近年來(lái)，隨著無(wú)線通信技術(shù)朝著高頻率和高速度方向迅猛發(fā)展，以及電子元器件朝著微型化和低功耗的方向發(fā)展，基于薄膜體聲波諧振器（Film Bulk Acoustic Resonator，F(xiàn)BAR）的濾波器的研究與開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

傳統(tǒng)的無(wú)線通信系統(tǒng)常常用到介質(zhì)濾波器和SAW（Surface Acoustic Wave，聲表面波）濾波器。介質(zhì)濾波器雖然有較好的性能，但體積大，不便于用到便攜式設(shè)備中；SAW濾波器體積小，目前雖得到廣泛運(yùn)用，但仍存在工作頻率不高、插入損耗較大、功率容量較低等缺點(diǎn)；而FBAR濾波器既綜合了介質(zhì)陶瓷性能優(yōu)越和SAW體積較小的優(yōu)勢(shì)，又克服兩者的缺點(diǎn)，其體積小、高Q值、工作頻率高、功率容量大、損耗低，是替代SAW濾波器的下一代濾波器，也是被業(yè)界認(rèn)為最有可能實(shí)現(xiàn)射頻模塊全集成化的濾波器。

FBAR濾波器歷史背景

FBAR這一名稱源于體聲波（BAW，Bulk Acoustic Wave）。BAW的概念是20世紀(jì)60年代提出的，但直到1980年Lakin和Wang首次在Si芯片上制成基波頻率435Mhz的薄膜諧振器，才引起人們的注意。1990年，Krishnaswamy和Rosenbaum等人首次將FBAR結(jié)構(gòu)濾波器擴(kuò)展到Ghz頻段。

隨后，安捷倫公司（Agilent）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10年的研究，終于成功在1999年研發(fā)出應(yīng)用于美國(guó)PCS1900MHz頻段的薄膜腔聲諧振濾波器（size 5.8*11.8*1.8），同時(shí)正式提出FBAR的稱謂。并在2001年將其大規(guī)模量產(chǎn)。隨后美國(guó)的TFR公司、德國(guó)的英飛凌（Infineon）公司以及韓國(guó)的ANT公司也相繼推出了自己的FBAR產(chǎn)品。2002年，AgilentFBAR銷量即突破2000萬(wàn)。Agilent在FBAR市場(chǎng)上的成功，帶動(dòng)了FBAR技術(shù)的迅速發(fā)展。在2005年，安捷倫公司因戰(zhàn)略調(diào)整，將半導(dǎo)體事業(yè)部正式更名為Avago，并于次年突破了2億只的出貨量，這對(duì)于Avago而言，無(wú)疑是個(gè)值得紀(jì)念的里程碑。

安捷倫和Avago在FBAR濾波器市場(chǎng)上的巨大成功，迅速推動(dòng)了FBAR技術(shù)的發(fā)展。之后的英飛凌、飛利浦、富士通Media Device公司和宇部興產(chǎn)公司也相繼推出自己的FBAR濾波器產(chǎn)品。德國(guó)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Wicht Technologie Consulting（WTC）對(duì)未來(lái)幾年FBAR的市場(chǎng)前景做出了非常樂(lè)觀的估計(jì)。

FBAR濾波器工作原理

FBAR是一種基于體聲波（BAW）的諧振技術(shù)，它是利用壓電薄膜的逆壓電效應(yīng)將電能量（信號(hào)）轉(zhuǎn)換成聲波，從而形成諧振。

如圖所示，當(dāng)一直流電場(chǎng)加于材料的兩端時(shí)，材料的形變會(huì)隨著電場(chǎng)的大小來(lái)改變，而當(dāng)此電場(chǎng)的方向相反時(shí)，材料的形變方向也隨之改變。“當(dāng)有一交流電場(chǎng)加入時(shí)，材料的形變方向會(huì)隨著電場(chǎng)的正及負(fù)半周期作收縮或膨脹的交互變化”這種稱之為逆壓電效應(yīng)。

FBAR諧振器的典型結(jié)構(gòu)圖

與SAW不同，這種振動(dòng)發(fā)生于壓電材料的體腔內(nèi)，因此能承受更大的功率。這也是FBAR技術(shù)優(yōu)于SAW的一個(gè)原因。

壓電薄膜層在交變電場(chǎng)下產(chǎn)生的振動(dòng)

這樣的振動(dòng)會(huì)激勵(lì)出沿薄膜厚度方向（C軸）傳播的體聲波，此聲波傳至上下電極與空氣交界面反射回來(lái)，進(jìn)而在薄膜內(nèi)部來(lái)回反射，形成震蕩。當(dāng)聲波在壓電薄膜中傳播正好是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)形成駐波震蕩。