重磅！全球首款 XBAR 滤波器问世，助力无线技术升级

近日，村田制作所正在大规模生产和运送其声称的第一款采用 XBAR 技术的高频滤波器。该消息一经公布，便在半导体和通信行业引起了广泛关注。此高频滤波器融合了村田制作所专有的表面声波 (SAW) 滤波器技术及其子公司 Resonant Inc. 的 XBAR 技术，这种独特的技术融合能够精准提取所需信号，同时实现低插入损耗和高衰减。这些特性对于包括 5G、Wi-Fi 6E、Wi-Fi 7 和新兴 6G 技术在内的最新无线技术而言至关重要。

随着 5G 网络的广泛部署以及 6G 技术的未来发展趋势，对可靠高频通信的需求呈现出持续增长的态势。与此同时，Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 等无线局域网 (WLAN) 标准也在不断向更高频率领域扩展，以适应超高速数据传输的需求。在这些应用场景中，所使用的滤波器必须应对诸多关键挑战，例如有效防止带外干扰、最大限度地提高系统电池性能以及满足严格的空间限制等。然而，使用低温共烧陶瓷 (LTCC) 或传统体声波 (BAW) 滤波器的传统方法，在这些性能方面往往存在明显不足。

而新型 XBAR 滤波器则成功克服了这些局限性。它在保持宽带宽和低信号损耗的同时，实现了高衰减性能。XBAR 结构本身利用梳状电极和压电单晶薄膜激发体声波，从而实现了超越传统滤波器结构的性能表现。即使在 3 GHz 以上的频段，它也能有效消除高频干扰，进而改善信号检测并提高性能，这对于高速、大容量、高质量的无线通信而言是不可或缺的。该滤波器的关键性能参数十分出色，其通带为 5150 至 7125 MHz，典型插入损耗为 2.2 dB，典型回波损耗为 17 dB。典型衰减值在 4800 至 5000 MHz 时为 11 dB，在 3300 至 4800 MHz 时为 28 dB，在 7737 至 8237 MHz 时为 27 dB，在 10300 至 14250 MHz 时为 26 dB。

新型滤波器专为具有嵌入式无线功能的设备而设计，涵盖智能手机、可穿戴设备、笔记本电脑和通信网关等。它能够为这些设备提供性能和成本效率的最佳平衡。

从行业技术发展的角度来看，自 20 世纪 90 年代以来，声学滤波器行业已分为两大主要技术：用于低频段的表面声波 (SAW) 滤波器和用于高频段的体声波 (BAW) 滤波器。该市场及相关参与者均已成熟，其产品、技术和专有技术受到庞大而强大的知识产权 (IP) 组合的保护。村田制作所 (Murata) 和思佳讯 (Skyworks) 在 SAW IP 领域处于领先地位，而博通 (Broadcom) 则在 BAW IP 领域占据优势。随着移动电话服务和网络的不断扩展，对更宽、更高频段的需求也日益增长。例如，5G 应用需要 6GHz 以下频率范围（例如 3.3–3.8 GHz (B78)、3.3–4.2 GHz (B77)、4.4–5.0 GHz (B79)）以及毫米波频段（例如 24.25–29.5 GHz (B257、B258、B261)、37–40 GHz (B260)）。虽然达到更高频率是挑战的一部分，但另一部分是提供不仅能在更高频率下工作，还能提供更宽绝对和相对带宽的滤波器。

目前，SAW 和 BAW 器件能够满足 3GHz 以下频段的要求，但在 3 - 5 GHz 范围，传统方法则面临诸多问题。SAW 器件需要越来越窄的电极，这会导致更高的损耗、更低的功率处理以及更昂贵的光刻成本；而 BAW 器件具有相对较小的压电耦合，并且缺乏支持所需更宽带宽的能力。因此，能够满足 3 GHz 以上损耗、功率和带宽需求的新型声波滤波器解决方案极具吸引力。

为了克服这些限制，行业参与者正在积极寻找新技术。根据专利分析，解决方案包括开发采用 ScAlN 或 Sc 掺杂 AlN 压电薄膜的 BAW，以增强电声耦合特性，或者转向横向激励 BAW (LBAW) 技术。LBAW 器件利用纵向体声波实现谐振，可以满足高频和大带宽滤波器的要求。此外，LBAW 技术的一大优势是该领域的现有技术较少，参与者有潜力在不面临激烈竞争的情况下开发、强化和评估其知识产权。

直到 2020 年，横向激励体声波 (BAW) 器件几乎完全由 Resonant 开发并获得专利（芬兰 VTT 技术研究中心在 2018 年至 2019 年期间提交了 3 项专利）。自 2018 年以来，Resonant 已提交了 50 多个专利族（发明），并开发了与其 LBAW 技术 XBAR® 相关的强大知识产权组合。该知识产权为村田制作所提供了强有力的支持，并巩固了其在 5G 高频段滤波器开发中的地位。然而，这一知识产权地位已不再独一无二，在过去两年中，已有多家公司提交了 LBAW 技术专利申请。目前，IP 竞争主要来自深圳飞骧科技股份有限公司、武汉大学、杭州左蓝微电子技术有限公司、锐石创芯等中国企业，以及 Skyworks、德州仪器等美国企业。

知识产权持有者也增加了与滤波器架构相关的专利申请活动。村田制作所及其竞争对手对 LBAW 技术采取了相同的策略，并已提交了将其集成到滤波器模块或梯形滤波器中的专利申请。与 BAW 一样，LBAW 可分为两种主要设计：XBAR®（横向激励体声波谐振器）和 SMR LBAW（固装 LBAW）。Resonant 公司专有的 XBAR 技术是最常见的 LBAW 技术，它将叉指电极 (IDT) 与 MEMS 工艺相结合，蚀刻基板背面。根据 Knowmade 的专利分析，尽管村田制作所拥有庞大的专利组合且具有潜在的攻击性，但 XBAR 目前是中国 LBAW 专利持有者首选的技术。

村田制作所和 VTT 是两家拥有全球知识产权战略的厂商。尤其是村田制作所，其 26 项 LBAW 相关发明在中国获得了保护。相反，中国厂商大多采取了国家知识产权战略。迄今为止，除一项例外（Lansus Technology 的 PCT 申请 WO2023/071516）外，中国 LBAW 相关专利尚未在中国境外获得保护。然而，在知识产权战的背景下，中国企业可以利用其专利来限制或规范村田制作所进入中国市场。除中国市场外，由于 VTT 和 Skyworks 的专利保护，村田制作所还可能在美国、欧洲和日本面临知识产权竞争。

最近的专利证明了行业在 IDT 开发方面投入的巨大努力。村田制作所尤其如此，该公司正在利用其在 SAW IDT 开发方面的丰富专业知识和背景，将其转移到 XBAR 设计中。这背后的一个挑战是降低较大的通带纹波，另一个问题是为 XBAR 器件提供更好的散热性能。最后，母线设计（即位置、制造工艺等）也是 XBAR 技术开发的一个课题。

固装式 LBAW 较为少见。这种方法最早出现在芬兰 VTT 技术研究中心 2018 年的专利中。与 SMR BAW 类似，在基板和压电层之间沉积一个声反射器，以将声波限制在有源层内。Skyworks 最近在其两项专利中声明了这种设计。这种 SMR LBAW 设计的优势在于无需蚀刻和添加停止层，并且通过精心设计基板和压电材料之间的反射器和中间层，可以更好地控制散热。另一个好处是，通过使用 SMR LBAW，厂商可以避开村田制作所 (Murata) 的知识产权 (IP)，并受益于更多的 IP 空白区，从而增强其专利组合。

体声波 (BAW) 领域的专利申请竞争激烈，各方都在努力寻求最佳方式来开发和保护自身技术，而 LBAW 技术则提供了一条充满希望的新途径。目前仅有 200 项发明申请了 LBAW，因此仍有充足的空间供各方进入专利领域，构建强大且有价值的知识产权组合。然而，如果专利申请动态和新参与者的加入继续保持这种速度，这些空间很快就会被填满，竞争将与体声波一样激烈。时间紧迫！