全程確保賬實(shí)一致，設(shè)備菜單自動選擇率98%以上，生產(chǎn)原料全程自動校驗(yàn)，嚴(yán)格確保生產(chǎn)出貨過程依規(guī)進(jìn)行。配備設(shè)備參數(shù)檢測、設(shè)備菜單參數(shù)檢測等系統(tǒng)，確保生產(chǎn)前設(shè)備處于良好狀態(tài)；配備缺陷偵測系統(tǒng)、過程統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和制程參數(shù)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，確保生產(chǎn)中設(shè)備和產(chǎn)品參數(shù)符合要求；配備電學(xué)不良偵測系統(tǒng)和影像不良偵測系統(tǒng)，確保出貨品質(zhì)達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)。同時，設(shè)備的預(yù)防性保養(yǎng)和報(bào)警管控、物料的流轉(zhuǎn)、生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測均納入系統(tǒng)管理，做到“嚴(yán)進(jìn)嚴(yán)出”、“過程可控”、“全程追溯”，每一片晶圓的生產(chǎn)過程在系統(tǒng)管控下，均有詳實(shí)記錄。
六、企業(yè)介紹
銳石創(chuàng)芯是一家專注于4G、5G射頻前端分立器件及模組的研發(fā)、制造及銷售的高新技術(shù)企業(yè)，同時也是國家級專精特新小巨人企業(yè)。公司具備射頻前端產(chǎn)品所需全系列芯片的設(shè)計(jì)及模組化能力，并戰(zhàn)略布局濾波器晶圓制造。公司產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)及智能穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。銳石創(chuàng)芯成立于2017年，總部位于深圳，在上海、重慶、成都、韓國均設(shè)有分支機(jī)構(gòu)。自創(chuàng)立以來，銳石創(chuàng)芯堅(jiān)持“科技創(chuàng)芯+國產(chǎn)替代”戰(zhàn)略，在積極探索射頻前端核心器件國產(chǎn)化方案的同時，通過持續(xù)技術(shù)研發(fā)，在芯片設(shè)計(jì)、模組集成方案設(shè)計(jì)、封裝測試等環(huán)節(jié)均形成了較強(qiáng)的核心技術(shù)優(yōu)勢，并對濾波器設(shè)計(jì)、制造、封裝測試等環(huán)節(jié)進(jìn)行了多方面布局，為公司不斷開發(fā)及迭代高品質(zhì)射頻前端產(chǎn)品積蓄了充足勢能。公司已陸續(xù)推出4G Phase2, 5G Phase5N, Sub6G L-PAMiF, Sub3G L-PAMiD, WiFi FEM, 濾波器，射頻開關(guān)，天線調(diào)諧開關(guān) (Antenna Tuner), LNA Bank, 分集接收模組DIFEM, L-FEM等射頻前端產(chǎn)品，以滿足國內(nèi)外市場對射頻前端產(chǎn)品的巨大需求。銳石創(chuàng)芯擁有由多名博士帶領(lǐng)的高水平、高素質(zhì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，已獲得授權(quán)專利二百余項(xiàng)。公司已獲得深圳市技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目、深圳市新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)扶持計(jì)劃項(xiàng)目及國家、省、市級人才項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。
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