卓胜微 MAX-SAW 滤波器的生产工艺较为复杂,涉及多项高精度技术和特殊工艺步骤,其复杂性主要体现在衬底制备、器件结构设计、薄膜沉积、光刻工艺及封装技术等多个环节。以下是具体分析:
一、衬底制备:POI 衬底的特殊要求
MAX-SAW 滤波器采用压电氧化物集成衬底(POI 衬底),其制备工艺比传统硅基衬底更复杂:
- 多层薄膜结构:POI 衬底需在硅基底上依次沉积氧化埋层、压电层(如氮化铝 AlN)和功能层,每层薄膜的厚度、应力和结晶质量需精确控制,以确保声波传播效率和频率稳定性。
- 材料兼容性:不同材料(硅、氧化物、压电材料)的热膨胀系数和晶格匹配度需严格匹配,否则可能导致薄膜开裂或性能劣化。
- 制备成本高:POI 衬底通常需要通过键合、研磨、抛光等工艺制备,流程长且良率控制难度大,属于高附加值环节。
二、器件结构设计:高频高性能的挑战
为实现 sub-3GHz 频段的高性能(如低插入损耗、高带外抑制),器件结构需满足:
- 精细电极图案:叉指换能器(IDT)和反射栅的线宽、间距需达到微米级甚至纳米级,以匹配高频声波的波长(波长 = 声速 / 频率,高频下波长更短)。
- 多层膜系优化:可能需要沉积缓冲层、布拉格反射层等多层结构,以调控声波传播路径,抑制能量泄漏(如体声波模式),提升品质因数(Q 值)。
- 温度补偿设计:通过引入氧化埋层或复合结构,优化频率温度系数(TCF),确保器件在 - 40℃~+85℃等宽温范围内稳定工作,这需要精确的热应力仿真和工艺验证。
三、关键工艺步骤:高精度与高可靠性的平衡
- 薄膜沉积
- 压电层(如 AlN)需通过溅射、原子层沉积(ALD)等方法制备,要求高结晶度、低缺陷密度,以降低声波传输损耗。
- 金属电极(如钼 Mo、铝 Al)的沉积需控制电阻率和台阶覆盖能力,避免电极断裂或接触不良。
- 光刻与刻蚀
- 使用深紫外(DUV)或极紫外(EUV)光刻技术,实现亚微米级图形转移,对光刻机精度要求高。
- 干法刻蚀(如反应离子刻蚀 RIE)需精确控制刻蚀速率和各向异性,避免过度刻蚀导致器件失效,尤其在多层膜结构中易出现刻蚀偏差。
- 封装工艺
- 为满足小型化和高频性能,常采用芯片级封装(CSP)或晶圆级封装(WLP),涉及底部填充、凸点制备、回流焊等工艺,需控制封装应力对器件性能的影响(如焊点开裂导致信号失效)。
- 若采用系统级封装(SiP),还需与其他射频元件(如开关、LNA)集成,涉及三维堆叠和互连技术,进一步增加工艺复杂度。
四、与传统 SAW 滤波器的对比
维度传统 SAW 滤波器(硅基 / 蓝宝石衬底)MAX-SAW 滤波器(POI 衬底)衬底工艺单一衬底,工艺相对简单多层复合衬底,需精确控制薄膜应力和厚度工作频率通常低于 2GHz可达 sub-3GHz,接近 BAW/FBAR 水平插入损耗较高(尤其在高频段)较低,接近 BAW 器件性能工艺复杂度中低高(需解决高频下的声波约束和温度稳定性问题)
五、工艺复杂性的影响
MAX-SAW 滤波器的复杂工艺带来以下挑战与优势:
- 挑战:需投入高研发成本(如 POI 衬底制备设备、先进光刻技术),良率控制难度大,量产周期较长。
- 优势:突破传统 SAW 滤波器的高频性能瓶颈,在 sub-3GHz 频段兼具低损耗、高抑制和温度稳定性,可替代部分 BAW/FBAR 器件,满足 5G 手机、物联网等高端场景需求。
卓胜微作为国内射频芯片龙头,通过自主研发突破了 POI 衬底制备、高频器件设计等关键技术,其 MAX-SAW 滤波器的工艺复杂性体现了国产射频芯片在高端市场的竞争力。