5G通信技术之TC-SAW
随着5G技术的广泛应用和5G-A的演进，射频前端器件作为5G通信终端的核心组件，其重要性日益凸显。其中滤波器更是扮演着至关重要的角色，它们负责筛选特定频率的信号，以确保通信的清晰和准确。5G通信技术对滤波器提出了更高的要求，包括更低的损耗，更高的隔离，更高的功率耐受度等，传统普通SAW滤波器技术已无法满足需求，因此业界对于性能更好的滤波器需求迫切，作为高性能滤波器技术之一的TC-SAW滤波器应运而生，成为国内外厂商竞逐的焦点之一。
三种主流高性能滤波器技术
（TC-SAW，BAW，TF-SAW）
在2G/3G时代，SAW滤波器凭借较低成本优势主导射频滤波器市场，占据射频滤波器市场大部分的市场份额。随着通讯技术的不断向4G/5G演进，SAW滤波器应用场景不断扩宽，技术上也愈发呈现小型化、模组化、高频化、高功率和大带宽等趋势。然而，普通SAW滤波器也存在局限性， 普通SAW器件对温度变化敏感，性能随着温度升高而降低，另外，普通SAW的工作模式为漏波模式（leaky surface wave mode），在滤波过程中不可避免带来能量的损失（即Q值降低），造成滤波器插入损耗升高，并且随着频率升高，其损失的更明显，不能满足通信系统对插入损耗越来越苛刻的要求。因此需要一种替代方法来提高SAW滤波器温度和Q值的稳定性，基于瑞利波模态（Rayleigh wave mode）工作的温度补偿型声表面波（TC-SAW）滤波器则是以此为前提研发诞生。
美国Raytheon公司的研究人员最早于上世纪70年代提出了在铌酸锂（lithium Niobate）上沉积二氧化硅（SiO2）实现非漏波（non-leaky surface wave mode）的瑞利波工作模态并通过二氧化硅特殊的温度特性实现频率温度补偿的High-Q TC-SAW结构，并作出开拓性的设计和实验[2]。但是，由于业界缺乏在铌酸锂晶圆上沉积高品质的二氧化硅薄膜技术，这种结构直到2010年以后，随着铌酸锂上二氧化硅薄膜的沉积技术逐步成熟后才逐渐由美日公司推向商业化生产[3]。经过不断优化设计和制造工艺，TC-SAW滤波器在性能稳定性、高频特性和小型化方面取得了显著进步。由于二氧化硅温度补偿工艺需要增加3到4道掩模层，器件结构更加复杂，制造成本相对常规SAW滤波器有所提高。但由于铌金属比钽金属在地壳中分布更广（80ppm vs 0.7ppm），熔点更低（2477℃vs 3017℃），相较于普通SAW较常使用的钽酸锂晶圆，TC-SAW使用的铌酸锂晶圆成本相对较低，更容易制作6/8inch等大尺寸晶圆[4]。
T.E. Parker 等人于1974年首次提出的TC-SAW构想 [2]
现代TC-SAW滤波器器件结构8寸铌酸锂晶圆（未黑化）（左）6寸铌酸锂晶圆（未黑化）（右）[4]
因此，在三种主流的高性能滤波器技术中，基于铌酸锂衬底的TC-SAW技术的成本明显低于掩膜层数量极多的BAW滤波器技术与同样基于钽酸锂复合衬底的TF-SAW技术，具备极高的性能/成本比，另外TC-SAW的二次非线性（H2）特性优于BAW技术，三次非线性（H3）特性优于TF-SAW技术，这些出色的特性都使TC-SAW滤波器技术在要求苛刻的5G时代迎来了良好的发展，成为实现多频段、高数据速率通信的关键组件，在智能手机、无线局域网、全球定位系统等应用中得以广泛使用，成为国际射频前端大厂如Skyworks，Qorvo，Qualcomm以及Murata等公司重点发展的关键滤波器技术之一。
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由于中国是世界无线通信大国，近年来国内滤波器产业发展迅速，但仍集中在中低端的普通SAW技术，对于有着更高技术要求的TC-SAW, BAW和TF-SAW技术，仍被日、美系厂商垄断，国内只有少数几家处于技术研究和原型样品阶段。其中作为高性能滤波器技术之一的TC-SAW技术，中国市场迫切需要实现本地化供货和服务，以减少对外部技术的依赖。