林瑞欽 / 中山大學半導體學院
射頻濾波器是行動通訊射頻前端模組中最關鍵的元件之一，且通常擁有最多數量與最高的總價。現今的射頻濾波器大多採用聲波共振型態，這類濾波器能將電磁波轉換成大約1微米的聲波，從而在行動通訊中具有極小體積的優勢。目前，手機使用的聲波濾波器主要包括表面聲波(SAW)濾波器和體聲波(BAW)濾波器。SAW濾波器主要適用於2 GHz以下的頻段，而BAW濾波器則適用於2~7GHz的頻段。這些聲波濾波器需依賴空氣作為反射介面，因此其封裝結構通常具備空腔，這與傳統IC封裝有顯著差異。聲波濾波器的設計與製程涉及材料科學、微波技術、半導體製程以及機械結構等多個領域的專業知識。儘管如此，聲波濾波器在半導體產業的市占率相對較小，不像邏輯IC產業那樣擁有精細的分工和龐大的專業人才團隊。因此，從事聲波濾波器技術的工程師需具備跨領域的知識與技能。然而，業界在此領域的資源投入與人才培養相對不足，導致隨著無線通訊需求快速增長，產業面臨著各種技術與產品發展上的挑戰。本文旨在分享作者在射頻聲波濾波器領域的經驗，深入探討射頻濾波器技術的發展、供應鏈分析及面臨的挑戰，並為聲波濾波器研究者提供寶貴的參考。
【內文精選】
新世代無線通訊的關鍵需求與技術規格
為實現未來智慧應用場景（如沉浸式通訊、全域感測、自主移動載具等），6G通訊系統需大幅提升各項性能指標，如表一所示。相較於5G，6G目標包括： Tbps級的極高速資料傳輸率、Gbps級的用戶體驗速率、次毫秒級的超低延遲、每平方公里上千萬台設備的連線密度、高達60 bit/s/Hz的頻譜效率，以及超過1,000 km/h的移動性支援等指標。要實現這些規格，RF前端模組需承擔更高的整合密度與運作效率，其中濾波器(Filter)扮演不可或缺的關鍵角色。
▼表一、5G與6G之通訊指標比較
隨著無線通訊新世代技術的演進，頻譜資源極度豐富，但也意味著更高的系統複雜度與干擾管理壓力。 Filter是RF模組中負責頻率選擇性的元件，直接決定整體系統的抗干擾能力、頻段隔離效率與能量損耗表現。在射頻前端模組中，同一設備可能需要同時處理數十個頻段訊號，包括Sub 6 GHz、毫米波(mmWave)與THz頻段，因此多頻段、多模態濾波器的性能與可調性成為6G RF架構設計的關鍵瓶頸。以射頻模組的系統觀點來看，Filter的角色可歸納為以下幾點：
①頻段隔離與互調抑制：面對高密度頻段重疊與多載波聚合(CA)架構，Filter必須具備陡峭的邊頻、高選擇性與低插入損耗的特性，確保通道間互不干擾。這對聲波技術的RF濾波器（如BAW、SAW）在Q值與衰減特性上提出更高要求。
②小型化與高整合：為實現更緊湊的封裝與模組設計，Filter需具備高度整合性與小尺寸封裝能力。新一代的射頻通訊模組預期將整合多個Filter至同一SiP中，因此如何在有限面積中堆疊多頻Filter而不犧牲性能，是核心挑戰 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》473期，更多資料請見下方附檔。